DE2547294C2 - Verfahren zur thermischen Behandlung, insbesondere Sterilisation von Produkten, die in wasserdichten Behältern enthalten sind und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung, insbesondere Sterilisation, von Produkten, die in wasserdichten Behältern enthalten sind, durch thermischen Austausch zwischen einer Flüssigkeit und den Produkten, bei dem der thermische Austausch durch Berieselung der Behälter mit der gleichen Flüssigkeit im Kreislauf der sukzessiven Phasen des thermischen Austauschzyklus in einem Druckgefäß unter Überdruck durchgeführt wird, wobei die Flüssigkeitstemperatur entsprechend der Aufeinanderfolge der thermischen Behandlungsphasen sukzessiv verändert wird.

Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur thermischen Behandlung von Produkten, die aus einem Druckgefäß besteht, dem eine Einrichtung zur Regelung des Gasdrucks im Inneren des Druckgefäßes zugeordnet ist, mit mindestens einem perforierten Zwischenboden über den die Berieselungsflüssigkeit, die am Boden des Behandlungsgefäßes gesammelt wird, über einen Wärmeaustauscher umgewälzt wird.

Aus der US-PS 8 66 870 ist ein Pasteurisierungsverfahren gemäß der obengenannten Gattung bekannt.

Auch ist bekannt, insbesondere für die Sterilisation von Nahrungsmitteln, geschlossene oder offene Gefäße zu benützen, insbesondere Autoklaven, die Drücke und überhöhte Temperaturen, über 10()°C, ermöglichen, die entweder eine Flüssigkeit, wie Wasser, in welches die zu sterilisierenden Produkte getaucht sind, oder ein gasförmiges Heizmedium benützen, wie Dampf oder auch eine geeignete Mischung aus Dampf-Luft oder Dampf-Gas. Diese verschiedenen Verfahren ermöglichen es, das Gefäß auf eine Temperatur und auf einen Druck zu bringen, die, unabhängig voneinander, mehr oder weniger beträchtlich sind.

In den Autoklaven, in denen das Ansteigen der Sterilisations-Temperatur und das Abkühlen erreicht werden, indem man eine Flüssigkeit, wie z. B. Wasser, benutzt, in welches die Behälter, deren Inhalt sterilisiert werden soll, vollständig eingetaucht werden, wird das Ansteigen der Temperatur durch direkte oder indirekte Heizung

ίο erreicht (z. B. Heizung durch direkte Einleitung von Dampf in das Wasser, indirekte Heizung durch Heizschlangen, in denen ein Heizmedium fließt, durch elektrischen Widerstand usw.). Das Abkühlen kann durch die gleichen Mittel erreicht werden, wenn es darum geht, das warme Wasser auf indirektem Wege abzukühlen, oder durch die mehr oder weniger plötzliche Ersetzung von warmem Wasss-r durch kaltes Wasser.

Die Endphase der Abkühlung kann eventuell durch Besprengung mit kaltem Wasser vollzogen werden.

Der notwendige Gegendruck oder Überdruck in gewissen Fällen wird durch ein injiziertes Gas ausgeübt oberhalb des Flüssigkeitsniveaus innerhalb des Behälters, wobei dieses Gas im allgemeinen Druckluft ist. Dies isi z. B. auch schon in der US-PS 35 11 169 beschrieben.

Die Hauptnachteile dieses Verfahrens sind folgende:

a) Ein sehr· beträchtlicher Wasserverbrauch,

b) ein ziemlich beträchtlicher Verlust an Wärme, weleher schwierig wiederzugewinnen ist, da das Wasser verschmutzt ist,

c) eine mehr oder weniger große Heterogenität der Temperaturen im Inneren der Masse der Behälter,

d) eine relativ geringe thermische Austauschgeschwindigkeit zwischen dem gegebenen Heizmedium und den Rezipienten.

