ZLG-0.4型試驗(yàn)用凍干機(jī)的設(shè)計(jì)開題報(bào)告.doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告題目：ZLG-0.4型試驗(yàn)用凍干機(jī)的設(shè)計(jì)系別機(jī)電信息系專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級(jí)姓名學(xué)號(hào)導(dǎo)師2012年12月16日1畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）綜述（題目背景、研究意義及國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況）1.1題目背景冷凍干燥技術(shù)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥和食品行業(yè)，宇航及新材料的研制等領(lǐng)域。目前，凍干工藝主要是靠實(shí)驗(yàn)摸索。每一種新產(chǎn)品的開發(fā)，最初都是在小型試驗(yàn)型設(shè)備上通過(guò)實(shí)驗(yàn)逐漸摸索，確定合理的凍干工藝，再進(jìn)行中試和大量生產(chǎn)。而目前實(shí)驗(yàn)型凍干設(shè)備大都是針對(duì)于特定產(chǎn)品的，對(duì)于其它產(chǎn)品的開發(fā)并不適合，開發(fā)一種多功能的實(shí)驗(yàn)型凍干設(shè)備具有較廣泛的應(yīng)用前景。1.2研究意義真空冷凍干燥(以下簡(jiǎn)稱凍干)是將物體凍結(jié)到共晶點(diǎn)溫度以下，然后在較高的真空條件下通過(guò)升華干燥除去物體中水分的一種干燥方法。真空冷凍干燥技術(shù)是隨制冷、真空、生物、電子等技術(shù)的發(fā)展而迅速興起的多學(xué)科綜合性應(yīng)用技術(shù)，除了在傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、藥學(xué)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用外，目前已向分子生物學(xué)、基因工程學(xué)、新型生物醫(yī)學(xué)、中藥新制劑、高品質(zhì)方便食品、考古學(xué)、粉末材料制造等領(lǐng)域發(fā)展。隨著我國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人民生活水平的迅速提高，對(duì)凍干技術(shù)的應(yīng)用和凍干產(chǎn)品的需求日益增長(zhǎng)116。但在我國(guó)，凍干技術(shù)無(wú)論在理論研究還是工藝水平、設(shè)備制造等方面與國(guó)際水平比較均有很大差距，因而近年來(lái)對(duì)凍干技術(shù)和凍干設(shè)備性能的研究已引起廣泛的興趣和重視。我國(guó)已生產(chǎn)出多臺(tái)凍干機(jī)，但其性能和功能仍不能滿足市場(chǎng)的要求，與國(guó)外產(chǎn)品仍有很大的差距。如何縮小差距，使我國(guó)生產(chǎn)的凍干機(jī)也能走出國(guó)門，走向世界，應(yīng)該是我們真空冷凍干燥研究人員的責(zé)任和使命2。實(shí)驗(yàn)室用凍干機(jī)應(yīng)能適應(yīng)藥品、食品、生物制品和化工材料的凍干實(shí)驗(yàn)，熱物理系數(shù)測(cè)定，傳熱傳質(zhì)理論研究。因此，對(duì)其溫度范圍要求寬(-65一+90)，能自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度和壓力，設(shè)定、貯存、顯示多條凍干曲線。因?yàn)槭菍?shí)驗(yàn)用凍干機(jī)，又要求多功能，所以它是非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，凍干機(jī)廠家沒(méi)有生產(chǎn)過(guò)，第一次生產(chǎn)出來(lái)并交到實(shí)驗(yàn)室來(lái)的凍干機(jī)因性能不合格而退貨。這臺(tái)凍干機(jī)只是通過(guò)了初步的驗(yàn)收實(shí)驗(yàn)，在以后的實(shí)驗(yàn)中是否能滿足各種要求還不知道，因此，凍干機(jī)的性能研究提到了日程上來(lái)。目前脫lkg水需要的能耗是凍干機(jī)最重要的指標(biāo)，國(guó)際上這個(gè)指標(biāo)為脫除lkg冰晶需1.2kwh電左右。俄羅斯食品設(shè)計(jì)研究院的博士論文中曾給出脫lkg水，需消耗lkwh電能的報(bào)告，國(guó)內(nèi)報(bào)道蘭州科近真空凍干技術(shù)公司開發(fā)的節(jié)能型JDG系列食品凍干機(jī)脫lkg冰的能耗為0.55kwh。