DK153278B - Apparat til varmebehandling af fluida - Google Patents

Description

DK 153278B

Opfindelsen angår et apparat til varmebehandling af fluida og med en opbevaringsbeholder for det fluidum, der skal varmebehandles, organer til forvarmning af fluidet til en temperatur, der ligger over dets kogepunkt ved et forudbestemt tryk, et ekspansionskammer, der holdes på nævnte forudbestemte tryk, og organer 5 til at føre forvarmet fluidum til ekspansionskammeret.

Opfindelsen vedrører navnlig et sådant apparat, som er egnet til varmebehandling af fluidumprodukter, navnlig viskose fluida, der kan indeholde enkeltpartikler af fast materiale.

Forskellige flydende og halvflydende produkter udsættes for varmebehand-10 ling med varierende intensitet for opnåelse af pasteurisering eller sterilisering.

'Ved udførelse af varmebehandlingen, navnlig af følsomme materialer, såsom fødevarer, må man udvise omhu, eftersom behandlingen på den ene side må være tilstræk- 2

DK 153278B

kelig til at bevirke sterilisering eller pasteurisering, medens på den anden side langvarig opvarmning til forholdsvis høje temperaturer ofte fører til ødelæggelse af smag og farve. Som følge heraf har man anvendt fremgangsmåder, der betegnes H.T.S.T«, - høj temperatur - kort tid -, hvor produktet opvarmes til en 5 relativ høj temperatur, f.eks. over 135°C, i en kort tidsperiode, mindre end et minut. Ved gennemførelse af sådanne fremgangsmåder er det naturligvis vigtigt, at det foreskrevne forhold mellem temperatur og tid opnås for hele mængden af det produkt, der skal behandles, og der har været foretaget forskellige forsøg på at opnå dette. Kontinuerligt arbejdende systemer kræver navnlig en stadig 10 overvågning af produktets temperatur og strømningshastighed, idet den første anvendes til at styre varmetilførsel til produktet. Opvarmningsmediet kan således f.eks. være damp, der enten tilføres gennem en varmeveksler eller indsprøjtes direkte i produktet, og produktets temperatur anvendes til at regulere tilførslen af Hamp. Ved anvendelsen af sådanne styringsmetoder er der imidlertid risiko for, 15 at en vis del af produktet får utilstrækkelig varmebehandling på grund af syste mets inerti, hvormed menes den tidsforsinkelse, der forekommer mellem det øjeblik, hvor en utilstrækkelig produkttemperatur opdages, og det øjeblik, hvor der tilføres yderligere varme. Inertien af overvågningssystemet kan også være årsag til overhedning. Det er derfor almindeligt at aflede produkt, der har 20 fået utilstrækkelig varmebehandling, enten til affald eller til en ny gennemgang af processen. Hvis der forekommer temperatursvingninger, der har en varighed, som er kortere end svartiden for temperaturovervågningssystemet, kan der passere dele af produktet med lav temperatur forbi føle- og bortledningsorganet uden detektering. Dette er navnlig uheldigt ved behandling af viskose produkter, eftersom 25 ansamlinger af produkter, der har en temperatur under den minimalt acceptable /ærdi, ikke vil blande sig med varmere dele af produktet. Disse kolde og derfor jsterile ansamlinger kan passere til sterile sektioner, hvorved anlægget forureaes og der fremkommer et bakteriologisk usundt produkt. En yderligere vanskelighed ved H.T.S.T. systemerne beregnet til kontinuerlig drift er nødvendigheden 30 for at give plads til det sterile produkt, der fremkommer fra systemet, når der opstår en fejl i fyldemaskinen. Skønt der kan være små tanke, er det i almindelighed upraktisk at skulle tilvejebringe aseptiske opbevaringsorganer af tilstrækkelig størrelse til at holde produkter, der ville samle sig ved langvarige stands-ainger. Det er derfor almindeligt ved visse installationer at lade produktet pas-35 sere gennem systemet én gang til med det deraf følgende tab i kvalitet, eller alternativt at lade produktet gå til spilde, hvilket er uøkonomisk. En tredje løsning er at standse anlægget, men dette bevirker langvarige forsinkelser i forbindelse med opstart igen for opvarmning af udstyret til driftstemperaturen og til opnåelse af sterilitet.

