真空冷冻干燥机的真空系统性能指标设计计算

真空冷冻干燥机的真空系统的特性与设计、制造、安装调试和使用维护都有关系。真空冷冻干燥机的真空系统特性主要应包括抽水蒸汽的能力,冻干箱空载极限真空度和冻干箱出口处的有效抽速这3大指标。

下面研究如何通过设计计算来保证实现这些性能要求。

冻干室的极限真空度

式中P0为真空泵的极限真空度(Pa),Q0为空载时长期抽气后冻干室的气体负荷,在Sp一定时,Q0决定了冻干室的空载极限真空度Pj,通常,Q0可用冻干室的漏气率来计算,冻干室的漏气率可以测量得到,在设计时可根据经验取为1(Pam3/s);SP为冻干室抽气口附近泵的有效抽速(m3/s)。

冻干室的极限真空度受抽气口位置设计和测量点位置设计的影响。在大型冻干机中如果冻干室较长,抽气口又设计在冻干室的一端,冻干室内就会出现压强梯度,各点的压强值可用下式计算。

式中,PX为距抽气口X处的压强(Pa);P1为距抽气口Z近L1处的压强(Pa),P1=qBL1/S;S为X=0处泵的有效抽速(m3/s);q为冻干室壁的出气速率(Pam3/m2s);B为冻干室截面周长(m);U是长为L的冻干室流导(m3/s)。

冻干室的极限真空度还受测点温度的影响,因为P=nKT,如果冻干室内气体分子数n一定,设在高温处测点测得的压强高,设在低温处测得的压强低,这一点应该引起设计者和用户的注意。

为提高冻干室的极限真空度,缩小冻干室内的压强梯度,冻干室的抽气口不应设在一端,而应设在中间或开设多个抽气口并联。如果采用水蒸汽喷射泵抽气,又设计了贮气罐,在正常工作时应该用阀门将贮气罐截断,否则会影响冻干室内的真空度,其影响程度可用公式计算。

求出这两个微分方程联立解,即可得到冻干室中压强P1和贮气罐中压强P2。式中V1为冻干室容积,V2为贮气罐容积,冻干室与贮气罐之间的流导为U,在贮气罐抽气口处泵的抽速为S,上两式中忽略了两个容器的漏气和放气。

冻干室抽气口附近的有效抽速

式中　SP为有效抽速(m3/s),S为抽气机组的有效抽速,U为真空室出口与机组入口间管道的流导(m3/s)。一般,高真空管道,泵的抽速损失不应大于40%～60%,低真空管道,其损失允许5%～10%。

有捕水器的真空系统计算有效抽速比较复杂。在捕水器没有工作之前,应该将捕水器当成管道对待,计算其通导能力;在捕水器正常工作之后,应该将捕水器当成气体捕集式真空泵对待,计算其有效抽速。捕水器的通导能力与结构有关,而且是时间的函数。在捕水器正常工作后,随着抽气时间增长,霜层厚度增加,其通导能力减小。捕水器的有效抽速是个相当复杂的问题,它除与冷凝面积有关外,还与前级泵抽速S、凝结系数A有关。A又与冷凝面温度TK、被抽气体温度Tg、被抽气体压强Pg和冷凝面温度下饱和水蒸汽压强P0之比有关,还与霜层厚度、泵的结构有关。粗算时可采用下式。

式中　A为凝结系数,可取0.5～0.85,Tg和TK低时取大值,反之亦然,AK为冷凝面的面积,D为霜层厚度。在抽气过程Tg、TK和D都是变化的,该式描述的是稳态过程,只供参考。

真空系统抽水蒸汽的能力

水蒸汽喷射泵抽水蒸汽的能力是泵的固有特性,在水蒸汽喷射真空泵样本中都有标注(见表1中的说明)。

捕水器抽水蒸汽的能力无法用每小时多少公斤来衡量,只能用Zda捕水量来表示。

式中　Q为霜层密度,dmax为霜层Zda厚度,通常取小于10mm,TS为霜层表面温度。

上海拓纷机械设备有限公司--真空冷冻干燥机！

中试型冻干机参数1：

型号

单位

中试型

中试型

中试型

中试型

中试型

TF-SFD-2

TF-SFD-5

TF-SFD-10

TF-SFD-15

TF-SFD-20

有效搁板面积

m

0.2

0.52

1.04

1.51

2.16

水汽凝结器容量

kg/批

3

8

16

24

30

小瓶装量

（Φ16mm）支

770

1914

3828

5772

7656

（Φ20mm）支

400

1008

2016

3078

4032

Zda盘装液体

L

4

8

16

24

30

搁板尺寸

（宽）mm

280

360

360

420

450

（长）mm

360

480

480

600

800

搁板间距

mm

70

70

70

70

70

搁板数量

块

2+1

3+1

6+1

6+1

6+1

搁板温度范围

℃

-50℃~+80℃

搁板温度

℃

±1.0（平衡时）

水汽凝结器温度

℃

≤-70

系统Zdi压力

Pa

≤5

冷却方式

（风冷：通风良好）℃

室温≤30

（水冷：T/hr）

2

2

2

2

4

电源

220V50Hz

220V或380V50Hz

380V50Hz

380V50Hz

380V50Hz

装机功率

kw

3

4.5

8

11

15

整机重量

kg

300

350

500

700

1200

宽度

mm

800

850

1250

1350

1750

深度

mm

1000

1000

1100

1250

1500

高度

mm

1700

1700

1800

1800

1850

中试型冻干机参数2：

型号

TF-SFD-30

TF-SFD-50

TF-SFD-70

搁板面积（m）

3

5

7

有效搁板面积（m)

2.8

5.5

7.75

装瓶数

个/Φ16mm

13300

24800

34800

个/Φ22mm

6800

12700

17800

散装溶液量

L

60

105

140

搁板尺寸

宽（mm)

615

915

915

深（mm）

915

1215

1215

搁板数量（个）

5+1

5+1

7+1

搁板间距（mm）

100

搁板温度范围（℃）

-55～+70

冷凝器温度（℃）

-70

冷凝器Zda捕水量（kg）

65

105

140

压缩机

S4T-8.2Y*2

S4G-12.2Y*2

S6J-16.2Y*2

真空泵

E2M40

E2M40

E2M80

罗茨泵

循环泵

SD40/10

TOP-SD65/13

TOP-SD65/13

水环泵

LEM25

LEM25

2BV2070

主阀口径

250

400

400

电加热

6

10

14

极限真空（Pa）

1

系统泄露率（PA.m/S)

0.1

装机功率（KW）

30

43

55

冷却水量(m/H)

7

11

16

压缩空气

0.6～0.8Pa

长（mm)

3700

4300

5000

宽（mm）

1800

2300

2600

高（mm）

3000

3700

3000

设备重量（kg)

5600

11000

12000

纯蒸汽耗量（kg）

100

130

150

纯水/注射水量（L/M）

90

120

150

*以上数据仅拓纷标准产品参数，也可根据用户要求定制，Z终数据以合同为准。

技术服务：

1.通常标配基本型的触摸屏操作系统，也可根据用户要求选择PLC和以太网远程控制系统；

2.可根据用户要求选择风冷或者水冷的冷却方式；

3.可根据用户厂房设计冻干机；

4.可根据用户要求选择技术配置；

5.可根据用户要求选择真空泵品牌类型；

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