EP1224255A1 - Verfahren zur reinigung von kaffee verarbeitenden anlagen - Google Patents

Verfahren zur reinigung von kaffee verarbeitenden anlagen

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EP1224255A1
EP1224255A1 EP00975884A EP00975884A EP1224255A1 EP 1224255 A1 EP1224255 A1 EP 1224255A1 EP 00975884 A EP00975884 A EP 00975884A EP 00975884 A EP00975884 A EP 00975884A EP 1224255 A1 EP1224255 A1 EP 1224255A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cleaning
solution
peroxidic compound
peroxidic
cleaning solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00975884A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Tyborski
Werner Lüdecke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ecolab Inc
Original Assignee
Henkel Ecolab GmbH and Co KG
Ecolab Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Henkel Ecolab GmbH and Co KG, Ecolab Inc filed Critical Henkel Ecolab GmbH and Co KG
Publication of EP1224255A1 publication Critical patent/EP1224255A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11D—DETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
    • C11D3/00—Other compounding ingredients of detergent compositions covered in group C11D1/00
    • C11D3/02—Inorganic compounds ; Elemental compounds
    • C11D3/04—Water-soluble compounds
    • C11D3/044—Hydroxides or bases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11D—DETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
    • C11D3/00—Other compounding ingredients of detergent compositions covered in group C11D1/00
    • C11D3/39—Organic or inorganic per-compounds
    • C11D3/3947—Liquid compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11D—DETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
    • C11D7/00—Compositions of detergents based essentially on non-surface-active compounds
    • C11D7/02—Inorganic compounds
    • C11D7/04—Water-soluble compounds
    • C11D7/06—Hydroxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11D—DETERGENT COMPOSITIONS; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS DETERGENTS; SOAP OR SOAP-MAKING; RESIN SOAPS; RECOVERY OF GLYCEROL
    • C11D2111/00—Cleaning compositions characterised by the objects to be cleaned; Cleaning compositions characterised by non-standard cleaning or washing processes
    • C11D2111/10—Objects to be cleaned
    • C11D2111/14—Hard surfaces
    • C11D2111/20—Industrial or commercial equipment, e.g. reactors, tubes or engines

Definitions

  • the present invention relates to a cleaning method for plants in the food processing industry and relates in particular to plants for processing coffee.
  • a particularly preferred area of application is the cleaning of systems in which water-soluble coffee powder is produced from roasted coffee.
  • water-soluble coffee powder also called instant coffee
  • freshly roasted, coarsely ground coffee beans are usually extracted in closed extraction containers with water, in part under pressure, at elevated temperatures between about 100 ° C. and about 180 ° C.
  • several extraction containers are alternately connected in series so that the coffee components that have already been extracted the most are always treated with the hottest water, while the freshly filled extraction containers are inserted at the end of the extraction chain and are first treated there with the running extraction solution at low temperatures.
  • the individual extraction containers also called percolators, can have a capacity between a few kilograms and a ton of roasted coffee. They are usually made of stainless steel and have cylindrical or conical shapes.
  • aqueous coffee extract emerging from the last extraction container is then dewatered under conditions which are as gentle as possible.
  • the evaporation of the extract is preferably carried out in a vacuum process at low temperatures. This results in a more granular product.
  • deposits are formed on the surfaces that come into contact with the coffee extract, in particular in the extraction containers and in the pipelines, which adhere extremely firmly and gradually impair the course of the process.
  • the systems are therefore switched off after 1 to 3 weeks of operation, drained and freed from these deposits in a complex process. Cleaning of the production facilities using the ClP process is still common today.
  • the invention therefore relates to a method for cleaning coffee processing plants, in which the inner surfaces of the plants which have been in contact with the coffee are treated with an aqueous alkaline solution which contains at least one peroxidic compound.
  • the new process enables excellent cleaning to be achieved in shorter times than before with lower concentrations of alkali and lower temperatures.
  • An additional manual cleaning can usually be omitted.
  • the cleaning solution contains only alkali and at least one peroxidic compound as active ingredients. However, it preferably contains other active substances and auxiliaries from the group of surfactants, sequestering agents, peroxide stabilizers and, if appropriate, further auxiliaries.
  • Alkali metal hydroxides are preferably used as alkalis, in particular sodium and / or potassium hydroxide, but it is also possible to use less alkaline compounds, for example the alkali metal carbonates, in particular sodium carbonate and / or potassium carbonate.
  • Other suitable alkalis are sodium and potassium silicates as well as sodium and potassium phosphates.
  • alkaline agents can also be used side by side in the cleaning solution.
  • Alkali from the group of alkali metal hydroxides is particularly preferably used.
  • the amount of alkalis in the cleaning solution is preferably 0.5% by weight to 10% by weight, in particular 1% by weight to 3% by weight, based on the cleaning solution used as a whole.
  • the pH of the solution in its application concentration is preferably between about 10 and about 14, measured at room temperature.
  • Both inorganic and organic peroxidic compounds can be considered as peroxidic compounds.
  • suitable inorganic peroxides are hydrogen peroxide, perborates, in particular sodium perborate, salts of monoperoxosulfuric acid, in particular potassium monopersulfate and adducts of hydrogen peroxide with inorganic compounds, in particular the adduct with sodium carbonate referred to as sodium percarbonate, and adducts with sodium phosphates.
  • the primary organic peroxy compounds are peroxycarboxylic acids, for example peroxyacetic acid, peroxypropionic acid and monoperoxyphthalic acid.
  • Hydrogen peroxide compounds which split off hydrogen peroxide, in particular sodium perborate, sodium carbonate, and organic peracids are particularly preferred in the process according to the invention. Mixtures of several peroxidic compounds can also be used.
