1、概述
真空冷凍干燥烘干機(jī)具有真空和低溫兩個(gè)特殊的優(yōu)良條件，其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛。冷凍干燥與其它干燥方法相比有著顯著的優(yōu)點(diǎn)：1、干燥在低溫下進(jìn)行，因此對(duì)熱敏性物質(zhì)特別適用，使其不致變性或失去活力。2、在低溫下干燥，物質(zhì)中揮發(fā)性成份損失少。3、微生物生長(zhǎng)和酶作用無(wú)法進(jìn)行，能保持原來(lái)性質(zhì)狀態(tài)。4、在真空條件下干燥，氧氣極少，易氧化物質(zhì)得到了保護(hù)。5、物質(zhì)在凍結(jié)下干燥，干燥后體積幾乎不變，不會(huì)發(fā)生收縮現(xiàn)象，物質(zhì)呈疏松多孔海綿狀，加水后溶解迅速，幾乎立即恢復(fù)原來(lái)性質(zhì)。6、干燥時(shí)排除90～95%，左右水份，干燥后產(chǎn)品包裝后能在室溫下長(zhǎng)期保存，富通新能源銷(xiāo)售木屑顆粒機(jī)、木屑烘干機(jī)等生物質(zhì)燃料成型、木屑烘干等機(jī)械設(shè)備。
為使國(guó)產(chǎn)冷凍干燥烘干機(jī)縮小與國(guó)際先進(jìn)冷凍干燥烘干機(jī)的差距，滿(mǎn)足用戶(hù)日益增長(zhǎng)的對(duì)凍千機(jī)的需求，自1996年起，上海遠(yuǎn)東制藥機(jī)械總廠開(kāi)發(fā)了新一代（可稱(chēng)為第三代）的系列( 0.5~20M2)冷凍干燥烘干機(jī)。遠(yuǎn)東廠新一代冷凍干燥烘干機(jī)與第二代國(guó)產(chǎn)凍干機(jī)（大約于80年代研制）相比有了以下幾個(gè)方面提高：
首先，整機(jī)可靠性明顯提高，新一代凍千機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件如制冷壓縮機(jī)、真空泵、電磁閥、熱力膨脹閥等均采用國(guó)內(nèi)或國(guó)際最先進(jìn)可靠的部件，這樣極大地保證了整機(jī)可靠性。
第二，配置電腦控制系統(tǒng)（電腦、手動(dòng)控制兩用），電腦控制方式比程序自動(dòng)控制又前進(jìn)了一大步，它不但可以與用戶(hù)的中央電腦聯(lián)網(wǎng)，而且可以實(shí)行“群控”，即多臺(tái)冷凍干燥烘干機(jī)群體控制。
第三，整機(jī)外表美觀，箱內(nèi)表面粗糙度數(shù)值小，圓角結(jié)構(gòu)。
遠(yuǎn)東廠96年開(kāi)發(fā)的新一代凍干機(jī)已具備國(guó)際凍千機(jī)所具備的主要功能和高可靠性，而且干燥箱、水汽捕集器等均在廠內(nèi)制造，所以具有高性能和低價(jià)格兩大優(yōu)點(diǎn)，具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)性。不但可以替代進(jìn)口凍干機(jī)，為國(guó)家節(jié)省大量外匯；而且可以出口，為國(guó)家賺取外匯。
2、各大系統(tǒng)
整機(jī)由（一）制冷系統(tǒng)（二）換熱介質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)（三）真空系統(tǒng)（四）液壓加塞系統(tǒng)（五）電氣控制系統(tǒng)等五大系統(tǒng)組成。
（一）制冷系統(tǒng)
制冷系統(tǒng)由美國(guó)或德國(guó)Copeland半封閉氟利昂制冷壓縮機(jī)作為主機(jī)，配以水冷凝器、意大利的電磁閥、丹麥的膨脹閥及蒸發(fā)器、閥門(mén)儀表等。
數(shù)臺(tái)壓縮機(jī)可同時(shí)制冷間接式換熱器，使換熱器快速降溫，換熱介質(zhì)把冷量帶至干燥箱擱板，從而使干燥箱擱板也快速降溫，這就保證了預(yù)凍時(shí)制品快速渡過(guò)冰點(diǎn)，結(jié)晶迅速均勻，制品質(zhì)量顯著提高。
