真空冷凍干燥機(jī)是針對目前現(xiàn)有的常規(guī)真空干燥及烘箱，進(jìn)行改造升級換代而設(shè)計(jì)，主要由制冷系統(tǒng)和真空系統(tǒng)兩部分組成。
其工作原理在于：
利用真空干燥原理，通過將濕物料凍結(jié)到共晶點(diǎn)溫度下，使物料中的水分變成固態(tài)冰，然后在較高真空環(huán)境下；
通過給物料加熱，將冰直接升華成水蒸氣，再用真空系統(tǒng)中的水汽凝結(jié)器將水蒸氣冷凝，從而達(dá)到物質(zhì)脫水干燥的目的。
真空冷凍干機(jī)的組成
通常由干燥倉、冷凝器（捕水器）、加熱系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)六大部件組成。
1、干燥倉
集抽真空與加熱干燥功能為一體的的密閉容器，物料的升華干燥過程在干燥倉內(nèi)完成的，物料是放在干燥室內(nèi)擱板上的不銹鋼托盤內(nèi)的；
每一層擱板上都有一個(gè)可供測量物料溫度的探頭，用以監(jiān)測整個(gè)凍干過程中的物料溫度。
2、捕水器（冷井）
是凝結(jié)升華水氣的密閉裝置，通常位于干燥倉后部，內(nèi)部有一個(gè)較大面積的金屬吸附面，從干燥倉物料中升華出來的水蒸氣可凝結(jié)吸附在其金屬表面上；
吸附面的工作溫度可達(dá)-45℃~-65℃，冷凝器外形是不銹鋼或鐵制成的圓筒，內(nèi)部盤有冷凝管，分別與制冷機(jī)組相連，組成制冷循環(huán)系統(tǒng)。
3、加熱系統(tǒng)
凍干機(jī)加熱系統(tǒng)的作用是對干燥倉內(nèi)物料進(jìn)行加熱，使物料不斷的受熱升華，從而達(dá)到規(guī)定的含水率要求。
凍干機(jī)加熱系統(tǒng)的加熱方法主要分為接觸式加熱與輻射式加熱。
在接觸式加熱中，采用的是循環(huán)介質(zhì)加熱法，當(dāng)加熱系統(tǒng)工作時(shí)，先對循環(huán)液進(jìn)行加熱；
液溫通過液箱控制調(diào)節(jié)儀選定的溫度自動(dòng)控制加熱,管道泵開啟后，可將循環(huán)液送入干燥箱內(nèi)擱板中，對擱板加熱，然后返回液箱進(jìn)行加熱循環(huán)。
而在輻射式加熱中我們通常采用蒸氣加熱，當(dāng)循環(huán)介質(zhì)為硅油時(shí)，隔板最高溫度可達(dá)（+60~+70）℃。
4、真空系統(tǒng)
真空系統(tǒng)由真空泵及羅茨真空泵組成，羅茨泵為增壓泵不能單獨(dú)使用，必須先啟用真空泵，使其工作一段時(shí)間，當(dāng)系統(tǒng)中的真空度達(dá)到1Kpa以下時(shí)，再自動(dòng)啟動(dòng)羅茨泵。
真空泵結(jié)構(gòu)、羅茨泵結(jié)構(gòu)等見說明書。真空系統(tǒng)的真空表可使用電接點(diǎn)真空表，可根據(jù)預(yù)先選定的真空度值，自動(dòng)控制羅茨泵的啟動(dòng)。
5、制冷系統(tǒng)
凍干機(jī)制冷系統(tǒng)由制冷壓縮機(jī)組，R22或R404a制冷劑組成。通常凍干設(shè)備的速凍制冷系統(tǒng)和捕水器制冷系統(tǒng)共用一套制冷系統(tǒng)。
當(dāng)系統(tǒng)工作，接觸加熱方式中擱板溫度可降至-35℃。當(dāng)制冷系統(tǒng)工作時(shí)，冷凝盤管的表面溫度可達(dá)-35～-65℃；
可根據(jù)客戶需求采用低溫螺桿式或雙級活塞式制冷壓縮機(jī)組，通常雙級活塞式壓縮機(jī)制冷效果更好，制冷溫度更低
6、電氣控制系統(tǒng)
本設(shè)備電氣控制系統(tǒng)由PLC、觸摸屏、控制柜、控制儀表、調(diào)節(jié)儀表等自動(dòng)裝置和電路組成。
它的功能是對凍干機(jī)進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)控制，控制設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
真空冷凍干機(jī)的優(yōu)點(diǎn)
1、具有干燥速度快，時(shí)間縮短3~10倍；
2、能耗低，只有普通干燥機(jī)能耗的20%-30%；
3、干燥溫度范圍寬（-55℃~+70℃均能干燥），能在低溫范圍內(nèi)（-20℃~50℃）進(jìn)行快速干燥；
