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四环冻干机—真空冷冻干燥设备(四)

时间:2022-11-02 点击次数:115

3.4.3真空系统设计

一个完整的真空系统包括真空容器、真空泵、真空仪表、真空阀门和真空管道。冻干箱和捕水器是冻干机真空系统的大容器,真空泵通过抽空阀抽捕水器,再通过主阀抽冻干箱;在真空泵头和冻干箱及捕水器上均装有真空测量装置,以便测量系统的真空。

冻干机对真空系统有如下要求:


1、容器耐压    冻干机的真空容器(冻干箱和捕水器)必须能抵抗大气的压力,带蒸汽灭菌的冻干箱和捕水器还需能承受蒸汽灭菌时的高压和高温。

2、抽空时间    在0.5h左右的时间使冻干箱抽空到10Pa。这是对真空泵抽空能力求,需根据冻干箱和捕水器容积的大小选择真空泵的排气量。

3、根限真空    冻干箱的最高真空应能达到0.5~10P。这是对容器直空度的要求,一般选用双级旋片式真空泵,或油封式旋转泵再加罗茨泵。

4、体干箱的漏率    冻干箱的漏率应能达到5X10²Pa•L/s。系统密封性的要求:要求设计先进,焊接可靠,加工精密,装配仔细,选用高性能的真空阀门和部件等,符合GMP的要求,真空系统中冻干箱和捕水器及关联的部件需使用不锈钢制造;密封材料要使用聚四氯乙烯、硅橡胶或医用橡胶;希望是洁净的抽空系统,不对冻干箱的产品产生任何污染。

对于冻干设备,真空系统设计计算的目的就是依据干燥室的实际需要,设计配置出能够满足冻干工艺要求的真空系统。计算的内容包括:按照干燥室所要求的极限真空、工作真空和气体负荷,确定选取主泵的类型和规格型号;依据气体连续性原理为主泵配置合适规格型号的前级泵;在初步设计出捕水器和连接管道、阀门等附件组成的系统具体结构之后,校核验算系统所能达到的极限真空度和工作真空度,以及达到某一压力所需要的抽气时间,是否满足设计要求,这其中又涉及气体在管路中的流动状态判别、管路的流导计算和有效抽速计算等内容。

目前冷冻真空干燥设备中常用的真空机组主要有罗茨泵机组、水环-大气真空泵机组等多种。从真空角度考虑,在设计抽气系统的具体结构时应满足如下基本要求:

1、为提高抽气系统的通导能力,系统中各元件间的管道应短而粗、少弯曲,主泵和真空室间的管道直径不应小于主泵吸气口的直径。

2、系统应本着串联可以提高极限真空度、并联可以提高抽气速率的原则,组合各泵间的抽气程序。

3、为了保证系统的密封性能,被抽系统的总漏气率须限制在允许漏气率范围之内,尽量提高设备的制造水平。

4、为了防止机械泵振动和返油,在机械泵人口处应设置缓振软管和放气阀,为节省能源、缩短工作周期,对大型真空系统应配置维持泵。

5、为实现系统的自动操作和安全运转,在抽气系统和水冷系统上应分别设置真空继电器和水压继电器,真空系统也可考虑选用微机程序控制。

6、真空系统建成后应便于测量和检漏,为迅速找到漏孔,应进行分段检漏,因此每个用阀门封闭的空间至少应设置一个测量点,以便于测量和检漏。真空计测量规管的位置应选在没有水套的位置上,而且应使规管直立,不要横放。

真空系统一般的设计计算程序为:

1、计算真空室内的总放气量;

2、确定真空室的有效抽气速率;

3、对复杂真空系统首先粗选主泵和粗配主泵的前级泵;

4、按要求配置阀门、捕集器、除尘器等相关元件;

5、绘制真空系统草图,确定真空系统各部位尺寸,为精算系统创造条件;

6、精算各真空泵,包括真空度和抽气时间的计算,确认是否满足给定的参数要求,如果达不到要求应重新选泵和配泵,直到满足已定的参数要求为止;

7、绘制真空系统装配图并拆出零件图;

8、绘制施工图纸。

3.4.4制冷系统设计

制冷系统是冻干机上提供冷量的装置。冻干机上需冷量的地方主要是冻干箱和水汽凝结器。两者既可以用一套制冷系统,也可以用各自独立的两套制冷系统。通常,较大的冻干机都用两套各自独立的制冷系统,冻干箱上多用间冷式循环,水汽凝结器多用直冷式循环。

制冷系统所用制冷机的大小,按冻干箱耗冷量和水汽凝结器的耗冷量的计算值确定。制冷系统所用的制冷剂种类和制冷循环方式,应根据冻干物料所需的温度选择。

冻干箱只有在降温和保温两阶段需要冷量。降温阶段指搁板和被干燥的产品从室温降到冻结所需的温度的时间;保温阶段指搁板保持在上述温度下使产品冻牢所需的时间。由于后者的冷负荷远小于前者,在设计中可按前者的冷负荷选择制冷机。

降温时间的选定直接影响到制冷机大小的选配,所定的降温时间越短,需配制冷机的制冷能力越大。确定降温时间主要考虑以下几个因素:

1、应满足产品降温速率的要求。因降温速率对产品晶格的大小、活菌率、干燥速率等有直接影响。降温速度快,结晶细,干燥速率慢,细菌成活率高;反之则相反。在箱内搁板冻结时,所设计的冷冻干燥机必须首先满足产品冻干工艺的要求,才能生产优质产品。

2、冻干周期包括产品进箱、箱体降温、保温、升华、产品出箱等阶段,还有箱体清洗消毒、水汽凝结器化霜等辅助时间。因此降温时间也受整个冻干周期的限制。而冻干周期的确定应有利于组织生产。

3、箱体降温与水汽凝结器所需的制冷机容量应综合考虑,使之可以共用或相互备用,以提高机器的安全可靠性。

一般搁板温度比产品的共晶点温度低5一10℃。

降温阶段的耗冷量一般包括:


1、产品降温的冷负荷;

2、箱内零件降温的冷负荷;

3、载冷介质降温的冷负荷;

4、箱壁降温的冷负荷;

5、 通过箱壁传入的冷损;

6、开门冷损耗;

7、载冷介质循环泵所消耗的冷量;

8、其他冷损耗。

捕水器耗冷量的计算包括:

1、捕水器材料降温耗冷量;

2、保温层传热耗冷量;

3、水蒸气凝结耗冷量。

冻干设备上一般按制冷温度选制冷剂和制冷循环。一般单级压缩可制取-20~-40℃的低温,双级压缩可制取-40~-70℃的低温,复叠式制冷循环可得到-50~-80℃的低温。




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