專利名稱：一種液氮輔助制冷凍干機液氮供給閥的控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種液氮輔助制冷凍干機液氮供給閥的控制方法，屬于真空冷凍 干燥技術領域。
背景技術：
真空冷凍干燥(簡稱凍干機)就是把可凍干的含水物質或溶液預先在低溫下 凍結，然后在真空環(huán)境下使物質脫水得到干燥的制品。
這種干燥方法與通常的曬干、烘干、煮干、噴霧干燥和真空干燥相比有許多 突出的優(yōu)點
(1) 不使蛋白質、微生物之類產(chǎn)生變性或失去生物活力；
(2) 物質中的揮發(fā)性成分和受熱變性的營養(yǎng)成分損失??；
(3) 微生物的生長和酶的作用幾乎無法進行，能最好地保持物質原來的性狀；
(4) 干燥后形態(tài)基本不變，呈海綿狀疏松結構；復水容易，能迅速地還原成原 來的性狀；
(5) 在真空下干燥，氧氣極少，使易氧化的物質得到了保護；
(6) 能除去物質中95% 99%的水分，制品保存期長； 所以凍干機廣泛地應用于制藥工業(yè)、生物制品；生物組織、微生物類:動
植物；食品工業(yè)；化學工業(yè)；保健品類和中草藥等。
凍干機真空系統(tǒng)包括凍干箱、冷凝器、真空泵、閥門、制冷系統(tǒng)包括擱板組 件冷熱媒間接換熱系統(tǒng)、可活動擱板的液壓系統(tǒng)。
冷凍干燥過程是復雜的傳熱、傳質過程。凍干過程與凍結過程密切相關，后 者在一定程度上決定了凍干過程的時間和凍干品的質量。然而，在現(xiàn)有的藥品凍 干設備中，藥品的凍結過程大多在擱板上完成，擱板的降溫速率相對較慢， 一般 小于2tVmin，液態(tài)制劑隨擱板降溫過程中，冰晶最先于容器底部形成，上熱下 冷，制劑內(nèi)溫度梯度相對較大，冰界面向前推進速度慢，溶液中溶質遷移時間充 足，溶液表面凍結層溶質積聚較多，高濃度"表層硬殼"現(xiàn)象容易出現(xiàn)，高濃度表層干燥后形成一層較致密的"硬殼"，從而阻礙凍干過程中水蒸汽的逸出，延 長凍干時間，增加凍干品復水的難度。實際生產(chǎn)過程中，擱板慢速凍結形成的溶 質分布不均還會致使藥品制劑干燥后殘留水份含量的不同，這種溶質及其水份含 量分布不均的問題會給凍干過程及產(chǎn)品的貯藏穩(wěn)定性帶來不利的影響。所以，在 溶液類制品擱板預凍過程中，如何控制冰晶的生長速度，降低樣品內(nèi)部溶質自下 而上的遷移，對提高凍干樣品質量、節(jié)約能耗均具有重要意義。
另外，生化藥品生產(chǎn)過程大量有機溶劑的使用，致使藥品殘留的有機溶劑在 真空狀態(tài)下進入真空系統(tǒng)，而常規(guī)的冷阱(-70°C)是無法捕獲到這些有機溶劑 的，有機溶劑一旦進入油封旋片式真空泵，真空泵油及密封原件將被破壞，真空 系統(tǒng)將無法進行正常的工作。為了使有機溶劑凝結下來從而有效保護真空系統(tǒng)， 并防止制劑"表層硬殼"現(xiàn)象發(fā)生。液氮輔助制冷技術在凍干機上被研發(fā)使用。 液氮輔助制冷系統(tǒng)可有效解決上述兩個問題。液氮蒸發(fā)溫度為-196。C，汽化潛熱 約210kJ/kg，而絕大多數(shù)有機溶劑在-12(TC即可被固化，液氮輔助冷阱可確保 凍干機真空系統(tǒng)不被有機溶劑破壞。另外，由于液氮溫度較低，制冷能力較強， 液氮自動供給控制系統(tǒng)可方便地控制降溫速率，液氮制冷可有效解決樣品溶質溫 度分布不均，從而大大提高樣品的質量與貯藏穩(wěn)定性，并節(jié)約能源消耗。
液氮輔助制冷系統(tǒng)與傳統(tǒng)壓縮式制冷系統(tǒng)相比，有如下優(yōu)點
(1) 冷量調(diào)節(jié)有更大的靈活性。擱板溫度可更低，降溫速度更快以及冷量分布 更均勻。
(2) 制冷系統(tǒng)更加可靠。由于傳統(tǒng)壓縮機式制冷系統(tǒng)經(jīng)常運行在低負荷或近似 零負荷狀態(tài)，因此制冷系統(tǒng)非常不可靠，而液氮輔助制冷則不存在此類問 題。
(3) 降低電力需求。由于液氮輔助制冷技術采用液氮蒸發(fā)制冷，因此省略掉傳 統(tǒng)壓縮式制冷的電力需求。
(4) 噪音低。省略傳統(tǒng)壓縮式制冷的壓縮機噪音。
(5) 占地面積小。減少傳統(tǒng)壓縮式制冷中的供水系統(tǒng)，占地面積大約減小 50%。
(6) 冷阱盤管結霜均勻。傳統(tǒng)的液氮輔助制冷凍干機的控制方法是閥門的開啟度根據(jù)PID儀表顯示 的比較實際值與設定值之間的差異K2來控制閥門開度，這樣一來閥門的控制不 是非常精確，而且，液氮換熱器的液位不能被有效地控制。對于液氮換熱器來講， 液氮液位的控制也是非常重要的， 一旦液位過高，有些液氮就沒有經(jīng)過蒸發(fā)而直 接隨著氮氣排放管排放至外面，這樣是非常危險的，而且液氮的消耗也會增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種控制精度高的液氮輔助制冷凍干機液氮供給閥的 控制方法。