4、干燥室中真空無氧，干燥質(zhì)量可與原生態(tài)新鮮物料的質(zhì)量相毗美；
5、它能對有機(jī)溶劑進(jìn)行回收，有利于降低生產(chǎn)成本和環(huán)境保護(hù)，尤其適合于普通干燥機(jī)無法干燥的含有機(jī)溶劑的物料。
6、立式開門式結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)物料的原位凍干
7、控制系統(tǒng)以PLC為核心，采用觸摸屏作為人機(jī)操作界面，實(shí)時(shí)記錄凍干進(jìn)程中多路溫度數(shù)據(jù)，并可以曲線形式瀏覽,人機(jī)界面清晰、直觀。
8、可預(yù)置擱板控溫曲線，實(shí)現(xiàn)升華過程的自動(dòng)化。
9、主機(jī)帶有USB接口，可將凍干數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到計(jì)算機(jī)并對其實(shí)現(xiàn)保存、瀏覽、打印等功能。
10、可以降低物料被氧化變質(zhì)的可能性，消滅物料中的細(xì)菌，保證品質(zhì)；同時(shí)，物料原本的外形能得到很好的保留
真空冷凍干機(jī)的應(yīng)用范圍
1、可用于果蔬、肉禽、水產(chǎn)、調(diào)味品、方便食品及名優(yōu)特產(chǎn)等干燥，
可達(dá)到保持食品原有的色、香、味、形、新鮮度不變的目的，且復(fù)水性好，成品便于儲存和運(yùn)輸，費(fèi)用降低，保存期延長。
2、在人參、冬蟲夏草等營養(yǎng)保健品，采用真空冷凍干燥工藝，更使人們相信該營養(yǎng)品純真自然。
3、應(yīng)用于血清、血漿、疫苗、酶、抗生素、激素等中西藥品的脫水與保存；，仍保持其生物理特性。
真空冷凍干燥機(jī)的發(fā)展趨勢
隨著產(chǎn)業(yè)的擴(kuò)大化和對產(chǎn)能和降低能耗的追求，升華界面溫度高，有利于水蒸氣擴(kuò)散，更適用于熱敏性物料的干燥。
1、凍干面積 凍干機(jī)型號中的數(shù)字代表該型號凍干機(jī)的凍干面積，例如，LGJ-18型凍干機(jī)的凍干面積為0.18㎡。用戶應(yīng)根據(jù)自己的需要，通過計(jì)算來確定需用多大凍干面積的凍干機(jī)。例如每批需凍干1.8公斤(升)液體量的產(chǎn)品,用物料盤裝載物料，每盤裝載10㎜厚，則可計(jì)算得凍干板層的負(fù)荷面積： A(面積，㎡)=V(體積，m?)/H(高度，m)=0.0018m?/0.01m=0.18㎡ 即需選用板層負(fù)荷面積為0.18㎡的凍干機(jī)。 2、冷阱溫度 冷阱是冷凍干燥過程捕獲水分的裝置，理論上講，冷阱溫度越低，冷阱的捕水能力越強(qiáng)，但冷阱溫度低，對制冷要求高，機(jī)器成本及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高。實(shí)驗(yàn)系列冷凍干燥機(jī)的冷阱溫度主要有-60℃左右、-80℃等。冷阱溫度為-60℃左右的凍干機(jī)適用于大部分產(chǎn)品的凍干，冷阱溫度為-80℃的凍干適用于一些特殊產(chǎn)品的凍干。冷阱溫度對捕水能力的影響實(shí)驗(yàn)表明冷阱溫度從-35℃下降到-55℃，捕水能力有提升明顯，冷阱溫度低于-55℃，冷阱的捕水能力提升不明顯。因此，在沒有特殊需求的情況下，選用冷阱溫度-60℃左右是理想的選擇。華豫兄弟凍干機(jī)中LGJ-10、LGJ-12、LGJ-18型冷凍干燥機(jī)的冷阱溫度≤-56℃，也可以定做成冷阱溫度≤-80℃，并且采用混合工質(zhì)制冷技術(shù)，在同樣制冷機(jī)組的情況下，制冷溫度低、制冷量大、工作穩(wěn)定性高、故障率低。華豫兄弟的冷凍干燥機(jī)的冷阱溫度都可定制成≤-80℃，特別適用于醫(yī)藥和特殊產(chǎn)品的凍干?！ ?、降溫速率 降溫速率體現(xiàn)制冷系統(tǒng)的制冷能力，在空載情況下,冷阱溫度應(yīng)在1小時(shí)內(nèi)達(dá)到指標(biāo)規(guī)定的最低溫度。例如，冷阱溫度≤-60℃的凍干機(jī)，機(jī)器從打開制冷開始計(jì)時(shí)，冷阱溫度達(dá)到-60℃的時(shí)間應(yīng)不大于1小時(shí)。 