Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Einrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Es ist bekannt, zum Trocknen eines teilchenförmigen Gutes eine Einrichtung mit einem Behälter zu verwenden, der unten einen Siebboden und oben ein Filter aufweist, das zu trocknende, teilchenförmige Gut im zwischen dem Siebboden sowie dem Filter vorhandenen Behälter-Innenraum mit dieser von unten nach oben durchströmenden Luft vom Siebboden abzuheben und derart zu verwirbeln, dass eine Wirbelschicht entsteht. Die zugeleitete Luft wird normalerweise erwärmt, so dass das im teilchenförmigen Gut vorhandene und diesem beim Trocknen zu entziehende Material - normalerweise Wasser und/oder ein organisches Lösungsmittel - sich im flüssigen Aggregatzustand befindet und beim Trocknungsvorgang verdunstet und/oder verdampft. Bei verschiedenen Gütern kann jedoch eine Erwärmung auf über der normalen Raumtemperatur liegende Temperaturen Schäden verursachen.
Zudem ist bei gewissen Gütern sogar schon eine bei normaler Raumtemperatur stattfindende Trocknung nachteilig, weil bei einem durch Verdampfen und/oder Verdunsten erfolgenden Trocknungsvorgang die Struktur der Teilchen in ungünstiger Weise verändert wird. Diese Nachteile und Probleme beim Trocknen eines Gutes in einer Wirbelschicht-Einrichtung lassen sich beheben, indem das teilchenförmige Gut gemäss der CH-A 664 005 vor dem eigentlichen Trocknungsvorgang auf eine unter der Gefriertemperatur des Wassers oder des sonstigen, dem Gut beim Trocknen zu entziehenden Materials abgekühlt wird und die Temperatur der zum Verwirbeln des Gutes dienenden Luft sowie die übrigen Verfahrensparameter derart festgelegt werden, dass das Wasser oder besagte, sonstige Material dem Gut durch Sublimation entzogen wird. Durch eine solche Gefriertrocknung kann das Gut schonend getrocknet werden.
Das Trocknen eines teilchenförmigen, zu einer Wirbelschicht verwirbelten Gutes erfordert jedoch schon bei ungefähr in der Grösse der Raumtemperatur liegenden Temperaturen verhältnismässig viel Zeit. Wenn die Trocknung bei unterhalb der Gefriertemperatur liegenden Temperaturen des Gutes stattfindet, wird der Zeitbedarf noch grösser.
Es sind nun an sich auch bereits Trocknungsverfahren bekannt, bei denen ein teilchenförmiges Gut während des Trocknungsvorgangs der Einwirkung von mechanischen Schwingungen und/oder Wellen, d.h. Schall-Schwingungen bzw. Wellen, und/oder der Einwirkung von elektromagnetischen Feldern und Strahlungen unterworfen wird. Zum Beispiel ist aus der DE-A 3 204 690 eine Einrichtung mit einem Behälter, einem Boden und Mitteln bekannt, um den Behälter mitsamt dem sich beim Betrieb auf dessen Boden befindenden Gut zu rütteln. Ferner ist bei dieser Einrichtung eine über dem Boden angeordnete Elektrode vorhanden, um im zwischen ihr und dem Boden vorhandenen Raumbereich ein elektromagnetisches Hochfrequenz-Wechselfeld zu erzeugen.
Diese Einrichtung, bei der das Gut auf einem Boden aufliegt und mechanischen Vibrationen unterworfen wird, hat jedoch den Nachteil, dass ein verhältnismässig starker Abrieb der Teilchen des Gutes stattfindet. Zudem kann das Gut, das sich zwischen der Elektrode und dem als Gegenelektrode dienenden Boden befindet und im wasserhaltigen Zustand, abhängig von seiner Zusammensetzung möglicherweise verhältnismässig gut elektrisch leitend ist, unter Umständen elektrische Entladungen verursachen, die ihrerseits Staubexplosionen auslösen können. Durch diese Gefahr von Entladungen und Staubexplosionen wird der zulässige Anwendungsbereich der aus der DE-A 3 204 690 bekannten Einrichtung stark eingeschränkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zum Trocknen eines teilchenförmigen Gutes zu schaffen und dabei Nachteile der bekannten Verfahren bzw. Einrichtungen zu vermeiden. Ausgehend von den bekannten Wirbelschicht-Verfahren bzw. -Einrichtungen, bei denen eine Verwirbelung des zu trocknenden Gutes durch eine aufwärts gerichtete Luft- oder sonstige Gasströmung stattfindet, wird insbesondere angestrebt, die zum Trocknen benötigte Zeit auch dann möglichst kurz zu halten, wenn das zu trocknende Gut während des Trocknungsvorgangs eine verhältnismässig niedere Temperatur hat, die zum Beispiel höchstens wenig über der normalen Raumtemperatur oder ungefähr in der Grösse von dieser oder sogar unter der Gefriertemperatur des dem Gut beim Trocknen zu entziehenden Wassers und/oder sonstigen Materials liegt.
Das Verfahren und die Einrichtung sollen also eine zur Erzielung der gewünschten Eigenschaften des getrockneten Gutes ausreichend schonende, aber trotzdem rasch und wirtschaftlich durchführbare Trocknung ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren bzw. eine Einrichtung gelöst, das bzw. die erfindungsgemäss die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 9 aufweist.
Das Verfahren und die Einrichtung können zum Beispiel zum Trocknen, und zwar insbesondere Gefriertrocknen, eines teilchenförmigen Gutes dienen, das zur Verwendung als Arzneimittel bestimmt ist und nach dem Trocknen beispielsweise in für die orale Einnahme vorgesehene Kapseln eingefüllt oder für die Auflösung in Wasser oder einer anderen Flüssigkeit bereitgestellt wird. Des weiteren können auch zur Verwendung als lösliche Nahrungsmittel vorgesehene, teilchenförmige Güter getrocknet werden. Normalerweise wird das zu trocknende Gut vor dem Trocknungsvorgang im gleichen Behälter, in dem es nachher getrocknet wird, noch einer anderen, unter einer Verwirbelung stattfindenden Behandlung unterzogen und mindestens zum Teil oder vollständig in besagtem Behälter hergestellt.
Man kann zum Beispiel eine mindestens teilweise flüssige Substanz, wie eine Lösung oder Suspension, in den Innenraum des Behälters einsprühen und die entstehenden Tröpfchen durch Abkühlen unter ihre Gefrier- bzw. Schmelztemperatur in den festen Aggregatzustand überführen, so dass ein teilchenförmiges Gut entsteht. Dessen Teilchen können unmittelbar danach getrocknet oder vor dem Trocknungsvorgang noch zu grösseren Teilchen agglomeriert und/oder durch Besprühen mit einer anderen Lösung und/oder Suspension mit Überzügen versehen werden.
Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, das zu trocknende Gut bereits in Form fester, trockener oder feuchter Teilchen in den besagten Behälter einzubringen und in diesem einer Behandlung, etwa einer Agglomerations- und/oder Beschichtungsbehandlung, zu unterziehen, bei der es zum Beispiel mit einer mindestens teilweise flüssigen Substanz besprüht wird, die als Bindemittel und/oder zur Bildung eines Überzugs dient. Bei all diesen Varianten für die Bildung des zu trocknenden Gutes wird diesem beim Trocknen ein bei normaler Raumtemperatur, d.h. bei etwa 20 DEG C bis 25 DEG C, flüssiges, in ihm enthaltenes Material, normalerweise Wasser und/oder ein sonstiges, zum Beispiel organisches Lösungs- und oder Suspensionsmittel, mindestens zum Teil und vorzugsweise zum grössten Teil oder vollständig durch Sublimation entzogen.
Für weitere mögliche Verwendungen und Einzelheiten der Herstellung und Gefriertrocknung von teilchenförmigen Gütern sei auf die bereits zitierte CH-A 664 005 und die nicht vorveröffentlichte WO-A 88/10 150 verwiesen.
Die Erfindung soll nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels einer Einrichtung und anhand mit dieser durchführbarer Verfahren sowie Varianten der Einrichtung und Verfahren erläutert werden. In der Zeichnung zeigt
die Fig. 1 einen schematisierten Vertikalschnitt durch eine Einrichtung zum Herstellen und Trocknen eines teilchenförmigen Gutes,
die Fig. 2 eine schräg von unten gesehene Ansicht des Filters sowie des zur Vibration von diesem dienenden Erregers der Einrichtung gemäss der Fig. 1 und
die Fig. 3 einen Ausschnitt aus dem Filter in grösserem Massstab.
Die in der Fig. 1 ersichtliche, zum Herstellen und/oder Trocknen eines teilchenförmigen Gutes dienende Einrichtung besitzt einen von einem nicht gezeichneten Gestell gehaltenen Behälter 1, dessen Wandung 3 von unten nach oben einen Bodenteil 5, einen sich nach oben erweiternden, konischen Mantel 7, einen zylindrischen Mantel 9 und einen Deckteil 11. Die verschiedenen Teile der Wandung 3 des Behälters 1 sind bei ihren einander paarweise zugewandten Rändern mit Flanschen versehen, durch Verbindungsmittel, wie Schrauben und/oder Schnellverschluss-Klemmorgane, lösbar miteinander verbunden sowie mit Dichtungsmitteln gegeneinander abgedichtet.
