Procédé de lyophilisation continu et appareil pour la mise en aeuvre du procédé La présente invention concerne un procédé de lyophilisation continu. En général, les pro cédés de lyophilisation sont discontinus ; on congèle la matière à traiter en une couche géné ralement assez fine et la lyophilisation se fait à partir de cette couche congelée microcristal- line. Il existe bien quelques appareils à bande transporteuse qui sèchent d'une façon continue des substances qui ne se trouvent pas dans l'état véritablement congelé.
Mais il ne s'agit pas d'une réelle lyophilisation et l'on doit crain dre que des concentrations salines locales ne dénaturent les produits biologiques traités. Or, si l'on veut arriver à une échelle de production véritablement industrielle et à un prix de re vient suffisamment bas, il faut nécessairement avoir recours à un procédé de lyophilisation continu. Le but de la présente invention est de fournir un tel procédé.
Dans le procédé selon l'invention, on broie finement, à très basse température, la masse microcristalline à lyophiliser préalablement congelée, on alimente d'une manière continue avec la poudre ainsi obtenue une ènceinte à basse pression dans laquelle on provoque la sublimation de la glace, on retire de cette en ceinte, d'une part, la matière lyophilisée et, d'autre part, la glace sublimée.
La présente invention comprend également un appareil pour la mise en oeuvre de ce pro- cédé, caractérisé en ce qu'il comprend un or gane congélateur, une raclette détachant la matière congelée, une trémie pour recueillir la matière ainsi détachée, un broyeur alimenté par la trémie, une enceinte à basse pression contenant au moins un réceptacle sur lequel arrive la matière broyée, ce réceptacle étant animé d'un mouvement provoquant une trans lation de la poudre, des moyens de chauffage pour provoquer la sublimation de la glace lors que la poudre se déplace dans l'enceinte selon ledit mouvement de translation,
un organe con- denseur sur lequel se condensent et se congè lent les vapeurs dues à la sublimation, un organe racleur pour détacher la glace de l'or gane condenseur, des écluses pour l'évacuation de la matière lyophilisée et de la glace détachée du condenseur, enfin des moyens pour mainte- nir le broyeur 'et l'organe condenseur à une température voisine de celle de l'organe congé lateur.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
La fig. 1 en est "une représentation sché matique en élévation. La fig. 2 est une vue de profil. L'appareil représenté comprend un cylin dre congélateur horizontal 1, tournant d'une façon- permanente avec un arbre 2. sur lequel il est monté. A l'intérieur de ce cylindre est disposé un serpentin réfrigérant alimenté par un compresseur et non représenté. Une nour rice 4 permet de distribuer uniformément le liquide à lyophiliser sur -toute la surface du cylindre. Ce cylindre étant maintenu à une température très basse, de - 500 C par exem ple, .le liquide qui s'écoulè lentement le long de ses parois se congèle.
Le long d'une géné ratrice du cylindre congélateur est appliquée une raclette 5 quia pour but de détacher de la paroi latérale du cylindre la couche micro cristalline qui s'y est formée par congélation rapide. La matière -détachée est conduite vers un broyeur à marteaux 7 ; celui-ci, ainsi que le cylindre congélateur 1, se trouve dans une enceinte 8 dans laquelle règne- un vide de l'ordre de 100 à 10 000 microns de mercure (gaz non condensables) et une température, sensiblement égale à celle du cylindre congé-' lateur 1.
La matière broyée passe à travers le crible 9 du broyeur 7, d'où elle alimente un premier réceptacle 10 formé par un plateau soumis à des vibrations de fréquence relativement élevée mais de faible amplitude autour de l'arbre horizontal 10a. Ce plateau est disposé dans une enceinte 11 dans laquelle une pompe 12 maintient une pression très faible de l'ordre de 10 à 100 microns de mercure (gaz non con- densables).
