Способ стерилизации поверхностей и устройство для стерилизации контейнеров

 

Изобретение относится к непрерывной стерилизации поверхностей в линии, заполненной асептическим веществом. В способе непрерывной стерилизации поверхностей смесью воздуха и газообразной перекиси водорода горячий воздух смешивают с полностью испаренной перекисью водорода. Испаренную перекись водорода получают путем образования тонкой пленки жидкой перекиси водорода в пористой трубе и подогрева ее. Устройство для непрерывной стерилизации включает трубу для подачи смеси горячего воздуха и испаренной перекиси водорода и множество сопел. При этом подающая труба содержит секцию, образованную пористой трубой, для подачи газообразной перекиси водорода, причем пористая труба окружена устройствами для подогрева. Изобретение позволяет обеспечить высокий КПД эффекта стерилизации, упростить конструкцию устройства. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу непрерывной стерилизации поверхностей в линии, заполненной асептическим веществом, представляющим собой смесь воздуха и газообразной перекиси водорода, в котором поток горячего воздуха подается через подающую трубу на различные поверхности, подлежащие стерилизации. Кроме того, изобретение относится к устройству для стерилизации контейнеров, использующему этот способ.

Стерилизация упаковочных материалов газообразной перекисью водорода хорошо известна специалистам. Европейская Патентная Заявка N 481361 относится к устройству для стерилизации контейнеров, включающему сопло в качестве источника жидкой перекиси водорода и подогретого воздуха для испарения указанной перекиси водорода. Недостаток этой системы заключается в том, что использование сопла для подвода жидкой перекиси водорода может привести к забиванию этого сопла и, во-вторых, более трудно обеспечить равномерное распыление и полное испарение, когда капельки должны испариться; кроме того, для специальных камер испарения часто требуется высокая температура испарения и скорость разложения перекиси водорода может быть относительно высокой. Наконец, устройство по указанному выше патентному описанию является очень сложным, что делает эксплуатацию и очистку более трудной и дорогой.

Целью изобретения является устранение указанных выше недостатков и, в особенности, поиск способа, в котором жидкая перекись водорода испаряется полностью и обеспечивается постоянная концентрация перекиси водорода в парообразной фазе и минимальное разложение перекиси водорода.

Эта задача согласно изобретению решается благодаря способу непрерывной стерилизации поверхностей в соответствии с преамбулой п. 1, при котором горячий воздух смешивают с полностью испаренной перекисью водорода, причем эта испаренная перекись водорода получена путем образования тонкой пленки жидкой перекиси водорода в пористой трубе и подогрева ее, при этом пористая труба образует часть трубы, подающей горячий воздух и диффундирующей испаренную перекись водорода в поток горячего воздуха.

Способ согласно настоящему изобретению имеет то преимущество, что перенос тепла и массы в процессе испарения значительно выше, когда тонкая пленка жидкости контактирует с горячей поверхностью, по сравнению с указанной выше технологией в соответствии с ЕР 481361, в которой капельки испаряются в потоке горячего воздуха. Поэтому образование хорошо растянутой тонкой пленки жидкой перекиси водорода обеспечивается путем использования пористой трубы.

В соответствии с изобретением под понятием поверхности имеются в виду любые типы оболочек, например упаковок, изготовленных из любого типа упаковочных материалов, например стекло, пластмасса или металл.

Нормальная температура испарения водяной фазы перекиси водорода составляет около 107^oC при приблизительном содержании перекиси водорода по весу, равным 35%; испарение перекиси водорода производится при температуре нагревающего оборудования от 110 до 130^oC. Температура должна быть достаточно высокой для того, чтобы гарантировать испарение всей перекиси водорода, однако не слишком высокой, чтобы предотвратить разложение указанной Н₂O₂: типичной температурой нагревающего оборудования является приблизительно 120^oC.

Способ в соответствии с изобретением является непрерывным и, принимая во внимание новый способ испарения, расход перекиси водорода может быть уменьшен: концентрация перекиси водорода составляет от 5 до 20 мг/литр воздуха.

Для предотвращения конденсации газообразной перекиси водорода во всем аппарате поддерживается температура порядка 120^oC. Поток горячего воздуха создается при помощи вентилятора низкого давления и простого теплообменника и может быть легко отрегулирован при помощи расходомера.

После стадии стерилизации в соответствии с концентрацией перекиси водорода может произойти конденсация указанной перекиси: в этом случае предпочтительно удалять эти остатки и иметь поток сухого воздуха, поступающего на стерилизованные поверхности при температуре порядка 120^oC.