因此在凍干機(jī)上做純水的凍干實(shí)驗(yàn)，以精確計(jì)算脫lkg水需要的能耗是非常必須的。另外，每一家生產(chǎn)凍干產(chǎn)品的企業(yè)，面對(duì)需求不斷變化的市場(chǎng)，所選設(shè)備多為間歇式凍干裝置，多品種輪換生產(chǎn)，每試產(chǎn)一個(gè)新品種食品，求得其干燥工藝曲線，往往耗費(fèi)相當(dāng)數(shù)額的人力、物力、財(cái)力。有的企業(yè)雖然買了小型試驗(yàn)機(jī)，但因在小試驗(yàn)機(jī)上做出的樣品都不能指導(dǎo)大凍干機(jī)生產(chǎn)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)不同，試驗(yàn)條件不同所致。作為專門研究真空冷凍干燥技術(shù)與設(shè)備的研究生，對(duì)多功能型實(shí)驗(yàn)用凍干機(jī)結(jié)構(gòu)以及性能進(jìn)行研究，來(lái)模擬大中型凍干機(jī)的生產(chǎn)過(guò)程，取得干燥工藝曲線，用來(lái)指導(dǎo)大中型凍干裝置的規(guī)?；a(chǎn)是非常需要的，也是非常必要的3。由于以上原因，本文選擇對(duì)ZLG-0.4型試驗(yàn)用凍干機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。1.3國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況1.3.1國(guó)外凍干機(jī)的發(fā)展概況凍干技術(shù)誕生的很早，大約出現(xiàn)在1811年，當(dāng)時(shí)用于生物體的脫水。1813年，英國(guó)人WlliamHyde就發(fā)現(xiàn)水在減壓的容器中可以結(jié)冰，當(dāng)時(shí)他用手動(dòng)抽氣機(jī)減壓，效率不高，達(dá)不到較高的真空度，他僅僅觀察了這種現(xiàn)象，也沒(méi)有想到什么用途。后來(lái)Leslie教授設(shè)計(jì)了一種儀器，可將水冷凍后慢慢消失。至1935年一1938年期間，F(xiàn)losdorf和Greacves等分別研究了比較完善的冷凍干燥的儀器和機(jī)械，用冷氣機(jī)冷卻冷凝器以凝集樣品升華的水分，使冷凍干燥走出實(shí)驗(yàn)室。第一臺(tái)商業(yè)用凍干機(jī)問(wèn)世是在1935年，W.3.Elser等在凍干機(jī)上最先采用了低溫冷阱，從而改變了用真空泵直接抽水蒸氣的方法；首次在凍千機(jī)上采用主動(dòng)加墊的辦法，使升華過(guò)程得到了強(qiáng)化，干燥時(shí)間得到縮短，因而可用于生產(chǎn)。由于第二次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)，輸血的需要，必須發(fā)展血液制品，同時(shí)，抗生素的需要量也急劇增加，凍干技術(shù)和凍干機(jī)在醫(yī)藥工業(yè)中得到了迅速的發(fā)展。在英國(guó)，1943年制成并開始使用大型凍干機(jī)，冷阱設(shè)在凍干箱內(nèi)，是現(xiàn)在這種凍干設(shè)備的原型。1944年鉚ckoff和Logcdin采用雙管干冰阱，使捕水器溫度降低，捕水效果更好，從而又開發(fā)出在外側(cè)直接與多歧管連接的裝置，成為現(xiàn)在歧管式凍干機(jī)最早的原型，用這種設(shè)備可以生產(chǎn)出凍干的盤尼西林和血漿。在日本，陸軍中醫(yī)中校內(nèi)藤良一為了細(xì)菌戰(zhàn)做準(zhǔn)備，在1939年到1943年間進(jìn)行了細(xì)菌、病毒等的凍干研究，并于1943年將多歧管凍干機(jī)成功的改制成箱式凍干機(jī)4。目前主要企業(yè)有英國(guó)愛(ài)德華真空設(shè)備公司(ADWARDS)，美國(guó)的赫爾公司(HULL德國(guó)的芬納昆公司(FINN-KOAU)，日本真空技術(shù)株式會(huì)社(ULVAC)，日本共和真空株式會(huì)社(DYOWAC)月一麥的阿特拉斯工業(yè)公司(ATLAS)，美國(guó)奧特公司(Virtis)等，上述七家企業(yè)產(chǎn)品可以代表當(dāng)今世界凍干設(shè)備的技術(shù)水平，各國(guó)的凍干設(shè)備有80%以上為上述企業(yè)的產(chǎn)品。國(guó)外醫(yī)藥用凍干機(jī)的特點(diǎn)是：1、產(chǎn)品嚴(yán)格按有關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、制造。例如目前國(guó)際制藥業(yè)權(quán)威GMP標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)衛(wèi)生部和食品藥品管理局FDA標(biāo)準(zhǔn)以及CIP(自動(dòng)清洗)技術(shù)。