DK 153278 B

3 | Fra beskrivelsen til dansk patentansøgning 5057/66 kendes et apparat til sterilisering af den i nærværende beskrivelses første afsnit definerede art. Dette apparat giver imidlertid ikke sikkerhed for en ensartet behandling af det fluidum, som behandles.

5 Med opfindelsen tilsigtes tilvejebragt et apparat af den anførte art, som kan arbejde kontinuerligt i lange tidsperioder, og med hvilket uønskede variationer i produkttemperaturen i hovedsagen fjernes, og som kan holde systemet i en steril og opvarmet tilstand også i tilfælde af, at produktstrømmen standses på grund af forsinkelser eller sammenbrud af udstyr enten i selve anlægget eller i 1q hjælpeudstyr, såsom fyldemaskiner, eller på grund af manglende tilførsel af produktet .

Apparatet ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved det i krav 1’s kendetegnende del anførte.

Betegnelsen fluidum skal her betyde ikke blot væsker, men også slam eller Ί5 opslæmninger og væsker, der indeholder enkeltpartikler af fast materiale. Tør stofindholdet i fluida, der skal behandles, kan f.eks. være op til 50 vægtprocent, idet resten i hovedsagen er vand. Forvarmnings- og slut temperaturen, såvel som den tid, gennem hvilken fluidet holdes ved sluttemperaturen, vælges med hensyntagen til det produkt, der skal behandles. Til sterilisation af fødevareprodukter 20 kan forvarmningstemperaturen således f.eks. passende være lidt over 100°C, og tids/temperaturforholdet for de forskellige produkter vælges, så at de giver en Fq værdi, der er tilstrækkelig til sterilisering. Ved anvendelse af apparatet opretholdes der en tilførsel af forvarmet fluidum ved en konstant temperatur, og det forvarmede fluidum føres under konstant temperatur med konstant strømningsha-. 25 stighed til en afsluttende opvarmningszone.

Apparatet omfatter også fortrinsvis køleorganer anbragt efter holdezonen og et opbevaringsreservoir til at modtage det varmebehandlede fluidum generelt fra køleorganerne. Der er fortrinsvis organer til opretholdelse af et overtryk på fluidet i reservoiret, navnlig ved opretholdelse af en trykluftatmosfære eller 30 en atmosfære af inaktiv gas over fluidet i reservoiret.

Ifølge en anden udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen er der også organer til automatisk eller manuelt at omskifte tilførslen af produkt i sy- 4 stemet til tilførsel af vand eller en anden inaktiv væske og omvendt under driften. I tilfælde af en fejl ved fyldeapparatet eller ved tilførslen af produktet 35 eller ved en anden forstyrrelse i den kontinuerlige drift af systemet kan termisk stabilitet og sterile forhold f.eks. opretholdes kontinuerligt i apparatet under driften med vand, der automatisk bortledes til affald, ligesom der herved muliggøres en hurtig tilbagevending til normal drift med et minimum af tab af produktet. Apparatet kan således yderligere omfatte en opbevaringstank for vand eller en an-40 den passende væske, organer, som er anbragt før opvarmningsorganerne til indføring 4

DK 153278B

af væsken i systemet, samtidig med at tilførsel af fluidum, der skal varmebehandles, afbrydes, og organer til bortledning af væske fra systemet efter opvarmningsorganerne, men før reservoiret. Den foretrukne udførelsesform omfatter to tregangsventiler, så at enten produktet, der skal opvarmes, eller en væske, som f .eks.

5 vand, tilføres ved den første ventil, der fortrinsvis er beliggende mellem ekspansionskammeret og opvarmningsorganerne, og den anden ventil, der sædvanligvis er beliggende efter afkølingssektionen, hvilke ventiler er indstillet til enten at lade produktet passere til reservoiret eller at aflede væsken fra systemet. Den første og anden ventil er derfor fortrinsvis indbyrdes forbundet med hinanden, men 1 0 med en sådan tidsforsinkelse mellem betjeningen, som svarer til gennemstrømningstiden for fluidet mellem de to ventiler.

