真空冷冻干燥装置及其融冰方法制造方法及图纸

一种真空冷冻干燥装置及其融冰方法，所述装置，包括真空系统、冷冻干燥库和水汽凝结装置，其特征在于所述水汽凝结装置由水汽凝结器（１、２）、大口径真空阀（３、４）、小口径真空阀（５、６）、融冰阀（７、８）和贮水槽（１１）组成。所述融冰方法利用所述真空冷冻干燥装置中二个水汽凝结器交替进行水汽捕集或者真空融冰。本发明专利技术所述真空冷冻干燥装置及其融冰方法能够保持冻干物料升华过程的连续，以最大水蒸汽流量和最高效率水蒸汽冷凝能力进行工作，从而缩短冻干周期，降低物料冷冻干燥的生产成本。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种从固体物料或制品中消除液体的冷冻干燥设备，特别是涉及一种真空冷冻干燥装置。本专利技术还涉及利用上述真空冷冻干燥装置进行真空融冰的方法。
技术介绍
在真空冷冻干燥设备中，水汽凝结器是非常重要的部件。水汽凝结器担当着二个功能，一是提供物料中冰升华水蒸汽所需的推动力即压力差Pf-Pc，二是凝结物料中冰升华的水蒸汽。一般食品冻干周期约12小时或更长时间，有的长达24小时，随着冻干时间的推移，水汽凝结器表面所结冰霜会愈来愈厚，冰霜厚度可以达到20mm-30mm或者更高。由此会导致下列两种不利后果一是冻干过程中，随着冰层的逐渐加厚，水汽凝结器表面温度Tc和冰层表面温度Ti之差愈来愈大，由此产生较大的热阻力Rh。制冷机所产生的制冷量，相当部分消耗在克服这种热阻上，导致冰层表面温度Ti回升和所对应的饱和蒸汽压Pi升高，以及对应干燥库内的真空度Po也相应升高，致使物料冻干过程延长或者物料冻干操作无法进行。二是冻干结束后，水汽凝结器内冰霜融化周期也随水汽凝结器上冰霜厚度增加而延长。目前冷冻干燥机水汽凝结器的融冰方式有二种。一是大多数厂家采用的用50℃-60℃热水对结冰水汽凝结器喷淋至少一小时。这种方法融冰的用水量相当多，约为冰容量的38-40倍。二是所谓真空融冰技术。这种技术使批产型冻干机融冰用水量减少许多，约为冰容量的0.17倍。但是，真空融冰技术仍没有解决冻干过程中水汽凝结器表面冰霜增厚后冰表面温度Ti升高的现象，以及由此导致的物料升华面温度Tf、水汽凝结器内冰霜表面温度Ti各自对应的饱和蒸汽压之差Pf-Pi随冻干时间增加而减小的情况。从理论公式Gm＝A(Pf-Pi)/(Rd+Rs+K1-1)可知，蒸汽压之差Pf-Pi减小，则冰升华水蒸汽流量Gm也减小。所以，水汽凝结器表面冰霜厚度的增加将导致物料升华需要更多的时间，致使物料冻干周期延长，冻干成本增加；对水汽凝结器进行融冰则干扰了物料冻干的连续性致使物料冻干彻底失败。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服了现有技术的缺点，提供一种能够保持足够低的水汽凝结器低温和高的冰升华水蒸汽压差，融冰迅速的真空冷冻干燥装置以及利用这种装置进行真空融冰的方法。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案一种真空冷冻干燥装置，包括真空系统、冷冻干燥库和水汽凝结装置，所述水汽凝结装置由二个水汽凝结器、二个大口径真空阀、二个小口径真空阀、二个融冰阀和一个贮水槽组成，所述二个水汽凝结器在一个密封容器中相互隔离并且分别通过所述大口径真空阀与冷冻干燥库连接，分别通过所述小口径真空阀与常排真空泵组连接，分别通过所述融冰阀与所述贮水槽连接。所述贮水槽设置有电器式上液位触点装置、电器式下液位触点装置和电加热管组或100℃蒸汽加热管，所述贮水槽通过排水阀与水泵连接。所述真空冷冻干燥装置设置有自动控制装置，所述二个水汽凝结器每隔三十分钟到六十分钟自动切换一次，交替进行水汽捕集或者真空融冰动作。所述二个水汽凝结器采用氨泵供液。一种真空冷冻干燥装置融冰的方法，利用所述真空冷冻干燥装置进行工作，步骤如下a.当一个水汽凝结器连接冷冻干燥库进行水汽捕集时，另外一个水汽凝结器关闭与冷冻干燥库的连接进行真空融冰；b.控制融冰系统真空度在0-610.74Pa，使所述贮水槽内的水蒸发为水蒸汽，利用上述水蒸汽的热量融化所述进行融冰的水汽凝结器上的冰霜；c.所述水汽凝结器融冰三十分钟到六十分钟后结束融冰转入水汽捕集状态，同时所述另外一个水汽凝结器结束水汽捕集转入真空融冰状态；d.所述二个水汽凝结器每隔三十分钟到六十分钟自动切换一次，交替进行水汽捕集或者真空融冰动作，直到物料冷冻干燥过程完成。真空冷冻干燥装置融冰方法步骤b中所述贮水槽内的水温度控制在15-20℃。