DE2914181C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen temperaturempfindlicher Güter der Pharma- und Nahrungsmittelindustrie - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen temperaturempfindlicher Güter der Pharma- und NahrungsmittelindustrieInfo
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- A23L3/00—Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs
- A23L3/40—Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs by drying or kilning; Subsequent reconstitution
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Trocknen temperaturempfindlicher Güter der Pharma-
und Nahrungsmittelindustrie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens.
Temperaturempfindliche Güter, insbesondere Güter der Pharma- und Nahrungsmittelindustrie werden
gemäß herrschender Meinung (siehe K. Kröll »Trocknungstechnik«, Band 2, Springer Verlag, 1978, Seite 503)
optimal durch Gefriertrocknung mit laufender Pumpe oder auch im evakuierten und dann abgeschlossenen
System (siehe CH-PS 4 79 034) getrocknet.
Zwar wurde bereits in der US-PS 25 12 897 von 1945
ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem Lebensmittel in einer evakuierten Trockenkammer mit darin vorgesehener Kondensationsfläche bei Temperaturen über 700C
und mäßigen Unterdrucken von Z100 mbar getrocknet
werden sollen, wobei die Evakuierung durch Auslaufenlassen eines in entsprechender Höhe vorgesehenen
Wassertanks vorgenommen wird. Dieses Verfahren hat jedoch ebensowenig Eingang in die Praxis gefunden, wie
das Trockenverfahren gemäß der US-PS 32 06 866 von 1965, nach dem Lebensmittel in einer durch Kondensation von geothernialem Dampf evakuierten Kammer
bei Drucken um 65 mbar getrocknet werden sollen,
wobei die verdampfte Feuchtigkeit in dem über eine
Leitung angeschlossenen Dampfkondensator für die Evakuierung niedergeschlagen wird.
Offensichtlich wurden bei den mit einem unmittelbar im Trockenraum vorgesehenen Kondensator arbeitenden Trockenverfahren Störungen durch Rückverdairpfung von Feuchtigkeit befürchtet, weshalb in der FR-PS
21 40 734 eine Membranwand zwischen dem Gutträger und der Kondensationsfläche vorgesehen wird Auch
to bei diesem Verfahren soll der Trockenraum zu Beginn
evakuiert und dann von der Pumpe abgesperrt werden. Allgemein für die Trocknung oder Vakuumbehandlung von Gütern wurde bereits 1929 in der CH-PS
I 31 416 ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine
'> Kondensationsfläche unmittelbar in einer Trockenkammer mit gegebenenfalls beheizten Gutträgern vorgesehen wird. Eine ähnliche Verfahrensweise ist dem
DE-GM 77 30 681 von 1978 zu entnehmen. Auch hier wird zu trocknendes Gut benachbart zu einer
Kondensationsfläche in einer Trockenkammer vorgesehen, die evakuiert und dann von der Vakuumpumpe
abgesperrt wird.
Die bereits vor langer Zeit gemachten und zwischenzeitlich wiederholten Vorschläge zur Trocknung von
Lebensmitteln in einem mehr oder minder weit evakuierten abgeschlossenen Raum mit darin befindlichem Kondensator bei Temperaturen aber 00C sind in
der Praxis nicht angewandt worden. Vielmehr wurden Lebensmittel bislang entweder durch Gefriertrocknen
oder durch Lufttrocknen oder allenfalls bei mäßigen Temperaturen in diner evakuierten Kammer aber bei
laufender Vakuumpumpe getrocknet und zwar speziell durch Gefriertrocknen, wenn eine schonende Temperatur empfindlicher Güter gewünscht wurde.
