板層的平整度對凍干機自動進出料及工藝的影響

來源: 新芝凍干機  作者: 新芝凍干機  Time: 2021-01-26

板層是凍干機中的至關重要的部件之一。凍干周期中的預凍，升華干燥和解析干燥中涉及的制冷和加熱都需要通過板層來完成。無論是使用西林瓶還是托盤，板層的平整度對自動進出料以及凍干工藝都有一定的影響。

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一、導致板層不平整的主要因素
假設板層所源自的不銹鋼板材本身沒有質量問題，造成板層不平整的主要因素是所采用的焊接工藝。

焊接造成的板層不平整主要來源于兩點：第一，焊接產生的應力；第二，焊接完成板層熱疲勞難受性不佳。在國內制造商常用的焊接工藝中，塞焊，又稱打空焊,由于加工簡單，成本相對較低，在凍干機板層焊接中應用較為廣泛。但是，此種焊接中會產生較大的應力，這些應力會在長期的使用種逐漸釋放，導致板層變形甚至焊點泄露。另一種常用焊接工藝為高溫真空釬焊。

該工藝較為復雜，雖然可以避免塞焊導致的焊點泄露，但是由于釬焊料和不銹鋼板材的熱膨脹系數差異較大，板層熱疲勞難受性不佳。在凍干過程中，板層需經受-40°C至40°C（若有蒸氣滅菌過程，則至120°C）的反復溫差變化，在使用兩年以后，釬焊層有開裂起鼓的風險。第三種，儲能電阻焊工藝工藝復雜，對加工凍干機設備要求較高，國外制造廠商使用較多。但是，由于焊接品質無法檢查，焊接點極易出現虛焊，在經過反復高低溫變化后，板層依然有開裂起鼓的風險。
二、板層平整度對凍干工藝的影響
1. 托盤凍干
凍干機的板層如果不平整，對托盤凍干的影響會比較明顯。
在升華干燥和解析干燥過程中，熱量一般以三種形式傳遞給容器：直接接觸，氣體分子碰撞和熱輻射。
由于西林瓶底部和板層之間通常存在一定的孔隙，因此，氣體分子碰撞熱傳導是西林瓶凍干中的主要熱傳導方式。假設托盤和板層接觸面完全平整，那么直接接觸熱傳導則為托盤凍干中的主要熱傳導方式。當板層
不再不平整時，傳熱方式則從直接接觸變為直接接觸附加氣體分子碰撞。這一轉變將導致托盤傳熱系數的下降。
當板層和托盤的間距S增大時，一個特定真空度下的傳熱系數α會出現明顯下降。在凍干通常所采用的真空度范圍內（0.1 – 0.3 mbar），當間距S超過2 mm時，傳熱系數α的下降將趨于平緩。假設一個凍干工藝中的真空度設定在0.27 mbar，那么托盤在S=0 mm至S=2 mm之間的傳熱系數可根據計算得出。
當托盤和板層間的間距增加到1 mm時，托盤的傳熱系數就下降到S=0時的50%以下。傳熱系數的下降導致的直接后果就是升華干燥中產品溫度的降低和升華干燥所需的時間延長。需要注意的是，S=0.5 mm至S=2 mm的傳熱系數是假設板層和托盤完全無接觸，這種情況在實際應用中顯然不可能出現。
為了更貼近實際情況，可以假設擱板于托盤間有30%的區域由于板層的不平整沒有完全接觸，升華干燥的條件為：擱板溫度設置在0°C，真空度設置在0.27 mbar，產品固含量為2%，升華干燥所需時間為135小時。利用數學模型可計算出結果，可見當托盤于板層的間距增加到0.5 mm，1 mm和2 mm時，移除產品中所有的冰所需的時間分別增加了11%，15%和33%。這不僅意味著生產成本的提高，而且如果沒有合適的判定升華干燥終點的方法，同時忽視了板層平整度帶來的升華速率的下降，很有可能導致凍干機整個批次產品的發生回溶，繼而成為廢品。
2. 西林品凍干
對于西林品凍干來說，由于每個瓶體均為獨立，板層的不平整不會導致托盤凍干中的傳熱效率下降的問題。但是，如果板層不平整的問題較為嚴重，則有可能導致在凍干機自動進出料的過程中發生倒瓶，從而影響整個凍干流程。
三、總結
由此可見，板層為整個凍干機系統中至為重要的一個部件，其平整度直接影響到生產的效率和產品的質量，哪怕幾毫米的偏差都有可能導致嚴重的后果。因此，合適的板層焊接工藝顯得尤為重要。

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