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christ真空冷冻干燥机的总体设计探析

作者:CHRIST维修 发布时间:2020-06-29 23:47点击:
摘要 :在 已有 的christ真 空冷冻干 燥机 的基 础上 ,设 计 了适用 于产 量较 小 的真空 冷冻干 燥 机 (christ型真 空冷 冻干燥机 )。
其 中,以冻干箱作 为主要设计 对象进行 了设计计算 。首 先是箱体壁厚 的计算 以及搁板 的导热液 进 出 口位 置 的确 定 ,然 后是搁板 的结 构和加 工方法 、导热液 回流和 进 油的导 热液软 管长度 的计 算 ,最 后做了导热液循环部件 的设计 、捕水器 的改造 、制冷压 缩机组 的布局设计及 配置 ,并进 行 了实际运行 效果 的测 试 。
关键 词 :冻干箱 ;搁板 ;导热 液 ;计算 ;捕水器 ;导热液循环 部件
 
 引言
随着生物制品的广泛应用,冷冻干燥技术得 到了快速的发展 。本次设计是为 了满足不同产量的需求 ,实现真空冷冻干燥机 的规格系列化 ,在 已有 的ZLG一8型 (有效面积为8ITI)真空冷冻干燥机的基础上 ,设计 了适用于产量较 小的真 空冷冻干燥机 。在分 析 了ZLG一8型真 空冷冻干燥 机结构及存 在 的问题 的基础上 ,我们对其进行改进并定型为christ型(有效面积为3mz)真空冷冻干燥机 。该机主要 由冷冻系统 、真空系统 、液压压塞系统 、循环系统 、冻干箱体、搁板及捕水器、控制系统等组成 。
本 设 计 的 重 要 部 分 是 以 冻 干 箱 作 为 主 要 设 计对象 ,对冻干箱 的主要部件进行了设计计算。经实践检验 ,该设计达到了预定的效果 。
1 christ型真 空冷 冻 干燥机 机 械 方 面 的总体 设计根据christ型真空冷冻干燥机的设计要求 ,我们参 照ZLG-8型真空冷冻 干燥机 的系统原理进 行了总体布局 ,结合产量变小 的要求 ,本着 降低能耗和制造成本的原则,我们确定 Tchrist型真空冷冻箱 与捕 水器之 间,强 电控 制柜置于冻干箱 一侧 ,微机控制柜则可 以根据安装现场需要布置。整套设备的 占地面积为5000mmX4000IlllTI,净高度约3190nlln,厂房高度不得低于3500mm。christ型真空冷冻干燥机 的总体布局 图如 图2所 示。
1.4 总 装 配 图设 计
根据christ型真空冷冻干燥机 的总体布局 图,我们 设计 了ZLG-3型真空冷冻干 燥机 的总装配 
2 christ型真 空冷冻 干燥机主 要部件设计我们对冻干箱及搁板等关键部件进行 了设计 ,净而发生污染;(4)若用液压装 置在箱 内实现 自动加塞 时,搁板应 能上下移动 ,移动 时不得倾斜 以免卡死 ;
(5)箱 内零部件布置尽量减少升华水汽流 向水汽凝 结器 的流动 阻力 。
2.1.1.2 冻 干箱 体 的 制造 要 求
在水汽升华 阶段 ,箱 内为真空 ,因此箱 体为受外压 的容器,箱体的强度应引起足够的重视 。冻干箱工作时 内腔为真 空,真空度最低为2~3Pa,经计算每块壁板均承受不小于100000N、最大承受160000N的压 力。因此 ,箱体要有足够的强度 、良好 的密封性及保温性能。冻 干箱 采 用 矩 形 箱 体氩 弧焊 焊 接 形 式 ,箱 体 各壁板 为钢板与加强筋焊接结构 。采用矩形箱体 一方面可 以利用 以往 的成熟技术,另一方面矩形箱体相对于圆形箱体而言具有体积 小 、箱 体 内可 利 用 空 间大 的优 点 ,便 于 箱 体 内各零件 的布置 ,与冻干箱大 门的连接 简单可靠 ,便于箱体顶部安装液压系统及储油罐 。
箱体壁板 的加强筋结构保证 了箱体的强度 ,并减轻 了箱体重量 ,便于在加强筋之 间贴放保温材料。
 
