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真空冷凍干燥機的真空系統(tǒng)性能指標設(shè)計計算
真空冷凍干燥機的真空系統(tǒng)性能指標設(shè)計計算
真空冷凍干燥機的真空系統(tǒng)的特性與設(shè)計、制造、安裝調(diào)試和使用維護都有關(guān)系。真空冷凍干燥機的真空系統(tǒng)特性主要應包括抽水蒸汽的能力, 凍干箱空載極限真空度和凍干箱出口處的有效抽速這3大指標。
下面研究如何通過設(shè)計計算來保證實現(xiàn)這些性能要求。
凍干室的極限真空度
式中P0為真空泵的極限真空度(Pa),Q0為空載時長期抽氣后凍干室的氣體負荷, 在Sp一定時,Q0決定了凍干室的空載極限真空度Pj, 通常,Q0可用凍干室的漏氣率來計算, 凍干室的漏氣率可以測量得到, 在設(shè)計時可根據(jù)經(jīng)驗取為1(Pa·m3/s);SP為凍干室抽氣口附近泵的有效抽速(m3/s)。
凍干室的極限真空度受抽氣口位置設(shè)計和測量點位置設(shè)計的影響。在大型凍干機中如果凍干室較長, 抽氣口又設(shè)計在凍干室的一端, 凍干室內(nèi)就會出現(xiàn)壓強梯度, 各點的壓強值可用下式計算。
式中,PX為距抽氣口X 處的壓強(Pa) ; P1為距抽氣口zui近L1處的壓強(Pa),P1=qBL1/S; S 為X = 0處泵的有效抽速(m 3/s );q為凍干室壁的出氣速率(Pa·m 3/m 2·s);B為凍干室截面周長(m ) ;U 是長為L 的凍干室流導(m 3/s)。
凍干室的極限真空度還受測點溫度的影響,因為P=nKT,如果凍干室內(nèi)氣體分子數(shù)n 一定, 設(shè)在高溫處測點測得的壓強高, 設(shè)在低溫處測得的壓強低, 這一點應該引起設(shè)計者和用戶的注意。
為提高凍干室的極限真空度, 縮小凍干室內(nèi)的壓強梯度, 凍干室的抽氣口不應設(shè)在一端, 而應設(shè)在中間或開設(shè)多個抽氣口并聯(lián)。如果采用水蒸汽噴射泵抽氣, 又設(shè)計了貯氣罐,在正常工作時應該用閥門將貯氣罐截斷, 否則會影響凍干室內(nèi)的真空度, 其影響程度可用公式計算。
求出這兩個微分方程聯(lián)立解, 即可得到凍干室中壓強P1和貯氣罐中壓強P2。式中V1為凍干室容積,V2為貯氣罐容積, 凍干室與貯氣罐之間的流導為U , 在貯氣罐抽氣口處泵的抽速為S, 上兩式中忽略了兩個容器的漏氣和放氣。
凍干室抽氣口附近的有效抽速
式中 SP為有效抽速(m 3/s ) , S為抽氣機組的有效抽速, U為真空室出口與機組入口間管道的流導(m 3/s)。一般, 高真空管道, 泵的抽速損失不應大于40%～60% , 低真空管道,其損失允許5%～10%。
有捕水器的真空系統(tǒng)計算有效抽速比較復雜。在捕水器沒有工作之前, 應該將捕水器當成管道對待, 計算其通導能力; 在捕水器正常工作之后, 應該將捕水器當成氣體捕集式真空泵對待, 計算其有效抽速。捕水器的通導能力與結(jié)構(gòu)有關(guān), 而且是時間的函數(shù)。在捕水器正常工作后, 隨著抽氣時間增長, 霜層厚度增加, 其通導能力減小。捕水器的有效抽速是個相當復雜的問題, 它除與冷凝面積有關(guān)外, 還與前級泵抽速S、凝結(jié)系數(shù)A有關(guān)。A又與冷凝面溫度TK、被抽氣體溫度Tg、被抽氣體壓強Pg和冷凝面溫度下飽和水蒸汽壓強P0之比有關(guān), 還與霜層厚度、泵的結(jié)構(gòu)有關(guān)。粗算時可采用下式。
式中 A為凝結(jié)系數(shù), 可取0.5～0.85, Tg 和TK低時取大值, 反之亦然,AK為冷凝面的面積,D為霜層厚度。在抽氣過程Tg、TK和D都是變化的, 該式描述的是穩(wěn)態(tài)過程, 只供參考。
真空系統(tǒng)抽水蒸汽的能力
水蒸汽噴射泵抽水蒸汽的能力是泵的固有特性, 在水蒸汽噴射真空泵樣本中都有標注(見表1 中的說明)。
捕水器抽水蒸汽的能力無法用每小時多少公斤來衡量, 只能用zui大捕水量來表示。
式中 Q為霜層密度, dmax為霜層zui大厚度, 通常取小于10mm, TS為霜層表面溫度。
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中試型凍干機參數(shù)1：
型號 | 單位 | 中試型 | 中試型 | 中試型 | 中試型 | 中試型 |
TF-SFD-2 | TF-SFD-5 | TF-SFD-10 | TF-SFD-15 | TF-SFD-20 | ||
有效擱板面積 | m² | 0.2 | 0.52 | 1.04 | 1.51 | 2.16 |
水汽凝結(jié)器容量 | kg/批 | 3 | 8 | 16 | 24 | 30 |
