-
Durchlaufverfahren zur Hitze-
-
sterilisierung und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Durchlaufverfahren zur Hitzesterilisierung von in fest
geschlossenen Behältern befindlichen Flüssigkeiten oder festen Substanzen sowie
Infusionslösungen, biologischen Lösungen und Vollkonserven für die Ernährung, wobei
die Behälter in der Erhitzungszone durch einen Ber.eich von gespannten und gesättigten
Wasserdampf und danach durch eine Kühlzone transportiert werden.
-
Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung
dieses Verfahrens mit zwei benachbarten Transportbereichen, in deren einem Sterilisiertemperatur
herrscht und deren anderen das Kühlmittel einwirkt.
-
Kontinuierliche Durchlaufverfahren zeichnen sich gegenüber Chrgenprozessen
durch einen besonders guten thermischen Wirkungsgrad, kürzere Behandlungszeiten
und damit verbundenen Produktverbesserungen aus und sind weniger lohnintensivO Beispielsweise
aus der US-patentschrift 2 760 873 ist ein Durchlaufveifahren bekannt, in welchem
das Sterilisiergut etwa oben durch eine Schleuse in eine kreisförmige
Bahn
eingegeben wird, der Dampf als Sterilisiermedium zugeführt wird. Aus dieser kreisförmigen
Bahn wird das Sterilisiergut etwa in mittlerer Höhe entnommen und in eine Rohranordnung
übergeführt, die im wesentlichen U-formig ausgebildet und einen nach oben gerichteten
Abschnitt aufeist, der mit Wasser gefüllt ist und als Kühlzone dient. Zwischen dem
Wasser und der kreisförmigen Bahn ist an dem nach unten gerichteten Abschnitt eine
Luftquelle angeschlossen, durch welche Luft in Abhängigkeit von der Regelung durch
einen Thermostaten eingeführt wird0 Bei dieser bekannten Ausführung entsteht ein
Dampf-LuftgemiSch als Sterilisiermedium, das kein zeitlich einheitliches Temperaturaufkommen
im Sterilisiergut ermöglicht und lange Aufheizzeiten durch die Behinderung des Kondensationsvorganges
des Wasserdampfes durch die Anwssenheit der Luft mit sich bringt. Dabei ist zu berücksichtigen,
daß bei der Anwendung einer Wasserdampf-und Luftkompensation deshalb kein einwandfreier
Temperaturausgleich erzielt werden kann, weil sich die spezifisch schwerere Luft
größtenteils in dem unteren Bereich einer Einrichtung aufhält. Durch die schlechte
Wärmeleitfähigkeit der Luft bleibt aber auch nach längerer Einwirkungszeit die Temperatur
im Sterilisiergut unterhalb eines beabsichtigten Konservierungewertes.
-
Bei einer Hitzesterilisierung im sogenannten Chargen prozeß bei welchem
ein Gerät beladen wird und dann die Verfahrensabläufe der Sterilisation durch gesteuerte
Einführung der medien herbeigeführt werden, ist es aus dem DBP 1 933 542 bekannt,
nicht kondensierbare Druckkompensations3ase anzuwenden. SQçhe nicht kondsnsierbaren
Gase sind beispielsweise Wasserstoff oder Helium, die auch im Zusammenhang mit der
Erfindung verwendbar sind und die besondere Vorteile haben, wenn als Sterilisiermedium
gespannter und gesättigter Wasser dampf verwendet wird. Aus der genannten Literaturstelle
ergibt
sich, daß die Sterilisation technologisch dann hervorragende Ergebnisse zeigt, wenn
der reine Wasserdampf mit seinem hohen Wärmeübergangswert im kondensierenden Zustand
wirksam wird, dh. wenn das Sterilisiermedium Dampf vom Druckkompensationsgas im
Behandlungsraum während der Erhitzung getrennt gehalten wird. Unter Behandlungsraum
ist bei der bekannten Ausführung ein solcher zu verstehen, in welchem das Sterilisiergut
in Käfigen oder Paletten großer Packungsdichte behandelt wird, wie es in Autoklaven
üblicherweise geschi.eht.