Zumindest der Bodenteil 5, und die Mäntel 7 sowie 9 und beispielsweise auch noch der Deckteil 11 der Wandung 3 sind wärmeisolierend ausgebildet und besitzen zum Beispiel innen eine aus rostfreiem Stahl bestehende Schale und eine auf deren Aussenseite angeordnete Wärmeisolation. Zudem können mindestens der Bodenteil 5 und die beiden Mäntel 7, 9 der Wandung 3 noch mit einer nicht gezeichneten Kühl/Heizvorrichtung versehen sein, die etwa einen Kanal für ein flüssiges und/oder gasförmiges Kühl/Heiz-Fluid aufweist.
Der Bodenteil 5 ist mit einem als Gaseinlass 15 dienenden Anschluss versehen und enthält bei seiner Verbindung mit dem konischen Mantel 7 ein beim Betrieb horizontales, das Einleiten von Gas ermöglichendes Begrenzungselement 17, nämlich einen Siebboden 17. Im zylindrischen Mantel 9 ist mittels einer zum Beispiel ringförmigen Halterung 19 ein Filter 21 lösbar gehalten, dessen Ausbildung besonders deutlich aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich ist. Das Filter 21 weist einen horizontalen Filterabschnitt 21a auf, der sich zumindest annähernd - nämlich abgesehen von dem von der Halterung 19 eingenommenen Querschnittsbereich - über den ganzen Innenraum-Querschnitt des Mantels 9 erstreckt.
Das Filter 21 weist eine Anzahl über den horizontalen Querschnitt des Innenraums des Behälters 1 verteilte, nach unten vom horizontalen Filterabschnitt 21a wegragende, hohle, im horizontalen Querschnitt beispielsweise kreisförmige Zotten 21b auf, die am oberen, mit dem horizontalen Filterabschnitt 21a verbundenen Ende offen und am dem Filterabschnitt 21a abgewandten Ende geschlossen sind. Das Filter 21 ist aus einem Fasermaterial, nämlich einem Gewebe gebildet, könnte aber auch aus einem Vlies oder dergleichen bestehen. Die einzelnen Fäden des Gewebes bestehen aus miteinander versponnenen Fasern, aus einem Kunststoff, wie Polyester, und einem metallischen Material, wie rostfreiem Stahl. Der Anteil von Kunststoff-Fasern ist dabei volumenmässig und beispielsweise auch noch gewichtsmässig grösser als der Anteil von metallischen Fasern.
Der unten vom Begrenzungselement 17, d.h. Siebboden 17, und oben vom Filter 21 begrenzte Innenraum des Behälters 1 ist mit 23 bezeichnet.
Die Einrichtung weist ferner eine als Ganzes mit 31 bezeichnete Schwingungs- und/oder Wellenerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung von mechanischen Schwingungen und/oder elastischen Wellen, d.h. Schall-Schwingungen und/oder Wellen auf, die beim Betrieb auf das zu trocknende, teilchenförmige Gut einwirken. Die Erzeugungsvorrichtung 31 besitzt zum Beispiel mindestens einen im Bereich des konischen Mantels 7 angeordneten Schall-Erreger 33 und vorteilhafterweise mehrere, um die Behälterachse herum verteilte und/oder in verschiedenen Höhen angeordnete und/oder verschiedene Abstrahlrichtungen aufweisende Schall-Erreger 33, um Schall-Wellen in den Innnenraum 23 einzustrahlen. Im vorliegenden Fall sind zum Beispiel drei gleichmässig um die Behälterachse herum verteilte Schall-Erreger 33 vorhanden.
Die Schwingungs- und/oder Wellen-Erzeugungsvorrichtung 31 weist ferner einen auf der oberen, dem Innenraum 23 abgewandten Seite des Filters 21 angeordneten und mit diesem verbundenen Schall-Erreger 35 auf, um im Filter Schall-Schwingungen zu erregen und möglicherweise zusätzlich von oben her Schall-Wellen in den Innenraum 23 einzustrahlen.
Die Schall-Erreger 33, 35 können abhängig von der Grösse des Behälters und der Art des zu trocknenden Gutes ausgebildet sein, um Schall-Schwingungen und/oder -Wellen mit im hörbaren Bereich oder im Ultraschallbereich liegenden Frequenzen zu erzeugen. Die Frequenz der erzeugbaren Schwingungen und/oder Wellen beträgt zweckmässigerweise mindestens 100 Hz, vorzugsweise mindestens 500 Hz und beispielsweise mindestens 20 kHz oder sogar mindestens 30 kHz und liegt in den beiden letzten Fällen also im für Menschen unhörbaren Ultraschallbereich. Man kann jedoch auch vorsehen, dass die Frequenz der durch die Erreger 33, 35 erregbaren Schwingungen und/oder Wellen weniger als 18 kHz und sogar weniger als 10 kHz beträgt und also im hörbaren Bereich liegt.
Die beim Betrieb von den Erregern 33, 35 erzeugten Schwingungen und/oder Wellen können alle mindestens ungefähr oder sogar genau die gleiche Frequenz oder verschiedene Frequenzen haben. Im übrigen kann die Wandung 3 des Behälters 1 nötigenfalls noch mit einer Schall-Isolation versehen werden.
Wenn die Schall-Erreger 33 zur Erzeugung von Schall mit im oberen, hörbaren Frequenzbereich oder im Ultraschallbereich liegenden Frequenzen dienen sollen, kann jeder von ihnen zum Beispiel als pneumatischer, nach dem Prinzip der Galtonpfeife arbeitender Erreger ausgebildet sein. Ein solcher Erreger kann eine Düse mit einer ringspaltförmigen Mündungsöffnung, eine Schneide, ein die Düsenmündung umschliessendes Resonanzrohr und einen an dessen der Düsenmündung abgewandtes Ende anschliessenden, sich von diesem weg konisch erweiternden Schalltrichter aufweisen. Der Eingang der Düse ist mit einer Gaszufuhrvorrichtung verbunden, die im vorliegenden Fall aus zum Ansaugen von Luft aus der Umgebung sowie zum Komprimieren dieser Luft dienenden Pumpe 37 und einem Reservoir 39 für die Druckluft besteht.
Das der Düsenmündung abgewandte Ende des Schalltrichters des Erregers 33 ist dem Innenraum 23 zugewandt. Während der Schalltrichter bei bekannten Erregern dieser Art auf seiner der Düsenmündung abgewandten Stirnseite offen ist, besitzt jeder Erreger 33 an seinem dem Innenraum 23 zugewandten Ende eine Membran 33a, welche die Schallübertragung in den Innenraum 23 ermöglicht, diesen jedoch gasdicht gegen den Resonanz-Hohlraum des Erregers 33 abschliesst, so dass die zum Betrieb des Erregers 33 dienende Druckluft nicht in den Innenraum 23 gelangt. Der Schalltrichter des Erregers 33 kann seitliche \ffnungen aufweisen, durch welche die zum Betrieb des Erregers erforderliche Druckluft in die Umgebung abströmen kann. Die Erreger 33 können zudem noch mit einer Stellvorrichtung zum Einstellen der Frequenz des erzeugten Schalls ausgerüstet sein.
Der bzw. jeder Erreger 35 kann zum Beispiel zur elektrostriktiven, und nämlich piezoelektrischen Umwandlung von elektrischer Energie in Schall ausgebildet sein und einen piezoelektrischen Wandler mit mindestens einem aus piezo elektrischer Keramik bestehenden, scheiben- und/oder folienförmigen Element 35a und mindestens zwei auf den beiden einander abgewandten Seiten von diesem angeordneten Elektroden 35b, 35c aufweisen. Die sich näher beim Filter 21 befindende Elektrode 35c kann zum Beispiel mindestens stellenweise am horizontalen Filterabschnitt 21a anliegen und eventuell fest mit diesem verbunden sein. Der Schall-Erreger 35 besitzt im Bereich jeder Zotte 21b ein durchgehendes Loch 35d. Ferner kann der Schall-Erreger 35 auch noch in den nicht von den Zotten eingenommenen Bereichen des horizontalen Filterabschnitts 21a Löcher 35e aufweisen.
Die Elektroden der Schall-Erreger 33, 35 sind elektrisch leitend mit einem elektrischen Oszillator 41 verbunden, der zur Erzeugung einer elektrischen, beispielsweise sinusförmigen Spannung ausgebildet ist, jedoch auch eine periodische Folge von Impulsen mit irgendeiner Form liefern könnte. Der Oszillator 41 kann zudem Steuer- und/oder Regelmittel aufweisen, um ein manuelles, stufenweises oder kontinuierliches Einstellen der Frequenz zu ermöglichen und/oder die Frequenz der erzeugten, elektrischen Spannung auf eine der Resonanzfrequenzen des vom Erreger 35 in Zusammenwirkung mit dem Filter 21 gebildeten, mechanischen Resonators einzuregeln. Vorteilhafterweise ist die bzw. jede dem Innenraum 23 zugewandte Elektrode 35c des Erregers 35 elektrisch leitend mit der elektrischen Masse und den metallischen Teilen der Behälter-Wandung 3 verbunden.
