3.4.3真空系统设计
一个完整的真空系统包括真空容器、真空泵、真空仪表、真空阀门和真空管道。冻干箱和捕水器是冻干机真空系统的大容器，真空泵通过抽空阀抽捕水器，再通过主阀抽冻干箱；在真空泵头和冻干箱及捕水器上均装有真空测量装置，以便测量系统的真空。
冻干机对真空系统有如下要求：
1
容器耐压 冻干机的真空容器（冻干箱和捕水器）必须能抵抗大气的压力，带蒸汽灭菌的冻干箱和捕水器还需能承受蒸汽灭菌时的高压和高温。
2
抽空时间 在0.5h左右的时间使冻干箱抽空到10Pa。这是对真空泵抽空能力求，需根据冻干箱和捕水器容积的大小选择真空泵的排气量。
3
根限真空 冻干箱的最高真空应能达到0.5～10P。这是对容器直空度的要求，一般选用双级旋片式真空泵，或油封式旋转泵再加罗茨泵。
4
体干箱的漏率 冻干箱的漏率应能达到5X10²Pa•L/s。系统密封性的要求：要求设计先进，焊接可靠，加工精密，装配仔细，选用高性能的真空阀门和部件等，符合GMP的要求，真空系统中冻干箱和捕水器及关联的部件需使用不锈钢制造；密封材料要使用聚四氯乙烯、硅橡胶或医用橡胶；希望是洁净的抽空系统，不对冻干箱的产品产生任何污染。
对于冻干设备，真空系统设计计算的目的就是依据干燥室的实际需要，设计配置出能够满足冻干工艺要求的真空系统。计算的内容包括：按照干燥室所要求的极限真空、工作真空和气体负荷，确定选取主泵的类型和规格型号；依据气体连续性原理为主泵配置合适规格型号的前级泵；在初步设计出捕水器和连接管道、阀门等附件组成的系统具体结构之后，校核验算系统所能达到的极限真空度和工作真空度，以及达到某一指定压力所需要的抽气时间，是否满足设计要求，这其中又涉及气体在管路中的流动状态判别、管路的流导计算和有效抽速计算等内容。
目前冷冻真空干燥设备中常用的真空机组主要有罗茨泵机组、水环-大气真空泵机组等多种。从真空角度考虑，在设计抽气系统的具体结构时应满足如下基本要求：
1
为提高抽气系统的通导能力，系统中各元件间的管道应短而粗、少弯曲，主泵和真空室间的管道直径不应小于主泵吸气口的直径。
2
系统应本着串联可以提高极限真空度、并联可以提高抽气速率的原则，组合各泵间的抽气程序。
3
为了保证系统的密封性能，被抽系统的总漏气率须限制在允许漏气率范围之内，尽量提高设备的制造水平，
4
为了防止机械泵振动和返油，在机械泵人口处应设置缓振软管和放气阀，为节省能源、缩短工作周期，对大型真空系统应配置维持泵。
5
为实现系统的自动操作和安全运转，在抽气系统和水冷系统上应分别设置真空继电器和水压继电器，真空系统也可考虑选用微机程序控制。
6
真空系统建成后应便于测量和检漏，为迅速找到漏孔，应进行分段检漏，因此每个用阀门封闭的空间至少应设置一个测量点，以便于测量和检漏。真空计测量规管的位置应选在没有水套的位置上，而且应使规管直立，最好不要横放。
真空系统一般的设计计算程序为：
1
计算真空室内的总放气量；
2
确定真空室的有效抽气速率；
3
对复杂真空系统首先粗选主泵和粗配主泵的前级泵；
4
按要求配置阀门、捕集器、除尘器等相关元件；
5
绘制真空系统草图，确定真空系统各部位尺寸，为精算系统创造条件；
6
精算各真空泵，包括真空度和抽气时间的计算，确认是否满足给定的参数要求，如果达不到要求应重新选泵和配泵，直到满足已定的参数要求为止；
7
绘制真空系统装配图并拆出零件图；
8
绘制施工图纸。
3.4.4制冷系统设计
制冷系统是冻干机上提供冷量的装置。冻干机上需冷量的地方主要是冻干箱和水汽凝结器。两者既可以用一套制冷系统，也可以用各自独立的两套制冷系统。通常，较大的冻干机都用两套各自独立的制冷系统，冻干箱上多用间冷式循环，水汽凝结器多用直冷式循环。
制冷系统所用制冷机的大小，按冻干箱耗冷量和水汽凝结器的耗冷量的计算值确定。制冷系统所用的制冷剂种类和制冷循环方式，应根据冻干物料所需的温度选择。
冻干箱只有在降温和保温两阶段需要冷量。降温阶段指搁板和被干燥的产品从室温降到冻结所需的最低温度的时间；保温阶段指搁板保持在上述最低温度下使产品冻牢所需的时间。由于后者的冷负荷远小于前者，在设计中可按前者的冷负荷选择制冷机。
降温时间的选定直接影响到制冷机大小的选配，所定的降温时间越短，需配制冷机的制冷能力越大。确定降温时间主要考虑以下几个因素：
1
应满足产品降温速率的要求。因降温速率对产品晶格的大小、活菌率、干燥速率等有直接影响。降温速度快，结晶细，干燥速率慢，细菌成活率高；反之则相反。在箱内搁板冻结时，所设计的冷冻干燥机必须首先满足产品冻干工艺的要求，才能生产优质产品。
2
冻干周期包括产品进箱、箱体降温、保温、升华、产品出箱等阶段，还有箱体清洗消毒、水汽凝结器化霜等辅助时间。因此降温时间也受整个冻干周期的限制。而冻干周期的确定应有利于组织生产。
3
箱体降温与水汽凝结器所需的制冷机容量应综合考虑，使之可以共用或相互备用，以提高机器的安全可靠性。
一般搁板温度比产品的共晶点温度低5一10℃。
降温阶段的耗冷量一般包括：
1
产品降温的冷负荷；
2
箱内零件降温的冷负荷；
3
载冷介质降温的冷负荷；
4
箱壁降温的冷负荷；
5
通过箱壁传入的冷损；
6
开门冷损耗；
7
载冷介质循环泵所消耗的冷量；
8
其他冷损耗。
捕水器耗冷量的计算包括：
1
捕水器材料降温耗冷量；
2
保温层传热耗冷量；
3
水蒸气凝结耗冷量。
冻干设备上一般按制冷温度选制冷剂和制冷循环。一般单级压缩可制取-20～-40℃的低温，双级压缩可制取-40～-70℃的低温，复叠式制冷循环可得到-50～-80℃的低温。
