DE1629030A1

DE1629030A1 - Verfahren und Geraet zum kontinuierlichen Trocknen

Info

Publication number: DE1629030A1
Application number: DE1965P0036762
Authority: DE
Inventors: Fuentevilla Manuel Edward
Original assignee: Pennsalt Chemical Corp
Current assignee: Pennwalt Corp
Priority date: 1964-05-13
Filing date: 1965-05-11
Publication date: 1971-04-29
Also published as: DK130696C; NL6506143A; DE1629030B2; DK130696B; US3264747A; BE663514A; DE1629030C3; ES312836A1; SE302927B; GB1093449A; CH443152A

Description

Pennsalt Chemicals Corporation,

Three Penn Center Plaza, Philadelphia 2,

Pennsylvania, U.S.A.

Verfahren und Gerät zum kontinuierlichen Trocknen.

USA-Priorität vom I3. Mai 1964 aus der USA-Patentanemdlung Nr. 366 964.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät und Verfahren zum Trocknen wasserhaltiger, körniger Feststoffe. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Gerät und Verfahren zum kontinuierlichen Trocknen von wasserhaltigen körnigen Feststoffen durch die sog. "Gefriertrocknungs-" und"Vakuumtrocknungs-^fl Verfahren.

Wie den Fachleuten bestens bekannt ist, ist "Gefriertrocknung" das Verfahren, gefrorene wasserhaltige Materialien in eine Vakuumatmosphäre und gesteuerte hohe Temperaturen während eines Zeitraumes einzubringen,

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der genügt, um die Feuchtigkeit in dem gefrorenen Material zu sublimieren. Im Gegensatz dazu ist "Vakuumtrocknen" das Verfahren, wässerige Materialien einem verringerten Druck und einer Temperatur über Zimmertemperatur auszusetzen.

Bisher war es in der Technik des Gefriertroeknens von wasserhaltigen Materialien üblich, das wasserhaltige Material trocken zu gefrieren, während es sich in statischer Stellung befindet. Das heißt, Gefriertrocknungsgeräte wurden geschaffen und Horden oder Behälter mit dem zu trocknenden Erzeugnis oder Material wurden in ein Gehäuse eingebracht. Bei Beendigung des Gefriertrocknungsprozesses wurden die Horden oder Behälter herausgenommen und neue Horden oder.Behälter in das Gerät eingebrachte Derartige Geräte weisen verschiedene Nachteile auf.

Das Gefriertrocknen von Material in statischer Stellung erfordert ein übermäßiges Transportieren des Materials. Das Gerät muß von Zeit zu Zeit geöffnet werden, um die Horden oder Behälter zu entnehmen. Das erfordert, daß das Gerät jedesmal vollständig wieder auf Unterdruck gebracht werden muß, nachdem neues Material eingebracht worden ist, mit einem entsprechenden Verlust an Zeit und mit zusätzlichen Kosten. Ein weiterer Nachteil der Geräte nach der früheren Technik besteht im überhitzen desjenigen Teiles des Materials, der dem

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Heizgerät am nächsten liegt, was zu einem "Rösten" der äußeren Oberfläche führt. Ein weiterer Nachteil ist, daß bei den Verfahren und Geräten nach der früheren Technik die Trocknungsgeschwindigkeit nicht über einen gegebenen Punkt hinaus erhöht werden kann, ohne daß das zu trocknende Material überhitzt wird. Ähnliche Nächteile ergeben sich beim Vakuumtrocknen.

Weiterhin wurden kontinuierliche Trockenverfahren vorgeschlagen. Beispielsweise wurden Gefriertrocknungsverfahren vorgesehlagen, bei denen das zu trocknende Material vorgefroren und dann im gefrorenen Zustand zerkleinert und durch eine Vakuumschleuse in eine Vakuumkammer eingebracht wird, in der das gefrorene zerkleinerte Material auf erhitzte geneigte flache Horden gebracht wird, die vibriert werden, so daß das Material über die Oberfläche der Horden abwärts wandert. Das getrocknete Material fällt von der untersten Kante der Horde ab und wird durch eine zweite Vakuumschleuse abgegeben.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Gerät und Verfahren zum Durchführen eines kontinuierlichen Vakuumtrocknungs- und Gefriertrocknungsverfahren. Gemäß der Erfindung weist das kontinuierliche Trocknungsgerät eine Vakuumkammer auf, mindestens eine Materialträgerhorde innerhalb der genannten Kammer, eine erste Vakuumsehleusenelnrichtung an einem Ende

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der Kammer, wodurch das zu trocknende Material einem Ende der Materialträgerhorde zugeführt werden kann, einen Vibratormechanismus, um die Materialträgerhorde zu vibrieren, um das ihr zugeführte Material zu veranlassen, sich entlang der Horde zu bewegen, eine Einrichtung zum "Erhitzen der Materialträgerhorde, während das Material sich auf ihr entlang bewegt, und eine zweite Vakuumschleuseneinrichtung am anderen Ende der genannten Kammer, um das Material aufzunehmen, das vom anderen Ende der Materialträgerhorde abgegeben wird und wodurch das getrocknete Material von der Vakuumkammer abgegeben werden kann, wobei die Materialträgerhorde eine Vielzahl paralleler benachbarter Kanäle aufweist, entlang denen das zu trocknende Material in einer Vielzahl von getrennten parallelen Strömen verläuft.

