Air cycle technology implemented in a freeze-drying system by HOF

Mirai Intex hat gemeinsam mit HOF Sonderanlagen seine revolutionären MIRAI Cold-Kältemaschinen in der Gefriertrocknungsindustrie eingeführt.
MIRAI Cold Maschinen sind die umweltfreundlichste Ultratief-Temperatur-Kältelösung und decken einen Temperaturbereich von −40 °C bis −110 °C ab. Sie arbeiten mit natürlicher Luft als Kältemittel (R729), kommen dank innovativer Luftlager ohne Ölschmierung aus und bieten eine äußerst stabile Leistung. Damit kann MIRAI Cold auch für Ihre Anwendung die ideale Kältelösung darstellen.

Anwendung

Die Gefriertrocknung, auch als Lyophilisation bekannt, ist ein Wasserentfernungsprozess, der typischerweise zur Konservierung verderblicher Materialien, zur Verlängerung der Haltbarkeit oder zur Erleichterung des Transports eingesetzt wird. Dabei wird das Material zunächst eingefroren, anschließend der Druck reduziert und Wärme zugeführt, sodass das gefrorene Wasser im Material direkt sublimiert.

Die Gefriertrocknung erfolgt in drei Phasen: der Gefrierphase, der Primärtrocknung (Sublimation) und der Sekundärtrocknung (Adsorption). Die Gefrierphase ist dabei die kritischste. Eine korrekt durchgeführte Gefriertrocknung kann die Trocknungszeit um bis zu 30 % reduzieren. In der zweiten Phase wird der Druck abgesenkt und dem Material Wärme zugeführt, sodass das Wasser sublimiert. Das Vakuum beschleunigt diesen Prozess. In dieser Phase werden etwa 95 % des Wassers aus dem Material entfernt. In der dritten und letzten Phase des Gefriertrocknungsprozesses werden ionisch gebundene Wassermoleküle entfernt. Durch eine weitere Temperaturerhöhung werden die Bindungen zwischen Material und Wassermolekülen gelöst. Die meisten Materialien können auf einen Restfeuchtegehalt von 1–5 % getrocknet werden.

Mission

Aufgrund der strategischen Ausrichtung hat die HOF Sonderanlagenbau GmbH MIRAI Intex gebeten, ihre neuartigen natürlichen Kältemaschinen für das Lyophilisationssystem bereitzustellen. Die F-Gas-Verordnung bringt in naher Zukunft Veränderungen mit sich, weshalb ökologischere und wirtschaftlichere Lösungen erforderlich sind. MIRAI Cold verkörpert diese Werte ideal. Viele moderne Kältemittel weisen zwar ein ODP von null (Ozonabbaupotenzial) auf, besitzen jedoch weiterhin ein hohes GWP (Treibhauspotenzial). Luft hingegen hat nicht nur ein ODP von 0 und ein GWP von 0, sondern ist zudem kostenfrei verfügbar und absolut sicher im Betrieb.

Ziel dieses einzigartigen Projekts war es, das bestehende Kältesystem der Anlage mit MIRAI Cold Kältemaschinen nachzurüsten. Damit wurde nachgewiesen, dass nicht nur neue, hochmoderne Gefriertrockner mit Produkten von Mirai Intex kombiniert werden können, sondern auch bestehende Anlagen nachgerüstet und modernisiert werden können, um sie „zukunftssicher“ zu machen.

Unser Partner Refolution GmbH unterstützte dieses Projekt durchgehend mit aktivem Engineering-Support. Durch die gemeinsame Zusammenarbeit ist die Luftkreislauf-Kältelösung auf dem besten Weg, eine führende Rolle in der Ultratief-Temperatur-Kältetechnik zu übernehmen.

Lösung

Für die technische Umsetzung, die durch das Design der nachgerüsteten Anlage vorgegeben war, wurden zwei MIRAI Cold 10 C/W/T Einheiten ausgewählt, um die erforderliche Kühlleistung bereitzustellen. Es handelt sich dabei um eine geschlossene Kreislaufmaschine, die mit einem zusätzlichen Wärmetauscher ausgestattet ist und mit einem Primär- und Sekundärkreislauf arbeitet. Der Primärkreislauf ist der interne Maschinenkreislauf, der mit Luft betrieben wird. Die Wärmeübertragung erfolgt im Wärmetauscher, der mit dem Sekundärkreislauf gekoppelt ist, welcher mit einem Wärmeträgerfluid arbeitet. Für Gefriertrocknungsanwendungen wird in der Regel Silikonöl als Sekundärmedium eingesetzt, welches auch in dieser Anwendung verwendet wurde.

Die MIRAI Cold Kältemaschinen liefern in dieser Anwendung Öl mit Temperaturen von −70 °C bis −100 °C (−94 °F bis −148 °F). Der Ölspeicher dient dazu, die für diesen Prozess erforderlichen Lastspitzen abzudecken.

Bis heute wurde dieses nachgerüstete System intensiv getestet und hat bereits über 5.000 Betriebsstunden erreicht, mit weiterlaufender Betriebszeit. Erste Ergebnisse zeigen eine Energieeffizienzsteigerung von bis zu 15 % im Vergleich zu der baugleichen Schwesteranlage, die mit einem konventionellen Kompressorkältesystem auf Basis von HFKW-Kältemitteln betrieben wird.

Möglichkeiten

MIRAI Intex bietet zahlreiche weitere Optionen für Gefriertrocknungsanwendungen an.

MIRAI Cold Maschinen können je nach Enddesign des gesamten Lyophilisationssystems in unterschiedlichen Konfigurationen eingesetzt werden. Für Systeme mit höherem Kühlbedarf können mehrere MIRAI Cold Maschinen parallel betrieben werden. Die ideale Ultratief-Temperatur-Kältelösung für größere Anwendungen ist die MIRAI Cold 23 C/W/T. Jede Anwendung ist individuell, und Mirai Intex ist bestrebt, die optimale Ultratief-Temperatur-Kältelösung für Ihre Anwendung zu finden.