Man hat versucht, diese beiden letzten Nachteile durch Umrühren des Wassers um die Behälter zu beheben, was ermöglicht, die thermischen Austausche zu beschleunigen und die Homogenität der Temperatur im Inneren der Masse zu verbessern. Dieses Umrühren wird gewöhnlich durch Pumparbeit erreicht, d. h. durch eine Umwälzung des Heiz- oder des Abkühlwassers, indem man es am Boden des Behälters ansaugt und es auf einem höheren Niveau wieder einspritzt. Auch dies ist schon in der US-PS 35 11 169 beschrieben.

Die Autoklaven, die Frischdampf als Heizmedium benützen, haben den Vorteil, einen besseren Anstieg der Temperatur zu ermöglichen, und eine Wasserersparnis im Verlauf der Sterilisation, da dieses Wasser im wesentlichen Kondensatwasser ist, das bei der Sterilisation und bei der Abkühlung entsteht.
Der thermische Austausch hat jedoch den Nachteil, um so langsamer zu sein, als der Dampf eine um so größere Menge an Luft enthält. Die Reinigungsprobleme sind deshalb sehr wichtig. Gewisse Verfahren neigen dahin, den thermischen Austausch im Verlauf des Ansteigens der Temperatur und innerhalb der Sterilisationsphase zu beschleunigen, im besonderen durch ein mehr oder weniger intensives Umrühren der Mischungen Dampf-Luft mittels eines internen Umwälzsystems des Heizmediums quer durch die Masse der Behälter, durch eine Turbine oder eventuell durch jedes andere Mittel, das ähnliche Wirksamkeit besitzt. So wird z. B. gemäß der US-PS 35 52 982 der Heißdampf im Autoklaven von einem Ventilator umgewälzt.
Jedoch zeigt die Erhitzung mittels Dampf folgende

Nachteile:

ά, Die Homogenität der Temperatur in der ganzen Masse ist schwer zu realisieren, selbst mit einer intensiven Umrührung. Diese Umrührung führt zur Entstehung von bevorzugten Wegen in der Masse der Behälter, bevorzugte Wege, die gewisse Behälter mit einem besseren Wärmeaustausch begünstigen, als jene, die sich außerhalb dieser Vorzugswege befinden. Im ganzen gesehen gilt also dasselbe für Dampi oder für eine Mischung aus Dampf-Gas wie für Wasser, bezüglich der Homogenität der Temperaturen.

b) Der Steuerung des Überdruckes mangelt es an Genauigkeit, da das zum Erreichen des Überdruckes injizierte Gas, im allgemeinen Luft, einen beträchtlichen Dilatationskoeffizienten besitzt Nun aber sind gewisse Behälter sehr empfindlich gegen selbst sehr schwache Druckschwankungen im Verlauf der Behandlung.

c) Der Übergang der Sterilisations- zur Abkühlungsphase stellt schwierige Probleme dar; insbesondere, wenn das Abkühlen mit Luft durch progressive Kondensation des Dampfes und durch ein zweckmäßiges Mittel vollzogen wird, stellt sich heraus, daß dieses Abkühlen extrem lang dauert, da der thermische Austausch zwischen der Luft, selbst wenn sie bewegt wird, und den Wänden der Behälter sehr schwach und sehr langwierig ist.

Man ersetzt deshalb im allgemeinen die Luftabkühlung durch Wasserabkühlung, entweder durch vollständiges Eintauchen der im Gefäß oder im Kessel enthaltenen Behälter, die sich bis dahin in einer Umgebung von Dampf oder einer Mischung aus Dampf-Luft oder Dampf-Gas befanden, oder durch Besprühen der Masse der Behälter durch kaltes Wasser.

