Способ получения газообразной стерилизующей среды, содержащей перекись водорода

 

Использование: пищевая промышленность, медицина, в частности стерилизация упаковочных материалов и других предметов. Сущность изобретения: способ получения газообразной стерилизующей среды, содержащей перекись водорода, включает периодическое впрыскивание жидкой перекиси водорода в нагретый поток воздуха, при этом воздух нагревают за счет контакта с нагревательным элементом, имеющим большую тепловую инерционность. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение касается способа получения газообразной стерилизующей среды, содержащей перекись водорода, который предусматривает регулируемую подачу энергии к нагревательному элементу, нагревание потока воздуха путем контактирования его с поверхностью нагревательного элемента и периодическое испарение жидкой перекиси водорода в нагретом потоке воздуха. Способ по изобретению может быть использован, в частности, для стерилизации пищевых упаковок.

Для пищевых продуктов обычно используют асептические упаковки, которые особо чувствительны к бактериальному воздействию и имеют кратковременный срок хранения. Асептические упаковки обладают многими преимуществами по отношению к другим, неaсептическим, упаковкам: например, скоропортящиеся продукты могут храниться с сохраняющейся или незначительно ухудшающейся свежестью в течение значительно более продолжительных промежутков времени хранения и кроме того могут храниться без необходимости замораживания в линии непрерывного замораживания, что значительно увеличивает и в некоторых отношениях улучшает возможности распределения продуктов, о которых идет речь. Изготовление асептических упаковок основано на том, что продуктом, который был простерилизован заранее тепловой обработкой или другими методами стерилизации, заполняют упаковку или контейнер, также стерилизованный или полученный из стерилизованного упаковочного материала, после чего контейнер герметизируют. Вся операция заполнения осуществляется в стерильной окружающей среде для избежания повторного инфицирования стерилизованного продукта. В настоящее время такое производство обычно осуществляют с помощью современных рациональных упаковочных машин, которые, например, формируют, заполняют, а также и герметизируют законченные упаковки при требуемых асептических условиях.

Используя известную упаковочную машину Tetra Rex, получают асептические упаковки однократного пользования из заранее изготовленных, с загнутыми в линию складками заготовок из прокатанного гибкого материала, обычно бумаги с термопластичным покрытием, с одним или более исполнительными слоями из других материалов. Заготовку вначале преобразуют по форме в открытую трубчатую (обычно квадратную) картонную коробку. Затем складывают и герметизируют вместе концевые части картонной упаковки, образующей ее дно. После герметизации дна, которую обычно осуществляют поэтапно на пути, вдоль которого упаковки движутся пошагово, упаковки, снабженные дном, вводят в вертикальном состоянии в зону стерилизации и заполнения, асептически экранированную от окружающей среды, для стерилизации, последующего заполнения и герметизации в стерильной атмосфере для формирования готовых асептических упаковок.

Упаковочная машина Tetra Top аналогична описанной. Единственная разница заключается в том, что трубчатые картонки вначале снабжают пластмассовым уплотнением, полученным литьем под давлением, и служащим в качестве верхнего уплотнения для готовой упаковки на одном конце картонки. Картонки с герметизированным таким образом концом после этого стерилизуют, заполняют и герметизируют их дно в положение "верх внизу".

Обычно используют газообразную стерилизующую среду, содержащую перекись водорода для стерилизации герметизируемых в дне или герметизируемых сверху упаковочных картонок, готовых для наполнения, так как газообразная стерилизующая среда может, по сравнению с соответствующей средой в виде жидкости, также легко проникнуть внутрь и стерилизовать отрытые пространства в картонках, например складки, образованные в результате операции гибки при уплотнении дна картонок. В то же время газообразная среда легче поддается отгонке вентилированием после завершения стерилизации и до операции заполнения. Кроме того, газообразная стерилизующая среда полностью устраняет опасность так называемого кромочного поглощения в отрезанных кромках картонки, которые всасывают жидкость и поэтому делают полное удаление перекиси водорода более трудным, если не невозможным. Для предотвращения опасности сопровождения остаточных количеств перекиси водорода, возникающих в результате такого поглощения кромками, необходимо, чтобы газообразная стерилизующая среда сохранялась в течение всего процесса стерилизации при температуре, которая превышает точку росы перекиси водорода, примерно 70^оС, поэтому упаковочные картонки должны быть нагреты и сохранять температуру намного выше этой точки росы, обычно примерно 80^оС, при контакте со стерилизующей средой в зоне стерилизации.

