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冻干机的冷阱温度多少合适呢?

更新时间:2023-02-21      点击次数:478

      冷阱的目的是捕集冻干过程中产品升华的水汽,冻干箱内水汽向冷阱转移的动力来源不仅是温度差导致的压力差异,同时也来自设备真空系统的抽空能力,而冷阱有效捕集升华水汽也是在保护真空系统,例如真空泵油是容易吸收水分乳化,从而导致抽空能力的降低。这就是为何冻干设备要预设冷阱降到一定温度,才能开启真空泵组与冷阱隔离阀的考量。冷阱温度一般是指冷阱里面水分捕集装置的表面温度,捕集器有盘管式、板式或实验室设备常见的冷阱壁。但无论哪种形式的冷阱温度,其真的越低越好吗?比如,举个极限例子,应用液氮的-110摄氏度和压缩机的-70摄氏度。如果没有任何其它约束条件的话,当然是,显然冷阱温度越低,其能捕捉的理论冰层厚度越厚,换句话说,同样的冰层厚度条件下,冷阱温度越低的冰层表明温度越低,越容易创造出更大冻干箱与冷阱间的升华压力梯度。然而,现实总是有“但是"…,原因是任何事物都是多维空间下存在,即在多种约束条件下运行。首先,冷阱与箱体之间的通径,即主阀尺寸约束了通量。

       汽流的产生是由于箱阱间的压差所引起的,通常越高的压差带来越快的水汽通过连接管路的流速。恒定水汽的质量流量通过管路,速度会加快,从而导致箱阱间的压差持续降低。但热力学显示,这个速度的限度与水汽中的声速(400m/s, 1马赫)相对应,当水汽速度接近1马赫,水汽流量将会被阻塞,下游压力再下降也不会影响通过管路的质量流量。换句话说,再降低冷阱温度或增大抽空能力,也不会带来益处!

       其次,Kobayashi早在上世纪80年代中期,就发现冷阱的温度会影响到所使用的冻干机的捕冰效果,或者准确说是冰在捕集装置上的分布。

       冷阱是冷冻干燥过程捕获水分的装置,理论上讲,冷阱温度越低,冷阱的捕水能力越强,但冷阱温度低,对制冷要求高,机器成本及运转费用高。实验系列冷冻干燥机的冷阱温度主要有-50℃左右、-60℃左右、-80℃左右等几个档次。

  冷阱温度为-50℃的冻干适用于一些容易冻干的产品,冷阱温度为-60℃左右的冻干机适用于大部分产品的冻干,冷阱温度为-80℃的冻干适用于一些特殊产品的冻干。

  冷阱温度对捕水能力的影响实验表明冷阱温度从-35℃下降到-55℃,捕水能力有提升明显,冷阱温度低于-55℃,冷阱的捕水能力提升不明显。因此,在没有特殊需求的情况下,选用冷阱温度-60℃左右是理想的选择。


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