DE1604840C - Process for the freeze-drying of foodstuffs or other products at risk from increased temperatures and dryers for carrying out this process - Google Patents
Process for the freeze-drying of foodstuffs or other products at risk from increased temperatures and dryers for carrying out this processInfo
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Description
oiloil
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gefriertrocknen von Lebensmitteln oder anderen durch erhöhte Temperaturen gefährdeten Produkten unter Verwendung unterschiedlicher, unterhalb des Atmosphärendrucks liegender Drücke, wobei das gefrorene Produkt einer kontinuierlichen, gegebenenfalls regelbar variablen Wärmezufuhr ausgesetzt und das in diesem enthaltene Eis sublimiert und dadurch aus dem Produkt entfernt wird.The invention relates to a method for freeze drying of food or other products at risk from elevated temperatures Use of different pressures below atmospheric pressure, with the frozen Product exposed to a continuous, optionally adjustable variable heat supply and the in this contained ice is sublimated and thereby removed from the product.
Es ist bereits ein Vakuum-Trocknungsverfahren für feuchtes, nicht rgefrorehes-öut bekannt, das mit '. periodisch zwischen "Ätmosphärendruck und einem bestimmten Unterdruck . wechselnden Druckwerten arbeitet. Dieses Verfahren weist den auch anderen bekannten Vakuum-Trocknungsverfahren für feuchtes, nicht gefrorenes Gut anhaftenden Nachteil auf, daß es für Lebensmittel oder andere durch erhöhte Temperaturen gefährdete Produkte nicht verwendbar ist. Es arbeitet mit relativ: hohen durchschnittlichen Produkttemperaturen, die bei empfindlichem Trocknungsgut -nicht zulässig sind. -Außerdem ist zur Durchführung des bekannten Vakuum-Trocknungsverfahrens ein großer apparativer Aufwand, insbesondere eine Vakuumpumpe hoher Kapazität erforderlich, und hierdurch kann das bekannte Verfahren unwirtschaftlich sein.There is already a vacuum drying process for moist, non-frozen oil known, which starts with '. periodically between "atmospheric pressure and a certain negative pressure. changing pressure values. This process has the disadvantage of other known vacuum drying processes for moist, non-frozen goods that it cannot be used for food or other products endangered by elevated temperatures. It works. It works with relatively: high average product temperatures, which are not permissible for sensitive items to be dried. In addition, a large amount of equipment is required to carry out the known vacuum drying process, in particular a high-capacity vacuum pump, and this can make the known process uneconomical.
Bekannte Gefriertrocknungsverfahren arbeiten bei einem konstant gehaltenen Unterdruck. Bei diesem konstant gehaltenen Unterdruck wird das Eis zu Dampf sublimiert und an einer Kühlschlange kondensiert. Diesen bekannten Gefriertrocknungsverfahren haftet der Nachteil an, daß ihre Sublimationsrate kurz riach^derh:'Beginn: des;' '■Trocknungsvorgangs merklich.;abfällt;und;auf; einemyi verglichen mit dem Anfangswert, relativ niedrigen Niveau bleibt. Dies hat zur Folge, daß die Trocknungsgeschwindigkeit bekannter, mit konstantem Unterdruck arbeitender Gefriertrocknungsverfahren relativ niedrig ist. Eine Erhöhung der Trocknungsgeschwindigkeit durch vergrößerte Wärmezufuhr ist bei diesen Verfahren ebenfalls nicht;mög!ichj(da! eine,.erhöhte Wärmezufuhr zu einer örtlichen Überhitzung des Trockenguts führen kann..Known freeze-drying processes work with a constant negative pressure. With this constant negative pressure, the ice is sublimed to vapor and condensed on a cooling coil. These known freeze-drying processes have the disadvantage that their rate of sublimation is briefly called: 'Beginning: des; '' ■ Noticeable drying process.; Falls; and; on; einyi compared with the initial value, remains relatively low level. The consequence of this is that the drying speed of known freeze-drying processes which work with constant negative pressure is relatively low. An increase in the drying speed by increasing the supply of heat is also not possible with these processes; it is possible (because an increased supply of heat can lead to local overheating of the items to be dried ...
Die Erfindung,,hat(,sich idje -Aufgabe gestellt, ein Gefriertrocknungsverfahren zu" schaffen, mit dessen Hilfe temperaturempfindliche Trocknungsgüter, wie beispielsweise Lebensmittel od. dgl., ohne Beeinträchtigung ,ihrer Qualität.schneller als mit den bekannten Trdckhüngs1 verfahren1'geUocKri'ei?'werden können.The invention ,, (, has idje -Task provided, create a freeze-drying process to "temperature-sensitive with the aid of drying goods, such as od food. Like. Without impairment of their Qualität.schneller than with the known Trdckhüngs 1 method 1 'geUocKri can become 'egg? '.
Diese. Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art der. Unterdruck zwischen einem oberen Wert und einem unteren Wert durch ständig wiederholtes Absaugen und periodische 1 Gaszufuhr, variiert·;1 wird, wobei der obere Druck so lange aufrechterhalten: bleibt, bis die Temperatur des Produkts nahe an die zulässige Höchstgrenze angestiegen ist und wobei der unter Druck so lange aufrechterhalten bleibt, bisdie: jeweils anfänglich große Sublimationsratc und der damit verbundene Temperaturabfall sich nur noch geringfügig ändern.This. The object is achieved according to the invention in that in a method of the type mentioned above. Negative pressure between an upper value and a lower value through continuously repeated suction and periodic 1 gas supply, varies ·; 1 , the upper pressure being maintained until the temperature of the product has risen close to the maximum permissible limit and the pressure being maintained until the : in each case initially high sublimation rate and the associated temperature drop are only slight to change.
Mit Hilfe eines solchen Verfahrens ist es gelungen, die Trocknungszeit gegenüber der Trocknungszeit bei einem Verfahren mit gleicher durchschnittlicher Pro-(liikttemperalur und konstantem Unterdruck um bis /u 50%.reduzieren.With the help of such a method it has been possible to reduce the drying time compared to the drying time a procedure with the same average pro (liikttemperalur and constant negative pressure by up to 50%.
