冻干机的组成

1、冻干机的组成第1页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一冻干机的结构和组成真 冷冻系统空 真空系统冷 循环系统 冻 液压系统 干 CIP、SIP系统燥 气动系统机 电器控制系统 箱体结构第2页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一制冷系统的组成 制冷系统是冻干机的最重要的组成部分，被称为“冻干机的心脏”。理论上制冷系统由制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和热力膨胀阀所构成，主要是为干燥箱内制品前期预冻供给冷量；以及为后期冷阱盘管捕集升华水汽供给冷量。 在冻干机设计时，考虑到冻干机对制冷的要求特殊性，其制冷系统主要由以下部件组成： 压缩机,制冷剂,油分离器，水冷凝器，

2、干燥过滤器，中间冷却器，视液镜，电磁阀，手阀（顶盖阀），膨胀阀，蒸发器（板式交换器，后箱冷凝盘管），汽液分离器，回气过滤器，压力表，压力控制继电器， CPCE （能量调节器），安全阀，制冷管道等。第3页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一制冷系统原理图 第4页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一制冷系统的组成压缩机 压缩机是制冷系统的核心，压缩机主要是对气态氟里昂进行压缩，从吸气口吸入低温低压的气态氟里昂，经过活塞或螺杆压缩后，变成高温高压的气态氟里昂，通过排气管排出去。 压缩机按照压缩的形式，可以分为活塞式压缩机和螺杆式压缩机。 活塞式压缩机又可以分为

3、开启式、半封闭式、全封闭式三种形式。 根据压缩的级别，压缩机又可分为单级压缩机、双级压缩机和复叠式压缩机。 现在选用的大都是活塞式半封闭双级压缩机。（5HP30HP），品牌为BITZER和COPELAND两种。 小型冻干机选用活塞式半封闭单级压缩机（3HP） COPELAND或活塞式全封闭单级压缩机（3HP） 美国泰康牌。第5页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一制冷系统的组成压缩机 活塞式压缩机的结构 活塞式压缩机主要由电机、汽阀、汽缸套、输汽量调节、曲轴、连杆组件、活塞组件、轴封、机体组件、润滑系统等组成。 其中汽阀主要由阀座、阀片、汽阀弹簧和升程限制器组成。第6页，共

4、42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一制冷系统的组成压缩机 螺杆压缩机 螺杆式制冷压缩机与传统的往复式制冷压缩机相比，具有非常大的优势。1、工作效率高。不需要将旋转运动转化为往复运动，减少了由此带来的机械损失；不会出现没有余隙容积中剩余气体的再膨胀过程，无滑动摩擦，不需要设置吸、排气阀片，指示效率和机械效率都比效高。2、良好的能量调节方式。往复式压缩机相对调节能力较差，而螺杆式压缩机在此方面表现突出，其制冷量可在15%100%之间无级调节，当冷量在60%100%之间调节时，其耗功率与制冷量以相同比例变化。3、运行性能好。由于螺杆式制冷压缩机的结构简单，零件数仅为活塞式的1/10，

5、压缩机运行可靠、安全、振幅小、适应性强，在高、低浊制冷范围内的应用中均有良好性能。第7页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一制冷系统的组成压缩机 螺杆式制冷机制冷量与活塞式比较螺杆式(神户制钢) SH22F(20KW) R22 50HZ活塞式(比泽尔) S66J-32.2(24KW) R22 50HZ CT +40 ETSH22F S66J-32.2 -3035,800(21.3) 29,290(22.1) -40 24,400(19.2) 17,990(17.7) -50 15,800(17.5) 9,400(12.2) -60 11,500(16.0) - ( - )

6、-70 - ( - ) - ( - ) 注)数值为制冷量Kcal/h( )内为动力Kw第8页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一制冷系统的组成制冷剂 一种物质能从一种物质（或物体）吸收热量，然后传递给另一种物质（物体），在传递热量的过程中只发生物理变化，这种物质称为制冷剂。不同类型的制冷机使用不同种类的制冷剂。 几种常用的制冷剂： 1、氨制冷剂（R717），为中温制冷剂，有毒，在一定条件下有易燃性和可爆性，生产方便，价格便宜。 2、氟里昂11（R11），分子式为CCl3F,高温制冷剂，没有腐蚀性、不燃烧、毒性小。 3、氟里昂12（R12），分子式为CCl2F2，中温制冷剂。