La position médiane du plateau 10 est légèrement inclinée de manière que la matière qu'il reçoit se déplace lentement de gauche à droite sans -se tasser, .pour tomber; au bout d'un certain temps, sur un second réceptacle 13, analogue nu réceptacle 10, mais situé à un niveau légèrement inférieur, puis sur un récep tacle 14.
La poudre primitivement congelée est portée graduellement à une température de - 200- à -I- 400 C, grâce à des moyens de chauffage non représentés, par exemple par rayonnement infrarouge à travers ou à partir des plateaux ou par chauffage direct de ceux- ci. La matière broyée arrive sur le plateau 10 à une température très basse, de -200 par exemple, et elle se réchauffe d'abord très len tement, puis progressivement, jusqu'au dernier réceptacle, ce qui assure son séchage optimal à tous stades de siccité.
La matière qui se trouve sur le dernier réceptacle est donc une poudre sèche : la matière lyophilisée. Celle-ci est reçue dans une écluse 15 d'où elle peut être soit recueillie à volonté, soit dirigée vers une machine de conditionnement.
Les vapeurs d'eau qui se dégagent de la matière par sublimation en cours de lyophili sation, viennent se condenser sur un conden sateur 3 porté à une température voisine de - 500 C et calé sur un arbre horizontal susceptible de tourner dans des paliers de l'en ceinte 11. Un organe de raclage 6, guidé dans les parois de l'enceinte 11, détache la couche congelée ainsi formée et amène la glace déta chée à l'extrémité du condenseur où elle tombe dans une écluse 16.
Lorsque l'organe de raclage est -arrivé à la- fin de sa course active, il est ramené à son point de départ qui est situé en dehors du volume balayé par la rotation du condenseur 3 afin que celui-ci puisse être tourné à 180o pour présenter sa face nettoyée aux réceptacles 10, 13 et 14.
Dans des variantes, les réceptacles 10, 13 et 14 pourraient être remplacés par une ou plu sieurs bandes transporteuses. Pour assurer le refroidissement du broyeur 7, on pourrait ajou ter à la matière congelée détachée par la ra clette 5, de la carbo-glace qui serait broyée dans le broyeur 7 en même temps que la ma tière à traiter. Bien entendu, dans -ce cas, entre le broyeur 7 et l'enceinte 11, il faudrait prévoir un organe pour le pompage -préliminaire de l'anhydride carbonique.
Le procédé selon l'invention est applicable à la lyophilisation à l'échelle industrielle de produits biologiques, non seulement des pro duits déjà classiquement lyophilisés comme le plasma ou le sérum humain, mais surtout des produits diététiques ou alimentaires de moindre valeur et devant être traités en grande quantité, produits tels. que. le lait, la bière, le café, les jus de fruits, les tisanes, etc.
Continuous Lyophilization Process and Apparatus for Carrying Out the Process The present invention relates to a continuous lyophilization process. In general, the lyophilization processes are discontinuous; the material to be treated is frozen in a generally fairly thin layer and lyophilization takes place from this frozen microcrystalline layer. There are quite a few conveyor belt machines which continuously dry substances which are not in the truly frozen state.
But this is not a real freeze-drying and one should fear that local salt concentrations do not denature the treated biological products. Now, if we want to arrive at a truly industrial production scale and at a sufficiently low cost price, we must necessarily have recourse to a continuous freeze-drying process. The aim of the present invention is to provide such a method.
In the process according to the invention, the microcrystalline mass to be freeze-dried beforehand is finely ground at very low temperature, a low-pressure chamber is fed continuously with the powder thus obtained, in which the sublimation of the substance is caused. ice, one removes from this enclosure, on the one hand, the lyophilized material and, on the other hand, the sublimated ice.