Die Hrfmdung schlägt ferner vor, daß das Absaugen kontinuierlich erfolgt.The hearing also suggests that the suction should take place continuously.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, das erfindungsgemäße Verfahren so zu steuern, daß die Übergänge von einem Druckwert zum anderen möglichst schnell erfolgen.It has proven to be expedient to control the method according to the invention in such a way that the transitions from one pressure value to another as quickly as possible.
Bei Verwendung von Luft als zuströmendem Gas wird gemäß einem weiteren Kennzeichen der Erfindung vorgeschlagen, daß der untere Druckwert zwischen 0,1 und 1 Torr und der obere Druckwert zwischen 10 und 50 Torr liegt. .When using air as the inflowing gas, according to a further characteristic of the invention suggested that the lower pressure value between 0.1 and 1 Torr and the upper pressure value between 10 and 50 Torr. .
■ Bei Verwendung eines Gases mit hoher thermischer Leitfähigkeit, z. B. Helium, ist es vorteilhaft, .wenn der untere Druckwert zwischen 0,1 und 1 Torr und der obere Druckwert zwischen 100 und 200 Torr liegt.■ When using a gas with high thermal Conductivity, e.g. B. helium, it is advantageous, .if the lower pressure value between 0.1 and 1 Torr and the upper pressure value is between 100 and 200 torr.
Schließlich schlägt die Erfindung einen Trockner zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Pumpe zur kontinuierlichen Evakuierung der die gefrorenen Produkte enthaltenen Kammer und mit einer Kühlfläche in der Kammer zum Kondensieren des aus den Produkten entweichenden Wasserdampfes vor, der durch ein Regelventil zur Zuführung kleiner Gasmengen zum Einstellen des unteren Druckwertes gekennzeichnet ist, sowie durch ein Regelventil zur Zuführung größerer Gasmengen zum Einstellen des oberen Druckwertes und durch Steuermittel, die auf die Regelventile derart einwirken, daß sich in der Kammer abwechselnd der obere Druckwert und der untere Druckwert einstellt.Finally, the invention proposes a dryer for carrying out the method according to the invention with a pump for continuous evacuation of the chamber containing the frozen products and with a cooling surface in the chamber for condensing the escaping from the products Water vapor, which is passed through a control valve for supplying small amounts of gas to adjust the the lower pressure value, as well as a control valve for supplying larger amounts of gas for setting the upper pressure value and by control means which act on the control valves in such a way that the upper pressure value and the lower pressure value are set alternately in the chamber.
Die vorteilhafte Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf folgendem: Es ist durch Versuche festgestellt worden, daß eine limitierende Größe für die Sublimationsrate die Geschwindigkeit ist, mit welcher der sublimierte Dampf durch die bereits getrocknete Materialschicht hindurchgehen kann. Bei den bekannten Trocknungsverfahren fällt der totale Gasdruck im System bei Verfahrensbeginn sehr rasch, nämlich während das System evakuiert wird, und erst später wird er dann relativ konstant. Messungen haben ergeben, daß sich in diesem Anfangsstadium der Partialdruck des Wasserdampfes in der Nähe der trockenen Oberfläche rasch dem absoluten Vakuumdruck annähert.The advantageous effect of the method according to the invention is based on the following: It is through experiments It has been found that a limiting factor for the rate of sublimation is the speed is with which the sublimated vapor pass through the already dried material layer can. With the known drying processes, the total gas pressure in the system falls at the start of the process very quickly, namely while the system is being evacuated, and only later does it become relatively constant. Measurements have shown that the partial pressure of the water vapor in near the dry surface quickly approaches the absolute vacuum pressure.
Zu dieser Zeit liegt bei der vorherrschenden Temperatur der Dampfdruck in der Nähe der Eisgrenzschicht nahe seinem Sättigungswert. Infolgedessen existiert also ein deutlicher Unterschied zwischen den Dampfdrücken an der Eisgrenzschicht einerseits und an der trockenen äußeren Oberfläche, des Trockengutes andererseits. Dieses Druckgefälle führt zu einem relativ raschen Abströmen des Dampfes von der Eisgrenzschicht in die Umgebung des Trocknungsgutes. Nach einer bestimmten Zeit hat sich innerhalb der an die Eisgrenzschicht anschließenden trockenen porösen Schicht, ein Gleichgewichtszustand ausgebildet, derart, daß die Dampfdrücke, an.,der äußeren Oberfläche und an der Eisgrenzschicht'nahe beieinanderliegen. Sie sind etwa gleich dem Sättigungswert für Eis bei der Temperatur der Eisgrenzschicht. Bei Erreichen dieses Zustandes wird der von der Eisgrenzschicht an die Außenfläche des Trocknungsguts strömende Dampf nur durch eine relativ geringe Dampfdruckdifferenz getrieben. Dementsprechend wird das Entweichen des Dampfs aus dem gefrorenen Teil des Trocknungsgutes durch einen relativ langsam verlaufenden DilTusionsprozeß limitiert, während zu Beginn des Trocknungsprozesses eine relativ hohe DampfdruckdilTerenz zu einem schnellen Durchströmen des