Das Verfahren und Gerät nach der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden, um eine große Vielzahl von wasserenthaltenden festen Materialien zu trocknen, aber sie sind besonders nützlich für die Gefriertrocknung von Lebensmitteln, biologischem Material und Pharmazeutika, beispielsweise' Kaffee Milch, Blut und Nahrungsmittelextrakten, Der Vorteil des Gefrier-. trocknens, daß es gestattet, die Erzeugnisse zeitlich fast unbegrenzt ohne Kühlung aufzubewahren, Nahrungsmittelerzeugnisse, die auf diese Art und Weise behandelt

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wurden, zeigten im wesentlichen keine Beeinträchtigung oder keinen Verlust ihres Geschmacks, Vitamingehalts oder ihrer Qualität. ,

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellten" Ausführungsbeispiels.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine Form eines Gerätes zum Ausführen eines Gefriertrocknungsverfahrens

in Übereinstimmung mit der Erfindung, Fig. 2 ist eine Schnittansicht des Gerätes nach Fig. 1,

entlang der Linie 2-2,
Fig. 3 ist eine teilweise perspektivische Ansicht

einer Materialträgerhorde,
Fig. 4 ist eine Schnittansicht des Gerätes nach Fig. 2,

entlang der Linie 4-4,
Fig. 5 ist eine schematische Diagrammdarstellung, die den Steuerkreis des Gefriertrocknungsgerätes

nach Flg. 1 bis 4 zeigt, und Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die einen Teil eines Gefriertrocknungsverfahrens nach der Erfindung mit früheren Gefriertrocknungsverfahren vergleicht.

In den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile bezeichnen, ist in Fig. 1 bis J ein kontinuierliches Gefriertrocknungsgerät 10 gezeigt*.

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Das Gefriertrocknungsgerät 10 weist ein L-förmiges Gehäuse 12 mit einem Endgehäuse 14 und einem Hauptgehäuse 16 auf. Wie gezeigt, sind das Endgehäuse 14 und das Haupt gehäuse 16 in offener Verbindung miteinander verbunden. Das Endgehäuse 14 ist hermetisch · am Haupt gehäuse 16 mit Hilfe von Flanschen 18 und angeschlossen, die durch Befestigungseinrichtungen zusammengehalten werden, wie etwa die Bolzen 26-32. W Eine Dichtung 24 erstreckt sich, um den Umfang des Gehäuses 14 und 16 zwischen den Flanschen 18 und 20, um sicherzustellen, daß eine hermetische Dichtung erzielt wird.

Ein Trichter 34 ist verstellbar in dem Endgehäuse über einem Paar Materialträgerhorden 36 und 38 angeordnet. Wie gezeigt, ist der Trichter 34 mit einem Paar Auslässen 48 und 50 versehen, die über den Materialträgerhorden 36 und 38 in einem gewissen Abstand stehen, um darauf Wassep-enthaltendes gekörntes festes Material, abzugegeben, das in den Trichter J% eingeschüttet werden kann. Stangen 40, 42 und 44 tragen den Trichter 34 verstellbar. Wie gezeigt, ist die Stange 40 an dem Ansatz 46 angesehraubt, der sich an der Seite des Trichters 34 befindet. Die Stangen und 44 sind in gleicher Art und Weise am Trichter befestigt.

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Die Stangen 40-44 erstrecken sich durch die Bodenwandung 52 im Endgehäuse 14 und sind an einer Platte angeschraubt oder in anderer Art und Weise befestigt. Eine Dichtung 56 ist um jede Stange 40-44 herum angeordnet, um sicherzustellen, daß das Endgehäuse 14 hermetisch abgedichtet bleibt. Ein Schraubbolzen 58 erstreckt sich durch die Platte 54 und greift mit Gewinde in die Bbdenwandung 52 ein. Eine verstellbare Mutter 60 ist auf den Bolzen 58 aufgeschraubt und trägt die Platte 54. Durch Verstellen der Stellung der Mutter 6O auf dem Bolzen 58 wird die Platte 54 von der Bodenwandung 52 weg oder näher an sie heran bewegt. Auf diese Art und Weise führt die Verstellung der Platte 54 zur Verstellung der senkrechten Stellung des Trichters 34 über den Materialträgerhorden 36 und

Eine Vakuumschleuse 62 ist über dem Endgehäuse 14 angebracht. Der Deckel 64 mit dem Handgriff 66 daran ist schwenkbar an der Oberseite der Schleuse 62 mit Hilfe eines Scharniers 68 angebracht. Die Verriegelungsklinke 70 ist vorgesehen, um den Deckel 64 in hennetisch abdichtendem Verhältnis mit der Schleuse zu halten. Ein Auslaß 69, der mit einer (nicht gezeigten) Vakuumpumpe verbunden ist, ist in der Schleuse 62 vorgesehen. Mit Hilfe einer Vakuumpumpe und eines Auslaßstutzens 69 kann die Schleuse 62 luftleer gemacht werden.

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Eine Kühlkammer 76 ist innerhalb der Schleuse 62 angeordnet. Die Einrichtung zum Halten der Kühlkammer besteht aus einem Paar Träger, die an der Wand der Schleuse 62 befestigt sind und einem Flansch 78 aus einem Stück mit der Kühlkammer 76, der auf Trägern 72 und 74 ruht. Innerhalb der Kammer 76 wird mit Hilfe einer Kühlschlange, durch die ein Kühlmittel gepumpt wird, eine niedrige Temperatur aufrechterhalten. Die ™ Kühlmittelpumpeinrichtung ist nicht gezeigt.

