凍干機的關鍵制造工藝和零部件:
凍干機的設計制造工藝、零部件的選擇與凍干機的質量、可靠性、使用壽命有著直接的關系。
為了使板層的致冷和加熱溫度均勻一致,目前凍干機制造廠家大部分采用空心夾層板層,內部帶有隔條,由傳溫中間流體循環在板層之中。老式或落后的制造方法是在板層的上下二塊或其中一塊板上打許多孔,用塞焊法把金屬板與隔條焊接起來,然后機械加工而成。由于凍干工藝的低溫、真空甚至高溫、受壓的特殊工況,這種焊接方法在使用一定年限后,可能會在塞焊處滲漏傳溫流體,在真空狀態下,傳溫流體瞬間霧化,導致凍干品被污染而報廢。而新式或*的制造方法是上下二塊金屬板均不打孔,使用特殊的內焊設備制造而成,從根本上消除了滲漏的發生。
凍干機在線清洗CIP覆蓋率
(1)在整個凍干腔體的內表面噴灑層2水溶液,濃度為15 mg/L,特別注意難以清洗部位(如管口,箱體頂部和板層下方)要噴酒。開啟用水,啟動CIP循環,完成CIP后,用熒光燈照射檢查腔體內表面,尋找是否留有,熒光物部位,進行3次重復的測試。
(2)合格標準。CIP清洗后的腔體內部表面無可見熒光物,清洗覆蓋率(參考藥用真空冷凍干燥機行業標準JB/T20032-2012)。
哪些因素會影響冷凍干燥機的質量?
一、凍干面積
凍干機型號中的數字代表該型號凍干機的凍干面積,例如,FD-1A-50型凍干機的凍干面積為0.12㎡。用戶應根據自己的需要,通過計算來確定需用多大凍干面積的凍干機。例如每批需凍干1.2公斤(升)液體量的產品,用物料盤裝載物料,每盤裝載10㎜厚,則可計算得凍干板層的負荷面積:A(面積,㎡)=V(體積,m3)/H(高度,m)=0.0012m3/0.01m=0.12㎡。即需選用板層負荷面積為0.12㎡的凍干機。
二、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,但冷阱溫度低,對制冷要求高,機器成本及運轉費用高。實驗系列冷凍干燥機的冷阱溫度主要有-50℃左右、-80℃左右等幾個檔次。冷阱溫度為-50℃的凍干適用于一些容易凍干的產品,冷阱溫度為-80℃的凍干適用于一些特殊產品的凍干。冷阱溫度對捕水能力的影響實驗表明冷阱溫度從-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-50℃左右是理想的選擇。
三、降溫速率
降溫速率體現制冷系統的制冷能力,在空載情況下,冷阱溫度應在1小時內達到指標規定的溫度。例如,冷阱溫度≤-50℃的凍干機,機器從打開制冷開始計時,冷阱溫度達到-50℃的時間應不大于1小時。
四、極限真空度
極限真空度體現凍干機的泄漏情況及真空泵的抽氣效率。凍干箱的真空度,過去的觀點認為真空度是越高越好,現在的觀點認為真空度應在一個合理的范圍之內。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達到15Pa以上。
五、抽真空時間
凍干箱空載的抽空速度,應在半小時之內從大氣壓抽到15Pa。
六、板層溫度均勻性及平整度
板層溫度的均勻性和平整度,對產品質量的均一性有很大的影響,溫度均勻性和平整度越好,則凍干產品質量的均一性也越好。凍干機擱板溫度控制有加熱器型和中間流體型,采用中間流體控制板層的凍干機擱板溫度均勻性和平整度好,這種凍干機板層為空心夾層結構,板層的制冷和加熱均通過中間流體在板層內部的流體通道循環來實現,因此板層溫度均勻一致。四環凍干機中LGJ-50C型冷凍干燥機就采用擱板中間流體的技術。鐘罩型凍干機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,用凍干機板層溫差應控制在±1.5℃,板內溫差為±1℃,食品凍干機可適當放寬。
七、控制系統
凍干機的控制系統類型及功能各異,對于實驗系列的凍干機,主要應用于物料的凍干工藝摸索和少量試生產。因此,控制系統應可實時顯示凍干過程參數并自動記錄;設定、修改及有效地執行凍干工藝程序;具備通訊接口,便于數據采集、保存。
回收凍干機之升華的條件與速度
冰在一定溫度下的飽和蒸汽壓大于環境的水蒸氣分壓時即可開始升華;比制品溫更低的凝結器對水水蒸氣的抽吸與捕獲作用,則是維持升華所必需的條件。
氣體分子在兩次連續碰撞之間所走的距離稱為平均自由程,它與壓力成反比。在常壓下,其值很小,升華的水分子很容易與氣體碰撞又返回到蒸汽源表面,因而升華速度很漫。隨著壓力降低13.3Pa以下,平均自由程105倍,使升華速度顯著加快,飛離出來的水分子很少改變自己的方面,從而形成了定向的蒸汽流。
真空泵在凍干機中起著抽除氣體的作用,以維護升華所必需的低壓強。1 g水蒸氣在常壓下為1.25 L而在13.3Pa時卻膨脹為10000升,普通的真空泵在單位時間內抽除如此大量的體積是不可能的。凝結器實際上形成了專門捕集水蒸氣的真空泵。
制品與凝結器的溫度通常為-25℃與-50℃。冰在該溫度下的飽和蒸汽壓分別為63.3Pa與1.1Pa,因而在升華面與冷凝面之間便產生了一個相當大的壓力差,如果此時系統內的不凝性氣體分壓可以忽略不計,它將促使制品升華出來的水蒸氣,以一定的流速定向地抵達凝結器表面結成冰霜。
冰的升華熱約為2822J/克,如果升華過程不供給熱量,那末制品只有降低內能來補償升華熱,直至其溫度與凝結器溫度平衡后,升華也就停止了。為了保持升華與冷凝來的溫度差,必須對制品提供足夠的熱量。
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