bereits getrockneten Bereichs des Trock-At this time, at the prevailing temperature, the vapor pressure is close to the ice boundary layer close to its saturation value. As a result, there is a clear difference between the Vapor pressures at the ice boundary layer on the one hand and on the dry outer surface of the dry goods on the other hand. This pressure gradient leads to a relatively rapid outflow of steam from the ice boundary layer in the vicinity of the goods to be dried. After a certain time it has become within the on the ice boundary layer subsequent dry porous layer, a state of equilibrium is formed, such that the vapor pressures, at., the outer surface and are close to one another at the ice boundary layer. They are roughly equal to the saturation value for Ice at the temperature of the ice boundary layer. When this state is reached, that of the ice boundary layer is removed Steam flowing to the outer surface of the material to be dried only due to a relatively small difference in steam pressure driven. Accordingly, the escape of steam from the frozen part of the Items to be dried are limited by a relatively slow dilution process, while at the beginning of the drying process, a relatively high vapor pressure difference to a rapid flow through the already dried area of the drying
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nungsguts geführt hatte. Es ergibt sich also nach den Klemmen 24 und 25 anliegt.und daß der.Schalter
einer bestimmten Trockriungszeit ein merkliches Ver- 26 nach Anlaufen der Vakuumpumpe,6 geschlossen,
ringern der Sublimationsrate. . worden ist. Der thermische Verzögerungsschalter 23
Durch ein zyklisches Anheben des Gasdrucks wird soll beispielsweise auf 74 Sekunden und die mechader
Eisblock, welcher sich vorher adiabatisch abge- 5 nische Relaisuhr 15 auf 222 Sekunden eingestellt sein,
kühlt hat, ständig wieder auf eine höhere Temperatur Zu Beginn des Zyklus ist das .Einlaßventil 14 gegebracht,
ohne daß die Außentemperatur erhöht wer- schlossen und das Einlaßventil .8 offen. Die Luft wird
den muß. Dabei erhöht sich das Wärmeleitvermögen dann durch die Ventile 8 und 9; in.·,,die Vakuurnder
bereits getrockneten Schicht, und bei einer kammer eingelassen, damit innerhalb der Vakuumzyklisch
nach einer Druckerhöhung erfolgenden io kammer ein Druck von,-20 Torr entsteht. Der
Druckerniedrigung stellen sich zu Beginn dieser Wechsel-Starkstrom wird mit Hilfe der normalerweise
Druckefhiedrigung wieder solche Bedingungen ein, geschlossenen Kontakte 35 und 36 des thermischen
die zu einem schnellen Abströmen, also nicht zu Verzögerungsschalters an die Uhrenstartspule 20 aneinem
langsamen Diffundieren des Dampfes durch gelegt. Nach 222 Sekunden schließt der Arm 19 die
die bereits getrocknete Schicht führen. i5 Kontakte 21 und 22 und legt hierdurch Wechsel-Nachstehend
wird die Erfindung an Hand der Starkstrom über Transformatoren 37, 38 an die
Zeichnung, in der zwei bevorzugte Ausführungs-. Gleichrichter 29 und 30 und direkt, also ohne Zwiformen
zur Durchführung des erfindungsgemäßen schenschaltung von Trafos, an den Gleichrichter 28
Verfahrens dargestellt sind, erläutert. Es zeigt an. Der Gleichstromausgang vom Gleichrichter 28
Fig. 1 ein Schema eines offenen Systems, 20 wird an das Solenoid 31 zum Schließen des Einlaß-F
i g. 2 ein Schema eines geschlossenen Systems, ventils 8 angelegt. Der. Gleichstromausgang vom
Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Ver- Gleichrichter 29 wird an das Solenoid 32 zum Öfffahrensschritte.
. nen des Ventils 14 angelegt., Dementsprechend wird In Fig. 1 hat eine Vakuumkammer 1 ein Tor 2, Luft durch das Nadelventil 13 in die. Vakuumkammer
durch welches das gefrorene Produkt 3 in die Kam- 25 eingelassen, wenn der. Druck: in der Kämmen auf
mer gebracht werden kann. Dieses Produkt ruht auf 0,2Torr abfällt. Der Gleichstromausgang vqm.Gleicheinem
Tragegitter 4 zwischen oberen und unteren richter 30 wird mit Hilfe eines Potentiometers 33 an
Heizplatten 5. Es ist ein Manometer VG zur Über- einen Bimetallstreifen 34 imu thermischen .Verzögeprüfung
der eingestellten Druckwerte vorgesehen. rungsschalter 23 angelegt. Nach etwa■ ■■74-.'Sekunden
Eine während des Gefriertrocknungsvorgangs stan- 30 arbeitet der Schalter 23 und öffnet die Kontakte 35
dig laufende Vakuumpumpe 6 ist über eine Vakuum- und 36. Er unterbricht damit deniStrom zunStart-Ieitung7
mit der Kammer 1 verbunden. Durch zwei spule 20 und veranläßt; daß'sich-das>öEinlaßventjl 8
Einlaßventile 8 und 9 wird Luft oder ein anderes Gas öffnet und das Ausläßventil· 14 schließt.-iDas Bimetall
mit hoher Wärmeleitfähigkeit in die Kammer 1 ein- kühlt sich schnell wieder ab und-!verursacht, daß der
gelassen. Die Einlaßventile 8 und 9 sind in Reihe in 35 Kontakt 35, 36 sich erneut schließt; und dec Zyklus
der Einlaßleitung 10 angeordnet. Die Einlaßleitung sich wiederholt. :;ir;a"'"-i;:'"'i -:^! inn,- _:τΛήπ·_;«;·_
11 ist mit der Vakuumkammer 1 in der Nähe der Statt der im vörbesch'rieb'onenOffehen.Systefn-yer-Kühlschlangen
12 verbunden. Das Einlaßventil 9 ist wendeten Luft kann) insbesöndereübei; Gasen: mit
ein voreinstellbares Ventil, und das Einlaßventile ist hoher Leitfähigkeit;"iwie.b'eispielsweiseijHelium, ein
