EP0980503B1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines gefriertrocknungsprozesses - Google Patents

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EP0980503B1
EP0980503B1 EP98922751A EP98922751A EP0980503B1 EP 0980503 B1 EP0980503 B1 EP 0980503B1 EP 98922751 A EP98922751 A EP 98922751A EP 98922751 A EP98922751 A EP 98922751A EP 0980503 B1 EP0980503 B1 EP 0980503B1
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pressure
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drying
ice
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Georg-Wilhelm Oetjen
Peter Haseley
Hubert KLÜTSCH
Marion Leineweber
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GEA Lyophil GmbH
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Steris GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B5/00—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat
    • F26B5/04—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by evaporation or sublimation of moisture under reduced pressure, e.g. in a vacuum
    • F26B5/06—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by evaporation or sublimation of moisture under reduced pressure, e.g. in a vacuum the process involving freezing

Definitions

  • Such a method is, for example, from DE-C-1 038 988 known.
  • Freeze drying is a process for removing water from a water-containing frozen product, e.g. from pharmaceuticals and food.
  • the process is generally carried out at an air pressure that is small is against the water vapor pressure at the selected temperature of the ice: For example, corresponds to an ice temperature of -20 ° C a water vapor pressure (in Equilibrium) of 1.03 mbar. So that the water vapor from the ice surface can flow into the drying chamber, the water vapor pressure in the Drying chamber can be significantly smaller than 1.03 mbar. e.g. e.g. 0.4 mbar. It is therefore advisable to use a pressure that is small compared to this pressure value, e.g. 0.05 mbar to choose. Freeze drying usually takes place in one Chamber instead, in which there are temperature-controlled shelves and one Evacuation device, e.g. one combined with a vacuum pump Ice condenser, is connected.
  • Evacuation device e.g. one combined with a vacuum pump Ice condens
  • the main characteristics of the course of the drying process are two drying phases. As long as crystallized (frozen) Water in the product is called this dry section Main or sublimation drying. If you close the in this phase Drying the shut-off device between the chamber and the Evacuation device for a short time (a few seconds) turns into the chamber of equilibrium water vapor pressure, that of the ruling Ice temperature corresponds. From the pressure increase can directly on the Ice temperature should be closed. This method of measuring the Ice temperature is known under the term barometric temperature measurement and described in DE-PS 10 38 988.
  • the temperature of the product may be certain, usually well below Do not exceed 0 ° C to impair the Avoid quality and / or properties of the product.
  • the ice cores present in the product become always smaller. In the area of dry marginal zones there are already higher ones Temperatures allowed.
  • From DE-PS 10 38 988 is a method of the aforementioned Kind known.
  • To determine the transition from main drying to Post-drying measurements are carried out on the medium which also serve to measure the ice temperature. To do this the shut-off times that only a few when measuring the ice temperature Seconds, significantly extended, to two minutes and more. If after shutdown times of this magnitude there is almost a constant difference between the operating pressure and the Saturation vapor pressure sets, it can be assumed that the solid ice has been completely removed from the goods, the main drying is finished. The shelf temperature and the pressure can be on those values are set at which the post-drying takes place should.
  • a disadvantage of the described method is the considerable lengthening the cut-off time. If the main drying has not yet ended, then there is Danger of an extension of the blocking time to a no longer permitted Increasing the temperature of the ice-containing goods and thus destroying them in modern freeze drying systems for the pharmaceutical industry the value of a batch already exceeds the DM million mark. Threats to the Product must therefore be avoided at all costs.
  • the present invention has for its object a method for Propose control of a freeze-drying process of the type mentioned at the outset, where the disadvantage of longer shut-off times between chambers and evacuation device no longer has to be accepted.
  • this object is achieved in that the transition changes from the main drying to the subsequent drying characterizing the Pressure and / or the shelf temperature depending on a decrease the ice temperature.
  • This procedure uses the Appearance from that while performing the main drying measured ice temperature values during the transition from main drying to become smaller after drying, which is obviously only apparent Changing the ice temperature is slight but can be done with help modern computers can be determined exactly.
  • Control of the freeze drying process only measurements of the Ice temperature are carried out, which only short shut-off times there is a risk of thawing the product no more.
  • the measurement of the ice temperature itself is expediently carried out after the start mentioned barometric temperature measurement, i.e. that from the increase in the Chamber pressure after separation of the chamber from its Evacuation device occurs, the ice temperature is derived.
