DE2028096A1

DE2028096A1 - Verfahren zum sauerstoffreien Abfüllen von Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2028096A1
Application number: DE19702028096
Authority: DE
Inventors: Heinrich Gottlieb Dr.; 2000 Wedel; Strauß Kuno Gustav Dr. 2000 Hamburg; Wache Harro Dr. 6701 Fußgönheim Schmidt
Original assignee: Unilever NV
Current assignee: Unilever NV
Priority date: 1970-06-08
Filing date: 1970-06-08
Publication date: 1971-12-16
Also published as: NL7107666A; IT1050454B; FR2096017A5; ES392030A1; BE768256A

Description

|>r.Ing.A.vanöerWerft 8. Juni 1970

Dr. franz Lederer _A 129/70 ■

PAUNTANWÄtll U32/68

Anmelder: UNILEVER N,V., Museumpark 1, Rotterdam, Niederlande

"Verfahren zum sauerstoffreien Abfüllen von Flüssigkeiten"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum sauerstoffreien Abfüllen von insbesondere flüssigen Füllgütern in Behälter und die vor dem Abfüllvorgang vorzunehmende Entfernung der Luft bzw. des Sauerstoffes aus den Behältern.

Es ist bekannt, Behälter vor oder ggf. auch nach dem Abfüllvorgang zu evakuieren. Hierbei verbleibt -wegen des meist unzureichenden Vakuums noch eine gewisse Restmenge Sauerstoff in den Behältern. Man hat daher auch schon die Behälter mit einem inerten Gas, z.b. Stickstoff oder Kohlendioxid gespült und ein solches Gas oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in die Behälter eingebracht. Dabei wurde auch schon das größere spezifische Gewicht von Kohlendioxid gegenüber Luft ausgenutzt, um die Luft aus einem Behälter zu verdrängen. Bei den bekannten Verfahren wird

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für das Spülen der Behälter mit Inertgas erheblich mehr Zeit gebraucht als für das Füllen und Verschließen. Bis zu einem gewissen Grade läßt sich die Spülzeit durch höhere Strömungsgeschwindigkeiten abkürzen. -Diese erzeugen jedoch beim Überschreiten gewisser Grenzwerte Turbulenzen in den Behältern, welche eine ausreichende Entfernung der Luft unmöglich machen. Auch werden diese Spülverfahren bei einem größeren Verbrauch von üblichem Inertgas unwirtschaftlich. In der Praxis muß daher meist eine gewisse restliche Luftmenge in Kauf genommen werden, die jedoch für sauerstoffempfindliche Füllgüter schädlieh ist. Für viele Anwendungszwecke wird aber die Entfernung des Sauerstoffes überhaupt erst zweckmäßig, wenn der verbleibende Restsauerstoffgehalt bestimmte Werte nicht überschreitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Behälter vor und während des Füllens in einer wirtschaftlich vertretbaren Weise von Luft zu befreien und frei von Luft zu halten, wobei insbesondere der die Leistung einer Abfüllmaschine begrenzende Verfahrensschritt des Spülens abgekürzt werden soll.

Es wurde nun gefunden, daß sich der Spülvorgang ohne großen Aufwand wesentlich verkürzen läßt, wenn das beim Spülen verwendete Gas ein 'hohes Molekulargewicht bzw. hohe Dichte besitzt. Erfindungsgemäß wird als Spülgas, das diese Erfordernisse in befriedigendem Maße besitzt, Schwefelhexafluorid SF^ verwendet. Dieses Gas läßt sich aufgrund seiner Eigenschaften auch verhältnismäßig einfach aus einem Gemisch mit Luft zurückgewinnen, so daß seine Verwendung auch wirtschaftlich ist.

Schwefelhexafluorid ist annähernd fünfmal so schwer wie Luft und verhält sich bei Raumtemperatur und den üblichen Abfülltemperaturen gegenüber anderen Stoffen so indifferent wie Stickstoff. Chemisch reines Schwefelhexafluorid ist völlig ungiftig und kann daher auch gefahrlos bei der Abfüllung von Le-

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bensmitteln eingesetzt werden. Gasförmiges Schwefelhexafluorid laßt sich unter Druck bei Zimmertemperatur verflüssigen und kann auf diese V/eise zur Rückgewinnung von den in der Luft enthaltenen Gasen befreit werden. Eine Abtrennung anderer Gase kann auch durch Kondensieren bei ca. -63⁰C erfolgen. Bei dieser Temperatur wird Schwefelhexafluorid zu einer festen kristallinen Masse.