4、極限真空度 極限真空度體現(xiàn)凍干機(jī)的泄漏情況及真空泵的抽氣效率。凍干箱的真空度，過去的觀點(diǎn)認(rèn)為真空度是越高越好，現(xiàn)在的觀點(diǎn)認(rèn)為真空度應(yīng)在一個(gè)合理的范圍之內(nèi)。真空度太高了，不利于傳熱，干燥速度反而下降，但無論如何凍干箱的空載極限真空度應(yīng)達(dá)到15Pa以上?！ ?、抽真空時(shí)間 凍干箱空載的抽空速度，應(yīng)在半小時(shí)之內(nèi)從大氣壓抽到15Pa。 6、板層溫度均勻性及平整度 板層溫度的均勻性和平整度,對產(chǎn)品質(zhì)量的均一性有很大的影響,溫度均勻性和平整度越好，則凍干產(chǎn)品質(zhì)量的均一性也越好。凍干機(jī)擱板溫度控制有加熱器型和中間流體型（硅油加熱），采用中間流體控制板層的凍干機(jī)擱板溫度均勻性和平整度好，這種凍干機(jī)板層為空心夾層結(jié)構(gòu)，板層的制冷和加熱均通過中間流體在板層內(nèi)部的流體通道循環(huán)來實(shí)現(xiàn)，因此板層溫度均勻一致。華豫兄弟凍干機(jī)中LGJ-20F/30F/50F/100F型冷凍干燥機(jī)就采用擱板中間流體的技術(shù)。鐘罩型凍干機(jī)的擱板溫度控制基本上都是采用加熱器，板層溫度一致性稍差。但總體而言，醫(yī)藥用凍干機(jī)板層溫差應(yīng)控制在±1．5℃，板內(nèi)溫差為±l℃，食品凍干機(jī)可適當(dāng)放寬。 7、控制系統(tǒng) 凍干機(jī)的控制系統(tǒng)類型及功能各異，對于實(shí)驗(yàn)系列的凍干機(jī)，主要應(yīng)用于物料的凍干工藝摸索和少量試生產(chǎn)。因此，控制系統(tǒng)應(yīng)可實(shí)時(shí)顯示凍干過程參數(shù)并自動(dòng)記錄；設(shè)定、修改及有效地執(zhí)行凍干工藝程序；具備通訊接口，便于數(shù)據(jù)采集、保存。
作為凍干機(jī)設(shè)備重要的組成部分，冷凝器肩負(fù)著排水蒸氣系統(tǒng)的功能。在選購凍干機(jī)設(shè)備的過程中，用戶應(yīng)該根據(jù)自身具體的情況選擇合適的冷凝器形式。
一般來說，凍干機(jī)的冷凝器形式分為外置式和內(nèi)置式二種。外置式冷凝器與凍干箱是二個(gè)互相獨(dú)立的部分，它們之間通過一個(gè)帶有隔離閥的大口徑通道相連，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是凍干箱和冷凝器相距較遠(yuǎn)，二者的溫度不會互相影響，進(jìn)箱和出箱時(shí)凍干箱和冷凝器可以關(guān)閉閥門而互相隔離，凍干箱進(jìn)行預(yù)凍和出箱，冷凝器進(jìn)行化霜均可單獨(dú)進(jìn)行，不會互相影響，節(jié)省了整個(gè)生產(chǎn)周期的時(shí)間。缺點(diǎn)是投資成本高些，占地面積大些。
內(nèi)置式的冷凝器把吸附升華水蒸氣的盤管或金屬放置在凍干箱內(nèi)，凍干箱和冷凝器合為一體，其優(yōu)點(diǎn)是升華通道很近，水蒸汽流動(dòng)阻力小，制造成本低，占地面積小。缺點(diǎn)是由于冷凝的制冷表面與放產(chǎn)品的板層之間距離較小，在溫度上互相有些影響，凍干結(jié)束出箱時(shí)冷凝器仍需繼續(xù)制冷，否則冷凝器表面的冰會溶化，凍干箱內(nèi)不斷滴水，影響產(chǎn)品殘余水份的含量，冷凝器化霜時(shí)，凍干箱不能進(jìn)行預(yù)凍，影響下一批進(jìn)箱時(shí)間，延長了整個(gè)生產(chǎn)周期。
因?yàn)閮?yōu)缺點(diǎn)各有不同，用戶在選擇凍干機(jī)時(shí)，對冷凝器的性能還需要有所關(guān)注。作為國產(chǎn)凍干機(jī)廠商的代表，北京博醫(yī)康旗下Pilot系列凍干機(jī)，不僅采用了先進(jìn)的風(fēng)冷卻系統(tǒng)，還配備了國際知名品牌的配件，確保了冷凝器的精確、穩(wěn)定、安全、可靠，大大提升了整個(gè)凍干機(jī)設(shè)備的性能和可靠性。
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