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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Aufrechterhaltung der Druckdifferenz in einer Wärmebehandlungsanlage
für flüssige Lebensmittelprodukte,
wobei das Verfahren so gestaltet ist, daß in einer Produktionsunterbrechung
bewirkt wird, daß das
unzureichend behandelte Produkt durch einen Rücklauf zurückgeleitet wird.
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STAND DER TECHNIK
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Das Verfahren ist zur Anwendung in
einer Anlage zur Wärmebehandlung
in der im schwedischen Patent SE 9203213-5 beschriebenen Ausführung vorgesehen.
Eine solche Wärmebehandlungsanlage
wird dazu verwendet, flüssige
Lebensmittelprodukte, wie beispielsweise Milch, zu pasteurisieren.
Die Anlage umfaßt
im wesentlichen einen Plattenwärmetauscher,
der in einen Kühlerabschnitt,
einen oder mehrere Regenerativabschnitte und einen Erhitzerabschnitt
unterteilt ist. Die Anlage beinhaltet auch eine normalerweise außerhalb
des Wärmetauschers
plazierte Rückhaltezelle,
Pumpen, einen Ausgleichstank und eine Anzahl von Druck- und Temperaturmessern.
Weitere Bauteile, die auch zur Anlage gehören können, sind ein Abscheider,
Standardisierungsausrüstungen
und ein Homogenisator. Die verschiedenen Teile der Anlage sind mittels
Leitungen miteinander verbunden, um eine Einheit zu bilden. Die
Einheit stellt eine Anlage zur Wärmebehandlung von
flüssigen
Lebensmittelprodukten, einen Pasteurisierapparat, dar.
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Die Wärmebehandlungsanlage ist dafür vorgesehen,
das Produkt auf eine gewisse vorgewählte Temperatur zu erwärmen und
das Produkt für
einen gegebenen Zeitraum auf dieser Temperatur zu halten. Die bei
der Pasteurisierung zum Einsatz kommende Temperatur beträgt normalerweise
72–75°C, und das
Zeitintervall beträgt
15–20
Sekunden.
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In der vorgesehenen Wärmebehandlungsanlage
werden Regenerativabschnitte verwendet, d. h. das erwärmte, fertig
pasteurisierte Produkt, das sich auf seinem Weg aus der Anlage heraus
befindet, wird dazu benutzt, das in die Anlage eintretende kalte
Produkt zu erwärmen.
Als eine Folge dieses Verfahrens wird in der Anlage ein hoher thermischer
Wirkungsgrad erzielt. Gleichzeitig muß dafür gesorgt werden, daß sichergestellt
wird, daß das
pasteurisierte Produkt einen höheren
Druck als das unpasteurisierte Produkt aufweist, damit, falls zwischen
den Platten im Wärmetauscher
eine Undichtigkeit auftritt, nicht die Gefahr besteht, daß unpasteurisiertes
Produkt als Leckage in das pasteurisierte Produkt gelangt. Das Problem
kann dadurch völlig
ausgeschlossen werden, daß einfach
Wasser als das Wärmeübertragungsmedium
verwendet wird, wodurch jedoch der Wirkungsgrad der Anlage radikal
reduziert wird. Es kann auch ein Wärmetauscher mit Doppelplatten
mit einem Abstand zur Ableitung von Produktleckagen verwendet werden,
aber dadurch wird die Anlage beträchtlich verteuert.
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Es wird somit angestrebt, das pasteurisierte Produkt
unter einem Überdruck
zu halten, wodurch sich ein Problem ergeben kann, da es im Falle
einer Produktionsunterbrechung zu einem vorübergehenden Druckabfall kommen
kann. Die Behörden
in verschiedenen Ländern
werden in Zukunft wahrscheinlich strengere Vorschriften zur Pasteurisierungssicherheit
erlassen und als Folge davon fordern, daß es möglich sein muß, die Druckdifferenz
aufrechtzuerhalten, damit nicht die Gefahr besteht, daß unpasteurisiertes
Produkt das bereits pasteurisierte Produkt infiziert.
