Was ist ein Gefriertrockner?

Ein Gefriertrockner entzieht einem verderblichen Material Wasser, um es zu konservieren, seine Haltbarkeit zu verlängern und/oder es für den Transport bequemer zu machen.Gefriertrockner arbeiten, indem sie das Material einfrieren, dann den Druck reduzieren und Wärme zuführen, damit sich das gefrorene Wasser im Material direkt in Dampf umwandeln (sublimieren) kann.

Ein Gefriertrockner arbeitet in drei Phasen:
1. Einfrieren
2. Primärtrocknung (Sublimation)
3. Nachtrocknung (Adsorption)

Die richtige Gefriertrocknung kann die Trocknungszeiten um 30 % verkürzen.

Phase 1: Einfrierphase

Dies ist die kritischste Phase.Gefriertrockner verwenden verschiedene Methoden, um ein Produkt einzufrieren.

· Das Einfrieren kann in einem Gefrierschrank, einem Kühlbad (Schalenfroster) oder auf einem Regal im Gefriertrockner erfolgen.

· Der Gefriertrockner kühlt das Material unter seinen Tripelpunkt, um sicherzustellen, dass eine Sublimation statt Schmelzen stattfindet.Dadurch bleibt die physische Form des Materials erhalten.

· Ein Gefriertrockner gefriertrocknet am einfachsten große Eiskristalle, die durch langsames Gefrieren oder Glühen hergestellt werden können.Bei biologischen Materialien können jedoch zu große Kristalle die Zellwände aufbrechen, was zu suboptimalen Gefriertrocknungsergebnissen führt.Um dies zu verhindern, erfolgt das Einfrieren schnell.

· Bei Materialien, die zur Ausscheidung neigen, kann Glühen eingesetzt werden.Dieser Prozess beinhaltet schnelles Einfrieren und anschließendes Erhöhen der Produkttemperatur, damit die Kristalle wachsen können.

Phase 2: Primärtrocknung (Sublimation)
· Die zweite Phase ist die Primärtrocknung (Sublimation), bei der der Druck gesenkt und dem Material Wärme zugeführt wird, damit das Wasser sublimiert.

· Das Vakuum des Gefriertrockners beschleunigt die Sublimation.Der kalte Kondensator des Gefriertrockners bietet dem Wasserdampf eine Oberfläche zum Anhaften und Erstarren.Der Kondensator schützt auch die Vakuumpumpe vor dem Wasserdampf.

· Etwa 95 % des Wassers im Material werden in dieser Phase entfernt.

· Die Primärtrocknung kann ein langsamer Prozess sein.Zu viel Hitze kann die Struktur des Materials verändern.

Phase 3: Nachtrocknung (Adsorption)
· Diese letzte Phase ist die Nachtrocknung (Adsorption), bei der die ionisch gebundenen Wassermoleküle entfernt werden.
· Durch eine höhere Temperatur als in der Haupttrocknungsphase werden die Bindungen zwischen dem Material und den Wassermolekülen aufgebrochen.

· Gefriergetrocknete Materialien behalten eine poröse Struktur.

· Nachdem der Gefriertrockner seinen Prozess beendet hat, kann das Vakuum mit einem Inertgas gebrochen werden, bevor das Material versiegelt wird.

· Die meisten Materialien können auf 1-5 % Restfeuchte getrocknet werden.

Zu vermeidende Probleme mit dem Gefriertrockner:
· Das Erhitzen des Produkts auf eine zu hohe Temperatur kann zum Rückschmelzen oder zum Kollabieren des Produkts führen

· Kondensatorüberlastung durch zu viel Dampf, der auf den Kondensator trifft.
o Zu viel Dampferzeugung

o Zu viel Oberfläche

o Zu kleine Kondensatorfläche

o Unzureichende Kühlung

· Dampfverstopfung – der Dampf wird mit einer Geschwindigkeit erzeugt, die schneller ist, als er durch die Dampföffnung, die Öffnung zwischen der Produktkammer und dem Kondensator, gelangen kann, was zu einem Anstieg des Kammerdrucks führt.

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