7、 4、氟里昂13（R13），分子式为CClF3，低温制冷剂。 5、氟里昂22（R22），分子式为CHClF2，中温制冷剂。运用广泛。最低蒸发温度为-50，最高蒸发温度为-20。 6、混合制冷剂，共沸混合制冷剂R502。非共沸混合制冷剂R404A、R507最低蒸发温度为-70，最高蒸发温度为-30。 第9页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一制冷系统的组成油分离器 氟里昂经过压缩机压缩后变成高温高压的气体，进入到 油分离器中。冷冻机油也会随高温高压的气体进入到油分离器，油分离器的 目的就是使冷冻机油能不断的回到压缩机曲轴箱，以确保压缩机油箱里有足够的冷冻油，保证润滑效果。 冷

8、冻机油在油分离器里的油面达到一定位置时，依靠浮力的作用，浮球将回油阀顶开，由于油分离器里的压力比压缩机曲轴箱的压力大得多，油就通过回油管回到压缩机曲轴箱内。当油位下降后，浮球不足于将回油阀顶开，不回油。因此回油是间隙式的。通过这种方式，达到油和氟里昂分离的效果，确保压缩机里有足够的冷冻机油进行润滑。 第10页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一制冷系统的组成水冷凝器 在制冷系统中，水冷凝器的作用是将“高温高压”的气态制冷剂的热量传给环境介质（冷却水或空气）并使之冷凝成液体。按冷却方式可分为：水冷式、蒸发式、空气冷却式（风冷式）；按结构型式可分为壳管式、套管式、盘管式。 现在

9、选用较多的是壳管水冷式冷凝器。如果冷凝器的冷却效果不好，压缩机的高压较高，影响制冷效果。 选用的水冷凝器，还可以当作制冷剂的储液罐，收液时就是将氟里昂收到水冷凝器里，然后将水冷凝器进出液阀关住。 第11页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一制冷系统的组成中间冷却器 在双级压缩制冷系统中，中间冷却器用来冷却低压级排气，避免因高压级吸气温度过高而使排气温度超过允许值，同时提高制冷效率。 氨制冷系统采用中间完全冷却循环，在氟里昂（R22、R502、R404A、R507）双级制冷机中，因排气温度较低，采用中间不完全冷却循环。它与中间完全冷却的主要区别是低压缸的排气不在中间冷却器内进

10、行冷却，而是与中间冷却器中产生的饱和蒸汽在管路中混合后进入高压缸。因此高压缸吸入的是中间压力下的过热蒸汽。由于氟里昂制冷剂绝热指数比氨小，故对排气温度影响不大。 我们现在选用一个压缩机自带的小型板式换热器作中间冷却器。 第12页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一制冷系统的组成膨胀阀 节流装置是制冷系统的主要部件之一。热力膨胀阀是节流装置的一种。热力分为内平衡式、外平衡式两种。 热力膨胀阀主要由感温包、毛细管、阀座、阀针、弹簧、调节杆、阀体等组成，感温包里有制冷剂或其他介质的液体，其压力由感温包的温度决定。 对于蛇管管道较长或蒸发温度较低的蒸发器，由于管内阻力损失较大，采用

11、外平衡式膨胀阀。膨胀阀膜片下方不与蒸发器进口处的制冷工质相通，而是用一外平衡管使之与蒸发器出口处的制冷工质相通。 感温包安装时最好水平放置，不能倒置，当其位置高于膜片上腔时，应注意将毛细管弯成U形，以免包内液体倒流到毛细管和膜片顶部，影响调节功能。 第13页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一制冷系统的组成蒸发器 在制冷系统中蒸发器的作用是让制冷剂液体在较低温度下吸收被冷却环境介质的热量而蒸发成蒸汽，以降低被冷却物体或空间的温度或维持其低温。 按照被冷却介质的种类的不同，蒸发器可分为冷却液体介质的蒸发器和冷却空气的蒸发器。 在冻干机中，板式换热器和后箱盘管就是作为蒸发器来使