Der kan endvidere være organer til rensning og/eller sterilisering af apparatet med et passende flydende medium, som f.eks. vand, behandlet vand eller vand, der indeholder rengøringskemikalier, og organer til at skifte mellem rense-1 5 medium og produkt efter behov. Rense- eller steriliseringsmediet ledes bort fra systemet efter reservoiret og umiddelbart før fyldeudstyret, og der er organer til at hindre tab af trykgas fra reservoiret, så at temperaturer over det atmosfæriske kogepunkt kan opretholdes i systemet. Dette apparat kan således yderligere omfatte en tredje ventil, der fortrinsvis er anbragt mellem reservoiret og 20 fyldeudstyret og en lås, der tillader passage af steriliserings-rensemedium, men ikke gas.

En fjerde ventil af tregangstypen kan også være placeret mellem varme-og holdezoneme. Denne ventil styres af temperaturføleorganer, der er anbragt efter opvarmningszonen og er indstillet til at aktivere ventilen og bortlede fra 25 systemet produkter, der forlader opvarmningszonen med en temperatur, der er for skellig fra den forudbestemte sluttemperatur.

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningen.

Produktet, der skal varmebehandles, aftages fra en beholder 1 gennem 30 en ledning 2 og føres af en pumpe 3 og en ledning 4 til en forvarmer 5.

Forvarmeren er fortrinsvis af den direkte dampindsprøjtningstype og forsynes med damp gennem en ledning 6. Det forvarmede produkt forlader forvarmeren gennem en ledning 7 og passerer gennem en modtryksventil 8 i ledningen ind i et ekspansionskammer 9. En temperaturføler og et temperaturstyreorgan i ledningen 7 25 styrer forvarmeren 5 for at holde en i hovedsagen konstant temperatur, ved hjælp af hvilken produktet forvarmes.

Der opretholdes et i hovedsagen konstant, forudbestemt produktniveau i ekspansionskammeret 9 ved hjælp af en niveaudetektor 11, der styrer pumpen 3. Ekspansionskammeret 9 kan holdes under atmosfærisk tryk gennem ledningen 5

DK 153278B

12 med ventilen 13 i åben stilling, men afhængig af karakteren af det produkt, der behandles, kan trykket i dette kammer være under eller over det atmosfæriske tryk.

Ved drift ved temperaturer under 100°C kan der således opretholdes 5 et tryk under atmosfærens tryk i kammeret 9, ved at tilslutte en passende vakuumkilde til ledningen 12. På samme måde kan der opretholdes overtryk i kammeret 9 ved justering af ventilen 13, såfremt der ønskes kogepunkter over 100°C. Det forvarmede produkt, der træder ind i ekspansionskammeret, udsættes for et hurtigt og forudbestemt trykfald, der bevirker fordampning af en del af 10 vandet og også frigiver gasser og let fordampelige dele, der udluftes gennem ledningen 12„ Produktet afkøles også ved ekspansion til kogetemperaturen ved det forudbestemte tryk, normalt atmosfærens tryk, der opretholdes i kammeret 9, hvorved der opnås en forsyning af forvarmet produkt ved konstant temperatur, generelt omkring 100°C. Det forvarmede produkt fjernes fra kammeret 9 gennem 15 en ledning 14 og føres med konstant strømningshastighed af en pumpe 15 gennem en ledning 16 til et opvarmningsapparat 17, hvor produktet opvarmes, sædvanligvis til mindst. 130°C. En konstant strømningshastighed opretholdes i ledningen 16 ved hjælp af et styreorgan 18, der indvirker på pumpen 15. Opvarmningsaggregatet 17 kan enten være af den direkte dampindsprøjtningstype 20 eller en indirekte varmeveksler, hvilken sidste foretrækkes. Uanset hvilken type varmeaggregat der anvendes, forsynes dette med et opvarmningsmedium, f.eks. damp, med konstant hastighed gennem en ledning 19, idet tilførslen af opvarmningsmedium styres af et styreorgan 20.