  • the peroxidic compounds are used in the cleaning solution in amounts such that the solution is present in the solution over a longer period of time, preferably at least 10 ppm of active oxygen, in particular at least 50 ppm, in order to achieve a satisfactory solution within a reasonable range Times to reach. With higher levels of active oxygen, cleaning is generally faster. For economic reasons, on average no more than 15000 ppm of active oxygen, in particular no more than 5000 ppm of active oxygen, are used.
  • the heated alkaline cleaning solution in the system is added one or more peroxidic compound again in order to compensate for the drop in concentration of active oxygen due to the decomposition.
  • surfactants in the cleaning solution primarily serves for faster wetting of the surfaces and faster penetration of the cleaning agent component into the dirt.
  • surfactants from all known classes of surfactants are suitable, i.e. anionic surfactants, nonionic surfactants, cationic surfactants and amphoteric surfactants, although only extremely low-foaming surfactants are suitable for the process according to the invention if the use of foam inhibitors is not required.
  • Nonionic surfactants are therefore particularly preferred, the nonionic surfactant preferably being selected from the group of alkoxylated fatty alcohols, which are optionally end-capped and / or the alkyl polyglycosides and / or alkoxylated fatty amines.
  • alkoxylated fatty alcohols are C 8 -C 8 -
  • EO mol ethylene oxide
  • PO propylene oxide
  • the addition of tallow alcohol ethoxylated with 30 EO groups and the addition of oleyl cetyl alcohol ethoxylated with 5 EO groups has shown a positive influence on the cleaning result.
  • you can also use other known nonionic surfactants use, such as C- ⁇ 2 -C ⁇ 8 alkyl polyethylene glycol polybutylene glycol ether, each with up to 8 moles of ethylene oxide and butylene oxide units in the molecule and end group-capped alkyl polyalkylene glycol mixed ether.
  • Suitable alkoxylated fatty amines are, for example, 8-16 EO groups ethoxylated C 8 -C 18 -alkylamines.
  • sequestrants are understood to be substances which are suitable for eliminating the interfering effects of water hardness, regardless of whether they have to be used in stoichiometric amounts for this purpose or whether sub-stoichiometric amounts are sufficient.
  • sequestering agents are polymeric phosphates, in particular pentasodium triphosphate, polycarboxylic acids, hydroxypolycarboxylic acids, in particular gluconic acid and citric acid, and phosphonocarboxylic acids, for example 2-phosphonobutane-1, 2,4-tricarboxylic acid, and their water-soluble salts, in particular the alkali metal salts.
  • heavy metal complexing compounds are primarily considered for the process according to the invention. Their main task is to prevent uncontrolled decomposition of the peroxidic compounds by traces of heavy metals that may be present.
  • complexing agents are aminopolycarboxylic acids, such as ethylenediaminetetraacetic acid, and in particular polyphosphonic acids and aminopolyphosphonic acids, such as hydroxyethane-1, 1-diphosphonic acid, ethylenediaminetetramethylenephosphonic acid and diethylenetriaminepentamethylenephosphonic acid, and the water-soluble salts, in particular the alkali metal salts, of these complexing acids.
  • the amount of peroxide stabilizers depends on their effectiveness and is generally not more than 0.5% by weight, in particular not more than about 0.1% by weight, based on the cleaning solution as a whole.
  • the cleaning solution can contain other auxiliaries and additives, if this appears appropriate for certain reasons.
  • auxiliaries and additives are foam inhibitors and solubilizers. Your concentration depends on the intended use.
  • the alkaline cleaning solution should act on the inner surfaces of the systems to be cleaned. Temperatures above 50 ° C. are preferably used. It is extremely advantageous that in the process according to the invention, temperatures above about 100 ° C. are required for rapid cleaning only in rare cases, so that work can usually be carried out without pressure. Exposure temperatures between 50 and about 95 ° C. are particularly preferred. Of course, the time required for complete cleaning depends on the selected cleaning temperature, but also to a very large extent on the composition of the cleaning solution. In almost all cases, however, it is possible to achieve a fully satisfactory cleaning for such systems within a period of about 2 hours to about 10 hours.
  • the treatment of the surfaces with the alkaline peroxidic cleaning solution can take place in various ways within the scope of the method according to the invention.
  • the inside walls of larger containers can be sprayed with the cleaning solution from the inside and, if desired, can also be processed manually with the cleaning solution.
  • This procedure is generally referred to as the cleaning-in-place (CIP) method.
  • the heating devices of the system itself can be used to heat the cleaning solution.
  • the alkaline cleaning component is pumped into the system via a ClP storage tank, in which the concentration required for cleaning has already been set.
  • the detergent flow can be variably controlled so that the cells, e.g. depending on the degree of contamination, can be cleaned one after the other.
  • the dosage of the peroxide component should preferably be as close as possible and in front of cell 1, however, depending on the cleaning requirements and system design, dosing is also possible at other locations, e.g. right in the cells.
  • the flow through the cells is from bottom to top. Following cell 1, the remaining cells are flowed through in succession in any order. After flowing through the last cell, the detergent solution can be returned to cell 1.
  • the cleaning solution can circulate over the appropriate cleaning times, depending on the level of contamination.
  • the peroxide component is dosed periodically or continuously.
  • the cleaning process is similar to that described under 1., but with variable addition of the peroxide component.