本专利技术的有益效果是，采用本专利技术所述可以保持冻结物料升华过程的连续，真空冷冻干燥装置将以最大水蒸汽流量Gm kg/h和最高效率水蒸汽冷凝能力kcal/h进行工作，从而缩短物料冻干周期，降低物料冻干生产成本。所述还可以保证物料的残余含水量低于2％-3％时，通过交互切换已融冰的水汽凝结器，保持足够低的水汽凝结器低温，以高的冰升华饱和蒸汽压差作为推动力使物料中的残余水分快速逸出。附图说明图1是真空冷冻干燥装置主视2是真空冷冻干燥装置左视3是采用氨泵供液的真空冷冻干燥装置示意4是水的三相状态1、2、3中水汽凝结器1，水汽凝结器2，大口径真空阀3，大口径真空阀4，小口径真空阀5，小口径真空阀6，融冰阀7，融冰阀8，电器式上液位触点装置9、电器式下液位触点装置10，贮水槽11，排水阀12，小型汽缸13，小型汽缸14，主隔离真空阀15，主隔离真空阀16，制冷电磁阀17，制冷电磁阀18，阀20，阀21，水泵22。图4中OK曲线是水的气液平衡曲线，OL曲线是液固平衡曲线，OS曲线是气固平衡曲线。具体实施例方式下面结合附图，对本技术进一步详细描述实施例1设想耗用最少量的水，并且在半小时到一小时内彻底融化水汽凝结器内的冰霜。从水的三相状态图，图4中可知，OK线为气相和液相的平衡线，在OK线上任何一点的状态，液相水和气相水蒸汽均达到汽、液两相动态平衡，也就是说液相水的蒸发率和气相水蒸汽的液化率相等，或者说水的饱和蒸汽压力等同于水蒸汽的饱和蒸汽压力。假设某个压力条件下20℃时液态水的蒸发率大于气态水蒸汽的液化率，或者说20℃水的饱和蒸汽压力大于20℃水表面的饱和蒸汽压力，该条件下水的气、液两相动态不平衡状态，使得水沸腾汽化迁移能维持一段时间。从OL曲线、和OS曲线交点可见，只要液态水表面的真空度维持在610.74Pa或者说在4.58Torr以下，则冰的融化温度为0℃。并且此时20℃的水在真空下连续不断的吸收自身的显热约20kcal/kg蒸发为气态水蒸汽。水蒸汽自身含热590kcal/kg可以与低温如-35℃-40℃的冰进行热量交换，冰吸收气态水蒸汽的热量从低温冰的温度慢慢上升到0℃，融化为0℃的水。假设水汽凝结器上结冰Gkg，其融化温度为0℃。因为冰的潜热为80kcal/kg，低温下冰的平均比热为0.5kcal/℃.kg，气态水蒸汽和固态冰的热交换能量等式如下590×G′＝G{×0.5+80}。式中G′指融化Gkg冰所需的水，即真空融冰时所需用水量。要保证被冻结物料内的冰升华水蒸汽流量Gm基本恒定，则物料升华面温度Tf、水汽凝结器冰霜表面温度Ti与其各自对应的饱和蒸汽压差Pf-Pi也应基本恒定，那么就要求水汽凝结器上冰表面温度Ti基本不变。实验证明，在氨泵强制供液条件下，冰霜厚度为2-3mm时，水汽凝结器表面温度Tc和冰霜表面温度Ti非常接近，冰霜厚度为5mm时两者仅相差1℃-2℃。由此可以设想当水汽凝结器上冰霜厚度仅为2-3mm时就进行真空融冰，不中断冻结物料内冰的升华过程，采用一种设置有二个水汽凝结器的来进行物料的冷冻干燥操作是可行的。如图1、2所示，一种真空冷冻干燥装置，包括真空系统、冷冻干燥库和水汽凝结装置，所述水汽凝结装置由水汽凝结器1、2、大口径真空阀3、4、小口径真空阀5、6、融冰阀7、8和贮水槽11组成，所述水汽凝结器1和2在一个密封容器中相互隔离，所述水汽凝结器1通过所述大口径真空阀3与冷冻干燥库连接通过所述小口径真空阀5与常排真空泵组连接通过所述融冰阀7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种真空冷冻干燥装置，包括真空系统、冷冻干燥库和水汽凝结装置，其特征在于所述水汽凝结装置由水汽凝结器（１、２）、大口径真空阀（３、４）、小口径真空阀（５、６）、融冰阀（７、８）和贮水槽（１１）组成，所述水汽凝结器（１）和（２）在一个密封容器中相互隔离，所述水汽凝结器（１）通过所述大口径真空阀（３）与冷冻干燥库连接通过所述小口径真空阀（５）与常排真空泵组连接通过所述融冰阀（７）与所述贮水槽（１１）连接，所述水汽凝结器（２）通过所述大口径真空阀（４）与冷冻干燥库连接通过所述小口径真空阀（６）与常排真空泵组连接通过所述融冰阀（８）与所述贮水槽（１１）连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张耀平，
申请(专利权)人：上海玉成干燥设备有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]