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Bei Produktionsunterbrechungen, wie
beispielsweise Temperaturveränderungen
des in den Pasteurisierapparat eintretenden Produkts, kurzzeitige
Unterbrechungen der Dampfzufuhr oder Veränderungen des Fettgehalts des
Produkts, kann ein Produkt, das die korrekte Temperatur nicht erreicht
hat, den Erhitzerabschnitt verlassen. Ein solches unvollständig erwärmtes Produkt
wird zu einem Ausgleichstank zurückgeleitet
oder alternativ über
einen größeren oder
kleineren Teil des Plattenwärmetauschers
zurückgeführt. Während dieser
Zeit muß die Betriebssicherheit
durch Aufrechterhaltung eines auf das bereits pasteurisierte Produkt
einwirkenden Überdrucks
gewährleistet
bleiben. Je länger
die Stillstandszeit der Anlage andauert, um so schwieriger ist es,
den Überdruck
aufrechtzuerhalten.
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In der EP-A-0554961 wird ein Verfahren
zur Wärmebehandlung
eines Produkts, das einen Rücklauf
mit einem höheren
Druck umfaßt,
beschrieben.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, in einer einfachen und zuverlässigen Weise sicherzustellen,
daß der
auf das pasteurisierte Produkt einwirkende Überdruck aufrechterhalten wird,
wenn im Zusammenhang mit einer Produktionsunterbrechung ein vorübergehender
Druckabfall auftritt.
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LÖSUNG
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Diese und andere Aufgaben werden
gemäß der vorliegenden
Erfindung dadurch erfüllt,
daß das in
seiner Gestaltung einleitend beschriebene Verfahren das kennzeichnende
Merkmal aufweist, daß die Druckdifferenz
nach einem erfolgten Rücklauf
dadurch aufrechterhalten wird, daß das behandelte Produkt in
einer Leitung auf der nachgeschalteten Seite der Anlage eingeschlossen
wird und daß dort der
Raum für
das Produkt dadurch eingeschränkt wird,
daß ein
Gas in die Produktleitung eingeleitet wird.
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Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens
gemäß der vorliegenden
Erfindung weisen weiterhin die in den beiliegenden Unteransprüchen formulierten
kennzeichnenden Merkmale auf.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
BEILIEGENDEN ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung werden nunmehr nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen ausführlicher
beschrieben; dabei sind:
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1 ein
Fließschema
einer Wärmebehandlungsanlage
gemäß einer
ersten Ausführungsform;
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2 ein
Fließschema
einer Wärmebehandlungsanlage
gemäß einer
zweiten Ausführungsform;
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3 ein
Fließschema
einer Wärmebehandlungsanlage
gemäß einer
dritten Ausführungsform;
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4 ein
Fließschema
einer Wärmebehandlungsanlage
gemäß einer
vierten Ausführungsform; und
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5 eine
Darstellung eines Ausdehnungsabschnitts einer Produktleitung gemäß der dritten und
der vierten Ausführungsform.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine Wärmebehandlungsanlage in der
Ausführung,
in der das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung angewendet werden kann, ist in den 1–4 dargestellt. Das Produkt
tritt durch eine Leitung 1 in die Anlage ein, passiert
einen Ausgleichstank 2 und wird mittels einer Pumpe 3 über einen Druckanzeiger 4 in
denjenigen Teil eines Plattenwärmetauschers 5 eingeleitet,
der aus einem Regenerativabschnitt 6 besteht. In den 1–4 ist
ein Regenerativabschnitt 6 dargestellt, aber der Wärmetauscher 5 kann,
abhängig
von der Konstruktion der Anlage, zwei oder mehrere Regenerativabschnitte 6 beinhalten.
Im Regenerativabschnitt 6 wird das in die Anlage eintretende
Produkt durch das aus der Anlage austretende erwärmte Produkt erwärmt.
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Zwischen den verschiedenen Regenerativabschnitten 6 in
einem Wärmetauscher 5 kann
die Anlage auch einen Abscheider, Standardisierungsausrüstungen
und einen Homogenisator beinhalten. Diese Teile sind in den Zeichnungen
jedoch nicht dargestellt.
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Nach dem Regenerativabschnitt oder
den Regenerativabschnitten 6 passiert das Produkt einen Druckanzeiger 7 und
eine Druckerhöhungspumpe 8, bevor
es weiter zum Erhitzerabschnitt 9 des Wärmetauschers 5 gelangt.
Im Erhitzerabschnitt 9 wird das Produkt mit heißem Wasser
oder Dampf, das bzw. der durch eine Leitung 10 in den Wärmetauscher 5 eingeleitet
wird, erwärmt.
