1、凍干機真空系統(tǒng)的性能指標設(shè)計計算 真空冷凍干燥機的真空系統(tǒng)特性主要應(yīng)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(Pam3/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,

2、 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為距抽氣口最近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(Pam 3/m 2s);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(yīng)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,

3、凍干室的抽氣口不應(yīng)設(shè)在一端, 而應(yīng)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(yīng)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

4、不應(yīng)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(fù)雜。在捕水器沒有工作之前, 應(yīng)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(yīng)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構(gòu)造有關(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(fù)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、泵的構(gòu)造有關(guān)。粗

5、算時可采用下式。 式中A為凝結(jié)系數(shù), 可取0.50.85, 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, 只能用最大捕水量來表示。 式中Q為霜層密度, dmax為霜層最大厚度, 通常取小于10mm, TS為霜層表面溫度。 凍干機真空系統(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。受篇幅限制, 這里對各種真空系統(tǒng)的常見故障及消除方法沒有闡述, 對其