真空冷冻干燥设备的工作原理是:
先将物料冻结到共晶点温度以下,使水分变成固态的冰,然后将经过前处理的预冻物料装入干燥仓内,在低温真空状态下,由加热板导热或辐射方式供给热能,使物料中的水分直接由冰升华成水蒸气。不断升华出的水蒸气,由真空泵组抽至捕水仓内,在-40℃～-45℃的排管外壁上凝结被捕,直至按冻干曲线达到规定的要求而停止供热和抽真空,完成物料冻干全过程。
真空冷冻干燥设备组成：
由真空冷冻干燥箱(简称冻干箱)、真空系统、制冷系统、加热系统及自动控制系统等几部分组成。
干燥箱是一个真空密闭容器,是冷冻干燥设备的重要组成部件之一,是干燥过程中传热和传质的场所,它的性能好坏直接影响到冷冻干燥设备的性能。如果带有蒸汽消毒灭菌功能,冻干箱还应是一个低压内压容器。干燥室的形状主要有圆形和矩形两种。圆形干燥室操作容易、强度高、制作费用低,但其内部空间利用率低。矩形干燥室空间利用率高,但制造费用高。
真空系统包括真空干燥室、隔离阀、水蒸气捕集冷凝器、真联式旋片真空泵、联接管道以及放气阀等。系统内空气水蒸气的抽除是由真空泵来完成的。当真空泵工作时,打开隔离阀,真空干燥室内的空气及水蒸气经过水蒸气捕集冷凝器捕获水分后进入真空泵,由真空泵排气口排出系统外。为了防止经水蒸气捕集冷凝器后抽除的气体中仍含有极少量的水蒸气进入泵内,系统配气镇阀。冷冻干燥时,打开气镇阀。在真空泵的排气口装有油雾捕集器,以防止排出气体中烟雾污染室内环境。
为了使冻结后制品中的水蒸气不断地从冰晶中升华出来,就必须提供水蒸气升华所需的足够热量,因此要有加热系统。加热系统除加热板以外,还包括热媒加热罐、换热器、气动调节阀、循环泵及管路、阀门、液位计、温度传感器等。
水蒸气凝结器又称为冷阱,是制冷系统的主要部件。在1313Pa真空下,质量为1g的冰升华可生成100m3的水蒸气。若这大量的水蒸气不加以处理而由真空泵抽出,则需要大容量的抽气机才能维持所需的真空度。冷阱的作用是将干燥室中的水蒸气冷凝吸附变成冰,以免进入真空泵,一方面可以减小真空泵的工作负担,另一方面能够保证干燥室具有较低的真空度。
自动控制系统是冻干机的指挥机构。冻干机的控制包括制冷机、真空泵的起、停,加热温度的控制,物料温度、冷阱温度、真空度的测试与控制,自动保护和报警装置等。自动控制系统的功能是对冻干机的各个重要参数进行测量、显示;根据预先的设置对冻干机进行控制,使其运行在规定的状态,可对故障状态报警并自动应急处理。通过测量和记录冻干过程的工艺参数,可以完整地了解整个冻干过程;对这些参数实施有效的控制,则可以实现对整个冻干过程的优化,即在保证产品质量的前提下,提高生产效率以及减小能量消耗。