  • b) The dosage varies depending on the order of the cells to be cleaned, with the aim that each cell is charged with "fresh" peroxide component for a certain time. For example, the following procedure is conceivable: The cleaning solution first flows through cell 1, so that peroxide is metered before cell 1. Then cell 2 is flowed through and the other cells. The oxygen production and thus the oxidizing effect from cell to cell becomes weaker. After a certain time, the product flow is changed so that the cleaning solution first flows through cell 2, then cell 3 and then the other cells. Cell 1 then represents the end of the cleaning cycle.
  • the peroxide is dosed before cell 2, then cell 3 enters the beginning of the cleaning cycle (dosing of peroxide before cell 3), so that cell 3 is charged with fresh peroxide , c)
  • the cleaning performance can be further improved by additional mechanical aids, such as the installation of spray nozzles / heads in the cells and containers. In this case, the flow of the cleaning solution is led from top to bottom.
  • containers, evaporators and other system parts are cleaned in the coffee-producing operation by the method according to the invention.
  • a special feature is the cleaning of evaporator systems.
  • cleaning chemicals can also be delivered using a vacuum.
  • the peroxide component is preferably metered in directly before or directly in the evaporators.
  • auxiliaries and additives for the alkali-containing concentrate are, in particular, surfactants and sequestering agents, while the second concentrate containing peroxidic compounds preferably contains active ingredients and auxiliaries from the group of surfactants and peroxide stabilizers.
  • the parts of the plant to be cleaned are first filled with an alkaline cleaning solution which does not yet contain any peroxidic compounds and this cleaning solution circulates in the plant until the desired cleaning temperature is reached. Only at this point in time are the peroxidic compounds, preferably in the form of the concentrate mentioned above, added to the cleaning solution, it being particularly preferred to make this addition immediately before the particularly heavily contaminated parts of the system in order to add a particularly high concentration of active oxygen at these points achieve. If necessary, the peroxidic compounds can be metered in continuously or several times during the entire cleaning process, in particular when the composition of the cleaning liquor is specifically aimed at rapid decomposition of the peroxidic compounds.
  • the systems are preferably rinsed with drinking water (temperature 20 to 60 ° C, time 1 to 2 hours)
  • the cleaning solution can, if necessary, be stacked until the next cleaning, with a possible reduction in the content of peroxidic components preferably being compensated for by adding fresh peroxide before carrying out further cleaning tasks.
  • the cleaning solution is preferably freed of particles by means of centrifuges, filters or other separating devices. This can be done both during and after cleaning. Depending on the water hardness, an acidic cleaning step may be necessary at regular intervals (every 3 to 6 months).
  • composition of the active ingredient concentrates
  • Tables 1 and 2 below show the composition of 10 alkaline active ingredient concentrates (A1 to A10) and 7 concentrates with peroxidic active ingredients (B1 to B7), which were used for the preparation of the cleaning solution in the experiments described below.
  • the cleaning process was tested in the laboratory on stainless steel sheets (2 x 50 x 100 mm), on which coffee powder (approx. 1 g) was baked in the oven for 10 hours at 200 ° C.
  • the cleaning performance was assessed gravimetrically by weighing the dried sheets before and after the cleaning treatment with reference to the weight of the clean sheets.
  • the sheets were immersed for 10 minutes each in the cleaning solution heated to 70 ° C., which was not stirred during the cleaning process.
  • 2.5% by volume of the alkaline concentrates A1 to A10 and 0.7% by volume of the peroxidic concentrates B1 to B7 were used to prepare the cleaning solution, the peroxidic concentrates only being added after the alkaline solution had been heated.

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Abstract

Bei diesem Verfahren werden die inneren Oberflächen der Anlagen, die mit dem Kaffee in Verbindung gestanden haben, bei erhöhter Temperatur mit einer wässrigen alkalischen Lösung, die wenigstens eine peroxidische Verbindung enthält, behandelt.

Description

„Verfahren zur Reinigung von Kaffee verarbeitenden Anlagen"
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reinigungsverfahren für Anlagen der lebensmittelverarbeitenden Industrie und bezieht sich insbesondere auf Anlagen zur Verarbeitung von Kaffee. Ein besonders bevorzugtes Einsatzgebiet ist die Reinigung von Anlagen, in denen wasserlösliches Kaffeepulver aus geröstetem Kaffee hergestellt wird.
Zur Herstellung von wasserlöslichem Kaffeepulver, auch als Instantkaffee bezeichnet, werden üblicherweise frisch geröstete, grob gemahlene Kaffeebohnen in geschlossenen Extraktionsbehältern mit Wasser zum Teil unter Druck bei erhöhten Temperaturen zwischen etwa 100 °C und etwa 180 °C extrahiert. Dabei werden üblicherweise mehrere Extraktionsbehälter im Wechsel hintereinander geschaltet, so daß die bereits am stärksten extrahierten Kaffeeanteile immer mit dem heißesten Wasser behandelt werden, während die frisch gefüllten Extraktionsbehälter am Ende der Extraktionskette eingefügt werden und dort mit der ablaufenden Extraktionslösung zunächst bei niedrigen Temperaturen behandelt werden. Je nach Kapazität der Anlage können die einzelnen Extraktionsbehälter, auch Perkolatoren genannt, ein Fassungsvermögen zwischen wenigen Kilogramm bis hin zu einer Tonne Röstkaffee aufweisen. Sie sind normalerweise aus rostfreiem Stahl gefertigt und besitzen zylindrische oder konische Formen. Der aus dem letzten Extraktionsbehälter austretende wäßrige Kaffeextrakt wird anschließend unter möglichst schonenden Bedingungen entwässert. Während früher die Sprühtrocknung in erhitztem Gasstrom in geeigneten Trockentürmen zu einem pulverförmigen Produkt führte, wird heute das Eindampfen des Extrakts vorzugsweise im Vakuumverfahren bei niedrigen Temperaturen durchgeführt. Hierbei resultiert ein körnigeres Produkt. Während des Betriebs bilden sich auf den Oberflächen, die mit dem Kaffeextrakt in Berührung kommen, insbesondere in den Extraktionsbehältern und in den Rohrleitungen, Ablagerungen, die außerordentlich fest haften und den Ablauf des Verfahrens allmählich beeinträchtigen. Die Anlagen werden deshalb nach 1 bis 3 Wochen Betriebszeit abgeschaltet, entleert und in einem aufwendigen Verfahren von diesen Ablagerungen befreit. Bis heute üblich ist eine Reinigung der Produktionsanlagen im ClP-Verfahren. Dazu verwendet man Natronlauge unter Druck bei 130 bis 140 °C und leitet diese Lauge mehrere Stunden bei dieser Temperatur durch die Anlage. Durch dieses Verfahren werden keine zufriedenstellenden Reinigungsresultate erzielt, so daß manuelle, zeitaufwendige Nachreinigungsarbeiten durchgeführt werden müssen, z.B. in den Extraktionsbehältern. An schwer zugänglichen Stellen verbleiben zwangsläufig Ablagerungen, die den weiteren Produktionsprozeß negativ beeinflussen, z.B. Systemverblockung.