  • the increasing chamber pressure is continuously 10 to measured a few hundred times per second. These measured values are one Computer fed.
  • the values of the measured in the first seconds Pressure increase result in an increasing, approximately S-shaped curve, i.e. one Curve with a turning point. With the help of the calculator this curve continuously differentiated, i.e.
  • the ongoing, short-term and relatively precise determination of the ice temperature allows very early fluctuations beyond the measuring accuracy to determine the ice temperature.
  • fluctuations in the chamber pressure or the surface temperature excluded then indicate fluctuations in the Ice temperature for an inhomogeneous ice structure.
  • Heat conduction and Water vapor transport are different in zones with very small or grown together large crystals. This also applies to during the Main drying of collapsed products, as water then takes place in some zones Ice is present. Fluctuations in the ice temperature can therefore occur Failure to freeze the product or excessive shelf temperature Clues.
  • the invention further relates to a device for performing the method with the features according to claim 8.
  • the freeze-drying device shown in Figure 1 comprises the chamber 1 with their footprints 2 and the capacitor 3 connected to them its condensation surfaces 4. On the shelves 2 there are containers (Vial 5) with freeze-dried product. The parking spaces are 2 temperable. They are part of a temperature control circuit 6 Feed pump 7 and refrigeration machine 8. During the heating phase, the Chiller switched off and the cooling / heating medium heated electrically (Heater 9) ..
  • One of the closures of the vials 5 inside the chamber 1 and apparatus serving after drying is general designated 10.
  • valve 11 Between chamber 1 and condenser 3 is the valve 11, which with Help of the drive 12 is actuated.
  • the capacitor 3 is the Vacuum pump set 14.
  • Control means are used to control the sequence of the freeze-drying process intended.
  • a central controller 16 continuously provides information about the pressure in chamber 1 and the temperature of the shelves 2 fed. Pressure and temperature sensors 17, 18 are used for this purpose Temperature sensor 18 in the temperature control circuit 6 is shown. More appropriate it is when the exit of each of the shelves 2 with a temperature sensor is equipped.
  • the controller 16 stands with the Vacuum pump set 14, the refrigerant evaporator 8 and the drive 12 of the Valve 11 in connection.
  • the pressure control in chamber 1 is carried out by Switching the vacuum pump set 14 on and off or by controlled inlet from inert gas.
  • the shelf temperature is determined using the refrigerator 8 or the heater 9 set.
  • the controller 16 is assigned to the computer 21, to which the data from Pressure sensor 17 supplied signals are supplied.
  • the computer 21 - as described above - the change in pressure over time (dp / dt) continuously monitored after the valve 11 has been shut off. Immediately after if the maximum of this value is exceeded, the controller 16 receives this Signal to end the cut-off time.
  • the diagram according to FIG. 2 shows the chronological sequence of an example for recognize a freeze-drying process.
  • Floor space temperature values are in the y direction and pressure values given.
  • Dashed curve 23 shows the course of the chamber pressure.
  • the dotted line 24 shows the course of the shelf temperature.
  • the solid line 25 leaves the Detect continuously measured ice temperature values.
  • dash-dotted line 26 indicates an average product temperature.
  • a freeze-drying process of the type shown begins with the introduction of the frozen product into chamber 1.
  • the chamber is then evacuated and the shelves are heated to the desired temperature.
  • the main drying takes about 48 hours.
  • the control pressure (curve 23) is kept at a certain pressure.
  • the shelf temperature (curve 24) is also set to certain values.
  • the surface temperature increases already after 24 hours. After the ice temperature drops, the pressure control is switched off. The shelf temperature will continue to increase.
  • controller 16 and computer 21 can be used to determine the residual moisture. This is expediently carried out using a method as described in international patent application WO 96/25654. In this method, the residual moisture is obtained from measurements of the desorption rate DR.
  • DR Desorbed water mass x100 Hours x mass of dry matter Water in% of dry matter per hour
  • the desorption rate during the Post-drying phase measured at certain time intervals (e.g. 10 min)
  • the computer calculates the time at which two or more of these measured values a desorption rate would be reached (desorption rate zero point), which the Desired residual moisture only by a tolerable small amount would change, and then the respective residual moisture from the computer temporal integration of the desorption rates from zero to Measurement time is determined.
