DE3721919A1 - Gefriertrocknungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gefriertrocknungsanlage mit einem Rezipienten, in dem das Gefriertrockengut angeordnet wird, mit einem Kondensator und einer Vakuumpumpe, die über den Kondensator an den Rezipienten angeschlossen ist.

Bei herkömmlichen Gefriertrocknungsanlagen wird der meist zweistufigen Drehschieberpumpe ein Kondensator nachgeschaltet, der den aus dem Gefriertrockengut zu entfernenden Wasserdampf bei einer Temperatur von etwa 200 K bindet. Der Wasserdampf hat bei dieser Temperatur einen Dampfdruck von ca. 10^-3 Milli­ bar. In den ersten Trocknungsphasen wird bei Drücken zwischen 10 und etwa 0,1 Millibar gearbeitet. Beim sogenannten Nach­ trocknen wird dann ein Druck von etwa 10^-3 Millibar erzielt.

Der Kondensator wird meist durch mehrstufige Kältekompressoren auf die erforderlichen niedrigen Temperaturen gebracht. Diese Kompressoren müssen bei den tiefen Betriebstemperaturen noch eine hohe Kälteleistung besitzen, da sie nicht nur den abge­ pumpten Wasserdampf von etwa Umgebungstemperatur auf -70°C abkühlen, sondern auch die gesamte Kondensationswärme abführen müssen.

Bei solchen bekannten Anlagen besteht die Gefahr, daß Kohlen­ wasserstoffe, insbesondere auch krebserzeugende Bruchstücke davon, aus der mechanischen Vakuumpumpe in das Gefriergut gelangen. Es wurde nämlich festgestellt, daß einige dieser Kohlenwasserstoffe bei einer Temperatur von 200 K noch relativ hohe Dampfdrücke besitzen und folglich den Kondensator in Gegenrichtung zur allgemeinen Pumprichtung durchströmen kön­ nen. Aus diesem Grund besteht die Gefahr, daß krebserzeugende Bruchstücke von Betriebsölen der Vakuumpumpe entgegen der Pumprichtung durch den Kondensator hindurch auf das von Wasser nahezu völlig befreite Trocknungsgut gelangen und dieses verderben.

Um dieser Gefahr zu begegnen, wurde bereits vorgeschlagen, den Drehschieberpumpen Vorrichtungen bzw. Pumpen nachzuschalten, welche selbst keine Öle aufweisen oder doch wenigstens im Schöpfraum ölfrei arbeiten, wie z. B. Wälzkolbenpumpen. So kann der Kohlenwasserstoffpartialdruck um einen Faktor 10 reduziert werden. Durch Einleiten von Spülgas kann der Kohlen­ wasserstoff beim Verschmutzen des Trockenguts sogar um fast zwei Größenordnungen verringert werden.

Weiter liegt es nahe, diese Rückdiffusion von Kohlenwasser­ stoffen durch Einfügen einer Turbomolekularpumpe zwischen den Kondensator und die Drehschieberpumpe zu beseitigen. Solche Turbomolekularpumpen, die auch bei hohen Vortrocknungsdrücken ständig laufen können und auch ein annehmbares Saugvermögen besitzen, gibt es auf dem Markt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Gefriertrocknungs­ anlagen dahingehend zu verbessern, daß eine Rückdiffusion von Kohlenwasserstoffen aus dem Betriebsöl der Drehschieberpumpe zuverlässig verhindert wird und zudem die Anlage insgesamt vereinfacht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwi­ schen dem Rezipienten und dem Kondensator eine Molekularpumpe zusätzlich vorgesehen ist. Die Besonderheit dieser Anordnung besteht also darin, daß der Kondensator zwischen die beiden Pumpen eingefügt ist. Die Molekularpumpe verdichtet also den aus dem Rezipienten kommenden Wasserdampf, so daß im nachge­ schalteten Kondensator ein Dampfdruck von ca. 10^-1 Millibar erreicht wird, d. h. zwei Größenordnungen weniger als bei unmittelbarem Anschluß des Kondensators an den Rezipienten.

Die Oberflächentemperatur im Kondensator kann dann ca. 240 K betragen, was zu einer wesentlich kleineren und einfacheren Kompressoranlage mit einer geringeren Leistungsaufnahme führt.