Der Zweck der Kühlkammer J6 ist, das zu trocknende Material in gefrorenem Zustand zu halten, bevor es in das Gehäuse 12 eingebracht wird. Das zu trocknende Material wird in die Kühlkammer 76 in gefrorenem Zustand eingebracht durch Öffnen des Deckels 64 und Einführen des Materials durch die Oberseite der Vakuumschleuse 62. Eine Bodentür 81 ist schwenkbar an der % Kammer 76 mit Hilfe eines Scharniers 83 befestigt. Wenn die Bodentür 81 offen ist, fällt in der Kammer gehaltenes Material in den Trichter j54.

Die Vakuumschleuse 62 ist vom Endgehäuse 14 mit Hilfe eines Gleitventils 82 isoliert. Wie gezeigt, besteht das GIeitventil 82 aus einem Ventilkasten mit einer Oberwandung 84, Bodenwandung 86 und (nicht gezeigten) Seitenwandungen. Ein Gleitmechanismus 88 bewegt sich in den Ventilkasten hinein oder aus ihm heraus in

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hermetisch abdichtendem Angriff mit der Oberwandung und der Unterwandung 86. Wenn der Gleitmechanismus sich in seiner äußersten Stellung befindet, richtet er eine öffnung 90 mit der Vakuumschleuse 62 und dem Endgehäuse 14 aus, und gestattet so der Schleuse und dem Gehäuse 14 offen miteinander in Verbindung zu kommen. In seiner inneren Stellung (in gestrichelten Linien gezeigt) isoliert der Gleitmechanismus 88

abdichtend das Gehäjise 14 von der Schleuse 62. Die Λ

Abdichtungen 92 und 94 stellen sicher, daß das Endgehäuse 14 und die Vakuumschleuse 62 hermetisch abgedichtet bleiben.

Im Betrieb wird das Gehäuse 12 mit Hilfe einer (nicht gezeigten) Pumpe luftleer gemacht, die mit dem Auslaßstutzen 96 verbunden ist. Dies geschieht mit dem Gleitmechanismus 88 in seiner inneren oder geschlossenen Stellung. Der Deckel 64 wird dann geöffnet und gefrorenes Material, vorzugsweise in Krümel- oder Korn-Form wird in die Kühlkammer 76 eingebracht. Der Deckel 64 wird dann geschlossen und mit Hilfe der Verriegelungsklinke 70 abgedichtet. Die Vakuumschleuse 62 wird durch den Stutzen 69 luftleer gemacht, bis sie sich auf einem Druck befindet, der gleich dem im Gehäuse 12 ist. Der Druck in der Vakuumschleuse 62 kann genau gleich dem im Gehäuse 12 gemacht werden durch öffnen des Ventils 98 in der Ausgleichsleitung 100.

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Nachdem der Druck in der Vakuumschleuse 62 dem Druck im Gehäuse 12 gleichgemacht worden ist, wird der Gleitmechanismus 88 in seine äußere oder offene Stellung bewegt, die Bodentüre 81 ist offen und zu trocknendes Material wird in den Trichter

geschüttet. Die Bodentür 81 kann dann geschlossen, der Glei«fe- nechanismus 88 in seine geschlossene Stellung bewegt, der Deckel 64 geöffnet und eine neue Charge fc zu trocknenden Materials in die Kühlkammer J6 ein-

. gebracht werden. Es ist darauf hinzuweisen, daß'durch Verwendung des vorliegenden Schleusensystems zum Einführen zu trocknenden Materials in das Gehäuse 12 es nur notwendig ist, eine Schleuse 62 jedesmal unter Unterdruck zu setzen, wenn eine neue Charge von Material erforderlich ist. Diese Schleuse 62 hat ein viel kleineres Volumen als das Gehäuse 12 und es ist wesentlich weniger Zeit notwendig, um sie luftleer zu machen. Es ist auch darauf hinzuweisen, daß durch Verwendung der hier beschriebenen Schleuseneinrichtung der Trichter y\ gefüllt gehalten werden kann. Es ist

wünschenswert, das Niveau des Materials in den Trichter ~$K über einem vorherbestimmten Punkt zu halten. Dies kann geschehen durch einen Niveauschalter im Trichter J4, der ein hörbares oder sichtbares Signal betätigen kann oder sogar automatisch den gesamten Schleusenzufuhrmechanismus steuern kann. So wird Material ununterbrochen den Materialträgerhorden 36 und 38 zugeführt.

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Beobachtungsfenster 102 und 104 sind im Endgehäuse 14 und Hauptgehäuse 16 vorgesehen. In gleicher Weise ist ein großes Beobachtungsfenster 106 am Ende des Hauptgehäuses 16 vorgesehen. Mit Hilfe der Beobachtungsfenster 102, 104 und 106 kann das Trocknungsverfahren beobachtet werden und, falls notwendig, können Verstellungen vorgenommen werden.

Das wasserenthaltende zu trocknende Material wird von dem Trichter 34 auf den Materialtrocknungshorden 36 und 38 abgelagert. Wie am besten in Fig. 2 und 4 gezeigt, bestehen die Materialträger 36 und 38 aus länglichen Materialträgerhorden, die sich aus einer Stellung mit einem Ende unter dem Trichter 34 in eine Stellung mit dem anderen Ende über einem Abgabetrichter 108 erstrecken. Die Materialträgerhorde 36 ist auf einem Paar Vibratoren 110 und 112 montiert', die mit Hilfe von Trägern 111 und II3 gehalten werden, die von einer Seitenwandung des Gehäuses 12 abwärts ragen. Der Materialträger 38 ist starr über dem Materialträger mit Hilfe von Verstrebungen 116, II8 und 120 befestigt. Wenn so die Vibratoren 110 und 112 den Materialträger vibrieren, wird auch der Materialträger 38 mit vibriert.