Auf der oberen Seite des Filters 21 ist eine zum Rütteln und Reinigen von diesem dienende Rüttelvorrichtung 45 vorhanden. Der Deckteil 11 ist mit einem Gasauslass 51 versehen, der mit dem oberhalb des Filters 21 vorhandenen Hohlraum des Behälters 3 verbunden ist. Ein Sprühorgan 53 besitzt mindestens eine in den Innenraum 23 mündende Sprühdüse und ist durch eine Leitung mit einer Flüssigkeits-Zufuhrvorrichtung 55 verbunden. Ein in den Innenraum 23 mündender Kühlmittel-Einlass 57 ist mit einer Kühlmittel-Zufuhrvorrichtung 59 verbunden.
Der Gasauslass 51 des Behälters 1 ist über eine Leitung 65, ein Ventil 67, eine durch ein Gebläse gebildete Pumpe 69, ein Filter 71, einen Dampf/Flüssigkeitsabscheider 73, eine Gas-Kühlvorrichtung 75 und ein Ventil 77 mit dem Gaseinlass 15 des Behälters 1 verbunden. Zwischen dem Ventil 67 und der Pumpe 69 ist eine Abzweigung vorhanden, von der eine Überbrückungsleitung 79, d.h. ein "Bypass" mit einem Ventil 81 zu einer Abzweigung, der die Kühlvorrichtung 75 mit dem Ventil 77 verbindende Verbindung führt, wobei die Überbrückungsleitung 79 eventuell auch noch ein nicht dargestelltes, wärmeisoliertes Gas-Reservoir aufweisen kann.
Der Gasauslass 51 des Behälters 1 ist noch über eine Leitung 85, mit einem Ventil 87, einer aus einem Gebläse bestehenden Pumpe 89, einem Filter 91, einem Dampf/Flüssigkeitsabscheider 93, einer Gas-Heizvorrichtung 95 und einem Ventil 97 mit dem Behälter-Gaseinlass 15 verbunden. Der Eingang der Pumpe 89 ist über eine ein Ventil 101 enthaltende Überbrückungsleitung 99 mit dem Ausgang der Gas-Heizvorrichtung 95 verbunden. Der Behälter 1 und die Leitungen 65, 79, 85, 99 ermöglichen die Bildung verschiedener Kreisläufe. Diese sind noch mit Gaszuleit/Gasableit-Mitteln versehen um ihnen Gas, nämlich Luft, zuzuleiten und wieder von ihnen abzuführen.
Die Gaszuleit/Gasableit-Mittel können zum Beispiel zwei Luftansaugöffnungen, die über ein Ventil 103 bzw. 105 mit dem Eingang der Pumpe 69 bzw. 89 verbunden sind, und einen über ein Ventil 107 mit dem Gasauslass 51 des Behälter 1 verbundenen, in die Umgebung mündenden Luftauslass aufweisen.
Die Pumpe 69 und/oder mindestens eines der Ventile 67, 77 sind derart ausgebildet, dass beim nachfolgend beschriebenen Betrieb die Menge des mittels der Pumpe 69 pro Zeiteinheit durch den Behälter 1 hindurch geförderten Gases und damit die sich im Behälter ergebende Gas-Strömungsgeschwindigkeit verändert und eingestellt werden kann. Im übrigen können an verschiedenen Stellen nicht dargestellte Temperatur-, Druck- und Feuchtigkeitssensoren, mit diesen verbundene Mess- und Anzeigevorrichtung sowie elektronische Steuer- und/oder Regel mittel vorhanden sein, um eine manuelle und/oder automatische Steuerung und/oder Regelung der verschiedenen, beim Betrieb stattfindenden Prozesse zu ermöglichen.
Jetzt wird die Herstellung eines teilchenförmigen Gutes aus einer wässerigen Lösung und/oder Suspension erläutert, die mindestens eine gelöste und/ oder suspendierte, pharmazeutische Wirk- und/ oder Hilfssubstanz enthält. Die Lösung und/oder Suspension wird zunächst in ein Reservoir der Flüssigkeits-Zufuhrvorrichtung 55 eingebracht und während einer Herstellungsphase des Verfahrens mit dem Sprühorgan 53 in den Innenraum 23 hinein gesprüht. Gleichzeitig wird aus der Kühlmittel-Zufuhrvorrichtung ein Kühlmittel, nämlich Trokkeneispulver, in den Innenraum 23 eingebracht. Ferner wird gleichzeitig mit der Pumpe 69 Gas, nämlich Luft, durch die Leitung 65, den Filter 71, den Dampf/Flüssigkeitsabscheider 73, die Gas-Kühlvorrichtung 75 und den Behälter 1 hindurch im Kreislauf umgewälzt.
Diese den Innenraum 23 mit zumindest im allgemeinen aufwärts gerichteter Strömungsrichtung durchströmende Luft verwirbelt die mit dem Sprühorgan in den Innenraum 23 hinein gesprühten Flüssigkeitströpfchen sowie die Trokkeneisteilchen oberhalb des Siebbodens 17, wie es durch Bahnen 111 angedeutet ist. Die Flüssigkeitströpfchen werden durch die in der Kühlvorrichtung 75 gekühlte Luft und das ebenfalls von der letzteren verwirbelte Trockeneispulver unter ihre Gefriertemperatur abgekühlt und dadurch verfestigt. Die Trockeneisteilchen nehmen bei diesem Vorgang Wärme auf, so dass sie in gasförmiges Kohlendioxid umgewandelt werden, das zusammen mit der Luft umgewälzt wird.
Wenn sich die vorgesehene Menge des durch Gefrieren von Flüssigkeitströpfchen gebildeten Gutes im Innenraum 23 befindet und in diesem eine Wirbelschicht bildet, wird das Einsprühen von Flüssigkeit sowie das Einbringen von Trockeneispulver beendet. Danach beginnt das Trocknen der im Behälter vorhandenen Charge des teilchenförmigen Gutes oder, wenn man berücksichtigt, dass den Teilchen eventuell schon während des Gefriervorgangs etwas Flüssigkeit entzogen worden ist, zumindest die Hauptphase des Trocknungsvorgangs. Dieser wird als Gefriertrocknung durchgeführt. Dementsprechend wird die zum Trocknen umgewälzte Luft mit der Kühlvorrichtung 75 auf eine Temperatur gebracht, bei der die Temperatur der im Innenraum 23 vorhandenen Teilchen unterhalb deren Gefrier- bzw. Schmelztemperatur bleibt.
Beim Trocknen kann die von der Pumpe 69 durch den Behälter geförderte Luft beispielsweise zumindest in einem ersten Teil des Trocknungsvorgangs derart eingestellt werden, dass die Teilchen des zu trocknenden Gutes oder zumindest des grössten Teils von diesem weiterhin oberhalb des Siebbodens 17 im Innenraum verwirbelt werden. In einem nachfolgenden, zweiten Teil des Trocknungsvorgangs kann die Menge der pro Zeiteinheit durch den Behälter hindurch geleiteten Luft so stark erhöht werden, dass das teilchenförmige Gut oder zumindest der grösste Teil von diesem zum Filter 21 empor gehoben wird und eine an der dem Innenraum 27 zugewandten Seite oder Fläche des Filters 21 anliegende Schicht bildet. Zur Klarstellung sei noch bemerkt, dass mit dem vorgängig verwendeten Begriff "der grösste Teil" ein mehr als 50% der Gesamtmenge des Gutes betragender Teil gemeint ist.
Die Oberfläche des Filters 21 ist wegen der Zotten 21b wesentlich grösser als die horizontale Querschnittsfläche des Innenraums des Mantels 9. Dadurch kann erreicht werden, dass die im zweiten Teil des Trocknungsvorgangs am Filter 21 anliegende Schicht des teilchenförmigen Gutes auch dann verhältnismässig dünn bleibt, wenn sie durch eine relativ grosse Menge von teilchenförmigem Gut gebildet wird.
Während des Trocknungsvorgangs oder zumindest während des besagten, ersten Teils von diesem können mit den Schall-Erregern 33 Schall-Wellen in den Innenraum 23 eingestrahlt werden. Ferner können mindestens während des zweiten besagten Teils des Trocknungsvorgangs oder während des ganzen Trocknungsvorgangs mit dem Schall-Erreger Schall-Schwingungen erzeugt werden, die im Filter 21 Schwingungen und/oder Wellen verursachen. Das Schwingbewegungen ausführende Filter 21 kann eventuell noch mehr oder weniger starke Schall-Wellen in den Innenraum 23 abstrahlen, so dass der Schall-Erreger 35 indirekt ebenfalls noch zur Einstrahlung von Schall-Wellen in den Innenraum 23 beitragen kann.