12、用。第14页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一9/3/202214制冷系统的组成阀件 电磁阀是一种开关式自动阀门，可用压力控制器、温度控制器、液位控制器等通过电气元件进行控制。它适合于各种制冷剂。电磁阀主要由外壳、线圈、铁芯、弹簧、膜片式活塞、阀体、密封环等组成。当电源接通时，线圈产生磁场，吸起铁芯，阀门打开，流入端和流出端相通；电源切断后，磁场消失，铁芯因弹簧力和自重而落下，关闭阀门。 顶盖阀是一种关断阀门，通过调节有打开和关闭两种状态，主要用于制冷系统的检修，在正常运行时都处于打开的状态。第15页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一制冷系统的组成过

13、滤器 制冷系统有三套过滤器：干燥过滤器、回气过滤器、油过滤器。 干燥过滤器：安装在水冷凝器出液口，氟里昂经过水冷凝器冷却后，需要进行除酸除湿处理，也可以通过滤网将一些铜屑和其他杂质过滤掉。 回气过滤器：安装在压缩机回气管道上，主要是过滤一些铜屑和杂质，防止他们进入到压缩机里，损坏压缩机。 油过滤器：压缩机自带的一个滤网，安装在压缩机曲轴箱内，可以从放油口取出来进行清洗，油通过滤网进入到压缩机各个润滑油道。油过滤器主要过滤一些粉末、铜屑等，确保油的润滑效果。若油过滤器太脏，容易堵，会造成油润滑效果不好，导致油压差报警。第16页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一制冷系统的组成

14、汽液分离器 汽液分离器安装在压缩机吸入口前面，以确保吸入进压缩机里的氟里昂都是汽态。如果液体氟里昂进到压缩机里，很容易造成液击，将压缩机阀片打坏，甚至打断，损坏压缩机。第17页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一制冷系统的组成辅助装置 制冷系统辅助装置主要由压力继电器、压力表、液面视镜、能量调节器（CPCE）、安全阀等组成。 压力继电器的主要作用是通过继电器的控制，起到保护压缩 机的作用。压力继电器主要有水压力继电器、油压差继电器、高压压力继电器、自动收液继电器、板冷阀冷凝阀控制继电器。 水压力继电器：当冷却水压力小于水压力继电器设定的压力时，水压力 报警，压缩机自动停机。

15、 油压差继电器：当压缩机油压和中压压力差小于油压差设定的压力（0.65kgf/cm2)时,油压差报警，压缩机自动停机。 高压压力继电器：当压缩机高压压力大于高压压力继电器设定的压力时，高压报警，压缩机自动停机。 自动收液继电器：当压缩机低压压力大于自动收液继电器设定的压力时，即使压缩机处于停机的状态，在没有其他报警的情况下，压缩机自动启动，进行收液。第18页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一制冷系统的组成辅助装置 板冷阀（冷凝阀）控制继电器:当低压压力大于板冷阀（冷凝阀）控制继电器设定的压力时，压力控制继电器动作，自动将板冷阀（冷凝阀）关闭，当低压压力小于板冷阀（冷凝阀）

16、控制继电器设定的压力时，自动将板冷阀（冷凝阀）打开。 选用的继电器为DANFOSS品牌，性能稳定可靠。 压力表用来显示压缩机的工作压力，有高压压力、低压压力、中压压力、油压压力显示，通过压力表显示的压力，可以较好的掌握压缩机的工况。 现选用REFCO和ARRON两种品牌。 液面视镜是用来观察氟里昂的液面的，可以知道管道是否满液,液面视镜里有干燥指示，绿色表示干燥，黄色表示不干燥。第19页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一制冷系统的组成辅助装置 能量调节器（CPCE）是在压缩机处于极限工况时，压缩机负载很小的情况下，通过引入热的氟里昂气体，给压缩机进行压缩，确保压缩机工作的

