冷冻干燥机的原理及选型指南

冷冻干燥机的原理及选型指南

        一、冻干机简介
        冷冻干燥机是将含水物品预先冷冻，然后在真空状态下将其水分升华而获得干燥物品的技术方法。冻干制品易于长期保存，加水后可恢复到冻干前的状态，保持原有的生化性质。
        真空冷冻干燥技术在生物工程、医药工业、食品工业、材料科学和农副产品深加工等领域有着广泛的应用，而且规模和领域还在不断扩大。为此，真空冷冻干燥将成为21世纪重要的应用技术。
        二、冻干机基本结构
        冷冻干燥机由制冷系统、真空系统、加热系统和电器仪表控制系统组成。主要部件有干燥箱、冷凝器、制冷机组、真空泵、加热/冷却装置等。
        制冷系统是冻干机*重要的组成部分，被誉为“冻干机的心脏”。其制冷系统主要由以下部件组成：压缩机、制冷剂、油分离器、水冷凝器、干燥过滤器、中冷器、视镜、电磁阀、手阀（顶盖阀）、膨胀阀、蒸发器（板式交换器、后箱）冷凝盘管）、汽液分离器、回风过滤器、压力表、压力控制继电器、CPCE（能量调节器）、**阀、制冷管路等。
        三、冻干机工作原理
        冷冻干燥是一种利用升华原理的干燥技术。直接升华成逸出水蒸气的过程。冷冻干燥得到的产品称为冻干机，过程称为冻干。
        冷冻干燥机的工作原理（如下图所示）是：液态制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物料的热量后，汽化成低压低温蒸汽，由冷冻干燥机吸入。压缩机并压缩成高温高压蒸汽。排入冷凝器，热量释放到冷凝器内的冷却介质（水或空气），冷凝成高压液体，经节流装置节流成低压低温液体, 并再次喂食。进入蒸发器吸热蒸发。
         4.冷冻干燥机选择指南
        1、冻干区
        冻干机型号中的数字代表该类型冻干机的冻干面积，例如LGJ-18C冻干机的冻干面积为0.18㎡。用户应根据自己的需要，通过计算确定冻��面积大的冻干机。例如，每批需要冻干1.8公斤（升）的液体体积，将物料装入一个料盘，每个料盘装入10mm的厚度，那么冻干层的负载面积可以计算：
         A（面积，㎡）= V（体积，m）/H（高度，m）=0.0018m/0.01m=0.18㎡
        需要选择板载面积为0.18㎡的冻干机。
         2.冷阱温度
        冷阱是在冷冻干燥过程中捕获水分的装置。理论上，冷阱的温度越低，冷阱的捕水能力越强，但冷阱的温度越低，制冷要求就越高。机器成本和运行成本很高。实验系列冻干机的冷阱温度主要有-45℃左右、-60℃左右、-80℃左右几个档次。冷阱温度为-45°C的冷冻干燥适用于一些容易冷冻干燥的产品。冷阱温度约为-60°C的冷冻干燥机适用于大多数产品的冷冻干燥。冷冻干燥，冷阱温度-80°C 适用于一些特殊产品的冻干。冷阱温度对捕水能力的影响实验表明，当冷阱温度从-35℃下降到-55℃时，捕水能力显着提高。因此，在没有特殊要求的情况下，使用-60℃左右的冷阱温度是一个理想的选择。
         3.冷却速度
        制冷率反映制冷系统的制冷能力。在空载条件下，冷阱温度应在1小时内达到指标规定的*低温度。例如冷阱温度≤-60℃的冻干机，机器从开机制冷开始计时，冷阱温度达到-60℃的时间不应超过1小时。
         4、极限真空度
        极限真空度反映了冷冻干燥机的泄漏量和真空泵的抽气效率。冻干箱的真空度，旧的看法是真空度越高越好，目前的观点是真空度应该在合理范围内。真空度太高，不利于传热，干燥速度降低，但无论如何，冻干箱的空载极限真空度应达到15Pa以上。
         5.吸尘时间
        冻干箱的抽真空速度应在半小时内从大气压抽到15Pa。
         6、板层温度均匀性和平整度：
        板温的均匀性和平整度对产品质量的均匀性影响很大。温度均匀性和平整度越好，冻干产品越好。质量的均匀性也更好。冷冻干燥机搁板温度控制有加热器型和中间流体型。带有中间流体控制层的冷冻干燥架具有良好的温度均匀性和平整度。该冻干板层为中空夹层结构。板片的冷却和加热是通过板片内部流体通道中的中间流体的循环来实现的，因此板片的温度是均匀的。冷冻干燥机使用搁板中间的流体技术。罩式冻干机的搁板温度控制基本采用加热器，板层温度一致性稍差。但一般情况下，医用冻干机的层间温差应控制在±1.5℃以内，盘内温差应控制在±1℃，食品冻干机可适当放宽。
         7.控制系统
        冻干机控制系统的类型和功能不同。实验系列冻干机主要用于物料冻干工艺的探索和少量试制。因此，控制系统应能实时显示冻干工艺参数并自动记录；设置、修改和有效执行冻干工艺程序；并具有通讯接口，方便数据采集和存储。