板層的平整度對(duì)凍干機(jī)自動(dòng)進(jìn)出料及工藝有什么影響呢？
板層是凍干機(jī)中的至關(guān)重要的部件之一。凍干周期中的預(yù)凍，升華干燥和解析干燥中涉及的制冷和加熱都需要通過(guò)板層來(lái)完成。無(wú)論是使用西林瓶還是托盤(pán)，板層的平整度對(duì)自動(dòng)進(jìn)出料以及凍干工藝都有一定的影響。
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一、導(dǎo)致板層不平整的主要因素
假設(shè)板層所源自的不銹鋼板材本身沒(méi)有質(zhì)量問(wèn)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(lái)源于兩點(diǎn)，焊接產(chǎn)生的應(yīng)力；第二，焊接完成板層熱疲勞難受性不佳。在國(guó)內(nèi)制造商常用的焊接工藝中，塞焊，又稱(chēng)打空焊,由于加工簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低，在凍干機(jī)板層焊接中應(yīng)用較為廣泛。但是，此種焊接中會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力，這些應(yīng)力會(huì)在長(zhǎng)期的使用種逐漸釋放，導(dǎo)致板層變形甚至焊點(diǎn)泄露。另一種常用焊接工藝為高溫真空釬焊。
該工藝較為復(fù)雜，雖然可以避免塞焊導(dǎo)致的焊點(diǎn)泄露，但是由于釬焊料和不銹鋼板材的熱膨脹系數(shù)差異較大，板層熱疲勞難受性不佳。在凍干過(guò)程中，板層需經(jīng)受-40°C至40°C（若有蒸氣滅菌過(guò)程，則至120°C）的反復(fù)溫差變化，在使用兩年以后，釬焊層有開(kāi)裂起鼓的風(fēng)險(xiǎn)。第三種，儲(chǔ)能電阻焊工藝工藝復(fù)雜，對(duì)加工凍干機(jī)設(shè)備要求較高，國(guó)外制造廠商使用較多。但是，由于焊接品質(zhì)無(wú)法檢查，焊接點(diǎn)極易出現(xiàn)虛焊，在經(jīng)過(guò)反復(fù)高低溫變化后，板層依然有開(kāi)裂起鼓的風(fēng)險(xiǎn)。
二、板層平整度對(duì)凍干工藝的影響
1. 托盤(pán)凍干
凍干機(jī)的板層如果不平整，對(duì)托盤(pán)凍干的影響會(huì)比較明顯。
在升華干燥和解析干燥過(guò)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(dǎo)是西林瓶?jī)龈芍械闹饕獰醾鲗?dǎo)方式。假設(shè)托盤(pán)和板層接觸面平整，那么直接接觸熱傳導(dǎo)則為托盤(pán)凍干中的主要熱傳導(dǎo)方式。當(dāng)板層
不再不平整時(shí)，傳熱方式則從直接接觸變?yōu)橹苯咏佑|附加氣體分子碰撞。這一轉(zhuǎn)變將導(dǎo)致托盤(pán)傳熱系數(shù)的下降。
當(dāng)板層和托盤(pán)的間距S增大時(shí)，一個(gè)特定真空度下的傳熱系數(shù)α?xí)霈F(xiàn)明顯下降。在凍干通常所采用的真空度范圍內(nèi)（0.1 – 0.3 mbar），當(dāng)間距S超過(guò)2 mm時(shí)，傳熱系數(shù)α的下降將趨于平緩。假設(shè)一個(gè)凍干工藝中的真空度設(shè)定在0.27 mbar，那么托盤(pán)在S=0 mm至S=2 mm之間的傳熱系數(shù)可根據(jù)計(jì)算得出。
當(dāng)托盤(pán)和板層間的間距增加到1 mm時(shí)，托盤(pán)的傳熱系數(shù)就下降到S=0時(shí)的50%以下。傳熱系數(shù)的下降導(dǎo)致的直接后果就是升華干燥中產(chǎn)品溫度的降低和升華干燥所需的時(shí)間延長(zhǎng)。需要注意的是，S=0.5 mm至S=2 mm的傳熱系數(shù)是假設(shè)板層和托盤(pán)無(wú)接觸，這種情況在實(shí)際應(yīng)用中顯然不可能出現(xiàn)。
為了更貼近實(shí)際情況，可以假設(shè)擱板于托盤(pán)間有30%的區(qū)域由于板層的不平整沒(méi)有接觸，升華干燥的條件為：擱板溫度設(shè)置在0°C，真空度設(shè)置在0.27 mbar，產(chǎn)品固含量為2%，升華干燥所需時(shí)間為135小時(shí)。利用數(shù)學(xué)模型可計(jì)算出結(jié)果，可見(jiàn)當(dāng)托盤(pán)于板層的間距增加到0.5 mm，1 mm和2 mm時(shí)，移除產(chǎn)品中所有的冰所需的時(shí)間分別增加了11%，15%和33%。這不僅意味著生產(chǎn)成本的提高，而且如果沒(méi)有合適的判定升華干燥終點(diǎn)的方法，同時(shí)忽視了板層平整度帶來(lái)的升華速率的下降，很有可能導(dǎo)致凍干機(jī)整個(gè)批次產(chǎn)品的發(fā)生回溶，繼而成為廢品。
2. 西林品凍干
對(duì)于西林品凍干來(lái)說(shuō)，由于每個(gè)瓶體均為獨(dú)立，板層的不平整不會(huì)導(dǎo)致托盤(pán)凍干中的傳熱效率下降的問(wèn)題。但是，如果板層不平整的問(wèn)題較為嚴(yán)重，則有可能導(dǎo)致在凍干機(jī)自動(dòng)進(jìn)出料的過(guò)程中發(fā)生倒瓶，從而影響整個(gè)凍干流程。
三、總結(jié)
由此可見(jiàn)，板層為整個(gè)凍干機(jī)系統(tǒng)中至為重要的一個(gè)部件，其平整度直接影響到生產(chǎn)的效率和產(chǎn)品的質(zhì)量，哪怕幾毫米的偏差都有可能導(dǎo)致嚴(yán)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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