Infolge seiner hohen Dichte zeigt gasförmiges SFg bei Vermeidung von Turbulenzen Spüleigenschaften, die denen einer Flüssigkeit nahekommen. Nach der Erfindung wird daher die vor dem Füllen im Behälter befindliche Luft durch Schwefelhexafluorid verdrängt, und es verbleibt eine Schutzgasatmosphäre aus Schwefelhexafluorid im Behälter wenigstens bis zum Ende des Füllvorganges. Diese Schutzgasatmosphäre kann vorteilhafterweise auch bis zum Abschluß des Verschlußvorganges aufrechterhalten werden. Es hat sich weiterhin als zweckmäßig erwiesen, auch die BehälterverSchlüsse und die von ihnen ggf. bedeckten äußeren Teile der Behälteröffnung mit Schwefelhexafluorid zu "spülen, um sie von Luft bzw. Sauerstoff zu befreien.

Das Spülen der Behälter kann s-elbstverständlich auch mit einem Gemisch erfolgen, welches aus Schwefelhexafluorid und einem anderen geeigneten Gas besteht. Insbesondere kann das in dem Behälter oberhalb des Füllgutes verbleibende Schwefelhexafluorid durch ein anderes, für das Füllgut unschädliches Gas ersetzt werden. Auf diese Weise verbleibt in der geschlossenen Flasche kein

Es hat sich als vorteilhaft ergeben, Schwefelhexafluorid von einer Behandlungsstelle, an der es nicht oder mit nur wenig Sauerstoff vermischt wird, an eine andere Behandlungsstelle zu leiten, an der noch eine größere Menge Sauerstoff vorhanden ist

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So kann es beispielsweise nach dem Prinzip der an sich bekannten Reihenspülung von Flaschen zunächst in die unmittelbar vor der Abfüllstation befindliche Flasche eingeleitet werden. Aus dieser verdrängt das reine Gas ein Gemisch, welches nur noch einen geringen Rest Luft enthält. Dieses Gemisch fließt in eine Flasche, in der ein Gemisch mit einem größeren Luftanteil ist, welches dabei ggf. unter Passieren weiterer Flaschen mit abgestuftem Luftgehalt, in eine Flasche gedrückt wird, in der sich nur Luft befindet. Eine solche Reihenspülung trägt wesentlich zur zeitlichen Verkürzung des Spülvorganges bei, da pro Volumenanteil Spülgas ein größerer Volumenanteil Luft verdrängt werden kann.

Um den Verbrauch an Schwefelhexafluorid gering zu halten, ist es zweckmäßig, das Gas in einem für SF^- geschlossenen System zu führen. Innerhalb dieses Systems kann an geeigneter Stelle eine Verflüssigung, ggf. auch eine Kristallisation des Gases vorgenommen werden, durch welche die mitgeführten Bestandteile der Luft abgetrennt werden. Das flüssige oder feste Schwefelhexafluorid kann direkt in einen Behälter gebracht werden, wo es durch Verdampfen die im Behälter enthaltene Luft bzw. das vorhandene Gemisch verdrängt.

Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung ist auf der beigefügten Zeichnung (Figur l) beispielhaft und nur schematisch dargestellt.

Die Vorrichtung besteht aus einer Reihe von Stationen A bis H, die z.B. auf einem Drehtisch angeordnet sein können. An der Station A wird eine gefüllte, verschlossene Flasche 1 aus der Vorrichtung entnommen. B ist die Verschlußstation, in der die Verschlüsse unter einer Schutzatmosphäre aufgebracht werden. C ist die Füllstation und in den Stationen D bis H erfolgt die Spülung der Flaschen mit SPg. In den Stationen B bis H ist der Flaschenhals von einer Kammer 2 umgeben, die abdichtend auf der Flaschenschulter sitzt. Auf diese V/eise spült das aus den Flaschen strömende Gas auch die äußeren Teile der* Behälteröffnung,

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damit beim Aufsetzen des Verschlusses keine Luftreste ins Innere des Behälters gelangen können. Durch die Verbindungsleitung K und ein Zuleitungsrohr "3 gelangt die Flüssigkeit bei G in die Flasche 1, aus welcher zuvor alle Luft durch SFg herausgespült wurde. Die Flüssigkeit wird durch eine geeignete Vorrichtung 5 dosiert. Nach dem Füllvorgang kann SFg auch aus dem Kopfraum der Flasche 1 entfernt werden, indem durch die Leitung ^beispielsweise Stickstoff in die entsprechende Kammer 2 geleitet wird. Während des Füllvorganges fließt das durch die Flüssigkeit verdrängte SF^ über den Dreiwegehahn β in die in Station D stehende Flasche. Wird nach dem Füllen in die Kammer 2 der Station C ( Stickstoff geleitet, so kann der Dreiwegehahn β umgestellt werden, damit das Gemisch aus Np und SFg in die Leitung 7 gelangt.

