小型试验用冻干机的设计开题报告

1、毕业设计(论文)开题报告题目：小型试验用冻干机的设计 1 毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1 题目背景 随着制冷、真空、生物、电子等技术的发展，真空冷冻干燥设备现在已广泛的应用于医学、生物学、药学、农业等领域，目前还应用于分子生物学、基因工程学、新型生物医学、中药新制剂、高品质方便食品、考古学、粉末材料制造等领域。目前对冻干设备性能的研究已引起广泛的兴趣和重视。该机广泛用于食品工业、化学工业、医药工业、电子工业等行业的实验研究部门，已是基础科学研究中必不可少的基本手段，为生产小样生物制品与实验研究提供了一种新型加工设备。1.2 研究意义真空冷冻干燥(以下简称冻

2、干)是将物体冻结到共晶点温度以下，然后在较高的真空条件下通过升华干燥除去物体中水分的一种干燥方法。真空冷冻干燥技术是随制冷、真空、生物、电子等技术的发展而迅速兴起的多学科综合性应用技术，除了在传统的医学、生物学、药学、农业等领域得到广泛的应用外，目前已向分子生物学、基因工程学、新型生物医学、中药新制剂、高品质方便食品、考古学、粉末材料制造等领域发展。随着我国社会主义市场经济的高速发展和人民生活水平的迅速提高，对冻干技术的应用和冻干产品的需求日益增长。但在我国，冻干技术无论在理论研究还是工艺水平、设备制造等方面与国际水平比较均有很大差距，因而近年来对冻干技术和冻干设备性能的研究已引起广泛的兴趣和

3、重视。 我国已生产出多台冻干机，但其性能和功能仍不能满足市场的要求，与国外产品仍有很大的差距。如何缩小差距，使我国生产的冻干机也能走出国门，走向世界，应该是我们真空冷冻干燥研究人员的责任和使命。实验室用冻干机应能适应药品、食品、生物制品和化工材料的冻干实验，热物理系数测定，传热传质理论研究。因此，对其温度范围要求宽(-65一+90 )，能自动调节温度和压力，设定、贮存、显示多条冻干曲线。因为是实验用冻干机，又要求多功能，所以它是非标准产品，冻干机厂家没有生产过，第一次生产出来并交到实验室来的冻干机因性能不合格而退货。这台冻干机只是通过了初步的验收实验，在以后的实验中是否能满足各种要求还不知道，

4、因此，冻干机的性能研究提到了日程上来。目前脱lkg水需要的能耗是冻干机最重要的指标，国际上这个指标为脱除lkg冰晶需1.2kw h电左右。俄罗斯食品设计研究院的博士论文中曾给出脱lkg水，需消耗lkwh电能的报告，国内报道兰州科近真空冻干技术公司开发的节能型JDG系列食品冻干机脱lkg冰的能耗为0.55kwh。因此在冻干机上做纯水的冻干实验，以精确计算脱lkg水需要的能耗是非常必须的。另外，每一家生产冻干产品的企业，面对需求不断变化的市场，所选设备多为间歇式冻干装置，多品种轮换生产，每试产一个新品种食品，求得其干燥工艺曲线，往往耗费相当数额的人力、物力、财力。有的企业虽然买了小型试验机，但因在

5、小试验机上做出的样品都不能指导大冻干机生产因为结构不同，试验条件不同所致。作为专门研究真空冷冻干燥技术与设备的研究生，对多功能型实验用冻干机结构以及性能进行研究，来模拟大中型冻干机的生产过程，取得干燥工艺曲线，用来指导大中型冻干装置的规模化生产是非常需要的，也是非常必要的。1.3 国内外相关研究情况近几年来，国内在冻干设备及冻干工艺和冻干产品上发展非常迅速。生产医药用冻干机的工厂由十年前的几家，发展到现在的十几家，医药用冻干机的水平也有了很大的是高，全部执行了GMP标准，基本上都设置了自动清洗装置(CIP )，自动加盖机构。998年以前，我国生产的冻干机没有在位灭菌功能，1998年以后，上海东

6、富龙、远东，北京的天利、速原等公司生产的冻干机基本上都带有在位灭菌(STP)功能。20世纪90年代以后生产的冻干机，绝大部分采用计算机进行自动控制，从冻干机的运行程序的设起、执行、修改，冻干过程中温度、真空度、时间、含水量等主要参数的采集、显示、字储、控制，配套设备的运转，安全保护，故障处理等均能自动进行。据统计，上海东奢龙科技有限公司近几年产品销售量已达到200台。在食品冻干机发展上，沈阳新阳速东设备有限公司等有关单位，已经生产出多台大型食品冻干机，单台最大冻干面积可达100m²。 全国各地涌现出大大小小不少于30家的冻干设备的生产厂，这其中，有一部分是真正的冻干设备国产化，促进国

7、内冻干行业进步而努力攻关的大专院校和科研单位，以及有一定技术基础和科研力量的军工企业，真空设备、速冻设备制造厂等。大部分国产冻干机生产厂家走的是仿制道路。除仿制之外，国内自己的研制能力也在提高，有的单位己经脱离了仿制国外机型，抽气系统采用低架式水蒸气喷射泵抽水蒸气，省去了捕水器和制冷系统，使设备价格有所降低。但是国产冻干机存在的一些不足之处：(1)搁板温度不均匀，造成冻干产品含水率不均匀，产品合格率受影响。造成温度不均匀的原因各不相同：或者是搁板结构和材料质量不好；或者是加热流体分流或流程有欠缺；或者是捕水器在干燥箱内绝热不好。(2)干燥速率低，干燥箱内各点干燥快慢不一致，反映在产品上仍然是合

