CN2932261Y - 一种真空冷冻干燥机的捕水*** - Google Patents

Abstract

一种真空冷冻干燥机的捕水***，包括设置在干燥仓内的两台捕水器、一套负压蒸汽除霜装置及其连接管道、阀门，其特征在于：所述的捕水器包括仓体(1)、冷管或冷板组(2)和真空阀门(3)；将所述的干燥仓(21)的远离仓门(22)的一段用隔墙(23)隔开并分为左右两室，作为两台捕水器的仓体(1)；冷管或冷板组(2)位于所述的仓体(1)内，真空阀门(3)位于仓体(1)与干燥仓(21)的连通处。在两台捕水器的仓体(1)上的远离干燥仓(21)的一端，各设有一个抽空管(18)，并通过两个真空阀门(19)与真空机组接通。本实用新型能提高冻干机的生产效率，降低生产消耗，节省能源，提高产品卫生等级和品质。

Description

一种真空冷冻干燥机的捕水***

技术领域

本实用新型涉及一种真空冷冻干燥机(简称冻干机)，特别是一种真空冷冻干燥机的捕水(也称冷阱)***。

背景技术

真空冷冻干燥(也称冻干)方法是先将含水物料冻结到共晶点温度以下，使其中的游离水变成冰，然后，在适当的温度和真空度下，使冰升华(吸附水蒸发)为水蒸气从物料中逸出，利用捕水器将水汽凝华，从而获得干燥制品的技术。冻干机工作时，干燥仓内的真空由真空***获得，真空***主要由真空机组及捕水器组成。在干燥过程中，产生出的大量水蒸气单靠真空机组是无法全部排出仓外的，真空机组只用于抽出不可凝结气体，必须依靠冷阱(捕水器)将水蒸气捕集，使在其表面凝华成冰(或霜)，才能维持相应的真空度。

冻干的干燥过程分升华干燥和解吸干燥两个过程，升华干燥是以升华方式将已冻结的游离水全部脱去，在升华干燥过程中，干燥仓内的真空压力应低于物料共晶点温度对应水的饱和蒸汽压，否则物料中的冰晶就会融化，也就不是升华干燥，由于升华干燥过程是物料中的冰升华成水蒸气，水蒸气再在捕水器表面凝华成冰的过程，有多少升华量就有多少凝华量，升华与凝华潜热相同，因此，只有捕水器实际用于凝华的冷量等于用于升华的加热量时，才能维持所需要的稳定的真空压力。也就是说，捕水器除了应具有足够的表面积，还要能提供出最大凝华时(也是最大升华时)所需要的冷量。在一定条件下，捕水器的供冷能力决定着升华量和升华速度。解吸干燥是将物料毛细管壁和极性基因上吸附的未冻结的那部分水分(称吸附水)去除，以保证冻干制品的良好品质。由于吸附水的吸附能量较高，必须使物料内外形成较大的蒸汽压差，才能使分水逸出，所以，应尽可能降低干燥仓内的真空压力，即应尽可能降低捕水器的表面温度。解吸干燥阶段，捕水器中凝华面(霜层外表面)温度越低，干燥仓内真空压力(严格讲是水蒸气的分压)也越低，解吸干燥速度越快，冻干品的残余含水量越低，品质越好。由此可见捕水***的性能直接影响冻干机的生产效率、生产能耗和产品品质。

现有冻干机干燥仓有单、双捕水器两种捕水***配置。单捕水器配置即一台干燥仓配一台捕水器(包括外置式、后置式及下置式)，在整个干燥周期内捕水器不进行除霜，捕水器冷管(或板)外表面上的冰或霜(以下统称为霜)层，随冻干过程的进行会越结越厚，霜是热的不良导体，霜层的增厚，使传热阻力增加，捕水器冷管壁外表面与凝华面(霜层外表面)之间的温差加大，要提供相同凝华面温度和冷量，势必要降低捕水器冷管壁内制冷工质的蒸发温度或冷媒温度，同时加大制冷能力，而制冷压缩机是蒸发温度越低，能效比越低，由此可见，由于霜层的增厚，增加了制冷压缩机的能耗。另一方面，在解吸干燥阶段，霜层已结很厚，凝华面的温度很难降得很低，不利于物料中吸附水的逸出，解吸干燥速度会非常缓慢，且影响冻干制品品质。为了克服霜层太厚所产生的不良影响，这类冻干机通常都将捕水器的冷管面积做得很大。由于捕水器大，造成冷管温度不均匀性加大，制冷工质或冷媒的流动阻力加大，能耗增加，制造成本增高。再者，捕水器只能在冻干结束，物料出仓后进行除霜(包括排水和再降温)，使冻干机长时间待机，生产周期加长。因此这类冻干机能耗较高，生产效率较低。

