AT410136B

AT410136B - Verfahren und vorrichtung zum vakuumtrocknen und gefriertrocknen durch steuerung von vakuumpumpen

Info

Publication number: AT410136B
Application number: AT214499A
Authority: AT
Inventors: Franz Schifter; Margarete Schifter
Original assignee: Franz Schifter; Margarete Schifter
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 1999-12-20
Publication date: 2003-02-25
Also published as: ATA214499A

Description

AT 410 136 B

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vakuumtrocknen und Gefriertrocknen von temperaturempfindlichen Gütern durch Steuerung von Vakuumpumpen, bei dem die gewünschte Verdampfungstemperatur und Betriebsdruck über die Verdampfungsleistung und/oder Kondensationsleistung des Produktdampfes reguliert wird.

Der Vakuumtrocknungsprozeß und der Gefriertrocknungsprozeß sind dadurch gekennzeichnet, daß der Trocknungsprozeß bei einem Druck durchgeführt wird, der geringer als der normale Luftdruck ist und daß sich deshalb die zu trocknenden Produkte während des Trocknungsprozesses in einer Vakuumkammer befinden.

Beim Vakuumtrocknen geht die in dem zu trocknenden Gut enthaltene Flüssigkeit aus dem flüssigen Zustand in den gasförmigen Zustand über.

Beim Gefriertrocknen geht die in dem zu trocknenden Gut enthaltene Flüssigkeit aus dem festen Zustand direkt in den gasförmigen Zustand über.

Zur Erzeugung und zur Erhaltung des erforderlichen Unterdrucks während des Trocknungsprozesses ist der Betrieb von Vakuumpumpen erforderlich.

Die Kapazität der bei der Gefriertrocknung oder Vakuumtrocknung eingesetzten Vakuumpumpen wird üblicherweise so gewählt, daß der gewünschte Unterdrück im gesamten zu evakuierenden Raum innerhalb weniger Minuten erreicht werden kann.

Sobald das Betriebsvakuum erreicht ist und die Kondensatoren den beim Trocknungsprozeß entstehenden Dampf kondensieren, laufen beim nicht kontinuierlichen Trocknungsprozeß die Vakuumpumpen praktisch leer, denn es brauchen nur die Inertgase abgesaugt werden, die durch Undichtheiten in die Trocknungskammer gelangen.

Beim kontinuierlichen Trocknungsprozeß ist während der Trocknung die erforderliche Pumpleistung etwas höher als beim nicht kontinuierlichen Trocknungsprozeß, weil zusätzlich auch die Schleusen für Produkt und gegebenenfalls Kondensatoreis laufend evakuiert werden müssen.

Trotzdem laufen bei Gefriertrocknungsvorrichtungen und Vakuumtrocknungsvorrichtungen üblicherweise die Vakuumpumpen bei voller Drehzahl weiter.

Das Patent AT 389387 B beschreibt ein Verfahren zum Vakuumtrocknen und Gefriertrocknen, bei dem die Vakuumpumpe während des Trocknungsvorganges nicht kontinuierlich im Betrieb ist.

Weil die Schleusen während der Trocknung laufend evakuiert werden müssen, ist dieses Verfahren nur bei nicht kontinuierlichen Prozessen anwendbar.

Die Absaugung aus der Trockenkammer erfolgt üblicherweise an einer Stelle, die sich aus der Strömungsrichtung des zu kondensierenden Dampfes betrachtet hinter dem Kondensator oder mitten im Kondensator befindet, weil sich dort die Inertgase kontinuierlich ansammeln.

Bekanntlich kann ein 1 %iger Anteil von Inertgasen die Kondensatorleistung schon um 50 % reduzieren.

Wenn gemäß Patentschrift AT 389387 B während der Trocknung die Vakuumpumpen abgeschaltet werden und sich die Inertgase ansammeln, kann das daraus resultierende Absinken der Kondensationsleistung ein Absenken der Verdampfungstemperatur des Kältemittels notwendig machen, um wieder die übliche Kondensationsleistung zu erbringen.

Ein Absenken der Verdampfungstemperatur des Kältemittels erhöht jedoch die Energiekosten der Kältemaschinen überproportional, die ohnehin schon ein Vielfaches der Energiekosten der Vakuumpumpen verursachen.

Es gibt auch Gefriertrocknungsvorrichtungen, bei denen das Betriebsvakuum in der Vakuumkammer durch Unterbrechung oder Querschnittsverengung der Verbindung zwischen Vakuumkammer und Vakuumpumpen geregelt wird. Selbst bei diesen Anlagen laufen die Vakuumpumpen bei voller Drehzahl weiter, anstatt die Drehzahl der Vakuumpumpen zu reduzieren.

