JPS6233274A - 液状物質の凍結乾燥装置 - Google Patents

液状物質の凍結乾燥装置

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JPS6233274A
JPS6233274A JP17283085A JP17283085A JPS6233274A JP S6233274 A JPS6233274 A JP S6233274A JP 17283085 A JP17283085 A JP 17283085A JP 17283085 A JP17283085 A JP 17283085A JP S6233274 A JPS6233274 A JP S6233274A
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公博 野中
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は食品、医薬品、工業薬品、セラミックス、磁性
材料等の付加価値の高い液状物質を凍結乾燥する装置に
関し、特に凍結と乾燥とを同一の減圧下で行なうように
したことを特徴とするものである。
(従来の技術) 連続凍結乾燥装置は凍結装置と真空乾燥装置とから成っ
ていて、液状物質を先ず、凍結させ、然るのちこれを真
空乾燥装置に移して乾燥させるものである。
この装置は材料物質を変質させることなく能率よく乾燥
することができるので、食品や医薬品、工業薬品、セラ
ミックス、磁性材料等の付加価値の高い液状物質を乾燥
するのに適しているのである。
(従来の技術の問題点) 反面従来の装置は、凍結装置が常圧で行なうものであっ
て、乾燥装置とは大きな圧力差があるので、凍結装置と
乾燥装置との間にエアロツク装置を設けることが必要と
なり、そのため凍結装置からエアロツク装置への凍結材
料の供給装置、エアロツク装置から真空乾燥装置への供
給ホッパーの設置が必要となり、装置が煩雑となるうえ
設備コストが嵩む欠点があった。
上記した従来の連続凍結装置は回転ドラム式凍結装置や
ベルトコンベヤ式凍結装置であるが、この装置では液状
物質の冷却は液状物質と回転ドラム又はコンベヤベルi
〜との熱伝導によるので、凍結能力は25〜60kg/
m・hr程度と小さく、しかも常温(20℃)の水を一
30℃にまで冷却するのに約115kca Q / k
gH20の除熱を必要とするから、冷却コストも嵩むこ
ととなるのである。
勿論、従来も噴霧乾燥凍結装置等の減圧凍結装置も使用
された。しかしながらこの装置は冷却装置は不要となる
が、液状材料は噴霧が可能なものに限定され、ダスティ
ングの処理や自己凍結に必要な時間を保たせるなどのた
め、装置が大きくなる。
加えて従来の連続凍結乾燥装置では、真空乾燥装置は加
熱方式として放射加熱方式と伝導加熱方式の何れかが採
られていたのであるが、放射加熱方式の場合では乾燥能
力を上げるために加熱温度を上げると被乾燥材料の表面
部分のものが変質したり焦げたりして製品の劣化をまね
くことから、温度を一定以上に高くすることができない
。 殊に乾燥の後半(減率乾燥期間)では、加熱板の温
度を80〜100°C程度にまで下げなければならない
ので。
極度に乾燥速度が低下することとなるのである。 又、
伝導加熱方式の場合には、初期温度を上げるために加熱
板の温度を上げると。
加熱面に接触している部分が製品劣化を起したり、材料
によってはベルト等へ付着を起したりするので、加熱部
を品質許容温度にまで上げることが難しいのである。
(問題点を解決するための手段) 本発明は上記した点に鑑みてなされたものであって、液
状材料の凍結を真空乾燥装置と同じ真空度にした凍結室
で行なうもので例えば回転円筒冷却ドラムを凍結室内に
設置し、ドラム面上に液状材料を供給塗布することによ
り、自己蒸発、更に要すれば強制冷却により液を凍結さ
せる。 凍結した材料はドラム面上に当てたスクレーパ
にて掻きとり、フレーク状の氷結粒を得る。 然して液
状材料の凍結能率を高めると共に、凍結装置を真空乾燥
装置に直接連結して形成してエアロツク装置及びこれに
付属する供給ホッパ等を無くして装置を単純化して設備
費や運転費等を低減させ、更に真空乾燥装置では伝導加
熱方式と放射加熱方式を併用すると共にコンベヤベルト
には撹拌機構を取付けて、高温で能率よく乾燥すること
ができるようにしたのである。
尚、第1図では、回転ドラムを使用する場合について図
示したが、凍結室内壁に液を供給塗布し1回転スクレー
パで掻き落としてもよい。
(発明の構成) 図中符号1は凍結装置、2は真空乾燥装置である。 凍
結装置1は伝導冷却と自己蒸発とを併用したもので、凍
結室3には冷却ドラム4が設けられると共に真空ポンプ
14が接続されている。 この冷却ドラム4によって液
状材料を伝導冷却するのであって、冷却ドラム4には冷
凍機5が接続されていて、冷却ドラム4内にブライン液
を送り込んでその表面温度を一30℃程度にまで降下さ
