真空冷凍干燥設(shè)備的工作原理是:
先將物料凍結(jié)到共晶點(diǎn)溫度以下,使水分變成固態(tài)的冰,然后將經(jīng)過前處理的預(yù)凍物料裝入干燥倉內(nèi),在低溫真空狀態(tài)下,由加熱板導(dǎo)熱或輻射方式供給熱能,使物料中的水分直接由冰升華成水蒸氣。不斷升華出的水蒸氣,由真空泵組抽至捕水倉內(nèi),在-40℃～-45℃的排管外壁上凝結(jié)被捕,直至按凍干曲線達(dá)到規(guī)定的要求而停止供熱和抽真空,完成物料凍干全過程。
真空冷凍干燥設(shè)備組成：
由真空冷凍干燥箱(簡稱凍干箱)、真空系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)及自動控制系統(tǒng)等幾部分組成。
干燥箱是一個(gè)真空密閉容器,是冷凍干燥設(shè)備的重要組成部件之一,是干燥過程中傳熱和傳質(zhì)的場所,它的性能好壞直接影響到冷凍干燥設(shè)備的性能。如果帶有蒸汽消毒滅菌功能,凍干箱還應(yīng)是一個(gè)低壓內(nèi)壓容器。干燥室的形狀主要有圓形和矩形兩種。圓形干燥室操作容易、強(qiáng)度高、制作費(fèi)用低,但其內(nèi)部空間利用率低。矩形干燥室空間利用率高,但制造費(fèi)用高。
真空系統(tǒng)包括真空干燥室、隔離閥、水蒸氣捕集冷凝器、真聯(lián)式旋片真空泵、聯(lián)接管道以及放氣閥等。系統(tǒng)內(nèi)空氣水蒸氣的抽除是由真空泵來完成的。當(dāng)真空泵工作時(shí),打開隔離閥,真空干燥室內(nèi)的空氣及水蒸氣經(jīng)過水蒸氣捕集冷凝器捕獲水分后進(jìn)入真空泵,由真空泵排氣口排出系統(tǒng)外。為了防止經(jīng)水蒸氣捕集冷凝器后抽除的氣體中仍含有極少量的水蒸氣進(jìn)入泵內(nèi),系統(tǒng)配氣鎮(zhèn)閥。冷凍干燥時(shí),打開氣鎮(zhèn)閥。在真空泵的排氣口裝有油霧捕集器,以防止排出氣體中煙霧污染室內(nèi)環(huán)境。
為了使凍結(jié)后制品中的水蒸氣不斷地從冰晶中升華出來,就必須提供水蒸氣升華所需的足夠熱量,因此要有加熱系統(tǒng)。加熱系統(tǒng)除加熱板以外,還包括熱媒加熱罐、換熱器、氣動調(diào)節(jié)閥、循環(huán)泵及管路、閥門、液位計(jì)、溫度傳感器等。
水蒸氣凝結(jié)器又稱為冷阱,是制冷系統(tǒng)的主要部件。在1313Pa真空下,質(zhì)量為1g的冰升華可生成100m3的水蒸氣。若這大量的水蒸氣不加以處理而由真空泵抽出,則需要大容量的抽氣機(jī)才能維持所需的真空度。冷阱的作用是將干燥室中的水蒸氣冷凝吸附變成冰,以免進(jìn)入真空泵,一方面可以減小真空泵的工作負(fù)擔(dān),另一方面能夠保證干燥室具有較低的真空度。
自動控制系統(tǒng)是凍干機(jī)的指揮機(jī)構(gòu)。凍干機(jī)的控制包括制冷機(jī)、真空泵的起、停,加熱溫度的控制,物料溫度、冷阱溫度、真空度的測試與控制,自動保護(hù)和報(bào)警裝置等。自動控制系統(tǒng)的功能是對凍干機(jī)的各個(gè)重要參數(shù)進(jìn)行測量、顯示;根據(jù)預(yù)先的設(shè)置對凍干機(jī)進(jìn)行控制,使其運(yùn)行在規(guī)定的狀態(tài),可對故障狀態(tài)報(bào)警并自動應(yīng)急處理。通過測量和記錄凍干過程的工藝參數(shù),可以完整地了解整個(gè)凍干過程;對這些參數(shù)實(shí)施有效的控制,則可以實(shí)現(xiàn)對整個(gè)凍干過程的優(yōu)化,即在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下,提高生產(chǎn)效率以及減小能量消耗。
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