Эффективный стерилизующий газ, содержащий перекись водорода, который используется при стерилизации упаковочных материалов или упаковочных картонок для производства асептических упаковок, состоит из смеси воздух-перекись водорода, нагретой примерно до 120^оС и содержащей примерно 25 г перекиси водорода на 1 кг воздуха. Уже после очень короткого времени стерилизации, порядка 1 с, такая смесь дает результат, который полностью удовлетворяет требования по стерилизации асептических упаковок.

Газообразная стерилизационная среда, содержащая перекись водорода, производится путем разбрызгивания мелко распыленной перекиси водорода в жидкой форме на нагретую металлическую поверхность для испарения перекиси водорода, а затем путем соединения и смешивания испарившейся перекиси водорода с регулируемым потоком нагретого воздуха.

Этот способ, использующий теплопередачу от твердой поверхности к жидкой перекиси водорода, приводит к тому, что поверхность металла постепенно покрывается примесями, например стабилизаторами, обычно применяемыми в жидкой перекиси водорода, которые при высоких температурах действуют как катализаторы для разрушения перекиси водорода и способствуют разложению и разрушению части перекиси водорода при испарении.

Однако проблема, присущая каталитическому разложению перекиси водорода, может быть обойдена путем использования нагретого воздуха в качестве теплопередающей среды вместо проведения испарения жидкой перекиси водорода. Известен способ, в котором воздух, предназначенный для испарения, нагревается теплообменом нагревающим телом, которое нагревается электрически или иными средствами, до операции смешивания с жидкой перекисью водорода, введенной в поток нагретого воздуха.

Этот способ приводит к получению газообразной стерилизующей среды, содержащей перекись водорода, с хорошей стерилизационной способностью при непрерывном осуществлении, т.е. без каких-либо текущих перерывов. Это создает непреодолимые трудности в тех случаях, когда по той или иной причине, необходимо прервать процесс. Для стерилизирующего газа, получаемого при прерывистом испарении жидкой перекиси водорода, характерны резкие изменения температуры и, следовательно, переменная стерилизационная способность, которая не соответствует требованиям стандартов стерилизации. Непрерывное получение газообразной стерилизующей среды приводит к излишнему растрачиванию текучей среды, производимой между двумя последовательными операциями стерилизации картона, а также производственным и экономическим потерям.

Цель изобретения получить газообразную стерилизующую среду, содержащую перекись водорода. Этот способ основан на принципе испарения жидкой перекиси водорода с использованием нагретого воздуха в качестве испарительного агента и может осуществляться периодически при сохранении хороших стерилизационных свойств периодически получаемой текучей среды.

Кроме того, может быть легко осуществлен на практике для стерилизации взаимно последовательно транспортируемых упаковочных картонок или других предметов, без потерь стерилизационной среды.

Предлагаемый способ предусматривает прерывание подачи энергии к нагревательному элементу во время перерывов испарения, а массу и теплоемкость материала нагревательного элемента выбирают так, что его температура при отсутствии подачи энергии остается неизменной.

Так как при испарении воздушного потока постоянно поддерживается повышенная температура (которую до настоящего времени было трудно обеспечить без применения сложного устройства для регулирования температуры и энергии), требуемые предварительные условия создаются для создания газовой среды в течение всего процесса производства с целью получения равномерной, или едва меняющейся температуры, и соответственно требуемых равномерных свойств и свойств хорошей стерилизации, даже если производство осуществляется с повторяющимися короткими или длительными перерывами в испарении жидкой перекиси водорода.

Предпочтительно, чтобы жидкая перекись водорода подавалась в поток воздуха мелко распыленной. Воздух лучше использовать предварительно очищенным (отфильтрованным) и нагретым. Поток воздуха может также вводиться в прямой контакт с теплообменной поверхностью нагревательного элемента значительной массы (теплоемкости) и со значительной площадью теплообменной поверхности, которая нагревается электрически или другими средствами. Нагревательный элемент может состоять из алюминия или другого материала с большей теплоемкостью, который способен хранить значительные количества тепловой энергии и таким образом не требует непрерывной подачи энергии для поддержания его достаточно горячим для требуемого нагрева потока воздуха. Так как часть тепловой энергии, накопленной в нагретом нагревательном элементе, способствует сохранению теплообменной поверхности нагревательного элемента достаточно горячей для требуемого нагрева воздуха, то упрощается регулирование подачи тепловой энергии к нагревательному элементу.

На фиг.1-3 схематически изображен аппарат для получения и использования газообразной стерилизующей среды, содержащей перекись водорода, для стерилизации предметов, прерывисто перемещаемых во взаимной последовательности.

