DE2363468A1

DE2363468A1 - Vorrichtung zur hitzesterilisation von in fest geschlossenen behaeltern befindlichen fluessigkeiten oder festen substanzen zum zwecke der konservierung im gespannten und gesaettigten wasserdampf unter anwendung nicht kondensierbarer gase zur druckkompensation

Info

Publication number: DE2363468A1
Application number: DE2363468A
Authority: DE
Inventors: Oskar Neiss
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-12-20
Filing date: 1973-12-20
Publication date: 1975-07-03

Description

OS KARN Et SS FORSCHUNGSLABORATORIUM

2OOO HAM B U RG-V OLKSDORF · KRAMP E N GR UND 13· TELEFON 603 45 66

R.&.D. CONSULTANT

Oskar Weiss ^n 17. Dezember 1973

Hamburg " .

Vorrichtung zur Hitzesterilisation von in fest geschlossenen Behältern befindlichen Flüssigkeiten oder festen Substanzen zum Zwecke der Konservierung im gespannten und gesättigten Wasserdampf unter Anwendung nicht kondensierbarer Gase zur Druckkompensation«

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Hitzestarilisation won in fest geschlossenen.. Behältern befindlichen Flüssigkeiten oder festen Substanzen, z.B« Infusionslösungen oder Nahrungsmittel, zum Zwecke der Konservierung im gespannten und gesättigten Wasserdampf unter Anwendung nicht kond.ensierbarer Gase zur Druckkompensation in einem Druckkessel.

Es sind solche Einrid" tunyen bekannt (Auslegeschrift Wr. 1 297 288), üialche z.B.. Luft als Druckkompsnsationsmittel verwenden, wobei der Dampf aus einer Quelle höheren Druckes dem Druckkessel zugeführt wird, in welchem durch die..Summe der partiellen Drücke von Dampf und Luft ein Gesamtdruck über dem Sollwert der Temperatur des Wasserdampfes herrscht, un-ter welchem sterilisiert werden soll. Die Zuführung des Dampfes erfolgt örtlich ijber einen AnscHlußstutzen, welcher den Hochdruckdampf, z.B; 5 atü und 158 C^D,. in den Druckkessel einströmen läßt. Da dies zu örtlichen Überhitzungen des Sterilisiergutes führen würde, wird, der Dampf durch entsprechende Einrichtungen

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über Führungskanäle umgewälzt, so daß sich im Druckkessel ein homogenes Dampf-Luft Gemisch befindet,,

Aus der Thermodynamik ist bekannt, daß der günstigste Effekt des Wärmeüberganges vom kondensierenden Wasserdampf, der sogenannte K-'uJert, durch die Baimischungen von nicht kondensierbaren Gasen, z*Bo Luft, erheblich eingeschränkt wird. Das bedeutet, daß bei gegebener Oberfläche des das Sterilisiergut aufnehmenden Behälters der Erhitzungsvorgang um ein Vielfaches langer dauert. Aus diesem Grunde werden solche Einrichtungen für die Konservierung von Nahrungsmitteln nicht angewendet, da kein optimales und einheitliches Produkt zu erwarten ist. Um eine in etwa gleichmäßige Temperatur im Luft-Dampf Gemisch zu erreichen, sind erhebliche Umwälzleistungen erforderlich, welche bei einem 2 m Kessel bei ca 36 KlJJ liegen. Für die Sterilisierung von Nahrungsmitteln sind Dampfleistungen von 1 t/ h bei Druckkesseln mit 4 m Inhalt erforderlich, wenn die Ladung ca 1000 kg beträgt» Die Sterilisation -von Nahrungsmitteln muß so kurz wie möglich gehalten werden, da zu lange Aufheizzeiten qualitätsmindernd sind.

Das ideale Sterilisiermedium ist der reine, gesättigte und gespannte Wasserdampf „ Kein anderes lYledium ist diesem vergleichbar, sei es strömendes Wasser oder Gase besonders guter Wärmeleitfähigkeit. Das Problem ist das, in einer reinen UJasserdampfatmosphäre zu sterilisieren trotz Anwesenheit eines partiellen Druckkompensationsmediums₀ Handelt es sich um solche Gase mit besonders guter Wärmeleitfähigkeit, wie z.B. Helium oder Wasserstoff, deren spezifische Gewichte gegenüber Wasserdampf sehr viel geringer sind, so kann man bei nicht bewegten Medien eine räumliche Trennung zum Wasserdampf erreichen, jedoch ist ein besonderer Aufwand notwendig, um teuere Gase, besonders Helium, zurückzugewinnen (Offenlegungs· schrift 1 933 542).

