CN102278871A - 一种冻干机捕水系统 - Google Patents

Abstract

一种冻干机捕水系统，包括干燥仓，前期冷阱和后期冷阱，所述的干燥仓内设有前期冷阱，所述的后期冷阱外置，为双冷阱结构，所述的后期冷阱进口经并联的阀门连接若干个干燥仓，所述的若干个干燥仓中的每个干燥仓出口经阀门连接后期冷阱进口并联的阀门。从而解决了用大系统捕少量水的浪费现象以及每台冻干仓真空与制冷系统的高指标、大能力配置的问题。本发明是一种既能同时捕水、又能交替捕水和交替除霜的外置式双冷阱捕水系统，可与多台干燥仓并联使用，可将霜层控制在合理的范围内、使冷阱捕水效率最高，避免升华霜层冷阻对解吸阶段捕水的不利影响，具有高效、节能的特点。

Description

一种冻干机捕水系统

技术领域

本发明涉及一种冻干机捕水系统，特别是一种冻干机在干燥后期(解吸干燥阶段)应用的多仓共用外置式双冷捕水系统。

技术背景

真空冷冻干燥也称冻干，是先将含水物料冻结至共晶点温度以下，使其中的游离水变成冰，然后，在适当的温度和真空度下，用加热的方法使冰升华或使吸附水蒸发，从物料中逸出、去除，从而获得干燥制品的技术。

冻干机工作时，干燥仓内的真空由真空机组和捕水器(冷阱)共同维持。在干燥过程中，产生出大量的水蒸气单靠真空机组是无法全部排出仓外的，真空机组只用于抽出不可凝结气体，必须依靠冷阱将水蒸气凝华成霜，才能维持相应的真空度。

冷冻干燥过程分为升华干燥和解吸干燥两个阶段：升华干燥阶段，物料中已冻结的游离水在低于其共晶点所对应的饱和蒸气压条件下，以升华的方式全部逸出，升华结束后，一般可除去85％以上的水份；而解吸干燥阶段，则是在升华干燥完成后，将剩余的那部分少量的吸附水(吸附在物料细胞壁和极性分子上、未冻结的水，一般占总含水量的10％左右)以蒸发的方式去除的过程。经过上述两段干燥过程，冻干产品才能达到工艺要求的技术指标。

纵观现有冻干机，大多沿用的是升华、解吸干燥阶段共用同一捕水系统。这样的设计存在一定程度上的不合理性，因为升华干燥是物料中的冰升华，然后在冷阱表面凝华的过程，所以升华量等于凝华量；也就是说85％以上的水份升华后，会在冷阱表面凝结厚厚的一层霜；在接下来的解吸干燥阶段，要去除的吸附水的吸附力比较高，需要物料内外形成较大的蒸气压差，才能使其逸出，而此时物料表面已干层温度又已接近于物料的最高允许温度，继续给物料加热已不可能，就只有尽可能地降低干燥仓内的真空压力，也就是尽可能降低冷阱的表面温度；然而，厚厚的霜层却增加了传热阻力，所以需要制冷机拉更低的温度才能实现。由此可见，在解吸干燥阶段，由于物料已干层的存在，温度加不上去；再有冷阱表面霜层很厚，要达到同样低的冷阱表面温度则需要更的低蒸发温度，所以制冷压缩机的COP值会更低；在这种情况下，为了捕集少量的吸附水，继续使用与升华阶段同一捕水系统，并维持相当长的时间(依据物料的不同大约占到总时间的1/3)，显然是不经济的。若能解决现有冻干机解吸干燥阶段捕水系统耗能、费时，且“大马拉小车”的问题，必定有助于降低捕水系统的能源消耗、提高生产效率和产品品质。

由于解吸干燥阶段捕水量小、冷阱温度低、真空度高，若将解吸阶段捕水系统与升华阶段的捕水系统分开，并多仓共用，既可以解决升华干燥阶段所产生霜层的影响，又能解决“大马拉小车”的问题，实为一举两得的好办法。