Nach dem Trocknen des Gutes wird die Zufuhr von gekühlter Luft zum Gaseinlass 15 des Behälters 1 beendet. Wenn das am Filter 21 hängende, getrocknete teilchenförmige Gut beim Unterbrechen der Luftzufuhr nicht von selbst herunter fällt, kann das Filter 21 mit der Rüttelvorrichtung 45 gerüttelt werden, um die Teilchen vom Filter zu lösen. Die von der Rüttelvorrichtung erzeugten Rüttelbewegungen des Filters 21 können an sich ebenfalls als Schall-Schwingungen aufgefasst werden, haben jedoch normalerweise wesentliche tiefere Frequenzen als die mit dem Erreger 35 erzeugten Schwingungen und dafür grössere Amplituden als diese.
Vorteilhafterweise wird der Innenraum des Behälter 1 vor der Entnahme der getrockneten Teilchen durch Schliessen der Ventile 67, 77 fluidmässig von der Pumpe 69, dem Filter 71, dem Dampf/Flüssigkeitsabscheider 73 und insbesondere der Gas-Kühlvorrichtung 75 getrennt und dafür durch \ffnen der vorher geschlossenen Ventile 87, 97 fluidmässig mit der Pumpe 89, dem Filter 91, dem Dampf/Flüssigkeitsabscheider 93 und der Gas-Heizvorrichtung 95 verbunden. Mit der Pumpe 89 kann dann dem Behälter so lange von der Gas-Heizvorrichtung erwärmte Luft zugeführt und im Kreislauf umgewälzt werden, bis die Innenfläche der Behälterwandung, der Siebboden 17, das Filter 21, die sonstigen im Inneren des Behälters vorhandenen Teile der Einrichtung und das teilchenförmige Gut ungefähr auf die Umgebungstemperatur erwärmt sind.
Danach wird die Zufuhr von mit der Pumpe 89 geförderter Luft zum Behälter 1 beendet und dieser vorübergehend am unteren Ende geöffnet, um die Charge des getrockneten, teilchenförmigen Gutes zu entnehmen. Durch die vor der Entnahme des Gutes stattfindende Aufwärmung der Innenteile des Behälters und des Gutes kann vermieden werden, dass die bei der Entnahme des Gutes in den Behälter sowie innerhalb und ausserhalb von diesem in Kontakt mit dem Gut gelangende Umgebungsluft die Innenflächen des Behälters und das Gut durch Kondensation des normalerweise in ihr enthaltenen Wasserdampfs befeuchtet.
Im Zeitraum, in welchem dem Behälter mit der Pumpe 89 zum Aufwärmen warme Luft zugeführt und danach das Gut entnommen wird, kann das Ventil 81 geöffnet und bei geschlossenen Ventilen 67, 77 mit der Pumpe 69 Luft über das Filter 71, den Dampf/Flüssigkeitsabscheider 73, die Gas-Kühlvorrichtung 75 und die Überbrückungsleitung 79 in Kreislauf umgewälzt, getrocknet sowie gekühlt und dadurch für die Herstellung der nächsten Charge des teilchenförmigen Gutes konditioniert werden. Wenn die Charge der hergestellten Teilchen aus dem Behälter 1 entnommen und dieser wieder verschlossen ist, kann man die Pumpe 69 durch \ffnen der Ventile 67, 77 wieder mit dem Behälter 1 verbinden, das Ventil 81 schliessen und annähernd sofort die Herstellung einer neuen Charge von teilchenförmigem Gut beginnen.
Während der zum Herstellen und Trocknen der neuen Charge des teilchenförmigen Gutes benötigten Zeitdauer oder mindestens während eines Teils von dieser kann die Pumpe 89 bei geschlossenen Ventilen 87, 97 und geöffnetem Ventil 101 Luft im Kreislauf über die Filter 91, den Dampf/Flüssigkeitsabscheider 93 und die Gas-Heizvorrichtung 95 umwälzen, trocknen, erwärmen und dadurch für die nächste, erforderliche Aufwärmung des Behälters und Gutes konditionieren. Im übrigen kann in den verschiedenen Betriebsphasen nach Bedarf über die Ventile 103, 105, 107 Gas bzw. Luft zwischen den verschiedenen Kreisläufen und der Umgebung ausgetauscht werden.
Nachdem der allgemeine Betrieb der Einrichtung zum chargenweisen Herstellen und Trocknen eines teilchenförmigen Gutes beschrieben wurde, sollen nun noch einige besondere Eigenschaften diskutiert werden.
Wie weiter vorne angegeben, können während des ersten Trocknungsvorgang-Teils, in welchem das teilchenförmige Gut im Innenraum 23 verwirbelt wird und also zumindest der grösste Teil des Gutes durch die aufwärts strömende Luft vom Siebboden abgehoben sowie fluidisiert ist, Schall-Wellen in den Innenraum 23 eingestrahlt werden, die sich durch die im letzteren vorhandene Luft ausbreiten und auf die verwirbelten Teilchen einwirken. Dadurch wird der Trocknungsvorgang wesentlich beschleunigt. Die Beschleunigung des Trocknungsvorgangs wird wahrscheinlich zumindest zum Teil dadurch verursacht, dass die Schall-Wellen auf der einen Seite der Teilchen ein Vakuum oder zumindest eine Druckabnahme und auf der anderen Seite der Teilchen eine Druckerhöhung bewirken, wobei diese Druckänderungen mit der Frequenz der Wellen ändern.
Die infolge der Schall-Wellen bei Teilchen-Oberflächenbereichen entstehenden Vakua oder Kavitationen können eine die Teilchen wahrscheinlich bei Abwesenheit von Schall-Wellen umgebende, dünne und zumindest weitgehend mit Wasserdampf gesättigte Luft-Grenzschicht stören und aufreissen und dadurch die Dampfabgabe der Teilchen beschleunigen.
Wenn die Teilchen im weiter vorne erwähnten zweiten Teil des Trocknungsvorgangs an der an den Innenraum 23 angrenzenden Fläche des Filters 21 anliegen, bewirkt bereits dieses Anliegen eine Beschleunigung des Trocknungsprozesses, ohne dass Schall-Schwingungen oder Schall-Wellen auf die Teilchen einwirken. Es wurden nämlich zum Beispiel Versuche durchgeführt, bei denen eine Lösung derart zersprüht wurde, dass das nach dem Trocknen vorhandene, teilchenförmige Gut Teilchengrössen, d.h. bei ungefähr kugeliger Teilchenform Teilchendurchmesser von mindestens 0,01 mm und höchstens 0,1 mm hatte.
Bei diesen Versuchen wurden zum Beispiel gleich grosse Chargen eines durch Zersprühen einer Lösung und Gefrieren der Tröpfchen gebildeten, teilchenförmigen Gutes entweder in vorbekannter Weise ohne die Einwirkung von Schall in der Wirbelschicht gefriergetrocknet oder aber - ebenfalls noch ohne die Einwirkung von Schall - derart gefriergetrocknet, dass das teilchenförmige Gut während des Trocknungsvorgangs eine an der an dem Innenraum angrenzenden Fläche des Filters 21 anliegende Schicht bildete. Gemäss diesen Versuchen ist der zum Trocknen des am Filter 21 anliegenden Gutes erforderliche Zeitaufwand 3- bis 10mal kleiner, als wenn das Gut ohne die Einwirkung von Schall in der Wirbelschicht getrocknet wird.
Nun ist zum Anheben des Gutes zum Filter selbstverständlich zumindest in der Anfangsphase eine grössere Luft-Strömungsgeschwindigkeit im Behälter erforderlich als zum Verwirbeln des Gutes. Eine Vergrösserung der Strömungsgeschwindigkeit wirkt an sich tendenziell beschleunigend auf den Trocknungsvorgang. Die Versuchsergebnisse geben jedoch starke Hinweise dafür, dass die Strömungsgeschwindigkeit im verwendeten Strömungsgeschwindigkeitsbereich als solche nur einen verhältnismässig geringen Einfluss auf die zum Trocknen benötigte Zeitdauer hat und dass die angegebene Verkürzung der Trocknungszeit beim Anliegen des Gutes am Filter gegenüber einer Trocknung in der Wirbelschicht eben tatsächlich zum grössten Teil durch das Filter bewirkt wird.
Die Beschleunigung des Trocknungsvorgangs durch das Filter 21 ohne die Einwirkung von Schall ist möglicherweise mindestens teilweise darauf zurückzuführen, dass die bereits erwähnte, die Teilchen umschliessende, mehr oder weniger mit Wasserdampf gesättigte Luft-Grenzschicht dadurch, dass die Teilchen das Filter und/oder einander berühren, gestört und gewissermassen aufgebrochen wird, so dass die Teilchenoberflächen in Berührung mit trockener Luft und/oder dem Filter gelangen. Zudem ergeben die im Filter vorhandenen, metallischen Fasern eine gute Wärmeleitung, so dass den am Filter anliegenden Teilchen nicht nur durch die an ihnen vorbeiströmende Luft, sondern zusätzlich noch durch die Wärmeleitung des Filters Wärme zugeführt wird, was möglicherweise ebenfalls zur Beschleunigung des Trocknungsvorgangs beiträgt.