Es war Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbesserung und Vereinfachung des heute üblichen Reinigungsverfahrens zu entwickeln.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Reinigung von Kaffee verarbeitenden Anlagen, bei dem die inneren Oberflächen der Anlagen, die mit dem Kaffee in Verbindung gestanden haben, mit einer wäßrigen alkalischen Lösung, die wenigstens eine peroxidische Verbindung enthält, behandelt werden.
Das neue Verfahren erlaubt es, bei geringeren Konzentrationen an Alkali und niedrigeren Temperaturen eine hervorragende Reinigung in kürzeren Zeiten als bisher zu erreichen. Eine zusätzliche manuelle Reinigung kann in der Regel entfallen.
Als Wirkstoffe enthält die Reinigungslösung im einfachsten Fall lediglich Alkali und wenigstens eine peroxidische Verbindung. Vorzugsweise sind darin aber weitere Wirk- und Hilfsstoffe aus der Gruppe Tenside, Sequestriermittel, Peroxidstabilisatoren und gegebenenfalls weiteren Hilfsstoffen enthalten. Als Alkalien werden vorzugsweise Alkalihydroxide verwendet, insbesondere Natrium- und / oder Kaliumhydroxid, doch ist es auch möglich, weniger alkalische Verbindungen, beispielsweise die Alkalicarbonate, insbesondere Natriumcarbonat und / oder Kaliumcarbonat zu verwenden. Weitere geeignete Alkalien sind Natrium- und Kaliumsilikate sowie Natrium- und Kaliumphosphate.
Es können auch mehrere alkalische Wirkstoffe nebeneinander in der Reinigungslösung verwendet werden. Besonders bevorzugt werden Alkalien aus der Gruppe der Alkalihydroxide verwendet.
Die Mengen an Alkalien beträgt in der Reinigungslösung vorzugsweise 0,5 Gew.-% bis 10 Gew.-%, insbesondere 1 Gew.-% bis 3 Gew.-%, bezogen auf die angewandte Reinigungslösung als Ganzes. Der pH-Wert der Lösung in ihrer Anwendungskonzentration liegt je nach verwendetem Alkali vorzugsweise zwischen etwa 10 und etwa 14, gemessen bei Raumtemperatur.
Als peroxidische Verbindung kommen sowohl anorganische als auch organische peroxidische Verbindungen in Betracht. Beispiele geeigneter anorganischer Peroxide sind Wasserstoffperoxid, Perborate, insbesondere Natriumperborat, Salze der Monoperoxoschwefelsäure, insbesondere Kaliummonopersulfat und Addukte von Wasserstoffperoxid an anorganische Verbindungen, insbesondere das als Natrium- percarbonat bezeichnete Addukt an Natriumcarbonat, sowie Addukte an Natriumphosphate. Als organische Peroxyverbindungen sind in erster Linie die Peroxycar- bonsäuren zu nennen, beispielsweise Peroxyessigsäure, Peroxypropionsäure und Monoperoxyphthalsäure. Besonders bevorzugt werden im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens Wasserstoffperoxid, Wasserstoffperoxid abspaltende Verbindungen, insbesondere Natriumperborat, Natriumcarbonat, sowie organische Persäuren. Es können auch Mischungen mehrere peroxidischer Verbindungen verwendet werden. Die peroxidischen Verbindungen werden in solchen Mengen in der Reinigungslösung eingesetzt, daß über einen längeren Zeitraum, vorzugsweise wenigstens 10 ppm Aktivsauerstoff, insbesondere wenigstens 50 ppm Aktivsauerstoff in der Lösung vorhanden sind, um eine befriedigende Lösung innerhalb vertretbarer Zeiten zu erreichen. Mit höheren Aktivsauerstoffgehalten wird in der Regel eine schnellere Reinigung erzielt. Aus ökonomischen Gründen werden im Mittel meist nicht mehr als 15000 ppm Aktivsauerstoff, insbesondere nicht mehr als 5000 ppm Aktivsauerstoff verwendet. Es versteht sich von selbst, daß wegen der Zersetzung der peroxidischen Verbindung in der erhitzten alkalischen Lösung die Aktivsauerstoffkonzentration in der Lösung niemals für längere Zeit konstant sein kann. Die obengenannten Konzentrationsangaben verstehen sich deshalb nur als Richtgrößen, die während der überwiegenden Zeit des Reinigungsvorganges eingehalten werden sollten. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der in der Anlage befindlichen erhitzten alkalischen Reinigungslösung ein oder mehrmals erneut peroxidische Verbindung zugesetzt, um den Konzentrationsabfall an Aktivsauerstoff durch die Zersetzung auszugleichen.