发明内容

本发明其目的就在于提供一种冻干机捕水系统，将解吸与升华干燥阶段捕水系统分开的，独立的解吸阶段捕水系统，并可多仓共用，以解决干燥后期解吸干燥阶段霜层厚、传热阻力大、制冷效率低；蒸发量小、捕水系统大，能耗高的问题，是一种既能同时捕水、又能交替捕水和交替除霜的外置式双冷阱捕水系统，可与多台干燥仓并联使用，根据实际情况，可将霜层控制在合理的范围内、使冷阱捕水效率最高，避免升华霜层传热阻力对解吸阶段捕水的不利影响，具有高效、节能的特点。

实现上述目的而采取的技术方案，包括干燥仓，前期冷阱和后期冷阱，所述的干燥仓内设有前期冷阱，所述的后期冷阱外置，为双冷阱结构，所述的后期冷阱进口经并联的阀门连接若干个干燥仓，所述的若干个干燥仓中的每个干燥仓出口经阀门连接后期冷阱进口并联的阀门。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1为本装置实施例一结构示意俯视图；

图2为本装置实施例二结构示意俯视图；

图3为图1中的A-A剖视放大图。

图中代号

1干燥仓，2前期冷阱，3阀门，4阀门，5阀门，6阀门，7后期冷阱，8制冷管道，9隔板，10阀门，11冷阱仓，12冷阱仓，13蒸发器或换热器，14蒸发器或换热器，15除霜排水口，16排水真空阀，17除霜罐，18换热器，19液位控制器，20磁力泵，21电磁阀，22真空单向阀，23阀门。

具体实施方式

包括干燥仓1，前期冷阱2和后期冷阱7，如图1所示，所述的干燥仓1内设有前期冷阱2，所述的后期冷阱7外置，为双冷阱结构，所述的后期冷阱7进口经并联的阀门5、6连接若干个干燥仓1，所述的若干个干燥仓1中的每个干燥仓出口经阀门23连接后期冷阱7进口并联的阀门5、6。

所述的若干个干燥仓1通过阀门3并联连接一套预抽真空机组，每个干燥仓1通过阀门4连接一套维持真空机组，所述的若干个干燥仓1还可以并联连接一套能够承担预抽和维持真空工作的真空机组。

所述的后期冷阱7为圆柱体，圆柱体中部设有隔板9，所述的后期冷阱7圆柱体为立式或卧式结构，立式结构的隔板9沿圆柱体轴线方向立直设置，卧式结构的隔板9可沿圆柱体轴线方向立直设置，卧式结构的隔板9也可垂直于圆柱体轴线方向立直设置。

所述的冷阱仓11、12底部各设有一个除霜排水口15，所述的除霜排水口15通过排水真空阀16、排水管道与负压蒸汽除霜系统接通；所述的负压蒸汽除霜系统包括除霜罐17、换热器18、液位控制器19、磁力泵20，所述的换热器18位于除霜罐17罐体内，一端通过管道、电磁阀21与蒸汽源接通，另一端与排水网或回收系统相通，如图3所示。

前期冷阱2内设有制冷工质供冷的蒸发器或冷媒间接供冷的换热器。

所述的后期冷阱7为圆柱体，圆柱体中部设有隔板9，所述的隔板9将后期冷阱7隔成左右两室为冷阱仓11、12，所述的冷阱仓11、12内设有制冷工质供冷的蒸发器或冷媒间接供冷的换热器13、14，所述的蒸发器或换热器13、14经制冷管道8与制冷系统连接，所述的冷阱仓11出口经阀门10接真空机组，所述的冷阱仓11进口经阀门6接若干个并联的干燥仓1，所述的冷阱仓12出口经阀门10接真空机组，所述的冷阱仓12进口经阀门5接若干个并联的干燥仓1。