Wenn während des zweiten Teils des Trocknungsvorgangs, d.h. wenn das teilchenförmige Gut zumindest zum grössten Teil am Filter 21 anliegt, zusätzlich mit dem Erreger 35 Schall-Schwingungen und/oder -Wellen im Filter erzeugt und eventuell zusätzlich noch mit den Erregern 33 Schall-Wellen erzeugt werden, ergeben die auf die Teilchen einwirkenden Schall-Schwingungen und/oder -Wellen eine zusätzliche Beschleunigung des Trocknungsvorgangs.
Es sei hiebei bemerkt, dass beim Verfahren gemäss der in der Einleitung zitierten DE-A 3 204 690 das zu trocknende, auf einem Boden aufliegende Gut zwar ebenfalls von Luft durchströmt und vibriert wird. Der beim erfindungsgemässen Verfahren stattfindende Trocknungsvorgang, bei welchem das Gut am Filter anliegt und im letzteren Schall-Schwingungen und/oder -Wellen erzeugt werden, unterscheidet sich jedoch in verschiedener Hinsicht vom aus der DE-A 3 204 690 bekannten Verfahren. Zunächst einmal erfolgt die Trocknung beim letzteren nicht durch Sublimation, sondern durch das Hindurchleiten von Warmluft durch das Gut und also durch Verdunsten und/oder Verdampfen des beim Trocknen zu entziehenden Wassers.
Des weiteren ergeben sich jedoch sehr verschiedene Wirkungen, wenn das zu trocknende Gut - wie beim bekannten Verfahren - auf der oberen Fläche eines vibrierenden Bodens aufliegt oder - wie beim erfindungsgemässen Verfahren - durch einen Luft- oder sonstigen Gasstrom vom Siebboden 17 abgehoben und zum Anliegen an der Unterseite eines Filters gebracht wird. Im letzteren Fall kann nämlich der Trocknungsprozess mit einer wesentlich grösseren Strömungsgeschwindigkeit der Luft durchgeführt werden, was die Trocknungsgeschwindigkeit vergrössert, und vermieden werden, dass die Schwerkraft das Gut auf die Auflage drückt.
Die Vermeidung des Andrückens des Gutes an einen vibrierenden Boden durch die Schwerkraft trägt zur Verhinderung oder zumindest zu einer starken Reduktion des Abriebs bei und ist insbesondere dann sehr vorteilhaft, wenn die Teilchen des Gutes eine lockere, poröse Struktur haben, wie es bei Teilchen zutrifft, die durch Gefrieren einer Lösung oder Suspension hergestellt worden sind.
Das Verfahren und die Einrichtung können in verschiedener Hinsicht geändert werden.
Die anhand der Fig. 1 bis 3 beschriebene Einrichtung ermöglicht zum Beispiel, vom beschriebenen Trocknungsverfahren abhängig von der Beschaffenheit des zu trocknenden Gutes nur den ersten Teil oder nur den zweiten Teil durchzuführen. Bei der ersten dieser beiden Verfahrensvarianten wird also das teilchenförmige Gut zum Trocknen verwirbelt und gleichzeitig der Einwirkung von Schall-Wellen unterworfen, wobei dann jedoch darauf verzichtet wird, das teilchenförmige Gut oder zumindest dessen grössten Teil zum Filter 21 anzuheben. Das letztere hätte dann wie bei bekannten Wirbelschicht-Einrichtungen lediglich den Zweck, unerwünschterweise über den zur Verwirbelung vorgesehenen Bereich des Behälter-Innenraums hinauf gelangende Teilchen, wie durch Abrieb entstandene Staubteilchen, am Austritt aus dem Behälter zu hindern.
Bei der zweiten dieser beiden Verfahrensvarianten werden die Teilchen dagegen, nachdem durch Gefrieren von Flüssigkeitströpfchen die gewünschte Menge von festen Teilchen gebildet wurde, sofort durch Vergrössern der Strömungsgeschwindigkeit zum Filter 21 angehoben und danach getrocknet. Wenn die Einrichtung ausschliesslich zur Durchführung von einer dieser beiden Verfahrensvarianten vorgesehen ist, können entweder die Schall-Erreger 33 oder der Schall-Erreger 35 wegfallen. Wenn das teilchenförmige Gut in am Filter 21 anliegendem Zustand getrocknet wird, kann dies zudem mit oder ohne die Erzeugung von Schall-Schwingungen im Filter geschehen. Im letzteren Fall besteht sogar die Möglichkeit, sowohl die Schall-Erreger 33 als auch den Schall-Erreger 35 wegzulassen.
Die Ausbildung der Schall-Erreger kann ebenfalls auf manigfaltige Weisen variiert werden. Zum Beispiel könnte man die pneumatischen Schall-Erreger 33 durch eine entsprechende Anzahl piezoelektrischer Schall-Erreger oder einen einzigen, die Behälterachse ringförmig umschliessenden, piezoelektrischen Schall-Erreger ersetzen. Umgekehrt könnte man den piezoelektrischen Schall-Erreger 35 durch mindestens einen pneumatischen Schall-Erreger ersetzen. Ferner könnte man zur Erzeugung der Schall-Schwingungen und/oder -Wellen auch Schall-Erreger mit Wandlern versehen, die unter Verwendung der elektromagnetischen Induktion elektrische Energie in Bewegungen einer Membran umwandeln und zum Beispiel in der Art von elektrodynamischen oder elektromagnetischen Lautsprechern ausgebildet sind.
Zur Erregung von Schwingungen im Filter 21 könnte man ferner die Kraftwirkung elektrischer Felder zwischen den zwei Elektroden eines elektrischen Kondensators ausnützen, wobei die eine Elektrode des Kondensators durch das Filter und die andere Elektrode des Kondensators durch eine oberhalb des Filters angeordnete Elektrode gebildet würde. Das Filter wäre in diesem Fall selbstverständlich derart auszubilden, dass alle seine Bereiche elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Des weiteren könnte man die Schwingungs- und/oder Wellen-Erzeugungsvorrichtung statt mit Schall-Erregern oder zusätzlich dazu mit Erregern zum Erregen und Abstrahlen von Schwingungen und oder Wellen des elektromagnetischen Feldes, wie Mikrowellen und/oder Infrarotlichtwellen, ausrüsten und das teilchenförmige Gut zum Trocknen, wenn es verwirbelt wird und/oder wenn es am Filter anliegt, der Einwirkung von elektromagnetischen Feld-Schwingungen und/oder Wellen aussetzen.
Die Anzahl, Form und Grösse der Zotten des gasdurchlässigen Filters 21 kann ebenfalls variiert werden. Ferner könnte man die Zotten zur Versteifung und zur Verbesserung der Schwingungs- bzw. Wellenausbreitung noch mit metallischen, schraubenfederartigen Wendeln versehen. Ferner könnte man anstelle der im horizontalen Querschnitt kreisförmigen Zotten 21a eine andere Querschnittsform besitzende Zotten vorsehen. Zudem könnte man die Zotten weglassen und das Filter dafür mit anderen, mit einer horizontalen Ebene Winkel bildenden Abschnitten versehen. Das Filter könnte zum Beispiel in einem vertikalen Schnitt wellen- und/oder zickzacklinienförmig sein. Das Filter 21 könnte anstelle der Kunststoff-Fasern aus einem natürlichen, organischen Material bestehende Fasern enthalten.
Statt ein Filter zu verwenden, das aus einem Gemisch von Fasern aus organischem Material und von metallischen Fasern gebildet ist, könnte man auch ein Filter aus Fasern vorsehen, die eine metallische Seele und eine diese umhüllende Beschichtung aus Kunststoff besitzen. Eventuell könnte auch ein ausschliesslich aus metallischen Fasern gebildetes Filter verwendet werden.
Wie bereits in der Einleitung erwähnt, kann man im Behälter vor dem Trocknungsvorgang Teilchen verwirbeln und dabei zu grösseren Teilchen agglomerieren und/oder beschichten, so dass das zu trocknende, teilchenförmige Gut dann durch die agglomerierten und/oder beschichteten Teilchen gebildet ist. Wenn vor dem Trocknen derartige Behandlungen vorgesehen sind, kann es in gewissen Fällen vorteilhaft sein, anstelle des beim Betrieb feststehenden Siebbodens 17 als Begrenzungselement eine drehbare, beim Agglomerieren und/oder Beschichten der Teilchen rotierende Rotorscheibe vorzusehen. Die zum Hindurchleiten durch den Behälter bestimmte Luft kann dann durch einen zwischen der Behälterwandung und der Rotorscheibe vorhandenen Ringspalt in den zum Behandeln und Trocknen des Gutes dienenden Innenraum eingeleitet werden.