隨著PV(過(guò)程檢驗(yàn))概念的引入，對(duì)凍干設(shè)備提出了更高的要求。2、凍干過(guò)程自動(dòng)化裝置的實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)安全性(無(wú)菌、無(wú)傳染)綜合發(fā)展蒸汽滅菌，自動(dòng)清洗技術(shù)并研制出自動(dòng)裝料、運(yùn)載、凍干、輸出、封蓋的全自動(dòng)無(wú)人操作裝置，使凍干無(wú)菌室實(shí)現(xiàn)無(wú)人自動(dòng)化，該裝置在德國(guó)、日本己投入使用。3、高性能、高可靠性及經(jīng)濟(jì)性，為了確保凍干機(jī)無(wú)故障運(yùn)行，除了在制造過(guò)程中實(shí)現(xiàn)全面質(zhì)量控制外，設(shè)計(jì)時(shí)米用備用機(jī)，凍干過(guò)程中設(shè)有制品取樣分析裝置。經(jīng)疥性指標(biāo)是指制取同樣凍干制品時(shí)的電、汽及水耗量最低。食品凍干機(jī)中，丹麥的阿特拉斯的RAY型間歇式和CONRAD型連續(xù)式凍干機(jī)，日本共和真空株式會(huì)社的無(wú)隔離干燥過(guò)程水汽凝結(jié)器除冰再生技術(shù)和TL型液體食品密閉系統(tǒng)管式凍干機(jī)可代表世界食品凍干機(jī)的先進(jìn)技術(shù)5。1.3.2我國(guó)凍干機(jī)的發(fā)展概況解放前，我國(guó)的凍干技術(shù)和設(shè)備都是進(jìn)口的，既沒(méi)有從事凍干技術(shù)研究的大專院校和科研院所，也沒(méi)有凍干設(shè)備的設(shè)計(jì)人員和制造工廠。1951年在上海由葛學(xué)煊工程師最先設(shè)計(jì)成功凍干機(jī)，并于1953年由上海合眾、五昌機(jī)器廠和上海醫(yī)療器械廠分工制造，20世紀(jì)50年代共生產(chǎn)10套，當(dāng)時(shí)由于質(zhì)量差、能耗大沒(méi)有發(fā)展起來(lái)。20世紀(jì)60年代，北京、天津、南京、上海、大連等地相繼建立了一些實(shí)驗(yàn)性凍干食品生產(chǎn)廠家并先后仿制了一批凍干機(jī)，特點(diǎn)是整體式，擱板溫度不均勻，手動(dòng)操作，能自動(dòng)記錄。1975年，華中工學(xué)院的林秀誠(chéng)、趙鶴皋和湖北省生物藥品廠共同研制成功凍干面積為37.4m，的大型凍干機(jī)，采用單機(jī)雙級(jí)壓縮機(jī)，這是我國(guó)自行研制的第一臺(tái)能在凍干機(jī)內(nèi)加塞的凍干饑。為加快我國(guó)凍干技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電部將工業(yè)真空冷凍干燥機(jī)列入1988年工業(yè)技術(shù)發(fā)展基金項(xiàng)目，由華中理工大學(xué)承擔(dān)并與浙江真空設(shè)備廠協(xié)作進(jìn)行研制，產(chǎn)品于1989羊通過(guò)部級(jí)鑒定，該機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，功能齊全，擱板間距可調(diào)，采用微機(jī)程控6。此外，清畢大學(xué)核能設(shè)計(jì)研究院引進(jìn)俄羅斯大型食品真空冷凍干燥設(shè)備的先進(jìn)技術(shù)，直接與國(guó)家一級(jí)企業(yè)煙臺(tái)冰輪集團(tuán)合作，共同探索出一條發(fā)展我國(guó)冷凍干燥事業(yè)的新路，優(yōu)點(diǎn)是：起點(diǎn)高、投資少、見(jiàn)效快。在引進(jìn)、消化、吸收的同時(shí)，對(duì)設(shè)備的改進(jìn)提出了切實(shí)可行拘方案。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)在凍干設(shè)備及凍干工藝和凍干產(chǎn)品上發(fā)展非常迅速。生產(chǎn)醫(yī)藥用凍干機(jī)的工廠由十年前的幾家，發(fā)展到現(xiàn)在的十幾家，醫(yī)藥用凍干機(jī)的水平也有了很大的是高，全部執(zhí)行了GMP標(biāo)準(zhǔn)，基本上都設(shè)置了自動(dòng)清洗裝置(CIP)，自動(dòng)加蓋機(jī)構(gòu)。998年以前，我國(guó)生產(chǎn)的凍干機(jī)沒(méi)有在位滅菌功能，1998年以后，上海東富龍、遠(yuǎn)東，北京的天利、速原等公司生產(chǎn)的凍干機(jī)基本上都帶有在位滅菌(STP)功能。