制冷機(jī)是雙功能的，它們不但可以制冷間接式換熱器，還可以制冷水汽捕集器。當(dāng)干燥箱降溫至設(shè)定溫度后，部分制冷機(jī)繼續(xù)制冷換熱介質(zhì)。使擱板保持設(shè)定低溫，其余制冷機(jī)開(kāi)始制冷水汽捕集器。為凍干第二階段作準(zhǔn)備。
采用先進(jìn)的半封閉制冷壓縮機(jī)，使整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊體積小，重量輕，大大降低了噪聲，提高了整機(jī)可靠性。
制冷系統(tǒng)有二種蒸發(fā)器，一種為間接式換熱器中的蒸發(fā)盤(pán)管，另一種為水汽捕集器中的蒸發(fā)盤(pán)管。間接式換熱器是冷卻液體的，制冷劑在管內(nèi)吸熱汽化，換熱介質(zhì)在管外放熱，蒸發(fā)器管子較短，在分流裝置，壓降較大，故采用丹麥的外平衡膨脹閥。水汽捕集器是冷卻水蒸氣的，制冷劑在管內(nèi)吸熱汽化，水蒸氣在管外放熱，蒸發(fā)器管子較長(zhǎng)，管子沿程阻力較大，壓降較大，也采用丹麥的外平衡膨脹閥。
（二）中間液體循環(huán)系統(tǒng)
對(duì)中間液體有以下基本要求：①較低的冰點(diǎn)：②較高的沸點(diǎn)：③無(wú)毒性；④無(wú)臭味；⑤不腐蝕部件；⑥不易燃燒：⑦在低溫時(shí)仍有較低的粘度；⑧有較高的熱容量。
中間液體循環(huán)系統(tǒng)以硅油或“424”液體為傳熱（傳冷）介質(zhì)，循環(huán)泵提供循環(huán)動(dòng)力．?dāng)R板制冷時(shí)，換熱介質(zhì)從間接式換熱器蒸發(fā)盤(pán)管外獲得冷量，送至干燥箱擱板，使擱板降溫；擱板加熱時(shí)，換熱介質(zhì)從電加熱器處獲得熱量，送至干燥箱擱板，使擱板升溫。
在大約95℃以下溫度，“424”液體符合上述要求，它是由40%的水，20%的乙醇，40%的乙二醇（重量比）混合而成，它的沸點(diǎn)為98℃，冰點(diǎn)為-64℃，比重為l，比熱為0.75，粘度25℃時(shí)為1，直接點(diǎn)火不燃，該溶液熱容量大，根據(jù)傳熱量公式：Q=c×Mx (t2-tl)．如傳熱量Q為定值，C×M值大，溫差(t2-tl)值就小，擱板各點(diǎn)溫差小，取得了令人滿(mǎn)意的效果。
在大約150℃以下溫度，硅油符合上述要求，它的沸點(diǎn)為155℃，冰點(diǎn)為-65℃左右，比重為0.9-0.95，粘度在常溫下大于“424”，但在低溫下小于“424”．比熱約0.45左右，作為傳熱（傳冷）介質(zhì)，它比“424”有更快的熱量傳遞性能。
采用間接制冷，間接加熱方式，擱板溫差值可控制在小于±1.0℃，效果優(yōu)良。
（二）真空系統(tǒng)
真空系統(tǒng)由干燥箱、真空管道、各類(lèi)電動(dòng)、氣動(dòng)真空閥門(mén)、水汽捕集器、真空泵組、自動(dòng)放氣閥等組成。
當(dāng)制品由液態(tài)冷卻變成固態(tài)后，真空泵組開(kāi)始工作，造成系統(tǒng)內(nèi)真空環(huán)境。干燥箱制品瓶中的水，直接由固態(tài)升華面汽態(tài)，經(jīng)過(guò)管道，被抽至水汽捕集器內(nèi)，由于水汽捕集器中的蒸發(fā)盤(pán)管已被冷卻到一個(gè)很低的溫度（-55℃以下），水份就被凝結(jié)在盤(pán)管外部。
真空泵組采用美國(guó)、德國(guó)或日本技術(shù)生產(chǎn)的真空泵，具有強(qiáng)大的抽吸功能，保證極限真空值為1Paa
由于真空系統(tǒng)部件與制品是直接與間接接觸（通過(guò)氣體），所以真空系統(tǒng)金屬部件如擱板、干燥箱內(nèi)壁、管道、閥門(mén)、水汽捕集器等全由不銹鋼材料加工而成并拋光，保證了制品不被污染，符合GMP要求。
為了加快制品升華速度，本機(jī)在干燥箱上部安裝了一個(gè)自動(dòng)放氣閥，凍干時(shí)間可減少約1/4，效果顯著。