Wie am besten in Fig. 3 gezeigt^ weist der Materialträger 36, der ähnlich dem Materialträger 38 ist, eine Bodenplatte 122 auf, euf der eine Vielzahl senkrechter

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Teile 124 und ein Paar Seitenwandungen 125 angeordnet sind. Die Bodenplatte 122 zusammen mit einem senkrechten Teil 124 und den Seitenwandungen 125 schaffen den Materialträger mit einer Vielzahl von Kanälen. Wie in Fig. 4 gezeigt, erstrecken sich die senkrechten. Teile 124 nicht über die gesamte Länge der Materialträger 36 und 38. Sie erstrecken sich vielmehr nur so weit wie die äußere Peripherie der Oberseite des Trichters j54„ Das gestattet es, dem Material, sich gleichmäßig über die Breite der Materialträger 36 und 38 zu verteilen, bevor es in dem kanalförmigen Querschnitt vibriert wird.

Die Materialträger 36 und 38 bestehen aus wärmeleitendem Metall wie etwa stranggepreßtem Aluminium. Falls jedoch erwünscht, kann ein Endteil I30 des genannten Trägers in der Nähe des Abgabetrichters IO8 aus einem elektrisch nicht-leitenden Material hergestellt sein, wie es etwa unter dem Handelsnamen "Plexi-Glas" erhältlich ist_o Das Erhitzen des Metallteiles der Materialträger 36 und 38 wird durch eine Anzahl von Möglichkeiten ermöglicht. Insbesondere wird die Bodenplatte 122 mit Hilfe einer Heizeinrichtung 126 geheizt, die aus elektrischem Widerstandsmaterial besteht, durch das elektrischer Strom geleitet wird. Senkrechte Bauteile 124 werden durch Leiten von der Bodenplatte 122 erhitzt. In dieser Art und Weise wird wasseriges Material, das auf den Trägern 3^ und 38

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liegt, sowohl durch Strahlungshitzeenergie erhitzt, die vom Träger kommt, als auch durch übergeleitete Hitzeenergie, wo das Material mit dem Träger in direkter Berührung steht. Die senkrechten Teile 124 dienen dazu, die Warme gleichmäßig auf alle Oberflächen des Materials zu verteilen.

Ein wahlweises Verfahren zum Erhitzen des Materials ist, Röhren in der Bodenplatte 122 einzulassen und heißes Wasser hindurchzuleiten und / oder eine Hitzeoberfläche zu schaffen, die über den Trägern 36 und montiert ist und Hitze abwärts auf das Material abstrahlt.

Die Vibratoren 110 und 112 werden von einem Wechselstrom von der Wechselstromquelle 128 erregt. Vibrations· wandler dieser Art sind bekannt. Eine solche Vorrichtung, die sich zur Verwendung mit dem Trocknungsgerät nach der vorliegenden Erfindung eignet, ist der Syntron-Vibrator. Der Syntron-Vibrator ist einer von der Art, der sich schnell in einer Richtung bewegt .und sich dann wesentlich langsamer in der entgegengesetzten Richtung zurückzieht, so daß er dem Körper, den er vibriert, eine stoßartige Bewegung verleiht. Die Vibratoren 110 und 112 vibrieren die Materialträger und 38 in einer Richtung parallel zu ihrer Längsachse. Dies bewegt das getrocknete Material und veranlaßt es, aus der Stellung, wo der Trichter es auf die

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Träger 36 und 38 abgibt, zu dem entgegengesetzten Ende zu laufen, wo das Material in den Abgabetrichter fällt. Es ist auch darauf hinzuweisen, daß die Vibratoren. 110 und 112 auchvon der Art sein können, die eine gleichmäßige Vibrationswirkung auf die Träger 36 und 38 zur Einwirkung bringt. Wenn eine gleichmäßige Vibrationswirkung verwendet wird, dann _ ist eine abwärts gerichtete Neigung wie etwa die in Fig. 2 gezeigte eine Ausrichtung, die für die Träger und 38 vorgesehen werden kann.

Es ist klar, daß andere Arten von Vibratoren, wie etwa mechanische oder pneumatische Arten, verwendet werden können«, Die Bewegung, die von den Vibratoren auf die Materialträger und Erzeugnisse übertragen wird, kann auch gleichzeitig eine gleichmäßige Vibrationswirkung und Vorwärtstransportbewegung ver-" mitteln, indem die primäre Richtung oder Achse verändert wird, auf die der Vibrator einwirkt, worin ein Vektor der Vibrationskraft in rechten Winkeln zur Transportrichtung gerichtet ist.

Wie oben angegeben, kann ein Endteil 13Q und 132 eines jeden der Materialträger 36 und 38 aus einem elektrisch nicht-leitenden Material hergestellt sein. Auf jeder Seite befinden sich in einem Abstand von den Endteilen I30 und I32 Strahlungsplatten 1^, 136, 138 und 1^0, die die Elektroden eines Paares von

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Mikrowellengeneratoren bilden. Die Mikrowellen, die dadurch erzeugt werden, haben die Eigenschaft, in das zu erhitzende Material einzudringen und bewirken, daß die gefrorenen Teilchen im Mittelpunkt des Materials sich sublimieren, ohne daß der Teil des Materials erhitzt wird, aus dem das Eis bereits sublimiert worden ist.

Die Verwendung von Mikrowellengeneratoren ist nicht unbedingt für die vorliegende Erfindung notwendig, aber sie führen zu Vorteilen und zunutzen der im einzelnen nachstehend erläutert wird.