Außer dem SFg, das von der Station C beim FUllvorgang in die in Station D stehende Flasche fließt, kann auch reines SFg über das Rohr 8 in diese Flasche geleitet werden. In der'Station D wird durch das reine SFg ein leichtes Gemisch verdrängt, das noch infolge der Diffusion und unvermeidbarer Turbulenz einen gewissen Teil Luft enthält. In entsprechender Weise fließt das Gasgemisch weiter in die in den Stationen E, F, G und H stehenden Flaschen, wobei aus der Flasche der Station H Luft durch ein Gemisch von SF 6 und einem größeren Anteil Luft aus den Stationen E, P und G herausgespült wird. Das Gemisch gelangt von der "

Station H über eine Rohrleitung 9 in einen Abscheider 10, in dem Schwefelhexafluorid und die Bestandteile der Luft getrennt werden. Die Luft entweicht über das Rohr 11, während das SFg wieder dem Spülvorgang zugeführt wird.

Der Vorteil der Verwendung von Schwefelhexafluorid anstelle anderer Spülgase ergibt sich aus den nachstehenden Beispielen, bei welchen zylindrische Flaschen mit einem Volumen von 0,7 1 bis auf einen Restsauerstoffgehalt von höchstens 0,05 Vol.-$ Sauerstoff gespült wurden.

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Beispiel 1

Jeweils eine Flasche wurde bei Raumtemperatur bis zur Erreichung eines Restsauerstoffgehalts von 0,05 Vol.-$ mit verschiedenen Gasen gespült, wobei insbesondere Spülzeit und Spülgasverbrauch ermittelt und die Strömungsgeschwindigkeiten verändert wurden. Bei Helium und Stickstoff treten bei der Strömungsgeschwindigkeit von 0,5 l/sec Unregelmäßigkeiten bei den Werten für die Spülzeit und den Gasverbrauch auf, die offensichtlich auf Turbulenzen zurückzuführen sind, die bei der verwendeten Flaschenform auftraten. ·

Gas	SpUlzeit	Gasverbrauch	_ 7 _	Strömungsgeschwindigkeit
	(sec)	(D		(l/sec)
He	162	8,1	10985 1/0655	0,05
He	98	9,8	0,1
He	74	29,6	0,4
He	85	42,5	0,5
N₂	120	6,1	0,05
^N2	80	8,0	0,1
^N2	46	18,4	0,4
	46	23,0	ο,5·
^N2	36	22,8	. 0,8
GO₂	88	4,4	0,05
W \ f\*	65	6,5	0,1
co₂	38	15,2	0,4
GO₂	34	17,0	0,5
SF₆	23	1,2	0,05
SF₆	30	3,0	0,1
SF₆	19	5,7	0,3
SFg	16	6,4	0,4
SF₆	14	7,0	0,5 -

		BAD OPlGiNAL.

.-■..- 7 - 2028086

Beispiel 2

In einer Versuchsvorrichtung, wie sie in Figur 1 schematisch dargestellt ist, wurden Flaschen mit Stickstoff und mit Schwefelhexafluorid gespült. Die Strömungsgeschwindigkeit des zugeführten Spülgases betrug 0,17 1/sec, die Taktzeit 8 see, wobei die Fessun.3 des restlichen Sauerstoffgehaltes jeweils kurz vor dem Endte eines Taktes erfolgte. Die Meßstelle blieb mit der Flasche verbunden, während die Flasche durch die Vorrichtung lief- Der Spülvorgang wurde bei der intermittierenden Bewegung nicht unterbrochen.

Vol.$ O₂ Spülgas

9,3

1,63

0,21 SFg

0,02

0,01

12-, 9 3,49

0,75 ^N2 o,i4

0,02

Die Verringerung des Sauerstoffgehaltes in den einzelnen Stationen ist in Figur 2 schematisch dargestellt. Es ergibt sich, daß bei SF₆ bereits am Ende des vierten Spültaktes ein Restsauerstoffgehalt vorhanden ist, der sich bei Stickstoff erst gegen Snde des fünften Spültaktes einstellt.

