[发明专利]用于控制冷冻干燥处理的方法和系统

权利要求书

1.用于监控和/或控制冷冻干燥设备(100)中的冷冻干燥处理的方法，所述冷冻干燥装置设置有干燥室(101)，所述干燥室具有温控架装置(104)，所述温控架装置用于支撑将被干燥的产品(30)的容器(50)，所述干燥室(101)通过设有隔离阀(111)的管道连接至冷凝室(102)，所述方法在所述冷冻干燥处理的主干燥阶段包括以下步骤：

-通过关闭所述干燥室(101)的所述隔离阀(111)将所述干燥室(101)与所述冷凝室(102)隔离，并在限定的压力采集时间(t_f)期间检测和采集在所述干燥室(101)内的压力值(P_c，mes)和所述温控架装置(104)的架温度(T_shelf)(步骤1)；

-计算产品(30)的产品温度(T)和多个与处理/产品相关的参数(T_i0，R_p，K_v，L_frozen，T_B)(步骤2)，所述计算包括计算：

-产品(30)的升华界面处的产品温度(T_i0)；

-产品(30)的干燥部分中的质量传递阻力(R_P)；

-在所述压力采集时间(t_f)期间在轴坐标(z)处和时间(t)处的产品温度T＝T(z，t)；

-所述温控架装置(104)和所述容器(50)之间的热传递系数(K_v)；

-产品(30)的冷冻部分的厚度(L_frozen)；

-所述干燥室(101)内的质量流；

-剩余的主干燥时间；

-使用所计算出的产品温度(T)和所计算出的与处理/产品相关的参数(T_i0，R_p，K_v，L_frozen，T_B)来计算新的架温度(T’_shelf)，并根据所述新的架温度(T’_shelf)来调节所述温控架装置(104)的温度；

其特征在于，所述计算所述产品温度(T)和所述多个与处理/产品相关的参数(T_i0，R_p，K_v，L_frozen，T_B)是通过估计算法来实现的，其实现了用于所述干燥室(101)内的质量传递和用于所述产品(30)内的热传递的非稳态模型，并且包括以下方程式：

其中t＞t₀，0＜z＜L_frozen(方程式1)

T|t=0=Ti0+zkfrozenΔHsRP(p(Ti0)-pw0)I.C.:t=0,0<z<Lfrozen]]>(方程式2)

kfrozen∂T∂z|z=0=ΔHsRP(p(Ti)-pw)B.C.1:t≥0,z=0]]>(方程式3)

kfrozen∂T∂z|z=L=Kv(Tplate-TB)B.C.2:t≥0,z=Lfrozen]]>(方程式4)

Kv=[Tplate-Ti0ΔHsRP(p(Ti0)-pw0)+Lfrozenkice]-1]]>(方程式5)

TB0=Ti0+LfrozenkfrozenΔHsRP(p(Ti0)-pw0)]]>(方程式6)

dpwdt=NvAVcRTiMw1RP(pi(Ti)-pw)]]>其中t＞0(方程式7)

p_c＝p_w+p_in＝p_w+F_leak·t+p_in0其中t≥0(方程式8)

p_w|_t＝0＝p_c0-p_in0         I.C.：t＝0(方程式9)

efrozenALfrozenmb+edriedA(L-Lfrozen,n)=]]>

efrozenALfrozen,n-1-KvAΔHs(Tplate-TBO)·Δtn-1]]>(方程式10)

其中，T＝T(z，t)，T_i＝T(t)|_z＝0，T_B＝T(t)|_z＝L，T_i0＝T|_{z＝0，t＝0}；

并且，所述方程式中的参数如下：

A      容器的内截面[m²]

Cp     常压下的比热[J kg^-1k^-1]

F_leak  泄露率[Pa s^-1]

k      热传导率[Jms^-1 k]

Kv     整体热传递系数[J m^-2 s^-1k]

L      产品总厚度[m]

L_frozen冷冻层厚度[m]

M      分子量[kmol kg^-1]

Nv     容器的数量

p      压力[Pa]

R      理想气体常数[J kmol^-1K]

Rp     干燥层内的质量传递阻力[m^-1s]

T      温度[K]

t      时间[s]

T_B     z＝L[K]处的冷冻层温度

V      体积[m³]

z      轴坐标[m]

ρ     质量密度[kg m^-3]

ΔH_s   升华焓[J kg^-1]

方程式中的上标和下标如下：

0      在z＝0处的值

frozen 冷冻层

c      室

i      界面

in     惰性气体

mes    测量的

shelf  加热架

w      水蒸气

[t₀，t_f]是步骤1的时间间隔；

I.C.是初始条件，B.C.是边界条件。