Die Gefriertrocknung ist allerdings nicht nur
apparativ und energetisch aufwendig, sondern verlangt auch wegen der bei niedrigen Temperaturen relativ
geringen Transportgeschwindigkeit des Wasserdampfes eine möglichst weitgehende Zerteilung des zu
trocknenden Gutes und intensive Energiezufuhr über die Oberfläche, bei der trotz der geringen Allgemeintemperatur Überhitzungen nicht ausgeschlossen werden können.
vorzusehen, nach dem solche empfindlichen Güter mit verringertem Aufwand in zumindest vergleichbarer
Qualität wie durch die bislang empfohlene Gefriertrocknung unter bestmöglichem Erhalt ihrer Inhaltsstofie
selbst in grobstCckiger Form getrocknet werden
können.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst
Dieses erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur energetisch vorteilhaft, sondern führt zu Produkten von
erstaunlicher Qualität. Die Inhaltsstoffe wie Färb- und
Aromastoffe bleiben bei dieser Trocknung praktisch völlig im Produkt erhalten, das sich im Aussehen kaum
von der nicht getrockneten Ware unterscheidet, wobei in Anbetracht der sehr lebhaften schonenden Trock
nung auch unzerteiltes Gut getrocknet werden kann.
Als Grund für die vorteilhafte Trocknung gemäß der
Erfindung im Vergleich zu den bislang üblichen Trocknungsverfahren für empfindliche Güter ist ein das
Zellmaterial nicht zerstörender und Denaturierungen
vermeidender lebhafter Transportmechanismus des bis
zum Schluß gleichmäßig beanspruchten Guts anzusehen, während bei der üblicherweise praktizierten
Gefriertrocknung oder bei laufender Pumpe zu rasch
Flüssigkeit von der Oberfläche des Trockengutes abgedampft wird, da hier der Druck im Trockenraum
vergleichsweise gering ist. Dadurch müssen erhebliche Aromaverluste in Kauf genommen werden und es
entsteht sehr schnell eine trockene Oberflächenschicht, die einen Transport der Feuchte in flüssiger Form aus
den tiefergelegenen Schichten des Gutes verhindert und die offensichtlich veränderungsanfällig ist Ferner wird
der Zellverband beim Gefriertrocknen durch Kristallisationen stark beansprucht.
Bei der aus der US-PS 32 06 866 bekannten Kondensationstrocknung in einem abgeschlossenen
Trockenraum ohne besonderen Ausschluß der nichtkondensierbaren Gase entfallen zwar die vorstehend
skizzierten Probleme des Gefriertrocknens, jedoch muß hier entweder eine sehr lange Trockenzeit oder eine
Erhöhung der Trockentemperauir in Kauf genommen
werden, wodurch jeweils die Produktqualität leidet und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens vermindert ist
Das erfindungsgemäße Kondensationstrockenverfahren unterscheidet sich davon durch die spezielle
Fernhaltung nichtkondensierbarer Gase, wodurch zum einen eine sprunghaft gesteigerte Trockengeschwindigkeit erreicht und zum anderen schädliche Einflüsse der
Gase (speziell der Luft) auf das trocknende Gut unterdrückt werden. Zu diesem Zweck wird der
Trockenraum nach Einbringen des Gutes mit einer Grob- bis Feinvakuumpumpe evakuiert, bis (als
Anzeichen für die ausreichende Entfernung der nichtkondensierbaren Gase) ein lebhafter Kondensatfluß an der gekühlten Kondensationsfläche einsetzt,
woraufhin die Trockenkammer von der Vakuumpumpe getrennt und letztere abgestellt wird. Durch Verwendung einer hochvakuumdichten Kammer wird dann
dafür gesorgt, daß der Partialdruck der nichtkondensierbaren Gase in der Kammer möglichst gering bleibt
Erst wenn durch Gasabgabe aus dem Gut selbst ein (am Nachlassen des Kondensatflusses erkennbarer) Anstieg
des Partialdruckes der nichtkondensierbaren Gase in der Kammer auftritt, wird die Vakuumpumpe erneut in
Betrieb genommen (nachevakuiert), was üblicherweise erst nach einigen Stunden der Fall ist
Voraussetzung für ein einwandfreies Funktionieren des Verfahrens ist folgende Bedingung:
Obwohl der Trpckenvorgang bei relativ hohem Druck abläuft (bei etwa 5 mbar bis 30 mbar\ muß der Trockner
selbst hochvakuumdicht ausgelegt sein, das heißt, für Drücke von etwa 10—♦mbar bis 10~5mbar. Diese
Bedingung hat ihren Grund darin, daß der eigentliche Trockenvorgang in dem von der Vakuumpumpe
abgeschlossenen Trockner abläuft Die Trockenzeiten betragen dabei Stunden und in dieser Zeit muß der
Partialdruck der unkondensierbaren Gase, das heißt im Normalfall der Luft so niedrig wie möglich gehalten
werden. Anders ausgedruckt, das abgeschlossene Trocknergefäß darf nur eine ganz geringe Leckrcte
haben, obwohl der Druck im Trockenraum relativ hoch ist Mit zunehmendem Partikaidruck der unkondensierbaren Gase im Trockenraum sinkt der Massentransport
des Flüssigkeitsdampfes vom Trockengut zur Kondensatorfläche stark ab und die Trockenpschwindigkeit
verringert sich entsprechen.
