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Dynamische Gefriertrocknung Neue Dynamik in der Gefriertrocknung

| Autor / Redakteur: Dr. Matthias Plitzko, Dr. Bernhard Luy / Dipl.-Ing. (FH) Tobias Hüser

Die dynamische Gefriertrocknung verbessert Wärme- und Stoffübergang und senkt dadurch die Trocknungsdauer. Kombiniert mit einem vorgeschalteten Prozessschritt zur Herstellung gefrorener Bulkware entsteht ein alternatives Verfahren, das weitere Produktinnovationen ermöglicht.

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Trocknung und Abfüllung ist bei der dynamischen Gefriertrocknung räumlich getrennt. Im Kühlturm entstehen fließfähige Partikel. Der Gefriertrockner wird im Einfrierschritt kontinuierlich befüllt. (Bild: Meridion)
Trocknung und Abfüllung ist bei der dynamischen Gefriertrocknung räumlich getrennt. Im Kühlturm entstehen fließfähige Partikel. Der Gefriertrockner wird im Einfrierschritt kontinuierlich befüllt. (Bild: Meridion)

Die grundlegende Prozesstechnik der konventionellen Gefriertrocknung hat sich seit mehreren Jahrzehnten nicht geändert. Entwicklungen erfolgten im Bereich des Produkthandlings, der Prozesssteuerung und Überwachung sowie der Weiterentwicklung einzelner Komponenten. Das Prinzip der statischen Trocknung eines eingefrorenen Gutes auf Stellflächen blieb unverändert. Als Alternative bietet sich die dynamische Gefriertrocknung an, die nicht nur verfahrenstechnische Vorteile aufweist, sondern auch Bulkware mit neuen Eigenschaften ermöglicht.

Wo liegen die Unterschiede im Vergleich zur statischen Trocknung?

Bei der dynamischen Gefriertrocknung ist der Einfriervorgang vom Trocknungsschritt schon anlagentechnisch getrennt. Im ersten Schritt wird die zu trocknende Lösung über Frequenzdüsen versprüht. Der Tropfen mit einem Durchmesser von etwa 600 Mikrometer (einstellbar von 300 bis etwa 1000 Mikrometer) gefriert im Fallen durch einen Kühlturm zu einem runden Partikel, sodass nach Abschluss dieses Schrittes aus der Lösung ein fließfähiges, gefrorenes Schüttgut entstanden ist.

Dieses Gut wird kontinuierlich in den vorgekühlten dynamischen Gefriertrockner überführt. Nach erfolgter Füllung schließen Ventile den Trockner vom Einfrierturm ab und es wird analog zur klassischen Gefriertrocknung ein entsprechendes Vakuum gezogen.

Der Aufbau des dynamischen Gefriertrockners gleicht dem eines konventionellen mit Trocknungskammer und Kondensator. Statt beheizter Stellflächen befindet sich in der Trocknungskammer eine beheizbare Trommel. Bei geringen Drehzahlen wird das Produkt in der Trommel schonend umgewälzt. Temperatursensoren in der Produktschüttung messen kontinuierlich eine Prozesstemperatur, welche sich nahe der Produkttemperatur befindet. Diese Temperaturprofile geben deutliche Hinweise auf das Erreichen des Trocknungs-endpunktes. Anschließend wird die Anlage durch Umkehrung der Trommeldrehrichtung mittels eingebauter Spirale nach vorne entleert.

Oft auftretende Randeffekte in konventionellen Gefriertrocknern (Vials an den Rändern der Stellflächen trocknen schneller als in der Mitte) können im dynamischen System aufgrund der Produktumwälzung und permanenten Durchmischung gar nicht auftreten, welches dann auch etwaige Temperaturunterschiede an der Trommeloberfläche eher zulässt. Hier ist die Validierung / Qualifizierung der Anlage deutlich vereinfacht.

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