Neben dem Ende der Materialträger ~*>6 und j58 befinden sich zwei Paare von Kapazitanzplatten 142, 144 und 146, 148. Diese Kapazitamrplatten bilden einen Teil einer Feuchtigkeitsfühlvorrichtung. Wie in Fig. 5 gezeigt, sind die Platten 142 und 144 mit einer Wechselstromquelle I50 durch eine Steuerungsvorrichtung verbunden. Die Kapazitanzplatten 142 und 148 zusammen mit einem nicht-leitenden Endteil 1^0 des Trägers und dem darauf befindlichen Material bilden einen elektrischen Kondensator. Der Endteil I30 und das darauf befindliche Material sind ein Teil des Kondensator-Dielektrikums.

Wie allgemein bekannt ist, bestimmt die dielektrische Konstante eines Kondensators die Kapazitanz desselben

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und die Kapazitanz ihrerseits bestimmt die kapazitive Reaktanz eines Wechselstromkreises. Unter Verwendung dieses Prinzips wird es möglich, den Feuchtigkeitsgehalt des Materials zu messen. Das heißt, wenn alle anderen Parameter im Stromkreis konstant gehalten werden und der Feuchtigkeitsgehalt des Materials von einem vorher festgesetzten Wert oder null weg schwankt, beeinflußt dieser Feuchtigkeitsgehalt meßbar den dielektrischen Wert des Kondensators. Das wird wiederum durch eine Veränderung in der kapazitiven Reaktanz des Stromkreises angezeigt, die entweder als

Veränderung im Wert des Wechselstromes oder eine Veränderung im Spannungsabfall gemessen werden kann. Das Meßgerät 154 in Fig. 5 ist so geeicht, daß es den Feuchtigkeitsgehalt des Materials anzeigt, nachdem es getrocknet worden ist.

Wie oben angegeben, ist eine Steuerungsvorrichtung in dem Meßstromkreis eingebaut. Die Steuerungsvorrichtung 152 ist auch mit einem Schalter I56 verbunden, der ein Relais oder eine ähnliche Vorrichtung sein kann. Die.Steuerungsvorrichtung I52 ist so beschaffen, daß sie zwei Funktionen ausführen kann. Zunächst ist sie eine Zeiteinstellvorrichtung, um periodisch.den Schalter I56 zu betätigen und so den elektrischen Stromkreis zu den Vibratoren 110 und 112 zu schließen. Zweitens spricht er auf Veränderungen im Feuchtigkeitsgehalt des Materials an, wie durch

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Veränderungen in der Reaktanz des Kondensators gemessen.

Im Betrieb, wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Materials, das zwischen den Kondensatorplattezn 142-148 hindurch läuft, innerhalb eines vorgeschriebenen Bereiches liegt, betätigt die Steuerungsvorrichtung 152 lediglich periodisch die Vibratoren 110 und 112, um zu bewirken, daß das Material entlang Trägern 36 und ^8 mit einer Geschwindigkeit transportiert wird, die genügt, um den vorgeschriebenen Feuchtigkeitsgehalt zu erzielen. Beispielsweise können die Vibratoren 110 und 112 alle J50 Sekunden 10 Sekunden lang angeschaltet werden. Sollte jedoch der Feuchtigkeitsgehalt des Materials über den vorgeschriebenen Bereich steigen oder unter ihn fallen, wie durch Veränderungen in der kapazitiven Reaktanz des Meßstromkreises angezeigt, dann erhöhen oder verringern die Steuerungsvorrichtungen 152 die periodische Zahl, mit der die Vibratoren 110 und 112 an oder abgeschaltet werden oder sie verändern die Intensität der Vibration.

Nachdem das Material getrocknet worden ist, fällt es von den Materialträgern 36 und 38 in den Abgabetrichter 108, Wenn der Trichter genügend gefüllt ist, was durch das Fenster 106 beobachtet werden kann, wird das Ventil 158 geöffnet, indem der Gleitrnechanismus I60 aus der gestrichelt in Fig. 2 gezeigten stellung in die in vollen Linien gezeigte Stellung

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verschoben wird. Danach wird die Bodentüre 162 in den Trichter 108 geöffnet und das Material wird in ,eine Vakuumschleuse fallengelassen, die vorher luftleer gemacht worden ist. Das Ventil I58 braucht nicht im einzelnen beschrieben .zu werden, da es gleich dem Ventil 82 ist. Das Gleiche trifft für eine ¥akuumschleuse 164 zu, mit der Ausnahme, daß sie keine Kühlkammer enthält/

Das Trocknungsgerät 10 wird wie folgt verwendet:

Das Trocknungsgerät kann als Vakuumtroeknungsgerät oder als Gefriertrocknüngsgerät verwendet werden. Zu Zwecken der Illustration richtet sieh die nachstehende Beschreibung auf die Verwendung des irocknungsgerätes für Gefriertrocknungsmaterial» Material, das durch. Gefriertrocknung getrocknet werden soll, befindet sich vorzugsweise in gepulverter oder gekörnter Form und in gefrorenem Zustand. In diesem gefrorenen Zustand wird das durch Gefriertrocknung zu behandelnde Material in die Vakuumschleuse 62 eingebracht, wo es in seinem gefrorenem Zustand durch die Kühlkammer J6 gehalten wird, Von hier wird das Material auf die Materialträger 36 und J58 durch das bereits erläuterte Verfahren gebracht. Wenn das Gefriertrocknungsverfahren beginnt* befinden sich die Gleitmechanismen 88 und I60 in ihren gestrichelten Stellungen, obwohl dies nicht notwendig

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ist, wenn die Vakuumschleuse 62 und 164 sich auf dem gleichen Druck befinden wie das Gehäuse 12.