Um den durch eine solche Abkühlung resultierenden Druckabfall auszugleichen, wird in der US-PS 35 52 982 vorgeschlagen, einen Druck in dem Behandlungsgefäß aufrechtzuerhalten, der über den Dampfdruck des Kühlwassers liegt. Aber trotz einer beträchtlichen und simultanen Injektion von Gas (im allgemeinen Druckluft) hat dieses System den Nachteil, zu plötzlich zu sein bezüglich des Druckabfalls, der durch plötzliches Kondensieren des Heizdampfes entsteht. Da das Aufrechterhalten des aufgebrachten Druckes gegen Ende der Steriüsationsphase unentbehrlich ist bei Rezipienten, die gegen Druckschwankungen empfindlich sind, entstehen daraus bedeutende Gefahren der partiellen oder totalen Zerstörung dieser Behälter. Gewöhnlich beseitigt man diesen Nachteil durch kompensatorische Verfahren. Aber jene sind immer wenig wirksam und wenig verläßlich. Jedenfalls ermöglichen sie keine genügende Beherrschung der Druckschwankungen bei dem Übergang der Sterilisationsphase zur Abkühlphase.

d) Schließlich verursacht das Abkühlen durch nicht kontrolliertes Besprühen eine ziemlich beträchtliche Heterogenität der Temperaturen, die in der Masse der dichten Behälter herrschen, die die Produkte enthalten.

Darüber hinaus, welches System von Autoklaven man auch immer nimmt, ist der Verbrauch an Energie, elektrische Energie (Zirkulation oder Umrühren) kalorische Energie (im besonderen in den Autoklaven, die eine Flüssigkeit, wie Wasser benützen), oder Energie in der Form eines ergänzenden Gases zur Aufrechterhaltung eines Druckes (wie Druckluft, Stickstoff, usw. ...) beträchtlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Behälter nur geringen Druckschwankungen ausgesetzt werden, insbesondere während des Übergangs zur Abkühlungsphase; dabei soll der Wasserverbrauch und Wärmeverbrauch gering und die Temperaturverteilung im Behandlungsgefäß homogen bleiben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Überdruck im Inneren des Druckgefäßes unabhängig von der thermischen Behandlungstemperatur durch Einstellung des Gasdruckes geregelt wird.

Die Anstiegs- und Absenkgeschwindigkeiten der Temperatur können regulierbar und kontrollierbar gemacht werden durch Betätigung von geeigneten Einrichtungen, die selbst bekannt sind.

Die Zirkulation der Flüssigkeit für den thermischen Austausch kann in Kreisen stattfinden, die unabhängig von der flüssigen und eventuell gasförmigen Phase sind, die in dem Kessel zur thermischen Behandlung stattfinden.

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt zahlreiche Anwendungen und bezieht sich namentlich auf die Sterilisierung, auf die Pasteurisation und auf die Abkühlung von Nahrungsmitteln oder pharmazeutischen Produkten, die in wasserdichten Behältern konditioniert werden.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur thermischen Behandlung, insbesondere Sterilisation von Produkten, bestehend aus einem Druckgefäß, dem eine Einrichtung zur Regelung des Gasdruckes im Innern des Druckgefäßes zugeordnet ist, mit mindestens einem perforierten Zwischenboden, über die die Berieselungsflüssigkeit, die am Boden des Behandlungsgefäßes gesammelt wird, über einen Wärmeaustauscher umgewälzt wird, wobei die erfindungsgemäße Ausbildung dieser Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß der Zuführungen aufweisende Zwischenboden seitlich geschlossen ist und eine obere Oberfläche mit Perforierungen und eine untere Oberfläche mit Perforierungen aufweist.

Zur gleichmäßigen Verteilung der Berieselungsflüssigkeit können die Perforationen, mit denen jeder der Zwischenboden ausgestattet ist, regelmäßig oder nicht regelmäßig über die gesamte Oberfläche oder über Tei-Ie derselben eines jeden hier betrachteten Zwischenbodens verteilt sein.

