CN106482454A - 一种真空冷冻干燥系统及其干燥方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空冷冻干燥系统及其干燥方法，干燥系统包括冷冻干燥箱、水汽凝结器、真空系统、机械式制冷系统和热电系统，机械式制冷系统由压缩机、储液器、冷凝器、中间冷却器、电磁阀、节流阀和气液分离器组成，冷冻干燥箱与水汽凝结器通过用于控制通断的闸阀相连接，真空系统与水汽凝结器相连用以维持系统真空度，机械式制冷系统为冷冻干燥箱和水汽凝结器提供冷量，冷冻干燥箱内设置有物料隔板，热电系统由控制端、热电系统热端和热电系统冷端构成，热电系统热端与物料隔板相连接，热电系统冷端与水汽凝结器相连接。本发明提高了冷冻干燥系统的能源利用率、加热隔板温度分布均匀性、加热隔板温度控制精度和冻干产品的效果及质量。

Description

一种真空冷冻干燥系统及其干燥方法

技术领域

本发明属于冷冻干燥领域，更具体的说，是涉及一种真空冷冻干燥系统及其干燥方法。

背景技术

真空冷冻干燥的过程一般分为预冻结、第一阶段干燥和第二阶段干燥，预冻结将物料中的自由水固化，防止真空下起泡、浓缩和溶质移动等不可逆的产生，使干燥前后的产品具有相同的形态，此过程首先使冷冻干燥箱和水汽凝结器的温度降到足够低的温度，物料的降温可以发生在冷冻干燥箱中，也可以进入干燥箱之前完成；第一阶段干燥使冰晶升华成水蒸气溢出物料而使物料脱水干燥，此阶段要给冷冻干燥箱中的物料适当加热，而水汽凝结器要保持很低温度以使物料溢出水蒸气凝结，此过程可以脱去物料中百分之九十的水；第二阶段干燥又称解析干燥，由于第一阶段干燥结束后，在干燥物料的毛细管和极性基因上还吸附有一部分水分，由于其吸附能量高，需要提供更高的能量，加热物料温度要高于第一阶段干燥，但不要烧坏物料，传统冻干机在第一和第二阶段中，一般通过电加热的方式对干燥箱物料进行加热，需要增加加热循环系统，对于间接加热系统而言，需要增加附属循环系统，增大了冷冻干燥系统的复杂，而且单纯电加热效率低，能源浪费严重；在第一第二阶段干燥时，冷冻干燥箱需要加热，而水汽凝结器需要制冷，来捕捉从干燥箱来的水蒸气，干燥结束后，需要加热水汽凝结器，使冰融化排出，热电系统以其独特的优势，其温度控制精度高，可以通过改变电流方向的方法转换制冷端、制热端，近年来得到了较快的发展。

发明内容

为了提高冷冻干燥系统的能源利用率，简化加热系统，提高加热隔板温度分布均匀性，本专利提供了一种新型的冷冻干燥系统及其干燥方法，有效简化了系统结构，提高加热隔板温度控制精度，提高冻干产品的效果和质量。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种真空冷冻干燥系统，包括冷冻干燥箱、水汽凝结器、真空系统、机械式制冷系统和热电系统，所述机械式制冷系统由压缩机、储液器、冷凝器、中间冷却器、电磁阀、节流阀和气液分离器组成，所述冷冻干燥箱与水汽凝结器通过用于控制通断的闸阀相连接，所述真空系统与水汽凝结器相连用以维持系统真空度，所述机械式制冷系统为冷冻干燥箱和水汽凝结器提供冷量，冷冻干燥箱内设置有物料隔板，所述热电系统由控制端、热电系统热端和热电系统冷端构成，所述热电系统热端与所述物料隔板相连接，所述热电系统冷端与水汽凝结器相连接。

所述物料隔板上设置有温度传感器，所述温度传感器与所述控制端电连接。

通过热电系统和温度传感器可实现物料冻干温度的精确控制。

所述电磁阀和节流阀分别相对应的设有两个。

一种真空冷冻干燥系统的干燥方法，包括以下步骤：

(1)将初步清洗处理后的物料放在冷冻干燥箱中的物料隔板上；

(2)打开机械制冷系统的压缩机、电磁阀和节流阀，对冷冻干燥箱和水汽凝结器进行冷却，控制物料温度比其共晶点温度低5—10℃，完成物料预冻结过程；

(3)打开真空系统和闸阀，使冷冻干燥箱和水汽凝结器内真空度维持在100pa以内且持续30min；

(4)关闭电磁阀，停止对冷冻干燥箱制冷，并打开热电系统，热电系统热端对物料进行加热，同时热电系统冷端对水汽凝结器进行制冷，控制加热温度低于物料的崩塌温度，完成第一、二阶段干燥；

(5)关闭闸阀，控制热电系统使电流反向，对冷冻干燥箱降温，取出干燥完成的物料，同时热电系统热端对水汽凝结器加热，使凝结冰融化并排出水汽凝结器，完成干燥过程。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1.可实现多批次物料冻干的连续工作，利用热电系统的热端和冷端，根据不同工况，实现对冷冻干燥箱和水汽凝结器制冷制热的转换。

2.冷冻干燥箱物料中水分蒸发，吸收热量，在水汽凝结器又要凝固放出热量，将热电系统热端与物料接触，热电系统冷端与水汽凝结器接触，这样相当于将水汽凝结器放出的热量通过热电系统转移至冷冻干燥箱来加热物料，升华热和凝结热相互抵消，从而减少能量消耗。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图。