Das Produkt im Erhitzerabschnitt 9 soll eine gewisse vorgewählte Temperatur, normalerweise
72– 75°C, erreichen.
Die Druckerhöhungspumpe 8 kann
alternativ aus einem Homogenisator bestehen.
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Danach gelangt das auf ein vorgewähltes Temperaturniveau
erwärmte
Produkt weiter zu einer Rückhaltezelle 11.
Die Rückhaltezelle 11 besteht
normalerweise aus einer schneckenförmigen Leitung, in der das
Produkt über
einen gegebenen Zeitraum zurückgehalten
wird. Ein normaler Zeitbereich liegt bei 15 bis 20 Sekunden. An
einem (nicht dargestellten) Temperaturanzeiger nach der Rückhaltezelle 11 wird abgelesen,
ob das Produkt auf der gewünschten Temperatur
gehalten wird.
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Nach der Rückhaltezelle gelangt das Produkt
in ein Rücklaufventil 12.
Wenn die korrekte Temperatur erreicht und während der erforderlichen Zeit aufrechterhalten
wurde, hat das Produkt eine ausreichende Behandlung erfahren, und
das somit fertig behandelte Produkt wird im Regenerativabschnitt 6 dazu
verwendet, das in die Anlage eintretende Produkt zu erwärmen. Wenn
die korrekte Temperatur nicht erreicht wurde oder es nicht möglich war,
sie während
der erforderlichen Zeit aufrechtzuerhalten, findet im Rücklaufventil 12 ein
Rücklauf
statt, und das unzureichend behandelte Produkt gelangt durch eine Rücklaufleitung 13 zurück zum Ausgleichstank 2.
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Bei normaler Produktion ohne Unterbrechungen
passiert das fertig behandelte Produkt somit noch einmal den Regenerativabschnitt
oder die Regenerativabschnitte 6, und das erwärmte Produkt
auf der nachgeschalteten Seite 14 des Wärmetauschers 5 bewirkt
eine Vorerwärmung
des kalten Produkts auf der vorgeschalteten Seite 15 des
Wärmetauschers 5.
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Vom Regenerativabschnitt 6 aus
gelangt das Produkt anschließend
in einen Kühlerabschnitt 16, der
auch einen Teil des Wärmetauschers 5 bildet.
Im Kühlerabschnitt 16 wird
das Produkt gekühlt,
normalerweise mittels kaltem Wasser. Kaltes Wasser oder ein anderes
Kühlmittel
gelangt über
eine Leitung 17 in den Wärmetauscher.
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Nach dem Wärmetauscher 5 passiert
das Produkt einen Neudruckanzeiger 18 sowie ein Konstantdruckventil
oder Gegendruckventil 19. Das Druckventil 19 stellt
bei normaler Produktion sicher, daß die nachgeschaltete Seite 14 des
Wärmetauschers 5 einen
höheren
Druck als die vorgeschaltete Seite 15 des Wärmetauschers 5 aufweist. Über ein Absperrventil 20 gelangt
das nunmehr fertig behandelte Produkt weiterhin in eine Leitung 21,
um zu einer Befüllungsmaschine
transportiert zu werden, wo das Produkt in Verbraucherverpackungen
abgefüllt wird,
oder alternativ vor dem Verpacken einer weiteren Produktverarbeitung
zugeführt
zu werden.
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Die Druckdifferenz in einer Wärmebehandlungsanlage
ist die Differenz zwischen dem Druck, der von dem auf der nachgeschalteten
Seite 14 des Pasteurisierapparats plazierten Druckanzeiger 18 gemessen
wird, und dem Druck, der von dem auf der vorgeschalteten Seite 15 des
Pasteurisierapparats plazierten Druckanzeiger 4 gemessen
wird. Die Differenz muß einen
gewissen positiven Wert haben, damit sichergestellt ist, daß die nachgeschaltete
Seite 14 des Regenerativabschnitts 6 einen höheren Druck als
die vorgeschaltete Seite 15 aufweist und daß kein unpasteurisiertes
Produkt als Leckage in das pasteurisierte Produkt gelangen kann.
Die Druckanzeiger 4 und 18 sind, wie aus den Zeichnungen
ersichtlich, in derjenigen Position plaziert, in der die Druckdifferenz am
niedrigsten ist, aber alternative Plazierungen sind ebenfalls möglich.