  • the Post-drying characteristic values of pressure and Floor temperature then made when the ice temperature has changed by more than 2 to 3 ° C compared to a highest mean. Also increasing the shelf temperature during the main drying can be made depending on changes in ice temperature become. In the illustrated embodiment, this happens when the ice temperature by more than 1 ° C compared to the highest mean has changed.
  • Figure 3 is a diagram in which the solid curve 28 shows the increase in Represents pressure after the valve is shut off between chamber 1 and capacitor 3 takes place.
  • This curve is running by the computer 21 differentiated (dashed curve 29). This makes it possible to keep running determine the temporal change in the chamber pressure. As before described, the measurement can be stopped if the temporal Change in pressure exceeds a maximum.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Gefriertrocknungsprozesses,
  • bei dem eingefrorenes, in einer evakuierten Kammer auf temperierbaren Stellflächen befindliches Produkt zunächst einer Haupttrocknung und anschließend einer Nachtrocknung unterworfen wird,
  • bei dem während der Haupttrocknung laufend die Temperatur des im zu trocknenden Produkt eingeschlossenen Eises gemessen wird und
  • bei dem beim Übergang von der Haupttrocknung zur Nachtrocknung der Kammerdruck und/oder die Stellflächentemperatur verändert werden.
Ein derartiges Verfahren ist, zum Beispiel, aus der DE-C-1 038 988 bekannt.
Die Gefriertrocknung ist ein Verfahren zur Entfernung des Wassers aus einem wasserhaltigen eingefrorenen Produkt, z.B. aus Pharmaka und Lebensmitteln. Das Verfahren wird im allgemeinen bei einem Luftdruck ausgeführt, der klein ist gegen den Wasserdampfdruck bei der gewählten Temperatur des Eises: Z.B. entspricht eine Eistemperatur von -20° C einem Wasserdampfdruck (im Gleichgewicht) von 1,03 mbar. Damit der Wasserdampf von der Eisoberfläche in die Trockenkammer strömen kann, muß der Wasserdampfdruck in der Trockenkammer deutlich kleiner sein als 1,03 mbar. also z.B. 0,4 mbar. Zweckmäßig ist es deshalb, einen gegenüber diesem Druckwert kleinen Druck, z.B. 0,05 mbar, zu wählen. Die Gefriertrocknung findet üblicherweise in einer Kammer statt, in der sich temperierbare Stellflächen befinden und an die eine Evakuierungseinrichtung, z.B. ein mit einer Vakuumpumpe kombinierter Eiskondensator, angeschlossen ist.
Kennzeichnend für den Ablauf des Trocknungsprozesses sind im wesentlichen zwei Trocknungsphasen. Solange sich noch kristallisiertes (gefrorenes) Wasser in dem Produkt befindet, nennt man diesen Trockenabschnitt die Haupt- oder Sublimationstrocknung. Schließt man in dieser Phase der Trocknung die Absperrvorrichtung zwischen der Kammer und der Evakuierungseinrichtung für eine kurze Zeit (wenige Sekunden), stellt sich in der Kammer der Gleichsgewichtswasserdampfdruck ein, der der herrschenden Eistemperatur entspricht. Aus dem Druckanstieg kann direkt auf die Eistemperatur geschlossen werden. Dieses Verfahren zur Messung der Eistemperatur ist unter dem Begriff barometrische Temperaturmessung bekannt und in der DE-PS 10 38 988 beschrieben.
Solange noch festes Eis im Produkt vorhanden ist, d.h., während der Haupttrocknung, darf die Temperatur des Produktes bestimmte, meist weit unter 0° C gelegene Werte nicht überschreiten, um eine Beeinträchtigung der Qualität und/oder der Eigenschaften des Produktes zu vermeiden. Mit fortschreitender Trocknung werden die im Produkt vorhandenen Eiskerne immer kleiner. Im Bereich trockener Randzonen sind bereits höhere Temperaturen zulässig.
Liegt kein Wasser in Form von Eis mehr vor, ist das restliche Wasser am Trockenprodukt absorbiert oder auch mehr oder weniger fest gebunden. Die Entfernung dieses Wassers findet während der Nach- oder Desorptionstrocknung statt. Die in dieser Phase desorbierbare Wassermenge hängt von der Temperatur des Produkts, der Art der Wasserbindung und der jeweils noch vorhandenen Wassermenge ab.Die Nachtrocknung wird durch eine weitere Änderung der den Ablauf des Trocknungsprozesses bestimmenden physikalischen Bedingungen eingeleitet.
