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Verfahren und Vorrichtung zur Gefriertrocknung Es ist bekannt. verschiedenes
Gut im Gefriertrocknungsverfahren in ein leicht transportierbares Trockenprodukt
zu überführen, das vorzügliche Lagerungseigenschaften besitzt und nach Wiederdurchfeuchtung
die Eigenschaften des ursprünglichen Frischmaterials in nahezu idealer Weise wiedergewinnt.
Nach diesem bekannten Verfahren werden beispielsweise biologisch wirksame Substanzen,
wie Antibiotika, Blutplasma oder Fermente. aber auch Nahrungsmittel getrocknet.
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Bisher wurde die Gefriertrocknung in zwei Verfahrenssehritten durchgeführt,
wobei das zu trocknende Gut zunächst außerhalb der Gefriertrocknungsanlage eingefroren
wird. Nachdem das eingefrorene Gut in einen Vakuumbehälter eingesetzt ist, welcher
eine tiefgekühlte Kondensationsfläche enthält, tritt bei Vakuum ein Absublimieren
des im Gut vorhandenen Eises ein, wobei dieser Trocknungsprozeß von den Außenflächen
des Gutes nach seinem Inneren hin fortschreitet. Dabei besteht zwischen dein schon
trockenen Gut und dein noch eishaltigen Kern eine scharfe Grenze. Bekannterweise
unterstützt man die Trocknung durch gleichzeitige Beheizung, wobei jedoch große
Sorgfalt darauf zu verwenden ist, daß weder die schon trockene Schicht noch die
noch eishaltige Zone im Gut unzulässig hohe Temperaturen annehmen. Man ist andererseits
bestrebt, dem Gut durch äußere Wärmezufuhr in möglichst kurzer Zeit so viel Wärmeenergie
wie möglich zuzuführen, da je Gramm absublimierten Wassers eine bestimmte Energiemenge
verbraucht wird und mit steigender Temperaturdifferenz zwischen der mit dem Vakuumbehälter
verbundenen Kondensationsfläche und dem Gut eine Beschleunigung des Sublimationsvorganges
auftritt.
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Trotz zahlreicher technischer Fortschritte erweist sich die Gefriertrocknung
noch immer als ein aufwendiges und zeitraubendes Verfahren, welches für verschiedene
Güter aus Kostengründen nicht anwendbar ist. Störend ist vor allem die lange Trocknungsdauer
von durchschnittlich 15 bis 48 Stunden je Charge.
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Die wichtigste Ursache für die lange Dauer der Gefriertrocknung liegt
in der Schwierigkeit, die zum Ausgleich des bei der Sublimation von Eis entstehenden
Wärmeverlustes dienende Wärmezufuhr an diejenigen Zonen des Gutes heranzubringen,
an denen jeweils die Sublimation erfolgt und an denen Wärme benötigt wird. Da die
Sublimationsoberfläche im Gut mit fortschreitender Trocknung nach innen wandert,
muß die Wärme, welche beispielsweise auf die Oberfläche des Gutes eingestrahlt wird,
durch die als geradezu hervorragenderWärmeisolator wirkende Schicht des bereit:
getrockneten Gutes hindurchgeleitet werden. Hierbei tritt notwendigerweise eine
beträchtliche Verzögerung des Wärmetransportes ein. Außerdem ist es unmöglich, Strahlungsflächen
mit höheren Temperaturen als beispielsweise 80 bis 100° C in die Nähe des Gutes
zu bringen, da durch die dauernde Wärmeeinwirkung auf die bereits getrockneten äußeren
Schichten eine Schädigung des Trockengutes, besonders bei empfindlichen Eiweißkörpern
od. dgl., eintritt.
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In anderen bekannten Anordnungen wird das Gut auf eine genau und gleichmäßig
zu temperierende Heizplatte gestellt und von seiner Unterseite her beheizt. Auch
hierbei ergeben sich hinsichtlich der Wärmeanwendung ungünstige Verhältnisse, da
ein Auftauen des gefrorenen Gutes unter allen Umständen vermieden werden muß. Bei
bestimmten Substanzen tritt ein solches Auftauen jedoch bereits bei Temperaturen
voll @ -20° C, j a sogar schon bei -30° C ein, so daß die Wärmezufuhr nur sehr vorsichtig
erfolgen kann, wodurch der Aufheizungsprozeß entscheidend beeinträchtigt wird.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren besteht darin, daß die
absublimierenden Wasserdämpfe durch die Schicht des getrockneten Gutes hindurchtreten
müssen. Hierdurch wird dem Absublimieren des Eises aus der noch eishaltigen Innenzone
ein ziemlich großer Diffusionswiderstand entgegengesetzt, der sich mit zunehmender
Dicke der getrockneten Schicht noch beträchtlich vergrößert.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gefriertrocknung, in dessen
Verlauf dein eingefrorenen zu trocknenden Gut von außen Wärme zugeführt wird, wobei
die Trocknung von den Außenflächen nach innen fortschreitet. Das Kennzeichnende
der Erfindung wird darin gesehen, daß während der Gefriertrocknung eine bereits
getrocknete Schicht oder Schichten des in Block-. Stangen- oder Kugelform eingefrorenen
Gutes von dem noch eishaltigen Teil en''fernt werden. Das Verfahren kann in der
Weise durchgeführt werden,
daß die gebildete "Trockenschicht kontinuierlich
oder intermittierend entfernt wird.
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Zur Entfernung der getrockneten Schicht sind verschiedene Möglichkeiten
gegeben, man kann beispielsweise diese Schicht fortlaufend durch rotierende Bürsten
abschaben oder durch Schüttelbewegungen der Unterlage zum Abfallen bringen.