20世紀(jì)90年代以后生產(chǎn)的凍干機(jī)，絕大部分采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)控制，從凍干機(jī)的運(yùn)行程序的設(shè)起、執(zhí)行、修改，凍干過(guò)程中溫度、真空度、時(shí)間、含水量等主要參數(shù)的采集、顯示、字儲(chǔ)、控制，配套設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，安全保護(hù)，故障處理等均能自動(dòng)進(jìn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，上海東奢龍科技有限公司近幾年產(chǎn)品銷售量已達(dá)到200臺(tái)。在食品凍干機(jī)發(fā)展上，沈陽(yáng)新陽(yáng)速東設(shè)備有限公司等有關(guān)單位，已經(jīng)生產(chǎn)出多臺(tái)大型食品凍干機(jī)，單臺(tái)最大凍干面積可達(dá)100m717。全國(guó)各地涌現(xiàn)出大大小小不少于30家的凍干設(shè)備的生產(chǎn)廠，這其中，有一部分是真正的凍干設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，促進(jìn)國(guó)內(nèi)凍干行業(yè)進(jìn)步而努力攻關(guān)的大專院校和科研單位，以及有一定技術(shù)基礎(chǔ)和科研力量的軍工企業(yè)，真空設(shè)備、速凍設(shè)備制造廠等。但是，也有一些是與凍干行業(yè)不相關(guān)，以為生產(chǎn)凍干設(shè)備有利可圖而匆匆上馬的機(jī)械加工等單位，所以，一時(shí)間魚目混珠，打出生產(chǎn)凍干設(shè)備的廣告而從未設(shè)計(jì)和銷售一臺(tái)凍干設(shè)備的廠家比比皆是。大部分國(guó)產(chǎn)凍干機(jī)生產(chǎn)廠家走的是仿制道路。有的廠家在采用國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，進(jìn)行了很大的改進(jìn)8。如加熱板內(nèi)采用了特殊導(dǎo)流裝置，使板內(nèi)流體的流量均勻，保證了加熱的均勻和穩(wěn)定：捕水器在工作中可實(shí)現(xiàn)交替捕水和融冰，捕水器盤管內(nèi)氨液制冷方式由傳統(tǒng)的氨液相變制冷改為氨液無(wú)相變制冷，使捕水器盤管內(nèi)溫度均勻，結(jié)霜性能良好。除仿制之外，國(guó)內(nèi)自己的研制能力也在提高，有的單位己經(jīng)脫離了仿制國(guó)外機(jī)型，抽氣系統(tǒng)采用低架式水蒸氣噴射泵抽水蒸氣，省去了捕水器和制冷系統(tǒng)，使設(shè)備價(jià)格有所降低18。但是國(guó)產(chǎn)凍干機(jī)存在的一些不足之處：(1)擱板溫度不均勻，造成凍干產(chǎn)品含水率不均勻，產(chǎn)品合格率受影響。造成溫度不均勻的原因各不相同：或者是擱板結(jié)構(gòu)和材料質(zhì)量不好；或者是加熱流體分流或流程有欠缺；或者是捕水器在干燥箱內(nèi)絕熱不好9。(2)干燥速率低，干燥箱內(nèi)各點(diǎn)干燥快慢不一致，反映在產(chǎn)品上仍然是合格率受影響。其原因除擱板溫度不均勻外，還與真空系統(tǒng)配置得不合理有關(guān)。主要體現(xiàn)在：捕水器配置得不合理；水蒸氣噴射泵性能不穩(wěn)定：抽氣口位置不合理等。(3)水汽凝結(jié)器效率低。主要體現(xiàn)在水汽凝結(jié)器面積大而捕水量小有部分無(wú)效面積，其根本原因是水汽凝結(jié)器設(shè)計(jì)不合理10?？偟膩?lái)說(shuō)，限于國(guó)內(nèi)機(jī)械制造業(yè)的水平和自動(dòng)控制技術(shù)等的因素，雖然一些國(guó)產(chǎn)的凍干設(shè)備經(jīng)過(guò)了國(guó)家鑒定，達(dá)到了一定的水平，但跟進(jìn)口凍干設(shè)備相比，無(wú)論在外形，還是在節(jié)能方面都有一定的差距。大型凍干機(jī)，存在的主要問(wèn)題是設(shè)計(jì)上模仿國(guó)外進(jìn)口機(jī)型制造出的設(shè)備雖能滿足使用，但仍未能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)和節(jié)能，盡管制造成本低，售價(jià)低，可是運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高。小型凍干機(jī)存在的問(wèn)題主要是性能不好，往往達(dá)不到實(shí)際要求。這就要求我們努力改進(jìn)設(shè)備，縮短與國(guó)外設(shè)備之間的差距，完善國(guó)產(chǎn)的凍干機(jī)11。2本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施2