Aus der genannten DE-PS 10 38 988 ist ein Verfahren der eingangs erwähnten Art bekannt. Zur Bestimmung des Übergangs von der Haupttrocknung zur Nachtrocknung werden Messungen durchgeführt, die auf die Mittel zurückgreifen, die auch der Messung der Eistemperatur dienen. Dazu werden die Absperrzeiten, die bei der Messung der Eistemperatur nur wenige Sekunden betragen, wesentlich verlängert, und zwar auf zwei Minuten und mehr. Wenn sich nach Absperrzeiten dieser Größenordnung eine nahezu konstante Differenz zwischen dem Betriebsdruck und dem Sättigungsdampfdruck einstellt, dann kann davon ausgegangen werden, daß das feste Eis aus dem Gut vollständig entfernt worden ist, die Haupttrocknung also beendet ist. Die Stellflächcntemperatur und der Druck können auf diejenigen Werte eingestellt werden, bei denen die Nachtrocknung stattfinden soll.
Nachteilig an dem beschriebenen Verfahren ist die erhebliche Verlängerung der Absperrzeit. Ist die Haupttrocknung noch nicht beendet, dann besteht die Gefahr, daß eine Verlängerung der Absperrzeit zu einer nicht mehr zulässigen Temperaturerhöhung des eishaltigen Gutes und damit zu seiner Zerstörung führt.In modernen Gefriertrocknungsanlagen für die Pharma-Industrie erreicht der Wert einer Charge bereits die Millionen-DM-Grenze. Gefährdungen des Produktes müssen deshalb unbedingt vermieden werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines Gefriertrocknungsprozesses der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem der Nachteil längerer Absperrzeiten zwischen Kammer und Evakuierungseinrichtung nicht mehr in Kauf genommen werden muß.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die den Übergang von der Haupttrocknung zur Nachtrocknung kennzeichnenden Änderungen des Druckes und/oder der Stellflächentemperatur in Abhängigkeit von einem Absinken der Eistempcratur vorgenommen werden. Dieses Verfahren nutzt die Erscheinung aus, daß die während der Durchführung der Haupttrocknung gemessenen Eistemperatur-Werte während des Übergangs von Haupttrocknung zu Nachtrocknung kleiner werden.Diese offensichtlich nur scheinbare Änderung der Eistemperatur ist zwar geringfügig, kann jedoch mit Hilfe moderner Rechner exakt festgestellt werden. Da zur erfindungsgemäßen Steuerung des Gefriertrocknungsprozesses nur noch Messungen der Eistemperatur durchgeführt werden, welche lediglich kurze Absperrzeiten benötigen, besteht die Gefahr des Antauens des Produktes nicht mehr.
Während der Haupttrocknung werden die im Produkt vorhandenen Eiskerne immer kleiner. Häufig besteht nach der Ausbildung trockener Randzonen die Möglichkeit, bereits während der Haupttrocknung die Temperatur der Stellflächen zu erhöhen, ohne die Qualität des Produktes zu gefährden. Auch Änderungen der Trocknungsbedingungen dieser Art können erfindungsgemäß in Abhängigkeit von Änderungen der Eistemperatur vorgenommen werden.
Die während der Haupttrocknung gemessenen Werte der Eistemperatur ändern sich nur wenig. Es ist deshalb im Rahmen der Erfindung zweckmäßig, die Eistemperatur-Messwerte jeweils mit den vorhergegangenen Messwerten zu mitteln und zur Feststellung einer bestimmten Änderung der Eistemperatur laufend den höchsten der ermittelten Eistemperatur-Mittclwerte mit den jeweils aktuellen Werten der Eistemperatur zu vergleichen. Änderungen der Eistemperatur um beispielsweise 1,2 oder 3°C können nach diesem Verfahren eindeutig bestimmt werden.
