新一代實驗型真空冷凍干燥機的開發(fā)

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時間：2014-08-18 14:22:55點擊率：

　　【塑膠五金網(wǎng)】1 國內(nèi)目前實驗型真空冷凍干燥機的概況

　　改革開放以來，真空冷凍干燥機(以下簡稱凍干機)在我國已得到長足的發(fā)展。國內(nèi)所需凍干機大致經(jīng)歷了3個階段：20世紀80年代前基本依靠進口，20世紀90年代則是部分進口部分國產(chǎn)，20世紀末、21世紀初國內(nèi)生產(chǎn)替代進口并開始出口。

　　目前，國內(nèi)凍干機生產(chǎn)商所生產(chǎn)的凍干機已經(jīng)批量出口至俄羅斯、越南、阿根廷等國，少量出口至日本等發(fā)達國家。國內(nèi)生產(chǎn)的凍干機在性能、質(zhì)量水平上和歐美生產(chǎn)的凍干機已相差不遠，因其相對低廉的價格，所以有較強的競爭力。

　　近幾年，國產(chǎn)的凍干機所需的關(guān)鍵運動部件都是國際采購的。例如，制冷壓縮機一般采用德國、意大利的品牌;真空泵一般采用英國、日本的品牌;控制系統(tǒng)一般采用日本或德國等國的品牌。凍干機所需的干燥箱捕水器等部件均是采用國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品。這樣，就使得凍干機既有高可靠性和高性能，又使得凍干機有較好的性價比，從而具備了良好的競爭力。

　　上述凍干機，從擱板有效面積1～50 m2已基本形成系列，其關(guān)鍵部件均能通過國際采購方式從國內(nèi)外購買。習慣上，我們將1～ 10 m2的凍干機稱之為中型(生產(chǎn)型)凍干機;10～50 m2凍干機稱之為大型(生產(chǎn)型)凍干機。而1 m2以下(如0.4 m2或0.6 m2)凍干機稱之為實驗型凍干機。

　　上述采購和生產(chǎn)情況對實驗型凍干機不適用。因為大的難點是，通過國際采購得到的性能良好的雙級低溫型制冷壓縮機(凍干機需此類壓縮機) 小功率為5匹(從5匹到35匹)。5匹制冷壓縮機所適應的小凍干機為1 m2凍干機。如果此種機組應用到1 m2以下的凍干機上，冷量太大，除了耗能太大之外，還會帶來一系列的故障。所以，生產(chǎn)1 m2以下實驗型凍干機存在購買不到相應機組的問題。至2005年止，國內(nèi)冷凍干燥機生產(chǎn)廠家很少生產(chǎn)實驗型凍干機。如少量生產(chǎn)的一般也采用國產(chǎn)制冷機組，存在匹配不良、性能穩(wěn)定性較差等問題。

　　2 新一代實驗型真空冷凍干燥機的介紹

　　鑒于以上情況，上海遠東制藥機械總廠在2006年成功開發(fā)了新一代實驗型凍干機，以改變上述情況，滿足用戶需要。

　　在實驗型凍干機6大系統(tǒng)中，機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)、真空系統(tǒng)與生產(chǎn)型凍干機基本相同，區(qū)別僅在于大小而已。其它兩個系統(tǒng)則需作較大改進。

　　2.1 制冷系統(tǒng)

　　制冷系統(tǒng)采用復疊式制冷系統(tǒng)，制冷工質(zhì)是R22/R23。制冷壓縮機采用2臺進口單級壓縮機，組成復疊制冷方式。其系統(tǒng)如圖1所示。

　　2.2 控制系統(tǒng)

　　控制系統(tǒng)采用目前國內(nèi)較先進的嵌入式控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)放棄了以觸摸屏控制為主、PC機為輔的單機控制模式，而采用先進的嵌入式系統(tǒng)控制屏加上位機(PC機)進行權(quán)限控制，并可通過遠程計算機進行監(jiān)控及設(shè)備的維護升級，其組成如下：

