冷凍干燥機制冷系統中的蒸發器是輸送冷量的設備,制冷劑在其中吸收壓縮空氣的熱量,實現脫水干燥的目的。壓縮機是心臟,起著吸入、壓縮、輸送制冷劑蒸汽的作用。調節流入蒸發器中制冷劑液體的數量,并將系統分為高壓側和低壓側兩大部分。
冷凍干燥機按操作壓力分常壓干燥機和真空干燥機兩類,在真空下操作可降低空間的濕分蒸汽分壓而加速干燥過程,且可降低濕分沸點和物料干燥溫度,蒸汽不易外泄,所以真空干燥機適用于干燥熱敏性、易氧化、易爆和有毒物料以及濕分蒸汽需要回收的場合。
冷凍干燥機中壓力較高的壓縮空氣(O.7MPa左右)走的是蒸發器殼程,壓力較低的冷媒蒸汽(O.4MPa左右)走的是蒸發器管程,殼程壓力比管程壓力高。蒸發器是冷干機主要的換熱部件。壓縮空氣在蒸發器中被強制冷卻,其中大部分水蒸氣冷卻而凝結成液態水排出機外,從而使壓縮空氣得到干燥。在蒸發器中進行的是空氣和冷媒低壓蒸汽之間的對流熱質交換,通過節流裝置后的低壓冷媒液體,在蒸發器進而發生變發成為低壓冷媒蒸汽,在蒸發過程中吸收周圍熱量,從而使壓縮空氣降溫。冷凍干燥機運行中如果發生蒸發器銅管破裂,壓縮空氣就會從破裂處侵入銅管,并隨同冷媒蒸汽吸入壓縮機,空氣是一種不凝性氣體,它存在于冷媒系統會使系統冷凝壓力在很短時間內快速上升,導致跳閘故障,嚴重時會使壓縮機損壞。
當凍干機停止工作時,管內冷媒壓力升高到與環境溫度相對應的值,而蒸發器殼體中因無壓縮空氣通過,僅保持為大氣壓力。此時高壓冷媒會很快從銅管破裂處泄漏。計算蒸發器熱負荷是設計冷干機制冷系統的依據,是熱工計算的重要一環。要計算蒸發器熱負荷,必須先確定:
1.被處理的壓縮空氣質量流量m;
2.壓縮空氣進入蒸發器時的溫度t1(℃);
3.空氣在蒸發器里終將冷卻到的溫度t2(℃)。
實際計算中,t2往往用“壓力露點”期望值來代替。飽和壓縮空氣在蒸發器里溫度從t1降到t2放出的熱量(也即吸收的冷量)由下列三部分組成:
溫度從t1降至t2時,壓縮空氣中干空氣所放出的熱量q1;
溫度從t1降至t2時壓縮空氣中所含的水蒸氣所放出的熱量q2;
溫度從t1降至t2時凝結水量的相發潛熱q3。蒸發器的熱負荷Q就是上述三者之和。
實際工作中,蒸發器銅管發生破裂的現象并不罕見,是冷凍干燥機的一種嚴重的內部故障,它十分隱蔽,現場又很難處理。所以在制作、運輸及使用過程中要特別留意。