17、稳定性。引入氟里昂气体的多少是可以通过压力来调节。 选用DANFOSS品牌的能量调节器。 安全阀安装在水冷凝器上，当水冷凝器内压力超过25kgf/cm2,安全阀自动释放压力，起到安全保护作用。 第20页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一真空系统的组成 制品中的水分只有在一定的真空状态下才能进行升华，达到干燥的目的。 系统采用真空泵组，组成强大的抽吸能力，在干燥腔室和冷凝器形成真空，一方面促使干燥腔室内的水份在真空状态下蒸发（升华），另一方面该真空系统在冷凝器和干燥腔室之间形成一个真空度梯度（压力差）。使前箱水分升华后被冷凝器捕获。 真空系统的真空度应与制品的升华温度和冷凝

18、器的温度相匹配，真空度过高或过低都不利于升华，干燥箱的真空度应控制在设定的范围之内，其作用是可缩短制品的升华周期，对真空度控制的前提是真空系统本身必须具有较低的泄漏率。 真空系统是冻干机的重要组成部分，其主要由干燥箱、冷凝器、真空泵、罗茨泵、小蝶阀、箱阱隔离阀（大蝶阀、蘑菇阀）、真空测试装置（真空仪、真空规管（压力传感器）、放气装置、辅助装置、真空管道等组成。 第21页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一真空系统原理图 第22页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一真空系统的组成真空泵 真空是指低于大气压的气体所存在的空间状态。真空度是表示一个空间已达到的

19、真空程度。真空度的单位为Pa。 用来获得真空的器械称为真空泵。根据其工作原理，真空泵可以分为压缩型真空泵和吸附型真空泵。 压缩型真空泵是将气体从被抽容器抽出，压缩到高于背压而排出。象旋片式机械真空泵、油蒸汽增压泵、分子泵等。 吸附型真空泵是用各种吸气作用将气体吸附，暂时或永久储存于泵内，象用硫酸、五氧化二磷（P205）吸附水蒸气的吸气剂泵。 真空泵的主要参数有：抽气速率、极限压强、最大入口压强、最大反压强、压缩比。 机械式真空泵主要有油封式机械真空泵和机械罗茨泵。 第23页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一真空系统的组成真空泵 油封机械真空泵用油来保持运动部件的密封。泵工

20、作时，利用泵的吸排气腔的容积改变以完成吸气、压缩和排气的过程。按结构又可分为定片式、旋片式、滑阀式等。我们选用的是双级直连旋片式真空泵。其工作原理图如图所示： 真空泵油既起密封作用，又对泵的摩擦表面起润滑作用，还能填充高压残余气体的有害空间和在排气压力过低时强行推开排气阀使抽气顺利进行。油是非常重要的，不能进水，也不能有其他杂质进到油里。进水后油很容易乳化，油就不能起到密封作用。 第24页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一真空系统的组成真空泵 罗茨真空泵冻干压强5X10-1-1X10-3托范围内，可以获得较大的抽速和达到较好的极限真空，很多较大型冻干机采用真空罗茨泵。其工

21、作原理如图示： 罗茨泵工作时，由于转子和泵腔、转子和转子之间有一定的间隙（0.1-0.15mm），互相不接触，允许转子高速转动，具有很大的抽速。但一般不能直接抽大气压（象国投南光、上海凯尼）。但爱德华由于特殊的设计，可以在大气压下启动。 第25页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一真空系统的组成真空泵 几种常见的真空泵 爱发科真空泵EDWARD40真空泵上海凯尼罗茨泵EDWARD罗茨泵第26页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一真空系统的组成隔离阀真空系统的隔离阀：小蝶阀、箱阱隔离阀（蘑菇阀、大蝶阀）。 1、小蝶阀 小蝶阀是用来接通或截止真空泵和后箱之间