Wenn das Gehäuse 12 auf den richtigen niedrigen Druck luftleer gemacht Ist, wird eine Steuerungsvorrichtung betätigt, um die Heizeinrichtung 126 zu veranlassen, die MaVerialträger 36 und 38 zu erhitzen. Die Materialträger 36 und 38 beginnen,;Hitze in die Kanalberelehe abzustrahlen. Die Vibratoren 110 und 112 werden betätigt und das Material beginnt> sich aus seiner Stellung unter dem Trichter 54 auf den Trichter 108 zu zu bewegen. Wie oben angegeben, arbeiten die Vibratoren 110 und 112 eher periodisch als kontinuierlich. Der Zeitraum des Betriebes wird so eingestellt, daß das durch Gefriertrocknung zu behandelnde Material einem verringerten Druck in einer erhöhten Temperatur während eines gesteuerten Zeitraumes ausgesetzt wird* Der tatsächliche Zeitraum kann von jedem Techniker bestimmt werden. Das Material I

wird durch die Kanäle In den Materialträgern 36 und gerüttelt und als Ergebnis des verringerten Druckes und der erhöhten Temperatur wird das Eis In dem gefrorenen Material subllmlert. Die sich ergebende Feuchtigkeit wird, aus dem Gehäuse 12 durch den Auslaßstutzen 96 abgesaugt, wonach ein Kondensieren durch einen (nicht gezeigten) Kondensator erfolgt.

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Die Vibration der Materialträger 36 und 38 führt eine andere Funktion aus als die, das Material zu veranlassen, sich entlang diesen Trägern zu bewegen. Die Vibration der Träger 36 und 38 hat auch eine Rührwirkung auf das Material. Der Vorteil davon ist, daß jedes Teilchen des Materials in Berührung mit den erhitzten Oberflächen der Träger kommt,, um so die Wärmübertragungsmerkmale zu verbessern« Ein zusätzlicher Vorteil liegt darin, daß jedes Teilchen im Durchschnitt in Berührung mit der gleichen Heizoberfläche kommt. Daher ergibt sich eine gute Gleichmäßigkeit der Erhitzung und kein Teilchen wird einem "Rösten" ausgesetzt, das eines der Probleme bei statischen Gefriertrocknungsgeräten ist.

Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung der Vibrationswirkung liegt darin, daß sie zu einer Verringerung der Zeit führt, die erforderlich ist, um eine gewisse Menge an Material zu trocknen. Dies wird am- besten unter Hinweis auf Fig. 6 gezeigt, worin ein Teil des Trocknungszyklus graphisch dargestellt ist. Die Graphik zeigt Prozent-Restfeuchtigkeit gegenüber der Tröcknungszeit in Stunden. Die durchgezogene Linie stellt ein Gefriertrocknungsverfahren dar unter Verwendung eines statischen Materialträgers zum Halten des Materials. Die gestrichelte Linie zeigt das gleiche Gefriertrocknungsverfahren unter Verwendung

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einer Vlbrätionswirkung aufden das Material haltenden Materialträger. Wie klar gezeigt ist, ist die Trocknungszeit unter Verwendung, der.Vibrationswirkung auf die Träger wesentlich schneller während des ersten Teiles des Troclcnungszyklus. Es ist auch darauf hinzuweisen, daß die Vibrationswirkung die Verwendung höherer.Temperaturen gestattet, ohne daß die äußeren Oberflächen des Materials verbrannt oder "geröstet" werden. "X Λ

Es ist festgestellt worden, daß die Geschwindigkeit des Entziehens des Wassers aus dem zu trocknenden, wasserenthaltenden Material durch die Fähigkeit begrenzt, Wärme durch den getrockneten äußeren Teil eines durch Gefrieren getrockneten Erzeugnisses ■ hindürchzuleiten. Auf diese Art und Weise wird ein Punkt erreicht, worin Wärme durch eine verhältnismäßig große Menge äußeren Materials übertragen werden muß, um eine innere Eisgrenze zu erreichen, die nicht größer sein kann als wenige. Mikron. Demgemäß ist eine verhältnismäßig große Wärmemenge erforderlich,, um eine kleine Wassermenge zu sublimieren. Das erläutert andererseits die Tatsache, daß jenseits eines gewissen Punktes die Trocknuhgsgeschwindigkeit unter Verwendung von Vibrationsverfahren ungefähr gleich · der ist, bei der statische Verfahren verwendet werden. Diese Erscheinung ergibt sich am besten durch Beobachtung der Tatsache, daß in der graphischen Darstellung in

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Fig. 6 die voll durchgezogene Linie und die gestrichelte Linie die gleiche Neigung am Ende von ungefähr 1 3/4- Stunden haben.

Es zeigt sich, daß die Geschwindigkeit des Ausziehens erhöht werden kann, wenn Mikrowellenerhitzung verwendet wird, um den letzten Rest an Feuchtigkeit zu sublimieren. Der Vorteil von Mikrowellenerhitzung ist, daß sie die Wärme direkt in" das Eis bringt. Auf diese Weise werden Wärmeübertragungsprobleme vermieden und die -Trocknungszeit wird verringert, ohne das Material zu überhitzen, wie das geschehen wurden, wenn die Temperatur der Strahlungshitze verwendet würde. Es ist auch festgestellt worden, daß die Verwendung von Mikrowellenhitze zu Beginn des Gefriertrocknungszyklus keine besonderen Vorteile gegenüber der Strahlungs- oder Kontakt-Erhitzung bietet» Die Strahlungsoder Kontakt-Erhitzung ist genau so schnell und im wesentlichen weniger teuer und bequemer zu steuern.

