[發明專利]基于閉式吸濕溶液再生的真空冷凍干燥設備及方法

有效

• 申請號: 201510361109.2
• 申請日: 2015-06-28
• 公開（公告）號: CN104930819B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 張紹志;羅介霖;姚玉芳;陳光明
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F26B5/06
• 分類號: F26B5/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 林松海

技術領域

本發明涉及冷凍干燥機，尤其涉及一種基于閉式吸濕溶液再生的真空冷凍干燥設備及方法。

背景技術

冷凍干燥技術（簡稱凍干技術）是一種常用的保存生物活性物質的干燥技術，現已廣泛應用于食品和制藥等領域。其基本做法是將物料降溫凍結，然后抽真空并提供熱量讓物料中的水升華，使物料干燥。凍干技術成品在外形上能基本保持原貌，復水快，能避免高溫度引起的活性損失。

冷凍干燥機大多數由制冷系統、真空系統、加熱系統、監控系統等部分組成。制冷系統的作用是為干燥箱提供冷量，一方面使物料中的水分凝結成冰，另一方面冷卻冷阱中的氯化鋰溶液。監控系統主要用來檢測溫度和壓力是否達到要求。

目前市場上廣泛使用的冷凍干燥機使用冷卻盤管作為冷阱，利用物料和盤管表面的水蒸氣壓力差作為傳質驅動力，使從物料中升華出來的水蒸氣在冷卻盤管表面凝結成冰。為了保證一定的干燥效果，冷卻盤管表面必須達到較低的溫度才能提供足夠的傳質壓差。蒸發溫度越低，效率就越低，能耗就越大。為了達到這樣的溫度，現在市場上采用較多的是雙級壓縮制冷系統，這樣會使得整個系統比較復雜。

另一方面，由于傳統的冷凍干燥機利用冷卻盤管使物料中升華的水蒸氣在其表面凝結，當盤管表面的冰累積到一定厚度時，干燥效果逐漸下降，需要定期停機除霜，因此生產過程不連續；即使采用多個冷阱通過切換的方法來保證干燥過程的連續性，也會使系統變得更加復雜， 而且會導致能耗的增加。

專利CN102095305A公開了一種冷阱可自循環再生的冷凍干燥機，但其再生系統為開式系統，其溶液易在再生過程中受到污染，設備也易受腐蝕，再生器蒸出的水蒸氣無法二次利用造成了熱量浪費，開式系統存在和外界的換熱增大了加熱系統所需的能耗。

發明內容

本發明的目的是針對傳統凍干機的不足，提供了一種基于閉式吸濕溶液再生的真空冷凍干燥設備及方法，利用閉式循環再生的氯化鋰鹽溶液代替傳統的冷卻盤管作為冷阱吸收水蒸氣，由此實現水蒸氣的進一步利用，達到節能效果；同時提升了制冷系統蒸發器處溫度位，可以僅利用單級壓縮制冷系統即可實現原有干燥效果。

一種基于閉式吸濕溶液再生的真空冷凍干燥設備，包括制冷模塊、真空模塊、加熱模塊、再生模塊、冷凍干燥箱，所述的再生模塊采用閉式氯化鋰溶液再生系統，沒有來自外部環境的空氣和其它雜質進入再生模塊，再生模塊蒸出的水蒸氣不會直接排放到外部環境中；所述的冷凍干燥箱利用氯化鋰溶液吸收水蒸氣。

所述的制冷模塊采用單級或多級壓縮。

基于閉式吸濕溶液再生的真空冷凍干燥設備，其特征是：所述的制冷模塊包括冷凝器冷卻水入口、冷凝器冷卻水出口、冷凝器、壓縮機、制冷劑回熱器、膨脹閥、蒸發換熱盤管、冷阱盤管；所述的真空模塊包括真空泵；所述的冷凍干燥箱包括冷凍干燥箱、擱板、氯化鋰溶液；所述的再生模塊包括加熱盤管、氯化鋰溶液泵、氯化鋰溶液回熱器、再生器、節流閥、疏水器；所述的加熱模塊包括再生器熱驅動管入口、再生器熱驅動管出口；冷凍干燥箱內設有擱板，擱板下設有加熱盤管；壓縮機出口、冷凝器、制冷劑回熱器的高壓通道、膨脹閥、蒸發換熱盤管、制冷劑回熱器的低壓通道、壓縮機入口順次連接；冷凍干燥箱的抽真空出口、波紋管和真空泵順次連接；冷阱溶液出口、氯化鋰溶液泵、氯化鋰溶液回熱器的稀溶液通道和再生器入口順次連接；再生器的濃溶液出口、氯化鋰溶液回熱器的濃溶液通道、節流閥和冷阱溶液入口順次連接；再生器內設有盤管，盤管入口為再生器熱驅動管入口，盤管出口為再生器熱驅動管出口。

一種基于閉式吸濕溶液再生的真空冷凍干燥方法，采用閉式氯化鋰溶液再生系統，沒有來自外部環境的空氣和其它雜質進入再生模塊，再生模塊蒸出的水蒸氣不直接排放到外部環境中；利用氯化鋰溶液吸收水蒸氣進行冷凍干燥。

所述方法采用單級壓縮。

本發明的有益效果在于：

氯化鋰再生系統為閉式再生系統，較之開式系統，具有以下優點：①外部環境的雜質不會進入氯化鋰溶液中，可以保證溶液的純凈度，以免影響干燥效果；②外部環境的雜質不會進入循環管路中，可以較大程度地避免管路結垢堵塞或被腐蝕，影響系統的使用壽命；③熱交換過程沒有與外部環境直接換熱，提高了換熱效率，較之開式系統更節能；④閉式系統具有較高的安全性；⑤再生器蒸出的水蒸氣可以提供物料中水分升華所需的熱量，并用于對物料加熱，不會直接排放到外部，符合節能減排的目的。