DE2008098C3

DE2008098C3 - Freeze-drying device

Info

Publication number: DE2008098C3
Application number: DE19702008098
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Rader, Earl Leslie, Burbank, Calif. (V.StA.)
Priority date: 1969-02-24
Filing date: 1970-02-21
Publication date: 1977-04-14

Description

3030th

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Gefriertrocknen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine solche Vorrichtung ist aus der BE-PS 6 58 261 bekannt.The invention relates to a device for freeze drying according to the preamble of the patent claim 1. Such a device is known from BE-PS 6 58 261.

Bei ihr wird das flüssige Produkt in der nach unten konisch zulaufenden Gefrierkammer von unten schräg gegen gekühlte Platten gesprüht, von denen es gefroren auf das unter dieser Gefrierkammer in der Trocknungskammer laufende Förderband fällt.With it, the liquid product is inclined from below in the freezing chamber that tapers downwards sprayed against chilled plates, one of which is frozen on the under this freezing chamber in the drying chamber running conveyor belt falls.

Dies hat den Nachteil, daß die gekühlten Platten und die Wand einer starken Vereisung durch das auftreffende Trocknungsgut unterliegen. Zugleich erfolgt die Absaugung der feuchten Luft an einer Stelle, an der das Trocknungsgut nahezu fertiggetrocknet ist. Es ist an dieser Stelle besonders leicht und läßt sich deshalb durch die in der Trocknungskammer herrschenden Turbulenzen — hervorgerufen durch die Absaugung sowie durch Temperaturgradienten entlang des Förderbandes — vom Förderband blasen. Die Turbulenzen erstrecken sich bis in die Gefrierkammer und fördern darin den Vereisungsvorgang, da sich Trocknungsgut auch dort noch niederschlägt, wo der direkte Sprühstrahl nicht hintrifft.This has the disadvantage that the cooled panels and the wall of strong icing from the impact Subject to drying. At the same time, the humid air is sucked off at a point where the The material to be dried is almost completely dry. It is particularly easy at this point and can therefore be due to the turbulence in the drying chamber - caused by the suction as well as by temperature gradients along the conveyor belt - blow from the conveyor belt. The turbulence extend into the freezing chamber and promote the icing process in it, as there are items to be dried also precipitates where the direct spray jet does not hit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bildung von Turbulenzen in den Kammern mindestens so weit herabzusetzen bzw. ihre schädlichen Auswirkungen zu mindern, daß auch leichtes Trocknungsgut auf dem Förderband liegen bleibt und gleichzeitig die Vereisungsgefahr der Gefrierkammer abnimmt.The invention is based on the object of at least the formation of turbulence in the chambers to reduce or reduce their harmful effects so much that even light items to be dried on remains lying on the conveyor belt and at the same time the risk of icing in the freezer chamber is reduced.

Diese Aufgabe ist bei der Vorrichtung der Erfindung durch die im Kennzeichen des ersten Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.This object is in the device of the invention by the characterizing part of the first claim specified features solved.

Das Ansaugrohr mündet an einer Stelle in die Trocknungskammer, an der sich das Trocknungsgut noch am Anfang des Trocknungsprozesses befindet, mithin besonders schwer ist und deshalb weniger leicht vom Saugstrom mitgerissen wird. Außerdem ist durch die besondere Führung der Absaugleitung der Eintrittsquerschnitt für die Abluft sehr groß, folglich die Strömungsgeschwindigkeit entsprechend klein. Der Schild dient einmal der Temperaturabschirmung zwischen der Gefrier· und der Trocknungskammer. Zugleich schirmt er aber die Gefrierkammer von den Turbulenzen in der Trocknungskammer ab, so daß sich der Sprühstrahl in der Gefrierkammer ungestört ausbreiten kann. Dieser trifft nicht auf die sich mit dem Sprühstrahl konisch erweiternden Seitenwände, die deshalb auch nicht vereisen können.The suction pipe opens into the drying chamber at a point where the material to be dried is located is still at the beginning of the drying process and is therefore particularly heavy and therefore less light is carried away by the suction flow. In addition, the inlet cross-section is due to the special routing of the suction line very large for the exhaust air, consequently the flow velocity is correspondingly small. the The shield serves as a temperature shield between the freezing and drying chambers. At the same time, however, it shields the freezing chamber from the turbulence in the drying chamber, so that the spray jet can spread undisturbed in the freezer chamber. This does not meet with the Spray jet conically widening side walls, which therefore cannot freeze up.

Vorzugsweise hat die Gefrierkammer doppelte Wände, deren Zwischenraum als Kühleinrichtung ausgebildet ist. Dadurch wird ein rasches Gefrieren des Trocknungsgutes gefördert und die Vereisungsgefahr verringert.The freezing chamber preferably has double walls, the space between them serving as a cooling device is trained. This promotes rapid freezing of the items to be dried and the risk of freezing decreased.