Det opvarmede produkt forlader opvarmningsaggregatet gennem ledningen 25 21, og dets temperatur afføles af et styreorgan 22, der indvirker på en tre gangsventil 23. Ved normale driftsbetingelser lader ventilen 23 produktet passere fra ledningen 21 til ledningen 25, der fører til en holdesektion 26, men styreorganet 22 er indstillet til at bortlede ethvert produkt, hvis temperatur afviger fra en forudbestemt værdi, fra systemet ved åbning af ventilen 30 23 til forbindelse med en bortledningsledning 24. For at undgå varmetab ved fordampningsafkøling, når ventilen 23 sættes i bortledningsstilling, er der en modtryksventil 42 i bortledningsledningen 24 for at opretholde et tryk i denne ledning, der i hovedsagen er lig med det tryk, der opnås i opvarmningsaggregatet 17 og ledningen 21 under normal drift.

35 Efter holdesektionen afkøles produktet i en varmeveksler 27 til under 50°G, fortrinsvis omkring 40°G, og passerer gennem en ledning 28 til et opbevaringsreservoir 29. I reservoiret 29 er der et overtryk af gas, der opretholdes på produktet af et trykstyreorgan 30, der indvirker på en ventil 31 i en gastilførselsledning 32 og en udluftningsventil 44 i en gasafgangsledning 45.

6

DK 153278B

Under normale driftsbetingelser fjernes produktet fra reservoiret 29 gennem en ledning 33, en tregangsventil 46 og en ledning 47, der fører til et fyldeudstyr. Under driften før sterilisationen føres der fluida, der anvendes 5 til rensning og sterilisering af udstyret fra reservoiret 29 gennem ledningen 33, ventilen 46, ledningen 48, en væskelås 34, en ventil 51 og en ledning 35. En udluftningsventil 52 er tilvejebragt til at lade en lille mængde gas passere, så at væsken kan passere gennem væskelåsen. Formålet med væskelåsen er at muliggøre, at disse fluida kan fjernes fra systemet uden tab af gastryk i 10 reservoiret. Væskelåsen kan være konstrueret således, at den lader fine partikel formede materialer passere ved omskiftningen fra et fluidum, der ikke er produktet, til produktet.

Apparatet omfatter også en tilførselstank 36 for vand, der kan være blødgjort, og som fortrinsvis holdes ved en konstant temperatur. Ved normal 15 drift er ventilen 38 lukket og tregangsventilen 39 er åben til ledningen 14.

Opstår der af en af de tidligere nævnte årsager en fejl, og navnlig i tilfælde af, at produktniveauet i reservoiret 29 når en forud bestemt høj værdi, affølt af en celle 50, bringes ventilen 38 og 39 til at lede tilbage til tanken 36 og ledningen 49, så at der ledes vand ind i systemet. Ventilerne 38 og 39 aktive-20 res automatisk og lader vand træde ind i systemet, hvilket vand derefter løber ud gennem ventilen 40, der aktiveres nogen tid efter ventilerne 38 og 39. Dette muliggør, at i hovedsagen alt produktet fra systemet opsamles i reservoiret 29. Vand, der er opvarmet og steriliseret i opvarmningsaggregatet 17 og afkølet af varmeveksleren 27, passerer ud gennem ledningen 41 og modtryksventilen 43, 25 så at udstyret holdes i en opvarmet og steril tilstand, indtil fejlen er rettet, hvorefter der vendes tilbage til normal drift med produktet, ved at ventilerne 38, 39 og 40 aktiveres i modsat retning.

Flygtige bestanddele eller andre smagsbestanddele, som man ønsker at tilsætte af hensyn til smagen eller af andre årsager, kan indsprøjtes i syste-30 met gennem en ventil 37 i ledningen 16. Faste stoffer i suspension kan også indføres på samme måde. Ventilen 37 arbejder fortrinsvis sammen med ventilerne 38 og 39, der normalt er åbne, når produktet passerer igennem systemet, og er lukkede, når der passerer vand gennem systemet, dvs. i perioder, hvor anlægget er lukket, eller i perioden før steriliseringen påbegyndes.