The present invention also comprises an apparatus for carrying out this process, characterized in that it comprises a freezer, a scraper detaching the frozen material, a hopper for collecting the material thus detached, a crusher fed by the hopper, a low-pressure enclosure containing at least one receptacle on which the crushed material arrives, this receptacle being driven by a movement causing translation of the powder, heating means for causing the sublimation of the ice when the powder moves in the chamber according to said translational movement,
a condenser unit on which the vapors due to sublimation condense and freeze, a scraper unit to detach the ice from the condenser unit, sluices for the evacuation of the lyophilized material and the ice detached from the condenser, and finally means for maintaining the mill 'and the condensing member at a temperature close to that of the freezing member.
The appended drawing represents, by way of example, an apparatus for carrying out the method according to the invention.
Fig. 1 is a diagrammatic elevation view thereof. Fig. 2 is a side view. The apparatus shown comprises a horizontal freezer cylinder 1, permanently rotating with a shaft 2. on which it is mounted. . Inside this cylinder is disposed a refrigerant coil supplied by a compressor and not shown. A feeder 4 enables the liquid to be freeze-dried to be uniformly distributed over the entire surface of the cylinder. This cylinder being kept at a very low temperature , from - 500 C for example, the liquid which flows slowly along its walls freezes.
Along a generator of the freezing cylinder is applied a squeegee 5 which aims to detach from the side wall of the cylinder the microcrystalline layer which is formed there by rapid freezing. The loose material is conveyed to a hammer mill 7; this, as well as the freezer cylinder 1, is located in an enclosure 8 in which a vacuum of the order of 100 to 10,000 microns of mercury (non-condensable gases) and a temperature, substantially equal to that of the cylinder, prevails. freezer 1.
The ground material passes through the screen 9 of the crusher 7, from where it feeds a first receptacle 10 formed by a plate subjected to vibrations of relatively high frequency but of low amplitude around the horizontal shaft 10a. This plate is placed in an enclosure 11 in which a pump 12 maintains a very low pressure of the order of 10 to 100 microns of mercury (non-condensing gases).
The middle position of the plate 10 is slightly inclined so that the material which it receives moves slowly from left to right without settling,. To fall; after a certain time, on a second receptacle 13, analogous to the receptacle 10, but located at a slightly lower level, then on a tackle receptacle 14.
The initially frozen powder is gradually brought to a temperature of -200- to -I- 400 C, by means of heating means not shown, for example by infrared radiation through or from the trays or by direct heating thereof. . The ground material arrives on the tray 10 at a very low temperature, of -200 for example, and it heats up very slowly at first, then gradually, up to the last receptacle, which ensures its optimal drying at all stages of the process. dryness.
The material which is on the last receptacle is therefore a dry powder: the lyophilized material. This is received in a lock 15 from where it can either be collected at will, or directed to a packaging machine.
The water vapors which emerge from the material by sublimation during lyophilization, condense on a condenser 3 brought to a temperature close to - 500 C and wedged on a horizontal shaft capable of rotating in bearings of l 'in enclosure 11. A scraping member 6, guided in the walls of enclosure 11, detaches the frozen layer thus formed and brings the detached ice to the end of the condenser where it falls into a sluice 16.
When the scraping member has arrived at the end of its active stroke, it is returned to its starting point which is located outside the volume swept by the rotation of the condenser 3 so that it can be rotated 180o to present its cleaned face to the receptacles 10, 13 and 14.
In variants, the receptacles 10, 13 and 14 could be replaced by one or more conveyor belts. To ensure the cooling of the crusher 7, one could add to the frozen material detached by the blade 5, carbo-ice which would be crushed in the crusher 7 at the same time as the material to be treated. Of course, in this case, between the crusher 7 and the enclosure 11, it would be necessary to provide a device for the preliminary pumping of the carbon dioxide.
The process according to the invention is applicable to the freeze-drying on an industrial scale of biological products, not only products which are already conventionally freeze-dried such as plasma or human serum, but above all dietetic or food products of less value and which must be treated. in large quantities, such products. than. milk, beer, coffee, fruit juices, herbal teas, etc.