Die Messung der Eistemperatur selbst erfolgt zweckmäßig nach der eingangs erwähnten barometrischen Temperaturmessung, d.h., daß aus dem Anstieg des Kammerdruckes, der nach einer Trennung der Kammer von ihrer Evakuierungseinrichtung eintritt, die Eistemperatur abgeleitet wird. Um entsprechend dem allgemeinen Ziel der vorliegenden Erfindung diese Absperrzeiten möglichst kurz zu halten, wird vorgeschlagen, folgendermaßen vorzugehen: Nach der Absperrung der Kammer von ihrer Evakuierungseinrichtung wird der ansteigende Kammerdruck laufend 10 bis einige 100 mal pro Sekunde gemessen. Diese Messwerte werden einem Rechner zugeführt. Die in den ersten Sekunden gemessenen Werte des Druckanstiegs ergeben eine ansteigende, etwa S-förmige Kurve, d.h., eine Kurve mit einem Wendepunkt. Mit Hilfe des Rechners wird diese Kurve laufend differenziert, also die zeitliche Änderung des Druckes (dp/dt) überwacht. Es hat sich herausgestellt, daß die für eine ausreichend genaue Feststellung der Eistemperatur notwendige Messung des Druckanstiegs abgebrochen werden kann, wenn die Druckanstiegskurve ihren Wendepunkt erreicht hat, d.h., wenn die erste Ableitung dieser Kurve ihr Maximum erreicht. Zu diesem Zeitpunkt kann deshalb bereits die Absperrzeit beendet und die Verbindung zwischen Kammer und Evakuierungseinrichtung wieder hergestellt werden; damit ist eine Überschreitung der Eistemperatur ausgeschlossen.
Die laufende, kurzzeitige und relativ genaue Feststellung der Eistemperatur erlaubt es, sehr früh über die Messgenauigkeit hinaus gehende Schwankungen der Eistemperatur festzustellen. Sind Schwankungen des Kammerdruckes oder der Stellflächentemperatur ausgeschlossen, dann deuten Schwankungen der Eistemperatur auf eine inhomogene Eisstruktur hin. Wärmeleitung und Wasserdampftransport sind unterschiedlich in Zonen mit sehr kleinen oder zusammengewachsenen großen Kristallen. Dieses gilt auch für während der Haupttrocknung kollabierte Produkte, da dann in einigen Zonen Wasser statt Eis vorhanden ist. Schwankungen der Eistemperatur können deshalb auf Fehler beim Einfrieren des Produkts oder auf zu hohe Stellfächen-Temperaturen hinweisen.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen gemäß Anspruch 8.
Weitere Vorteile der Erfindung sollen anhand der Figuren 1 bis 3 erläutert werden. Es zeigen
Figur 1
schematisch eine Einrichtung zur Durchführung eines Gefriertrocknungsprozesses,
Figur 2
ein Diagramm, das den Ablauf eines Gefriertrocknungsprozesses erkennen läßt und
Figur 3
ein weiteres Diagramm zur Erläuterung der Feststellung der Eistemperatur
Die in Figur 1 dargestellte Gefriertrocknungs-Einrichtung umfaßt die Kammer 1 mit ihren Stellflächen 2 und den daran angeschlossenen Kondensator 3 mit seinen Kondensationsflächen 4. Auf den Stellflächen 2 befinden sich Behälter (Fläschchen 5) mit gefrierzutrocknendem Produkt. Die Stellflächen 2 sind temperierbar. Sie sind Bestandteil eines Temperierkreislaufs 6 mit Förderpumpe 7 und Kältemaschine 8. Während der Heizphase wird die Kältemaschine abgeschaltet und das Kühl-/Heiz-Medium elektrisch geheizt (Heizung 9).. Eine dem Verschluß der Fläschchen 5 innerhalb der Kammer 1 und nach der Durchführung der Trocknung dienende Apparatur ist generell mit 10 bezeichnet.
Zwischen Kammer 1 und Kondensator 3 befindet sich das Ventil 11, das mit Hilfe des Antriebs 12 betätigt wird. Dem Kondensator 3 nachgeordnet ist der Vakuumpumpsatz 14.
Zur Steuerung des Ablaufs des Gefriertrocknungsprozesses sind Steuermittel vorgesehen. Einer zentralen Steuerung 16 werden laufend Informationen über den Druck in der Kammer 1 und über die Temperatur der Stellflächen 2 zugeführt. Dazu dienen Druck- und Temperatur-Sensoren 17, 18. Nur ein Temperatur-Sensor 18 im Temperierkreislauf 6 ist dargestellt. Zweckmäßiger ist es, wenn der Austritt jeder der Stellflächen 2 mit einem Temperatursensor ausgerüstet ist.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel steht die Steuerung 16 mit dem Vakuumpumpsatz 14, dem Kältemittelverdampfer 8 und dem Antrieb 12 des Ventils 11 in Verbindung. Die Drucksteuerung in der Kammer 1 erfolgt durch Zu- und Abschalten des Vakuumpumpsatzes 14 oder durch gesteuerten Einlass von Inertgas. Die Stellflächentemperatur wird mit Hilfe der Kältemaschine 8 bzw. der Heizung 9 eingestellt. Mit Hilfe der Steuerung 16 wird auch das Absperrventil 11 betätigt, um in an sich bekannter Weise die Eistemperatur zu messen.