Die Mitverwendung von Tensiden in der Reinigungslösung dient in erster Linie der schnelleren Benetzung der Oberflächen und dem schnelleren Eindringen der Reinigungsmittelkomponente in die Verschmutzung. Prinzipiell eignen sich Tenside aus allen bekannten Tensidklassen, also anionische Tenside, nichtionische Tenside, kationische Tenside und amphotere Tenside, wobei allerdings für das erfindungsgemäße Verfahren nur äußerst schaumarme Tenside in Frage kommen, wenn nicht die Mitverwendung von Schauminhibitoren erforderlich werden soll. Besonders bevorzugt werden daher nichtionische Tenside, wobei das nichtionische Tensid vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe alkoxylierter Fettalkohole, die gegebenenfalls endgruppenverschlossen sind und/oder der Alkylpolyglycoside und/oder alkoxylierter Fettamine.
Als alkoxylierte Fettalkohole kommen beispielsweise C8-Cι8-
Alkylpolyethylenglykolpolypropylenglykolether mit jeweils bis zu 8 Mol Ethylenoxid (= EO)- und Propylenoxid (= PO)-Einheiten im Molekül, in Frage. Außerdem hat der Zusatz von mit 30 EO-Gruppen ethoxyliertem Talgalkohol sowie der Zusatz von mit 5 EO-Gruppen ethoxyliertem Oleyl-Cetylalkohol positiven Einfluß auf das Reinigungsergebnis gezeigt. Man kann aber auch andere bekannte nichtionische Tenside verwenden, wie z.B. C-ι2-Cι8-Alkylpolyethylenglykolpolybutylenglykolether mit jeweils bis zu 8 Mol Ethylenoxid- und Butylenoxideinheiten im Molekül sowie endgruppen- verschlossene Alkylpolyalkylenglykolmischether. Als alkoxylierte Fett-amine kommen beispielsweise mit 8 - 16 EO-Gruppen ethoxylierte C8-C18-Alkylamine in Betracht.
Als Sequestriermittel werden im erfindungsgemäßen Verfahren solche Substanzen verstanden, die geeignet sind, die störenden Auswirkungen der Wasserhärte aufzuheben, unabhängig davon, ob sie für diesen Zweck in stöchiometrischen Mengen eingesetzt werden müssen oder ob unterstöchiometrische Mengen genügen. Beispiele derartiger Sequestriermittel sind polymere Phosphate, insbesondere Penta- natriumtriphosphat, Polycarbonsäuren, Hydroxypolycarbonsäuren, insbesondere Glukonsäure und Zitronensäure, und Phosphonocarbonsäuren, beispielsweise 2- Phosphonobutan-1 ,2,4-tricarbonsäure, und deren wasserlösliche Salze, insbesondere die Alkalisalze.
Als peroxidstabilisierende Verbindungen kommen für das erfindungsgemäße Verfahren in erster Linie Schwermetall komplexierende Verbindungen in Betracht. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, eine unkontrollierte Zersetzung der peroxidischen Verbindungen durch gegebenenfalls anwesende Schwermetallspuren zu verhindern. Beispiele derartiger Komplexbildner sind Aminopolycarbonsäuren, wie Ethylendia- mintetraessigsäure, und insbesondere Polyphosphonsäuren und Aminopolyphos- phonsäuren, wie Hydroxyethan-1 ,1-diphosphonsäure, Ethylendiamintetramethylen- phosphonsäure und Diethylentriaminpentamethylenphosphonsäure sowie die wasserlöslichen Salze dieser komplexbildenden Säuren, insbesondere die Alkalisalze. Die Menge an Peroxidstabilisatoren hängt von ihrer Wirksamkeit ab und liegt im allgemeinen nicht über 0,5 Gew.-%, insbesondere nicht über etwa 0,1 Gew.-%, bezogen auf die Reinigungslösung als Ganzes.
In Einzelfällen kann die Reinigungslösung weitere Hilfs- und Zusatzstoffe enthalten, wenn dies aus bestimmten Gründen zweckmäßig erscheint. Beispiele derartiger Hilfs- und Zusatzstoffe sind Schauminhibitoren und Lösungsvermittler. Ihre Konzentration richtet sich nach dem Verwendungszweck.
Im erfindungsgemäßen Verfahren soll die alkalische Reinigungslösung auf die zu reinigenden Innenflächen der Anlagen einwirken. Vorzugsweise werden Temperaturen oberhalb von 50 °C angewandt. Äußerst vorteilhaft ist, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren nur in seltenen Fällen Temperaturen oberhalb von etwa 100 °C für eine schnelle Reinigung benötigt werden, so daß üblicherweise drucklos gearbeitet werden kann. Besonders bevorzugt werden Einwirkungstemperaturen zwischen 50 und etwa 95 °C. Selbstverständlich hängt die benötigte Zeit für die vollständige Reinigung von der gewählten Reinigungstemperatur, aber auch in sehr starkem Maß von der Zusammensetzung der Reinigungslösung ab. In nahezu allen Fällen ist es aber möglich, eine für derartige Anlagen voll befriedigende Reinigung innerhalb eines Zeitraums von etwa 2 Stunden bis etwa 10 Stunden zu erreichen.
