一种真空冷冻干燥装置的制作方法

本实用新型涉及真空冷冻干燥技术领域，具体涉及一种真空冷冻干燥装置。

背景技术：

真空冷冻干燥技术是把液态产品预先冻结在共晶点温度以下５～10℃或者在真空下进行真空冻结，然后在真空条件下使被冻结的产品内冰晶获得转化为水蒸气的升华潜热，从而达到除去产品内95%以上水分的目的。而升华出来的水蒸气按1kg/（m².h）计所产生的水蒸气体积在100Pa左右的压强下很大，约10⁶升，这样需要30台以上的真空泵，实际上这是不现实的，一方面很多真空泵组合起来，电能消耗很大，另一方面对于用油密封润滑的真空泵，换油也是一件耗费人力物力的工作，因此，现有真空冷冻装置一般采用低温冷凝装置对升华出的水蒸气进行捕捉，此时只需要配备一台或两台真空泵就可以了，当冷冻干燥结束后，冷凝装置必须进行融冰除霜处理，才能进行下一周期冻干操作。

常规的融冰除霜多采用热水浸泡的方式对冷凝装置表面的冰块进行融化，在结束一个周期的冷冻干燥工作后，需要对冷凝装置进行融冰处理后方可进行下一周期的工作，增长了冷冻干燥的工作周期，同时，需要消耗大量的水及电能。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种真空冷冻干燥装置，它可以解决现有技术中冷冻干燥周期长，冷凝装置表面除冰能耗大的问题。为了解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供一种真空冷冻干燥装置，包括真空室、真空泵组、物料仓、冷凝器盘管、储水容器以及加热装置，所述真空室分别连通物料仓与储水容器，所述加热装置的加热端置于储水容器内，所述加热装置连接温度控制器，所述冷凝器盘管设于所述真空室内，所述储水容器内设有液位传感器，所述液位传感器外接液位控制器，所述储水容器内设有温度传感器，所述温度传感器与所述储水容器外接的一温度显示器连接，所述物料仓内设有加热器与制冷器。

进一步地，所述真空室与真空泵之间设有真空阀，所述真空室连接第一复压阀，所述第一复压阀控制真空室与外部的隔断与导通。

进一步地，所述物料仓与冷凝器盘管之间设有隔离阀。

进一步地，所述储水容器设于真空室底部，所述储水容器底部设有第一进水管与第一排水管，所述第一进水管连接常压蓄水槽，第一进水管上设有第一进水阀，所述第一排水管连接低位真空蓄水槽，第一排水管上设有第一排水阀。

进一步地，所述储水容器设于真空室外部，所述储水容器的顶面低于所述真空室底面，储水容器通过进气管连接所述真空室，所述进气管上设有进气阀，真空室通过第二排水管连接所述储水容器，所述第二排水管上设有第二排水阀。

进一步地，所述第二排水管连接总排水管，所述总排水管上设有总排水阀，所述储水容器底部与顶部分别连接第三排水管与第二进水管，所述第三排水管上设有第三排水阀，所述第二进水管上设有第二进水阀，所述储水容器连接第二复压阀，所述第二复压阀控制储水容器与外部的隔断与导通。

按照冷凝器盘管的面积为１m²，冰的重量为10kg，冰层厚度为10mm，冰层温度为－70℃进行计算，融化冷凝器盘管表面冰层所需要的热量为1150kcal，这个热量储水容器在真空条件下所产生的水蒸气的气化热，水蒸气的气化热约为590kcal/kg，水蒸气的温度为15℃—30℃，按此计算需要融冰的水量约3kg，相当于热水融冰用水量的1/5，含有热量的水蒸气与冷凝器盘管上的冰进行热量交换，冰吸收水蒸汽的热量，温度慢慢地上升至，并融化成水，滴于真空容器的底部，由于真空容器内的压强控制在611Pa—800Pa之间，而产品表面温度为40—50℃，相对于产品的饱和蒸汽压7380—12700Pa，融冰时，水吸热后沸腾时所产生的水蒸气不会朝已干燥产品方向去，更为安全的防护措施是在产品表面采取百叶窗式遮档方法。

本实用新型的真空冷冻装置，将冷冻干燥设备与融冰设备相结合，融冰设备内的纯水在真空下蒸发产生水蒸气，水蒸气与冷凝器表面的冰层发生热交换，水蒸气遇冷液化成液态水，冰层吸收热量融化成液态水，液态水经真空容器排除后，完成融冰过程。

与现有技术相比，本实用新型的融冰过程在产品干燥过程结束前的一小时直接在真空容器内进行，当产品干燥过程结束时，融冰过程同时结束，真空冷冻干燥装置可直接投入下一阶段的使用，缩短了产品冷冻干燥的周期，融冰过程利用真空条件下水的气化热为冰层提供热量，大大减少了热水喷淋或热水浸泡所带来的水电能耗。

附图说明

下面结合附图与具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型实施例1真空冷冻干燥装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例2真空冷冻干燥装置的结构示意图。

其中，附图标记具体说明如下：真空室1，真空泵组2，冷凝器盘管3，物料仓4，储水容器5，加热装置6，温度显示器7，温度控制器8，液位控制器9，第一进水阀10，第一进水管11，常压蓄水槽12，第一排水阀13，第一排水管14，低位真空蓄水槽15，真空阀16，进气管17，进气阀18，第二进水管19，第二进水阀20，第二复压阀21，第二排水管22，第二排水阀23，总排水管24，总排水阀25，第三排水管26，第三排水阀27，第一复压阀28，隔离阀29。（其中，加热器与制冷器未在附图中示出）。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，一种真空冷冻干燥装置，包括真空室1，真空室1通过管道连接物料仓4，管道上设有隔离阀29，物料仓4内设有加热器与制冷器，真空室1连接真空泵组2与第一复压阀28，真空泵组2与真空室1之间设有真空阀16，真空室1内部设有冷凝器盘管3，冷凝器盘管3内部填充有冷凝剂，真空室1底部设有储水容器5，储水容器5内设有温度传感器与液位传感器，温度传感器外接温度显示器7，液位传感器外接液位控制器9，储水容器5内设有部分加热装置6，加热装置6连接温度控制器8，储水容器5通过第一进水管11与第一排水管14分别连接常压蓄水槽12与低位真空蓄水槽15，第一进水管11上设有第一进水阀10，第一排水管14上设有第一排水阀13，其中，低位真空蓄水槽15的高度应低于储水容器5的高度。