Die Zeichnung zeigt beispielsweise schematisch und teilweise im Schnitt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und zwar istThe drawing shows, for example, a preferred embodiment schematically and partially in section a device according to the invention, namely

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung, F i g. 1 is a perspective view of the device,

F i g. 2 ein Schnitt durch die Kammern, undF i g. 2 a section through the chambers, and

F i g. 3 ein Schnitt nach Linie 3-3 der F i g. 2.F i g. 3 is a section along line 3-3 of FIG. 2.

Die Gefriertrocknungsvorrichtung 10 enthält einen flüssigkeitsdichten Kessel 11, in dem eine Flüssigkeit aus dem Behälter 12 gefriergetrocknet wird und schließlich durch den Rohrstutzen 13 den Kessel verläßt. Die Flüssigkeit kann z. B. Trinkkaffee sein, Tee, Fruchtsaft oder andere in Wasser gelöste oder suspendierte Stoffe. Die Flüssigkeit gelangt aus dem Behälter 12 durch das Rohr 15 in die Pumpe 16, welche sie versprüht.The freeze-drying device 10 contains a liquid-tight vessel 11 in which a liquid from the container 12 is freeze-dried and finally leaves the boiler through the pipe socket 13. the Liquid can e.g. B. be drinking coffee, tea, fruit juice or other substances dissolved or suspended in water. The liquid passes from the container 12 through the pipe 15 into the pump 16, which sprays it.

Der Kessel 11 umschließt eine geschlossene Vakuumkammer 17, unterteilt in eine Gefrier- und eine Sublimationszone 18 bzw. 19. die durch den Spalt 20 zwischen dem Schild 21 und dem Förderband 52 miteinander kommunizieren. Der Kessel U enthält die Trocknungskammer 22 mit horizontaler Achse 23 und eine Gefrierkammer 24 mit vertikaler Achse 25, die die Achse 23 schneidet.The boiler 11 encloses a closed vacuum chamber 17, divided into a freezing zone and a sublimation zone 18 and 19, respectively, which are passed through the gap 20 communicate with each other between the shield 21 and the conveyor belt 52. The boiler U contains the Drying chamber 22 with a horizontal axis 23 and a freezing chamber 24 with a vertical axis 25, which the Axis 23 intersects.

Die Gefrierkammer 24 ist ein Hohlkonus, der oben bei 33 einen geringen Querschnitt hat und sich bis zur Schweißnaht 34 mit der Trocknungskammer 22 erweitert. Die Gefrierkammer 24 ist doppelwandig. Zwischen den Wänden 32 und 36, beide aus Edelstahl, befindet sich ein konischer Zwischenraum 37, durch den eine kühle Flüssigkeit gepumpt wird. Der Zwischenraum 37 ist durch eine spiralige Zwischenwand 38 unterteilt (Fig.3), so daß die Kühlflüssigkeit die Gefrierkammer 24 vom Einlaß 39 bis zum Auslaß 40 mehrfach umkreist.The freezing chamber 24 is a hollow cone, which has a small cross section at the top at 33 and extends up to The weld seam 34 with the drying chamber 22 is expanded. The freezing chamber 24 is double-walled. Between the walls 32 and 36, both made of stainless steel, there is a conical space 37 through which a cool liquid is pumped. The space 37 is formed by a spiral partition 38 divided (FIG. 3), so that the cooling liquid passes through the freezing chamber 24 from the inlet 39 to the outlet 40 circled several times.

Die Düse 48 versprüht die Flüssigkeit in einem konischen Strahl 49 nach unten. Es entstehen fein verteilte Tröpfchen. Der Mantel des Sprühstrahls 49 verläuft parallel zur inneren Wand 32, berührt sie aber nicht. Auf diese Weise wird verhindert, daß sich im Konus Eis bildet oder Feuchtigkeit ansammelt.The nozzle 48 sprays the liquid in a conical jet 49 downwards. It emerges fine distributed droplets. The jacket of the spray jet 49 runs parallel to the inner wall 32, but touches it not. This prevents ice or moisture from building up in the cone.