ehr normalerweise offenes, elektrisch betätigbares 40 geschlossenes System verwendet Werden, ins dem das
Solenoidventil. Die Einlaßleitung 11 ist mit einem Gas rezikuliert worderii'Tcah'n^Eiri iölehes gesehlösseweiteren
Paar, von in Serie geschalteten Einlaß- nes System wird'nachstehend an= Hand, den (Fig.2
ventilen 13 und 14 verbunden. Das Einlaßventil 13 beschrieben. ';: '-h :'-^·'' ΐφΓ:;.:?:;^ yn^qsM/üjA
ist ebenfalls .ein voreinstellbares Nadelventil, und Wie sich aus Fig;2■ ergibt,'wiirä^däs geschlossene
das Einlaßventil 14 ist ein elektrisch betätigbares 45 System in einfacher Weise'' durch1 ei rf ^Verbinden'der
Solenoidventil. Wenn das Einlaßventile geschlossen Ausgangsseite der; Vakuumpumpe' '6 mit •Üeri.-'Ein-,und
das Einlaßventil 14 geöffnet ist, dann wird der lassen der Solenoidyehtile 8'ürid;14Uiber:eine. HilfsDruck
in der Vakuumkammer 1 in wenig mehr als pumpe 40, einen''Gä:sxorrätlskesse'141-üri.d: zwei'Biekeiner
Minute durch die Vakuumpumpe 6 auf bei- trisch betätigbarö' VehtiF^ und^S^geschitiTen.'-Das
spielsweise 0,2 Torr reduziert. Bei Senkung des 50 Ventil 42 ist ein1 ZWeiwegeventii; welche^;riqrfrialer-Drucks
in der Kammer fällt die Temperatur des Pro- weise den Ausga'Wg^äer'yakuuriipüWpe <>: rriit-' der
dukts. Wenn das Ventil8 wieder geöffnet wird und Atmosphäre verbindet, das^^be^r^anri^'weriives'bedas
Ventil 14 geschlossen wird, dann verläuft diese tätigt wird,. den'''yäliu.üiijp'ump^eriäiislärig^^rfi'i't^dern
,Temperaturänderung, umgekehrt. .Der, Zyklus wird Einlaß der Hilfs'pürripe 40 verbindetrJpHs::Veritii43had led well. The result is that the terminals 24 and 25 are applied and that the switch for a certain drying time reduces the rate of sublimation noticeably after the vacuum pump has started, 6 closed. . has been. The thermal delay switch 23 By cyclically increasing the gas pressure, it should, for example, be set to 74 seconds and the mechadic ice block, which was previously set adiabatically to 222 seconds, should cool down to a higher temperature at the beginning of the cycle the inlet valve 14 is brought in without the outside temperature being increased and the inlet valve 8 open. The air is a must. The thermal conductivity then increases through the valves 8 and 9; in. · ,, the vacuum of the already dried layer, and let in at a chamber so that a pressure of -20 Torr arises within the vacuum chamber after a pressure increase. The pressure decrease occurs at the beginning of this alternating high-voltage current, with the help of the normal pressure decrease, such conditions are set again, closed contacts 35 and 36 of the thermal that lead to a rapid outflow, i.e. not to a delay switch to the watch start coil 20, to a slow diffusion of the steam through. After 222 seconds the arm 19 closes which guide the already dried layer. i 5 contacts 21 and 22 and thereby sets alternating-Below the invention is based on the heavy current through transformers 37, 38 to the drawing, in the two preferred embodiment. Rectifiers 29 and 30 and directly, that is to say without dual forms for carrying out the switching circuit according to the invention of transformers, to which the rectifier 28 method is shown, explained. It indicates. The DC output from rectifier 28, FIG. 1, an open system scheme, 20 is applied to solenoid 31 to close inlet F i g. 2 a scheme of a closed system, valve 8 applied. The. Direct current output from FIG. 3 is a diagram for explaining the rectifier 29 is sent to the solenoid 32 for opening steps. . nen of the valve 14 is applied., Accordingly, in Fig. 1, a vacuum chamber 1 has a gate 2, air through the needle valve 13 into the. Vacuum chamber through which the frozen product 3 is let into the chamber 25 when the. Pressure: in the comb can be brought to mer. This product rests on a 0.2 Torr drop. The direct current output vqm.Gleicheinem support grid 4 between upper and lower straightener 30 is provided with the help of a potentiometer 33 on heating plates 5. A manometer VG is provided for over a bimetallic strip 34 imu thermal .Verzögeprüfung the set pressure values. switch 23 applied. After about 74 seconds, the switch 23 works and opens the contacts 35. The vacuum pump 6 that is running is connected to the chamber 1 via a vacuum and 36. It interrupts the current to the start line 7 . By two coil 20 and causes; that the> inlet valve 8 inlet valves 8 and 9 opens air or another gas and the outlet valve 14 closes calmly. The inlet valves 8 and 9 are in series in 35 contact 35, 36 closes again; and dec cycle of the inlet conduit 10. The inlet line repeats itself. :; ir; a "'" - i ;: '"'i -: ^ ! inn, - _: τΛήπ · _;«; · _
11 is connected to the vacuum chamber 1 in the vicinity of the instead of the above-described system cooling coils 12. The inlet valve 9 is turned air can) insbesöndereübei; Gases: with a presettable valve, and the inlet valve is high conductivity; "such as, for example, Helium, a normally open, electrically operated closed system, in which the solenoid valve is used. The inlet line 11 has been recirculated with a gas 'n ^ Eiri iölehes gesehlösseweiteren pair of series-connected inlet nes system to wird'nachstehend = manual, the (Fig.2 valves 13 and 14 connected to the inlet valve 13..';: '- h' - ^ · '' ΐφ Γ :;.:?:; ^ yn ^ qsM / üjA
