Zu den Hauptanwendungen moderner Gefriertrockner gehören: Gefriertrocknung und Lagerung von isoliertem biologischem Gewebe; Gefriertrocknung und Konservierung von lebenden Bakterien und Viren; Gefriertrocknung von traditioneller chinesischer Medizin, westlichen Arzneimitteln, Biologika und Blutprodukten; Gefriertrocknung und Lagerung von Fertiggerichten, Nahrungsergänzungsmitteln und funktionellen Lebensmitteln; sowie die gefriergetrocknete Herstellung von Nanokeramikmaterialien und verschiedenen Metallmikropulvern. Daher finden Gefriertrockner breite Anwendung in der Chemie-, Lebensmittel-, Material-, Pharma- und Bioproduktindustrie. Es handelt sich um Anlagen zur Umsetzung der Gefriertrocknungstechnologie. Diese relativ komplexen Maschinen erfordern Kenntnisse in Kältetechnik, Vakuumtechnik, Thermodynamik, Mechanik, Strömungslehre, Elektrotechnik und Druckbehältertechnik.
I. Automatisches Steuerungssystem
Viele Gefriertrockner sind mit automatischen Steuerungssystemen ausgestattet und bieten zusätzlich manuelle Steuerungsmöglichkeiten. Die Methoden der automatischen Steuerung variieren jedoch stark zwischen den Herstellern, und Anwender müssen diese Unterschiede kennen.
Die automatische Steuerung eines Gefriertrockners sollte zwei Aspekte umfassen: erstens den automatischen Betrieb und die Abschaltung der einzelnen Anlagenteile gemäß den Anforderungen des Gefriertrocknungsprozesses zu festgelegten Zeitpunkten; und zweitens die automatische Überwachung der Temperatur der Gefriertrocknungskammerböden gemäß der Gefriertrocknungskurve. Der gesamte Gefriertrocknungsprozess sollte ohne manuelle Eingriffe auskommen, obwohl bei Bedarf manuelle Eingriffe möglich sind. Einige Gefriertrockner verfügen jedoch nur über eine unvollständige automatische Steuerung, die lediglich die Gefriertrocknungskurve automatisch überwacht, während die übrigen Schritte manuell gesteuert werden müssen.
Bei manchen Gefriertrocknern reicht die automatische Steuerung nur bis zum Ende der Gefriertrocknung. Nachbearbeitungsprozesse der Gefriertrocknung, wie Kammerkompression, Kondensatorabtauung und Dampfsterilisation, können nicht automatisiert werden und erfordern manuelle Eingriffe. Insbesondere die Dampfsterilisation ist aufgrund der vielen Ventilsteuerungen umständlich. In solchen Fällen sollte ein Gefriertrockner mit automatischem Sterilisationsprogramm gewählt werden.
Einige Gefriertrockner verwenden spezielle Mikrocomputer zur automatischen Steuerung, die einfach zu bedienen und zu programmieren sind. Sie zeigen Daten in einer gefriertrocknungsspezifischen Sprache an und verfügen über einen Leuchtbildschirm, einen Drucker und Diskettenlaufwerke. Sie können Dutzende von Gefrierprogrammen gleichzeitig speichern, deren Inhalt anzeigen und das gesamte Programm ausdrucken. Andere Gefriertrockner verwenden Instrumente zur automatischen Steuerung, die umständlicher in der Bedienung und Programmierung sind und weniger Gefriertrocknungsprogramme speichern können.
Aufzeichnungsgeräte sind ebenfalls unerlässlich für Gefriertrockner. Sie zeichnen den gesamten Gefriertrocknungsprozess im Vakuum für spätere Referenzzwecke auf. Die meisten Aufzeichnungsgeräte sind Mehrpunktrekorder, die sowohl Punktaufzeichnung als auch direkte Textaufzeichnung ermöglichen und über digitale Anzeigesysteme verfügen.
II. Probenahmevorrichtungen
1. Zwischenprobenahmevorrichtung
Einige kleine Gefriertrockner können mit Zwischenprobenahmevorrichtungen ausgestattet werden, um während des Gefriertrocknungsprozesses Proben für Beobachtung und Prüfung zu entnehmen, ohne das Vakuum zu unterbrechen. Dies dient der Bestimmung des Gefriertrocknungsprozesses.
2. Gerät zur Bestimmung des eutektischen Punkts
Gefriertrockner sind mit Geräten zur Bestimmung des eutektischen Punkts ausgestattet. Diese bestimmen den eutektischen Punkt des Produkts während des Vorgefrierens und überwachen, ob das Produkt während der Sublimation schmilzt.
3. Automatische Be- und Entladevorrichtung und Kühlwassersystem
Gefriertrockner können mit automatischen Be- und Entladevorrichtungen ausgestattet werden, um den Arbeitsaufwand zu reduzieren und die Produktintegrität zu gewährleisten.
Für einige kleine und mittelgroße Gefriertrockner ist eine Luftkühlung ungeeignet, und der Einbau eines Kühlturms zur Zirkulation ist aufwendig. In solchen Fällen kann ein Kühlwasserzirkulationssystem installiert werden. Dieses System besteht aus einer Wasserpumpe, einem Wassertank und einem Kühler, der mit dem Kühlwasserkreislauf im Gefriertrockner zirkuliert und dabei die erforderliche Wassertemperatur aufrechterhält.