双捕水器配置，即一台干燥仓配二台捕水器，这类冻干机按捕水器安装位置分为两种，其中一种是下置式，即两台捕水器设在干燥仓内加热板组下面，两台捕水器仓与干燥仓连通处共用一套移动板式阀门，这种冻干机虽然是有两台捕水器，能够实际交替捕水，交替除霜，克服了单捕水器配置因霜层厚带来的不足，但大都两台捕水器不能同时工作。在干燥前期，水蒸气升华量很大，不能双捕水器投入使用，势必造成有效捕水面积不足，结霜层厚时最大凝华量受到限制，因此，只能依靠反复交替除霜才能满足大量捕水要求。若大的捕水器反复从-30℃以下升到0℃以上，又从0℃以上降到-30℃以下，能耗必然加大。更主要的是下置式捕水器与加热板共处一个仓段，一冷一热温度场相互干涉，能量损失较大，由于冷、热能量的抵消，靠近捕水器的物料受热强度降低，物料干燥速度不一致，使整仓的干燥时间加长。另一方面，冻干物料位于捕水器上方，在冻干结束解除真空时，因冻干物料非常轻，极易落入捕水器内和上表面，由于空间小，阀门连杆机构复杂，非常不容易清洗，很难满足卫生要求高的冻干制品生产要求。

另外还有一种外置式双捕水器的捕水***，即双捕水器设在干燥仓外，两捕水器仓与干燥仓采用管道和阀门连通。这种冻干机，虽然能够实现两台捕水器在干燥前期同时捕水，冻干后期也能单台捕水器单独捕水及交替除霜，克服了单捕水器配置因霜层厚带来的不足，无冷、热能量抵消所造成的能量损失，干燥仓易于清洗和消毒，但由于捕水器仓与干燥仓之间的管道长，管径小，弯道多，变径大，大大增加了水蒸气从干燥仓到捕水器仓的流动阻力，为了达到相同的捕水效果，势必需求捕水器的温度更低，制冷压缩机功率更大，制冷***耗能更高。同时受结构的影响，外置式双捕水器的冻干机占用空间更大，制造成本高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种真空冷冻干燥机的捕水***，以解决上述现有技术的不足。采用本实用新型能提高冻干机的生产效率，降低生产消耗，提高产品卫生等级和品质。

实现上述目的而采取的技术方案为：本实用新型真空冷冻干燥机的捕水***包括设置在干燥仓内的两台捕水器、一套负压蒸汽除霜装置及其连接管道、阀门，其特征在于：所述的捕水器包括仓体、冷管或冷板组(以下简称冷管组)和真空阀门；将所述的干燥仓的远离仓门的一段用隔墙隔开并分为左右两室，作为所述的两台捕水器的仓体；所述的冷管组位于所述的仓体内，所述的真空阀门位于所述的仓体与干燥仓的连通处。

