<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum vorübergehenden Erhitzen, insbesondere Pasteurisieren, eines fliessfähigen Lebensmittelprodukts, wie von Milch, Fruchtsaft und dergl., wobei das Produkt mittels Heisswasser auf eine vorgegebene Temperatur erhitzt, eine vorgegebene Zeit lang auf dieser Temperatur gehalten und danach mittels Kühlwasser wieder abgekühlt wird.
Weiters bezieht sich die Erfindung auch auf eine Vorrichtung zum vorübergehenden Erhitzen, insbesondere Pasteurisieren, eines fliessfähigen Lebensmittelprodukts, wie von Milch, Fruchtsaft und dergl., wobei ein Gegenstrom-Erhitzer, ein Heisshalter und ein regenerativer Gegenstrom-Wärmetauscher in Serie vom Produkt durchflossen sind, um dieses Produkt aufeinanderfolgend auf eine vorgegebene Temperatur zu erhitzen, auf dieser Temperatur zu halten und dann unter Rückgewinnung von Produkt-Wärme wieder abzukühlen, und wobei dem Erhitzer ein Heisswasseraufbereiter zur Zuführung von Heisswasser zugeordnet ist und im regenerativen Wärmetauscher Kühlwasser im Gegenstrom zum Produkt geführt wird.
In der Lebensmittelindustrie und vermehrt auch in landwirtschaftlichen Betrieben mit sog. Ab-Hof-Verkauf werden verschiedene Produkte, insbesondere Milch, aber auch Fruchtsäfte und dergl. flüssige Lebensmittel-Produkte, durch Erhitzen auf eine Pasteurisierungstemperatur und halten auf dieser Pasteurisierungstemperatur für eine vorgegebene Zeit pasteurisiert ; im Anschluss daran wird das jeweilige Lebensmittel-Produkt wieder abgekühlt, um es im abgekühlten Zustand einem Tank bzw. einer Abfüllanlage zuzuführen. Dabei wurde bereits versucht, die beim Abkühlen des Produkts von diesem abgegebene Wärme zurückzugewinnen, etwa indem in einem regenerativen Wärmetauscher nach dem Gegenstromprinzip das noch zu pasteurisierende Produkt vom bereits pasteurisierten Produkt vorerwärmt wird, wobei das bereits pasteurisierte Produkt in diesem Wärmetauscher abgekühlt wird.
Im Anschluss an diese Vorerwärmung des zu pasteurisierenden Produkts wird letzteres einem Erhitzer zugeführt, wo es mit Hilfe von Heisswasser auf die gewünschte Pasteurisierungstemperatur gebracht wird, um dann in einem Heisshalter, etwa einer Rohrschlange mit entsprechender Wärmeisolierung, eine vorgegebene Zeit lang auf dieser Temperatur gehalten zu werden. Dabei ist jedoch problematisch, dass im regenerativen Wärmetauscher nicht-
<Desc/Clms Page number 2>
pasteurisiertes Produkt und pasteurisiertes Produkt im Gegenstrom fliessen, was im Falle von Rissen oder dergl. im Wärmetauscher zu einem Eindringen von nicht-pasteurisierten Produkt in das pasteurisierte Produkt führt ; dies ist jedoch unzulässig.
Ein Ausweg wurde daher bisher nur darin gesehen, in einem eigenen Kühlkreislauf das pasteurisierte Produkt mit Hilfe von Kühlwasser abzukühlen ; in diesem Kühlkreislauf wird im einzelnen ein regenerativer Wärmetauscher vorgesehen, in dem in einem Bereich das pasteurisierte Produkt unter Erwärmung des Kühlwassers abgekühlt wird, und in dem in einem zweiten Bereich mit Hilfe des so erwärmten Kühlwassers das noch nicht pasteurisierte Produkt vor dessen Zuführung zum Erhitzer vorerwärmt wird. Bei dieser Technik sind jedoch gesonderte Kreisläufe, jeweils mit den erforderlichen Anzeige- und Überwachungsgeräten, notwendig, so dass der Aufwand relativ hoch ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren bzw. ein Vorrichtung wie eingangs angegeben vorzusehen, mit dem bzw. mit der eine möglichst wirksame Wärmerückgewinnung bei geringem apparativen Aufwand erzielt wird.
Zu diesem Zweck ist das erfindungsgemässe Verfahren der eingangs angeführten Art dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlwasser das Heisswasser, das beim Erhitzen des Produkts abgekühlt worden ist, herangezogen wird und demgemäss Wasser in einem einzigen Kreislauf, im Gegenstrom zum Produkt, einerseits zum Erhitzen des Produkts, unter Abkühlen des Wassers, und andererseits zum Abkühlen des Produkts, unter Erhitzen des Wassers, geführt wird.