Также предпочтительно в соответствии с изобретением обеспечить высокий коэффициент полезного действия эффекта стерилизации, который может быть гарантирован; поэтому предпочтительно иметь устройства для регулирования температуры, скорости потока горячего воздуха и концентрации перекиси водорода в смеси газов. Объемный расход горячего воздуха зависит от диаметра подающей трубы и числа контейнеров, которые должны быть стерилизованы в этой линии: обычно этот расход составляет от 20 до 50 л/мин на контейнер. Что касается концентрации перекиси водорода, она измеряется оперативно посредством фотометра или системы, основанной на термическом эффекте каталитического разложения перекиси водорода, в которой небольшое количество перекиси водорода отсасывается через измерительное устройство (фотометр или катализатор) при помощи небольшого вакуумного насоса. Методика измерений будет более подробно описана ниже.

Кроме того, изобретение относится к устройству для непрырывной стерилизации контейнеров в линии, наполненной асептическим веществом, включающей подающую трубу для подачи смеси горячего воздуха и испаренной перекиси водорода и множество сопел, через которые указанная смесь поступает на поверхности, подлежащие стерилизации, в то время как подающая труба включает секцию, образованную пористой трубой для подачи газообразной перекиси водорода в поток горячего воздуха, причем указанная труба окружена устройствами для подогрева.

Как уже было указано выше, предпочтительно, чтобы перекись водорода была испарена полностью к моменту смешения с горячим воздухом.

Пористая труба представляет собой металлокерамическую трубу, например, изготовленную из нержавеющей стали, имеющую поры диаметром от 20 до 80 микрон, предпочтительно порядка 40 микрон. Если размер пор менее 20 микрон, требуются насосы с большим давлением для жидкой перекиси водорода и имеется риск забивания пор. С другой стороны, слишком большие размеры пор приводят к риску неполного испарения перекиси водорода.

Для получения хороших результатов толщина пористой трубы должна быть выбрана очень тщательно: при тонких трубах время контакта недостаточно для возможности испарения, а при слишком толстых трубах может произойти значительное разложение перекиси водорода. Наилучшая толщина составляет от 3 до 4 мм. Что касается длины, она должна быть достаточной для того, чтобы создать адекватную скорость потока и испарения перекиси водорода, которая создает эффективную концентрацию в потоке горячего воздуха: оптимальная длина составляет от 15 до 30 см.

Жидкая перекись водорода является водным раствором. Концентрация не является критической, но предпочтительно должна составлять от 5 до 45%, наиболее предпочтительной является 35%. Как уже было упомянуто выше, выдвигается требование предотвратить любую возможность конденсации, например поступление пара из воды, содержащейся в перекиси водорода: подающая труба поэтому подогревается паром до температуры около 120^oC.

В случае устройства, которое должно эксплуатироваться в улучшенных гигиенических условиях, возможно также произвести уменьшение содержания перекиси водорода до 0; при этом имеет место понижение эффективности стерилизации вегетативных микробов, сопоставимое только со снижением количества термофильных спор под действием перекиси водорода, и это вызывает необходимость подогрева подающей трубы до 170^oC.

В устройстве в соответствии с изобретением подача газообразной перекиси водорода осуществляется через один или несколько входных патрубков в зависимости от производительности машины. Диаметр трубы, подающей горячий воздух, соответственно увеличивается.

Для измерения концентрации перекиси водорода прибор включает дополнительный фотометр или систему, основанную на каталитическом разложении перекиси водорода.

Пик кривой абсорбции перекиси водорода соответствует длине волны 200 нм. Стандартный фотометр скомбинирован с вакуумным насосом, который обеспечивает постоянство расхода для анализов газа в измерительной камере. Для удержания пробы газа на точке росы используются цилиндрические обогреваемые измерительные камеры.

Термический эффект каталитического разложения перекиси водорода может быть легко измерен при помощи маленького катализатора. Постоянная небольшая проба газа течет через маленький катализатор, который состоит из керамического пластинчатого материала, который имеет температуру 120^oC. В связи с экзотермическим разложением газообразной перекиси водорода на кислород и воду, может быть измерен значительный подъем температуры измеряемого газа между входом в катализатор и выходом из него. Этот подъем температуры может быть точно скорректирован изменением концентрации перекиси водорода.

Устройство в соответствии с изобретением представляет собой разветвленную систему труб для испаренной H₂O₂, без клапанов диафрагм и других встроенных компонентов. Надлежащее распределение газа по отдельным поверхностям обеспечивается сменными соплами, которые могут быть подобраны к соответствующим выходным патрубкам для того, чтобы обеспечить требуемый расход газа для определенной поверхности.

Обе эти контрольные системы соответствуют непрерывно осуществляемому контролю качества испарения перекиси водорода и эффекта стерилизации в процессе производства.

Воплощение изобретения будет описано со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых: фиг. 1 - схематическое изображение устройства в соответствии с изобретением и фиг. 2 - поперечное сечение части пористой трубы на фиг. 1.