小瓶裝量 | （Φ16mm）支 | 770 | 1914 | 3828 | 5772 | 7656 |
（Φ20mm）支 | 400 | 1008 | 2016 | 3078 | 4032 | |
zui大盤裝液體 | L | 4 | 8 | 16 | 24 | 30 |
擱板尺寸 | （寬）mm | 280 | 360 | 360 | 420 | 450 |
（長）mm | 360 | 480 | 480 | 600 | 800 | |
擱板間距 | mm | 70 | 70 | 70 | 70 | 70 |
擱板數(shù)量 | 塊 | 2+1 | 3+1 | 6+1 | 6+1 | 6+1 |
擱板溫度范圍 | ℃ | -50℃~+80℃ | ||||
擱板溫度 | ℃ | ±1.0（平衡時） | ||||
水汽凝結(jié)器溫度 | ℃ | ≤-70 | ||||
系統(tǒng)zui低壓力 | Pa | ≤5 | ||||
冷卻方式 | （風冷：通風良好）℃ | 室溫≤30 | ||||
（水冷：T/hr） | 2 | 2 | 2 | 2 | 4 | |
電源 | 220V 50Hz | 220V或380V 50Hz | 380V 50Hz | 380V 50Hz | 380V 50Hz | |
裝機功率 | kw | 3 | 4.5 | 8 | 11 | 15 |
整機重量 | kg | 300 | 350 | 500 | 700 | 1200 |
寬度 | mm | 800 | 850 | 1250 | 1350 | 1750 |
深度 | mm | 1000 | 1000 | 1100 | 1250 | 1500 |
高度 | mm | 1700 | 1700 | 1800 | 1800 | 1850 |
中試型凍干機參數(shù)2：
型號 | TF-SFD-30 | TF-SFD-50 | TF-SFD-70 | |
擱板面積（m²） | 3 | 5 | 7 | |
有效擱板面積（m²) | 2.8 | 5.5 | 7.75 | |
裝瓶數(shù) | 個/Φ16mm | 13300 | 24800 | 34800 |
個/Φ22mm | 6800 | 12700 | 17800 | |
散裝溶液量 | L | 60 | 105 | 140 |
擱板尺寸 | 寬（mm) | 615 | 915 | 915 |
深（mm） | 915 | 1215 | 1215 | |
擱板數(shù)量（個） | 5+1 | 5+1 | 7+1 | |
擱板間距（mm） | 100 | |||
擱板溫度范圍（℃） | -55～+70 | |||
冷凝器溫度（℃） | -70 | |||
冷凝器zui大捕水量（kg） | 65 | 105 | 140 | |
壓縮機 | S4T-8.2Y*2 | S4G-12.2Y*2 | S6J-16.2Y*2 | |
真空泵 | E2M40 | E2M40 | E2M80 | |
羅茨泵 | ||||
循環(huán)泵 | SD40/10 | TOP-SD65/13 | TOP-SD65/13 | |
水環(huán)泵 | LEM25 | LEM25 | 2BV2070 | |
主閥口徑 | 250 | 400 | 400 | |
電加熱 | 6 | 10 | 14 | |
極限真空（Pa） | 1 | |||
系統(tǒng)泄露率（PA.m³/S) | 0.1 | |||
裝機功率（KW） | 30 | 43 | 55 | |
冷卻水量(m³/H) | 7 | 11 | 16 | |
壓縮空氣 | 0.6～0.8Pa | |||
長（mm) | 3700 | 4300 | 5000 | |
寬（mm） | 1800 | 2300 | 2600 | |
高（mm） | 3000 | 3700 | 3000 | |
設(shè)備重量（kg) | 5600 | 11000 | 12000 | |
純蒸汽耗量（kg） | 100 | 130 | 150 | |
純水/注射水量（L/M） | 90 | 120 | 150 | |
*以上數(shù)據(jù)僅拓紛標準產(chǎn)品參數(shù)，也可根據(jù)用戶要求定制，zui終數(shù)據(jù)以合同為準。
技術(shù)服務：
1.通常標配基本型的觸摸屏操作系統(tǒng)，也可根據(jù)用戶要求選擇PLC和以太網(wǎng)遠程控制系統(tǒng)；
2.可根據(jù)用戶要求選擇風冷或者水冷的冷卻方式；
3.可根據(jù)用戶廠房設(shè)計凍干機；
4.可根據(jù)用戶要求選擇技術(shù)配置；
5.可根據(jù)用戶要求選擇真空泵品牌類型；
劉先生
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