Die Behandlung der Oberflächen mit der alkalischen peroxidischen Reinigungslösung kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auf verschiedene Art und Weise erfolgen. So können beispielsweise die Innenwandungen größere Behälter von innen mit der Reinigungslösung besprüht und gewünschtenfalls auch manuell mit der Reinigungslösung bearbeitet werden. Bevorzugt ist es jedoch, die Reinigungslösung durch die Anlage unter mehr oder weniger vollständiger Befüllung sämtlicher Rohrleitungen und Behälter hindurchzuführen, wobei eine Kreislaufführung der Reinigungslösung besonders bevorzugt wird. Diese Verfahrensweise wird generell auch als cleaning-in-place (CIP)-Methode bezeichnet. Zur Aufheizung der Reinigungslösung können gegebenenfalls die Heizvorrichtungen der Anlage selbst benützt werden. Bei größeren Anlagen kann es zweckmäßig sein, um die Menge der Reinigungslösung in Grenzen zu halten, die Anlage abschnittsweise mit der Reinigungslösung zu behandeln.
In der Praxis des Kaffee herstellenden Betriebs sind üblicherweise die Ansprüche an die Reinigung in den Extraktionszellen am höchsten. Da in aller Regel 6 bis 8 Ex- traktionszellen vorhanden sind, bieten sich mannigfaltige Variationsmöglichkeiten an. Beispielhaft sind folgende Abläufe möglich:
1. Gleichzeitig Reinigung alier Zellen in einem Reinigungsvorgang
Die alkalische Reinigungskomponente wird über einen ClP-Vorratstank, in dem die zur Reinigung notwendige Konzentration bereits eingestellt wurde, in das System gepumpt. Der Reinigungsmittelstrom kann dabei variabel gesteuert werden, so daß die Zellen, z.B. in Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad, hintereinander gereinigt werden können. Wird z.B. Zelle 1 zuerst durchströmt, sollte sich vorzugsweise die Dosage der Peroxid-Komponente möglichst in Nähe und vor Zelle 1 befinden, jedoch ist, je nach Reinigungsanforderung und Anlagendesign, eine Dosierung auch an anderen Stellen möglich, z.B. direkt in den Zellen.
Die Durchströmung der Zellen erfolgt von unten nach oben. Im Anschluß an Zelle 1 werden nacheinander in beliebiger Reihenfolge die übrigen Zellen durchströmt. Nach Durchströmen der letzten Zelle kann die Reinigungsmittellösung in Zelle 1 zurückgeführt werden. Die Reinigungslösung kann über die entsprechenden Reinigungszeiten, je nach Verunreinigung, im Kreislauf zirkulieren. Die Dosage der Peroxid-Komponente erfolgt periodisch oder kontinuierlich.
Diese Verfahren sind aus wirtschaftlichen Gründen bei kleinen Anlagen mit kleinen ClP-Volumen (bis ca. 5 m3) besonders bevorzugt.
2. Reinigung aller Zellen nacheinander mit variabler Peroxid-Zudosierung
Der Reinigungsprozeß verläuft ähnlich wie unter 1. beschrieben, jedoch mit variabler Zudosierung der Peroxid-Komponente. a) Dosierung von Peroxid ausschließlich an einer Stelle, vorzugsweise dort wo starke Verschmutzungen vorhanden sind. b) Die Dosierung variiert je nach Reihenfolge der zu reinigenden Zellen, mit dem Ziel, daß jede Zelle für eine bestimmte Zeit mit „frischer" Peroxid-Komponente beschickt wird. Beispielsweise ist folgender Ablauf denkbar: Die Reinigungslösung durchströmt zuerst Zelle 1 , somit erfolgt die Dosierung von Peroxid vor Zelle 1. Anschließend wird Zelle 2 durchströmt und die weiteren Zellen. Dabei wird die Sauerstofferzeugung und somit die oxidierende Wirkung von Zelle zu Zelle schwächer. Nach einer bestimmten Zeit wird der Produktstrom so umgestellt, daß zuerst Zelle 2 von der Reinigungslösung durchströmt wird, dann Zelle 3 und anschließend die weiteren Zellen. Zelle 1 stellt dann das Ende des Reinigungskreislaufes dar. Die Dosierung von Peroxid erfolgt in diesem Fall vor Zelle 2, anschließend tritt Zelle 3 an den Beginn des Reinigungskreislaufes (Dosierung von Peroxid vor Zelle 3), so daß die Zelle 3 mit frischem Peroxid beschickt wird, c) Der unter b) beschriebene Effekt (=frische Peroxidlösung für alle Zellen) läßt sich ebenfalls realisieren, indem Dosierstellen vor jeder Zelle angebracht werden.
3. Zeitlich versetzte Reinigungsvorgänge der Zellen
Insbesondere bei großen Anlagevolumen (>5 m3) empfiehlt sich die abschnittsweise Reinigung der Zellen. Es bestehen folgende Möglichkeiten: a) Jeweils nur eine Zelle wird gereinigt.
Beispiel: Zelle 1 wird gereinigt. Nach Abschluß der Reinigung wird die Lösung in Zelle 2 gepumpt oder beispielsweise mit Hilfe von Dampf oder Gas z.B. in Zelle 2 befördert. b) Jeweils zwei Zellen werden gleichzeitig gereinigt.