Bei der in der Fig. 1 dargestellten Einrichtung kann die von der Pumpe 89 geförderte, warme Luft den Behälter 1 von unten nach oben durchströmen. Man könnte jedoch die Pumpe 89, das Filter 91, den Dampf/Flüssigkeitsabscheider 93 und die Gas-Heizvorrichtung 95 auch derart mit einander und mit dem Behälter 1 verbinden, dass die Pumpe 89 nach dem eigentlichen Trocknungsvorgang - d.h. nach der Gefriertrocknung - warme Luft von oben nach unten durch den Behälter 1 hindurch fördern kann. Die von der Pumpe 89 durch den Behälter 1 geförderte Luft könnte dann zusätzlich zum beschriebenen Erwärmen der Behälter-Innenteile und des getrockneten Gutes auch noch dazu dienen, das letztere vom Filter 21 wegzublasen, so dass dann eventuell auf die Rüttelvorrichtung 45 verzichtet werden könnte.
Des weiteren könnte man zum Verwirbeln und/oder Trocknen des teilchenförmigen Gutes anstelle von Luft ein anderes Gas, zum Beispiel Stickstoff, durch den Behälter hindurch leiten.
The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a device according to the preamble of claim 9.
It is known to use a device with a container for drying a particulate material which has a sieve bottom at the bottom and a filter at the top, the particulate material to be dried in the container interior present between the sieve bottom and the filter with this from bottom to top lifting air flowing through from the sieve bottom and swirling it in such a way that a fluidized bed is created. The supplied air is normally heated so that the material present in the particulate material and which can be extracted from it during drying - normally water and / or an organic solvent - is in the liquid state and evaporates and / or evaporates during the drying process. With different goods, however, heating to temperatures above normal room temperature can cause damage.
In addition, drying which takes place at normal room temperature is disadvantageous in certain goods because the structure of the particles is changed in an unfavorable manner in a drying process which takes place by evaporation and / or evaporation. These disadvantages and problems when drying a good in a fluidized bed device can be remedied by the particulate good according to CH-A 664 005 before the actual drying process on a below the freezing temperature of the water or the other material to be extracted from the good during drying is cooled and the temperature of the air serving to swirl the goods and the other process parameters are determined in such a way that the water or said other material is extracted from the goods by sublimation. Freeze drying of this type allows the goods to be dried gently.
However, drying a particulate material which is swirled to form a fluidized bed requires a comparatively long time even at temperatures approximately the same as room temperature. If drying takes place at temperatures below the freezing temperature of the goods, the time required is even greater.
Drying processes are already known per se, in which a particulate material during the drying process is exposed to mechanical vibrations and / or waves, ie. H. Sound vibrations or Waves, and / or the action of electromagnetic fields and radiation is subjected. For example, DE-A 3 204 690 discloses a device with a container, a base and means for shaking the container together with the goods located on its base during operation. Furthermore, this device has an electrode arranged above the floor in order to generate an electromagnetic high-frequency alternating field in the space between it and the floor.
However, this device, in which the material rests on a floor and is subjected to mechanical vibrations, has the disadvantage that the particles of the material are relatively abraded. In addition, the material that is located between the electrode and the base serving as the counterelectrode and, in the water-containing state, depending on its composition, may be relatively good electrical conductor, can possibly cause electrical discharges, which in turn can trigger dust explosions. Due to this risk of discharges and dust explosions, the permissible field of application of the device known from DE-A 3 204 690 is severely restricted.
The invention is based on the object of a method or to provide a device for drying a particulate material and thereby disadvantages of the known methods and Avoid facilities. Based on the known fluidized bed processes or Facilities in which the material to be dried is swirled by an upward air or other gas flow is particularly sought to keep the time required for drying as short as possible even if the material to be dried is at a relatively low temperature during the drying process has, for example, at most little above normal room temperature or approximately the size of this or even below the freezing temperature of the water and / or other material to be removed from the material during drying.
The method and the device should therefore enable drying which is sufficiently gentle to achieve the desired properties of the dried material, but nevertheless can be carried out quickly and economically.
This task is accomplished through a process or solved a facility that according to the invention the features of claim 1 or 9 has.
The method and the device can be used, for example, for drying, in particular freeze-drying, a particulate material which is intended for use as a medicament and, after drying, is filled, for example, into capsules intended for oral administration or for dissolution in water or another Liquid is provided. Particulate goods intended for use as soluble foods can also be dried. Normally, the material to be dried is subjected to another, swirling treatment in the same container in which it is subsequently dried, and is produced at least partly or completely in said container before the drying process.
For example, an at least partially liquid substance, such as a solution or suspension, can be sprayed into the interior of the container and the resulting droplets can be cooled under their freezer or Convert the melting temperature to the solid state so that a particulate material is created. Its particles can be dried immediately thereafter or agglomerated into larger particles before the drying process and / or coated with coatings by spraying with another solution and / or suspension.
Of course, there is also the possibility of introducing the material to be dried into the said container already in the form of solid, dry or moist particles and subjecting it to a treatment, such as an agglomeration and / or coating treatment, in which, for example, at least one partially sprayed liquid substance that serves as a binder and / or to form a coating. In all of these variants for the formation of the material to be dried, it is dried during drying at normal room temperature, i.e. H. at about 20 ° to 25 ° C., liquid material contained therein, normally water and / or another, for example organic solvent and or suspending agent, at least partly and preferably largely or completely removed by sublimation.
For further possible uses and details of the production and freeze-drying of particulate goods, reference is made to the already cited CH-A 664 005 and the unpublished WO-A 88/10 150.
The invention will now be explained on the basis of an exemplary embodiment of a device shown in the drawing and on the basis of methods and variants of the device and method which can be carried out with it. In the drawing shows
the fig. 1 shows a schematic vertical section through a device for producing and drying a particulate material,
the fig. 2 is an oblique view from below of the filter and of the exciter of the device according to FIG. 1 and
the fig. 3 a section of the filter on a larger scale.
The in the Fig. 1 apparent device for producing and / or drying a particulate material has a container 1 held by a frame (not shown), the wall 3 of which from bottom to top comprises a bottom part 5, an upwardly widening, conical jacket 7, a cylindrical jacket 9 and a cover part 11. The different parts of the wall 3 of the container 1 are provided with flanges at their mutually facing edges, releasably connected to one another by connecting means, such as screws and / or quick-action clamping members, and sealed against one another with sealing means.
At least the bottom part 5, and the jackets 7 and 9 and, for example, also the cover part 11 of the wall 3 are heat-insulating and have, for example, a shell made of stainless steel on the inside and a heat insulation arranged on the outside thereof. In addition, at least the bottom part 5 and the two jackets 7, 9 of the wall 3 can also be provided with a cooling / heating device, not shown, which has, for example, a channel for a liquid and / or gaseous cooling / heating fluid.
The bottom part 5 is provided with a connection serving as a gas inlet 15 and, when connected to the conical jacket 7, contains a limiting element 17 that is horizontal during operation and allows gas to be introduced, namely a sieve bottom 17. A filter 21 is detachably held in the cylindrical jacket 9 by means of, for example, an annular holder 19, the design of which can be seen particularly clearly from FIGS. 2 and 3. The filter 21 has a horizontal filter section 21a which extends at least approximately - namely, apart from the cross-sectional area occupied by the holder 19 - over the entire interior cross-section of the jacket 9.
The filter 21 has a number of hollow villi 21b distributed over the horizontal cross section of the interior of the container 1 and projecting downward from the horizontal filter section 21a, for example circular in cross section, which open and at the upper end connected to the horizontal filter section 21a the end facing away from the filter section 21a. The filter 21 is formed from a fiber material, namely a woven fabric, but could also consist of a fleece or the like. The individual threads of the fabric consist of spun fibers, of a plastic, such as polyester, and a metallic material, such as stainless steel. The proportion of plastic fibers is larger in volume and, for example, also by weight than the proportion of metallic fibers.
The bottom of the limiting element 17, i.e. H. Sieve bottom 17, and the interior of the container 1 delimited at the top by the filter 21 is designated by 23.
The device also has an oscillation and / or wave generating device, designated as a whole as 31, for generating mechanical vibrations and / or elastic waves, i. H. Sound vibrations and / or waves that act on the particulate material to be dried during operation. The generating device 31 has, for example, at least one sound exciter 33 arranged in the area of the conical jacket 7 and advantageously a plurality of sound exciters 33 around sound waves, distributed around the container axis and / or arranged at different heights and / or having different radiation directions to radiate into the interior 23. In the present case there are, for example, three sound exciters 33 distributed uniformly around the container axis.
The vibration and / or wave generating device 31 also has a sound exciter 35 which is arranged on the upper side of the filter 21 and faces away from the interior 23, in order to excite sound vibrations in the filter and possibly additionally from above Sound waves radiate into the interior 23.
Depending on the size of the container and the type of material to be dried, the sound exciters 33, 35 can be designed to generate sound vibrations and / or waves with frequencies in the audible range or in the ultrasound range. The frequency of the vibrations and / or waves that can be generated is expediently at least 100 Hz, preferably at least 500 Hz and for example at least 20 kHz or even at least 30 kHz and is therefore in the last two cases in the inaudible ultrasonic range for humans. However, it can also be provided that the frequency of the vibrations and / or waves excitable by the exciters 33, 35 is less than 18 kHz and even less than 10 kHz and is therefore in the audible range.