本装置为冻干机多仓共用外置式双冷阱捕水系统，包括若干个干燥仓1，双冷阱仓11、12，负压蒸汽除霜系统，真空机组，真空阀、管道等，所述的若干个干燥仓1通过阀门3并联连接一套预抽真空机组，每个干燥仓1通过阀门4连接一套维持真空机组，所述的若干个干燥仓1还可以并联连接一套能够承担预抽和维持真空工作的真空机组，所述的后期冷阱7为圆柱形仓体，仓体用隔板9沿轴线隔成左右两室，作为所述的双冷阱仓11、12；蒸发器或换热器13、14分别位于所述的冷阱仓11、12内，所述的蒸发器或换热器13、14是制冷工质供冷的蒸发器，或是冷媒间接供冷的换热器；所述的蒸发器或换热器13、14均通过制冷管道8与制冷系统连接；所述的冷阱仓11、12底部各设有一个除霜排水口15，所述的除霜排水口15通过排水真空阀16、排水管道与负压蒸汽除霜系统接通；所述的负压蒸汽除霜系统包括除霜罐17、换热器18、液位控制器19、磁力泵20，所述的换热器18位于除霜罐17罐体内，一端通过管道、电磁阀21与蒸汽源接通，另一端与排水网或回收系统相通；在所述的冷阱仓11、12上各设有一个抽空管，并通过两个阀门10用管道与真空机组接通；在所述的冷阱仓11、12上各设有一个入口，并通过阀门5、6用管道与若干个干燥仓1接通。

图1为本发明实例一捕水系统的示意图，图示中的后期冷阱7为立式结构或卧式结构，包括设置在后期冷阱7内的两个冷阱11、冷阱12；负压除霜系统以及连接的捕水、抽空、排水管道和真空阀门等。

图2为本发明实例二捕水系统的示意图，图示中的后期冷阱7为卧式结构。

使用时，若干个干燥仓1错开时间投入工作，每个干燥仓1工作前期采用各自的前期冷阱2进行捕水，每个干燥仓1工作后期采用若干个干燥仓1共用的后期冷阱7进行捕水。本实施例为5台干燥仓，分别为1-5#，如1#干燥仓开始工作时，关闭阀门23，开启阀门3、4，预抽真空机组和维持真空机组工作，对1#干燥仓抽真空，当仓内压力抽到工作压力后，关闭阀门3，由1#干燥仓连接的维持真空机组维持仓内真空(也可以由若干个干燥仓1共用的一套能够承担预抽和维持真空工作的真空机组完成预抽和维持真空工作)，仓内加热板开始对物料进行加热，物料进行升华干燥，此时由该仓内已经供冷的前期冷阱2进行捕水，随着升华干燥的进行，前期冷阱2表面凝华的冰层会随之增厚，当进行到干燥后期，会在冷阱表面凝结厚厚的一层冰(或霜)，这时，打开阀门3，关闭阀门4及对应的维持真空机组，由若干个干燥仓1共用的后期冷阱7进行捕水，直至该仓的物料干燥结束。在1#干燥仓开始工作一段时间后，2#干燥仓开始工作，重复上述1#干燥仓的工作程序进行工作，干燥前期由其内的前期冷阱2进行捕水，在2#干燥仓工作到后期，切换到共用的后期冷阱7进行捕水，直至该仓的物料干燥结束。如此依次开启3#、4#、5#干燥仓并使5个干燥仓循环工作。每台干燥仓干燥结束后，先关闭阀门23，再解除该仓的真空，进行出料。在物料从仓内取出后，对前期冷阱2进行除霜，除霜完毕，等待该仓的后一工作循环。后期冷阱7的捕水采取冷阱仓11、冷阱仓12交替工作，冷阱仓11工作时，关闭冷阱仓12对应阀门10和阀门5，打开冷阱仓11对应阀门10，当冷阱仓11内的压力降低到工作压力后，打开阀门6，冷阱仓11内的蒸发器或换热器13开始捕水，随着捕水的进行，蒸发器或换热器13表面凝华的冰层会随之增厚，当冰层达到厚度时，关闭冷阱仓11对应阀门10和阀门6，打开冷阱仓12对应阀门10和阀门5，当冷阱仓12内的压力降低到工作压力后，打开阀门5，冷阱仓12内的蒸发器或换热器14开始捕水，随着捕水的进行，蒸发器或换热器14表面凝华的冰层会随之增厚，当冰层达到厚度时，再关闭冷阱仓12对应阀门10和阀门5，打开冷阱仓11对应阀门10和阀门6，如此根据工艺要求使冷阱仓11冷阱仓12交替复工作。