is also presettable .a needle valve, and as is clear from Fig, 2 gives ■ 'wiirä ^ Däs closed, the inlet valve 14 is an electrically operable system 45 in a simple manner''by 1 ei ^ rf Verbinden'der solenoid valve. When the inlet valves are closed, the output side of the ; Vacuum pump '' 6 with • Üeri .- 'inlet, and the inlet valve 14 is open, then the solenoid valve 8'ürid is let ; 14Uiber : one. Auxiliary pressure in the vacuum chamber 1 in little more than pump 40, a `` Gä : sxorrät l skesse'141-üri.d : two minutes by the vacuum pump 6 can be actuated simultaneously ' VehtiF ^ and ^ S ^ geschitiTen.' -The example reduced 0.2 Torr. When the valve 50 is lowered, there is a 1 two-way valve; which ^ ; riqrfrialer pressure in the chamber, the temperature of the product falls as the Ausga'Wg ^ äer'yakuuriipüWpe <>: rriit- 'of the domestic product. If the valve 8 is opened again and connects atmosphere, the ^^ be ^ r ^ anri ^ 'weriives'bedas valve 14 is closed, then this is activated. den '''yäliu.üiijp'ump ^ eriäiislärig ^^ rfi'i't ^ dern, temperature change, vice versa. .The, cycle will connect the inlet of the auxiliary pipe 40 to JpHs :: Veritii43
■alsdann, wiederholt... i, .^i . ■■■ ■ .-· '" 1^ i«t f1'" Ahsnerrvpnfil to^lrh'ec'nnfmftiervtfi'isi'i flen:Rin- ■ then, repeated. .. i,. ^ i. ■■■ ■ .- · '" 1 ^ i« tf 1 '"Ahsnerrvpnfil to ^ lrh'ec'nnfmftiervtfi'isi'i flen : Rin-
:. In F1Lg. -1 ist7eine beispielsweise'Anqrclnung^'zi
Steuerpng..der Ventile 8., und . 14;. dargestellt,
Schließzeit des Einlaßventils 14 wird über: einel/rne-:. In F 1 Lg. -1, 7 is an example 'Anqrclnung ^' zi
Control of the valves 8., and. 14 ;. shown,
The closing time of the inlet valve 14 is determined by :
chanische; ;Relaisuhr,15; gesteuert. .Diese besitzt :ein ........... ..(i __......_. _._„._ ^....,.., ί J chanical; ; Relay clock, 15; controlled. .This has : a ........... .. (i __......_. _._ "._ ^ ...., .., ί J
Uhrwerk 1,6 ;.mit einem Arm. 19, welcher, .nach'.'. Ab- 60 verwendete Gas ,hofier; .Leitfähigkeit'iwircr a:iis:crnerMovement 1.6;. With one arm. 19, which, .after '.'. Ab- 60 gas used, courtier; .Conductivity'iwircr a : iis : crner
lauf einer vorgewählten Zeitspanne die normalerweise .; Druckniische 44 rjiil/PruckYeiJüzj'e/ryofrjfcJiiiiii'g'iii'jLlenrun for a preselected length of time that normally. ; Druckniische 44 rjiil / PruckYeiJüzj'e / ryofrjfcJiiiiii'g'iii'jLlen
geöffneten Kontakte 21 und 22 schließt. 20 ist die Gasvo.rratskessel .41 ,.eiropen contacts 21 and 22 closes. 20 is the gas supply boiler .41, .eir
' Startspuleiifür: ein. elektromagnetisch erfolgendes In- Soicnoidventife 85 urid.M'erfplgtm'it'HntV'dus priiekgangsetzen!,der
Uhr·.-Der,restliche Teil des Zyklus, Zyklu.s-Steuerqrgäiis VCi. wie es .bereiis^iii'ybibinwird.durch.den
thermischen Verzögerungsschalter 23 65. dung mit,F, i g. 1 ,beschricbe|ri würde,' 7. ί . .' , '.
gesteuert.: . · ■ ; . ·. ._. Das Steucrgyrät /'C erhält.sclnc/L^ekfnscjie^Fne'rgie'Starting coil for: a. Electromagnetic In- Soicnoidventife 85 urid.M'erfplgtm'it'HntV'dus priiekgangetzen !, the clock ·.-The, remaining part of the cycle, cycle control unit VCi. how it becomes .beiis ^ iii'ybibin.by.the thermal delay switch 23 65. with, F, i g. 1, would be described, '7. ί. . ' , '.
controlled .:. · ■ ; . ·. ._. The control unit / 'C receives.sclnc / L ^ ekfnscjie ^ Fne'rgie
''■ Für das Beschreiben! des Steuerungsvorgangs wird vom festen. Kontakt 46 ejims.·.. Verzog'cr'.imgsschaiters angenommen, daß ein Starkstrom-Wechselstrom an 47, welcher einen drehbaren Kontaktarm 48 aui'woist. '' ■ For writing! of the control process is from the fixed. Contact 46 ejims. · .. Verzog'cr'.imgsschaiters assumed that a high-voltage alternating current at 47, which a rotatable contact arm 48 aui'wo.
der direkt'mit der aktiven Phased-des Netzes ver- zur Hilfspumpe 40 und zum Zweiwegeventil 42 unterbunden ist. Die Spule eines Relais RL ist mit einem brachen. Sobald der bewegliche Kontakt die Posizweiten festen; Kontakt 49 im' Verzögerungsschalter tion α wieder erreicht hat, wird das Relais RL unter 47 verbunden. Die Kontakte; 50 des Relais RL sind Strom gesetzt, die Vakuumpumpe 6 wird abgeriormalerweise geschlossen, und bei ihrer Öffnung 5 stoppt, und es kann Luft in die Vakuumkammer 1 sperren sie die Vakuumpumpe 6 von der Stromzufuhr einströmen. Die Vakuumkammer 1 kann schließlich ab und Öffnen ein Solenoidventil 51 an der Vakuum- geöffnet und das gefriergetrocknete Produkt entfernt kammer 1 zum Einlassen von Luft. Die mit Z be- werden.which is directly connected to the active phased network to the auxiliary pump 40 and to the two-way valve 42 is prevented. The coil of a relay RL broke with one. As soon as the moving contact fixes the positions ; Contact 49 in the delay switch has reached α again, relay RL is connected to 47. The contacts; 50 of the relay RL are energized, the vacuum pump 6 is closed abormally, and stops when it opens 5, and air can flow into the vacuum chamber 1, the vacuum pump 6 from the power supply. The vacuum chamber 1 can finally open and open a solenoid valve 51 on the vacuum and the freeze-dried product is removed from chamber 1 for the inlet of air. Which are loaded with Z.
