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凍干往事7

閱讀:2041        發(fā)布時間:2017-12-4

時間來到了2000年,這一年的6月份左右,我在一個蘭州大學生物化學及計算機專業(yè)雙學位畢業(yè)的同事小李(記得是湖南岳陽人,綠鵬公司的也是他做的)的幫助下在ChinaRen.com提供的網(wǎng)絡空間里開通了一個個人--真空冷凍干燥技術研究與應,并在網(wǎng)絡上發(fā)表了一些比較專業(yè)的文章。
  這個上線后不久,就引起了蘭州科近凍干技術公司的注意,因此有了我與張董的會面的事(前文己經(jīng)述及),過了一段時間,大約在2001年的夏天吧,引起了無錫一家調味品企業(yè)張老板的注意,后來張老板在從羅馬尼亞回無錫時特意繞道深圳市來與我見了一面,那次見面時張老板說他的企業(yè)想把凍干技術應用于調味料的生產(chǎn),他從遼寧那邊買了一臺小的實驗機,但到貨后一直沒調試好,廠家來了兩次人,第二次還不辭而別走了,他有一個小舅子,姓李,是80年代初畢業(yè)于浙江大學自動控制專業(yè)的,后來分配到常州技校當老師,調試時他全程跟著也沒找到問題的根源,他簡單描述了一下他看到的現(xiàn)象,主要是升華過程中突然發(fā)現(xiàn)冷阱盤管上的霜化了,隨即凍干中的樣品也化了,更詳細的情況他也說不上來,希望我抽空去看一下,我答應了。
  后來我請了幾天假,乘飛機到上海虹橋機場,轉乘虹橋機場至無錫的依維柯中巴到達無錫,第二天上午在李老師的陪同下到了設備安裝現(xiàn)場,先察看了一下整臺機器的結構,這是一個圓形干燥室作前箱體,冷阱在前箱體下面,前箱體為臥式安裝,冷阱箱體為圓形立式安裝,兩者之間有短而粗的管子相連,但沒有蝶閥,前后箱體均安裝有觀察用的觀察窗,冷阱用的是盤管式的,制冷及真空安裝在前箱體與冷阱后面,制冷機組記得是用兩級復疊的,低溫級還用了R13制冷劑,因此還有一個膨脹容器,看到這些我猜測設計者可能是以搞制冷專業(yè)為主的,前箱體內的擱板是一種簡易型復合式的,一塊倒扣的方形淺銅板盤內藏有蛇形冷凍銅管,銅管下面緊貼著一塊電熱平板作淺盤蓋子扣在一起,這塊電熱板即為升華時的熱源,預凍時將物料盤放置在倒扣的淺銅盤上,用淺銅盤內的蛇形銅管制冷,加熱時制冷系統(tǒng)給冷阱制冷,物料的加熱就用電熱平板,這樣的構型雖然在擱板構造上不怎么科學,但也沒有什么特別異常之處,通電試了試各主機,也沒發(fā)現(xiàn)什么問題,當我再仔細查看真空室內時我注意到一個裸露在空間中的溫度探頭,但沒找到這個溫度探頭安裝的地方,我轉身問李老師,這是什么探頭?李老師告訴我這是電加熱板溫度傳感器,聽到這名話后,熟知輻射加熱計算方法的我?guī)缀踉谒查g明白了故障原因,這樣放置的傳感器顯示溫度達到60℃上下時因真空絕熱的緣故,估計電熱平板的真實溫度約在200~300℃之間(猜的,不一定準確)或更高,傳輸?shù)臒嵩催h遠大于升華的需要(約高出幾千至幾萬倍),單位面積的輻射傳熱是這樣計算的:
  Q=∈×K×(T14-T24)
  式中∈為吸收(或輻射)系數(shù),冰的吸收系數(shù)為0.96~0.97,黑色的物體輻射系數(shù)為0.96~0.97,