Система, изображенная на фиг.1-3, содержит блок 1 для прерывистого получения газообразной стерилизующей среды, содержащей перекись водорода и аппарат 2 для стерилизации объектов 3, которые перемещаются во взаимной последовательности на транспортной ленте 4, перемещающейся с перерывами в направлении стрелки А. Предметы 3 могут, в частности, представлять собой упаковочные картонки описанного типа, которые после стерилизации наполняются стерильным содержимым и после этого герметизируются в асептических условиях для образования асептических упаковок. В качестве предмета 3, кроме картонных упаковок, могут использоваться любые другие объекты, которые должны стерилизоваться в периодическом процессе.

Блок 1 включает в себя предварительный нагреватель 7, снабженный впускным отверстием 5 и выпускным отвертстием 6, при этом предварительный нагреватель 7 сообщается через впускное отверстие 5 с трубопроводом 8 для входа фильтрованного воздуха. Предварительный нагреватель 7 соединен с теплообменным элементом 11, снабженным входным отверстием 9 и выходным отверстием 10 соответственно, при этом входное отверстие 9 сообщается через трубопровод 13 с трубопроводом 12, соединенным с выпускающим отверстием 6 предварительного нагревателя 7. Трубопровод 14 ведет от выходного отверстия 10 теплообменного элемента 11, при этом трубопровод 14 соединен с входом испарительной камеры 17, снабженной входом 15 и выходом 16, при этом труба 18 вводит в испарительную камеру для регулируемой подачи (с помощью клапана 19 в трубе 18) жидкой, предварительно мелко распыленной перекиси водорода.

Трубопровод 12, соединенный с выпускным отверстием 6 предварительного нагревателя 7, далее соединяется с помощью регулирующего клапана 20 с входом стерильного фильтровального блока 23, имеющего вход 21 и выход 22. Стерильный фильтровальный блок 23 сообщается через трубопровод 24, подсоединенный к выходу 22, с трубопроводом 25, который в свою очередь связан с выходом 16 испарительной камеры 17 и снабжен регулируемым клапаном 26 между выходом 16 из испарительной камеры и сообщением с трубопроводом 24.

Согласно настоящему изобретению, теплообменный элемент 11 имеет большую массу (теплоемкость), большую площадь теплообменной поверхности и может, в частности, состоять из алюминия или другого материала с более высокой теплоемкостью, со способностью накопления значительных объемов тепловой энергии, как было упомянуто выше. Теплообменная поверхность теплообменника 11 поддерживается при требуемой равномерной повышенной температуре с помощью регулируемого нагрева его значительной массы, электрически или другими средствами, например с помощью перегретого пара.

Аппарат 2 содержит корпус 30, разделенный на отдельные камеры или зоны 27-29, при этом корпус снабжен вводным отверстием 31 и выходным отверстием 32 типа затвора для периодической транспортировки упаковочных картонок 3, стоящих на торце на ленте транспортера 4 в последовательности через камеры или зоны 27-29 в корпусе 30.

Камера 27 имеет впускную трубу 33 и выпускную трубу 34 для сквозного протока горячей текучей среды, например воздуха, для нагрева упаковочных картонок 3, в то время как камера 28 соединена с трубопроводом 25 блока 1 и содержит выпускной трубопровод 35 для обеспечения возможности сквозного протока текучих сред, необходимых для процесса стерилизации.

Камера 29 снабжена заполнительной трубой 36, через которую стерильное содержимое заполняется в стерилизованные упаковочные картонки. В камере 29 дополнительно предусмотрено устройство (не показано) для асептической герметизации заполненных упаковочных картонок до выпуска через выход типа затвора 32.

Процедура получения газообразной стерилизующей среды, содержащей перекись водорода, для стерилизации упаковочных картонок 3, использующих систему следующая.

Во время стерилизации (фиг.1) упаковочного картона 3, вводимого в стерилизационную камеру 28, клапан 20 в трубопроводе 12 закрывается, в то время как остальные клапаны, включенные в систему, т.е. клапаны 19 и 26, открыты. Отфильтрованный воздух, входящий через трубопровод 8, нагревается предварительно в нагревателе 7 примерно до 90^оС и пропускается через трубопровод 13 в теплообменный элемент 11, где он вводится в контакт с теплообменной поверхностью, нагретой примерно до 400^оС для нагрева до требуемой повышенной температуры испарения порядка 360^оС. Нагретый таким образом воздух выводится из теплообменного элемента 11 через выходное отверстие 10 и подается через трубопровод 14 в испарительную камеру 17 для смешивания с жидкой перекисью водорода и для ее испарения, причем перекись водорода подается в мелко распыленном виде через трубопровод 18 для образования готовой газообразной стерилизационной среды, содержащей перекись водорода, при требуемой равномерной, но незначительно изменяющейся температуре, и таким образом имеет хорошие равномерные стерилизующие свойства. Полученная таким образом стерилизующая среда, которая имеет температуру примерно 120^оС и содержание перекиси водорода, соответствующее примерно 25 г перекиси водорода на 1 кг поданного воздуха, выводится из испарительной камеры 17 и подается через трубопровод 25 в камеру 28 для стерилизации вышеуказанной упаковочной картонки. Израсходованная стерилизационная среда постоянно отводится из камеры 28 через выпускной трубопровод 35 в течение всего периода стерилизации.