Demgemäß ist festgestellt worden, daß die Mikrowellenerhitzung am besten ausgenützt werden kann, indem sie am Ende des Trocknungszyklüs zur Anwendung gebracht wird. Wenn so das zu trocknende Material den nichtmetallischen Endteil I30 der Materialträger 36 und erreicht, verläuft es zwischen Elektroden,1J4-140. Die ^lektroden werden mit einem Hochfrequenzmikrowellengenerator verbunden. Ein elektrisches " ·

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erzeugt wird, wird in den rest lie hen

Eiste! leiieB in dem wasserhaltig en Material· induziert;- '■: .-' l)ut*eja: Yerwendung vonMikrowellen er hit zung am.EndeMes Tr-ocimungsverfaliens werden die restliehen wenigen Feuchtigfeeit-sprozent aus dem Material in wenigen jy[inuten;^rheraus· sexi:,- gegenüber einer; Stunde oder mehr, wenn Strahlwigß eiL· Kontakt erhitzung verwendet werden. ; ' ;. . ν ν

In cine.'S Beispiel vmrde das; Ger at rait" einer Menge¹ ge* ^:; . iv'Jirelter;^ Karotten "beschickt /_.und der Troeknungszyklus: VittTcle begonnen, ohne die Mikrowellenheizeinrichtung in Betrieb sä setzen. Haeh drei,Stunden wurdeh die Karotten aus dent Äb^abetrichter I;ö8 herausgenoinrflen. ^ersuche zeigten 5*iiierE^: restlichen Peuchtigkeitsgeh3.lt von 2 "ß_Vl Die : Sleieiie: »enge - gevrär fielt er Kar ο 11 en wurde dur c h. Gefr i er en in eiiieni sfcatisehen G-efriertrockner getrocknet, -wobei: keine Yibration oder KEikroweilenerhitzung "verwendet wurde, wobei- jedoeh alle anderen Faktoren die gleichen wai?en. In uleseia Falle waren vier Stunden; notwendig, um ein Gefriertroclaiuiigserzeugnis zu erhalten^, das '2 ^ restlichen;Feuchti^ikeifcs^ehalt aufwies.; So war eine Sg^ige Erhöhung der Zeil; gegeben, bei der das-Mat er ial durch Gefrierungs>- · ; getroclcnefc vjerden kann Unter Verwendung von Ge- ^: ¥erfaliren^ wie;^ hierin beschrieben;^ Ändere .Matecn:.wurden überprürttund gleichartige oder griößera '".

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Vergrößerungen der Trocknungszeit ergaben sich. So ergab· sich eine 50/faige Erhöhungj wenn das Produkt Kaffee-Extrakt war. Wenn Mikrowellenerhitzung am Endteil des Zyklus b'enutzt wird, werden größere Erhöhungen erzielt.

Es ist nicht notwendig, daß eine Feuchtigkeitsabfühleinrichtung nur den Vibrator in Tätigkeit setzt, wie beschrieben. Sie kann als Steuermechanismus dienen, um die Temperatur der Heizeinrichtung einzustellen, wenn das erwünscht ist. Ebenso kann die Einrichtung sowohl den Vibrator als auch die Heizeinrichtung gleichzeitig steuern, um ein optimales Trocknen zu erreichen. Falls erwünscht, können die Vibrationen unabhängig von der Feuchtigkeltssteuerungseinrichtung arbeiten. - .."

Wie bereits vorher angegeben, ist das vorstehend beschriebene und illustrierte Gerät lediglich ein Beispiel eines Gerätes, das die Merkmale der vorstehenden Erfindung'wie in den Ansprüchen beschrieben aufweist. Zahlreiche Abwandlungen daran und am Arbeitsverfahren sind für Fachleute klar. Ebenso kann das beschriebene Gerät ohne Abwandlung in einem Vakuum -Trooknungsverfahren.verwendet werden, in Gegensatz ^um Gefriertrocknungsverfahren, beispielsweise lediglich durch-Unterbrechen des KühlmittelzuflussesZUi' Kühleinheit. Wahlweise L:ami din Kühltdiihoiv

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entfernt und durch ein-nioht gekühltes- G^fäß für die Aufnahme des Zuführrnaterials vor dem Einführen in den Trichter ersetzt ..werden,, ^: ; ■ ..."".." ""-,"■ . _;

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Claims

Patentansprüche :

1. - Gerät zum. Trocknen von wässrigem krümeligem festen; Material, dadurch gekennzeichnet., daß es eine Vakuumkammer (16) aufweist* mindestens einen Materialträger (J>6,yo) in der genannten Kanraer^. eine erste Vakuumschleuse (62) am einen Ende der Kammer, durch die das. zu trocknende Material auf ein Ende des MateriaIträ-. gers (s>6,yö) geführt werden kann, einen Vifore-fcorHieehanisinus (110)j -(-112), um den genannten Materialträger O6, -j?8) zu vibrieren, um- das zugeführte Material zu veranlassen, ent-■ lang dem Materialträger (j56, 38)zu verlaufen, eine Heizeinrichtung, (126) zum Erhitzen des Materialträgers, während sich das Material darauf entlang bewegt, und eine zweite Vakuumschleuse (164) anr anderen Ende der Kammer zur Aufnahme des Materials,-das vom anderen Ende desMaterialträgers abgegeben/wird, und wodurch das getrocknete ψ Material aus'der Vakuumkammer abgegeben werden kann, wobei, der Materialträger eino Vielzahl paralleler nebeneinander liegender Kanäle aufweist, entlang denen das zu trocknen-■de Material in einer Vielzahl getrennter Ströme läuft.

2. - Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennseichnefc., dai die Einrichtung zum Erhitzen des Materialtracers- aus einem elektrischen Heizelement (126) 'besteht.

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5. - Gerät· nach Ansprach 1/ dääiaron gekennzeichnet, v da3 cäie iiinrichtung zum Erhitzen des Fiäterialträgers Leitungen -."uKif.aßt, durch die ein flüssiges Ileizmediiim in Uralaux gebracht werden kann. - . ^: / : V

4. — Gerät nach einem ^beliebigen der Ansprüche 1 toia: ^ dauureti. gekennzeichnet j daß ein oder mehrere. Paare

dem Ab^nbeenäe (130* 1^2)-.des; liateria !trägers (J6> 53)- ^orüesiehen; sind^ wodurch die 32tid.staaien des Trocknens ■"{_ ctes li^torials,, <ias entlang dem "Hafcerialträger 'verläuftV h Miicrowellenerhitzung erfolgen kann, . ^; /_:

>. -. öei*ät;^ .nach Anspi^ueh 4> dadwcn gekennaeichnet, daß dar yrußere Teil der" Lange des Häterialträgers aus ketale hergestellt ist,; während die kleinere Länge am Ab^nbecaide neben den Mikroweillenlieiselektroden aus elektrisch niehtleitjendlen Material hergestellt ist.'

o, -Gerat nneii einein beliebigen_ der vorher gehenden: .;-;- -. AH^prüche, dadurch: gekennzeichnet ,,-"■- da ti .ein oder "..mehr ere Paare von liapazitanzplatten, (14-2^ 146) neben derä Abgabe fviiuo (l>»0^ IjA) des. Matcrlarträgers angediiinet: sixidiv Vioooi-die genannten Kapaaitonzpl^tten eine Feuchtig

(142, ijil\y IAC* I¹Ic) jeyfflit

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Stromkreis verbunden ist, wodurch der Vibra.torrnechanisinus (11Ο_Λ 112) und/oder die Heizeinrichtung (126) automatisch in Übereinstimmung mit dem restlichen Feuchtigkeitsgehalt des getrockneten Materials _s wie es von der Peuchtigkeitsabfühlvorrichtung festgestellt würde, gesteuert wird. . - ._■"..

7·- Gerät nach einem beliebigen der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zuerst erwähnte Vakuumschleuse (62) einen Behälter (?6) für das' zu trocknende Material aufweist, wobei dieser Behälter mit. einer Kühleinrichtung (8o) versehen ist,, wodurch, das gefrorene zu trocknende Material gekühlt gehalten werden ■ kann, bis es durch die Vakuumschleuse zu dem Material- .-träger (36, y&) geführt wird-.

S. - Gerät nach einem beliebigen -der ..vorhergehenden-■■ Ansprüche,,, dadurch gekennzeichnet,- daß zwei oder mehr - Material tr ag er. (36, \5&) vorgesehen sind, und wobei diese . Materialträger übereinander in der Vakuumkammer (16) angeordnet sind, und das zu trocknende Material parallel dazu geführt wird.

9· - Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialträger (56, J8) miteinander verbunden und von· einem gemeinsamen Vibratbrniechanisinus (110, ll<0) vibriert werden. : . . " . - ■ . ■. . ■ _:

:.-_'.._.-.'■■■_.-- \_: . - _ ■ ■ BADORfQIMAL

■ ■ .' ; '. . ν ■ 1 0 9 a 1 ;i/ Π.3 3 k ■ -

10. - Gerät nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche,' dadurch gekennzeichnet, daß der Materialträger oder die Materialträger (36,. J8) gegenüber der Waagerechten geneigt sind.

11. - Gerät ηεοη Anspruch Ij dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen so beschaffen ist, wie vorstehend unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Yk. - Verfahren zum Trocknen von wasserhaltigem, krü-/ncli^cm festem' Material, -dadurch gekennzeichnet, daß das zu trocknende Material durch eine Vakuumschleuse (62) auf ein xinde eines Materialträgers (56, ya) geführt viird, der innerhalb einer Vakuumkammer (16) ange-, ordnet ist und ,eine Vielzahl paralleler benachbarter Kanalο hat, wobei der Materialträger vibriert wird, um das Material entlang den genannten Kanälen in einer Vielzahl von getrennten Strömen zu führen, und der Materialträger erhitzt wird, während sich das Material aaran entlang bewegt, um dadurch das Material durch 'Jtrahlungshitze zu trocknen, während es sich in den genannten Kanälen befindet, und wobei die Kammer luftleer gemacht wird, um die verdampfte Feuchtigkeit zu entfernen und 'las getrocknete Material, das vom Ende des' oMaterialträgerrj abgegeben wird, zu sammeln und das von Hior Vakuumkammer (16) getrocknete Material durch eine

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zweite Vakuumschleuse (164) abzugeben.

IJo - Verfahren nach Anspruch 12₅ dadurch gekenii* zeichnet, daß die Endstadien ctes Trocknens des i-feterials durch Mi kr ov/e Ilen erhitzung erfolgen., angewendet auf das Material in der Nähe des Abgabeendes Ip2) des Materialträgors (j56, ; 38) ..

14, - Verfahren nach den Ansprüchen 12 oder Ij₃ daaurcin gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt des getrockneten Materials, das vom Ende des Materialträgers abgegeben wird, gemessen wird und der Vibratomieehanismus und/oder die Heizeinrichtung automatisch in Übereinstimmung damit gesteuert werden.

15» - Verfahren nach den Ansprüchen 12, I3/ oder !%_, dadurch gekennzeichnet, daß das zu trocknende Material , dem Materialträger in einem getroclcneten Zustand zugeführt wird.

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