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LGJ．80型冷冻干燥机的研制
发布时间：2013-08-26 08:08 来源：未知
1、前 言
冷冻干燥是将含水物品预先冻结，然后使之在真空状态下升华而获得干燥物品的一种方法。经冷冻干燥的物品易于长期保存，加水后能迅速恢复到冻干前的性状。
冷冻干燥机（以下简称冻干机），是二十世纪四十年代发展起来的设备。按使用规模大致可分为：工业生产用大型冻干机、实验室中试用中型冻干机和实验室用小型冻干机。本课题属实验室用中型冻干机之列。
目前国外该型冻干机的产品已经成熟，机型为立式一体结构，可自由进出房间，具有性能稳定、自动化程度高、功能全、操作方便等特点，其中尤以丹麦Heto.美国VIRTIS、法国USIFROID等为代表。
国内在这方面起步较晚。近年来，上海离心机械研究所等单位进行了这种立式机型的研制生产，取得了一定的经验和成绩，但在功能和自动控制程度等方面，与国外先进仪器比较还有较大差距。我们于1998年开始研制仪器，试制成LGJ -80型冻干机，富通新能源销售木屑颗�；�、木屑烘干机等生物质燃料成型烘干机械设备。
2、主要技术指标
·符合GMP要求；
·冻干面积：0. 8m2；
·真空度小于10Pa;
·搁板低（高）温低于：- 30℃(+60℃)；
·冷阱温度低于：-45℃；
·噪音不大于70dB;
3、仪器组成和工作原理
本机由八个系统组成：冻干箱、冷阱、搁板和中间介质循环系统、两套制冷系统（即搁板制冷系统和冷阱制冷系统）、真空系统、真空度自动调节系统、气动压塞系统、自动和手动控制系统，参见图1。
工作原理：将瓶装物料置于搁板上，启动循环泵和搁板制冷，则中间介质循环系统带冷量至搁板，从而使物料降温，此阶段为预冻阶段。当物料温度低于共晶点温度时，启动冷阱制冷，使阱内温度降到一45℃以下，并维持这一低温，几小时后（根据物料量等因素定，要确保物料温度低于共晶点温度5～10℃），启动真空泵，则冻干箱、冷阱等构成真空系统，此时物料升华出来的水蒸气向冷阱迁移，并开始被冷阱吸附，冻干阶段开始。当真空度达到10Pa时，停搁板制冷，启动搁板加热，则中间介质循环系统带热量至搁板，提供物料升华所需的热量，此阶段为冻干的升华干燥阶段。当物料中不存在结晶水而进入冻干的解析干燥阶段后，若真空度小于10Pa，则真空调节系统自动打开电磁阀加入过滤干燥的气体，维持箱内气压20Pa左右，使增强传热效果，减少冻干时间[3]，等到物料温度达到最高许可温度时，保持高真空几小时，使含水量低于要求值，此阶段为解析干燥后期。
上述从预冻到冻干（升华干燥一解析干燥一解析干燥后期），机器提供了手动和自动两种控制方式。手动控制需要用户根据经验启动各部件，而自动控制则由机器根据物料电阻、物料温度、真空度等参数的变化自动完成。每种方式都提供了多项报警提示和�；ご胧�。
之后按“压塞”钮，由气动系统完成物料瓶的压塞工作。释放真空取出物料后，启动“化霜”开关，被吸附的冰很快解冻脱离冷阱内表面，并可被整块取出，水则通过放水阀排出。
4、仪器特点
4.1功能齐全，结构紧凑
该冻干机集八个系统功能于一体，整机装运方便，可自由进出房间，参见图2。
4.2冻干面积大
该冻干机采用方形冻干箱，而现在被广泛采用的圆形冻干箱，虽易加工，但可利用空间大大减小。
4.3热泵化霜，迅速便捷
该冻干机增加了热泵化霜功能，使冻干后冷阱的除霜时间大大缩短。
4.4外置冷凝器，除霜彻底、时间短
该冻干机的冷阱采用外置冷凝器结构，即制冷系统的蒸发盘管（对于冻干而言，它是冷凝器）缠绕在冷阱外。它使化霜开始后脱离冷阱内壁的冰可被整块取出，缩短了除霜时间，也使清理工作更彻底。将特别研制的导热胶泥填堵于盘管和阱壁之间的缝隙里，增加了热交换效果，保证了冷阱内的低温。
4.5绿色环保制冷剂
该冻干机在制冷工质的选用上，为了与国际接轨，达到环保要求，选用了绿色环保制冷剂。
4.6气动压塞，产品质量高、省力
该冻干机采用了冻干箱内真空状态下进行气动压塞的方式，可减少污染，提高制品质量，同时减轻劳动强度。采用气动压塞而非液动压塞，是因为气压传动比液压传动有如下优点:1）气压传动工作介质是氮气或经干燥过滤过的压缩空气，万一管道有泄漏，除引起部分能量损失外，不致污染制品和环境，而液压传动达不到此要求；2)气压传动比液压传动的装置简单，不必设置回收液压油的油箱和管道等，且气动元件结构简单，易于制造，成本低；3)气压传动的维护比液压传动简单得多。原因之一是工作介质清洁，管道不易堵塞；原因之二是不象液压系统那样，混入空气，会引起爬行、噪音和振动。此外，气压传动还具有动作迅速，反应快，工作寿命长等优点。
4.7真空度可自动调节
该冻干机增加了真空度自动调节功能。这样不仅加快了冻干速度，也使自动控制程度提高。
5、样机试验结果及与国外产品比较
经过对样机进行多次试验，得出测试数据。将此数据和性能指标等一起与国外同类产品比较，其结果可见下表。
由表1可看出，本文所研制的LGJ - 80冻干机制冷系统的温度比国外产品高些，原因是考虑了以下两个因素后制订的技术指标低。一是有多项试验表明，当冷阱温度从- 40℃降到- 100℃时，其冻干时间仅仅减少约4%。冷阱表面温度过低，对水蒸气扩散压差并无较大提高。故无特殊情况没有必要将冷阱表面温度配置过低，冷阱温度设为- 45℃已满足需要。这也是我们厂十多年研制生产冷冻干燥机的经验以及多数用户样品的需要；二是为了降低设备造价，使产品易推向市场。当然，在成本不明显增加的情况下，还可进一步优化搁板制冷系统和中间介质循环系统�；褂幸坏闶羌庸すひ账奖裙獠仿匝贰６疽瞧髟诙掣擅婊矫�，却优于国外同类产品。
6、结束语
由样机测试结果及运行情况可看出，该冻干机的设计和研制是成功的，其性能达到了国内同类产品的先进水平，并且缩短了与国际先进产品的距离，对我国实验室用立式冻干机的国产化进程起到了积极的推动作用。