Das Innere des Kessels 11 einschließlich der Getrierzone 18 und der Sublimierungszone 19 wird auf einem sehr niedrigen Unterdruck gehalten, d. h. daß ein Vakuum nicht über 225mikron Druck, vorzugsweise nicht über J 75 mikron, aufrechterhalten wird. Tritt die versprühte Flüssigkeit in die Gefrierzone 18 ein, so erzeugt die Verdampfung eines Teils der versprühten Flüssigkeit einen Kühleffekt, so daß die Temperatur der Tropfen unter dem Gefrierpunkt sinkt. Die zusätzliche Kühlung durch das Kühlmittel im Zwischenraum 37 läßt die Tröpfchen sehr schnell gefrieren, so daß festeThe interior of the kettle 11 including the freezing zone 18 and the sublimation zone 19 is opened kept at a very low negative pressure, d. H. that a vacuum does not exceed 225 microns of pressure, preferably not over J 75 microns. Kick the sprayed liquid into the freezing zone 18, so produces the evaporation of a part of the sprayed Liquid has a cooling effect, so that the temperature of the drops drops below freezing point. The additional Cooling by the coolant in the space 37 causes the droplets to freeze very quickly so that they become solid

Körner oder Hocken entstehen. Die Temperatur in der Gcfrier/.one liegt erheblich unter dem Gefrierpunkt, d.h. etwa bei -J5"C oder noch besser /wischen -40" C bis -45" C. Hierdurch werden die Tröpfehen so schnell gefroren, daß Schneeflocken geringer Dichte entstehen. Diese Schneeflocken fallen nun, ohne dabei die innere Wand 32 zu berühren, in Jen unteren Teil des Kessels Jl. wo sie vom Förderband 52 aufgefangen werden, das im Unterteil der waager:chten Trocknungskammer angeordnet ist. Infolge ihres Schnceflokken/usiandcs frieren die auf das Band fallenden Teile nicht an ihm fest und auch nicht mit anderen Teilchen zusammen. Die Hocken werden vielmehr als lockeres Pulver vom Förderband 52 in die Sublimationszone 19 (F i g. 2) getragen. Das Förderband 52 ist ein endloses Band und so breit, daß es den ganzen Querschnitt des unteren Teils der Gefrierzone 18 einnimmt, wie er durch die Kante des Schilds 21 bestimmt ist. Der Schild 21 ist ein vertikaler Zylinder. Er setzt die konische innere Wand 32 nach unten fort. Um einen Wärmeübergang zwischen der Gefrierzone 18 und e'er Sublimationszone 19 zu vermeiden, besteht dieser Zylinder vorzugsweise aus einem wärmeisolierenden, durchsichtigen Werkstoff, wie etwa Methylmethacrylat.Grains or squats arise. The temperature in the Gcfrier / .one is considerably below freezing point, i.e. around -J5 "C or even better / wipe -40 "C to -45" C. This freezes the droplets so quickly that snowflakes are of low density develop. These snowflakes are now falling without falling touching the inner wall 32, in the lower part of the boiler Jl. where they are caught by conveyor belt 52 in the lower part of the horizontal drying chamber is arranged. As a result of their Schnceflokken / usiandcs the parts falling on the belt do not freeze to it or to other particles together. Rather, the squats are as loose powder from the conveyor belt 52 into the sublimation zone 19 (Fig. 2) worn. The conveyor belt 52 is an endless belt and so wide that it covers the entire cross section of the occupies the lower part of the freezing zone 18, as determined by the edge of the shield 21. The shield 21 is a vertical cylinder. It continues the conical inner wall 32 downwards. About a heat transfer between the freezing zone 18 and the sublimation zone 19, this cylinder is preferably made of a heat-insulating, transparent material, such as methyl methacrylate.

Das Förderband 52 läuft über zwei Rollen 54 und 55. Eine davon wird so angetrieben, daß sich der Obertrum 53 des Förderbandes langsam kontinuierlich nach rechts bewegt (Fig.2). Die auf den Obertrum 53 fallenden Flocken werden durch den Spalt 20 hindurch von der Gefrierzone 18 in die Sublimationszone 19 gefördert. Die Oberkante des Spaltes 20 liegt so dicht über dem Band 52, daß nur die auf dem Band liegenden Flocken gerade ohne Berührung mit dem Schild 21 hindurchgefürdert werden.The conveyor belt 52 runs over two rollers 54 and 55. One of them is driven so that the upper run 53 of the conveyor belt slowly and continuously to the right (Fig. 2). The ones falling on the upper run 53 Flakes are conveyed through the gap 20 from the freezing zone 18 into the sublimation zone 19. The upper edge of the gap 20 is so close to the belt 52 that only the flakes lying on the belt be conveyed straight through without touching the shield 21.