zeichneten Leitungen an der Spule 52 des. Ventils 51 Der Effekt des erfindungsgemäßen Gefriertrpck-plotted lines on the coil 52 of the valve 51 The effect of the freezing pressure according to the invention
und an der Vakuumpumpe 6 sind mit der Leitung X io nungsverf ahrens besteht sowohl bei einem offenen alsand on the vacuum pump 6 there is an open as well as the line X io nungsverf ahrens
an den Kontakten 50 des Relais 7?L verbunden. auch bei einem geschlossenen Gaszyklus . darin, daßconnected to the contacts 50 of the relay 7? L. even with a closed gas cycle. in that
Wenn sich der'bewegliche Kontakt 48 in der mit α während desjenigenTeiles eines jeden Zyklus, während-If the 'movable contact 48 is in the manner marked with α during that part of each cycle during-
bezeichrieteri 'und' in Fig. 2 gezeichneten Stellung dessen der Vakuumdruck anwächst, die Wärmeleit-bezeichrieteri 'and' in Fig. 2 drawn position of which the vacuum pressure increases, the heat conduction
befindet, dann ist die aktive Netzphase A über den fähigkeit der trockenen porösen Schicht zwischen deris located, then the active network phase A is above the ability of the dry porous layer between the
festen Kontakt 49 mit dem Relais RL verbunden. 15 Eisgrenzschicht und der Außenschicht des Trock-fixed contact 49 connected to the relay RL . 15 ice boundary layer and the outer layer of the dry
Dies führt dazu, daß dessen Kontakte offengehalten nungsguts anwächst. Infolgedessen findet ein bessererThis leads to the fact that its contacts, kept open, grows well. As a result, find a better one
werden; so daß die Vakuumpumpe 6 stromlos ist und Wärmeübergang von der das Trocknungsgut um-will; so that the vacuum pump 6 is de-energized and heat transfer from which the material to be dried is
: Luft; über das Solenoidventil 51 in die Vakuum- gebenden Unterdruckatmosphäre auf den Eiskern : Air ; Via the solenoid valve 51 into the vacuum-generating negative pressure atmosphere on the ice core
kammer 1 eingelassen wird. Es kann also das Tor 2 statt. Während dieser Zykluszeit kann die Geschwinder Vakuumkammer geöffnet und die Kammer mit' so digkeit der vom Eiskern nach außen gerichtetenChamber 1 is let in. Gate 2 can take place. During this cycle time the Geschwinder Vacuum chamber is opened and the chamber is facing outwards from the ice core
gefrorenem Trocknungsgut gefüllt, werden. In diesem Dampfströmung abnehmen, dies ist jedoch nichtfrozen goods to be dried. In this steam flow decrease, however this is not
Stadium -ist das Steuergut PC stromlos, das ■ Ab- immer der Fall.Stage - if the control item PC is de-energized, the ■ Ab- is always the case.
sperrventil 43 ist geschlossen, und das Zweiwege- Während desjenigen Teiles eines jeden Zyklus,
ventil 42 verbindet die Druckseite der Vakuum- währenddessen der Vakuumdruck reduziert wird,
pumpe 6 mit der Atmosphäre. . : 25 besteht, ein relativ hoher Druckgradient zwischen
Nach'-Füllung der Vakuumkammer und nach dem Dampf an der Eisgrenzschicht des gefrorenen
Schließen des Tores 2 wird der zweipolige Zweilage- Kerns und der äußeren Oberfläche des Trocknungsschalter SW 2 zum Start des Trocknungszyklus be- guts. Auf Grund dieses hohen Druckgradienten
' tätigt; Als Folge dieser. Betätigung dreht der Antriebs-- wächst die nach außen gerichtete hydrodynamische
- motor des Verzögerungsschalters. 47 den beweglichen 30 Dampfströmung selbst dann, wenn in diesem Stadium
Kontakt 48 langsam in die Lage b am unteren Ende gegebenenfalls die Wärmeleitfähigkeit abnimmt. Die
des festen. ;Kontaktstreifens 46. Dabei entfernt sich Wärmedurchgangs- und Dampfstromeffekte wirken
: der bewegliche Kontakt von dem festen Kontakt 49 also voneinander unabhängig, wenn der Dampfdruck
fort, und infolgedessen wird das Relais RL stromlos in der beschriebenen Weise steigt und fällt. Hieraus
gemacht. Hierdurch .wird die Vakuumpumpe 6 ein- 35 folgt eine Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades des
geschaltet und das Solenoidventil 51 durch dessen Gefriertrocknungsprozesses dank der Tatsache, daß
Spule 52igeschlösseni:;Während, der bewegliche Kon- die beiden Effekte nicht mehr gegeneinander arbeitakt
48 "von, der Position α zur,;Position b wandert, ten, wie sie es während des stabilen Zustandes bei
: verbleibt für die· Vakuumpumpe 6 genügend Zeit, die bekannten Gefriertrocknungsverfahren tun. Das
■'' Vakuumkammer·! jind ,,die Einlaßleitung bis zum 40 optimale Verhältnis zwischen den zwei Zyklus-Absperrventil
·43 leerzupumpen. Dabei wird die Luft perioden ist jeweils von Fall zu Fall verschieden. Es
aus der Kammer durch das Zweiwegeventil 42 in die hängt von der Zusammensetzung des Gases in der
Atmosphäre gepumpt. Wenn der bewegliche Kontakt Vakuumkammer, den chemischen und physikalischen
48'in der Stellung & stillsteht,, dann berührt er den Eigenschaften des Trocknungsguts, von dem Bereich
/festen Kontaktstreifen 46 und, setzt die Ventile 42 45 der gewählten Betriebsdrücke, von den Dimensionen
und 43, die Hilfspumpe 40 und das Steuergerät PC der Kammer, von der Größe der Charge und auch
unter Strom.· DasAbsperrventil.43 ist bereits durch vom Wirkungsgrad der Pump- und Kühlsysteme ab.
.Betätigung, des;zweipoligen Schalters SW 2 mit Strom Versuche und Berechnungen haben jedoch gezeigt,
^versorgt border}. Aus dem Gasvorratskessel 41 fließt daß für jede Art von Trocknungsgut ein optimaler
.nun durch; das Absperrventil uhd die den Druck 50 Druckzyklus gefunden werden kann,
zyklisch steuernden Einlaßventile 8 und 14 das Gas In F i g. 3 ist die thermische Leitfähigkeit von
,in die Vakuumkammer 1. Das, Gas wird aus der Rindfleisch und Äpfeln jeweils bei Verwendung von
: Vakuumkammer 1 abgesaugt und über das Zwei- Luft und Helium als Trocknungsmedium über dem
: wegeventil 42 und die Hilfspumpe 40 zum Gasvor- Druck aufgetragen. Bei dem erfindungsgemäßen
ratskessel 41,zurückgepumpt: ;■ 55 Verfahren kommt es darauf an, eine maximale Diffe-Nach
Beendigung des Trpcknungsvorgangs wird renz der Wärmeleitfähigkeitswerte der Produkte für
der Schalter SW2 von.Hand in seine Ausgangs- die minimale Druckdifferenz zu wählen: Aus F i g. 3
stellung zurückgestellt. Das Absperrventil 43 wird in ergibt sich, daß bei Verwendung von Luft die beste
der Schalterstellung 5W2 b stromlos gemacht, und Druckdifferenz zwischen den Werten 0,2 und 20 Torr
der bewegliche Kontakt 48 läuft über den festen Kon- 60 liegt. Für Helium sollte die Druckdifferenz zwischen
taktstreifen 46 in seine Position α auf dem festen den Werten 0,2 und 100 Torr für Rindfleisch und
Kontakt 49 zurück. Bis der bewegliche Kontakt 48 zwischen den Werten-0,2 und 150Torr für Äpfel
den festen Kontaktstreifen 46 verläßt, wird in der liegen. f '
Vakuumkammer 1 zurückgebliebenes Gas in den Die optimalen Zykluszeiten können sowohl
Gasvorratskesscl 41 gepumpt; von dort wird es aber 65 theoretisch als auch experimentell ermittelt werdert.