Beispiel: Zelle 1 wird von der Reinigungslösung durchströmt. Von hier gelangt die Lösung in Zelle 2, anschließend zurück in Zelle 1 (Peroxid-Zugabe vor Zelle 1). Nach einer gewissen Zeit, wird die Reinigungsmittellösung von Zelle 1 in Zelle 3 befördert. Zelle 2 stellt nun den Anfang des Kreislaufes dar (Peroxid-Zugabe vor Zelle 2). Dieser Ablauf wird so lange fortgeführt, bis alle Zellen gereinigt sind. Analog kann gereinigt werden, wenn jeweils drei oder mehrere Zellen gleichzeitig gereinigt werden. Bei geschickter Planung hat dieses Verfahren den Vorteil, daß es so eingestellt werden kann, daß der Kaffee-Extraktionsvorgang in den nicht mit Reinigungslösung durchströmten Zellen fortgeführt werden kann und kein Produktionsstillstand zur Reinigung erforderlich ist.
4. Reinigung der Zellen im Sprühverfahren
Durch zusätzliches Anbringen mechanischer Hilfsmittel, wie beispielsweise durch Einbau von Sprühdüsen/-köpfen in den Zellen und Behältern, kann die Reinigungsleistung noch weiter verbessert werden. Der Strom der Reinigungslösung wird in diesem Fall von oben nach unten geführt.
Neben den Extraktionszellen werden im Kaffee herstellenden Betrieb Behälter, Verdampfer und sonstige Anlagenteile nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gereinigt. Eine Besonderheit stellt die Reinigung von Verdampfersystemen dar. Hier kann neben der gewöhnlichen Flüssigkeitsförderung mittels Kreiselpumpe, auch eine Förderung der Reinigungschemie mittels Vakuum erfolgen. Hierbei ist es erforderlich, die Dosierung der Peroxid-Komponente so einzustellen, daß der Unterdruck aufrechterhalten wird (Entstehung von Sauerstoff < Kapazität Vakuumpumpe). Vorzugsweise erfolgt die Dosierung der Peroxid-Komponente unmittelbar vor oder direkt in den Verdampfern.
Gleiches gilt auch für andere Anlagenteile, bei denen Vakuumpumpen zur Förderung der Reinigungslösung eingesetzt werden.
Zur Herstellung der Reinigungslösung können sämtliche Wirksubstanzen einer entsprechenden Wassermenge vor oder nach dem Aufheizen einzeln zugesetzt werden. Im allgemeinen ist es aber zweckmäßiger, zur Herstellung der Reinigungslösung von zwei getrennten wäßrigen Konzentraten auszugehen, von denen das eine die Alkalikomponenten und das andere die peroxidischen Verbindungen jeweils gegebenenfalls zusammen mit weiteren Wirk- und Hilfsstoffen, in den notwendigen Mengen enthält. Die Verwendung zweier getrennter flüssiger Konzentrate erlaubt die automatische Dosierung und sorgt gleichzeitig durch die Trennung von Alkalien und peroxidischen Verbindungen für eine hohe Lagerstabilität der Konzentrate vor Gebrauch. Als weitere Hilfs- und Zusatzstoffe kommen für das Alkali enthaltende Konzentrat insbesondere Tenside und Sequestriermittel in Betracht, während in dem zweiten, peroxidische Verbindungen enthaltenden Konzentrat vorzugsweise Wirk- und Hilfsstoffe aus der Gruppe Tenside und Peroxidstabilisatoren enthalten sind.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die zu reinigenden Anlagenteile zunächst mit einer alkalischen Reinigungslösung gefüllt, die noch keine peroxidischen Verbindungen enthält und diese Reinigungslösung in der Anlage zirkuliert, bis die gewünschte Reinigungstemperatur erreicht ist. Erst zu diesem Zeitpunkt werden dann die peroxidischen Verbindungen, vorzugsweise in Form des oben erwähnten Konzentrats, der Reinigungslösung zugesetzt, wobei es besonders bevorzugt ist, diesen Zusatz unmittelbar vor den besonders stark verschmutzten Anlagenteilen vorzunehmen, um an diesen Stellen eine besonders hohe Konzentration an Aktivsauerstoff zu erzielen. Nötigenfalls kann die Zudosierung von peroxidischen Verbindungen kontinuierlich oder mehrmals im Verlauf des gesamten Reinigungsverfahrens erfolgen, insbesondere dann, wenn die Zusammensetzung der Reinigungsflotte gezielt auf eine schnelle Zersetzung der peroxidischen Verbindungen abgestellt ist.
Nach der Behandlung der Anlagen mit der alkalischen, peroxidischen Reinigungslösung werden die Anlagen vorzugsweise mit Trinkwasser gespült (Temperatur 20 bis 60 °C, Zeit 1 bis 2 Stunden)
Die Reinigungslösung kann gegebenenfalls bis zu nächsten Reinigung gestapelt werden, wobei vorzugsweise ein möglicher Abbau des Gehalts an peroxidischen Komponenten vor Durchführung weiterer Reinigungsaufgaben durch Zugabe von frischem Peroxid ausgeglichen wird. Um die organische Belastung, die in erster Linie aus der abgereinigten Verschmutzung stammt, zu reduzieren und damit die Reini- gungsleistung weitestgehend aufrechtzuerhalten, wird die Reinigungslösung vorzugsweise mittels Zentrifugen, Filter oder anderen Abscheidevorrichtungen von Partikeln befreit. Dies kann sowohl während als auch im Anschluß an die Reinigung geschehen. Je nach Wasserhärte kann ein saurer Reinigungsschritt in regelmäßigen Abständen (alle 3 bis 6 Monate) notwendig sein.