在后期冷阱7捕水过程中，停止工作的冷阱仓11或冷阱仓12可对其蒸发器或换热器进行负压蒸汽除霜，并交替进行；进行负压蒸汽除霜的过程是：在关闭阀门10和对应冷阱仓的进口阀门后，打开对应的冷阱仓底部的排水真空阀16、同时打开汽源电磁阀21对换热器18供热，除霜罐17内的水受热后在负压下沸腾，产生大量负压水蒸气，通过排水管道进入对应冷阱仓内冷凝，使蒸发器或换热器上的霜层全部融化，然后，融化的霜水再经管道流入除霜罐17内、当液位超过液位控制器19限定的上限液位时，磁力泵20开启，通过真空单向阀22向外排水，液位回落到液位控制器19限定的下限液位时，磁力泵20停止工作，除霜结束；当此冷阱仓的蒸发器或换热器除霜完成后，关闭排水真空阀16，同时给冷阱供冷降温，使冷阱仓恢复到除霜前的工作压力，等待下一轮重新投入工作；在另一台冷阱需要除霜时，重复上述过程，完成交替除霜，使冷阱霜层保持较薄，不阻碍凝华面的降温，容易形成吸附水从物料逸出所需的压差，便于吸附水的逸出，有利于解吸干燥的完成。

与现有技术相比本发明具有以下优点：

1.由于采用了解吸干燥阶段独立的捕水系统，避免了升华霜层传热阻力对解吸阶段捕水的不利影响，同时也解决了用大系统捕少量水的浪费现象，节能；

2.由于解吸干燥阶段的特殊性，采用外置式多仓共用捕水系统，可使每台冻干仓的主真空、制冷系统能力指标降低，使设备投资成本降低；

3.由于采用了双冷阱连续负压蒸汽除霜，使冷阱的霜层能保持在一个合理的范围内，传热阻力降到最低，捕水效率更高；

4.本装置是一种既能同时捕水、又能交替捕水和交替除霜的双冷阱外置式捕水系统，可与多台冻干仓并联使用；根据实际情况，可将霜层控制在合理的范围内、使冷阱捕水效率最高。

Claims (4)

1.一种冻干机捕水系统，包括干燥仓(1)，前期冷阱(2)和后期冷阱(7)，其特征在于，所述的干燥仓(1)内设有前期冷阱(2)，所述的后期冷阱(7)外置，为双冷阱结构，所述的后期冷阱(7)进口经并联的阀门(5)、(6)连接若干个干燥仓(1)，所述的若干个干燥仓(1)中的每个干燥仓出口经阀门(23)连接后期冷阱(7)进口并联的阀门(5)、(6)。

2.根据权利要求1所述的一种冻干机捕水系统，其特征在于，所述的若干个干燥仓(1)通过阀门(3)并联连接一套预抽真空机组，每个干燥仓(1)通过阀门(4)连接一套维持真空机组，所述的若干个干燥仓(1)还可以并联连接一套能够承担预抽和维持真空工作的真空机组。

3.根据权利要求1所述的一种冻干机捕水系统，其特征在于，所述的后期冷阱(7)为圆柱体，圆柱体中部设有隔板(9)，所述的后期冷阱(7)圆柱体为立式或卧式结构，立式结构的隔板(9)沿圆柱体轴线方向立直设置，卧式结构的隔板(9)可沿圆柱体轴线方向立直设置，卧式结构的隔板(9)也可垂直于圆柱体轴线方向立直设置。

4.根据权利要求1所述的一种冻干机捕水系统，其特征在于，所述的冷阱仓(11)、(12)底部各设有一个除霜排水口(15)，所述的除霜排水口(15)通过排水真空阀(16)、排水管道与负压蒸汽除霜系统接通；所述的负压蒸汽除霜系统包括除霜罐(17)、换热器(18)、液位控制器(19)、磁力泵(20)，所述的换热器(18)位于除霜罐(17)罐体内，一端通过管道、电磁阀(21)与蒸汽源接通，另一端与排水网或回收系统相通。

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