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Die vorliegende Erfindung gibt eine Vorrichtung bekannt, bei der eine Trennung von dem druckkompensierenden, nicht kondensierenden Gas möglich ist, um alle the.rmodynamischen Vorteile des reinen kondensierenden Wasserdampfes zu nutzen«. Die Einführung des hochgespannten Sattdampfes erfolgt nach der vorliegenden Erfindung über -ein -Düsensystem innerhalb des Druckkessel's. Die Düse setzt denaus einem höheren Druck, z.B. 5 ätü, mit höherer Temperatur, z.B. 158 C⁰ ,■eintretenden Dampf in dem Druckkessel durch die kinetische Energie^:auf die im Druckkessel vorgewählten Daten für Temperatur und Druck um. Es werden keine Umwälzeinrichtungen für "das Sterilisiermedium benötigt. Die Anordnung der Düsen erfolgt nach der vorliegenden Erfindung in der Weise, daß ihre resultierende Strahlerrichtung auf- den rilassemittelpunkt des nicht kondensierenden Gases gerichtet ist. Das bedeutet, daß bei Druckkompensationsmedien schwerer als der Dampf bei gegebenen Drücken und Temperaturen dieses auf dem Boden des Druckkessels gehalten wirdj es kann innerhalb des Sterilisiergutes den günstiger K-UJsrt des-reinen-kondensierenden Wasser« dampfes nicht behindern. Nach der Erfindung soll eine dampfdurchlässige Wand, etwa ein gelochtes Blech, zwischen dem Raum des Wasseschwerpunktes des Gases und dem Sterilisierbehandlungsraum die Trennung unterstützen. Die ffleßergebnisse, gleichzeitig an vielen Punkten des Sterilisiargutes, bestätigen diesen hervorragenden Effekt«

Somit ist &s erstmals mit Hilfe der vorliegenden Erfindung möglich, auch Luft als Druckkompensationsmedium in idealer lUeisezuverwenden»

Bei Kompensationsmedien spezifisch leichter als Dampf, wird das gesamte Düsensystem um180 Grad gedreht, so daß sich der Iftasseschurerpunkt des Gases im oberen Teil des Druckkessels mit seiner Trennwand befindet» Die Erfindung sieht weiter vor, das -anfallende Kondensat derart abzuleiten, daß ein Verlust an Druckkompensationsgas vermeiden wird, indem ein Niveau gesteuerter Kondensatableiter verwendet wird.

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In der Figur ist die Erfindung beispielsweise dargestellte ' Ein Drückkessel 1 nimmt in einem Käfig 2 das Sterilisiergut 3 auf ο Unterhalb des Dampfbehandlungsraumes 4 ist· durch eine dampfdurchlässige Wand.'5 der Sammelraum 6 für das nicht ' kondensierbare Gas, welches in dieser Zuordnung zum Behandlungsraum 4- ein Gas höheren spezifischen Gewichtes als das Sterilisiermedium Wasserdampf aufnimmt, z.Bv Luft, Auf diesen Raum 6 gerichtet sind die Düsen 7, welche über ein Ventil 8 mit einer- Dampfquelle 9 verbunden sind. Der Behandlungsraum 4 ist über ein Ventil 10 mit einer Gasquelle 11 verbunden. Das Ventil 8 wird über einen Temperaturfühler 12 in eine Regelstellung gebracht -und das Ventil 10 über einen Druckfühler 13 angesprochen. Ein Ventil 14 verbindet das Düsensystem 7 mit einer Kühlwasserquelle 15. Eine Leitung führt zu einem Kondensatwasserentleerer 17, u/elcher über eine Wiveauregelung·18 auf das Ventil 19 arbeitet. Über ein Ventil 20 wird, das Kühlwasser aus dem Druckkessel 1 entleert»'

Die vorliegende Erfindung u/ird in ihrem Prozeßablauf beispielsweise wie folgt bschrieben« Essoll· bei einer Dampftemperatur von. z.B. 116 C° sterilisiert werden und ziuar mit Luft als Druckkompensationsmedium. Für 116 C⁰ beträgt der Sattdampfdruck 1,8 ata, das Gewicht des Dampfes ist 1 kg/m^. Der Temperaturkoeffizient der Luft bei 116 C^Q ist 0,9, so daß das Gewicht der Luft bei dieser Temperatur 1,165 kg/m beträgt, d_eh. die Luft'ist schwerer als der Dampf· Dafür gilt die Ausführung nach der Figur, indem der Hflassemittel» pun-kt-im: Raum 6 im unteren Teil des Druckkessels 1 liegt.

Ist das Sterilisiergut 3 eingebracht und der Druckkessel verschlossen, so gilt hier der Luftdruck von 1 ata. Durch Öffnen des Ventils 8 strpmt Dampf so lange aus der Quelle 9-, mit z.B. 5 atüjüber die Düsen 7 in den Druckkessel 1, bis der Temperaturfühler 12 nach Erreichen einer Dampftemperatur von 116 C⁰ das Ventil 8 schließt. Dieser Vorgang wird sich so lange wiederholen, bis zwischen der Ladung 3 und dem Ste,-rilisiermedium Dampf sich ein Temperaturausgleich vollzogen