Die Verteilungseinrichtung für die Berieselungsflüssigkeit auf den Zwischenboden kann aus einer Hülse, die formschlüssig mit einem Zwischenboden verbunden ist, zu dem die Hülse die Berieselungsflüssigkeit leitet, bestehen; diese Hülse ist zusammensteckbar mit den Hülsen, die zu den unteren und oberen Zwischenboden gehören und bilden so mit jenen ein Röhrensystem von konstantem oder variablem Durchmesser zur Verteilung der Berieselungsflüssigkeit, wobei das Röhrensystem mit einer Flüssigkeitsquelle zum thermischen Austausch verbunden ist.

Es k?nn jeder Zwischenboden eine oder mehrere Hülsen zur Versorgung mit Flüssigkeit aufweisen und insbesondere kann eine einzige zentrale Hülse vorgesehen sein, die mit jedem der Zwischenboden in Verbindung steht oder es kann jeder der Zwischenboden mit einer Hülse an jeder seiner Ecke ausgerüstet sein.

Das Verteilungssystem kann mit Mitteln zur Druckerzeugung ausgestattet sein, die von denjenigen Druckerzeugungsmitteln unabhängig sind, mit denen gegebenenfalls der Behandlungskessel für die zu behandelnden Behälter ausgestattet ist.

Die Zwischenboden können herunterklappbar und auch höhenverstellbar sein.

Das Wesen vorliegender Erfindung wird nun anhand von zeichnerischen Darstellungen weiterhin erläutert. Es zeigen

F i g. 1 und 2 schematische Ausführungsform einer Verteilungseinrichtung der Berieselungsflüssigkeit in vertikalen Schnitt-Ansichten,

Fi g. 3 eine Draufsicht auf die Verteilungseinrichtung gemäß Fi g. 1,

Fig.4 eine schemaiische, axiale Vertikaiansicht mit einer Vielzahl von Einrichtungen zur Aufstellung von zu behandelnden Behältern in einem Behandlungskessel und mit Verteilungseinrichtungen für die Berieselungs-Flüssigkeit und die

F i g. 5 bis 9 schematisch unterschiedliche Ausführungsformen von perforierten Zwischenboden zur Verteilung einer thermischen Austausch-Flüssigkeit durch Berieselung mit Flüssigkeits-Verteiiungshülsen.

Die wasserdichten Behälter sind gegebenenfalls auf den perforierten Zwischenboden verteilt, ihre Verteilung ist in jedem Fall dergestalt, daß sie leicht plaziert oder entfernt werden können, ebenso wie die regelmäßige Verteilung der Berieselungsflüssigkeit auf den Zwischenboden, die die Masse der Behälter in horizontale Schichten einteilt, die von der Flüssigkeit nacheinander durchflossen werden.

Die Perforationen, die diese Zwischenboden aufweisen, haben Dimensionen und eine Verteilung, die derart errechnet ist, daß die Böden in der Lage sind, ihre Rolle als Regulator der Flüssigkeitsverteilung wirkungsvoll zu erfüllen; die Form, die Dimensionen, die Aufteilung und die Verteilung der Perforationen können entsprechend der zu behandelnden Behälter variieren.

Die perforierten Böden sind je nach den Bedürfnissen verstellbar und auswechselbar. Mit geeigneten Mitteln können sie abgesenkt und in der Höhe reguliert werden.

Das in F i g. 1 gezeigte Verteilungssystem umfaßt Leitungen 28, die in vorteilhafter Weise an ihrem oberen Teil durch eine Leitung 29 mit einer Flüssigkeitsquelle verbunden sind. An ihrem unteren Ende sind diese Leitungen 28 untereinander durch einen Boden 30 verbunden, der vorteilhafterweise perforiert ist und der dem Verteilungssystem 28 Stabilität verleiht und der die Rieselung der Austauschflüssigkeit sicherstellt; in den Enden der Leitungen 28 sind innen Hülsen 31 gesteckt, die in entsprechende, nach oben gerichtete Hülsen 32 gesteckt sind, getragen durch den ersten, perforierten Zwischenboden 35. Die Aufeinanderfolge von Hülsen 31, die in Hülsen 32 stecken und in bezug auf die perforierten Zwischenboden 35 seitlich stehend angebracht sind, bilden ein Röhrensystem zur Leitung der Flüssigkeit in das Innere der Zwischenböden, die so ein regelmäßiges internes Versorgungsnetz im Innern bilden, durch welches die Flüssigkeit unter Druck fließt, die durch fachge- maß dimensionierte Perforationen 33 hindurchtritt und sich auf der unteren Oberfläche 34 des perforierten Zwischenbodens 35 (gemäß F i g. 9) verteilt, um entlang den Wänden der Behälter 1 der Schicht herabzurieseln, die unmittelbar unterhalb des Bodens 35 sich befindet. Die Zwischenboden können Perforationen 33 nicht nur auf ihrer unteren Oberfläche aufweisen, sondern auch Perforationen 36 auf ihrer oberen Oberfläche gemäß Fig.6.