我們知道傳熱有三種方式：導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射。凍干機(jī)中導(dǎo)熱和對(duì)流是主要的傳熱形式，而輻射是不起主要作用的（由于各部件之間的溫差不大，所以輻射量�。�。整個(gè)凍干過(guò)程實(shí)質(zhì)上是水分子的遷移過(guò)程，即水從干燥箱制品瓶中遷移到水汽捕集器中。在水汽遷移過(guò)程中，需要在干燥箱中提供升華潛熱，同時(shí)需要在水汽捕集器中制冷，使水汽冷凝固化，，傳熱速度的快慢決定了凍干時(shí)間的長(zhǎng)短。在凍干過(guò)程中，如系統(tǒng)真空度太好，就導(dǎo)致對(duì)流傳熱大大減弱，凍干時(shí)間則要延長(zhǎng)。大量實(shí)驗(yàn)證明：凍干后期干燥箱真空度最好控制在15Pa-25Pa之間，水汽捕集器溫度維持在-55℃以下（一55℃時(shí)，冰飽和蒸汽壓為2. 5Pa），這樣即保證干燥箱和水汽捕集器之間一定的真空差值，使制品升華較快，又使對(duì)流放熱量處于一定的水平，從而縮短了凍干時(shí)間，
各類(lèi)電動(dòng)、氣動(dòng)閥門(mén)的使用，可減少操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了機(jī)器設(shè)備可靠工作。
我們對(duì)干燥箱與水汽捕集器之間，水汽捕集器與真空泵之間的氣動(dòng)閥門(mén)作了改進(jìn)，即閥門(mén)可快速關(guān)閉（0.5~1秒可調(diào)），慢速開(kāi)啟(4～5秒可調(diào))。萬(wàn)一停電時(shí)即該關(guān)閉，使制品不致污染：恢復(fù)供電時(shí)又可慢慢開(kāi)啟，不致壓差過(guò)大造成制品噴粉。這一功能甚至優(yōu)于進(jìn)口凍干機(jī)，因?yàn)檫M(jìn)口凍干機(jī)氣閥關(guān)閉、開(kāi)啟是等速的。
（四）液壓加塞系統(tǒng)
液壓加塞系統(tǒng)位于干燥箱頂部，主要由電動(dòng)機(jī)、油泵、單向閥、溢流閥、電磁閥、油箱、油缸及管道等組成。凍干結(jié)束后，液壓加塞系統(tǒng)開(kāi)始工作。在干燥箱真空條件下，啟動(dòng)該系統(tǒng)使上層擱板緩緩向F運(yùn)動(dòng)，從而完成制品瓶加塞任務(wù)，它解決了過(guò)去在開(kāi)箱后再加塞÷水汽進(jìn)入制品瓶的問(wèn)題，從而提高了凍干制品的質(zhì)量。
要使液壓加塞系統(tǒng)正常可靠工作，除液壓系統(tǒng)工作要可靠外，重要的問(wèn)題是擱板要平整。擱板不平整度要小于1. 5mm，否則液壓加塞時(shí)，由于擱板不平整，會(huì)導(dǎo)致制品瓶塞受力不均，部分瓶?jī)?nèi)真空失控。擱板是由不銹鋼加工而成，由于內(nèi)部要流經(jīng)傳熱（傳冷）液體，它被加工成中空的形式，制造難度顯然是比較大的。其主要難度在于：1、擱板面積較大（大至1.2mx l.2m）．厚度較薄(20mm)，非實(shí)心結(jié)構(gòu)，焊接時(shí)變形較大，平整度難以控制：2、由于內(nèi)部要流過(guò)換熱介質(zhì)，反復(fù)冷熱沖擊，會(huì)導(dǎo)致使用后變形。以上二點(diǎn)對(duì)制造工藝提出了很高的要求，我廠生產(chǎn)的擱板，不平整度小于1mm，且正反均為無(wú)切削加工形成，基本無(wú)冷熱沖擊變形。
（五）控制系統(tǒng)
本機(jī)采用集中控制形式，通過(guò)操縱控制柜，就可以控制從制品進(jìn)箱到凍干結(jié)束的全過(guò)程。
控制系統(tǒng)有以下特點(diǎn)，首先本機(jī)采用了既能自動(dòng)操作，又能手動(dòng)操作的兩套控制方法，用戶(hù)根據(jù)需要可以方便的予以切換。
還可提供電腦控制凍干機(jī)（手動(dòng)與電腦控制兩用）．電腦控制的優(yōu)點(diǎn)是用戶(hù)可方便地自行編制程序進(jìn)行修改，且可以與中央電腦聯(lián)網(wǎng)，并實(shí)現(xiàn)“群機(jī)”控制。