せるようになっていると共に、該ドラム4の上部には注
液ノズル6が取付けられていて、液送ポンプ7によって
送り込まれた液状材料を冷却ドラム4の表面に万遍なく
、注ぎかけて塗布するようになっている。 又、真空ポ
ンプ14は凍結室3内をO,1〜1 torr程度に減
圧して冷却ドラム4に注ぎかけられた液状材料中の水分
の蒸発を促進させるようになっている。
真空乾燥装置2は伝導加熱と放射加熱とを併用したベル
トコンベヤ式乾燥装置であって乾燥室8にはベルトコン
ベヤ9が設けられると共に該ベルトコンベヤ9の移送面
の下側にはベルトに接して伝導加熱板10が取付けられ
ていてベルトを一20〜120℃程度に加熱するように
なっていると共に、コンベヤの上部には移送面に向けて
放射加熱板11が取付けられていて、コンベヤ9上を移
送される被乾燥材料に対して100〜200℃程度の熱
線を照射するようになっている。
符号12は撹拌機である。 このものは、ベルトコンベ
ヤ9に載せられた被乾燥材料を撹拌して加熱むらを無く
し、過熱による製品劣化やベルトへの付着現象を起す可
能性を抑えることによって、加熱温度を高めることを可
能にし、加熱能率を向上させるものである。
尚、図では撹拌機12は回転バ一式のものを示したが、
もとよりこのものはこの方式に限定されるものではない
のである。 例えば真空乾燥装置をベルトコンベヤ方式
ではなく棚段式とした場合には棚段に振動を与える方式
のものもよいのである。
要は被乾燥材料のうちの一部のものだけが強く過熱され
ることのないようにすることの出来るものであれば充分
である。
ところで、凍結室3は真空乾燥室8の始端部の上面に直
接取付けられていて、両室は連通している。 従って両
室の室内圧力は同一になっていて、凍結室3に送り込ま
れた液状材料は、ここで凍結されたのち、被乾燥材料と
して真空乾燥室9上に直接落とし込まれるのである。
(作用) 冷却ドラム4にブライン液を送入してその表面温度を一
30℃程度に冷却すると共に真空ポンプ14を作動させ
て凍結室3と真空乾燥室8内を1 torr以下に減圧
し、然して液送ポンプ7を作動させて、液状ノズル6よ
り冷却ドラム4に向けて所定量の液状材料を1遍なく注
ぎかける。 すると液状材料は冷却ドラム4に熱を奪わ
れて降温する。 それと同時に材料中の含有水分が蒸発
するので、その蒸発熱によって更に温度が下がり、やが
て自己凍結する。 そこでこれをスクレーパ13で掻き
取り、フレーク状の氷結乾燥材料として、真空乾燥袋g
i2のベルトコンベヤ9上に段載するのである。
真空乾燥装置2では、被乾燥材料は撹拌機12により撹
拌されコンベヤベルトからの伝導加熱と放射加熱板11
からの放射加熱とによって加熱され、次第に乾燥してや
がて、乾燥製品となって系外に取出されるのである。
(実施例) 凍結装置において、 回転円筒ドラムを一30℃に冷却し、且つ、0.4〜0
.5torrの真空下に置き、水、デキストリン15%
、30%、40%水溶液、フェライト45%水溶液、乳
糖15%水溶液を供給し、いずれも400 kg/r&
・hrの凍結能力を出すことができた。 同装置で大気
下で操作した場合、水では25kg/rri’・hrの
凍結能力であり、真空下で操作することにより、16倍
近い能力を得るととができた。
真空乾燥装置において、 乳糖15%水溶液を前記、凍結装置にて凍結し、伝導加
熱乾燥した場合、伝導加熱板の温度を40℃以上に上げ
ると付着を起こし慎重期間の乾燥能力は、1 kg−H
,O/イ・hr程度となる。 また同材料を180℃で
放射加熱した場合、慎重期間の乾燥能力は、2.2 k
g ” Hz O/ rn ’hrとなる。 また、伝
導及び放射を併用することにより約3kg・Ilz O
/ rn・hrの乾燥能力を維持することが可能であっ
た。 またデキストリン15%水溶液を同凍結装置を使
用して、凍らしたものを乾燥テストした結果(デキスト
リンの場合、伝導加熱板の温度を最初から100℃近く
まで上げても付着は起こらない)、伝導加熱100℃の
場合、恒率乾燥期間で、2゜6kg・11□0/イ・h
rの乾燥能力(蒸発能力)であったが、100℃の放射
加熱を併用することにより、恒率乾燥期間の乾燥能力は
、3.5 kg・tl、07m・hrまで上げることが
出来た。
また、減率乾燥期間においては、ギキス1−リン15%
水溶液を同凍結装置にて、凍らしたものを100℃で伝
導加熱だけ行なった場合と伝導及び放射加熱共に100
℃で併用して乾燥したものとを比較した結果、減率期間
の平均乾燥能力はいずれも1.9 kg−H,O/ m
2・hrでほとんど差は見られなかった。 ちなみに1
00℃の放射加熱だけの場合は、減率期間の平均乾燥能
力は、 0.8 kgl+20/m・hrとなり、非常
に小さなものとなった。
また、デキストリン15%水溶液を同凍結装置で、凍結
したものを100℃の伝導加熱を行ない乾燥すると撹拌
を行なわない場合、恒率乾燥期間は56.7%D、Bか
ら水分200%D、Bまでとなるが、撹拌を行なうと、