  K為常數(shù),數(shù)值為5.68x10-8
  T1為高溫溫度(溫標,單位為K),
  T2為低溫溫度(溫標,單位為K),
  一般的輻射加熱的凍干設備其zui高加熱溫度為120℃(溫度為393.15K),凍干制品溫度此時一般在-30℃(溫度為243.15K),傳輸?shù)臒崃浚▎挝粸閃)為:
  Q=∈×K×(393.154-243.154)=1.106W/㎡,
  當加熱溫度到200℃時,其傳輸?shù)臒崃繛椋?/span>
  Q=∈×K×(493.154-243.154)=3221 W/㎡,
  當加熱溫度到300℃時,請讀者自行計算。
  這樣的高出近3千倍的熱量會使升華出來的水蒸汽洶涌到冷阱盤管上放熱,制冷系統(tǒng)可以很肯定地頂不住,于是冷阱盤管表面化霜(把霜層貯存的那一點冷源也釋放出來),真空度上升,超過升華zui高極限壓力,系統(tǒng)轉為真空干燥,凍干失??!我解釋完了后李老師還處在迷茫中沒*理解,直到我要李老師去找一小塊帶粘膠的鋁泊來時才有點清醒過來,找來后我隨手把這個溫度傳感器貼身粘在電熱平板上,并告訴李老師可以試機了,上面我寫的過程好像有點長,其實前后大概沒有超過十五分鐘,李老師雖然還有點不太敢相信,但還是去廚房拿來了幾斤豆腐,于是放進去凍干了,升華加熱開始后,李老師特別注意冷阱盤管上霜層的變化,確認經(jīng)過幾次電加熱動作周期后,才初步相信我是找準了故障的根源。在當晚十點鐘左右,凍干豆腐好了,張老板與李老師這才真正相信機器真的好了,這是我zui短時間內處理好的貌似很大問題的小故障,這一年我32歲,接觸凍干技術的第十二個年頭,至今我仍然不明白的是遼寧那家企業(yè)是怎么設計制造與調試設備的,假如當年參與設計制造與調試人這臺機器的人有幸看到此文,請別生氣,當年的你的水平與能力實在無法讓人恭維。
  這件事情除了當事的李老師與張老板知道外,我記得還沒有對外人提起過,寫凍干往事時才想起來的,因為當時的我并不覺得這是什么大事件,直到現(xiàn)在站在行業(yè)發(fā)展歷史的角度來看我才有點明白,這件事情意味著當年的凍干設備行業(yè)的某些從業(yè)人員的水平有多么的寒磣!

在無錫這家企業(yè)的倉庫里,我還看到了一個奇怪的設備殘骸,問過李老師后他才告訴我,這是他以前做的微波真空冷凍干燥試驗機,他用一臺全機械式家用微波爐,拆掉外殼,把它安放入真空箱內,用引線把控制旋鈕引到真空箱外,結果很不成功,我問不成功的原因,李老師告訴我真空度沒到就開始打火花了,這是我*次看到微波技術與凍干技術的結合,盡管不成功,但也屬于一種勇敢的嘗試!原來李老師研究凍干設備有一段時間了,后來李老師自己研制了李式凍干機,按照我在這個行業(yè)的閱歷,我基本上可以保證這是原創(chuàng),構型為方形干燥箱內上置式銅排管制冷阱,與阿*公司的圓形內下置式鈦合金排管制冷阱正好相反,僅在李式凍干機上見過,算是為數(shù)不多的奇葩構型之一吧。
  有關微波在真空冷凍干燥領域的應用我后來查閱過一些資料,資料上說在真空度達到400Pa以下時,微波放電現(xiàn)象會隨真空度的提高而更加嚴重,這與李老師的試驗結果是吻合的,而冷凍真空干燥的真空度一般都在133Pa以下,因此,微波技術是不可能應用于冷凍真空干燥的,換句話說是不存在單純的依靠微波加熱的凍干設備,但單純的依靠微波加熱的真空干燥卻是可以有的。