所述的冷管组是制冷工质蒸发直接供冷的蒸发器，或是冷媒间接供冷的换热器。

两台所述的冷管组均通过管道、管道与制冷***连接。

两台所述的捕水器仓体的下底部各设有一个除霜排水口，两个所述的除霜排水口通过两个真空阀门、管道与所述的负压蒸汽除霜装置壳体的接口接通。

所述的负压蒸汽除霜装置包括壳体、换热器、液位控制器、泵，所述的换热器位于壳体内，其一端通过管道、电磁阀与蒸汽源接通；其另一端与排水网或回收***相通。

在两台所述的捕水器的仓体上各设有一个抽空管，并通过两个真空阀门用管道与真空机组接通。

所述的抽空管最好是设于仓体上的远离干燥仓的一端。

本实用新型捕水***为双冷阱捕水***，是一种既能同时捕水、又能单独捕水及交替除霜的具有双捕水器的后置式捕水***。本捕水***采用了设置在一台干燥仓内后端的两台既能同时捕水、又能每台交替捕水和除霜的捕水器，使水蒸气从干燥仓流向捕水器的流阻小，能耗小；在冻干过程前期，两台捕水器同时捕水，捕水面积大，霜层薄，有利于冻干前期大量水蒸气的捕捉，捕水器效率高；冻干中、后期两台捕水器进行第一次交替除霜后，使得冷组管的霜层很薄，有利于冻干后期解吸干燥过程中物料吸附水的逸出，冻干品的残余含水率较低；冻干过程结束前，首先进行第一次除霜的捕水器进行第二次除霜(此时后进行第一次除霜的捕水器结霜层很薄，不需第二次除霜)，两台捕水器可在物料出仓后可直接用于下一轮冻干过程的捕水，减少了冻干机交替除霜次数和冻干机的停顿时间，效率高、能耗小。捕水器与加热板不在同一仓段，冷、热温度场不相互干涉，能量损耗小，物料干燥速度均衡；冻干机易于清洗和消毒，更加符合卫生要求，保证了冻干制品有较低的残余含水率。

综上所述，本实用新型的生产效率高，能耗低，产品卫生，品质优良。

附图说明

图1为本实用新型的俯视示意图。

图2为图1中的A-A剖视放大图。

图中代号

1仓体       2冷管或冷板组  3真空阀门     4管道          5管道

6排水口     7真空阀门      8管道         9除霜装置壳体

10接口      11换热器       12液位控制器  13磁力泵

14单向阀    15连管         16管道        17电磁阀       18抽空管

19真空阀门  20管道         21干燥仓      22仓门         23隔墙

具体实施方式

图1为本实用新型干燥仓捕水***的示意图，图中示出包括由设置在干燥仓21内后端的两***立运行的捕水器、一套负压蒸汽除霜装置及其连接管道、阀门；所述的捕水器包括仓体1、冷管组2和真空阀门3；将干燥仓21的远离仓门22的一段用隔墙23隔开并分为左右两室，作为两台捕水器的仓体1；冷管组2位于仓体1内，真空阀门3位于仓体1与干燥仓21的连通处，控制仓体1与干燥仓21的通断。

冷管组2采用制冷工质蒸发直接供冷的蒸发器，或冷媒间接供冷的换热器均可。

两台冷管组2均通过管道4、管道5与制冷***连接，制冷工质从管道一端进入，从另一端排出；两台冷管组2能由制冷***单独或同时供冷。

如图2，两捕水器仓体1下底部各设有一个除霜排水口6，两除霜排水口6通过两个真空阀门7、管道8与负压蒸汽除霜装置壳体9的接口10并联接通。

所述的负压蒸汽除霜装置包括壳体9、换热器11、液位控制器12、泵13，所述的换热器11位于壳体9内，其一端通过管道16、电磁阀17与蒸汽源接通；其另一端与排水网或回收***相通。泵13经单向阀14通至排水网。

如图1，两台捕水器中，在二仓体1的远离干燥仓21的一端各设有一个抽空管18，并通过两个真空阀门19用管道20并联与真空机组接通。

本冻干机采用自动控制***，工作时，在干燥仓21中装有拟冻干的物料(未示出)，在冻干过程的前期同时打开两台捕水器的真空阀门3、真空阀门19，开启真空机组，制冷***为两台冷管或冷板组2供冷，使两台捕水器同时捕水，前期产生的大量水蒸气可由捕水面积足够大的两台冷管或板组2捕获，霜层不会太厚，由于后置式捕水器蒸汽流动阻力较小，有利于形成物料升华面与捕水器凝华面的压力差，前期干燥速度快，制冷压缩机能效比高，节能。在冻干过程的中、后期，随着对物料加热强度的减少，生产的水蒸气不像前期那样多，可由一台捕水器进行捕水，关闭其中的(例如图1左室的)一台捕水器真空阀门3及对应的真空阀门19，并开始对此台捕水器进行负压蒸汽除霜。进行负压蒸汽除霜的过程是：在关闭真空阀门3、真空阀门19后，打开对应的(图2左室的)真空阀门7、打开热蒸汽源的蒸汽电磁阀17对热蒸汽换热器11供热，壳体9内的水受热后在负压下沸腾，产生大量负压水蒸气，通过管道8进入左室的捕水器仓体1内，使冷管组2上的霜层融化。当霜化成水经管道8流入壳体9内、液位超过液位控制器12限定的上限液位时，磁力泵13开启，通过真空单向阀14向外排水。液位回落到液位控制器12限定的下限液位时，磁力泵13停止工作。当此台捕水器除霜完成后，关闭左室对应的真空阀门7，并很快对其供冷降温，重新打开左室对应的真空阀门3、真空阀门19，使之再进行捕水，随后关闭右室的捕水器的真空阀门3、真空阀门19，打开右室对应的真空阀门7，按相同的除霜操作程序对其进行负压蒸汽除霜，除霜完成后，使其再投入工作，进行捕水。经过两台捕水器第一次交替除霜后，进入冻干过程的后期(即解吸干燥期)，因要捕的水蒸气量很少，两台捕水器冷管组2捕水面积大，霜层很薄，有利于凝华面的降温，形成吸附水从物料逸出所需的压力差，便于吸附水的逸出，冻干过程后期干燥速度快，而且节能。在冻干过程即将结束，干燥仓未解除真空前，对结霜层较厚的首先进行第一次除霜的捕水器进行第二次除霜，此时，后进行第一次除霜的捕水器结霜层很薄，不需第二次除霜。当物料干燥结束出仓后，可随即进行下一轮冻干，两台捕水器可直接同时用于冻干前期捕水，减少了冻干机的停顿时间。