Zu Beginn des Trockenprozesses wird der Trockenraum mit einer einfachen Vakuumpumpe (mit einem
Enddruck von BdO-' mbar) evakuiert, wobei die aus
dem Trockengut verdampfende Flüssigkeit die zu Beginn vorhandene Luft in relativ kurzer Zeit
verdrängt, der Partialdruck der Restluft im Trockner also nicht durch den Enddruck der Vakuumpumpe,
sondern durch die Evakuierungsdauer bestimmt wird.
Bei üblichen Dimensionierungen von Trockner und
Vakuumpumpe werden Zeiten in der Gegend von
5 Minuten bis 20 Minuten je nach Trockengut benötigt Eine nicht ausreichende Evakuierung zeigt sich im
allgemeinen an einem ungenügenden Kondensatfluß.
Der sonst übliche Kondensator zwischen Trockner und Vakuumpumpe ist bei dem vorliegenden Verfahren
ίο überflüssig, es sei denn, die abzudampfende Flüssigkeit
ist toxjsch oder aggressiv. In diesem Falle werden die kondensierbaren Gase hinter dem Pumpenausgang
aufgefangen.
Zweckmäßigerweise verwendet man zur Evakuierung eine Ringspaltpumpe anstelle der üblichen
ölpumpen, da bei mit Öl arbeitenden Vakuumpumpen trotz Fahrens mit Gasballast infolge der hohen
Flüssigkeitsdurchsätze häufige Ölwechsel notwendig sind.
Ganz allgemein bietet das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber den bisher bekr v.iten eine Reihe
beachtlicher Vorteile:
und dem Kondensator ist sehr hoch.
Düs Verfahren zeichnet sich außerdem durch eine hohe Wirtschaftlichkeit aus, denn es wird weder
Energie zum Gefrieren des Trockengutes noch zur Erreichung hoher Guttemperaturen, noch zum
jo kontinuierlichen Betrieb einer Vakuumpumpe benötigt Es genügt vielmehr eine relativ kleine
Wärmemenge zur Aufheizung des Trockengutes und auch die Kühlleistungen sind niedrig. Besonders wirtschaftlich wird das Verfahren jedoch
durch den Einsatz einer Wärmepumpe. Auch für das Anlegen des Vakuums ist nur kurzzeitig
Energie für die Pumpe notwendig. Es genügt normalerweise, wenn ein Vakuum von etwa
10 mbar erreicht ist Die Luft ist dann durch die
verdampfende Flüssigkeit entfernt, der Trockenraum kann abgeschlossen und die Pumpe abgestellt
werden.
Gemäß der Erfindung kann das Trockengut in Schütthöhen bis zu 8 cm einwandfrei getrocknet
werden, während bislang üblicherweise Schütthöhen von bis zu 4 cm angewandt werden.
Schon bei Trockenguttemperaturen, die nur relativ wenig über der Kondensatortemperatur liegen, ist
eine gute Trocknungsgeschwindigkeit zu erzielen.
so Bei Gütern der Nahrungsmittelindustrie wird man das Trockengut zum Beispiel auf maximal 500C
erwärmen, während die Kondensatortemperatur 10° C bis 15° C betragt.
Wägen des verglichen mit anderen Vakuumtrok
kenverfahren hohen Dampfdruckes im Trocken
raum trockne/, die oberflächennahe Schicht bei
einer Bodenkontaktheizung zum Beispiel erst zum Schluß des Trockenprozesses aus, das heißt auch
innerhalb des Trockengutes liegt ein optimaler
erreicht ohne weiteres Restfeuchten im Trockengut von 1 Gew.-% und weniger.