Beispiel 3

In einem weiteren ^Λ'ersuch wurden Schwefelhexafluorid und Stickstoff zum Spülen einer Flasche mit verschiedenen Strömungsge-

BADORfQlNAL

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Stellung der ^lasche	Zeit seit
in Station	Spülbeginn
	see
H .	.6
■■ G '	14
F	22
W₁	30
D	J58
H	6
G	14
F	22
E	30
D	38

schwindigkeiten verwendet. Dabei ergaben sich folgende Werte für den Restsauerstoffgehalt des aus der Flasche herausgedrückten Gemisches. Pur die Strömungsgeschwindigkeit 0,05 1/sec" sind die Werte für den Restsauerstoffgehalt in Abhängigkeit von der Spülzeit in Figur 3 und für 2,0 l/sec in Figur 4 dargestellt,

Spülgas Strömungsgeschwindigkeit Spülzeit Vol.$ 0

l/sec see

N₂	0,05	4o	9,3
		8o	3,4
		120 -	1,67
		200	0,45
SF₆	0,05	4o	5,0
		8o	0,3β
		120	0,09
		200	0,02
N₂	0,2	10	3,i6
		20	0,55
		40	0,068
		55	0,036
SFg	0,2	10	1,36
		20	0,28
		4o	0,025
		55	0,012

Durch die geringen Strömungsgeschwindigkeiten werden Turbulenzen vermieden, die sich bei höheren Geschwindigkeiten aus der geometrischen Gestalt der Versuchsanordnung ergeben könnten. Wie aus den Werten und den Abbildungen ersichtlich, ist nicht nur die zur Erzielung des gleichen Restsauerstoffgehaltes im Verlauf der Spülung mit SF₆ erforderliche Zeit stets wesent-

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lieh geringer als bei N-, sondern es tritt bei Stickstoff nach verhältnismäßig langer Zeit eine Annäherung an eine Abszisse ein, die einem Restsauerstoffgehalt von etwa 0,02 Vol.$ entspricht, während bei SPg wegen der Steilheit der Kurve eine ähnlich asymptotische Annäherung an eine erheblich tiefer gelegene. Abszisse mit den vorhandenen Meßgeräten nicht mehr feststellbar war.

Aus den in den Beispielen angegebenen Zahlen ergibt sich der Vorteil des Schwefelhexafluorids (SPg). gegenüber den bisher gebräuchlichen Gasen, nämlich sowohl eine erhebliche Verringerung der Spülzeit als auch ein geringeres Spülgasvolumen, insbesondere aber ein so geringer Restsauerstoffgehalt, wie mit anderen Gasen nicht zu erreichen war. Die in den Versuchsapparaturen ermittelten Werte lassen sich in der Praxis noch dadurch verbessern, daß das Gas durch den jeweiligen Flaschen- oder Behäl·- terformen angepaßte Zuleitungsrohre und Austrittsdüsen eingebracht wird, ferner durch die Verwendung von flüssigem oder festem Schwefelhexafluorid und die Schaltung von mehr als fünf Flaschen in einer Reihe. Eine weitere Verkürzung der Spülzeit ist dadurch möglich, daß die Behälter vor dem Spülen wenigstens teilweise evakuiert werden.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum sauerstoffreien Abfüllen von Flüssigkeiten in Behälter unter Verwendung eines inerten Schutzgases dadurch gekennzeichnet, daß die vor der Füllung in den Behältern befindliche Luft durch Schwefelhexafluorid verdrängt und wenigstens bis zum Ende des Füllvbrganges eine Schutzatmosphäre aus Schwefelhexafluorid aufrechterhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzatmosphäre aus Schwefelhexafluorid bis zum Ende des Verschlußvorgänges aufrechterhalten wird.
5· Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß auch die Behälterverschlüsse und die von.ihnen ggf. abgedeckten Teile der Behälteröffnung vor dem Verschließen mit Schwefelhexafluorid gespült werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Schwefelhexafluorid in flüssiger oder fester Form in die Behälter eingebracht wird und durch sein Verdampfen die Luft verdrängt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 4 dadurch gekennzeichnet, daß das Schwefelhexafluorid von einer Behandlungsstelle, an der es nur mit wenig Luft vermischt wird, zu einer anderen Behandlungsstelle geführt wird, an der es Luft oder ein Gemisch von Schwefelhexafluorid mit einer größeren Menge Luft verdrängt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Schwefelhexafluorid in einem geschlossenen System geführt und innerhalb dieses Systems durch Verflüssigung oder Kristallisation von der mitgeführten Luft gereinigt wird.

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L e e r s e i t