2.2.2 导热液循环机 组相对于ZLG一8型冻干 机 的改进
2.2.2.1 冷热交换器使用不锈钢板式换热器板式换热器相对于盘管式换热器有 以下优点:
(1)热交 换效率 高:板式换热器 由许 多不锈钢薄板经冲 压后焊接而成 ,钢板 厚度 小 ,热交换面积大 ,间隔的板 片之 间旋转 180。形成 两路 相分 离 的管路 ,制冷剂和导热 液在两个管路 中以相反的方 向流动,因此热交换效率高;
(2)由于各板片之间所形成 的管路 非常细小 ,且密度高,这样不但使换热器的热交换效率较高,而且所需制冷剂及导热液少 ,降低 了制造和使用成本 ;
(3)密封性好 ,最 高可 以承受3MPa的压力 以及2.0×10-sMPa的真空度 ,可靠性高;
(4)由于热交换效率高 ,在相 同的热交换量下 ,结构紧凑 ,占地面积小 ,便于安装连接 。
2.2.2.2 将加热器做成循环管路 的一部分 ,减 少了硅油的用量我们将加热器做成循环管路的一部分 ,减小了体积,便于各部件的布排 ,减少了硅油的用量 ,使整个系统 的热惯性减小,从而减少了加热器 的功率。在设计 时我们估算硅 油用量为 100L,实 际用量 为 85L(由于 板 式 换 热 器 的容 积 无 法 估 算 ,计 算时设定一个值 ,但从使用情 况看,板式 换热器 的容积很小),因而 降低 了制造和使用成本 。由于硅油用量较少 ,加热器 的功率 可 以相应降低 ,设计功率为9kW ,从 调 试 使用 情 况 看 ,此 功 率 可 以使 得 硅 油 达到 1.5℃/min的温 升速 率 ,由于 使用 了板 式换 热器 并将加热器融入循环管路中,使整个机组 占地面积减小 ,从而将 机组 放在 冻干 箱 与捕水 器 之 间成 为可 能 。
2.3 捕 水 器 的 改 造
christ型冻干机 的捕水器仍然采用ZLG一8型冻干机的捕水器外形及结构形式。
 
阻力和局部损失 。(1)沿程 阻力是一 种沿导管长度上 的能量损失,它 与管的粗糙度、流体性质及流动状 态有关 。(2)局部损 失是因局 部障碍 引起流束显著变形及涡流所产生的阻力。显然此处弯头的能量损失主要为局部损失,即产 生了涡流 。如果流体经过弯管后直接与分配器连接 , 由于涡流 的存在使 同一截面上 的各处压力不均匀 ,如 图9上A、B两点 ,会使各通路 的流量分配有较 大差别 ,最后 导致 的直 接 结果就 是各捕 霜板 之间捕霜 不均匀 。若 在分配 器前加 一段直管 ,流体在直 管 内流 动时主 要为沿程损 失,局部损失很小 ,可 以忽略不计 。如果这段直管足够长 ,沿程 阻力对涡流 起抑 制和 消除 的作 用 ,会 消 除涡流和扰 动的影响。此时,流体 的雷诺数小于下临界雷诺数 ,会形成层流 ,即压力在 同一半径上相 等,这种情 况是最理想的。流体 的雷诺数与管路的直径 、流速 、运动黏度系数有关 ,管路直径为一定值 ,但流 体的流速 及运动黏度系数是不可控制且是在不断变化的,即流体 的雷诺数是变化的,当雷诺数大于上临界雷诺数时 ,管路中的流体就会形成紊流 。但是,紊流的存在不一定是有害 的,从微观上分析紊流是 由于流体各质点运动迹线各不相 同造成的,从而造成 了在某一时刻 同一截 面上各处压力分布无序 。从宏观上分析紊流可分为两种 :第一种是涡流 ,涡流分布是有一定 规律 的 ,即 由于 局 部 损 失造 成 的涡 流会 造 成 在 同一截面上某一 点可 能在 一段时间 内总高于或低 于另外一 点。这种情况是最恶劣的情况 ,是应极力避免 的,它会造成各板之 间流量 分配不 均。第二种 是由于上游涡流 引起 的紊流 ,在下游某一截面上在不 同的 点上 压 力 无 规 则分 布 ,在 不 同的 时刻 在 同一点上压力也不相 同,但在一段时间内某一截面上的压力分布则是有规律的。
因此,在分配器前加一段直管可 以起到整理液题 ,并根据工 艺要求对设计进行 了改进 。搁板与导热液软管 、导热液分配器 、汇流器的连接 ,以前采用螺纹连接形式 ,在装配 时这些零件都可以在冻干箱内逐一装配 ,但是这种螺纹连接形式在使用过程中密封性不好 ,由于冻干箱 内温度变化 范围大 ,螺纹在这种情况下会产生较大 的热胀冷缩变形 ,螺纹经过数次交替变形后会产生松动现象 ,螺纹的紧固力矩减小,使硅油产生泄漏,容易污染药 品,直接影响机械的使用性能。因此 ,我们改用 了焊接连接方式 ,即将搁板 、导热液软管、导热液分配器 、汇流器整体焊接好后 ,再放在冻干箱 内装配 ,这样有两个优 点:

是便于焊 接后 的检 漏 ,检漏 可 以在冻 干箱 外进行 ;二是保证密封性,提高了密封可靠性。
3 结 语
通过实 际调试和冻干试 验,ZLG-3型冻干机 的各项主要指标达 到了设 计要求 ,设备运 行可靠 ,制冷 、真空 、导热液循环 、压塞等系统运行平稳 。
以下是该机 的一些 实测数据 :(1)搁 板最低温度 :一50℃;(2)搁板温 降速率:在 一40~+14℃时用 时为1h;(3)捕水器捕霜板最低温 度 :一70℃;
(4)冻干 箱最大真 空度 :3Pa;(5)导热 液加 热温升
速 率 :1.5℃/min。从实际调试观察,搁板最低温度可达到 -53℃,但需较长时间才可达到;捕水器捕霜板最低温度为控制温度 ,实际最低温度可低于-70℃。
 
 
 
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