（毕业设计全套）ZLG0.4型试验用冻干机的设计（打包下载）

搁板的技术要求和设计要点表面光洁，其粗糙度小于.。

表面平整度小于。

承内压能力不小于.，有足够的强度和刚度。

搁板工作温度范围。

搁板两侧和后面应设置档板，以免制品脱离搁板。

目前搁板按制作将其相对压合在起用大电流电阻焊焊合相近，但方向相反的底板，将其相对压合在起，用大电流电阻焊焊合起来，此种结构板面总的变形也较小，自动化程度较高，是种较为先进的加工方法，但是因在熔点处板面有熔化，冷却后搁板表面略有凹坑，加了表面平整的加工量。

此外，由于熔点除承受内压外还需承受变形力，加之熔点承力面较小，因此要有足够多和足够大的熔点。

如图结构示意图图搁板结构示意图搁物架架体的设计搁物架架体的设计采用不锈钢制成，长，宽，高，有三块搁板固定在架体中，其中二块为有效隔板，搁板间距为。

如图搁物架架体的结构示意图图搁物架架体的结构示意图水管的设计水管材料选用不锈钢，共需要设计根接管，壁厚为。

如图所示图接管结构所示图接管结构所示图接管结构所示图接管结构所示图三通头结构所示图三通结构所示箱体强度的计算考虑到装载量和机械性能，冻干箱选择圆筒形箱体，材料为不锈钢圆筒形箱体只承受外压时，可按稳定条件计算，其壁厚为.式中筒箱体计算壁厚，圆筒内径，外压涉及压力，圆筒计算长度通常是相邻两加强筋之间长度材料温度为时的弹性模量，圆筒的实际壁厚为式中壁厚附加量，。

可用公式.计算得到。

钢板的最大负公差附加量，般情况下取.腐蚀裕度，在冻干机中，般取封头冲压时的拉伸减薄量，般取计算值的，且不大于，不经冲压的封头取式中的使用条件是材料泊松系数，般之值大于时，可设计加强圈。

建议设计加强圈不大于时，为了减少壁厚亦本设计中取圆筒内径外压设计压力.圆筒计算长度不锈钢在时的弹性模量，.为参考值则圆筒箱壁的计算厚度为.壁厚附加量为.圆筒箱壁的实际厚度为。

保温层厚度的确定冻干箱体外表面需采用适当的绝热保温层以达到节约能源的作用，选取温差，查表得.••由得.••。

采用聚氨醋泡沫塑料作为保温材料。

由冷藏库设计手册查得入•.••由得.。

即保温材料厚度为。

观察窗为了观测冻干过程中，物料形态色泽的变化，冻干箱设置了观察窗，实验产品冻干过程目了然.，观察窗采用聚丙稀有有机玻璃门，厚度为，实验产品冻干过程目了然。

真空规真空规的结构如图所示。

图真空规的结构示意图干燥室热负荷的计算冷却被冻干物料耗冷量因被冻干物料不同，耗冷量是不同的。

在通用冻干机的设计计算中，可以按最大装料量计算，根据经验，最大装料量为。

每次降到的时间可取为。

耗冷量为.式中。

每次冻干最大装料量，为冻干物料质量比热容，可按水计算，.•从至平均比热容为温度差，为水变成冰的凝结热，为冰从降到时的平均比热容，取.•。

因此.搁板降温所需耗冷量.式中为搁板重量，计算得.为搁板材料比热容，取.•其余符号同前。

计算得.箱壁及箱内其他零件的耗冷量•.式中为箱壁及箱内其它零件的总重量，计算得出，其余符号同前。

.围栏的结构传热量计算.中为围护结构的传热系数为隔热材料导致系数，查得.••，占为隔热材料的厚度，取占，计算出.时••为围护结构的面积，计算得.为冻干箱内外温差，.冻干箱总耗冷量真空系统的设计与计算这里所说的真空室包括冻干箱捕水器和真空管道。

因为水蒸气被捕水器抽走，所以配泵时不考虑抽水蒸气的量。

冻干机的真空系统设计主要是依据空载时真空室要求的极限真空干燥物料时所要求的工作压力和抽气速率选择真空泵，依据工艺生产中被干燥物料所放出的气体，真空室内构件的放气量及系统的总漏气率选择主泵的大小。