為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術方案是提供一種液氮輔助制冷凍干機液氮供
給閥的控制方法，其特征在于，控制閥門的開度為^ld純2
K2為實際溫度與理論溫度的差異由PID儀表計算的一個輸出值，td為液氮
換熱器液位比值的控制參數(shù)，其計算公式-
「 _ 工inax _ ￡
人i =--
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其中
K1:代表液氮換熱器的液位比值，
Lmax:代表液氮換熱器許可的最高液位，mm;
L:實際測量的液氮液位高度，ram;
LLAH:液氮換熱器要求的最低液氮液位，mm; 閥門的開度^Id械2.最后根據(jù)計算的閥門的開度K去打開閥門。 本發(fā)明對于液氮控制閥的控制采取兩個參數(shù)一起控制， 一個是實際溫度與 理論溫度的差異由PID儀表計算的輸出值K2，另外一個控制參數(shù)是液位比值Id， 采用閥門的最終開度受到兩大因素的影響，這樣一來，不但可以控制導熱油的溫 度，還可以控制液氮換熱器的液位，控制精度非常高，穩(wěn)定性好，既經(jīng)濟又安全。
本發(fā)明的優(yōu)點是控制精度非常高，安全性好。
具體實施例方式
以下結合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
實施例
5以下僅以本公司設計制造的液氮輔助制冷凍干機液氮供給閥控制為實施例 對本發(fā)明作進一步說明
一種液氮輔助制冷凍干機液氮供給閥的控制方法為 控制閥門的開度為!^Id械2 K2為實際溫度與理論溫度的差異由PID儀表計算的一個輸出值，目前PID
儀表顯示的K2為80%
K為液位比值的控制參數(shù)，其計算公式
<formula>formula see original document page 6</formula>
^中
K1:代表液氮換熱器的液位比值，
Lmax:代表液氮換熱器許可的最高液位，液氮換熱器許可的最高液位為 840mm;
L:實際測量的液氮液位高度為600mm;
LLAH:液氮換熱器要求的最低液氮液位為420mm;
K,計算得 K尸(840-600) / (840-420) =57.1%
閥門的開度!(=1^*1(2=80%* 57. 1%=45. 7%，最后根據(jù)計算的閥門的開度K去打 開閥門。
權利要求
1.一種液氮輔助制冷凍干機液氮供給閥的控制方法，其特征在于，控制閥門的開度為K＝K1*K2K2為實際溫度與理論溫度的差異由PID儀表計算的一個輸出值，K1為液位比值的控制參數(shù)，其計算公式<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>K</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>L</mi><mi>max</mi><mo>-</mo><mi>L</mi> </mrow> <mrow><mi>L</mi><mi>max</mi><mo>-</mo><mi>LLAH</mi> </mrow></mfrac> </mrow>]]></math></maths>其中K1代表液氮換熱器的液位比值，Lmax代表液氮換熱器許可的最高液位，mm；L實際測量的液氮液位高度，mm；LLAH液氮換熱器要求的最低液氮液位，mm；閥門的開度K＝K1*K2，最后根據(jù)計算的閥門的開度K去打開閥門。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液氮輔助制冷凍干機液氮供給閥的控制方法，其特征在于，控制閥門的開度為K＝K₁*K₂，本發(fā)明對于液氮控制閥采取兩個參數(shù)一起控制，一個是實際溫度與理論溫度的差異由PID儀表計算的輸出值K₂，另外一個控制參數(shù)是液位比值K₁，閥門的最終開度受到兩大因素的影響，這樣，不但可以控制導熱油的溫度，還可以控制液氮換熱器的液位，控制精度非常高，穩(wěn)定性好，既經(jīng)濟又安全。
文檔編號F16K31/00GK101556105SQ20081003588
公開日2009年10月14日 申請日期2008年4月10日 優(yōu)先權日2008年4月10日
發(fā)明者鄭效東 申請人:上海東富龍科技股份有限公司