程序自動(dòng)控制與電腦控制另一明顯優(yōu)點(diǎn)是，可大大減少因機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行造成操作人員疲勞而可能產(chǎn)生的誤操作。
1997年遠(yuǎn)東制藥機(jī)械總廠成功開(kāi)發(fā)了凍干機(jī)CIP在位清洗裝置，它具有以下幾個(gè)重要意義：
1、它為蒸汽滅菌凍干機(jī)作好了技術(shù)準(zhǔn)備，CIP在位清洗是蒸汽滅菌的預(yù)處理，在蒸汽滅菌前清洗掉箱體內(nèi)表面及擱板上的臟物；CIP在位清洗也可作為蒸汽滅菌的后處理，在蒸汽滅菌后對(duì)箱內(nèi)進(jìn)行噴淋降溫，為下一次凍干作準(zhǔn)備。
2、它大大節(jié)約了清洗人工，減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
3、由于清洗裝置配置了不同的噴嘴，使每個(gè)區(qū)域都能清洗到位，達(dá)到了理想的清洗效果，
清洗水采用合格的潔凈超濾水，采用加壓清洗法，增壓泵壓力和流量的選擇可根據(jù)噴淋頭最佳使用壓力（一般為0.21MPa（表壓）及流量總和來(lái)計(jì)算。
在位清洗裝置采用實(shí)及錐形噴霧噴嘴，其噴霧復(fù)盞區(qū)可以是圓形、方形或橢圓形，可以根據(jù)擱板的尺寸配置不同數(shù)量的噴嘴，保證每個(gè)區(qū)域都能清洗到．
清洗時(shí)，擱扳可上下移動(dòng)，使擱板包括頂板、底板都能達(dá)到清洗效果．
1999年遠(yuǎn)東制藥機(jī)械總廠正在研制具有蒸汽消毒功能凍干機(jī)，預(yù)計(jì)至1999年底完成。
蒸汽消毒系統(tǒng)由純蒸汽發(fā)生器、管道、閥門(mén)、干燥箱和水汽捕集器等組成。
蒸汽消毒系統(tǒng)按GMP要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，部件及管路要承受O.11MPa（表壓）的壓力及121℃的高溫。由于凍干機(jī)原來(lái)使用的板層循環(huán)、中間流體“424”在高溫時(shí)（超過(guò)96℃）不能使用，因此選擇在低溫時(shí)不凝固，高溫時(shí)不汽化的硅油作為板層中間循環(huán)介質(zhì)，硅油工作溫度范圍從-70℃-+150℃且無(wú)毒（凍干機(jī)不蒸汽消毒裝置仍使用“424”流體）。
純蒸汽發(fā)生器提供純蒸汽作為消毒蒸汽，當(dāng)壓力達(dá)到0.11MPa（表壓），溫度達(dá)到121℃時(shí)，開(kāi)始計(jì)時(shí)，然后保溫保壓至規(guī)定時(shí)間。
干燥箱及水汽捕集器經(jīng)清洗消毒后，清洗水及蒸汽從放水管道放出，然后由水環(huán)泵抽吸殘留的水及蒸汽。
3、發(fā)展方向
遠(yuǎn)東凍干機(jī)在近幾年得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，性能上幾乎具備了國(guó)際先進(jìn)凍干機(jī)的所有功能，水平上已達(dá)到國(guó)際九十年代初中期水平（遠(yuǎn)東凍干機(jī)鑒定會(huì)結(jié)論）；1997年遠(yuǎn)東GZL系列真空冷凍干燥烘干機(jī)榮獲上海市優(yōu)秀新產(chǎn)品二等獎(jiǎng)：1999年遠(yuǎn)東GZL系列真空冷凍干燥烘干機(jī)被中國(guó)干燥行業(yè)協(xié)會(huì)定為首批推薦產(chǎn)品。由于遠(yuǎn)東凍干機(jī)的影響及水平，中國(guó)干燥行業(yè)協(xié)會(huì)將中國(guó)干燥行業(yè)協(xié)會(huì)冷凍干燥技術(shù)開(kāi)發(fā)中心設(shè)在上海遠(yuǎn)東制藥機(jī)械總廠內(nèi)，可以想象隨著二十一世紀(jì)的臨近，遠(yuǎn)東真空泠凍干燥烘干機(jī)將得到更大、更快的發(fā)展。