8、格率受影响。其原因除搁板温度不均匀外，还与真空系统配置得不合理有关。主要体现在：捕水器配置得不合理；水蒸气喷射泵性能不稳定：抽气口位置不合理等。(3)水汽凝结器效率低。主要体现在水汽凝结器面积大而捕水量小有部分无效面积，其根本原因是水汽凝结器设计不合理。目前国内单箱冻干面积在0.4m2以上原料药用真空冷冻干燥机很少。国内一些制造商以制造双箱搁板面积2×0.2m2以上加单一水汽凝结器结构组合为主。 国外实验用冻干机的特点是：1、产品严格按有关国际标准设计、制造。例如目前国际制药业权威GMP标准，美国卫生部和食品药品管理局FDA标准以及CIP(自动清洗)技术。随着PV(过程检验)概念的引

9、入，对冻干设备提出了更高的要求。2、冻干过程自动化装置的实现。为了实现安全性(无菌、无传染)综合发展蒸汽灭菌，自动清洗技术并研制出自动装料、运载、冻干、输出、封盖的全自动无人操作装置，使冻干无菌室实现无人自动化，该装置在德国、日本己投入使用。3、高性能、高可靠性及经济性，为了确保冻干机无故障运行，除了在制造过程中实现全面质量控制外，设计时米用备用机，冻干过程中设有制品取样分析装置。经疥性指标是指制取同样冻干制品时的电、汽及水耗量最低。食品冻干机中，丹麦的阿特拉斯的RAY型间歇式和CONRAD型连续式冻干机，日本共和真空株式会社的无隔离干燥过程水汽凝结器除冰再生技术和TL型液体食品密闭系统管式冻

10、干机可代表世界食品冻干机的先进技术。2 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1 本课题研究的主要内容 设计一台试验用冻干设备，冻干面积为0.4平方米。对干燥室的选型，搁板结构的确定，捕水器的选择及其他零件的设计。测量系统的完善和搁板的温度均匀。2.2 研究方案冻干机随着科学技术的不断发展，到目前为止已经有许多种类型了，主要有：（1）冻干合一型冻干机；（2）冻干分离型冻干机。前者是将冻干装置置于干燥仓内，干燥过程在干燥仓内一次完成，这种形式减少了冻结食品的运输，但干燥仓内应合理设计搁板、加热装置、制冷装置；后者是食品冻结与干燥过程分开进行，将冻结好的食品放入干燥仓内进行干燥

11、，干燥仓内不含制冷装置，可简化干燥仓的结构。捕水器用来凝结物料升华产生的水汽，一般用管道和冻干箱相连，凝结温度要求-40 C以下，水汽凝结器的制冷系统制冷量应大于冻干箱制冷系统的制冷量，温度应低于冻干箱制冷温度，制冷循环一般为两级压缩制冷循环和复叠式制冷循环。小型实验用冻干机的结构，多采用直冷直热式，冷冻系统可采用一套机组，用阀门控制冻干箱与捕水器的走向。真空系统也比较简单。实验型冻干机应该设计取样装置和压盖机构。2.3 研究方法或措施闰土机械外文翻译成品某宝dian通过对冻干机中各个系统的分析，对其中的干燥室、捕水器和各个零部件的结构设计和理论的分析计算，确定设计所需要选用的各个零部件，根据

12、理论和实际相结合设计出符合本课题要求的冻干机。整体结构示意图如图1所示：1,7-冷凝器 2,6-热力膨胀阀 3-干燥室 4-阀门 5-捕水器 8,11-制冷压缩机 9-热交换器 10-真空泵 图1 冷冻干燥整体结构的示意图3 本课题的设计重点、难点及已开展的工作 重点是：冻干机各个零部件的二维图的绘制与干燥室、捕水器的相关计算。 难点是：干燥室，捕水器，其余零部件的设计，隔板温度要均匀和测量系统的完善。 前期已开展的工作：查阅了冷冻干燥技术与冻干机的相关资料，了解了冷冻干燥技术的发展历程、冻干机的发展前景、当下的研究现状及冻干机的工作原理和结构。4 本课题工作方案及进度安排 第1-2周：查找资

13、料，熟悉课题，写开题报告； 第3周：确定总体方案的设计； 第4-5周：各零部件的计算、分析和选择； 第6-7周：用AutoCAD画出二维零件图； 第8周：用AutoCAD完成装配图； 第9周：中期检查，填写中期检查表； 第10-11周：完成中期论文，准备中期答辩； 第12-13周：完成外文翻译； 第14-15周：提交论文初稿、修改定稿。指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日 所在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日参考文献1 徐成海,张世伟,关奎之.真空干燥M.北京:化学工业出版社,2003.2 徐成海,邹惠芬,张世伟.真空冷冻干燥技术的现状及发展趋势J.真

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15、山西食品干业,2005,(3)：90-91.9 徐成海,孙广生,周玉英.真空冷冻干燥机的设计概论J.真空,1990年06期.10 徐成海,关奎之,张世伟.浅述真空冷冻干燥机设计与计算J.真空,1990年06期.11 李蔚,陈民.小型实验用蔬菜真空冷冻干燥机的设计与计算J.西安公路交通大学学报,1999年01期.12 张茜.GLZ-0.4型实验室用冻干机的性能研究D.东北大学,2006年.13 徐成海,张世伟,喻漫陆,关奎之.ZLG-0.2型真空冷冻干燥机的研制A.真空,1999年6月.14 郑效东.冻干机搁板温度均匀性验证A.第八届全国冷冻干燥学术交流会论文集C.2005年.15 王业运,张擂.SDG-15真空冷冻干燥机控制系统的设计与实施D.华东理工大学,2011年.16J.D.Mellor，Fundamentals ofFreeze Drying,1978.17Boeh-Ocansey,o. A Study of the Freeze Drying of