35 Systemet kan også omfatte forskellige måle- og registreringsorganer for temperaturer og tryk, og disse er angivet på tegningen med kendte symboler.

Apparatet, der er beskrevet i det foregående, kan anvendes til varmebehandling af en stor mængde forskellige fluida, navnlig fødevareprodukter. Disse kan være opløsninger eller viskose suspensioner, såsom mælk, supper, saucer, desser- 7

DK 153278B

ter, babymad, hvilke stoffer kan indeholde enkeltdele af faste stoffer. Eftersom faste stoffer og væsker kan kræve forskellige varmebehandlinger med hensyn til tid og temperatur, f.eks. for opnåelse af sterilitet, kan det være fordelagtigt at forvarme de faste stoffer separat, før indsprøjtningen i væskestrømmen gennem 5 ventilen 37.

Med apparatet ifølge opfindelsen tilvejebringes der stabilitet i driften over lange tidsperioder og en temperaturstyring af produktet, der skal behandles, kan holdes inden for ca. 1 C.. Økonomien for driften er også betydningsfuld, eftersom systemet kan gøre kontinuerligt med automatisk omskiftning fra produkt 10 til vand under mindre afbrydelser af tilhørende udstyr. Endvidere er det med den foretrukne kombination af en forvarmer med direkte dampindsprøjtning og en indirekte varmeveksler til den endelige opvarmning muligt at levere den største del af varmen, der udkræves til varmebehandlingen, på økonomisk måde i form af damp, samtidig med at fordelene ved temperaturstabiliteten i forbindelse med brugen af 15 en varmeveksler af den indirekte type opretholdes.

Anvendelse af apparatet ifølge opfindelsen illustreres nærmere med de følgende eksempler, hvor delmængderne er angivet i vægtprocent.

Eksempel t 20 Der fremstilles en dessert baseret på mælk og jævnet med stivelse af følgende sammensætning: frisk mælk 50,0 % sukker 7,0% dinatriumphosphat 0,1 % 25 vegetabilsk fedt 1,7 % carragen 0,2 % stivelse, modificeret 5,0 % smagsstoffer og farvestoffer efter smag 30 vand op til 100 %

Denne blanding forvarmes til 49°C i reservoiret 1 og føres derefter kontinuerligt til dampinjektoren 5. Indsprøjtning af damp i produktet hæver hurtigt produktets temperatur til 105°C„ Det opvarmede produkt passerer videre gennem ledningen 7, hvori modtryksventilen 8 er indstillet således, at 35 den giver et overtryk, der hindrer momentan fordampning før ventilen. Ved blandingen med produktet kondenserer dampen og afgiver sin latente varme til produktet. Dette kondensat bevirker fortynding af produktet, og hensyn hertil

8 DK 153278 B

4 f er taget i den forannævnte recept.

Produktet passerer gennem ventilen 8 og momentanfordamper ind i beholderen 9, der holdes på atmosfærisk tryk gennem udluftningsledningen 12.

Ved momentanfordampningen af produktet afluftes dette delvis og visse flygtige 5 stivelseselementer, der er skadelige for slutproduktets kvalitet, frigøres. Produktet samles med en temperatur på i hovedsagen 100°C i beholderen 9, hvorfra det fjernes kontinuerligt med en konstant strømningshastighed af pumpen 15. Niveauet af produktet i beholderen 9 styres af en differenstrykcelle 11, der styrer gennemstrømningen i pumpen 3.

^ Produktet, der er blevet viskost ved hævningen af stivelsen, overvåges af en magnetisk gennemstrømningsmåler 18, der styrer hastigheden af pumpen 15 til opretholdelse af et konstant gennemløb på 9,1 liter pr. min.

