3.4.3真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一個(gè)完整的真空系統(tǒng)包括真空容器、真空泵、真空儀表、真空閥門和真空管道。凍干箱和捕水器是凍干機(jī)真空系統(tǒng)的大容器，真空泵通過抽空閥抽捕水器，再通過主閥抽凍干箱；在真空泵頭和凍干箱及捕水器上均裝有真空測(cè)量裝置，以便測(cè)量系統(tǒng)的真空。

凍干機(jī)對(duì)真空系統(tǒng)有如下要求：

1、容器耐壓    凍干機(jī)的真空容器（凍干箱和捕水器）必須能抵抗大氣的壓力，帶蒸汽滅菌的凍干箱和捕水器還需能承受蒸汽滅菌時(shí)的高壓和高溫。

2、抽空時(shí)間    在0.5h左右的時(shí)間使凍干箱抽空到10Pa。這是對(duì)真空泵抽空能力求，需根據(jù)凍干箱和捕水器容積的大小選擇真空泵的排氣量。

3、根限真空    凍干箱的最高真空應(yīng)能達(dá)到0.5～10P。這是對(duì)容器直空度的要求，一般選用雙級(jí)旋片式真空泵，或油封式旋轉(zhuǎn)泵再加羅茨泵。

4、體干箱的漏率    凍干箱的漏率應(yīng)能達(dá)到5X102Pa•L/s。系統(tǒng)密封性的要求：要求設(shè)計(jì)先進(jìn)，焊接可靠，加工精密，裝配仔細(xì)，選用高性能的真空閥門和部件等，符合GMP的要求，真空系統(tǒng)中凍干箱和捕水器及關(guān)聯(lián)的部件需使用不銹鋼制造；密封材料要使用聚四氯乙烯、硅橡膠或醫(yī)用橡膠；希望是潔凈的抽空系統(tǒng)，不對(duì)凍干箱的產(chǎn)品產(chǎn)生任何污染。

對(duì)于凍干設(shè)備，真空系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的目的就是依據(jù)干燥室的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)配置出能夠滿足凍干工藝要求的真空系統(tǒng)。計(jì)算的內(nèi)容包括：按照干燥室所要求的極限真空、工作真空和氣體負(fù)荷，確定選取主泵的類型和規(guī)格型號(hào)；依據(jù)氣體連續(xù)性原理為主泵配置合適規(guī)格型號(hào)的前級(jí)泵；在初步設(shè)計(jì)出捕水器和連接管道、閥門等附件組成的系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)之后，校核驗(yàn)算系統(tǒng)所能達(dá)到的極限真空度和工作真空度，以及達(dá)到某一壓力所需要的抽氣時(shí)間，是否滿足設(shè)計(jì)要求，這其中又涉及氣體在管路中的流動(dòng)狀態(tài)判別、管路的流導(dǎo)計(jì)算和有效抽速計(jì)算等內(nèi)容。

目前冷凍真空干燥設(shè)備中常用的真空機(jī)組主要有羅茨泵機(jī)組、水環(huán)-大氣真空泵機(jī)組等多種。從真空角度考慮，在設(shè)計(jì)抽氣系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)滿足如下基本要求：

1、為提高抽氣系統(tǒng)的通導(dǎo)能力，系統(tǒng)中各元件間的管道應(yīng)短而粗、少彎曲，主泵和真空室間的管道直徑不應(yīng)小于主泵吸氣口的直徑。

2、系統(tǒng)應(yīng)本著串聯(lián)可以提高極限真空度、并聯(lián)可以提高抽氣速率的原則，組合各泵間的抽氣程序。

3、為了保證系統(tǒng)的密封性能，被抽系統(tǒng)的總漏氣率須限制在允許漏氣率范圍之內(nèi)，盡量提高設(shè)備的制造水平。

4、為了防止機(jī)械泵振動(dòng)和返油，在機(jī)械泵人口處應(yīng)設(shè)置緩振軟管和放氣閥，為節(jié)省能源、縮短工作周期，對(duì)大型真空系統(tǒng)應(yīng)配置維持泵。

5、為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)操作和安全運(yùn)轉(zhuǎn)，在抽氣系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)上應(yīng)分別設(shè)置真空繼電器和水壓繼電器，真空系統(tǒng)也可考慮選用微機(jī)程序控制。

6、真空系統(tǒng)建成后應(yīng)便于測(cè)量和檢漏，為迅速找到漏孔，應(yīng)進(jìn)行分段檢漏，因此每個(gè)用閥門封閉的空間至少應(yīng)設(shè)置一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，以便于測(cè)量和檢漏。真空計(jì)測(cè)量規(guī)管的位置應(yīng)選在沒有水套的位置上，而且應(yīng)使規(guī)管直立，不要橫放。