B e i s p i e l e
1. Zusammensetzung der Wirkstoffkonzentrate
In den folgenden Tabellen 1 und 2 sind die Zusammensetzung von 10 alkalischen Wirkstoffkonzentraten (A1 bis A10) und 7 Konzentraten mit peroxidischen Wirkstoffen (B1 bis B7) angegeben, die für die Zubereitung der Reinigungslösung in den im folgenden beschriebenen Versuchen verwendet wurden.
Tabelle 1 Wirkstoffkonzentrat 1 (alkalisch)
(Zusammensetzung in Gew.-%)
einer Butylgruppe und B mit einer Methylgruppe verschlossen ist. Tabelle 2 Wirkstoffkonzentrat 2 (peroxidhaltig)
(Zusammensetzung in Gew.-%)
2. Die Prüfung des Reinigungsverfahrens erfolgte im Labor an Edelstahlblechen (2 x 50 x 100 mm), auf denen im Ofen bei 200 °C Kaffeepulver (ca. 1 g) über 10 Stunden eingebrannt wurde. Die Beurteilung der Reinigungsleistung erfolgte gravime- trisch durch Auswiegen der getrockneten Bleche vor und nach der Reinigungsbehandlung unter Bezug auf das Gewicht der sauberen Bleche. Zur Reinigung wurden die Bleche jeweils für 10 Minuten in die auf 70 °C temperierte Reinigungslösung eingetaucht, die während des Reinigungsvorgangs nicht gerührt wurde. Zur Herstellung der Reinigungslösung wurden jeweils 2,5 Volumenprozent der alkalischen Konzentrate A1 bis A10 und 0,7 Volumenprozent der peroxidischen Konzentrate B1 bis B7 verwendet, wobei die peroxidischen Konzentrate erst nach Aufheizen der alkalischen Lösung zugesetzt wurden. Zum Vergleich wurden unter den selben Bedingungen Wasser, 10 %ige Natronlauge, 7,5 %ige Phosphorsäure, das Alkalikonzentrat A1 in 10 %iger Verdünnung und das peroxidische Konzentrat B2 in 10 %iger Verdünnung zur Reinigung jeweils allein eingesetzt. Nach der Behandlung wurden die Bleche in Wasser getaucht und anschließend im Wärmeschrank bei 80 °C 8 Stunden getrocknet. Die Auswertung erfolgte gravi- metrisch sowie visuell. In der folgenden Tabelle 3 sind die gefundenen Reinigungsergebnisse in Prozent angegeben, wobei 100 % eine vollständige Entfernung der Anschmutzung bedeutet. Die mit diesem einfachen Laborverfahren gefundenen hervorragenden Reinigungsergebnisse konnten im ClP-Verfahren an einer Pilotanlage zur Kaffeextraktion vollauf bestätigt werden.
Tab eile 3
Formulierung Reinigungsleistung %
Wasser 42
NaOH 50
H3PO4 40
A1 57
B2 49
A1 + B1 100
A1 + B2 95
A1 + B3 90
A1 + B4 96
A1 + B5 98
A1 + B6 90
A1 + B7 91
A2 + B1 93
A2 + B2 92
A2 + B3 89
A2 + B4 98
A2 + B5 98
A2 + B6 99
A2 + B7 92
A3 + B1 98
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Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Reinigung von Kaffee verarbeitenden Anlagen, bei dem die inneren Oberflächen der Anlagen, die mit dem Kaffee in Verbindung gestanden haben, mit einer wäßrigen alkalischen Lösung, die wenigstens eine peroxidische Verbindung enthält, behandelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Menge an Alkalien in der wäßrigen alkalischen Lösung 0,5 Gew.-% bis 10 Gew.-%, bezogen auf die gesamte wäßrig alkalische Lösung, beträgt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem in der in der wäßrigen alkalischen Lösung wenigstens 10 ppm Aktivsauerstoff und nicht mehr als 15000 ppm Aktivsauerstoff, bezogen auf die gesamte wäßrig alkalische Lösung, vorliegen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Behandlung der Oberflächen bei einer Temperatur zwischen 50 und 100 °C erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die alkalische, peroxidische Verbindung enthaltende Lösung durch die Anlage geführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der alkalischen Lösung während des Reinigungsvorganges erneut peroxidische Verbindung zugesetzt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die peroxidische Verbindung aus der Gruppe Wasserstoffperoxid, Wasserstoffperoxid abspaltende Verbindungen, organischer Persäuren und deren Mischungen ausgewählt ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die alkalische, peroxidische Verbindung enthaltende Reinigungslösung weitere Wirk- und Hilfsstoffe aus der Gruppe Tenside, Sequestriermittel, Peroxidstabilisatoren und deren Gemische enthält.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Reinigungslösung unter Verwendung zweier getrennter wäßriger Konzentrate hergestellt wird, von denen das eine Alkali, insbesondere aus der Gruppe Alkalihydroxid, Alkalicarbo- nat und deren Mischungen, sowie gegebenenfalls weitere Wirk- und Hifsstoffe, insbesondere aus der Gruppe Tenside, Sequestriermittel und deren Mischungen, und das andere wenigstens eine peroxidische Verbindung sowie gegebenenfalls weitere Wirk- und Hilfsstoffe, insbesondere aus der Gruppe Tenside, Peroxidstabilisatoren und deren Mischungen, enthält.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die peroxidische Verbindung der alkalischen Reinigungslösung erst zugesetzt wird, nachdem diese auf die für den Reinigungsvorgang vorgesehene Temperatur, erhitzt worden ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der Reinigungslösung die peroxidische Verbindung unmittelbar vor besonders stark verschmutzten Anlagenteilen periodisch oder kontinuierlich zudosiert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , bei dem die Anlage abschnittsweise gereinigt wird.
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