-
Bei den bekannten Durchlaufverfahren oder Vorrichtungen für dieses
Verfahren ist eine solche Trennung deshalb nicht möglich, weil im allgemeinen Dampf
von oben zugeführt wird, bzw. der Erhitzungsbereich, d.ho der eigens liche Sterilisierraum,
unmittelbar an andere Bereiche anschließt, in denen sich als Kühlflüssigkeit Wasser
befindet. Dadurch ergeben sich die nachteiligen Vermengungen, die oben erwähnt sind.
Bekanntlich besteht ein Sterilisierprozeß aus den Phasen Erhitzung und Kühlung.
Die Erhitzung findet bei z.B. 121 CO Wasserdampf und die Kühlung durch Kühl- und
Sprühwasser bei ca 15 CO statt, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einleitend
angegebenes Durchlaufverfahren und eine Vorrichtung der angegebenen Art dahingehend
zu verbessern, daß in einem kontinuierlichen Durchlaufprozeß eine Vermischung des
Sterilisiermedlume einerseits und des Kühlmediums sowie des nicht kondensierbaren
Gases zur Druckkompensation andererseits verhindert wird, wobei ein schleusenloser
Durchgang der Behälterbahn gewährleistet sein soll.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Behälter
zwischen der Erhitzungszone und der Kühlzone durch ein nicht kondensierbares Gas
transportiert werden, das den reinen Wasserdampf in der Erhitzungszone und das Kühlmittel
in der Kühlzone voneinander trennt und den Druckunterschied zwischen beiden Zonen
kompensiert. Durch Verwendung eines nicht kondensierbaren
Gases,
das geringere Dichte hat, bzw. spezifisch leichter als Wasserdampf ist, wird ermöglicht,
daß Erhitzungs-und Kühlzone in einem erhöhten Bahnabschnitt der Transportbahn ineinander
übergehen, aber durch ein gasförmi ges medium voneinander getrennt sein können,
das zugleich eine Druckkompensation ausübt, und einen Wärmen fluß von der Erhitzungszone
in die Kühlzone weitgehend verhindert.
-
Einbezogen wird dabei zweckmäßig ein Gas geringerer Dichte, z.B. Helium,
Wasserstoff, aber besonders Luft, wenn unter Temperatureinfluß ihre Dichte unter
der des Wasserdampfes gehalten wird. Dabei wird eingehaiten, daß das nicht kondensierbare
Gas spezifisch leichter als Wasserdampf ist und insbesondere aus erhitzter Luft
besteht.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen,
daß einer mit Luft gefüllten Bahn für das Sterilisiergut, die zwei nebeneinander
angeordnete, oben verbundene im wesentlichen senkrechte Transportstrecken aufweist,
Dampf zugeführt wird, bis eine Temperatur von z.B. 121 Co erreicht ist, wobei Dampf
in die nach oben gerichtete Transportstrecke eingeführt wird und das enthaltene
zugeführte spezifisch leichtere Trennmedium, insbesondere Luft, erhitzt und in den
oberen Verbindungsabschnitt verlagert wird, worauf in die andere nach unten gerichtete
Transportstrecke Kühimedium eingespritzt wird und der sich dabei ergebende Gesamtdruck
durch einen Anschluß für das nicht kondensierbare Gas und durch die druckabhängige
Einführung des Kühlmediums geregelt wird. Daraus ergibt sich, daß nach der Erfindung
die Behandlung des Sterilisiergutes in zwei Räumen stattfindet, in welchem die Erhitzung
und die Kühlung getrennt erfolgt. Die Räume sind oberhalb gas.
-
dicht mit einem Querteil verbunden, in welchem sich das Druckkompensationsmittel,
z.B. Helium, Wasserstoff oder Luft befindet, so daß eine Trennung der beiden Räume
durch das Druckkompensationsgas erfolgt. Im Kühlraum befindet sich ebenfalls das
Druckkompensationsgas. Das
Sterilisiergut durchläuft nach Einfahren
in die Vorrichtung zuerst den luftfreien mit Wasserdampf gefülle ten Erhitzungsteil
mit einer vorgeschriebenen Geschwindigkeit und wandert durch die Druckkompensationszone
des nichtkondensierenden Gases in den Kühlteil. Die Kühlung selbst wird vorzugsweise
über ein Düsensprühsystem mit Kühlwasser durchgeführte Die Erfindung schließt nicht
aus, daß die Kühlung über ein Wasserbad erfolgt. Es versteht sich, daß das Ein-
und Ausgeben des Gutes in bekannter Weise über Druckschleusen erfolgt, welche die
unter Gas und Wasserdampf stehenden Behandlungsräume gegen die Außenatmosphäre sichern.