附图标记：1-压缩机，2-水汽凝结器，3-真空系统，4-冷冻干燥箱，5a-第一节流阀，5b-第二节流阀，6a-第一电磁阀，6b-第二电磁阀，7-中间冷却器，8-气液分离器，9-冷凝器，10-储液器，11-热电系统冷端，12-热电系统，13-热电系统热端，14-闸阀，15-物料隔板，16-温度传感器

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

如图1所示，一种真空冷冻干燥系统，包括冷冻干燥箱4、水汽凝结器2、真空系统3、机械式制冷系统和热电系统12，机械式制冷系统由压缩机1、储液器10、冷凝器9、中间冷却器7、第一电磁阀6a、第二电磁阀6b、第一节流阀5a、第二节流阀5b和气液分离器8组成，冷冻干燥箱4与水汽凝结器2通过闸阀14连接并控制通断，真空系统3与水汽凝结器2相连，用以维持系统真空度；机械式制冷系统为冷冻干燥箱4和水汽凝结器2提供冷量，冷冻干燥箱4内设置有物料隔板15，热电系统12由控制端、热电系统热端13和热电系统冷端11构成，热电系统热端13与物料隔板15连接，热电系统冷端11及其翅片与水汽凝结器2连接；物料隔板15上设有温度传感器16，用以测量物料温度，温度传感器16与热电系统12的控制端电路信号连接，通过热电系统12和温度传感器16可实现物料冻干温度的精确控制。

热电系统12的控制端可以实现系统的启停，电流在热电系统12中的方向，根据冷冻干燥箱4工作的不同阶段实现不同的工况。

本发明真空冷冻干燥系统的干燥方法包括以下步骤：

第一步，将初步清洗处理后的待冻干物料放在冷冻干燥箱4中的物料隔板15上；

第二步，打开机械制冷系统订单压缩机1、第一电磁阀6a、第二电磁阀6b、第一节流阀5a和第二节流阀5b，对冷冻干燥箱4、水汽凝结器2进行冷却，控制冻结物料温度比其共晶点温度低5—10℃，完成物料预冻结过程；

第三步，打开真空系统3和闸阀14，使冷冻干燥箱4和水汽凝结器2内真空度维持在100pa以内并维持30min；

第四步，关闭第二电磁阀6b，停止冷冻干燥箱4制冷，并打开热电系统12，热电系统热端13对物料进行加热，同时热电系统冷端11对水汽凝结器2进行制冷，控制加热温度低于物料的崩塌温度，完成第一、二阶段干燥；

第五步，关闭闸阀14，控制热电系统12使电流反向，对冷冻干燥箱4降温，取出干燥完成的物料，同时热电系统热端13对水汽凝结器2加热，使凝结冰融化，排出水汽凝结器2。

对于多批次物料处理，在第五步中取出干燥完成物料后，放入下一批次待处理物料，利用热电制冷产生的冷量和机械式制冷产生的冷量共同预冻结物料，完成后关闭热电系统，重复第三、四、五步。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种真空冷冻干燥系统，其特征在于，包括冷冻干燥箱、水汽凝结器、真空系统、机械式制冷系统和热电系统，所述机械式制冷系统由压缩机、储液器、冷凝器、中间冷却器、电磁阀、节流阀和气液分离器组成，所述冷冻干燥箱与水汽凝结器通过用于控制通断的闸阀相连接，所述真空系统与水汽凝结器相连用以维持系统真空度，所述机械式制冷系统为冷冻干燥箱和水汽凝结器提供冷量，冷冻干燥箱内设置有物料隔板，所述热电系统由控制端、热电系统热端和热电系统冷端构成，所述热电系统热端与所述物料隔板相连接，所述热电系统冷端与水汽凝结器相连接。

2.根据权利要求1所述一种真空冷冻干燥系统，其特征在于，所述物料隔板上设置有温度传感器，所述温度传感器与所述控制端电连接。

3.根据权利要求2所述一种真空冷冻干燥系统，其特征在于，通过热电系统和温度传感器可实现物料冻干温度的精确控制。

4.根据权利要求1所述一种真空冷冻干燥系统，其特征在于，所述电磁阀和节流阀分别相对应的设有两个。

5.根据权利要求1所述一种真空冷冻干燥系统的干燥方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将初步清洗处理后的物料放在冷冻干燥箱中的物料隔板上；

(2)打开机械制冷系统的压缩机、电磁阀和节流阀，对冷冻干燥箱和水汽凝结器进行冷却，控制物料温度比其共晶点温度低5—10℃，完成物料预冻结过程；

(3)打开真空系统和闸阀，使冷冻干燥箱和水汽凝结器内真空度维持在100pa以内且持续30min；

(4)关闭电磁阀，停止对冷冻干燥箱制冷，并打开热电系统，热电系统热端对物料进行加热，同时热电系统冷端对水汽凝结器进行制冷，控制加热温度低于物料的崩塌温度，完成第一、二阶段干燥；

(5)关闭闸阀，控制热电系统使电流反向，对冷冻干燥箱降温，取出干燥完成的物料，同时热电系统热端对水汽凝结器加热，使凝结冰融化并排出水汽凝结器，完成干燥过程。