80〜100%D、Bまで延び、慎重期間(100%D
、Bまでの)での平均乾燥能力を1.8 kg ・Hz
 O/ M ・hrから2.6 kg・lI20/m・
hrまで上げることが出来た。 また、減率期間(10
0%D、B以下)での平均乾燥能力も、0.6 kg−
H20/ m・hrから1.9 kg・It20/r&
・hrまで上げることができた。 尚、撹拌する効果は
、乾燥能力をupするだけではなく、均一加熱させる作
用が有り、水分ムラを押えることによる品質の向上を生
む。 慎重期間で放射加熱と伝導加熱を併用する効果は
、前述した効果の他に、伝導加熱だけ場合に比較して氷
結粒の粒径分布が広くても、均一加熱が可能となり、事
実実験においても材料中に若干の塊状物(5III11
程度)であっても、水分ムラを、押えることが可能であ
った。
(効果) 以上詳述した様に本発明は凍結装置1の凍結室3を減圧
して、液状材料を伝導冷却と自己蒸発とを併用して凍結
するようにし、これによって従来の常圧の回転冷却ドラ
ム方式の凍結装置に比べて凍結能力を5〜10倍に高め
ると共に真空乾燥装置2では伝導加熱と放射加熱とを併
用し、更に撹拌機12を取付けることにより被乾燥材料
の局部的過熱を防ぐことにより加熱温度を高めることが
出来るようにして乾燥能率を高めたものであり、殊に凍
結室3と真空乾燥室8の圧力を同一にすることにより、
凍結室3を真空乾燥室8に直接連結して、エアロツク装
置その他の中間装置を無くし、装置全体を著しく簡素化
し、設備コストを低減すると同時に装置の稼働率を高め
たものである。
即ち、凍結装置では、凍結室3内を1 torr以下に
減圧することにより、材料中の水分が蒸発して自己凍結
するので、冷却ドラム4の単位面積あたりの冷却能力が
200〜4QQkg/m・hrとなるのである。  し
かも殆どの液状材料では凍結に要する除去熱量の80〜
90%が自己凍結によるので、冷凍機5の能力を常圧式
の場合に比べて著しく小さくすることができるし、殊に
、凍結し易い材料では伝導冷却を省くことも出来るので
、装置が一段と簡素化され、冷却エネルギーの消費量が
少なくなるのである。 尚、図では凍結装置1と真空ポ
ンプ14との間に捕集機15を取付けた一例を示したが
、液状材料を冷却ドラム4に注ぎかける方式としたので
、従来の噴霧凍結装置の様なダストの飛散がないから、
このものを必ずしも取付ける必要はなく、粘着性の高い
材料や固形分濃度の高い材料の供給も可能となり、材料
の適用範囲も広くなるのである。
又、真空乾燥装置は、これに投入される被乾燥材料が1
0〜20%の水分を凍結過程で減少しているので、それ
だけ装置を小形化することが出来、しかも恒率乾燥期間
に放射及び伝導加熱を採用し、減率乾燥期間に伝導加熱
方式を採用することにより、恒率乾燥期間において、ベ
ルトに付着しやすい材料では、伝導加熱板の温度を下げ
て(−20℃〜40℃)操作しても、上部からの放射加
熱により乾燥能力を維持することが可能となり、また放
射加熱温度も極度に高くしなくても、伝導加熱による乾
燥も加わり3〜4 kg−fl、0/ n(・hrの蒸
発が可能となる。 又減率乾燥期間では、放射加熱では
、材料の放射率の減少、また材料の品質劣化を避ける為
、放射加熱温度を下げることによる熱線量の低下により
、極度に乾燥能力が落ちるが伝導加熱方式を採用し、且
つ、撹拌機構成いは振動機構を設けることにより、伝導
加熱温度100℃前後まで昇温でき(減率乾燥期間では
1粒子表面が乾燥しており、ベルトの付着がおきない)
、乾燥能力を放射加熱の2倍近く維持することが可能で
ある。
尚、減率乾燥期間において、放射加熱を採用しないのは
、前述のように乾燥への寄与度が伝導に比べ小さく、装
置の煩雑さを避けることによるのである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す系統図、第2図は同上
要部わ示す系統図である。 1;凍結装置    2;真空乾燥装置3;凍 結 室
   4;冷却ドラム 5;冷 凍 機   6;注液ノズル 7;液送ポンプ   8;乾 燥 室 9;ベルトコンベヤ lO;伝導加熱板11;放射加熱
板   12;撹 拌 機13;スクレーパ   14
;真空ポンプ15;捕集機

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 凍結室に真空ポンプを接続すると共に該室 内に例えば回転冷却ドラムを設け、冷却ドラムの表面に
    液状材料を塗布してこれを伝導冷却と、自己蒸発とによ
    って凍結させ、スクレーパで掻きとるようにした凍結装
    置の凍結室を、放射加熱板と伝導加熱板を有し、且つ被
    乾燥材料の撹拌機を内設した真空乾燥装置の乾燥室に直
    結すると共に凍結室内と乾燥室内とを1torr以下の
    同一圧力にすることを特徴とする凍結乾燥装置。
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