На фиг. 1 показан принцип стерилизации упаковки посредством испарителя перекиси водорода. Жидкая перекись водорода (1) подается непосредственно на пористую трубу (4) посредством нагнетательного насоса (не показан), причем указанная перекись водорода испаряется под действием кожуха с парообогревом (3), подогревающим пористую трубу. Поток горячего воздуха (2) вырабатывается при помощи обычной системы низкого давления (не показана). Для того чтобы предотвратить конденсацию газообразной перекиси водорода и пара, подающая труба (10) обогревается кожухом с парообогревом (5). Упаковки (9), подлежащие стерилизации, расположены непосредственно под соответствующими соплами (8), которые распыляют смесь горячего воздуха и газообразной перекиси водорода. Измерительное устройство (6), например фотометр, расположено в линии для контроля концентрации перекиси водорода, причем часть потока, которая представляет собой пробу, контролируемую расходомером (19), отбирается из основного потока через измерительное устройство с помощью небольшого вакуумного насоса (7). Сопла (8) также снабжены парообогреваемыми кожухами (11), тем самым предотвращается любой риск конденсации во всем устройстве для стерилизации.

Метод эксплуатации описывается ниже со ссылкой на фиг. 2.

Кожух с парообогревом (3) испарителя включает две концентрические трубы (12, 13), которые подогреваются паром с температурой 120^oC, проходящим через канал (14). Жидкая перекись водорода (1), поступающая через входной патрубок (15), диффундирует через пористую трубу (4), в которой она полностью испаряется путем подогрева трубы (13), поступает в подающую трубу (10) и смешивается с подающимся горячим воздухом (2). Испаритель, кроме того, включает соединительную деталь (16), которая необходима для возможности размещения этого испарителя в подающей трубе (10). Вторая часть (20) включает выступ (17), предотвращающий непосредственное просачивание перекиси водорода в поток воздуха. Соединительное кольцо (21) объединяет соединительную часть (16) с частью (20). Принимая во внимание наличие парообогреваемого кожуха (5,11), конденсации не происходит, и смесь воздуха и перекиси водорода проходит по подающей трубе (10) к соплам (8) и производит стерилизацию контейнеров (9), которые после этого готовы для подачи на стадию сушки (не показано) и для окончательной обработки под соплом, наполненным асептическим веществом. Для стерилизации каждого контейнера обычно необходимо три секунды.

В случае, если устройство эксплуатируется с несколькими входными патрубками (15), наличие выступа (17) не является более целесообразным.

ПРИМЕР Устройство на фиг. 1 и 2 используется с перекисью водорода с концентрацией 35%, эксплуатация производится с парообогреваемым кожухом при температуре 120^oC для стерилизации контейнеров (объемом 200 мл) с применением асептических веществ. Используемая концентрация перекиси водорода в газовой смеси составляет 10 мг/литр воздуха.

Сопло (8) работает с расходом 30 л/мин для того, чтобы достичь уменьшения в десять раз 5D с Bac. Subtilis, var. globigii, продолжительность обработки составляет 3 сек.

Формула изобретения

1. Способ для непрерывной стерилизации поверхностей смесью воздуха и газообразной перекиси водорода, при котором поток горячего воздуха подают через подающую трубу на различные поверхности, подлежащие стерилизации, отличающийся тем, что горячий воздух смешивают с полностью испаренной перекисью водорода, причем испаренную перекись водорода получают путем образования тонкой пленки жидкой перекиси водорода в пористой трубе и подогрева ее, при этом пористая труба образует часть трубы, подающей горячий воздух и диффундирующей испаренную перекись водорода в поток горячего воздуха.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что испарение перекиси водорода производят при температуре от 110 до 130°С подогревающего оборудования, предпочтительно при температуре около 120°С.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что концентрация перекиси водорода составляет от 5 до 20 мг/л воздуха и расход горячего воздуха составляет от 20 до 50 л/мин.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что всю систему поддерживают при температуре порядка 120°С.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что концентрацию перекиси водорода оперативно контролируют посредством фотометра или системы, основанной на термическом эффекте каталитического разложения перекиси водорода, в которой отмеренную небольшую часть смеси направляют в фотометр или систему катализа.

6. Устройство для непрерывной стерилизации контейнеров в линии, заполненной асептическим веществом, включающее трубу для подачи смеси горячего воздуха и испаренной перекиси водорода и множество сопел, через которые эта смесь подается на поверхности, подлежащие стерилизации, отличающееся тем, что подающая труба содержит секцию, образованную пористой трубой, для подачи газообразной перекиси водорода непосредственно в поток горячего воздуха, причем пористая труба окружена устройствами для подогрева.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что пористая труба имеет достаточную длину для обеспечения адекватной скорости потока и испарения перекиси водорода.

8. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что пористая труба представляет собой металлокерамическую трубу.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что металлокерамическая труба имеет поры диаметром от 20 до 80 мкм, предпочтительно порядка 40 мкм.

10. Устройство по любому из пп.6 - 9, отличающееся тем, что подающая труба подогревается паром.

11. Устройство по любому из пп.6 - 10, отличающееся тем, что оно для оперативного режима измерения концентрации перекиси водорода содержит фотометр или систему, основанную на каталитическом разложении перекиси водорода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2