Es ist günstig, den Kondensator sehr gut thermisch zu isolie­ ren, da dann aufgrund des höheren Druckniveaus eine Reevapo­ ration von Wasser bzw. eine Resublimation von Eis im Konden­ sator stattfindet, die die Wirkungsweise des Kondensators unterstützt und ggfs. sogar alleine bestreitet. Dann kann auf einen Kühlkreislauf mit einem Kompressor ggfs. ganz verzich­ tet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Aus­ führungsbeispiels mithilfe der einzigen Figur näher erläutert, die schematisch eine erfindungsgemäße Gefriertrockungsanlage zeigt.

Die in der Figur dargestellte Anlage besitzt einen evakuier­ baren Rezipienten 1, in den das zu trocknende Gut eingebracht wird. Statt eines einzigen Rezipienten können auch parallel mehrere Rezipienten über einen Vielfachverteiler an eine einzige Saugleitung 2 angeschlossen sein.

Im Gegensatz zu bekannten Gefriertrocknungsanlagen ist eine Molekularpumpe, z. B. eine Turbomolekularpumpe 3, an die Saug­ leitung 2 des Rezipienten unmittelbar angeschlossen. Diese Pumpe ist druckseitig mit dem Kondensator 4 und dieser wie­ derum mit einer mechanischen Drehschieberpumpe 5 verbunden.

Um die Wärmeaufnahme des Kondensators aus der Umgebung ge­ ringzuhalten, empfiehlt es sich, das Gehäuse des Kondensators doppelwandig auszuführen und den Zwischenraum 6 zu evakuieren. Dies geschieht hier über eine Leitung 7, die den vakuumseiti­ gen Anschluß der Turbomolekularpumpe 3 mit dem Zwischenwand­ bereich 6 des Kondensators 4 verbindet. Außerdem ist noch eine Umwegleitung 8 mit einem Ventil 9 vorgesehen, die den Eingang und den Ausgang der Turbomolekularpumpe miteinander verbindet und in der Vortrocknungsphase zur Umgehung der Turbomolekularpumpe durchgeschaltet ist, so daß das sehr hohe Saugvermögen des Kondensators ausgenutzt wird. Beim Nach­ trocknen erhöht sich das Saugvermögen der Turbomolekularpumpe 3 mit absinkendem Druck, so daß die Nachtrockenphase verkürzt wird.

Der Kondensator kann, wie bereits erwähnt, wesentlich kleiner und einfacher ausgebildet werden, da nicht mehr eine Tempera­ tur von 200 K, sondern nur eine Tenmperatur von etwa 240 K benötigt wird. Falls eine Molekularpumpe 3 verwendet wird, die auch bei höheren Drücken ständig laufen kann, kann die Oberflächentemperatur des Kondensators weiter angehoben wer­ den, so daß die Reevaporation bzw. Resublimation des Konden­ sats zunimmt und ggfs. sogar alleine die Kühlung des Konden­ sators bewirkt. Dann kann ganz auf einen mit Kompressor ver­ sehenen Kühlkreislauf verzichtet werden.

Gegenüber bekannten Gefriertrockungsanlagen wird also nicht nur zuverlässig verhindert, daß giftige Kohlenwasserstoffe entgegen der Pumprichtung in das Trockengut gelangen können, sondern auch eine deutliche Erhöhung der Temperatur im Kon­ densator und damit eine Verbilligung der Gesamtanlage er­ reicht.

Die Erfindung ist nicht im einzelnen auf das oben erläuterte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann im Rahmen der Erfin­ dung auch eine andere Molekularpumpe, z. B. eine Holweck-Pumpe, Verwendung finden, und der Rezipient kann in mehrere Einzel­ rezipienten aufgeteilt sein, die parallel über Ventile an der gemeinsamen Saugleitung 2 liegen.

Claims (4)

1. Gefriertrocknungsanlage mit einem Rezipienten, in dem das Gefriertrockengut angeordnet wird, mit einem Kondensator und einer Vakuumpumpe, die über den Kondensator an den Rezipienten angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rezipienten (1) und dem Kondensator (4) zusätzlich eine Mo­ lekularvakuumpumpe (3) vorgesehen ist.

2. Gefriertrocknungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kondensator thermisch superisoliert ist, d. h. ein doppelwandiges Gehäuse besitzt, dessen Zwischenraum (6) evakuiert ist.

3. Gefriertrocknungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zwischenraum (6) des Kondensatorgehäuses an die Hochvakuumseite der Molekularpumpe (3) angeschlossen ist.

4. Gefriertrocknungsanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (4) nach dem Prinzip der Reevaporation von Wasser, bzw. Resublimation von Eis arbeitet.