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Bei normaler Produktion wird die
Druckdifferenz durch das Gegendruck- oder Konstantdruckventil 19 aufrechterhalten.
Wenn es zu Produktionsunterbrechungen kommt, was beispielsweise
aufgrund sich verändernder Temperatur
des eintretenden Produkts geschehen kann, oder wenn es zu kurzzeitigen Unterbrechungen
der Dampfzufuhr zum Erhitzerabschnitt 9 kommt, führt dies
dazu, daß das
Produkt nicht ausreichend behandelt wird. Das Rücklaufventil 12 wird
aktiviert, und das unzureichend behandelte Produkt wird als Rücklauf über die
Leitung 13 zurück zum
Ausgleichstank 2 geleitet. Wenn dies geschieht, kann das
Druckventil 19 nicht zuverlässig für eine Aufrechterhaltung der
Druckdifferenz sorgen. Je länger
die Produktionsstillstandszeit ist, um so größer ist die Gefahr, daß die Druckdifferenz
unter ein inakzeptables Niveau absinkt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
kann die Druckdifferenz dadurch aufrechterhalten werden, daß, während zur
gleichen Zeit der Raum für
das Produkt in diesem abgeschirmten Abschnitt der Anlage eingeschränkt wird,
das behandelte Produkt auf der nachgeschalteten Seite 14 des
Pasteurisierapparats zwischen dem Rücklaufventil 12 und
dem Absperrventil 20 eingeschlossen wird. Indem der Raum in
den Leitungen eingeschränkt
wird, nimmt der Druck des Produkts zu.
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Die 1 und 2 zeigen eine erste und eine zweite
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, in der ein Gas in denjenigen Abschnitt
der Produktleitung eingeleitet wird, der während eines Rücklaufs abgesperrt
wird. Das Gas bildet ein "Polster" in der Leitung,
das den Raum für
das Produkt einschränkt, und
die Leitung nimmt zu. Das Gas kann aus steril gefilterter Luft oder
aus einem inerten Lebensmittelgas, beispielsweise Stickstoff, bestehen.
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In der ersten Ausführungsform
(1) ist ein Gaseinlaßventil 22 zwischen
dem Rücklaufventil 12 und
der nachgeschalteten Seite 14 des Regenerativabschnitts 6 plaziert.
Das Gaseinlaßventil 22 ist
mit einem sterilen Filter 23 verbunden, und Gas wird über eine
Leitung 24 in den Filter eingeleitet. Auf den sterilen
Filter 23 kann verzichtet werden, wenn ein Gas hoher Qualität verwendet
wird. Wie aus 2 ersichtlich, erfüllt das
Absperrventil 20 auch die Funktion des Gaseinlaßventils.
Das Absperrventil 20 ist mit einem sterilen Filter 23 und
einer Leitung 24 für Gas
verbunden. Darüber
hinaus wurde in dieser Ausführungsform
ein zusätzliches
Ventil 25 vorgesehen, von dem aus die Leitung 21 zur
Abfüllmaschine
oder dergleichen verläuft.
Eine Leitung 26, die eine Rücklaufleitung bildet, verläuft vom
Absperrventil 20 aus.
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Gleichzeitig mit der Aktivierung
des Rücklaufventils 12 und
dem Schließen
des Absperrventils 20 (oder alternativ mit einer geringfügigen Zeitverzögerung) öffnet sich
das Gaseinlaßventil 22 und
bleibt während
der gesamten Zeit der Aktivierung des Rücklaufventils 12 geöffnet. In
der zweiten Ausführungsform
wird der Gaseinlaß geöffnet, wenn
sich das Absperrventil 20 zur Leitung 26 hin schließt, da der
Gaseinlaß durch
das Absperrventil 20 stattfindet. In dieser zweiten Ausführungsform
schließt
sich das Ventil 25 bei einem Rücklauf auch zur Leitung 21 hin.
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Wenn das Rücklaufventil 12 erneut
deaktiviert wird, schließt
sich das Gaseinlaßventil 22,
oder das Absperrventil 20 stoppt alternativ den Gaseinlaß. Das Produkt
strömt
erneut durch die Leitung, die geschlossen war, und das "Gaspolster", das so gut wie intakt
ist, begleitet das Produkt. In einem (nicht dargestellten) sterilen
Tank, der normalerweise einer Befüllungsmaschine vorgeschaltet
ist, tritt das Gas in Blasenform aus dem Produkt aus.