真空系統(tǒng)一般的設(shè)計(jì)計(jì)算程序?yàn)椋?/p>

1、計(jì)算真空室內(nèi)的總放氣量；

2、確定真空室的有效抽氣速率；

3、對(duì)復(fù)雜真空系統(tǒng)首先粗選主泵和粗配主泵的前級(jí)泵；

4、按要求配置閥門、捕集器、除塵器等相關(guān)元件；

5、繪制真空系統(tǒng)草圖，確定真空系統(tǒng)各部位尺寸，為精算系統(tǒng)創(chuàng)造條件；

6、精算各真空泵，包括真空度和抽氣時(shí)間的計(jì)算，確認(rèn)是否滿足給定的參數(shù)要求，如果達(dá)不到要求應(yīng)重新選泵和配泵，直到滿足已定的參數(shù)要求為止；

7、繪制真空系統(tǒng)裝配圖并拆出零件圖；

8、繪制施工圖紙。

3.4.4制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

制冷系統(tǒng)是凍干機(jī)上提供冷量的裝置。凍干機(jī)上需冷量的地方主要是凍干箱和水汽凝結(jié)器。兩者既可以用一套制冷系統(tǒng)，也可以用各自獨(dú)立的兩套制冷系統(tǒng)。通常，較大的凍干機(jī)都用兩套各自獨(dú)立的制冷系統(tǒng)，凍干箱上多用間冷式循環(huán)，水汽凝結(jié)器多用直冷式循環(huán)。

制冷系統(tǒng)所用制冷機(jī)的大小，按凍干箱耗冷量和水汽凝結(jié)器的耗冷量的計(jì)算值確定。制冷系統(tǒng)所用的制冷劑種類和制冷循環(huán)方式，應(yīng)根據(jù)凍干物料所需的溫度選擇。

凍干箱只有在降溫和保溫兩階段需要冷量。降溫階段指擱板和被干燥的產(chǎn)品從室溫降到凍結(jié)所需的溫度的時(shí)間；保溫階段指擱板保持在上述溫度下使產(chǎn)品凍牢所需的時(shí)間。由于后者的冷負(fù)荷遠(yuǎn)小于前者，在設(shè)計(jì)中可按前者的冷負(fù)荷選擇制冷機(jī)。

降溫時(shí)間的選定直接影響到制冷機(jī)大小的選配，所定的降溫時(shí)間越短，需配制冷機(jī)的制冷能力越大。確定降溫時(shí)間主要考慮以下幾個(gè)因素：

1、應(yīng)滿足產(chǎn)品降溫速率的要求。因降溫速率對(duì)產(chǎn)品晶格的大小、活菌率、干燥速率等有直接影響。降溫速度快，結(jié)晶細(xì)，干燥速率慢，細(xì)菌成活率高；反之則相反。在箱內(nèi)擱板凍結(jié)時(shí)，所設(shè)計(jì)的冷凍干燥機(jī)必須首先滿足產(chǎn)品凍干工藝的要求，才能生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

2、凍干周期包括產(chǎn)品進(jìn)箱、箱體降溫、保溫、升華、產(chǎn)品出箱等階段，還有箱體清洗消毒、水汽凝結(jié)器化霜等輔助時(shí)間。因此降溫時(shí)間也受整個(gè)凍干周期的限制。而凍干周期的確定應(yīng)有利于組織生產(chǎn)。

3、箱體降溫與水汽凝結(jié)器所需的制冷機(jī)容量應(yīng)綜合考慮，使之可以共用或相互備用，以提高機(jī)器的安全可靠性。

一般擱板溫度比產(chǎn)品的共晶點(diǎn)溫度低5一10℃。

降溫階段的耗冷量一般包括：

1、產(chǎn)品降溫的冷負(fù)荷；

2、箱內(nèi)零件降溫的冷負(fù)荷；

3、載冷介質(zhì)降溫的冷負(fù)荷；

4、箱壁降溫的冷負(fù)荷；

5、 通過箱壁傳入的冷損；

6、開門冷損耗；

7、載冷介質(zhì)循環(huán)泵所消耗的冷量；

8、其他冷損耗。

捕水器耗冷量的計(jì)算包括：

1、捕水器材料降溫耗冷量；

2、保溫層傳熱耗冷量；

3、水蒸氣凝結(jié)耗冷量。

凍干設(shè)備上一般按制冷溫度選制冷劑和制冷循環(huán)。一般單級(jí)壓縮可制取-20～-40℃的低溫，雙級(jí)壓縮可制取-40～-70℃的低溫，復(fù)疊式制冷循環(huán)可得到-50～-80℃的低溫。