Wat is een vriesdroger? Hoe werkt het?
Vriesdroger en vriesdroger zijn synonieme namen voor dezelfde apparatuur. Een vriesdroger voert een waterverwijderingsproces uit dat doorgaans wordt gebruikt om bederfelijke materialen te bewaren, de houdbaarheid te verlengen of het materiaal gemakkelijker te maken voor transport. Vriesdrogers werken door het materiaal te bevriezen, vervolgens de druk te verlagen en warmte toe te voegen om het bevroren water in het materiaal te laten sublimeren.
Een vriesdroger 3 primaire fasen
Een vriesdroger werkt in drie fasen, waarbij de eerste en meest kritische de vriesfase is. Goed vriesdrogen kan de droogtijd met 30% verminderen.
Bevriezingsfase
Vriesdrogers gebruiken verschillende methoden om het product te bevriezen. Invriezen kan worden gedaan in een vriezer, een gekoeld bad (shell vriezer), of op een plank in de vriesdroger. De vriesdroger koelt het materiaal onder zijn drievoudige punt om ervoor te zorgen dat sublimatie in plaats van smelten zal optreden. Hierdoor blijft de fysieke vorm van het materiaal behouden.
Een vriesdroger droogt het gemakkelijkst grote ijskristallen, die kunnen worden geproduceerd door langzaam invriezen of gloeien. Bij biologische materialen kunnen kristallen echter, wanneer ze te groot zijn, de celwanden breken, en dat leidt tot minder dan ideale vriesdroogresultaten. Om dit te voorkomen, wordt het invriezen snel gedaan. Voor materialen die neigen te neerslaan, kan gloeien worden gebruikt. Dit proces omvat snel invriezen en vervolgens de producttemperatuur verhogen om de kristallen te laten groeien.
Primaire droogfase (sublimatie)
De tweede fase van een vriesdroger is primair drogen (sublimatie), waarbij de druk wordt verlaagd en warmte wordt toegevoegd aan het materiaal zodat het water kan sublimeren. De vacuüm van de vriesdroger versnelt sublimatie. De koude condensor van de vriesdroger biedt een oppervlak voor de waterdamp om te hechten en vast te worden. De condensor beschermt ook de vacuümpomp tegen de waterdamp. Ongeveer 95% van het water in het materiaal wordt in deze fase verwijderd. Primair drogen kan een langzaam proces zijn. Te veel warmte kan de structuur van het materiaal veranderen.
Secundaire droogfase (adsorptie)
De laatste fase van een vriesdroger is secundair drogen (adsorptie), waarbij de ionisch gebonden watermoleculen worden verwijderd. Door de temperatuur hoger te verhogen dan in de primaire droogfase, worden de bindingen tussen het materiaal en de watermoleculen verbroken. Gevriesdroogde materialen behouden een poreuze structuur. Nadat de vriesdroger zijn proces heeft voltooid, kan het vacuüm worden verbroken met een inert gas voordat het materiaal wordt verzegeld. De meeste materialen kunnen worden gedroogd tot 1-5% restvocht.
Te vermijden problemen tijdens het gebruik van een vriesdroger
· Als het product te hoog op temperatuur wordt gebracht, kan het terugsmelten of kan het product inzakken
· Condensoroverbelasting veroorzaakt door te veel damp die de condensor raakt.
Te veel dampvorming
Te veel oppervlakte
Een te klein condensorgebied
Onvoldoende koeling
· Verstikking door damp - de damp wordt geproduceerd met een snelheid die sneller is dan die door de dampopening, de opening tussen de productkamer en de condensor kan komen, waardoor de kamerdruk toeneemt.
Belangrijke voorwaarden voor de vriesdroger
Hier zijn een paar belangrijke termen met betrekking tot vriesdrogers. Voor een uitgebreide lijst zie onze pagina over vriesdroogterminologie.
Eutectisch punt of eutectische temperatuur
Is het punt waarop het product alleen bestaat in de vaste fase, wat de minimale smelttemperatuur vertegenwoordigt. Niet alle producten hebben een eutectisch punt of er kunnen meerdere eutectische punten zijn.
Kritische temperatuur
Tijdens vriesdrogen verslechtert de maximale temperatuur van het product voordat de kwaliteit smelt door terugsmelten of inzakken.
kristallijn
Het materiaal vormt kristallen wanneer bevroren.
Heeft een eutectisch punt of meerdere eutectische punten
Snel invriezen creëert kleine kristallen die moeilijk te drogen zijn
Gloeien kan helpen grotere kristallen te vormen
Amorphous
Meercomponentenmengsels die niet kristalliseren en geen eutectisch punt hebben. Ze veranderen in een 'glas'.
Heeft geen eutectisch punt
Voor amorfe materialen moet vriesdrogen worden uitgevoerd onder de glasovergangstemperatuur
Ineenstorting
Het punt waarop het product zo zacht wordt dat het zijn eigen structuur niet langer kan ondersteunen. Dit kan om verschillende redenen een probleem zijn:
Verlies van fysieke structuur
Onvolledig drogen
Verminderde oplosbaarheid
Veel ablatie (splat)