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巖征儀器-超臨界二氧化碳干燥裝置解決方案

更新時(shí)間：2025-06-20      瀏覽次數(shù)：14

一、技術(shù)原理與優(yōu)勢(shì)

1. 干燥機(jī)理
超臨界二氧化碳（scCO?）干燥利用其低表面張力、高擴(kuò)散系數(shù)和可調(diào)溶解能力的特性：


  • 脫濕過(guò)程：scCO?滲透到物料孔隙中，取代水分形成氣液混合物，通過(guò)降壓或升溫使 CO?氣化，攜帶水分排出。

  • 低溫干燥：操作溫度通?！?0℃（遠(yuǎn)低于水的沸點(diǎn)），適合熱敏性物料（如生物制品、納米材料）。

  • 無(wú)殘留污染：CO?惰性、無(wú)毒，干燥后無(wú)溶劑殘留，符合 GMP 標(biāo)準(zhǔn)。

2. 對(duì)比傳統(tǒng)干燥技術(shù)
指標(biāo)超臨界 CO?干燥真空干燥噴霧干燥
干燥溫度30-80℃60-150℃120-250℃
物料形態(tài)保持多孔結(jié)構(gòu)完整（如氣凝膠）易收縮、結(jié)塊顆粒團(tuán)聚
溶劑殘留無(wú)可能殘留有機(jī)溶劑熱風(fēng)可能引入雜質(zhì)
干燥效率0.5-2 h（取決于物料厚度）4-12 h0.5-1 h（液態(tài)物料）
能耗中（需高壓系統(tǒng)）高（長(zhǎng)時(shí)間加熱）高（熱風(fēng)能耗）

二、

組件實(shí)驗(yàn)室級(jí)（典型值）工業(yè)級(jí)（范圍參考）設(shè)計(jì)要點(diǎn)
干燥釜容積 1-5 L，耐壓 50 MPa容積 50-500 L，耐壓 20-30 MPa內(nèi)壁拋光（Ra≤0.6μm），帶攪拌槳（轉(zhuǎn)速 0-300 r/min），物料填充率≤50%
CO?循環(huán)系統(tǒng)流量 1-5 kg/h，純度≥99.9%流量 50-500 kg/h，純度≥99.99%柱塞泵耐壓≥60 MPa，配備冷凝器（-10℃~20℃）液化 CO?
溫度控制控溫范圍 30-120℃，精度 ±0.5℃控溫范圍 30-80℃，精度 ±1℃電加熱 + 導(dǎo)熱油循環(huán)，冷卻系統(tǒng)采用水冷或液氮（低溫需求）
分離系統(tǒng)1-2 級(jí)分離，分離釜容積 0.5-2 L2-3 級(jí)分離，分離釜容積 20-200 L一級(jí)分離（高壓，回收 CO?），二級(jí)分離（常壓，排水），配備水分傳感器
控制系統(tǒng)PLC + 觸摸屏，數(shù)據(jù)記錄間隔 10sDCS 系統(tǒng)，支持遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)時(shí)顯示壓力 - 溫度 - 流量曲線，具備超壓超溫自動(dòng)泄壓、CO?泄漏報(bào)警功能

三、工藝優(yōu)化方案

1. 干燥流程設(shè)計(jì)

  1. 預(yù)處理：物料粉碎至 20-100 目（提高傳質(zhì)效率），含水率≤30%（過(guò)高需預(yù)干燥）

  2. 超臨界干燥階段：

    • 階段 1（滲透）：壓力 10-20 MPa，溫度 40-60℃，CO?流量 10-30 kg/h，持續(xù) 30-60 min

    • 階段 2（脫濕）：逐步降壓至 5-10 MPa，升溫至 60-80℃，CO?流量加大至 20-50 kg/h

  3. 降壓解析：緩慢泄壓至常壓（速率≤0.5 MPa/min），防止物料結(jié)構(gòu)破壞

  4. CO?回收：分離后的 CO?經(jīng)壓縮、冷凝返回儲(chǔ)罐，回收率≥95%

2. 工藝參數(shù)優(yōu)化表
物料類型干燥壓力（MPa）溫度（℃）CO?流量（kg/h?L 釜容）干燥時(shí)間（h）目標(biāo)含水率
生物組織（如菌體）15-2540-500.5-11-2≤5%
納米催化劑10-2050-700.8-1.20.5-1≤0.1%
食品原料（果蔬）8-1535-500.3-0.81.5-3≤8%
高分子微球20-3060-801-1.50.5-1≤2%

四、裝置安全與環(huán)保設(shè)計(jì)

1. 安全防護(hù)系統(tǒng)

  • 雙重泄壓：爆破片（設(shè)定壓力為工作壓力的 1.2 倍）+ 電磁泄壓閥（響應(yīng)時(shí)間＜0.3 秒）

  • 防爆設(shè)計(jì)：設(shè)備接地電阻≤4Ω，電氣元件符合 Ex d IIB T4 防爆等級(jí)

  • 應(yīng)急處理：CO?泄漏時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)，配備氧氣檢測(cè)儀（O?濃度＜19.5% 時(shí)報(bào)警）

2. 環(huán)保與節(jié)能措施

  • CO?循環(huán)利用：采用多級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)，能耗比傳統(tǒng)干燥降低 30%-50%

  • 廢熱回收：利用干燥后的高溫 CO?預(yù)熱新進(jìn)入的冷態(tài) CO?

  • 無(wú)三廢排放：干燥過(guò)程僅產(chǎn)生少量冷凝水（可直接排放或回用）

五、典型應(yīng)用案例

1. 生物醫(yī)藥領(lǐng)域

  • 應(yīng)用場(chǎng)景：凍干疫苗的二次干燥（去除殘留水分）

  • 裝置配置：50 L 干燥釜，壓力 20 MPa，溫度 45℃，CO?流量 50 kg/h

  • 效果：含水率從 1.5% 降至 0.3% 以下，疫苗活性保持率≥98%（傳統(tǒng)真空干燥僅 85%）

2. 納米材料制備

  • 應(yīng)用場(chǎng)景：TiO?氣凝膠干燥

  • 工藝參數(shù)：壓力 25 MPa，溫度 60℃，干燥時(shí)間 1 h

  • 優(yōu)勢(shì)：孔隙率保持 95% 以上，比表面積≥800 m2/g（傳統(tǒng)干燥僅 600 m2/g），無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象

3. 食品工業(yè)

  • 應(yīng)用場(chǎng)景：速溶咖啡脫及干燥一體化

  • 創(chuàng)新設(shè)計(jì)：干燥釜內(nèi)置攪拌 + 微波輔助加熱，壓力 18 MPa，溫度 50℃

  • 效率：殘留≤0.02%，干燥時(shí)間縮短至 1.5 h（傳統(tǒng)方法需 4 h）

  1. 調(diào)試服務(wù)：提供 48 小時(shí)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，干燥效率不達(dá)標(biāo)全額退款

  2. 培訓(xùn)內(nèi)容：壓力系統(tǒng)操作、工藝參數(shù)優(yōu)化、緊急故障處理（每年 1 次免費(fèi)復(fù)訓(xùn)）

  3. 質(zhì)保期：核心部件（泵、釜體）質(zhì)保 3 年，控制系統(tǒng)質(zhì)保 1 年

  4. 升級(jí)服務(wù)：提供干燥 - 萃取一體化改造方案（如增加分離模塊）


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