The vibrations and / or waves generated by the exciters 33, 35 during operation can all have at least approximately or even exactly the same frequency or different frequencies. In addition, the wall 3 of the container 1 can be provided with sound insulation if necessary.
If the sound exciters 33 are to be used to generate sound with frequencies in the upper, audible frequency range or in the ultrasound range, each of them can be designed, for example, as a pneumatic exciter operating on the principle of the Galton whistle. Such an exciter can have a nozzle with an annular gap-shaped mouth opening, a cutting edge, a resonance tube enclosing the nozzle mouth and an adjoining cone-shaped acoustic horn at its end facing away from the nozzle mouth. The inlet of the nozzle is connected to a gas supply device, which in the present case consists of a pump 37, which is used to draw in air from the environment and to compress this air, and a reservoir 39 for the compressed air.
The end of the horn of the exciter 33 facing away from the nozzle mouth faces the interior 23. While the sound funnel in known exciters of this type is open on its end face facing away from the nozzle mouth, each exciter 33 has at its end facing the interior 23 a membrane 33a, which enables the sound transmission into the interior 23, but this gas-tight against the resonance cavity of the Exciter 33 closes so that the compressed air used to operate exciter 33 does not reach interior 23. The sound funnel of the exciter 33 can have lateral openings through which the compressed air required for operating the exciter can flow into the environment. The exciters 33 can also be equipped with an adjusting device for adjusting the frequency of the sound generated.
The or Each exciter 35 can be designed, for example, for the electrostrictive, namely piezoelectric conversion of electrical energy into sound and a piezoelectric transducer with at least one disk-shaped and / or foil-shaped element 35a made of piezoelectric ceramic and at least two on the two sides facing away from one another electrodes 35b, 35c arranged therefrom. The electrode 35c located closer to the filter 21 can, for example, rest at least in places on the horizontal filter section 21a and possibly be firmly connected to it. The sound exciter 35 has a through hole 35d in the region of each villi 21b. Furthermore, the sound exciter 35 can also have holes 35e in the regions of the horizontal filter section 21a which are not occupied by the villi.
The electrodes of the sound exciters 33, 35 are connected in an electrically conductive manner to an electrical oscillator 41 which is designed to generate an electrical, for example sinusoidal voltage, but which could also provide a periodic sequence of pulses of some shape. The oscillator 41 can also have control and / or regulating means in order to enable manual, gradual or continuous adjustment of the frequency and / or the frequency of the electrical voltage generated to one of the resonance frequencies of the excitation 35 in cooperation with the filter 21 to regulate the mechanical resonator. The or each electrode 35c of the exciter 35 facing the interior 23 is electrically conductively connected to the electrical ground and the metallic parts of the container wall 3.
On the upper side of the filter 21 there is a shaking device 45 which serves to shake and clean it. The cover part 11 is provided with a gas outlet 51 which is connected to the cavity of the container 3 present above the filter 21. A spray organ 53 has at least one spray nozzle opening into the interior 23 and is connected to a liquid supply device 55 by a line. A coolant inlet 57 opening into the interior 23 is connected to a coolant supply device 59.
The gas outlet 51 of the container 1 is connected to the gas inlet 15 of the container 1 via a line 65, a valve 67, a pump 69 formed by a blower, a filter 71, a vapor / liquid separator 73, a gas cooling device 75 and a valve 77 connected. There is a branch between the valve 67 and the pump 69, from which a bypass line 79, i. H. a "bypass" with a valve 81 to a branch which leads the connection connecting the cooling device 75 to the valve 77, the bypass line 79 possibly also having a heat-insulated gas reservoir (not shown).
The gas outlet 51 of the container 1 is still via a line 85, with a valve 87, a pump 89 consisting of a blower, a filter 91, a vapor / liquid separator 93, a gas heating device 95 and a valve 97 with the container gas inlet 15 connected. The input of the pump 89 is connected to the outlet of the gas heating device 95 via a bypass line 99 containing a valve 101. The container 1 and the lines 65, 79, 85, 99 enable the formation of various circuits. These are also provided with gas supply / gas discharge means in order to supply and remove gas, namely air, from them.
The gas supply / discharge means can, for example, have two air intake openings which are connected via a valve 103 or 105 with the input of the pump 69 or 89 are connected, and have an air outlet opening into the environment and connected to the gas outlet 51 of the container 1 via a valve 107.
The pump 69 and / or at least one of the valves 67, 77 are designed in such a way that, during the operation described below, the amount of gas conveyed through the container 1 per unit of time per unit time and thus the gas flow rate resulting in the container changes and can be adjusted. Otherwise, temperature, pressure and humidity sensors (not shown), measuring and display devices connected to them, and electronic control and / or regulating means may be present at various points in order to enable manual and / or automatic control and / or regulation of the various, to enable processes taking place during operation.
The production of a particulate material from an aqueous solution and / or suspension which contains at least one dissolved and / or suspended pharmaceutical active ingredient and / or auxiliary substance will now be explained. The solution and / or suspension is first introduced into a reservoir of the liquid supply device 55 and sprayed into the interior 23 with the spray element 53 during a manufacturing phase of the method. At the same time, a coolant, namely dry ice powder, is introduced into the interior 23 from the coolant supply device. Furthermore, gas, namely air, is circulated through the line 65, the filter 71, the vapor / liquid separator 73, the gas cooling device 75 and the container 1 simultaneously with the pump 69.
This air flowing through the interior 23 with at least a generally upward flow direction swirls the liquid droplets sprayed into the interior 23 with the spray element and the dry ice particles above the sieve tray 17, as is indicated by tracks 111. The liquid droplets are cooled below their freezing temperature by the air cooled in the cooling device 75 and the dry ice powder likewise swirled by the latter and thereby solidified. The dry ice particles absorb heat during this process, so that they are converted into gaseous carbon dioxide, which is circulated together with the air.
If the intended amount of the material formed by freezing liquid droplets is in the interior 23 and forms a fluidized bed in it, the spraying in of liquid and the introduction of dry ice powder are stopped. After that, the drying of the batch of the particulate material present in the container begins, or, if one takes into account that some of the liquid may have already been removed from the particles during the freezing process, at least the main phase of the drying process. This is carried out as freeze drying. Accordingly, the air circulated for drying is brought to a temperature with the cooling device 75 at which the temperature of the particles present in the interior 23 below their freezing or The melting temperature remains.
During drying, the air conveyed by the pump 69 through the container can be adjusted, for example, at least in a first part of the drying process in such a way that the particles of the material to be dried or at least the majority of it continue to be swirled above the sieve bottom 17 in the interior. In a subsequent, second part of the drying process, the amount of air passed through the container per unit of time can be increased so much that the particulate material or at least the majority of it is lifted up to the filter 21 and one on the inside 27 Forms side or surface of the filter 21 adjacent layer. For clarification, it should also be noted that the previously used term "the largest part" means a part that amounts to more than 50% of the total quantity of the goods.
Because of the villi 21b, the surface of the filter 21 is considerably larger than the horizontal cross-sectional area of the interior of the jacket 9. It can thereby be achieved that the layer of the particulate material lying against the filter 21 in the second part of the drying process also remains relatively thin when it is formed by a relatively large amount of particulate material.
During the drying process or at least during said first part of this, sound waves can be radiated into the interior 23 with the sound exciters 33. Furthermore, at least during the second part of the drying process or during the entire drying process, sound vibrations can be generated with the sound exciter, which cause vibrations and / or waves in the filter 21. The filter 21 performing oscillating movements can possibly emit more or less strong sound waves into the interior 23, so that the sound exciter 35 can also indirectly contribute to the radiation of sound waves into the interior 23.
After the goods have dried, the supply of cooled air to the gas inlet 15 of the container 1 is ended. If the dried particulate material hanging on the filter 21 does not fall off automatically when the air supply is interrupted, the filter 21 can be shaken with the shaking device 45 in order to detach the particles from the filter. The vibrating movements of the filter 21 generated by the vibrating device can also be understood as sound vibrations per se, but normally have substantially lower frequencies than the vibrations generated with the exciter 35 and therefore larger amplitudes than these.
Advantageously, the interior of the container 1 before the removal of the dried particles is fluidly separated from the pump 69, the filter 71, the vapor / liquid separator 73 and in particular the gas cooling device 75 by closing the valves 67, 77, and by opening the previously closed valves 87, 97 fluidly connected to the pump 89, the filter 91, the vapor / liquid separator 93 and the gas heater 95. With the pump 89, the container can then be supplied with air heated by the gas heating device and circulated until the inner surface of the container wall, the sieve plate 17, the filter 21, the other parts of the device inside the container and the like particulate goods are warmed to approximately the ambient temperature.
Thereafter, the supply of air conveyed by the pump 89 to the container 1 is stopped and this is temporarily opened at the lower end in order to remove the batch of the dried, particulate material. The warming up of the inner parts of the container and the good before the removal of the good can prevent the ambient air coming into contact with the good as well as inside and outside of the good when the good is removed and the inner surfaces of the container and the good humidified by condensation of the water vapor normally contained in it.