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In einem Fall, in dem das Produkt
aus einem Saft besteht und sterile Luft als raumeinschränkendes
Gas verwendet wird, kann die zweite Ausführungsform bevorzugt zum Einsatz
kommen, da die Luft eine oxidierende Wirkung auf den Saft hat, was eine
Verschlechterung des Geschmacks bewirkt. Als eine Folge der Plazierung
des Gaseinlasses nach der Leitung 21 zur Befüllungsmaschine
wird eine sehr geringe Menge des Produkts durch die Luft beeinträchtigt,
und das einer solchen Wirkung ausgesetzte Produkt kann durch die Leitung 26 aus
der Produktion ausgeleitet werden. Alternativ kann diese Ausführungsform
für Produkte
eingesetzt werden, die nicht luftempfindlich sind. Auf das Ventil 25,
das in einer solchen Konstruktion keine Funktion hat, kann daher verzichtet
werden.
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Eine dritte und eine vierte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung sind in den 3 und 4 dargestellt. Der Raum für das Produkt
wird in diesen Ausführungsformen
dadurch eingeschränkt,
daß ein Ausdehnungsabschnitt 27 im
Absperrbereich der Leitung plaziert wird. Eine detaillierte Ausführung eines Ausdehnungsabschnitts
ist in 5 dargestellt.
In der dritten Ausführungsform
ist der Ausdehnungsabschnitt 27 zwischen dem Rücklaufventil 12 und
der nachgeschalteten Seite 14 des Regenerativabschnitts 6 plaziert.
In der vierten Ausführungsform
befindet sich der Ausdehnungsabschnitt 27 zwischen dem
Kühlerabschnitt 16 und
dem Gegendruckventil 19.
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Im Prinzip besteht der Ausdehnungsabschnitt
aus einer mit der regulären
Produktleitung 29 gekoppelten Rohrlänge 28. In der Rohrlänge 28 befindet
sich eine Innenwand 30 aus einem elastischen Material,
wie beispielsweise Silikongummi. Die Rohrlänge 28 weist an ihrer
Umfangsfläche
einen Anschluß 31 für Flüssigkeit
oder Gas auf. Der Anschluß 31 für Flüssigkeit
oder Gas steht in direkter Verbindung mit einem Zwischenraum 32 zwischen
der Rohrlänge 28 und
der elastischen Wand 30.
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Indem Gas oder Flüssigkeit unter Druck dem Zwischenraum 32 zugeführt wird,
dehnt sich die Wand 30 aus und schränkt dadurch den Raum für das Produkt
ein, das sich in der Leitung 29 befindet. 5 zeigt die Wand 30 sowohl im
ausgedehnten (30')
als auch im nicht ausgedehnten (30) Zustand.
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Gleichzeitig mit der Aktivierung
des Rücklaufventils 12 und
dem Schließen
des Absperrventils zur Leitung 20 hin (alternativ mit einer
gewissen Zeitverzögerung)
wird ein Gas oder eine Flüssigkeit durch
den Anschluß 31 in
den Zwischenraum 32 eingeleitet, und die Wand dehnt sich
aus. Die ausgedehnte Wand 30'' reduziert den
Raum für
das Produkt in der Leitung 29, und der Druck in der Leitung 29 nimmt
zu. Wenn das Rücklaufventil 12 in
seine Startposition zurückgeht
und wieder eine normale Produktion aufgenommen wird, wird die Flüssigkeit oder
das Gas aus dem Zwischenraum 32 abgesaugt, und die Wand 30 geht
in ihren normalen Zustand zurück.
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Wie aus der vorstehenden Beschreibung
ersichtlich, wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren realisiert,
mit dem in einer einfachen und zuverlässigen Weise die Druckdifferenz
in einer Wärmebehandlungsanlage
für flüssige Lebensmittel
im Zusammenhang mit kurzzeitigen Produktionsunterbrechungen dadurch
aufrechterhalten wird, daß das behandelte
Produkt auf der nachgeschalteten Seite der Anlage eingeschlossen
und dort der Raum für das
Produkt eingeschränkt
wird, was einen Anstieg des Drucks zur Folge hat.