所謂凍幹,就是在通過降溫將物質中水分凍結為固體,然後在通過降低真空及輕加熱的方式,使得固態的水冰直接升華為水蒸氣而達到脫水的目的。相對加熱乾燥的脫水方式,凍幹有很多優點,比如揮發性損失低、不用添加防腐劑保鮮(微生物的生長和酶的作用極低)、保持物質結構、保持物質中活性成分、保持物質中易氧化的成分等。因此,凍幹技術在製藥、食品、科研等領域應用極廣。
一般來說真空冷凍乾燥機主要由製冷系統、真空系統、加熱系統及控制系統組成。當然,這是主要部分,如果要細說那就很多了,各部分主要功能如下:
1、製冷系統:顧名思義,就是用來給凍幹機降溫的,是凍幹機的核心部件,主要包括壓縮機、蒸發器、冷凝器、節流閥(也叫膨脹閥)、管路、製冷劑等,其原理和空調、冰箱的製冷原理差不多。一般常用凍幹機最低可降溫到-40℃~-55℃之間。
2、真空系統:也是凍幹機的重要組成部分,用於給凍幹機抽真空的。主要由真空泵、羅茨泵、閥門、壓力控制系統、汽水分離器、管路等組成,一般凍幹機極限真空在3pa左右。當然,進行凍幹機選型的時候,並非極限真空度越低越好,滿足要求即可。另外,除了真空度外,真空速率(抽氣率)及真空洩漏率也是重要的指標。
3、加熱系統:主要用於升華過程補充熱量。如果升華過程不供給熱量,那麼製品只有降低內能來補償升華的吸熱。當然,溫度控制對於凍幹機是一個很重要的過程,要求控制精度很高,並保證製品溫度要低於其共晶點溫度某個範圍。
4、控制系統:如同所有精密設備一樣,控制系統是整臺設備的靈魂。凍幹機的一切操作幾乎都是通過控制系統完成,包括凍幹機的自動降溫、抽真空、升溫等過程,控制相關參數跟隨理想幹曲線的特性變化。控制系統一般包括控制器(PLC)、輸入輸出模塊、傳感器、執行機構、人機界面(HMI)等。
那麼,真空冷凍乾燥機與吸附式乾燥機之間存在的區別有哪些呢?
真空冷凍乾燥機是將含水物質先冷凍成固態,再將固態水分升華成氣態,從而除去水分,保存物質。在壓縮空氣乾燥過程中,其冷凍乾燥是為了降低壓縮空氣的溫度,使壓縮空氣中的水分分離出來。
真空冷凍乾燥機工作原理是利用製冷劑將壓縮空氣冷卻到一定的露點,分離過飽和的水,通過汽水分離器將液態水分離,達到乾燥的目的,但設備出口壓力的露點值不能達到水的冰點以下的溫度。它的顯著特點是可以連續工作,無需再生,能耗低。
吸附式乾燥機採用矽膠、活性氧化鋁、分子篩等各種吸附劑吸附壓縮空氣中的水分,達到乾燥目的。這種方法可以很容易地將壓縮空氣的壓力露點處理到低於水的冰點的溫度。但由於吸附劑本身的吸附能力有限,必須採用兩塔或兩塔以上交替吸附的方法,壓縮空氣的乾燥應連續進行。市場上有很多種乾燥機,但都採用吸附脫水的原理。區別在於再生的方式。
他們之間的差別可不只是原理這一塊,同時還有性能、運行成本、維護成本,以下是詳細分析:
1、性能區別
冷凍式乾燥機較吸附式乾燥機的能耗和運行成本低,而且它的壓力露點通常在3℃以上,對於一般的製造工藝而言,選擇冷凍式乾燥機是足夠的;而對於一些要求更高、需要更乾燥的壓縮氣體時可以選擇吸附式乾燥機。
2、運行成本區別
兩款設備由於處理的壓縮空氣所能達到的露點值是有區別的,並不能簡單的替換,因此運行成本沒有對比性。他們的區別更多是在同類型設備間的對比,如選用不同類型的換熱器、不同的製冷劑等等
3、維護成本
冷凍乾燥機使用密封製冷系統,製冷劑不暴露在大氣中,因此系統維護成本較低。
吸附式乾燥機涉及到吸附塔之間頻繁的閥門切換,且有熱再生的吸乾機還存在高低溫的切換,因此對於閥門的維護成本相對較高。另外吸附式乾燥機需要定期更換吸附劑,導致維護費用更高。
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