　　系統(tǒng)的控制系統(tǒng)由嵌入式系統(tǒng)控制器、可編程序控制器、溫度調(diào)節(jié)模塊、本地PC計算機、遠程PC計算機、打印機、外圍繼電器、傳感器等設(shè)備組成。示意如圖2所示。

　　3 開發(fā)的關(guān)鍵點

　　如上所述，此類凍干機開發(fā)有2個難點。

　　3.1 低溫制冷劑的選擇

　　由于采購不到適應0.4～0.6 m2使用的高性能、高可靠性雙級低溫制冷壓縮機。經(jīng)反復研究，遠東凍干機采用了復疊式低溫制冷系統(tǒng)。復疊制冷系統(tǒng)高溫級一般采用R22制冷劑，低溫級過去一般采用R13制冷劑，此制冷劑對大氣層臭氧層有破壞作用，屬CFC類(淘汰類)制冷劑。

　　因此，采用合適的替代工質(zhì)成為實驗型凍干機開發(fā)的關(guān)鍵問題。我們采用了新型的低溫制冷劑R23。R23為環(huán)保型制冷劑，其性能接近R13，可替代R13，其參數(shù)如下：氟利昂23(CHF3)，摩爾分子量為70 kg/kmol，標準蒸發(fā)溫度為-82.1 ℃，臨界溫度為25.6℃。

　　R13與R23的參數(shù)相對比見表1。R13作為CFC類物質(zhì)，在已被國際公約禁止使用的情況下，R23作為R13的替代劑。其臭氧層破壞因子ODP為0.00039，接近零。R23屬于低溫制冷劑，可用于復疊制冷低溫級。

工質(zhì)種類	R13 MPa	R23 MPa
蒸發(fā)溫度-80℃ 冷凝溫度-30℃	0.109 0.846	0.114 1.13
臨界溫度	28.8℃	25.6℃
ODP值	1	0

　　3.2 嵌入式控制系統(tǒng)的選擇與建立

　　此次，遠東實驗型凍干機在原有的基礎(chǔ)上對自動化控制系統(tǒng)進行了突破性的開發(fā)，放棄了以觸摸屏控制為主，PC機為輔的單機控制模式。而采用先進的嵌入式系統(tǒng)控制屏加上位機(PC機)進行權(quán)限控制，可通過遠程計算機進行監(jiān)控及設(shè)備的維護升級。

　　結(jié)合PLC組成穩(wěn)定可靠的DCS(集散控制)系統(tǒng)，該系統(tǒng)擁有穩(wěn)定可靠的工作性能、強大的擴展功能、友善的用戶界面等特點。另外還有以下幾個特點：

　　(1)技術(shù)優(yōu)勢。系統(tǒng)真正達到了雙核心，使系統(tǒng)具有較大的功能擴展空間;

　　(2)人性化的上位系統(tǒng)。用戶和制造商可以實現(xiàn)無障礙交流。制造商可以監(jiān)控用戶所有參數(shù)、工藝曲線、歷史事件等，為解決問題帶來極大的方便。并具有系統(tǒng)升級優(yōu)勢;

　　(3)獨立的溫度控制回路和極高的穩(wěn)定性?？刂凭冗_0.1%，擾動響應好，采用美國紅獅溫度控制器，不占用PLC的CPU，很大程度上提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性;

　　(4)特殊的專業(yè)功能，極大提高了凍干制品的成功率。新的系統(tǒng)可較精確計算出產(chǎn)品共晶點溫度，可確保用戶制品成功率;

　　(5)保存歷史資料，便于維護和維修。

　　4 結(jié)語

　　上海遠東制藥機械總廠在實驗型凍干機的開發(fā)上取得了良好的效果，與原國產(chǎn)的實驗型凍干機相比，它不僅有上述兩大改進，而且性能更穩(wěn)定，更先進，從而獲得了國內(nèi)外用戶的肯定。現(xiàn)上海遠東制藥機械總廠實驗型真空冷凍干燥機已替代進口并開始批量出口，目前已出口至俄羅斯，越南，阿根廷，日本，美國。

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