Während die Flocken mit dem Band (in F i g. 2) langsam nach rechts wandern, werden sie einer Wärmestrahlung ausgesetzt, v/elche die Sublimationswärme für die aus ihnen sublimierende Feuchtigkeit crsci/t. Durch die Sublimation wird das l'is in den Flocken vom festen Zustand unmittelbar in den gasförmigen verwandelt, wobei die Partikel ihre Form nicht einbüßen. Die Wärmestrahlung wird '.lurch Batterien 62 von Infrarot·Lampen 63 erzeugt. Die Erhitzung der Flocken bei ihrer Wanderung durch die Kammer wird so eingestellt, daß sie am Ende 66 des Förderbandes trocken und etwa 21" C warm ankommen. As the flakes slowly move to the right with the ribbon (in Fig. 2), they become one Exposed to thermal radiation, the sublimation heat for the moisture sublimating from them crsci / t. Sublimation makes the l'is in the Flakes are immediately transformed from the solid state into the gaseous state, whereby the particles change their shape not forfeit. The heat radiation is' .lurch Batteries 62 produced by infrared lamps 63. The heating of the flakes as they migrate through the Chamber is set so that it arrives at end 66 of the conveyor belt dry and about 21 "C.

Das Vakuum in der Gcfrierzone 18 und der Sublimationszone 19 wird di'rrh eine stündig laufende Vakuumpumpe 67 (Fig. I) auirechterhaltcn. Die Vakuumpumpe saugt die l.uft am Oberteil der Trocknungskammer 22 durch zwei Einrichtungen ab, die an beide Enden des horizontal quer über die Trocknungskammer 22 liegenden Ansaugrohres 68 angeschlossen sind. Das Ansaugrohr 68 ist gegenüber der Trocknungskammer 22 offen und unmittelbar rechts neben dem Schild 2t angeschweißt (F i g. 2).The vacuum in the freezing zone 18 and the sublimation zone 19 is di'rrh an hourly running Keep vacuum pump 67 (Fig. I) on. The vacuum pump sucks in the air at the top of the drying chamber 22 through two devices connected to both Ends of the suction pipe 68 lying horizontally across the drying chamber 22 are connected. The Suction pipe 68 is open opposite the drying chamber 22 and immediately to the right of the shield 2t welded on (Fig. 2).

Der Schild 21 verhindert den Wärmeübergang zwischen der Gcfrierzone 18 und der Sublimationszone 19 und verhindert gleichermaßen die Entstehung von Turbulenzen im Innern des Kesseln 11, die durch den hohen Temperaturunterschied zwischen den beiden Zonen sonst entstehen würden bzw. deren Übergreifen in die Gefrier/one. Der Schild verhindert sowohl ein Absinken kalter Luft aus der Gefrierzone 18 in die warme Sublimationszone 19 als auch ein Aufsteigen warmer Luft aus der Sublimationszone 19 in die Gefrierzone iS. The shield 21 prevents the heat transfer between the freezing zone 18 and the sublimation zone 19 and also prevents the creation of turbulence in the interior of the boiler 11, which would otherwise arise from the high temperature difference between the two zones or their spreading into the freezer / one. The shield prevents cold air from sinking from the freezing zone 18 into the warm sublimation zone 19 and also prevents warm air from rising from the sublimation zone 19 into the freezing zone iS .

Wegen dieser erwünschten Wirkung des Schildes 21 ist der Spalt 20 zwischen der Unterkante des Schildes und dem beladenen Förderband 52 so eng wie möglich, wobei »eng« relativ zum Rauminhalt der Gefrierzone 18 und der Sublimationszone 19 zu verstehen ist. die obere Grenze liegt bei etv/a 4,5 cm; vorzugsweise ist der Spalt nur etwa 2 cm breit.Because of this desirable effect of the shield 21, the gap 20 is between the lower edge of the shield and the loaded conveyor belt 52 as narrow as possible, with "narrow" relative to the volume of the freezing zone 18 and the sublimation zone 19 is to be understood. the upper limit is about 4.5 cm; preferably the gap is only about 2 cm wide.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device / around freeze-drying with cylindrical, longitudinally. horizontally arranged Vacuum drying chamber and with an am Cut entry end of the drying chamber on this attached freezer chamber with vertical axis.

into which the liquid, pre-cooled product is sprayed and frozen therein, then falls onto an endless belt rotating in a drying chamber below, heated by radiant heat and conveyed to an outlet, characterized in that the spray nozzle (48) at the upper narrow end a cone-shaped freezing chamber (24) which widens downwards is attached to the lower edge of which a shield (21) designed as a vertical cylinder and reaching down to just above the upper run (53) of the conveyor belt (52) is connected, and that a for Drying chamber (22) open suction pipe (68) of the vacuum pump (67) with an axis perpendicular to the axes (23, 25) of the chambers (22, 24) is arranged directly next to the attachment line of the freezing cone on the drying chamber (22).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the freezing chamber (24) doubles Has walls (32, 36), the space (37) of which is designed as a cooling device (38).