Produktet passerer derefter til en varmeveksler med skrabet overflade 2 17, der forsynes med damp med et konstant tryk på 5 kg/cm , hvor det opvarmes 15 o o til en temperatur på 141 C. Det opvarmede produkt passerer derefter ind i holdesektionen 26, hvor det holdes i 15 sek, før det afkøles til 40°C i en anden varmeveksler med skrabet overflade 27. Det afkølede produkt opbevares i en aseptisk beholder 29 med et overtryk af nitrogen, før det passerer til et aseptisk fyIdeaggregat gennem en ledning 47, i hvilket aggregat produktet fyldes i dåser.

Bakteriologisk undersøgelse af inkuberede dåser viste, at produktet var sterilt.

Eksempel 2.

En babyfødevarepuré blev fremstillet af 91 kg spinat, der blev malet 25 gennem en 1,5 mm plade og opslæmmet med stivelse, æg, fedtstof og vand. Efter at have fået et volumen på 136 liter blev opslæmningen forvarmet til 50°C i reservoiret 1 og opvarmet med dampindsprøjtning til 104°C. Efter dampindsprøjtningen blev opslæmningen momentanafkølet til 100°G i ekspansionskammeret, hvorfra den blev pumpet med en konstant strømningshastighed på 9,1 liter pr. min. til 30 en indirekte varmeveksler med skrabet overflade, på hvis kappe der opretholdes et konstant damptryk på 5 kg/crn^. Opslæmningen opvarmes således til 136°C og holdes ved denne temperatur i 57 sek. i holdesektionen, før den afkøles til 42°C. Det steriliserede produkt fyldes i glasbeholdere under aseptiske betingelser.

Eksempel 3.

Den væskeformede komponent af en hønsekødsuppe forvarmes i reservoiret 1 til 46°C, opvarmes med dampindsprøjtning til 104°G og momentanafkøles i ekspansionskammeret 9 til 100°C.

Garneringen i form af 10 mm terninger af hønsekød suspenderes sepa-fO rat i 1% stivelsesslimstof i forholdet 2 dele stivelse til en del faste stof-

Claims (6)

15 PATENTKRAV

1. Apparat til varmebehandling af fluida og med en opbevaringsbeholder(1) for det fluidum, der skal varmebehandles, organer (5) til forvarmning af fluidet til en temperatur, der ligger over dets kogepunkt ved et forudbestemt tryk, et eks- 20 pans ionskammer (9),der holdes på nævnte forudbestemte tryk, og organer(7,8) til at føre forvarmet fluidum til ekspansionskammeret, kendetegnet ved, at det har opvarmningsorganer (17), der fødes med et’ opvarmningsmedium med en i hovedsagen konstant hastighed, organer i forbindelse med ekspansionskammeret til at føre fluidum fra ekspansionskammeret til opvarmningsorganerne med en i hovedsagen konstant 25 strømningshastighed og en holdezone(25) til at holde det forvarmede fluidum på en i hovedsagen konstant temperatur.

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved organer (39), anbragt før opvarmningsorganerne (17) til indføring af en inaktiv væske i apparatet, samtidig med at tilførslen af fluidum, der skal varmebehandles, afbrydes, og organer(40)til 30 bortledning af væske fra apparatet efter opvarmningsorganerne(17).

3. Apparat ifølge krav 2,kendetegnet ved en første tregangsventil (39) aribragt mellem ekspansionskammeret (9) og opvarmningsorganerne (17) til indføring af den inaktive væske og en anden tregangsventil(40) anbragt før opbevaringsreservo iret(29) til at lede den inaktive væske ud af apparatet.

4. Apparat ifølge krav 3, kendetegnet ved, at ventilerne er indrettet til at aktiveres i rækkefølge med en tidsforsinkelse mellem aktiveringen af den første og den anden ventil i forhold til fluidumoverføringstiden mellem den første og den anden ventil.

5. Apparat ifølge et eller flere af kravene 1-4, kendetegnet 40 ved, at organerne til forvarmning af fluidet omfatter en dampinjektor(19,20). DK 153278B

6. Apparat ifølge et eller flere af kravene 1 -5,kendetegnet ved, at opvarmningsorganerne omfatter en varmeveksler.