直接抽水蒸汽真空泵組成的凍干機(jī)的真空系統(tǒng)

2009-03-19 徐成海東北大學(xué)

無論何種干燥, 其本質(zhì)都是去除物料中的水分。真空冷凍干燥是在低溫低壓下去除從物料中升華出來的水分。因此, 真空冷凍干燥機(jī)的真空系統(tǒng)必須能抽除水蒸汽, 而且根據(jù)凍干工藝的要求, 醫(yī)藥用凍干機(jī)空載極限真空度應(yīng)達(dá)到1Pa, 食品用凍干機(jī)空載極限真空度應(yīng)達(dá)到10Pa。工作真空度通常比空載極限真空低一個(gè)數(shù)量級(jí)左右。只有這樣才能采用循環(huán)壓力法來提高凍干速率。真空系統(tǒng)還必須有足夠的抽速和抽出水蒸汽的能力。這就要求在凍干機(jī)真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算時(shí)合理地選擇真空泵和(或)捕水器(水汽凝結(jié)器),當(dāng)然還要設(shè)計(jì)管道和進(jìn)行通導(dǎo)能力的計(jì)算, 如果管道和閥門的通導(dǎo)能力不夠, 選再大的真空泵和捕水器也沒有作用。

這樣, 真空冷凍干燥機(jī)的真空系統(tǒng)特性主要應(yīng)包括抽水蒸汽的能力, 凍干箱空載極限真空度和凍干箱出口處的有效抽速這3 大指標(biāo)。能直接抽水蒸汽的真空泵目前并不很多, 主要有水噴射泵、水蒸噴射泵、水環(huán)泵、濕式羅茨泵4 種,其余真空泵在抽水蒸汽時(shí)必須采取一些措施, 當(dāng)前采取最多且比較有效的措施是在泵入口前加捕水器。因此, 當(dāng)前凍干機(jī)上用的真空系統(tǒng)主要分兩類,一類是直接抽水蒸汽的真空泵; 另一類是捕水器加真空泵。前者結(jié)構(gòu)簡單, 成本低, 但必須配備蒸汽鍋爐, 操作不慎尚有返水現(xiàn)象; 后者結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 成本高,但真空度較高, 運(yùn)行可靠。兩類系統(tǒng)目前國內(nèi)都在采用。

上述4 種能直接抽水蒸汽的真空泵中, 水噴射泵的極限真空在8×10⁴Pa 左右, 濕式羅茨泵極限真空在5×10⁴Pa 左右, 水環(huán)泵最好的極限真空度也只能達(dá)到2×10²Pa。顯然這3 種泵單獨(dú)使用都不適于凍干機(jī)的工藝要求, 只有水蒸汽噴射泵適合于凍干機(jī)的工藝要求。

用在凍干機(jī)上的水蒸汽噴射泵有3 種類型: 高架式、中架式和低架式。高架式需架設(shè)在10m 高以上, 中架式需架設(shè)在5～6m 高, 低架式一般架設(shè)在1～1.5m 高。高架式性能可靠, 成本最低, 但安裝、維護(hù)不方便, 北方冬季太冷, 需安裝在廠房內(nèi), 致使廠房太高; 中架式與低架式相比并無明顯優(yōu)點(diǎn), 故采用低架式水蒸汽噴射泵更合適。典型低架式水蒸汽噴射真空泵如圖1所示。凍干機(jī)采用的水蒸汽噴射真空泵至少應(yīng)為5 級(jí)泵, 極限真空度為13Pa。