.nicht wieder zur Kammer zurückgeführt. Wenn der Die optimalen Verhältnisse hängen von. verschiebcwegliche
Kontakt 48 den festen Kontaktstreifen 46 denen Faktoren ab, insbesondere von dem vcrwen-'
verläßt,, wird die' Stromzufuhr zum Steuergerät PC, dctcn Gas und vom Trocknungsgut. Es hat sich hur-Check valve 43 is closed and the two-way valve 42 connects the pressure side of the vacuum during that part of each cycle, during which the vacuum pressure is reduced, pump 6 to atmosphere. . : 25 exists, a relatively high pressure gradient between refilling the vacuum chamber and after the steam at the ice boundary layer of the frozen closing of the door 2, the two-pole two-layer core and the outer surface of the drying switch SW 2 are used to start the drying cycle. Because of this high pressure gradient 'does; As a result of this. Actuation turns the drive - the outward-facing hydrodynamic - motor of the delay switch grows. 47 the moving steam flow even if at this stage contact 48 slowly in position b at the lower end, the thermal conductivity may decrease. That of the solid. ; Contact strip 46. In the process, heat transfer and steam flow effects act : the moving contact of the fixed contact 49 thus independent of one another when the steam pressure continues, and as a result the relay RL rises and falls without current in the manner described. Made of this. Thereby .If the vacuum pump 6 switched 35 follows an increase in the overall efficiency of the switched and the solenoid valve 51 by the freeze-drying process thanks to the fact that coil 52 i geschlössen i:; While the movable con- the two effects no longer against each processing clock 48 " from, the position α to, migrates position b, ten, as they did during the steady state at: remaining for the · vacuum pump 6 enough time to do the known freeze-drying method the ■ '' vacuum chamber · Jind ,, the inlet line up.! to 40 optimal ratio between the two cycle shut-off valve 43. The air period is different from case to case. It is pumped from the chamber through the two-way valve 42 into the depends on the composition of the gas in the atmosphere movable contact vacuum chamber, the chemical and physical 48 'in the position & stands still, then it touches the properties of the material to be dried, of which loading rich / solid contact strip 46 and, sets the valves 42 45 of the selected operating pressures, of the dimensions and 43, the auxiliary pump 40 and the control unit PC of the chamber, of the size of the batch and also under power. The shut-off valve. 43 is already through from Efficiency of the pumping and cooling systems. .Actuation of the; two-pole switch SW 2 with current Experiments and calculations have shown, however, ^ supplied border}. From the gas storage tank 41 that an optimal .nun flows through for each type of material to be dried; the shut-off valve uhd which the pressure 50 pressure cycle can be found,
cyclically controlling inlet valves 8 and 14 the gas in F i g. 3 is the thermal conductivity of, in the vacuum chamber 1. The gas is sucked out of the beef and apples when using: Vacuum chamber 1 and via the two-way air and helium as drying medium via the: way valve 42 and the auxiliary pump 40 to the gas supply - Pressure applied. In the case of the advice boiler 41 according to the invention, pumped back:; ■ 55 method, it is important to select a maximum difference after the end of the drying process, the thermal conductivity values of the products for the switch SW 2 by hand in its output, the minimum pressure difference: Off F i g. 3 position reset. The shut-off valve 43 is shown in that when air is used, the best switch position 5 W 2 b is de-energized, and the pressure difference between the values 0.2 and 20 Torr, the movable contact 48 runs across the fixed contact. For helium, the pressure difference between tact strips 46 should return to its position α on the fixed values of 0.2 and 100 torr for beef and contact 49. Until the movable contact 48 leaves the fixed contact strip 46 between the values of -0.2 and 150 Torr for apples, it will lie in the. f '
Vacuum chamber 1 remaining gas in the The optimal cycle times can both gas storage tank 41 pumped; from there it is determined both theoretically and experimentally. .not returned to the chamber. When the The optimal proportions depend on. Slidable contact 48, the fixed contact strip 46 which factors, in particular from which one leaves the power supply to the control unit PC, the gas and the material to be dried. It turned out to be
ausgestellt, dai3 der ungefähre optimale Druckzyklus für Fleisch bei Luft als Trocknungsmedium folgende Werte aufweist: Die Periode niedrigeren Drucks dauert bei 0,2 Torr etwa 74 Sekunden, die Periode des höheren Drucks von 20 Torr dauert etwa 222 Sekunden. Die Gesamtzeit eines vollen Zyklus beträgt also 296 Sekunden.issued as the approximate optimal print cycle for meat with air as the drying medium has the following values: The period of lower pressure lasts about 74 seconds at 0.2 torr, the higher pressure period of 20 torr lasts about 222 seconds. The total time of a full cycle is 296 seconds.
Als Beispiel sollen nachfolgend noch die Trocknung von Apfelringen und Fleisch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Trocknung mit den bekannten Gefriertrocknungsverfahren vergleichsweise gegenübergestellt werden.As an example, the drying of apple rings and meat with the inventive Method of drying compared to the known freeze-drying methods be juxtaposed.