После завершения стерилизации (фиг.2), которая занимает примерно 1 с, подача жидкой перекиси водорода прекращается, клапан 19 трубопровода 18 закрывается, в то же время как сообщение между испарительной камерой 17 и стерилизационной камерой 28 разрывается путем закрытия клапана 26 в трубопроводе 25. Клапан 20 в трубопроводе 12 открыт, посредством чего воздух, нагретый примерно до 90^оС в предварительном нагревателе 7, подают в стерильный фильтрованный блок 23, в котором его пропускают через стерильный фильтр известного типа для отделения любых микроорганизмов, которые могут присутствовать в воздухе. Отфильтрованный воздух выводится из стерильного блока 23 через трубопровод 24 и вводится через трубопровод 25 в камеру 28 для вентилирования и вывода остаточной стерилизующей среды после самого процесса стерилизации через выходную трубу 35. Вентиляция продолжается примерно в течение 0,5 с, после чего стерилизованная и продутая упаковочная картонка 3 перемещается с помощью ленточного конвейера 4 в камеру 29 для заполнения стерильным содержимым через заполнительную трубу 36 (фиг.3).

Во время этого перемещения непосредственно следующая упаковочная картонка 3, предварительно нагретая в камере 27, перемещается транспортером одновременно в стерилизационную камеру 28, при этом вышеуказанные циклы стерилизации и вентиляции повторяют в том, что клапан 20 в трубопроводе 12 закрыт, а клапаны 19 и 26 в трубопроводе 18 и трубопроводе 25 соответственно открыты для подачи газовой стерилизующей среды, свежеприготовленной в испарительной камере 17, в камеру 28. Эта процедура далее повторяется последовательно для остальных упаковочных картонок на транспортерной ленте 4, которая перемещает картонки через корпус 30 синхронным этапом с вышеуказанными стерилизацией и вентиляцией в камере 23, и последующими асептическим заполнением и герметизацией в камере 29 для получения готовых асептических упаковок, постепенно выпускаемых через выпускное отверстие 32 типа затвора.

Учитывая то, что теплообменный элемент 11 имеет большую теплоемкость и большую массу, подача энергии для нагрева теплообменной поверхности теплообменного элемента может быть периодической или регулируемой во время периода вентиляции без какой бы то ни было опасности нежелательного охлаждения теплообменной поверхности или чрезмерного нагрева воздуха, ожидающего в теплообменном элементе, так как теплообменная поверхность будет во время периодической или регулируемой подачи энергии надежно поддерживаться при требуемой ровной температуре путем нагрева от тепла, накопленного в теплообменном элементе. Таким образом, в предлагаемом способе воздух, нагретый в теплообменном элементе, сохраняется при постоянной или в любом случае незначительно меняющейся температуре испарения, когда он выходит из теплообменного элемента и подается в испарительную камеру 17, даже если производство газообразной стерилизационной среды, содержащей перекись водорода, должно осуществляться с очень частыми перерывами, будь они краткими или длинными, в подаче жидкой перекиси водорода.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет используя простое, легко регулируемое оборудование, производить газообразную стерилизующую среду, содержащую перекись водорода, при обеспеченной равномерной или незначительно меняющейся температуре и с соответственно стабильными, хорошими стерилизационными свойствами для эффективной стерилизации упаковочных картонок или других прерывисто перемещаемых по конвейеру элементов, без необходимости выброса полученной среды.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГАЗООБРАЗНОЙ СТЕРИЛИЗУЮЩЕЙ СРЕДЫ, СОДЕРЖАЩЕЙ ПЕРЕКИСЬ ВОДОРОДА, включающий регулируемую подачу энергии к нагревательному элементу, нагревание потока воздуха путем контактирования его с поверхностью нагревательного элемента, периодическое испарение жидкой перекиси водорода в нагретом потоке воздуха, отличающийся тем, что во время перерывов в испарении прерывают подачу энергии к нагревательному элементу, а массу и теплоемкость материала нагревательного элемента выбирают так, что его температура при отсутствии подачи энергии остается неизменной.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкую перекись водорода подают в поток воздуха в мелкораспыленной форме.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют отфильтрованный и предварительно нагретый атмосферный воздух.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что поток воздуха вводят в прямой контакт с поверхностью нагревательного элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3