3.4.3真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)
一個(gè)完整的真空系統(tǒng)包括真空容器、真空泵、真空儀表、真空閥門(mén)和真空管道。凍干箱和捕水器是凍干機(jī)真空系統(tǒng)的大容器,真空泵通過(guò)抽空閥抽捕水器,再通過(guò)主閥抽凍干箱;在真空泵頭和凍干箱及捕水器上均裝有真空測(cè)量裝置,以便測(cè)量系統(tǒng)的真空。
凍干機(jī)對(duì)真空系統(tǒng)有如下要求:
1、容器耐壓 凍干機(jī)的真空容器(凍干箱和捕水器)必須能抵抗大氣的壓力,帶蒸汽滅菌的凍干箱和捕水器還需能承受蒸汽滅菌時(shí)的高壓和高溫。
2、抽空時(shí)間 在0.5h左右的時(shí)間使凍干箱抽空到10Pa。這是對(duì)真空泵抽空能力求,需根據(jù)凍干箱和捕水器容積的大小選擇真空泵的排氣量。
3、根限真空 凍干箱的最高真空應(yīng)能達(dá)到0.5~10P。這是對(duì)容器直空度的要求,一般選用雙級(jí)旋片式真空泵,或油封式旋轉(zhuǎn)泵再加羅茨泵。
4、體干箱的漏率 凍干箱的漏率應(yīng)能達(dá)到5X102Pa•L/s。系統(tǒng)密封性的要求:要求設(shè)計(jì)先進(jìn),焊接可靠,加工精密,裝配仔細(xì),選用高性能的真空閥門(mén)和部件等,符合GMP的要求,真空系統(tǒng)中凍干箱和捕水器及關(guān)聯(lián)的部件需使用不銹鋼制造;密封材料要使用聚四氯乙烯、硅橡膠或醫(yī)用橡膠;希望是潔凈的抽空系統(tǒng),不對(duì)凍干箱的產(chǎn)品產(chǎn)生任何污染。
對(duì)于凍干設(shè)備,真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的目的就是依據(jù)干燥室的實(shí)際需要,設(shè)計(jì)配置出能夠滿足凍干工藝要求的真空系統(tǒng)。計(jì)算的內(nèi)容包括:按照干燥室所要求的極限真空、工作真空和氣體負(fù)荷,確定選取主泵的類型和規(guī)格型號(hào);依據(jù)氣體連續(xù)性原理為主泵配置合適規(guī)格型號(hào)的前級(jí)泵;在初步設(shè)計(jì)出捕水器和連接管道、閥門(mén)等附件組成的系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)之后,校核驗(yàn)算系統(tǒng)所能達(dá)到的極限真空度和工作真空度,以及達(dá)到某一壓力所需要的抽氣時(shí)間,是否滿足設(shè)計(jì)要求,這其中又涉及氣體在管路中的流動(dòng)狀態(tài)判別、管路的流導(dǎo)計(jì)算和有效抽速計(jì)算等內(nèi)容。
目前冷凍真空干燥設(shè)備中常用的真空機(jī)組主要有羅茨泵機(jī)組、水環(huán)-大氣真空泵機(jī)組等多種。從真空角度考慮,在設(shè)計(jì)抽氣系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)滿足如下基本要求:
1、為提高抽氣系統(tǒng)的通導(dǎo)能力,系統(tǒng)中各元件間的管道應(yīng)短而粗、少?gòu)澢鞅煤驼婵帐议g的管道直徑不應(yīng)小于主泵吸氣口的直徑。
2、系統(tǒng)應(yīng)本著串聯(lián)可以提高極限真空度、并聯(lián)可以提高抽氣速率的原則,組合各泵間的抽氣程序。
3、為了保證系統(tǒng)的密封性能,被抽系統(tǒng)的總漏氣率須限制在允許漏氣率范圍之內(nèi),盡量提高設(shè)備的制造水平。
4、為了防止機(jī)械泵振動(dòng)和返油,在機(jī)械泵人口處應(yīng)設(shè)置緩振軟管和放氣閥,為節(jié)省能源、縮短工作周期,對(duì)大型真空系統(tǒng)應(yīng)配置維持泵。
5、為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)操作和安全運(yùn)轉(zhuǎn),在抽氣系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)上應(yīng)分別設(shè)置真空繼電器和水壓繼電器,真空系統(tǒng)也可考慮選用微機(jī)程序控制。