During the period in which warm air is supplied to the container with the pump 89 for warming up and the material is then removed, the valve 81 can be opened and, with the valves 67, 77 closed, the pump 69 can air through the filter 71, the vapor / liquid separator 73 , the gas cooling device 75 and the bypass line 79 are circulated, dried and cooled and thereby conditioned for the production of the next batch of the particulate material. When the batch of the produced particles is removed from the container 1 and this is closed again, the pump 69 can be reconnected to the container 1 by opening the valves 67, 77, the valve 81 closed and almost immediately the production of a new batch of begin with particulate matter.
During the period of time required to produce and dry the new batch of the particulate material, or at least during part of it, the pump 89 can circulate air via the filters 91, the vapor / liquid separator 93 and the valves 101 and 97 with the valve 101 closed Circulate gas heater 95, dry, heat and thereby condition for the next required warming up of the container and goods. Otherwise, in the various operating phases, gas or Air is exchanged between the various circuits and the environment.
After the general operation of the device for batch production and drying of a particulate material has been described, some special properties will now be discussed.
As indicated above, during the first drying process part, in which the particulate material is swirled in the interior 23 and at least the majority of the material is lifted and fluidized by the upward flowing air from the sieve bottom, sound waves can enter the interior 23 be irradiated, which spread through the air present in the latter and act on the swirled particles. This significantly speeds up the drying process. The acceleration of the drying process is probably caused, at least in part, by the sound waves causing a vacuum or at least a decrease in pressure on one side of the particles and an increase in pressure on the other side of the particles, these changes in pressure changing with the frequency of the waves.
The vacuums or cavitations that occur as a result of the sound waves in particle surface areas can disrupt and tear open a thin air boundary layer that is likely to surround the particles in the absence of sound waves and are at least largely saturated with water vapor and thereby accelerate the vapor emission of the particles.
If the particles in the second part of the drying process mentioned earlier abut the surface of the filter 21 adjoining the interior 23, this application already causes the drying process to be accelerated without sound vibrations or sound waves acting on the particles. For example, tests were carried out in which a solution was sprayed in such a way that the particulate material present after drying had particle sizes, ie. H. with an approximately spherical particle shape had a particle diameter of at least 0.01 mm and at most 0.1 mm.
In these experiments, for example, batches of the same size of a particulate material formed by spraying a solution and freezing the droplets were either freeze-dried in a known manner without the action of sound in the fluidized bed or - also without the action of sound - freeze-dried in such a way that the particulate material formed a layer adjacent to the surface of the filter 21 adjacent to the interior during the drying process. According to these experiments, the time required to dry the material lying against the filter 21 is 3 to 10 times less than if the material is dried in the fluidized bed without the effect of sound.
Now, of course, a higher air flow velocity in the container is required to lift the material to the filter than at least in the initial phase than to swirl the material. Increasing the flow rate tends to accelerate the drying process. However, the test results provide strong indications that the flow velocity in the flow velocity range used as such has only a relatively minor influence on the time required for drying, and that the stated reduction in drying time when the material is in contact with the filter actually does compared to drying in the fluidized bed mostly caused by the filter.
The acceleration of the drying process by the filter 21 without the influence of sound may be at least partly due to the fact that the air boundary layer surrounding the particles, more or less saturated with water vapor, is caused by the particles touching the filter and / or each other , disturbed and to a certain extent broken open, so that the particle surfaces come into contact with dry air and / or the filter. In addition, the metallic fibers present in the filter result in good heat conduction, so that heat is supplied to the particles adjacent to the filter not only by the air flowing past them, but also by the heat conduction of the filter, which may also contribute to accelerating the drying process.
If during the second part of the drying process, e.g. H. If the particulate material at least for the most part rests on the filter 21, additionally generates sound vibrations and / or waves in the filter with the exciter 35 and, if necessary, 33 sound waves are additionally generated with the exciters, the sound acting on the particles results -Vibration and / or -waves an additional acceleration of the drying process.
It should be noted that in the process according to DE-A 3 204 690 cited in the introduction, the material to be dried and lying on a floor is also flowed through and vibrated by air. The drying process taking place in the method according to the invention, in which the material lies against the filter and in the latter sound vibrations and / or waves are generated, differs in various respects from the method known from DE-A 3 204 690. First of all, drying in the latter does not take place by sublimation, but rather by passing warm air through the material and thus by evaporation and / or evaporation of the water to be extracted during drying.
Furthermore, however, there are very different effects if the material to be dried - as in the known method - rests on the upper surface of a vibrating floor or - as in the method according to the invention - is lifted from the sieve tray 17 by an air or other gas flow and is in contact the bottom of a filter. In the latter case, namely, the drying process can be carried out with a significantly higher air flow rate, which increases the drying rate and prevents gravity from pressing the material onto the support.
The avoidance of the material pressing against a vibrating floor due to gravity helps to prevent or at least greatly reduce abrasion and is particularly advantageous if the particles of the material have a loose, porous structure, as is the case with particles. prepared by freezing a solution or suspension.
The procedure and setup can be changed in several ways.
The based on the Fig. 1 to 3 described device enables, for example, depending on the nature of the material to be dried, only the first part or only the second part to be carried out by the drying method described. In the first of these two variants of the method, the particulate material is swirled to dry and at the same time subjected to the action of sound waves, but it is then not necessary to lift the particulate material or at least most of it to the filter 21. The latter would then only have the purpose, as in known fluidized bed devices, of undesirably preventing particles coming up through the area of the container interior intended for swirling, such as dust particles created by abrasion, from emerging from the container.
In the second of these two process variants, on the other hand, after the desired amount of solid particles has been formed by freezing liquid droplets, the particles are immediately raised to the filter 21 by increasing the flow rate and then dried. If the device is provided exclusively for carrying out one of these two process variants, either the sound exciter 33 or the sound exciter 35 can be omitted. If the particulate material is dried while in contact with the filter 21, this can also be done with or without the generation of sound vibrations in the filter. In the latter case, it is even possible to omit both the sound exciter 33 and the sound exciter 35.
The formation of the sound exciter can also be varied in a variety of ways. For example, the pneumatic sound exciters 33 could be replaced by a corresponding number of piezoelectric sound exciters or a single piezoelectric sound exciter encircling the container axis. Conversely, the piezoelectric sound exciter 35 could be replaced by at least one pneumatic sound exciter. Furthermore, to generate the sound vibrations and / or waves, sound exciters could also be provided with transducers which convert electromagnetic energy into movements of a membrane using electromagnetic induction and are designed, for example, in the manner of electrodynamic or electromagnetic loudspeakers.
In order to excite vibrations in the filter 21, one could also use the force of electric fields between the two electrodes of an electrical capacitor, one electrode of the capacitor being formed by the filter and the other electrode of the capacitor being formed by an electrode arranged above the filter. In this case, the filter would of course be designed in such a way that all of its areas are connected to one another in an electrically conductive manner.
Furthermore, one could equip the vibration and / or wave generating device instead of with sound exciters or additionally with exciters for exciting and emitting vibrations and or waves of the electromagnetic field, such as microwaves and / or infrared light waves, and the particulate material for drying , if it is swirled and / or if it is against the filter, expose it to the effects of electromagnetic field vibrations and / or waves.
The number, shape and size of the villi of the gas-permeable filter 21 can also be varied. The villi could also be used to stiffen and improve the vibration or Shaft propagation also provided with metallic, helical spring-like spirals. Furthermore, instead of the villi 21a, which are circular in the horizontal cross section, a villus of a different cross section could be provided. In addition, the villi could be omitted and the filter provided with other sections that form an angle with a horizontal plane. For example, the filter could be wavy and / or zigzag in a vertical section. The filter 21 could contain fibers made of a natural, organic material instead of the plastic fibers.
Instead of using a filter which is formed from a mixture of fibers of organic material and of metallic fibers, one could also provide a filter of fibers which have a metallic core and a coating of plastic enveloping it. A filter made exclusively of metallic fibers could possibly also be used.
As already mentioned in the introduction, particles can be swirled in the container before the drying process and agglomerated and / or coated into larger particles, so that the particulate material to be dried is then formed by the agglomerated and / or coated particles. If such treatments are provided before drying, it may be advantageous in certain cases to provide a rotatable rotor disk which rotates during agglomeration and / or coating of the particles instead of the sieve tray 17 which is stationary during operation. The air intended for passage through the container can then be introduced through an annular gap between the container wall and the rotor disk into the interior serving to treat and dry the material.
In the case of the 1, the warm air conveyed by the pump 89 can flow through the container 1 from bottom to top. However, the pump 89, the filter 91, the vapor / liquid separator 93 and the gas heating device 95 could also be connected to one another and to the container 1 in such a way that the pump 89 after the actual drying process - i. H. after freeze drying - can convey warm air from top to bottom through container 1. The air conveyed by the pump 89 through the container 1 could then also serve, in addition to the described heating of the container inner parts and the dried material, to blow the latter away from the filter 21, so that the vibrating device 45 could then possibly be dispensed with.
Furthermore, another gas, for example nitrogen, could be passed through the container to swirl and / or dry the particulate material instead of air.