主泵罗茨泵的性质主泵需要配前级泵。

前级泵的几点规定前级泵应保证始终及时排除主泵所排出的气体流量前级泵在主泵罗茨泵出口处造成的压强应低于主泵的最大排气压强兼作预抽泵的前级泵要满足预抽时间及预抽真空度的要求泵由于转子与转子转子与定子间的间隙较大，所以它对气体的压缩比较小，般比其前级泵要大些。

对于真空冷冻干燥来说，食品用冻干机空载时极限压力为。

从真空冷冻干燥机机械行业标准可查到罗茨泵的最佳压力使用范围为。

所以主泵选用罗茨真空泵，茨泵是种真空般情况下在工作中不能将气体直接排到大气中去，必须有个前级泵，并且工作前必须有个预真空环境方能工作。

茨泵性能与前级泵有密切关系。

茨泵启动快，允许被抽气体含有可凝性蒸汽，因为罗茨泵不会将这些气体压缩到饱和状态。

它的缺点是抽含有分子量较小的气体时，其抽气速度陡降，因为这种气体在转子与定子间的间隙内扩散比空气快，返流量较大，故抽速下降。

当抽除含有大量水蒸气的混合气体，或者类似具有较高蒸汽压的气体，且被抽气体不破坏前级泵油，选择罗茨泵与旋片泵组成的机组是最经济的。

本设计为小型实验用机，物料冻干的真空度般要求在范围，极限真空要求左右，因此选用极限真空为.的双级旋片泵作为主泵，不需配置前级泵。

在这里根据范围粗略选用旋片式油封机械真空泵。

真空泵放气量的计算.式中真空室内壁和表面放气量为真空室的漏气量。

.式中为每种材料单位表面积出气速率为每种材料暴露在真空室侧的表面积。

计算得.•。

.式中为真空室内允许的压力增长率，这里取.为真空室容积，接近。

真空泵的选择泵的种类依真空度的要求选取，这里选用选片泵。

泵的大小通过计算。

.式中为真空室出口造成的有效抽速，为真空室内的工作压力，取。

计算得.。

考虑到管道阻力等因素影响，实际选用型真空泵，名义抽速为。

真空管道和真空阀门本系统设有真空管道和真空阀门，以满足冻干过程中对通道通断的要求。

冻干箱内有真空控制阀门，目的是改进冻干箱内热量的传递，在第阶段干燥室使用，通过进气阀门引入定量的空气到冻干箱内，使箱内压力得以控制在定范围内，待制品升华干燥结束后即可停止控制。

为了把冻干过程控制在理想水平，进气量的精确控制靠电磁阀来实现。

.水汽凝结器的设计计算对水汽凝结器的要求水汽凝结器是冻干机中最关键的设备，水汽冷凝器又称捕水器，用来冷凝物料中升华的水蒸气，保护真空泵的正常工作，其优劣对产品加工质量成本生产效率和能耗影响很大。

由于冷冻干燥的过程中，只有在水汽凝结器的温度低于冻干箱内的温度条件下，才能形成冻干箱与水汽凝结器之间的压差。

因此如果水汽凝结器性能不佳，前述冻干箱与水汽凝结器之间对水蒸汽的推动力减小，真空系统将不可能有效地排除水蒸汽，影响制品质量和真空泵的寿命。

水汽凝结器的性能好坏，直接影响冻干机的性能制造成本和运转费用。

水在真空度下，体积接近。

如台工作真空度为，每小时升华量为的冻干机，要求真空系统的抽气量相当于，无论多大的真空泵都不能抽除如此大量的水蒸气，大量的水蒸气必须靠水汽凝结器冷凝，只有少量的水蒸气和不凝性气体要靠真空泵排出系统。