Wenn die Perforationen 33 und 36 auf beiden Oberflächen der Zwischenboden vorgesehen sind, dann ermöglichen sie ein Besprengen nach oben und ein Berieseln nach unten. Die Besprengungs- und Berieselungsflüssigkeit strömt auf natürliche Weise mittels der Schwerkraft ein nach Berieselung über die Wände der zu behandelnden Behälter, z. B. über in den Zwischenboden angeordnete Kanäle 37, von denen entsprechende Ausführungsbeispiele namentlich in den F i g. 6 bis 8 gezeigt sind.

Die in den Fig. 5 bis 9 gezeigten Zwischenboden tragen jeder vier Versorgungshülsen zur Versorgung mit Flüssigkeit, es ist jedoch offensichtlich, daß sie davon eine verschiedene Anzahl aufweisen können, deren Form von einem Röhrensystem verschieden sein kann; so z. B. kann eine einzige zentrale Hülse in Verbindung mit jedem der Zwischenboden angeordnet sein. Ein solches System ist in der gewöhnlichen Verteilung des Autoklaven eingeschlossen, d. h., daß in dem Rekuperations- und Umwälzsystem der Flüssigkeit zum thermischen Austausch die am Boden 38 des Apparats 39 gesammelte Flüssigkeit in einem Sammler 40 (gemäß F i g. 4) wieder gewonnen wird, um mittels einer Pumpe 41 angesaugt zu werden, die die Flüssigkeit durch ein Leitungsnetz 42 bis zum Flüssigkeits-Verteilungssystem 28, 29 im Hauptstück der perforierten Zwischenboden 35 durch ein durch die Hülsen 32 gebildetes Zwischenglied des Röhrensystems führt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur thermischen Behandlung, insbesondere Sterilisation von Produkten, die in wasserdichten Behältern erhalten sind, durch thermischen Austausch zwischen einer Flüssigkeit und den Produkten, bei dem der thermische Austausch durch Berieselung der Behälter mit der gleichen Flüssigkeit im Kreislauf der sukzessiven Phasen des thermischen Austauschzyklus in einem Druckgefäß unter Überdruck durchgeführt wird, wobei die Flüssigkeitstemperatur entsprechend der Aufeinanderfolge der thermischen Behandlungsphase sukzessiv verändert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Überdruck im Inneren des Druckgefäßes unabhängig von der thermischen Bohandlungstemperatur durch Einstellung des Gasdruckes geregelt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur thermischen Behandlung insbesondere Sterilisation von Produkten nach Anspruch 1, bestehend aus einem Druckgefäß, dem eine Einrichtung zur Regelung des Gasdruckes im Inneren des Druckgefäßes zugeordnet ist, mit mindestens einem perforierten Zwischenboden, über den die Berieselungsflüssigkeit, die am Boden des Behandlungsgefäßes gesammelt wird, über einen Wärmeaustauscher umgewälzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführungen (31,32) aufweisende Zwischenboden (35) seitlich geschlossen ist und eine obere Oberfläche mit Perforierungen (36) und eine untere Oberfläche mit Perforierungen (33) aufweist.