6、真空系統(tǒng)建成后應(yīng)便于測(cè)量和檢漏,為迅速找到漏孔,應(yīng)進(jìn)行分段檢漏,因此每個(gè)用閥門(mén)封閉的空間至少應(yīng)設(shè)置一個(gè)測(cè)量點(diǎn),以便于測(cè)量和檢漏。真空計(jì)測(cè)量規(guī)管的位置應(yīng)選在沒(méi)有水套的位置上,而且應(yīng)使規(guī)管直立,不要橫放。
真空系統(tǒng)一般的設(shè)計(jì)計(jì)算程序?yàn)椋?/p>
1、計(jì)算真空室內(nèi)的總放氣量;
2、確定真空室的有效抽氣速率;
3、對(duì)復(fù)雜真空系統(tǒng)首先粗選主泵和粗配主泵的前級(jí)泵;
4、按要求配置閥門(mén)、捕集器、除塵器等相關(guān)元件;
5、繪制真空系統(tǒng)草圖,確定真空系統(tǒng)各部位尺寸,為精算系統(tǒng)創(chuàng)造條件;
6、精算各真空泵,包括真空度和抽氣時(shí)間的計(jì)算,確認(rèn)是否滿足給定的參數(shù)要求,如果達(dá)不到要求應(yīng)重新選泵和配泵,直到滿足已定的參數(shù)要求為止;
7、繪制真空系統(tǒng)裝配圖并拆出零件圖;
8、繪制施工圖紙。
3.4.4制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)
制冷系統(tǒng)是凍干機(jī)上提供冷量的裝置。凍干機(jī)上需冷量的地方主要是凍干箱和水汽凝結(jié)器。兩者既可以用一套制冷系統(tǒng),也可以用各自獨(dú)立的兩套制冷系統(tǒng)。通常,較大的凍干機(jī)都用兩套各自獨(dú)立的制冷系統(tǒng),凍干箱上多用間冷式循環(huán),水汽凝結(jié)器多用直冷式循環(huán)。
制冷系統(tǒng)所用制冷機(jī)的大小,按凍干箱耗冷量和水汽凝結(jié)器的耗冷量的計(jì)算值確定。制冷系統(tǒng)所用的制冷劑種類和制冷循環(huán)方式,應(yīng)根據(jù)凍干物料所需的溫度選擇。
凍干箱只有在降溫和保溫兩階段需要冷量。降溫階段指擱板和被干燥的產(chǎn)品從室溫降到凍結(jié)所需的溫度的時(shí)間;保溫階段指擱板保持在上述溫度下使產(chǎn)品凍牢所需的時(shí)間。由于后者的冷負(fù)荷遠(yuǎn)小于前者,在設(shè)計(jì)中可按前者的冷負(fù)荷選擇制冷機(jī)。
降溫時(shí)間的選定直接影響到制冷機(jī)大小的選配,所定的降溫時(shí)間越短,需配制冷機(jī)的制冷能力越大。確定降溫時(shí)間主要考慮以下幾個(gè)因素:
1、應(yīng)滿足產(chǎn)品降溫速率的要求。因降溫速率對(duì)產(chǎn)品晶格的大小、活菌率、干燥速率等有直接影響。降溫速度快,結(jié)晶細(xì),干燥速率慢,細(xì)菌成活率高;反之則相反。在箱內(nèi)擱板凍結(jié)時(shí),所設(shè)計(jì)的冷凍干燥機(jī)必須首先滿足產(chǎn)品凍干工藝的要求,才能生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。
2、凍干周期包括產(chǎn)品進(jìn)箱、箱體降溫、保溫、升華、產(chǎn)品出箱等階段,還有箱體清洗消毒、水汽凝結(jié)器化霜等輔助時(shí)間。因此降溫時(shí)間也受整個(gè)凍干周期的限制。而凍干周期的確定應(yīng)有利于組織生產(chǎn)。
3、箱體降溫與水汽凝結(jié)器所需的制冷機(jī)容量應(yīng)綜合考慮,使之可以共用或相互備用,以提高機(jī)器的安全可靠性。
一般擱板溫度比產(chǎn)品的共晶點(diǎn)溫度低5一10℃。
降溫階段的耗冷量一般包括:
1、產(chǎn)品降溫的冷負(fù)荷;
2、箱內(nèi)零件降溫的冷負(fù)荷;
3、載冷介質(zhì)降溫的冷負(fù)荷;
4、箱壁降溫的冷負(fù)荷;
5、 通過(guò)箱壁傳入的冷損;
6、開(kāi)門(mén)冷損耗;
7、載冷介質(zhì)循環(huán)泵所消耗的冷量;
8、其他冷損耗。
捕水器耗冷量的計(jì)算包括:
1、捕水器材料降溫耗冷量;
2、保溫層傳熱耗冷量;
3、水蒸氣凝結(jié)耗冷量。
凍干設(shè)備上一般按制冷溫度選制冷劑和制冷循環(huán)。一般單級(jí)壓縮可制取-20~-40℃的低溫,雙級(jí)壓縮可制取-40~-70℃的低溫,復(fù)疊式制冷循環(huán)可得到-50~-80℃的低溫。