无菌灌装和排空

作者:Peter Krause 发布时间:2021-01-04
在食品及卫生要求严格的生产过程中实现压力平衡——为了确保储罐容器的完整性,在填充和排空储罐容器时需要保持储罐容器内的压力平衡。在进行无菌通风换气时,疏水性的PTFE多孔膜滤芯提供了可靠的压力补偿,并能保护储罐容器中的产品免受污染和细菌的侵害。

在食品及卫生要求严格的生产过程中实现压力平衡——为了确保储罐容器的完整性,在填充和排空储罐容器时需要保持储罐容器内的压力平衡。在进行无菌通风换气时,疏水性的PTFE多孔膜滤芯提供了可靠的压力补偿,并能保护储罐容器中的产品免受污染和细菌的侵害。

文/ Peter Krause

本文作者系德国Weil der Stadt市Wolftechnik公司董事总经理。


无菌通风过滤器只允许空气的进入和排出,避免了污染物、细菌和病菌的进入

在食品和饮料生产以及医药和化妆品领域,所有产品的生产过程都必须遵守非常严格的卫生法规要求。这些要求也同样适用于液体原材料和液体半成品的存储,例如,浓缩果汁、液体巧克力或者果酱的存储。现代化的储罐容器由不同壁厚的塑料或者不锈钢材料制造而成,储罐容器的高度、直径尺寸及所应用材料等参数决定了储罐容器抵抗弹性变形和塑性变形的能力以及耐高压和稳定性。储罐容器顶端具有一个在填充、灌装或者排空储罐容器时用于平衡压力的通风换气接管。如果缺少压力补偿,则储罐类容器将变形或者破裂。在食品、饮料、药品、化妆品或者超纯水等生产领域中,储罐容器设备的通风换气必须是无菌的过程,以避免细菌或污染物进入到储罐容器。为了确保这一过程的无菌性,通常会用到无菌通风过滤器。

无菌的通风换气过程

在向储罐容器灌装液体原材料时,输送泵在单位时间会将一定量的液体介质泵送到储罐容器中。如果不进行通风换气,则储罐容器中含有的气体或者气体和空气的混合物(为简明扼要,我们在后文的描述中会将其简称为“空气”)将会受到压缩。在极端情况下,储罐容器中压力可以增大到使储罐产生不可逆变形甚至爆裂的程度。借助于理想气体状态方程(pV=mRT),能够科学地描述这种压力升高的现象,这一公式也被称之为“热力学通用气体方程”。从这一方程中可以得出这样的推论:由于其可能与大气中的氧气发生氧化反应,因此与储罐容器中是否只含有空气或者储罐容器中的产品、半成品是否被附加的保护气体覆盖都没有关系。

储罐容器无菌灌装和排空过程应注意的问题

与填充、灌装过程相同,如果在没有通风换气装置的情况下将产品从储罐容器中抽取出来,产生的压力变化也会导致储罐容器发生变形。这是因为排空储罐容器实际上就是在单位时间内从容器中抽出一定的液体介质。根据理想气体状态方程可知,储罐容器内的空气在没有空气补充进来时就会产生负压。最后产生的后果是,储罐容器产生不可逆转的变形。

由于物理原因,储罐容器中的空气始终位于液体的上方,因此通风换气装置一般都位于储罐容器的顶端,至少应位于最高液位之上。储罐容器的通风换气装置安装在储罐顶端的通风换气接管上,并与换气过滤器相互连接。换气过滤器有着专用的滤芯外壳,可防止滤芯上方受到污染,起着防护的作用。

无菌通风过滤器能够确保空气顺利进出储罐容器,从而确保过滤器不会因容器内部的正压力或者负压力而受到损坏。同时,它还能防止杂物、细菌和微生物的进入。

无菌通风换气装置更换滤芯的4个步骤:1.拆卸外壳;2.取出滤芯;3.装入新的滤芯;4.重新装好外壳

利用疏水材料

生产过程中生产出来的常常是一些温度不高的液体产品,之后会在这种“冷态”下将产品灌装到储罐容器中,这一过程在食品和饮料的生产中最为常见。夏天,储罐容器和周围的空气都很热。由于内冷外热形成的温差,储罐容器的外壁上会产生冷凝水。这样就会致使储罐容器的表面以及无菌通风过滤器的表面形成水滴。当进入储罐容器的液体是温暖的或者炙热的液体时,此时由于液体与周围空气和储罐容器之间存在温差,就会在容器内部以及无菌通风过滤器罩内部形成冷凝水液滴。上述两种情况下形成的冷凝水液体的渗透性会严重地影响到无菌通风过滤器的空气流通性。当冷凝水渗透到多孔滤芯的微孔中后,就会堵塞微孔通道,阻断空气流通的渠道。若出现了这种情况,就无法通过无菌通风过滤器来保持压力平衡了。正如本文开头所述的那样,将会带来巨大的不利影响。

采用疏水性的过滤材料可解决这一问题。因为疏水性过滤材料可以防止冷凝水渗透到无菌通风过滤器的滤芯中,也就不会影响通风换气时的气流流通了。由PTFE(聚四氟乙烯)材料制成的膜是一种很好的疏水性过滤材料。最典型的实例就是利用PTFE纤维纺成的纱和织成的布:由于其有着很好的疏水性和透气性,因此常被用来制成防寒服、滑雪服以及户外爱好者的露营帐篷。这种材料同样在储罐容器的无菌通风过滤器中得到了应用。冷凝水的水滴会留在这种疏水性材料的表面,不会渗透到PTFE膜的微孔内。而且会随着水滴的聚集、变大滴落到接水槽之类的容器中或者直接从冷凝水的排水管中排出。因此,经常有水滴滴落声音的无菌通风换气装置正是其工作正常运行的状态。

过滤精度小于或等于0.2  µm的PTFE膜滤芯能够可靠地阻断细菌和病菌,多孔特性的微孔膜确保了储罐容器有着良好的通风换气性能

Wolftechnik公司研发生产的WTBE过滤器罩由PP(聚丙烯)材料或不锈钢材料制成,当与疏水性的WFPTFE膜滤芯配套使用时,可以实现储罐容器无尘和无菌的通风换气。它采用的是两体式的结构设计,包括了一个可以旋入的罩壳和一个连接部尺寸规格DN40的GF螺纹的滤器连接件。过滤器外壳分为3种不同的长度尺寸,分别可以容纳长度为5英寸、10英寸或者20英寸的WFPTFE膜滤芯(适配器编号为0号),适用于在流量为5~50 Nm3/h、压差为10~25 bar的工况中使用。

过滤精度小于或等于0.2 μm的PTFE膜滤芯能够可靠地阻断细菌和病菌。采用了疏水性PTFE膜的WFPTFE膜滤芯过滤器的过滤精度为0.05~1.0 μm。膜的材料有着很高的孔隙结构和均匀的微孔分布。

支承架、适配器和端盖的所有组成部分均由聚丙烯材料制成,并且是在无尘室中通过加热方式完成的PTFE膜热贴,无需使用添加剂或者表面活性物质。过滤面积每10英寸为0.9 m2,远远超过了同类产品的标准。这就确保了很长的使用寿命和很强的纳污能力,同时也保证了即使在很高的通风换气能力下同样可以保持较低的气压差。


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