Wegen der niedrigen Guttemperaturen, die eingestellt werden können, ist das Verfahren sehr gut
geeignet zum schnellen Trocknen temperaturempfindlicher Güter, insbesondere von Lebensmitteln
und pharmazeutischen Produkten.
Für die Trocknung von empfindlichen Lebcnsmit-
teln oder Pharmazeutika hat das erfindungsgemäße Verfahren noch den weiteren Vorteil, daß leichtverdampfbare
Aromastoffe oder Wirkstoffe hierbei nur in gerimgem Maße mit der Feuchtigkeit verdampft werden, da der Gesamtdruck im ">
Trockenraum wesentlich höher liegt als bei anderen Vakuumtrockenverfahren.
Liegt die Feuchte in Form von Lösungsmitteln oder aggressiven Medien (zum Beispiel Säuren) vor, so ist die Belastung der Vakuumpumpe durch diese Stoffe denkbar gering, da die Pumpe nur kurzfristig läuft.
Liegt die Feuchte in Form von Lösungsmitteln oder aggressiven Medien (zum Beispiel Säuren) vor, so ist die Belastung der Vakuumpumpe durch diese Stoffe denkbar gering, da die Pumpe nur kurzfristig läuft.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im folgenden beschrieben, n
Selbstverständlich sind auch andere Vorrichtungen möglich, sofern sie nur die Kriterien der vorliegenden
Erfindung haben: Vakuumtrockner nach dem Verdampfungsprinzip, bei denen sich der Kondensator im
Trockenraum befindet, keine Trennwand zwischen id
Trockengut und Kondensator vorhanden ist, der Trockenraum nach Erreichen des Vakuums (das mittels
einer ins Freie arbeitenden einfachen Vakuumpumpe erzeugt wird) während des Trockenprozesses von der
Pumpe abgeschlossen werden kann und eine Leckrate. « wie sie für Hochvakuumanlagen üblich ist, nicht
übersteigt.
Fig. I zeigt eine schematische Zeichnung eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Vakuumtrockners.
Der Vakuumbehälter besteht aus einem Jo feststehenden Boden (1) und einer nach oben beweglichen
Haube (2). Eine Dichtung (3) sorgt für einen hochvakuumdichten Verschluß der beiden Behälterteile.
An der Innenwand der Haube ist der Kondensator (4) mit dem Kühlmittelzulauf (5) und-ablauf (6) angeordnet,
von dem das gebildete Kondensat nach unten auf den Boden (1) abläuft. Im Innern der aufgesetzten Haube (2)
befinden sich die auf dem Boden des Vakuumbehälters fest angebrachten Stützen (7), welche die Heizplatten (8)
tragen. Diese werden mit einem bei (9) einlaufenden und bei (10) austretenden Heizmedium erhitzt. Auf den
Heizplatten (8) befinden sich die Schalen mit dem Trockengut (11). Das vom Kondensator (4) abtropfende
Kondensat gelangt in den Kondensatbehälter (12), wobei die Flüssigkeit das Schauglas (13) passiert. Das
Kondensat kann über ein hochvakuumdichtes Ventil (14) zum Beispiel mittels einer Pumpe entnommen
werden. Der Vakuumbehälter wird durch den Absaugstutzen (15). der mit einer Haube (16) versehen ist, über
das Hochvakuumventil (17) von der Vakuumpumpe (18) so evakuiert und durch das Hochvakuumventil (l9) wieder
belüftet.
Die Anordnung von Gutträger und Kondensator kann selbstverständlich auch abweichend gestaltet werden,
wie zum Beispiel durch zwei ineinandergepaßte Wendelflächen.