-
Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist das Einschleusen des Stsrilisiergutes
ohne Luftbeimischung in den Erhitzungsraum. Bei dichten Packungen, z.B. Paletten,
setzt sich die kalte Luft in den Zwischenräumen der Packungen fest und verhindert
ein gleichmäßiges Temperaturaufkommen im Sterilisiergut.
-
Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht im Hinblick auf die
benachbarten Transportbereiche vor, daß diese Transportbereiche gasdicht abgeschlossen
sind und oben gasdicht nach außen miteinander in Verbindung stehen, während sie
unten mit Eingangs- und Ausgangsschleusen zur drucklosen Einbringung und Ausbringung
des Sterilisiergutes mit der Umgebung verbindbar sind, und daß im Verbindunysbereich
oben das nicht kondensierbare Gas vorgesehen ist, während in dem Erhitzungsbereich
Düsen zur Einbringung von reinem Wasserdampf und in dem Kühlungsbereich Düsen zur
Einbringung von Wasser vorgesehen sind0 Unter der Voraussetzung, daß mit einem bestimmten
Arbeitsdruck in der Größenordnung von ca 3,0 atü gearbeitet wird, sie eine zweckmäßige
Ausgestaltung vor, daß Dampf und Wasser mit einem Vordruck einführbar sind, der
zwei- bis dreimal höher liegt als der Arbeitsdruck in den Behandlungszonen.
-
Gemaß einer Ausfahrung der Erfindung werden zur Aufnahme des Sterilisiergutes
Käfige oder Paletten verwendet, welche
eine hohe Packungsdichte
erlauben, wobei über eine Wasserschleuse die Entfarnung der Luft aus den packungazwischenräumen
erfolgt, damit der Erhitzungsprozeß auch bei dichten Packungen gleichmäßig verläuft.
Die hohe Packungsdichte gegenüber den bekannten Durchflußsystemen mit Einzeleingabe
der Sterilisiereinheiten gewährleistet wesentlich höhere Durchsatzkapazitäten. Erfindungsgemäß
wird das in der Eingabeschleuse anfallende Kondensat zur Vurwärmung des Sterilisiergutes
benutzt.
-
Die Erfindung macht es erstmals möglich, in reinem Wasserdampf in
der Erhitzungszone einen kontinuierlichen Durchlaufprozeß unter ökonomischer Trennung
des Erhitzungsmediums vom Kühlmedium ohne Zwischenschaltung von druckdichten Schleusen
und unabhängig von der Art der das Sterilisiergut aufnehmenden Behälter und ihrer
Packungsdichte durchzuführen0 Das wird durch Anwendung des nicht kondensierbaren
Gases mit geringerer Dichte als Wasserdampf erreicht.
-
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausfihrungsbeispiels
beschrieben, dessen zur Durchführung des Verfahrens zugrunde liegende Vorrichtung
lediglich schematisch in ihren wesentlichen Teilen gezeigt ist. In der Zeichnung
zeigen: Fig.1: einen schematischen Querschnitt ourch sine varteilhafte Ausführung
der Vorrichtung, Fig.2: eine Teildarstellung von Fig.1 in Seitenansicht und im Schnitt.
-
In allen Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
-
In der Zeichnun3 bezeichnen 1 den Behandlungsraum für die Erhitzung
des Sterilisiergutes und 2 den Behandlungsraum für die Kühlung. Die Räume 1, 2 und
3 stehen unter dem Druck der Summe der Vartlaidrücke von Sattdampf und nicht kondenw
sierbaren Druckkompensationsgas. mit 4 und 5 sind die Ein und Ausgabeschleusen mit
ihren Schließungs- und Öffnungsorganen, insbesondere Schiebern 5 und 7 außen und
6a und 7a innern bezügliob der
Schleusen 4, 5 dargestellt. Die
zu jeder Schleuse gehörenden Schieber werden wechselweise betätigt, damit lediglich
ein Druckausgleich zu dem außen anschließendenden Raum an einer Seite durchgeführt
werden kann, während der andere Anschluß gesperrt bleibt, Es ist erkennbar, daß
in den unter Wasser stehenden Schleusenkammern 4, 5 und den außen davor befindlichen
Kammern Rollenbahnen 20, 21 angeordnet sind, die angetrieben sind und über welche
Behälter, insbesondere Paletten 19 mit Be" hälter, in Richtung der eingezeichneten
Pfeile bei Öffnung der Schieber transportierbar sind.