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hat. Auch die Luft hat sich erwärmt und liegt ihres höheren spezifischen Gewichtes wegen im Raum 6, besonders unter der Einwirkung der Strahlerrichtung dar Düsen 7» Die dampfdurchlässige Wand 5 verhindert eine Vermischung mit dem Dampf im Behandlungsraum 4. Die mit 1 ata und 20 C° eingebrachte Luft erwärmt sich und der partielle Druck erhöht sich nach der Gleichung 273 + 116 s 273 + 20 auf 1,35 ata, so daß der Gesamtdruck im Kassel bei "Erreichen der Sterilisiertemperatur von 116 C⁰ 1,8 + 1,35 = 3,15 ata ist, welcher zum Kompensieren des Innendruckes in den Sterilisierbehältern erforderlich ist, um ein Bersten zu verhindern· für höhere Drücke und höhere Temperaturen wird aus der Gasquelle 11 über das Ventil". 10 ein höherer Druck vorgegeben, welcher durch den Fühler 13 einstellbar ist„

Durch die Erwärmung des Sterilisiergutes durch den Sattdampf fällt Kondensat in beträchtlicher ilflenga an. Auf 1 t Ladung ca 350 1,- die abgeleitet werden müssen, einerseits aus ökonomischen Gründen und andererseits, um den Raum für das Korn·· pensationsgas freizuhalten. Nach der Erfindung wird ein Kondensatableiter mit Niveauregelung verwendet, welcher die Aufgabe hat, das Kondensat laufend abzulassen, ohne Teile des Kompensationsgases entweichen zu lassen. Mach Beendigung der Sterilisation wird das Ventil 8 geschlossen, das Ventil 14 geöffnet, so daß eine große [Ylenge Kühlwasser über- dia Düsen über das Sterilisiergut gesprüht wird, damit eine schnelle und gleichmäßige Abkühlung erfolgen känn_o Das ist besonders wichtig, weil nach der Sterilisation jedes längere Verbleiben des Sterilisiergutes unter hoher Temperatur die Qualität des Produktes negativ beeinflußt.

Durch das Einstromen des Kühlwassers kondensiert der Dampf im Druckkessel in ca 10-20 Sekunden. Für diese kritische Phase regelt das Ventil 10 aus der Gasquelle 11 über d8n Druckfühler 13 große Mengen Gas ein, so daß der Gesamtdruck, der jetzt nur noch über das nicht kondensierbare Gas aufrechterhalten wird, bestehen bleibt« Das Ventil 20 regelt

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den ujeiteren Kühlprozeß, indem laufend Kühliuasser und Luft bei geschlossenem Ventil 10 abgeführt wird, um bei ca 30 C⁰ im Sterilisiergut, den Druckkessel zu entleeren, iuelcher dann geöffnet werden kann_B

Wird aus verfahrenstechnischen Gründen ein Kompensationsgas verwendet, welches spezifisch leichter ist als Dampf, ZoBo Helium oder UJasserstof f, so wird nach der Erfindung das Düsensystem um 180 Grad gedreht, einschließlich der dampfdurchlässigen LUand 5. Die Düsenanordnung liegt dann im unteren Teil des Druckkessels; die Kondensatabführung bleibt unverändert»

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Claims

OSKAR NEiSS FORSCHUNGSLABORATORIUM 200O H AM BURG-VOLKSDORF · KRAMPENGRUND 13 · TELEFON 603 4 5 66 R.&D. CONSULTANT Oskar Neiss den 17. Dezember 1973 H a m b u r g ....-■ .- . . .SCHUTZANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Hitzesterilisation won in fest geschlossenen Behältern befindlichen Flüssigkeiten oder festen Substanzen, z.B. Infusionslösungen oder Nahrungs« mittel, zum Zwecke der Konservierung im gespannten und gesättigten Wasserdampf unter Anwendung nicht kondensierbarer Gase zur Druckkompensation, deren spezifische Gewichte von dem des Wasserdampf es unterschiedlich sind, in einem Druckkessel, wobei sich der Gesamtdruck aus den Partialdrücken dieser beiden Hfledien zusammensetzt, welche unter Drücken in den Kessel eingespeist werden, die über der Summe der Partialdrücke beider flfledien liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der vor der .Einführung' in den Druckkessel in einem höheren Druck- und Temperaturbereich liegende gesättigte Wasserdampf über ein Düsensystem auf die vorgegebene Sterilisiertemperatur und dieser zugeordnetem Druck in dem Druckkessel kinetisch abgebaut wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsensystem im Druckkessel derart angeordnet ist, daß seine resultierende Strahlsrrichtung auf den Pflassemittel» punkt des nicht.kondensierbaren Gases gerichtet ist.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daf3 der Raum mit dem fflassemittelpunkt des nicht kondensierbaren Gases durch eine dampfdurchlässige lüand vom Behandlungsraum für das Sterilisiergut getrennt ist.

4» Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekannzeichnet, daß die Kondensatentleerung über einen Niveauregler erfolgt, welcher das Entweichen von Teilen des nicht kondensierbaren Druckkompensationsmittels verhindert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die.Kühlung des Sterilisiergutes mit Kühlwasser über das Düsensystem unter Aufrechterhaltung des Kompensations« druckes erfolgt.

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