一种冻干机捕水系统技术方案

一种冻干机捕水系统，其特征在于：将干燥仓（１）远离仓门（１８）一端的延长段或下部或两侧由隔板（２）隔开作为各捕水器的冷阱仓体（３）；在隔板（２）上设有通气窗（１６）；或设置独立的冷阱仓体（３）与干燥仓（１）连通；在冷阱仓体（３）内具有多台捕水器；将最小表面积的捕水器（７）设置在冷阱仓体（３）内的靠近干燥仓（１）的一侧，最大表面积的捕水器（８）设置在冷阱仓体（３）的另一侧；将各中等表面积的捕水器依次排列在最小表面积的捕水器（７）与最大表面积的捕水器（８）之间；在冷阱仓体（３）或干燥仓（１）后封头（１９）的上部具有真空阀门（６）与真空系统相通。本实用新型专利技术能提高冻干机的生产效率，提高产品质量，降低能源消耗，简化设备的结构。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种本技术涉及一种真空冷冻干燥机(简称冻干机)，特别是一种冻干机捕水系统。
技术介绍
真空冷冻干燥(也称冻干)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系统获得，真空系统主要由真空机组及捕水器组成。在干燥过程中，大量的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，必须依靠冷阱将水蒸气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气压，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气压差，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，捕水器上凝华面(霜层外表面)温度越低，干燥仓内真空压力(严格地讲是水蒸气的分压)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。在升华干燥过程中，放置在加热板之间托盘上的物料，上表面受热条件最好，下表面次之，中心部位最差。随着加热的进行，物料已干层(脱去游离水层)由上、下表面逐渐向中心部位推进，已干的部分其温度会逐渐升高，且上升趋势加大。当物料已干的上表面温度快要接近其最高允许温度，势必要降低加热板温度，否则物料上表面将超过其最高允许温度，使之成分破坏或变性。由于已干层导热性能差，在已干层不断增厚的情况下只有逐步降低加热板温度才能保证已干层物料不超过其最高允许温度。当物料中心温度超过0℃时，表明物料中的冰晶已升华完毕，既进入解吸干燥阶段，加热板温度(降)和物料温度(升)逐渐接近物料的最高允许温度，二者温差越来越小，供热越来越少，蒸发的水汽量也会越来越少。由于存在加热的不均匀以及托盘装料的不均匀，还必须在小供热量的情况下，持续较长一段时间才能结束干燥，以保证较高的产品合格率。由此可见，捕水器在最大凝华过后所要提供的冷量和要捕集的水量也是递减的。捕水器既要能满足最大凝华量需要，又要在干燥后期较长的时间内，处于较低温度、较小捕水量工况下工作。捕水系统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、双捕水器两种捕水系统配置。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，能够实现交替捕水，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，极易飘落到捕水器内和上表面，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系统，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，制冷系统耗能更高。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。现有双捕水器冻干机在干燥过程中，都因多次除霜而额外大量耗能(除霜需用热蒸气，捕水器升温后还需降温而耗冷)，捕水器真空阀门大，结构复杂，增加了制造成本。现有单捕水器、双捕水器冻干机都是采用能满足最大凝华量的同一套大的捕水器和制冷系统，在用于干燥后期水量小、温度低的工况时，一方面，按最大凝华配置的制冷系统很难达到相应的能量、温度调节和较高的能效比，另一方面，用同一套偌大的捕水器及制冷系统(包括压缩机、辅机等)来长时间满足很小捕水量要求，相当于大马拉小车，势必造成能量的浪费。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种冻干机捕水系统以解决上述捕水系统的不足，本技术能提高冻干机的生产效率，提高产品质量，降低能源消耗，简化设备的结构。本技术的目的是按如下的技术方案实现的。本技术为一种冻干机捕水系统，包括捕水器、除霜装置，其特征在于将干燥仓远离仓门一端的延长段或下部或两侧用隔板隔开作为各捕水器的冷阱仓体；隔板上设有通气窗；或设置独立的冷阱仓体，用管道与干燥仓连通；仓体内具有多台捕水表面积大小不同的捕水器；当捕水器为2台时，将小表面积的捕水器设置在捕水器仓体内的靠近干燥仓的一侧，大表面积的捕水器设置在仓体的另一侧；当捕水器多于2台时，将最小表面积的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冻干机捕水系统，包括捕水器、除霜装置，其特征在于：将干燥仓（１）远离仓门（１８）一端的延长段或下部或两侧用隔板（２）隔开作为各捕水器的冷阱仓体（３）；在所述的隔板（２）上设有通气窗（１６）；或设置独立的冷阱仓体（３），用管道（２″）与干燥仓（１）连通；在所述的冷阱仓体（３）内具有多台捕水表面积大小不同的捕水器；当所述的捕水器为２台时，将小表面积的捕水器设置在冷阱仓体（３）内的靠近干燥仓（１）的一侧，大表面积的捕水器设置在冷阱仓体（３）的另一侧；当捕水器多于 ２台时，将最小表面积的捕水器（７）设置在冷阱仓体（３）内的靠近干燥仓（１）的一侧，最大表面积的捕水器（８）设置在冷阱仓体（３）的另一侧；将各中等表面积的捕水器按捕水表面积递增方式，依次排列在最小表面积的捕水器（７）与最大表面积的捕水器（８）之间；在所述的冷阱仓体（３）或干燥仓（１）的后封头（１９）的上部具有真空阀门（６）与真空系统相通。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王佳文，王一田，徐春强，熊恩国，
申请(专利权)人：北美冻干技术股份公司，
类型：实用新型
国别省市：CA[加拿大]