与现有技术相比，本捕水***有以下优点：由于本捕水***采用了一台干燥仓配有设置在干燥仓内后端的两台既能同时捕水、又能每台交替捕水和除霜的捕水器，水蒸气从干燥仓流向捕水器的流阻小；在冻干过程前期，两台捕水器同时捕水，捕水面积大，霜层薄，有利于冻干前期大量水蒸气的捕捉，捕水器效率高；冻干中、后期两台捕水器进行第一次交替除霜后，使得冷组管的霜层很薄，有利于冻干后期解吸干燥过程中物料吸附水的逸出，冻干品的残余含水率较低；冻干过程结束前，首先进行第一次除霜的捕水器进行第二次除霜(此时后进行第一次除霜的捕水器结霜层很薄，不需第二次除霜)，两台捕水器可在物料出仓后可直接用于下一轮冻干过程的捕水，减少了冻干机交替除霜次数和冻干机的停顿时间；捕水器与加热板不在同一仓段，冷、热温度场不相互干涉，能量损耗小，物料干燥速度均衡；冻干机易于清洗和消毒，更加符合卫生要求。因此，冻干机工作时，干燥速度快，能耗低，保证了冻干制品有较低的残余含水率。从而实现了冻干机生产效率高，生产成本低，产品品质优良之目的。

Claims (7)

1.一种真空冷冻干燥机的捕水***，包括设置在干燥仓内的两台捕水器、一套负压蒸汽除霜装置及其连接管道、阀门，其特征在于：

所述的捕水器包括仓体(1)、冷管或冷板组(2)和真空阀门(3)；将所述的干燥仓(21)的远离仓门(22)的一段用隔墙(23)隔开并分为左右两室，作为所述两台捕的水器的仓体(1)；两台所述的冷管或冷板组(2)各位于所述的仓体(1)内，所述的真空阀门(3)位于所述的仓体(1)与干燥仓(21)的连通处。

2.按照权利要求1所述的真空冷冻干燥机的捕水***，其特征在于：所述的冷管或冷板组(2)是制冷工质蒸发直接供冷的蒸发器，或是冷媒间接供冷的换热器。

3.按照权利要求1所述的真空冷冻干燥机的捕水***，其特征在于：所述的两台冷管或冷板组(2)均通过管道(4)、管道(5)与制冷***连接。

4.按照权利要求1所述的真空冷冻干燥机的捕水***，其特征在于：所述的两台捕水器的仓体(1)的下底部各设有一个除霜排水口(6)，两个所述的除霜排水口(6)通过两个真空阀门(7)、管道(8)与所述的负压蒸汽除霜装置壳体(9)的接口(10)接通。

5.按照权利要求4所述的真空冷冻干燥机的捕水***，其特征在于：所述的负压蒸汽除霜装置包括壳体(9)、换热器(11)、液位控制器(12)、泵(13)，所述的换热器(11)位于壳体(9)内，其一端通过管道(16)、电磁阀(17)与蒸汽源接通；其另一端与排水网或回收***相通。

6.按照权利要求1所述的真空冷冻干燥机的捕水***，其特征在于：在所述的两台捕水器的仓体(1)上各设有一个抽空管(18)，并通过两个真空阀门(19)用管道(20)与真空机组接通。

7.按照权利要求6所述的真空冷冻干燥机的捕水***，其特征在于：所述的抽空管(18)是位于仓体(1)上的远离干燥仓(21)的一端。

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