  在我知道李老師的試驗結果后的2005年5月份,我在河南鄭州市無意中看到了一套由南京某微波公司設計制造的大型微波凍干設備的半拉子工程,怎么造成的我并不清楚,業(yè)主也不愿意說,只是說投入了200多萬元。當年的我意識到這套設備的歷史意義,于是我提出拍照留念的要求,業(yè)主要求我三年內不得公布這些相片后同意了,我非常感謝,同時也信守了這個口頭承諾,直到10周年后的今天才公開這些相片,這是一套方型干燥箱內置雙冷阱下置的設計,我還進到干燥倉內去看過,與阿*公司的凍干設備中的冷阱是相同的,但干燥箱是方形的,從我所接觸到的凍干設備的設計人員中,好像江蘇那一帶的人對方形結構有*的喜好。
  這個大型微波凍干設備從外型上看,它在兩側立面上開了很多孔(照片上的有規(guī)則排列的圓孔),當時蘭州科近的張董也在場,小聲跟我講,開這么多孔,不知道他們怎么做真空檢漏的,這或許也是半拉子工程的原因之一吧。
前面回憶了那么多食品凍干方面的往事,這里講講我經(jīng)歷過的醫(yī)用機的事,一直以來,在醫(yī)用凍干機領域,幾乎沒有人懷疑過*凍干機的質量問題,現(xiàn)實中,這類設備真的如此嗎?
  我在綠鵬工作了一段時間后,對這套美國*的凍干設備有了更深刻的認識。
  這是一臺標準的醫(yī)用凍干設備,擱板加熱面積為1㎡,干燥箱(前箱體)為立式箱形(可對照看相片),帶自動壓塞功能,與國產(chǎn)設備不同的是其壓塞的液壓缸是安裝在前箱體下面的,工作時油缸是從下往上推的,是擱板厚度很薄,我測量過,只有12㎜,而且表面沒有找到任何經(jīng)過機械加工的痕跡,后來陳德師傅告訴我,這種*的加工工藝方法叫真空釬焊,zui大的優(yōu)點一是焊接后幾乎不變形,不用二次機械加工,二是沒有流道內的內漏現(xiàn)象(流道的內漏后面會講到),非常適合于醫(yī)用凍干機擱板的制造,前箱體的門是全透明的有機平板玻璃,厚度達到了60㎜,用六個快速住在前箱體前面,箱體的做法與國產(chǎn)的也不一樣,壁很薄,大約只有3㎜左右,它在門邊上沒有方形法蘭,只是用箱體壁材反折后象貼薄條似的沿著箱體四周貼了一圈(有點像反邊,可是我卻在上面看到有明顯的焊接痕跡),密封圈與國產(chǎn)的*不一樣,用一條周長與前箱體開口周長相同長度的黑色空心O形圈(類似于汽車方向盤套,但開口方向不一樣,方向盤套是徑向,它是與軸向平行的,直徑也大了許多,厚度估計有4~5㎜),這個空心O形圈套從開口開處扣入前箱體的前門開口邊沿上,一半在前箱體內,一半在前箱體外,中間的被雙層壁厚頂住的部分與有機玻璃門緊貼后就形成密封圈了,我曾拆下來檢查過這條被剖開的空心密封圈,仔細檢查過,沒有找到接合縫,猜測可能是整條制造的,材質柔軟,類似于國產(chǎn)的硅膠管,但與國產(chǎn)的抽真空軟管的材質的手感又明顯不同,不僅在這個地方用到這一材質,其它的如抽真空管、冷阱排水管、冷阱筒體門密封條的材質也是一樣的,只是外形尺寸規(guī)格不同,其冷阱筒體門的密封方式與前箱體是一樣的結構的,只不過冷阱的物理形狀為圓形,可參考相片中的樣式。后來我在冷阱放水管末端剪了約10㎜長的一小段,拿在手里做樣品,到過上海、武漢等大城市的橡膠門店里問了好些行家,沒有人知道這是什么材質做的,對我而言至今仍是未解之迷。
