直接抽水蒸汽真空泵组成的冻干机的真空系统

2009-03-19 徐成海东北大学

无论何种干燥, 其本质都是去除物料中的水分。真空冷冻干燥是在低温低压下去除从物料中升华出来的水分。因此, 真空冷冻干燥机的真空系统必须能抽除水蒸汽, 而且根据冻干工艺的要求, 医药用冻干机空载极限真空度应达到1Pa, 食品用冻干机空载极限真空度应达到10Pa。工作真空度通常比空载极限真空低一个数量级左右。只有这样才能采用循环压力法来提高冻干速率。真空系统还必须有足够的抽速和抽出水蒸汽的能力。这就要求在冻干机真空系统设计与计算时合理地选择真空泵和(或)捕水器(水汽凝结器),当然还要设计管道和进行通导能力的计算, 如果管道和阀门的通导能力不够, 选再大的真空泵和捕水器也没有作用。

这样, 真空冷冻干燥机的真空系统特性主要应包括抽水蒸汽的能力, 冻干箱空载极限真空度和冻干箱出口处的有效抽速这3 大指标。能直接抽水蒸汽的真空泵目前并不很多, 主要有水喷射泵、水蒸喷射泵、水环泵、湿式罗茨泵4 种,其余真空泵在抽水蒸汽时必须采取一些措施, 当前采取最多且比较有效的措施是在泵入口前加捕水器。因此, 当前冻干机上用的真空系统主要分两类,一类是直接抽水蒸汽的真空泵; 另一类是捕水器加真空泵。前者结构简单, 成本低, 但必须配备蒸汽锅炉, 操作不慎尚有返水现象; 后者结构复杂, 成本高,但真空度较高, 运行可靠。两类系统目前国内都在采用。

上述4 种能直接抽水蒸汽的真空泵中, 水喷射泵的极限真空在8×10⁴Pa 左右, 湿式罗茨泵极限真空在5×10⁴Pa 左右, 水环泵最好的极限真空度也只能达到2×10²Pa。显然这3 种泵单独使用都不适于冻干机的工艺要求, 只有水蒸汽喷射泵适合于冻干机的工艺要求。

用在冻干机上的水蒸汽喷射泵有3 种类型: 高架式、中架式和低架式。高架式需架设在10m 高以上, 中架式需架设在5～6m 高, 低架式一般架设在1～1.5m 高。高架式性能可靠, 成本最低, 但安装、维护不方便, 北方冬季太冷, 需安装在厂房内, 致使厂房太高; 中架式与低架式相比并无明显优点, 故采用低架式水蒸汽喷射泵更合适。典型低架式水蒸汽喷射真空泵如图1所示。冻干机采用的水蒸汽喷射真空泵至少应为5 级泵, 极限真空度为13Pa。