Der Steuerung 16 zugeordnet ist der Rechner 21, dem ebenfalls die vom Drucksensor 17 gelieferten Signale zugeführt werden. Im Rechner 21 wird - wie weiter vorne beschrieben - die zeitliche Änderung des Druckes (dp/dt) nach einer Absperrung des Ventils 11 laufend überwacht. Unmittelbar nach dem Überschreiten des Maximums dieses Wertes erhält die Steuerung 16 das Signal, die Absperrzeit zu beenden.
Das Diagramm nach Figur 2 läßt den zeitlichen Ablauf eines Beispieles für einen Gefriertrocknungsprozess erkennen. In y-Richtung sind Stellflächen-Temperatur-Werte und Druck-Werte angegeben. Die gestrichelte Kurve 23 gibt den Verlauf des Kammerdruckes wieder. Die punktierte Linie 24 zeigt den Verlauf der Stellflächentemperatur. Die ausgezogene Linie 25 läßt die laufend gemessenen Eistemperatur-Werte erkennen. Schließlich gibt die strichpunktierte Linie 26 eine mittlere Produkt-Temperatur an.
Ein Gefriertrocknungsprozess der dargestellten Art beginnt mit dem Einbringen des gefrorenen Produktes in die Kammer 1. Danach werden die Kammer evakuiert und die Stellflächen auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt. Es stellt sich ein thermodynamisches Gleichgewicht ein, bei dem die Haupttrocknung stattfindet. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel dauert die Haupttrocknung ca. 48 Stunden. In dieser Zeit wird der Steuerdruck (Kurve 23) auf einem bestimmten Druck gehalten. Die Stellplatten-Temperatur (Kurve 24) wird ebenfalls auf bestimmte Werte eingestellt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt nach 24 Stunden bereits eine Erhöhung der Stellflächentemperatur. Nach dem Absinken der Eistemperatur wird die Drucksteuerung abgeschaltet. Die Stellfächentemperatur wird weiterhin erhöht. In dieser Phase der Nachtrocknung können Steuerung 16 und Rechner 21 dazu verwendet werden, die Restfeuchte zu ermitteln. Dieses geschieht zweckmäßig nach einem Verfahren, wie es in der Internationalen Patentanmeldung WO 96/25654 beschrieben ist. Bei diesem Verfahren wird die Restfeuchte aus Messungen der Desorptionsrate DR gewonnen. DR = Masse des desorbierten Wassers x100Stunden x Masse der Trockensubstanz    Wasser in % der Trockenmasse pro h
Bei diesem Verfahren wird die Desorptionsrate während der Nachtrockenphase in bestimmten Zeitabständen (z., B. 10 min) gemessen, ein Rechner errechnet aus zwei oder mehreren dieser Meßwerte die Zeit, zu der eine Desorptionsrate erreicht wäre (Desorptionsraten-Nullpunkt), die die gewünschte Restfeuchte nur noch um einen tolerierbaren kleinen Betrag verändern würde, und danach die jeweilige Restfeuchte vom Rechner durch zeitliche Integration der Desorptionsraten vom Nullpunkt bis zum Meßzeitpunkt ermittelt wird.
Erfindungsgemäß werden die Änderungen des Kammerdruckes und der Stellflächentemperatur in Abhängigkeit von einem Absinken der Eistemperatur vorgenommen Beim dargestellten Ausführungsbeispiel werden die die Nachtrocknung kennzeichnenden Werte des Druckes und der Stellflächentemperatur dann vorgenommen, wenn sich die Eistemperatur gegenüber einem höchsten Mittelwert um mehr als 2 bis 3°C geändert hat. Auch die Erhöhung der Stellflächentemperatur während der Haupttrocknung kann in Abhängigkeit von Änderungen der Eistemperatur vorgenommen werden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel geschieht dieses, wenn sich die Eistemperatur gegenüber dem höchsten Mittelwert um mehr alsl°C geändert hat.