真空冷冻干燥装置工作过程如下：

1）冷冻阶段：打开物料仓4内的制冷器，将物料仓4内的温度调节至-40℃，将物料于-40℃条件下冷冻2.5h后，对真空室1内的冷凝器盘管3进行制冷至-40℃。

2）干燥阶段：打开真空泵组2与真空阀16，控制真空室1内的压强为611Pa,打开物料仓4内的加热器，将物料仓4内的温度调节至90℃，打开隔离阀29，物料仓4内的固态物料高温升华，固态冰吸热后升华成为水蒸气，水蒸气被冷凝器盘管3捕捉，在冷凝器盘管3表面凝华形成固态冰。当产品温度上升至0℃时,将物料仓4内的温度不断调节至50℃。干燥阶段的持续时间为10h。

3）融冰阶段：

a.在干燥阶段结束前1h，打开第一进水阀10，常压蓄水槽12内部的水在压强作用下经第一进水管11压入至真空室1底部的出水槽5内，液位控制器9控制储水容器5的最大盛水量为3.5kg，最低盛水量为2kg，当进水量达到最低盛水量时，第一进水阀10关闭，加热管6打开，控制储水容器5内水的温度为25℃，将真空室1内的压强控制于611Pa。

b.在611Pa条件下，储水容器5内的液态水迅速气化，产生的水蒸气与冷凝器盘管3表面的冰层发生热交换，冰层融化产生液态水并滴入储水容器5内，当储水容器5内的水量达到最高盛水量时，第一排水阀13打开，在重力的作用下，液态水流入低位真空蓄水槽15内，当水位降低至最低盛水量时，第一排水阀13关闭。

c.重复步骤b，直至冷凝器盘管3表面冰层完全融化，关闭真空泵组2与真空阀16，打开第一复压阀28，完成一个周期的冷冻干燥过程。

实施例2：

如图2所示，一种真空冷冻干燥装置，包括真空室1，真空室1内部设有物料仓4，物料仓4内部设有加热器与制冷器，真空室1连接真空泵组2与第一复压阀28，真空室1与真空泵2之间设有真空阀16 ，真空室1内部设有冷凝器盘管3，冷凝器盘管3置于物料仓4下部，其内部填充有冷凝剂，真空室1连接外部储水容器5，储水容器5内设有温度传感器与液位传感器，温度传感器外接温度显示器7，液位传感器外接液位控制器9，储水容器5内设有部分加热装置6，加热装置6连接温度控制器8，储水容器5的上端面低于真空室1的下端面，储水容器5通过进气管17连接真空室1，进气管17上设有进气阀18，真空室1通过第二排水管22连接储水容器5，第二排水管22上设有第二排水阀23，第二排水管22连接总排水管24，总排水管24上设有总排水阀25，储水容器5底部与顶部分别连接第三排水管26与第二进水管19，第三排水管26上设有第三排水阀27，第二进水管19上设有第二进水阀20，储水容器5连接第二复压阀21，第二复压阀21控制储水容器5与外部的隔断与导通。

真空冷冻干燥装置工作过程如下：

1）冷冻阶段：打开物料仓4内的制冷器，将物料仓4内的温度调节至-40℃，将物料于-40℃条件下冷冻2.5h后，对真空室1内的冷凝器盘管3进行制冷至-40℃。

2）干燥阶段：打开真空泵组2与真空阀16，控制真空室1内的压强为100,打开物料仓4内的加热器，将物料仓4内的温度调节至90℃，物料仓4内的固态物料高温升华，固态冰吸热后升华成为水蒸气，水蒸气被冷凝器盘管3捕捉，在冷凝器盘管3表面凝华形成固态冰，当产品温度上升至0℃时,将物料仓4内的温度不断调节至50℃。干燥阶段的持续时间为10h。

3）融冰阶段：

a.在干燥阶段结束前1h，打开第二进水阀20，经第二进水管19向储水容器5内注入纯水，液位控制器9控制储水容器5的最大盛水量为3.5kg，最低盛水量为2kg，当进水量达到最低盛水量时，第二进水阀20关闭，停止进水，加热管6打开，控制储水容器5内水的温度为25℃，将真空室1内的压强控制于611Pa。

b.打开进气阀18，在611Pa条件下，储水容器5内的纯水在真空条件下气化，产生的水蒸气经进气管17进入真空室1，水蒸气与冷凝器盘管3表面的冰层发生热交换，冰层融化产生液态水并滴入真空室1底部，打开第二排水阀23，真空室1底部的水经第二排水管22排入储水容器内，当储水容器5内的水量达到最高盛水量时，关闭进气阀18与第二排水阀23，打开第二复压阀21，打开第三排水阀27，储水容器5内的纯水经第三排水管26排出，直至储水容器5内储水量降低至最低盛水量，第三排水阀27关闭。

c.重复步骤b，直至冷凝器盘管3表面冰层完全融化，打开第一复压阀28，第二复压阀21，打开第二排水阀22，总排水阀25，将储水容器5与真空室1内的水排干，完成一个周期的冷冻干燥过程。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。