22、气流通道的隔离阀门，接在真空泵泵头管道上。小蝶阀通过气动系统来控制开和关，达到接通和截止的目的。 由于小蝶阀需要频繁开启，故开关需要稳定可靠，开启时能开足，关闭时能够关住。不能有泄漏真空和漏气的现象。选用Keystone品牌的小蝶阀。 2、箱阱隔离阀 箱阱隔离阀是接通或截止干燥箱（前箱） 和冷阱（后箱）的气流通道的阀门，安装 在前后箱之间。 箱阱隔离阀的主要形式有两种：采用大蝶 阀型和采用蘑菇阀型 第27页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一真空系统的组成真空测量装置 真空测量装置是真空系统的重要组成部分，真空度的高低通过真空测量装置测量出来，经过仪表或程序直接以数字的形式

23、显示。 选用的测量装置有两种。一种是用电阻真空计（普通真空规管、压力传感器）加TEX200真空仪。由于测量系统的压力不一样，电阻不一样，通过电路设计，从TEX200真空仪可以直接读出真空度的大小。通过仪表输出4-20mA电流，输出的电流值和真空度指示值一一对应。可以测量出的范围为： 1.0E-1-1.0E5Pa。 第28页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一真空系统的组成真空测量装置 第29页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一真空系统的组成放气装置 放气装置是真空系统中必不可少的装置，其主要有放气电磁阀、掺气微调阀、呼吸器、放气管道等组成。 放气电磁阀

24、是控制无菌空气进入箱体内的阀门，当放气电磁阀通电，线圈产生磁场，衔铁动作，打开电磁阀两边通道，无菌空气从外边进到箱内。 掺气微调阀是一个针阀，作为微量空气进入干燥箱以实现压力控制的阀门。一般与电磁阀组合使用，用微调阀调节进气量的大小，用电磁阀控制进气时间。主要是用在产品冻干，在二次干燥用于掺气。 第30页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一真空系统的组成放气装置 呼吸器主要起过滤无菌空气的作用，进入到箱内的气体必须先通过呼吸器，经过一个0.2um的纸质滤芯后，一些颗粒灰尘过滤后，气体进入到箱内，确保冻干产品的洁净。 放气管道是无菌气体进入到箱内 的通道。一般采用不锈钢管焊接

25、，内外进行抛光，确保管子内部至少达到卫生级标准。第31页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一真空系统的组成辅助装置 冻干机辅助装置有以下部件组成：充气式高真空电磁档板阀、避振管、排气管排污阀等。 1、充气式高真空电磁档板阀，安装 在真空泵的吸气口，与真空泵同时开启和关闭，真空泵通电，电磁阀也通电，真空泵断电，电磁阀也断电。安装此电磁阀的主要作用是防止油倒吸入真空管道里，由管道进入箱内。 2、避振管接在真空管上，主要起减轻振动作用，变真空管道的刚性连接为柔性连接。排污阀主要将一些油污 和水排出。第32页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一循环系统的组成 循

26、环系统是冻干机的重要组成部分，主要由循环泵、电加热、板式换热器、板层、平衡桶以及辅助装置组成。 第33页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一循环系统的组成循环泵 1、循环泵 循环泵是一个非自吸式水泵，两台泵并连连接，循环系统里导热油的流动就是通过循环泵来驱动。选用的品牌为德国WILO。第34页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一 循环系统的组成电加热和板交 2、电加热、板式换热器电加热是提供热量的装置，在制品升华时启动电加热，给导热油加热升温。板式换热器是在前箱制冷时，通过氟里昂和导热油的换热，使导热油的温度降低，达到前箱制冷的目的。第35页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一 循环系统的组成板层和平衡桶 3、板层、平衡桶导热油（硅油或4.2.4)都存在不同程度的热胀冷缩，为了始终保持导热油管里都是充满了油，平衡桶起到平衡的作用。第36页，共42页，2022年，5月20日，19点18分，星期一循环系统的组成辅助装置 4、辅助装置 循环系统辅助装置主要由超温报警继电器、循环压力继电器、循环压力表、冷媒排出阀、排空气阀等。 超温报警继电器 循环压力继电器 循环压力表 冷媒排出阀当超温报警继电器感温保感应到的温度超过设定的温度，超温报警继电器动作，报警，切断