-
innerhalb des Raumes 1 transportiert die Transportbahn 20 eine Palette
auf eine senkrechte Transportstrecke 22. Diese Transportstrecke hat beispielsweise
unten auf einer Welle 23 zwei oder mehr Antriebsräder 24, 25 für Transportketten.
Diesen Antriebsrädern sind oben entsprechende Antriebsräder 26, 27 bzw. Antriebsradpaare
zugeordnet, so daß einzelne Tragabschnitte 28, 29 mit Paletten nach oben transportierbar
sind. Der bereits erwähnte Raum 3, der den Raum 1 mit dem Raum 2 verbindet, weist
eine in Richtung des Pfeils 30 wirkende bertrgungseinrichtung für die Paletten auf
eine nach unten gerichtete Transportstrecke auf. Letztere Trans portstrecke hat
oben die Kettenumlenkräderpaare 16,35 und unten die entsprechenden Umlenkräderpaare
31, 32, die auf einer Verlängerung der Welle 23 sitzen. Diese wird durch eine Antriebsgetriebeeinheit
17 angetrieben, wobei ein Schrittschaltwerk ausgebildet sein kann, das einen schrittweisen
Vortrieb ermöglicht, um jeweils eine Zuführung einer Palette aus der Schleuse 4
auf einen Tragabschnitt 28 und eine Abführung einer Palette auf einen Tragabschnitt
34 durch die von dem Schieber 7 a freigegebene Öffnung auf die Transportstrecke
21 zu ermöglichen. Die Tragabschnitte 28, 34 können beispielsweise von Winkeleisen
18 (Fig. 2) an der Transportstrecke gebildet sein.
-
In dem Sterilisierraum 1 ist ein Düsensystem 8 aus zahlreichen über
die Höhe des Raums 1 angeordneten Düsen angeordnet. Dieses Düsensystem steht über
eine Zuleitung 36
und ein Ventil 10 mit einer Dampfquelle 9 in
Verbindung.
-
Das Ventil 10 ist über eine Steuerleitung 37 mit einem in den Raum
1 mündenden Thermostaten 38 verbunden.
-
In den Raum 2 mündet ein Düsensystem 11, das über eine Zuleitung 39
und ein Ventil 13 mit einer Druckwasserquelle 12 verbunden ist. Das Ventil 13 steht
über eine Funktionssteuerleitung mit einem Thermostaten 40 in Verbindung, um in
Abhängigkeit von der im Raum 2 herrschenden Temperatur Kühlmedium zuzuführen.
-
Der mit 3 bezeichnete Querraum ist über eine Leitung 41 und ein Ventil
mit einer Quelle bzw. Zu- und Abführungseinrichtung 14 für das Kompensationsgas
verbunden, wobei das Ventil 15 über eine Funktionsleitung 42 mit einem Druckmesser
43 in Verbindung steht.
-
Zur Vorrichtung gehören ferner alle meß- und Regeleinrichtungen für
Temperatur, Druck und Transportgeschwindigkeit, Regelung des Wasserniveaus in den
Behandlungsräumen 1 und 2 und der damit verbundenen Druckschleusen 4 und 5 sowie
Abführung des überschüssigen Kühlwassers und des Kondensates aus den Räumen 1 und
2.
-
Der Prozeß wird wie folgt beschrieben. Die Druckschleu sen 4 und 5
der Behandlungsräume 1 und 2 sind bis zum angezeigten Niveau überflutet. Die Behandlungsräume
1, 2 und 3 stehen unter dem Druck der Außenluft. Die Schieber 6 a und 7 a der Schleusen
4 und 5 sind geschlossen.
-
Paletten 19, gefüllt mit Sterilisiergut, liegen in der Vorlaufstrecke
und vor und in der Schleuse 4.
-
Zunächst wird die Anlage leer auf Sterilisierbedingungen gefahren.