Figur 3 ist ein Diagramm, in dem die ausgezogene Kurve 28 den Anstieg des Druckes darstellt, der nach der Absperrung des Ventils zwischen Kammer 1 und Kondensator 3 erfolgt. Diese Kurve wird vom Rechner 21 laufend differenziert (gestrichelte Kurve 29 ). Dadurch ist es möglich, laufend die zeitliche Änderung des Kammerdruckes festzustellen. Wie bereits beschrieben, kann die Messung abgebrochen werden, wenn die zeitliche Änderung des Druckes ein Maximum überschreitet.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Gefriertrocknungsprozesses,
    bei dem eingefrorenes, in einer evakuierten Kammer auf temperierbaren Stellflächen befindliches Produkt zunächst einer Haupttrocknung und anschließend einer Nachtrocknung unterworfen wird,
    bei dem während der Haupttrocknung laufend die Temperatur des im zu trocknenden Produkt eingeschlossenen Eises gemessen wird und
    bei dem beim Übergang von der Haupttrocknung zur Nachtrocknung der Kammerdruck und/oder die Stellflächentemperatur verändert werden,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die den Übergang von der Haupttrocknung zur Nachtrocknung kennzeichnenden Änderungen des Druckes und/oder der Stellflächentemperatur in Abhängigkeit von einem Absinken der Eistemperatur vorgenommen werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß auch während der Haupttrocknung Kammerdruck und/oder Stellfächentemperatur verändert werden und daß Änderungen dieser Art ebenfalls in Abhängigkeit von Änderungen der Eistemperatur vorgenommen werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eistemperatur-Meßwerte jeweils mit den vorhergegangenen Meßwerten gemittelt werden und daß zur Feststellung einer bestimmten Änderung der Eistemperatur laufend der höchste der ermittelten Eistemperatur-Mittelwerte mit den aktuellen Werten der Eistemperatur verglichen werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Eistemperatur laufend Messungen eines Druckanstiegs durchgeführt werden, welcher nach einer Absperrung der Kammer von ihrer Evakuierungseinrichtung stattfindet.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Absperrung der Kammer von ihrer Evakuierungseinrichtung der Kammerdruck laufend gemessen und diese Meßwerte einem Rechner zugeführt werden, daß der Rechner laufend die zeitliche Änderung des Druckes (dp/dt) feststellt und daß die Druckanstiegsmessung beendet und gleichzeitig die Verbindung zwischen Kammer und Evakuierungseinrichtung wieder hergestellt wird, wenn die zeitliche Änderung des Druckes ein Maximum erreicht hat.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Übergang von der Haupttrocknung zur Nachtrocknung die noch im zu trocknenden Produkt vorhandene Restfeuchte ermittelt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Restfeuchte aus Messungen der Desorptionsrate gewonnen wird, indem die Desorptionsrate während der Nachtrockenphase in bestimmten Zeitabständen (z.B. 10 min) gemessen wird, ein Rechner aus zwei oder mehreren dieser Meßwerte die Zeit errechnet, zu der eine Desorptionsrate erreicht wäre (Desorptionsraten-Nullpunkt), die die gewünschte Restfeuchte nur noch um einen tolerierbaren kleinen Betrag verändern würde, und danach die jeweilige Restfeuchte vom Rechner durch zeitliche Integration der Desorptionsraten vom Nullpunkt bis zum Meßzeitpunkt ermittelt wird.
  8. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Steuerung eines Gefriertrocknungsprozesses, nach den Ansprüchen 1 bis 7, mit einer evakuierten Kammer mit temperierbaren Stellflächen, mit Mitteln zum Messen der Temperatur des im zu trocknenden Produkt eingeschlossenen Eises und zum Verändern des Kammerdruckes und/oder der Stellflächentemperatur dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung in an sich bekannter Weise mit einem Rechner (21) ausgerüstet ist und daß eine Steuerung (16) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von vom Rechner (21) gelieferten Werten den Druck in der Kammer (1) und/oder die Temperatur der Stellflächen (2) verändert.
EP98922751A 1997-05-07 1998-04-21 Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines gefriertrocknungsprozesses Expired - Lifetime EP0980503B1 (de)

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EP0980503A1 EP0980503A1 (de) 2000-02-23
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EP (1) EP0980503B1 (de)
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DE (2) DE19719398A1 (de)
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WO (1) WO1998050744A1 (de)

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DE102016215844A1 (de) 2016-08-23 2018-03-01 OPTIMA pharma GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Gefriertrocknung

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