Aufgabe der Vakuumpumpen ist es, die nicht kondensierbaren Gase zu entfernen, die den Wärmeaustausch zwischen entstehendem Dampf und Kondensationsflächen behindern. Deshalb empfiehlt es sich, bei Beginn eines Trocknungsprozesses erst den Druck in der Trockenkammer und etwaigen separaten Kondensatorräumen so weit zu reduzieren, wie dies durch die Vakuumpumpen möglich ist, noch bevor die Heizung eingeschaltet wird. Der dabei erreichte tiefstmögliche Druck liegt tiefer als der Betriebsdruck während der Trocknung. Deshalb beginnt auch das zu trocknende Gut beim Zuschalten der Heizung bei tieferer Temperatur zu sublimieren.

Durch den bei der Sublimation entstehenden Dampf steigt der Druck und damit auch die Temperatur des Dampfs bis zu jener Temperatur, bei der die gesamte Dampfmenge von den Kühl- 2

Claims

AT 410 136 B flächen kondensiert werden kann. Die Kühlleistung oder Kondensatorleistung ist proportional zum Produkt von Temperaturdifferenz der Kühlflächen zur Dampftemperatur mal Größe der Kühlflächen. Bei einer bestimmten Verdampfungsleistung und bestimmter Kühlfläche kann also die Betriebstemperatur über die Temperatur der Kühlflächen geregelt werden. Umgekehrt kann die Betriebstemperatur bei einer bestimmten Kondensatorleistung auch über die Verdampfungsleistung eingestellt werden. Wird die Betriebstemperatur über die Kühlflächentemperatur geregelt, dann kann die Heizleistung im optimalen Bereich konstant gehalten werden. Wird die Betriebstemperatur über die Verdampfungsleistung geregelt, dann kann die Kondensatortemperatur im optimalen Bereich konstant gehalten werden. Eine Regelung der Betriebstemperatur über die Drehzahl der Vakuumpumpen bzw. Unterbrechung oder Querschnittsverengung der Leitung zu den Vakuumpumpen ist unwirtschaftlich, da der bei der Trocknung entstehende Dampf kondensieren und nicht abgesaugt werden soll. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, dass nachdem die gewünschte Verdampfungstemperatur bei voller oder hoher Drehzahl der Vakuumpumpen erreicht wurde, die Drehzahl der Vakuumpumpen bis zu jener Drehzahl reduziert wird, bei der ein Druckanstieg des Betriebsdruckes in der Trockenkammer festgestellt werden kann, worauf die Drehzahl um einen bestimmten Faktor, z. B. 10 % der zuletzt erreichten Drehzahl erhöht wird, wobei der Betriebsdruck im Wesentlichen konstant gehalten wird. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass die Verdampfungstemperatur möglichst wenig beeinflusst wird. In einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens erfolgt eine Messung des Betriebsdruckes und eine elektronische Drehzahlregelung der Vakuumpumpen mit Hilfe eines Rechners. Der elektronische Rechner kann von einem elektronischen Speicher ergänzt werden und kann gleichzeitig die Funktion einer Steuereinrichtung für die gesamte Trocknungsvorrichtung erfüllen. Das erfindungsgemäße Verfahren kann während des Trocknungsprozesses in bestimmten Intervallen in der Weise wiederholt werden, sogar wenn im Verlauf eines Trocknungsprozesses unterschiedliche Verdampfungstemperaturen und Betriebsdrücke gewünscht werden, daß die Reduktion der Drehzahl nicht aus der vollen oder einer hohen Drehzahl heraus erfolgt, sondern aus der Drehzahl, die aus dem jeweils vorangegangenen Annäherungsverfahren resultiert hat. Im Fall von Trocknungsprozessen, bei denen im Verlauf eines Trocknungsvorgangs unterschiedliche Verdampfungstemperaturen gewünscht werden, können Aufzeichnungen über die notwendigen Drehzahlveränderungen in das Trocknungsprogramm integriert werden, sodaß das erfindungsgemäße Verfahren weniger häufig angewendet zu werden braucht. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Vakuumtrocknen und Gefriertrocknen von temperaturempfindlichen Gütern durch Steuerung von Vakuumpumpen, bei dem die gewünschte Verdampfungstemperatur und Betriebsdruck über die Verdampfungsleistung und/oder Kondensationsleistung des Produktdampfes reguliert wird, dadurch gekennzeichnet, daß nachdem die gewünschte Verdampfungstemperatur bei voller oder hoher Drehzahl der Vakuumpumpen erreicht wurde, die Drehzahl der Vakuumpumpen bis zu jener Drehzahl reduziert wird, bei der ein Druckanstieg des Betriebsdruckes in der Trockenkammer festgesteilt werden kann, worauf die Drehzahl um einen bestimmten Faktor, z. B. 10 % der zuletzt erreichten Drehzahl erhöht wird, wobei der Betriebsdruck im Wesentlichen konstant gehalten wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Patentanspruch 1, welche eine Meßeinrichtung zur Ermittlung des Betriebsdrucks in der Trockenkammer sowie eine elektronische Vorrichtung zur Veränderung der Drehzahl der Vakuumpumpen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung zur Ermittlung des Betriebsdrucks sowie die elektronische Vorrichtung zur Veränderung der Drehzahl der Vakuumpumpen mit einem elektronischen Rechner kommunizieren.
3 AT 410 136 B KEINE ZEICHNUNG 4