Anwendungsbeispiel 1
Trocknung von Kartoffelstückchen
Trocknung von Kartoffelstückchen
25 kg Kartoffelstückchen mit einer Feuchte von
85 Gew.-% wurden in die Schalen des Vakuumtrockners mit einer Schütthöhe von etwa 2 cm eingefüllt. Die
Oberfläche des Trockengutes betrug 1.6 m2. Zunächst wurde etwa tO min evakuiert, wobei ein Druck von etwa
14 mbar erreicht wurde. Die Kühlwassertemperatur betrug 14°C. Nach dem Evakuieren wurde der
Hochvakuumbehälter von der Pumpe abgeschlossen und die Vakuumpumpe abgestellt. Die Heizböden
wurden aufgeheizt, wobei im 1. Trockenabschnitt eine Guttemperatur von 24°C erreicht wurde. Nach 3 h war
der Druck im Vakuumbehäiier durch ein Nucngasen des
Trockengutes auf etwa 20 mbar gestiegen. Es wurde 10 min nachevakuiert und dann wieder der Vakuumtrockner
abgeschlossen. Nach 6 h war die Trocknung der Kartoffelstückchen beendet. Die maximale Guttemperatur
betrug zum Schluß der Trocknung 460C, die
Restfeuchte des Trockenguts 10,2 Gew.-% und die über
die gesamte Trocknung gemittelte Trockengeschwindigkeit etwa 2 kg/h · m2.
Anwendungsbeispiel 2
Trocknung von Zwiebelringen
Trocknung von Zwiebelringen
36 kg Zwiebelringe mit einer feuchte von 82 Gew.-% wurden in die Schale des Vakuumtrockners mit einer
Schütthöhe von 4 cm eingefüllt. Die Oberfläche des Trockengutes betrug 3,2 m2. Zunächst wurde etwa
10 min evakuiert wobei ein Druck von etwa 14 mbar erreicht wurde. Die Kühlwassertemperatur betrug
13°C Nach dem Evakuieren wurde der Vakuumbehälter von der Pumpe abgeschlossen und die Vakuumpumpe
abgestellt Die Heizböden wurden aufgeheizt, wobei eine Guttemperatur von maximal 30° C erreicht wurde.
Nach 4,5 h war der Druck auf etwa 18 mbar durch das Nachgasen des Trockengutes gestiegen. Es wurde
belüftet und das Trockengut von Hand gewendet. Danach wurde erneut etwa 10 min evakuiert. Nach 9 h
war die Trocknung der Zwiebelringe beendet Die maximale Guttemperatur betrug zum Schluß der
Trocknung 35"C, die Restfeuchte des Trockengutes 8Gew.-% und die über die gesamte Trocknung
gemittelte Trockengeschwindigkeit 1 kg/h · m2.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verfahren zum Trocjqien temperaturempfindlicher Güter der Pharma- und Nahrungsmittelindustrie in Form von ausgebreitetem Stück- oder
Schüttgut innerhalb eines Vakuumbehälters, bei dem die vom erforderlichenfalls erwärmten Gut abgegebene Feuchtigkeit unmittelbar innerhalb des zu
Beginn evakuierten und dann abgesperrten Behälters an einer auf niedrigerer Temperatur gehaltenen
Kondensationsfläche in flüssiger Form kondensiert und gesammelt abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Evakuieren unter
Verwendung eines hochvakuumdichten Behälters und einer Vakuumpumpe mit einem Enddruck von
etwa 10-' mbar oder mehr auf einen Druck von etwa 5 mbar bis 30 mbar bis zu einem Partialdruck
des nicht kondensierbaren Gases von höchstens etwa 10-2 mbar erfolgt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daJJ das Gut zur Trocknung auf maximal
500C erwärmt und der entwickelte Dampf an der
Kondensationsfläche bei etwa 100C bis 15° C
abgeschieden wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem evakuierbaren,
absperrbaren Behälter, in dem ein kühlbarer Kondensator in unmittelbarer Nachbarschaft zu
einem vorzugsweise heizbaren Trockengutträger angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der
Behälter (1, 2) hochvakuumdicht mit niedriger Leckrate ab»pcrrbar ist, und die Vakuumpumpe auf
einen Enddruck von erva 10-' mbar ausgelegt ist.
4. Vorrichtung nach A nspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trockenrutträger und der
Kondensator durch zwei ineinandergepaßte Wendelflächen gebildet wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Ringspaltpumpe als Vakuumpumpe (18).
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