  后箱體(冷阱)為圓形,在干燥箱后面比較低的位置安裝,前后箱體有一根比較長(約1m)的∮75左右的不銹鋼管聯(lián)接,在安裝蝶閥的位置用一截粗細合適的有點米白色的真空膠管代替,原因訂貨時特別聲明了不要這個蝶閥,具體什么原因我不清楚,冷阱內沒有任何排管或盤管,它把冷阱盤管全部繞在緊貼冷阱筒體的外表面上(可稱之為纏繞空心柱式),外面再用保溫層及裝飾外層包裹起來,工作起來捕集水蒸汽的工作面只有纏繞有冷凍盤管的內腔壁,但并不是整個冷阱直筒體的所有表面積,而是分成三段,這是我從未見過的一種新穎的冷阱構造,與真空泵相連的抽真空口布置在冷阱筒體平底部幾何中心上,口徑不大,約∮32㎜,并有一截約80㎜的長度伸入到冷阱內,抽氣口上裝有一個擋帽,估計是防止水分子直接被抽走的一種防護措施,與我?guī)啄昵霸谠t安縣裝的擋板作用類似。
  制冷系統(tǒng)是兩套相互獨立的單級風冷凝系統(tǒng),電源為單相220V,谷輪半封閉制冷壓縮機,單機功率約2.2Kw左右,制冷劑用的是很少見的V55C,是一種高壓中低溫制冷劑,zui低溫度可達-60℃上下,兩套制冷系統(tǒng)均安裝在干燥箱及冷阱筒底下。
  真空泵是一臺油封式直聯(lián)雙級旋片泵,抽速記得是15L/S的,安裝于冷阱底下。
  控制系統(tǒng)是這臺設備的一個亮點,它是由一臺的是單片機控制的,單片機上可看到幾塊疊裝在一起的電路板,面板上帶有多個窗口顯示器,其中有一小塊黑白的顯示屏作人機交流用,電器元件沒有磁力開關,全部是無觸點的固態(tài)繼電器控制,真空測量頭不知道是用什么方法測量的,我猜可能是薄膜真空規(guī),在單片機上可以顯示的全量程,而且單位可在Pa、Torr、mTorr、ba,mba間任意轉換。在控制程序上,分自動程序控制及手動控制模式,但有一個預凍熱處理編程段(實際上這個功能是要有硬件配合才能實現(xiàn)的,簡單的就是用制冷/加熱雙輸出控制分別控制制冷支路及加熱器件來將媒體介質溫度控制在所希望的數(shù)值上),預設有幾十段的溫度——時間段,預凍結與升華加熱轉換時的抽真空與加熱的操作也是可以設定成自動的,加熱時也有一個可預設的幾十段的溫度-時間段,擱板預冷及加熱采用硅油做介質,由一臺循環(huán)泵負責硅油的冷熱循環(huán),可以實現(xiàn)一鍵啟動,自動停止,中間可無人值守,運行報表可自動打印,但沒有存儲功能。比較特殊的是它的溫度探頭,它是一根熱電偶線,屬銅-康銅的T型熱電偶,國內極為少見。
  這套設備的真空泄漏很小,試機結束后,我沒有破真空,直到近兩個月后使用前重新送電,發(fā)現(xiàn)真空度還有一萬多Pa,不得不佩服美國制造業(yè)基礎的強大。
  其次是它的支承結構,它不象國產(chǎn)設備是用型鋼做外圍支承材料的,它是用2㎜厚的浸鋅浸鋼板反復折彎后的呈扁平狀的“幾”字形(可參見設備后面安排圖片),總體來看,它對我們有許多借鑒意義。

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