捕水器结构形式多种多样，冻干机上常用的水捕集器可分为两大类类是管式换热，另类是板式换热。

管式又可分为盘管或螺旋管蛇管式和壳管列管式两种，前者主要用于小型冻干机，后者主要用于大型冻干机。

板式又分为平板和圆筒形组合板两种，后者结构复杂，但冷凝效率高。

无论是管式还是板式，小型冻干机多采用立式捕水器，大型冻干机多采用卧式捕水器。

目前大多数冻干机生产厂商将水汽凝结器制作为卧式结构，内部为直冷式的蛇形盘管。

捕水器的安装位置按照水汽凝结器的放置位置来分可分为内置式和外置式两大类。

内置式的捕水器安装在冻干箱内，外置式捕水器安装在冻干箱外。

两种安装位置各有利弊。

内置式结构紧凑，占地面积小，对水蒸气的流动阻力小，有利于捕水。

但它的热损失比较大，捕水器冷表面与搁板热表面之间温差较大，距离较近，热屏蔽难保证。

如果布置得不合理，还会出现热桥，使搁板表面温度不均匀，影响冻干产品的质量。

同时，若采用周期式捕水，还会出现因化霜时间而影响生产周期，使设备利率降低，整个生产效率下降。

外置式的优缺点与内置式刚好相反，且因外置式需单独制造外壳而使设备制造费用增加。

本篇设计采用外置式，采用立式螺旋管式换热器，换热器管用紫铜管，且采用间冷式传热方式。

这里所采用的立式螺旋管式换热器和普通的螺旋管式水汽凝结器不同。

水汽凝结器的结构捕水器是由不锈钢制成的长圆筒形耐压密封容器，内装有无缝不朽管制成的蛇形盘管蒸发器，捕水器位于冻干箱的下面，中间由管道和阀门连接。

捕水器的箱门圆形的有机玻璃支撑的，可观察水蒸气内捕水情况，容器箱体的内径为，长。

如图结构所示图水汽凝结器的结构示意图水汽凝结器所需传热面积的计算捕水器所需凝霜面积可用下式计算•.式中设计的最大捕水量为霜的体积质量，是变量，近似取.为霜层厚度，取.。

计算得.。

选用的紫铜管，计算出管的总长度.。

在捕水器中分路绕制，每路管长.。

水汽凝结器所需冷量的计算.式中为壳体材料重量，计算得为壳体材料比热容，.•，为封头重量，.•，为换热管重量，为换热管比热容为温度差，取为降温时间，取.比物料降温快。

经计算，.。

保温层传热耗冷量.式中为保温层传热系数，.为保温层传热面积，计算得.为传热温差，取水蒸气凝结的耗冷量•.式中为单位时间的捕水量，取.为凝结热，为霜的比热容，.•为霜的温降，取。

制冷系统的选择制冷系统是冻干机的“心脏”。

为冻干箱和水汽凝结器提供冷源。

冻干箱和水汽凝结器既可以用套制冷系统，也可以用各自独立的两套制冷系统。

本机中冻干箱和水汽凝结器共用套制冷系统。

水汽凝结器的温度要低于冻干箱的温度，预冻降温阶段大于水汽凝结器的耗冷量，因而本机根据水汽凝结器所需温度和预冻降温阶段耗冷量来选配制冷系统，并考虑管道阀门等降温热负荷及冷损的影响，适当的加大制冷量。

在冻干中，冷阱的温度要低于，因此只采用单级压缩制冷剂很难满足需要，般来说冻干机中采用两级压缩制冷循环系统或液氮系统。

本实验台是采用两级压缩制冷循环，所要达到的冷阱温度般在到之间。

根据温度要求，制冷系统设计成复叠式根据制冷量的要求，并结合市场上现有产品，选用全封闭两台制冷压缩机。

低温级制冷剂选用，高温级制冷剂选用。

制冷系统中设置两个电磁截止阀和两个热力膨胀阀，分别通向冻干箱和捕水器，两个电磁截止阀互相连锁，个开启时，另个处于关闭状态。

在制冷管路上包扎绝热材料，以保证安全并减少冷损。

.控制系统电气控制系统包括电源控制盒指示真空泵运行控制与指示冻干室压力显示与控制搁板温度显示与控制及冷阱温度显示与控制五个部分。

它的功能是对冻干机进行手动或自动控制，控制设备正常运转。

当开始冷冻干燥时，合上电源总开关，电源指示灯亮，表示路线已通电。

然后打开制冷组开关。

当冷阱温度低于后，按下真空泵启动开关，真空泵起动，当需要停止真空泵是，再次点击真空泵启动开关，开关弹起，真空泵停止。

当冻干室搁板需要加热时，按下电加热起动开关，电加热起动，由测量显示控制仪表控制搁板温度，当需要停止电加热时，再次点击电加热开关，开关弹起，电加热停止。

结论本文简要介绍了冻干机的设计和设计的些技术要求，冻干机是种试验用机械，具有干燥物料的作用，整机尺寸较大，长为，宽为，高为。

干燥箱做为冻干机的个重要部件，是唯与物料接触的部件，干燥箱设计的好坏直接关系到物料的冻干