Das Ventil 10 wird geöffnet und Dampf strömt aus einem Dampfnetz mit Überdruck über
die Düsen 8 in den Dehandlungsraum so lange, bis die Temperatur im Raum den Sollwert,
z,B. 121 Co, erreicht hat. Das Druckkompensationsmittel, z.B. Luft, wird erwärmt
und verlagert sich infolge sehr geringer Dichte zum Wasserdampf in den Raum 2
und
3. Der Druck in den-R-umcn 1, 2 und 3 steigt an und erreicht bei der Sattdmpftemperatur
im Raum 1 von zOB.
-
121 CO, entsprechend seinem Partialdruck von 1,1 atü als Sterilisiertemperatur,
einen Gesamtdruck, der oberhalb dieses Druckes, Z.80 3,0 atü, liegt. Im gesamten
Raum 1 herrscht jetzt eine gleichmäßige Temperatur von 121 CO.
-
Das Ventil 13 wird geöffnet und Sprühwasser stromt unter hohem Druck
aus dem Netz 12 über die Düsen 11 in den Behandlungsraum 2. Dieser Raum wird beaufschlagt
durch das Druckkompensationsgas und das Sprühwasser. Der vorgege bene Gesamtdruck
von z.B. 3,0 atü wird betriebsmäßig durch das Ventil 15 geregelt, während die Sattdampftemw
peratur und damit der Satt dampfdruck über einen Temperaturregler 18 gesteuert wird,
welcher auf das Ventil 10 einwirkt Nach der Erfindung wird der Wasserdampf im Raum
1 nicht in unmittelbare Berührung oder Vermischung mit dem Sprühwasser in Raum 2
kommen, was durch das wärmeisolierende Trennmittel Druckkompensationsgas in Raum
3 gewährleistet wird. Danach ergibt sich eine Temperaturverteilung in der Anlage
wie folgt: im Behandlungsraum 1 herrscht bis zum Übergang in den Raum 3 eine gleichmäßige
Sterilisiertemperatur von .Bo 121 Co, im Raum 3 nimmt die Temperatur in Richtung
Kühlstrecke ab, welche am Eingang des Raumes 2 unterhalb von 100 CO liegt, im Raum
2 wird die Temperatur jetzt fortlaufend durch den Kühlprozeß auf Raumtemperatur
abgebaut, Das Getriebe 17 regelt den Durchlauf der Paletten im Sinne der angegebenen
Pfeilrichtungen. Geschieht dies als Schrittschaltwerk, so laufen folgende Funktionen
ab:
1. Über Schieber 6 läuft eine Palette in oie druckentlastete
Schleuse 4 ein, 6 wird geschlossen.
-
2. Druckausgleich zwischen Schleuse 4 und Behandlungsraum 1 unter
Einhaltuny des Wasserniveaus.
-
3. Schieber 6 a öffnet und eine Palette läuft in die Aufnahme 18 des
Transportsystems. Schieber 6 a SchlieOt.
-
4. Das Transportsystem wandert um einen Schritt weiter, angetrieben
durch das Schrittschaltwerk 17. Die Paletten ourchlaufen den Erhitzungsraum.
-
Auf der Ausgabeseite vollzieht sich zur gleichen Zeit über die Schleuse
5 derselbe Rhythmus, wenn das Durchlaufsystem voll beladen ist, Eine nicht dargestellte
Vorrichtung setzt die Palette 19 am höchsten Punkt des Behandlungsraumes 1 durch
den Raum 3 in der angegebenen Pfeilrichtung in das Transportsystem 16 zur Kühlbehanldung
in den Raum 2 um.
-
Die Paletten durchlaufen den Kühl raum und die Schleuse 5 zur Entnahme.
-
Es versteht sich, daß Einrichtungen zur Abführung des überschüssigen
Kühlwassers aus Raum 2 und des Kondensates, welches durch die Aufheizung des Sterilisiergutes
anfällt, aus Raum 1 niveaugeregelt vorgesehen sind.
-
Auf diese Weise kann pro minute 1 Palette sterilisiert entnommen werden,
was Kapazitäten von ca 6000 1/1 Dosen pro Stunde entspricht0 Das ist die 6~fach
Leistung eines üblichen Chargenautoklaven bei etwa gleichem Bauvolumen.
-
L e e r s e i t e