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Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens kann so ausgebildet
:ein, daß innerhalb eine: Vakuumbehälters, in dein ein Druck von unterhalb 10-1
mm H-Z:, aufrechterhalten wird. eine bewegbare Haltevorrichtung für das stangenförmige
zu trocknende Gut vorgesehen ist, welche dieses gegen eine rotierende Bürste führt,
so daß die trockene Oberflächenschicht fortlaufend abgebürstet wird und schließlich
aus einem Auffangbehälter entnommen werden kann. Hierbei wird die Wärmezufuhr mit
Hilfe eines Wärmestrahlers, welcher beispielsweise die Form einer Scheibe besitzt,
so vorgenommen, daß sie an der jeweils erneuerten Stirnfläche des Gutes erfolgt.
Da das getrocknete Gut der Wärmeeinwirkung nur kurzzeitig ausgesetzt ist, sind höhere
Oherflächenteinperaturen als bisher möglich, und man kann einen Wärmestrahler höherer
Temperatur verwenden, bei dein die Strahlungsleistung entsprechend dem Potenzgesetz
wesentlich zunimmt. Bei einer Ausführungsform lag die Temperatur des Wärmestrahlers
oberhalb 120° C, vorzugsweise bei 400° C.
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Es ist erforderlich. die bewegbare Haltevorrichtung für das Gut mit
entsprechender Vorschubgeschwindigkeit gegen die Bürstenvorrichtung zu bewegen,
wobei diese Vorschubgeschwindigkeit entsprechend dem zu trocknenden Gut festgelegt
wird.
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Nach dem neuen Prinzip lassen sich auch kontinuierlich arbeitende
Gefriertrocknungsanlagen aufbauen, bei denen das Gut in gefrorener Form stangenförmig
laufend in den unter Vakuum stehenden Trocknungsraum eingeschoben wird.
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Man kann ferner das abgeschabte Gut bei Abschaben nach oben werfen,
so daß es in feiner Verteilung zu Boden fällt und während des Fallens eine zusätzliche
Trocknung erfolgt. Außerdem kann das Gut durch einen Drosselspalt in einen Raum
höheren Vakuums geleitet werden, in dem eine scharfe Endtrocknung stattfindet. Durch
diese Maßnahme ist es möglich, das Gut schon in noch nicht ganz getrocknetem Zustand
abzuschaben, wodurch die Gesamttrocknungszeit weiter verkürzt werden kann.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der neuen Anordnung schematisch
dargestellt.
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In einem Vakuumbehälter 1, welcher über eine Zuleitung 2 mit Hilfe
eines Pumpenaggregates 3 evakuiert werden kann, ist eine Haltevorrichtung 4 vorgesehen.
auf der das eingefrorene Gut 5 verschiebbar aufliegt.
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Unter dem Druck einer sich entspannenden Schraubenfeder 6 bewegt sich
das auf der Haltevorrichtung 4 liegende eisförmige Gut 5 gegen eine vierarmige rotierende
Bürste 7, welche durch einen Elektromotor S angetrieben werden kann. Gegenüber der
Stirnfläche des Gutes 5 befindet sich eine scheibenförmige Strahlungsheizquelle
9, mit deren Hilfe der Stirnfläche des Gutes 5 fortgesetzt Wärme zugeführt werden
kann.
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Über eine weitere Zuleitung 10 ist der Innenraum des Vakuumbehälters
1 mit einer Kondensationsfläche 11 verbindbar, welche in bekannter Weise etwa als
Verdampfer eines Kompressionskälteaggregates 12 ausgebildet ist. Die Zuleitungen
2 und 10 können durch Ventile 13, 14 abgesperrt werden. Zum Einsetzen des
Gutes, welches außerhalb der Apparatur eingefroren wird, ist das Oberteil des Vakuumbehälter:
1 abnehmbar.
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Das durch die rotierende Bürste 7 laufend entfernte Trockengut wird
in einem Auffangbehälter 15 gesainmelt. Der Strahlungsheizkörper 9 ist in bekatmter
Weise an eine Stromquelle angeschlossen.
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Nachdem das eingefrorene Gut 5 auf die Haltevorrichtung 4 aufgebracht
ist. evakuiert inan deit Vakuumbehälter 1 über die Zuleitungen 2, 10 hei geöffneten
Ventilen 13, 14 mit Hilfe des Pumpenaggregates 3, bis der für die Gefriertrocknung
erforderliche geringere Druckwert (etwa 10-1 mm Hg) erreicht ist. Über das geöffnete
Ventil 14 in der Zuleitung 10 steht der Innenraum des Vakuumbehälters 1 mit der
Kondensationsfläche 11 in Verbindung, und auf dieser Fläche schlägt sich das aus
dein Gut 5 absublimierte Wasser als Eis nieder. Durch die Strahlungsbeheizung der
Stirnfläche des Gutes 5 mit Hilfe des Wärmestrahlers 9 bildet sich an dieser Stirnfläche
fortlaufend eine neue Trockengutschicht, welche sogleich durch die rotierende Bürste?
abgebürstet wird und pulverförmig in den Auffangbehälter 15 fällt.
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Durch die Wirkung der Schraubenfeder 6 bewegt sich die Haltevorrichtung
4 und das auf ihr befestigte Gut 5 fortlaufend gegen die Arme der drehbaren Bürste
7, so daß der beschriebene Vorgang bis zur völligen Trocknung des gesamten Gutes
5 fortgesetzt wird.