Bei Modellversuchen mit gefrorenen Apfelringen lagen diese in einer Dichte von nicht ganz 1 g Trocknungsgut pro cm'- Unterlage. Bei einem konstanten Druck von 0,5 Torr und einer Temperatur von 94° C an den Heizorganen betrugen die Temperaturen der Kühlschlange —44° C und die des Produkts -14°. Wenn der Druck zyklisch von 0,35 bis 20 Torr bei einer Temperatur der Heizorgane von 1010C variiert wurde, änderten sich die Temperaturen an der Kühlschlange von —38 auf -480C und am Produkt von -7 auf -11° C. Die Temperaturen der Heizorgane wurden graduell auf 6O0C abgesenkt. Jedes der Zyklusintervalle bei höherem und geringerem Druck lag über zwei Minuten, und dies sind Werte, die unterhalb des Optimums liegen.In model tests with frozen apple rings, these were at a density of not quite 1 g of drying material per cm 'support. At a constant pressure of 0.5 Torr and a temperature of 94 ° C on the heating elements, the temperatures of the cooling coil were -44 ° C and that of the product -14 °. When the pressure was cyclically varies from 0.35 to 20 Torr at a temperature of the heating elements of 101 0 C, the temperatures changed to the cooling coil of -38 to -48 0 C and the product of -7 to -11 ° C. the temperatures of the heating elements were gradually lowered to 6O 0 C. Each of the higher and lower pressure cycle intervals were over two minutes, and these are values that are below optimum.
Es wurden für zyklische Druckänderungen Trocknungszeiten von 774 Stunden statt Trocknungszeiten bei konstanten Drücken von 12Va Stunden erhalten. Dies bedeutet eine Abnahme der Trocknungszeit von 42% durch das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber dem bekannten Verfahren mit konstantem Druck.For cyclical pressure changes, drying times of 774 hours were used instead of drying times obtained at constant pressures of 12Va hours. This means a decrease in the drying time of 42% by the method according to the invention compared to the known method with constant Pressure.
Es wurden Modellversuche mit zyklisch variierenden Vakuumdrücken bei gefrorenem, gekochtem Fleisch vorgenommen, denen Versuchen mit konstant gehaltenen Vakuumdrücken gegenübergestellt wurden.Model tests were carried out with cyclically varying vacuum pressures in frozen and cooked foods Meat, compared to experiments with constant vacuum pressures became.
Das gefrorene Fleisch lag in einer Dichte von etwa 1,6 g pro cm2 Unterlage. Wenn die zyklisch veränderlichen Druckwerte" so eingestellt wurden, daß sie zwischen 0,4 und 20 Torr variierten, und wenn ferner eine Temperatur der Heizorgane von 122° C gewählt wurde, dann änderte sich die Kühlschlangentemperatur von —32 bis —34° C, und die Temperatur des Produkts von -20 bis -24° C. 2 Stunden vor dem Ende des zyklischen Druckwechsels wurde die Temperatur der Heizorgane graduell auf 15° C gesenkt. Das Hochdruckintervall des Zyklus wurde in seiner Dauer etwa auf das Dreifache des Niederdruckintervalls, welches über 1 Minute dauerte, festgesetzt.The frozen meat was at a density of about 1.6 g per cm 2 of support. If the cyclic pressure values "were set to vary between 0.4 and 20 torr, and if the heater temperature was also selected to be 122 ° C, then the cooling coil temperature varied from -32 to -34 ° C, and. the temperature of the product from -20 to -24 ° C. 2 hours before the end of the cyclic pressure change, the temperature of the heating elements was gradually lowered to 15 ° C. The duration of the high pressure interval of the cycle was about three times the low pressure interval, which was above Lasted 1 minute, fixed.
Es wurde auch noch ein anderer zyklischer Druckwechsel unter ähnlichen Bedingungen vorgenommen, und zwar bei einer Heizorgantemperatur von 138° C. Dies war die höchste Temperatur, die möglich war, ohne die Oberfläche des Produkts zu beeinträchtigen, also zu verkrusten oder zu verbrennen.Another cyclical pressure change was made under similar conditions, at a heating element temperature of 138 ° C. This was the highest temperature possible without affecting the surface of the product, i.e. crusting or burning it.
Außerdem wurde ein Modellversuch mit einem konstanten Vakuumdruck von 0,4 Torr durchgeführt, bei dem die Unterlage ebenfalls in einer Dichte von etwa 1,6 g pro cm- Plattcnfläche belegt war. Die Temperatur der Heizorgane betrug 1241 C?, die der Kühlschlange 35° C und die dos ProduktsIn addition, a model test was carried out with a constant vacuum pressure of 0.4 Torr, at which the base was also covered at a density of about 1.6 g per cm of plate area. The temperature of the heating elements was 124 ?, 1 C, the cooling coil 35 ° C and the product dos
2011 C. Sämtliche Temperaturen wurden während des Vorgangs relativ konstant gehalten. Die Temperatur der Heizorgane wurde 3 Stunden vor dem Ende des Trocknungsvorgangs graduell auf 15° C abgesenkt.20 11 C. All temperatures were kept relatively constant during the process. The temperature of the heating elements was gradually lowered to 15 ° C. 3 hours before the end of the drying process.
Bei den mit zyklisch wechselnden Drücken arbeitenden Modellversuchen wurden für die beiden Heizorgantemperaturen von 122 und 1380C Trocknungszeiten von 3Vs bis 5 Stunden erzielt. Demgegenüber betrugen die Trocknungszeiten bei den Modellversuchen mit konstant gehaltenem Druck Stunden. Die mit zyklisch variierten Drücken vorgenommenen Trocknungsvorgänge erbrachten eine Zeitersparnis von etwa 37,5% gegenüber der vergleichbaren Trocknungszeit bei konstant gehaltenem Druck. . Gegenüber Gefriertrocknungszeiten bei einigen bekannten Verfahren, bei denen ähnliche Heizorgan-Typen und das gleiche Produkt verwendet wurden, stellen diese Werte sogar eine Zeitersparnis von etwa 50 % dar.In the case of operating with cyclically changing pressures model experiments drying times were obtained from 3V to 5 hours for the two Heizorgantemperaturen of 122 and 138 0 C. In contrast, the drying times in the model tests with the pressure kept constant were hours. The drying processes carried out with cyclically varied pressures resulted in a time saving of about 37.5% compared to the comparable drying time when the pressure was kept constant. . Compared to freeze-drying times in some known processes in which similar types of heating elements and the same product were used, these values even represent a time saving of around 50%.
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