凍干機的真空系統(tǒng)特性主要應包括抽水蒸汽的能力, 凍干箱空載極限真空度和凍干箱出口處的有效抽速這3大指標。

        下面研究如何通過設計計算來保證實現(xiàn)這些性能要求。

凍干室的極限真空度

        式中P0為真空泵的極限真空度(Pa),Q0為空載時長期抽氣后凍干室的氣體負荷, 在Sp一定時,Q0決定了凍干室的空載極限真空度Pj, 通常,Q0可用凍干室的漏氣率來計算, 凍干室的漏氣率可以測量得到, 在設計時可根據(jù)經驗取為1(Pa·m³/s);SP為凍干室抽氣口附近泵的有效抽速(m³/s)。

         凍干室的極限真空度受抽氣口位置設計和測量點位置設計的影響。在大型凍干機中如果凍干室較長, 抽氣口又設計在凍干室的一端, 凍干室內就會出現(xiàn)壓強梯度, 各點的壓強值可用下式計算。

          式中,PX為距抽氣口X 處的壓強(Pa) ; P1為距抽氣口最近L1處的壓強(Pa),P1=qBL1/S; S 為X = 0處泵的有效抽速(m ³/s );q為凍干室壁的出氣速率(Pa·m ³/m ²·s);B為凍干室截面周長(m ) ;U 是長為L 的凍干室流導(m ³/s)。

          凍干室的極限真空度還受測點溫度的影響,因為P=nKT,如果凍干室內氣體分子數(shù)n 一定, 設在高溫處測點測得的壓強高, 設在低溫處測得的壓強低, 這一點應該引起設計者和用戶的注意。

         為提高凍干室的極限真空度, 縮小凍干室內的壓強梯度, 凍干室的抽氣口不應設在一端, 而應設在中間或開設多個抽氣口并聯(lián)。如果采用水蒸汽噴射泵抽氣, 又設計了貯氣罐,在正常工作時應該用閥門將貯氣罐截斷, 否則會影響凍干室內的真空度, 其影響程度可用公式計算。

          求出這兩個微分方程聯(lián)立解, 即可得到凍干室中壓強P1和貯氣罐中壓強P2。式中V1為凍干室容積,V2為貯氣罐容積, 凍干室與貯氣罐之間的流導為U , 在貯氣罐抽氣口處泵的抽速為S, 上兩式中忽略了兩個容器的漏氣和放氣。

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