In entsprechender Weise ist die erfindungsgemässe Vorrichtung der eingangs angegebenen Art dadurch gekennzeichnet, dass dem regenerativen Wärmetauscher als Kühlwasser das beim Erhitzen des Produkts im Erhitzer abgekühlte ursprüngliche Heisswasser zugeführt wird und demgemäss das den Erhitzer und den regenerativen Wärmetauscher im Gegenstrom zum Produkt durchfliessende Wasser in einem einzigen Kreislauf geführt wird, in den auch der Heisswasseraufbereiter aufgenommen ist.
Mit der erfindungsgemässen Technik wird der vorstehenden Zielsetzung in vorteilhafter Weise entsprochen, und es wird, abgesehen von einer erhöhten Sicherheit beim Pasteurisieren,
<Desc/Clms Page number 3>
eine Vereinfachung im Ablauf bei Pasteurisieren erzielt, mit der auch eine besonders effiziente Wärmerückgewinnung einhergeht.
Die Vereinfachung im Ablauf resultiert auch in der Einsparung eines eigenen Wasserkreislaufs samt Überwachungsgeräten, da die Erhitzung des Produkts sowie die Wärmerückgewinnung beim Abkühlen des Produkts in einem gemeinsamen Wasser-Kreislauf erfolgen. Das Produkt erwärmt im Gegenstromverfahren während seiner Abkühlung das vorhin abgekühlte Wasser, wobei ein Grossteil der Wärme wieder zurückgewonnen wird ; von aussen her muss dann das so bereits vorerwärmte Wasser nur mehr um die fehlende Temperaturdifferenz wieder aufgeheizt werden.
Im Fall der Pasteurisierung von Milch hat sich beispielsweise in Versuchen gezeigt, dass das Heisswasser mit Hilfe des Heisswasseraufbereiters auf eine Temperatur von 74 C erhitzt wird, wobei mit diesem Heisswasser die Milch auf eine Pasteurisierungstemperatur von 72 C erhitzt wird.
Bei diesem Erhitzen sinkt die Wassertemperatur wieder auf ca. 10 C ab, und das Wasser mit dieser Temperatur von 10 C durchfliesst unmittelbar anschliessend den regenerativen Wärmetauscher, wo es durch die auf 72 C erhitzte und im Heisshalter eine Zeit lang auf dieser Temperatur gehaltene Milch wieder auf eine Temperatur von über 60 C, insbesondere ca. 65 C, erwärmt wird ; die pasteurisierte Milch wird dabei von ihrer Temperatur von ca. 72 C auf ungefähr 13 C abgekühlt.
Sofern diese Temperatur der Milch oder allgemein des Produkts nach Abkühlen im regenerativen Wärmetauscher für bestimmte Zwecke noch zu hoch ist, kann das Produkt in einem
EMI3.1
daher dem regenerativen Wärmetauscher in apparativer Hinsicht ein Kühler zur weiteren Abkühlung des Produkts nachgeschaltet.
Um im Falle eines Risses im Erhitzer-Wärmetauscher oder im regenerativen Wärmetauscher zu verhindern, dass Wasser in das Lebensmittel-Produkt, etwa Milch, eintritt und sich mit letzterem vermischt, kann mit Vorteil das Produkt unter einem Druck gehalten werden, der höher ist als der Druck des Wassers ; dies ist im vorliegenden Fall besonders günstig zu erreichen, da d Wasser wie erwähnt in einem einzigen Kreislauf den Erhitzer sowie den regenerativen Wärmetauscher durchfliesst. Um hier auch
<Desc/Clms Page number 4>
einen Nachweis für die Unbedenklichkeit des Produkts zu gewinnen, kann vorteilhafter Weise der Druck des Produkts laufend registriert werden, wozu an eine das Produkt führende Leitung ein Druck-Registriergerät, wie ein Schreiber, angeschlossen sein kann.
An sich könnte auch der Druck des Wassers auf ähnlich Weise laufend registriert werden, jedoch eröffnet sich hier eine einfache Möglichkeit dadurch, dass der Druck des Wassers mittels eines Überdruckventils auf einen unter dem Nenn-Druck des Produkts liegenden Maximaldruck begrenzt wird. Dieses Überdruckventil kann dabei der Einfachheit halber im Bereich des Heisswasseraufbereiters vorgesehen sein.
Aus Sicherheitsgründen kann weiters vorgesehen werden, dass die Temperatur des Produkts im Bereich der Heisshaltung auf der vorgegebenen Temperatur laufend überwacht wird, um im Fall eines Absinkens der Temperatur des Produkts unter die vorgegebene Temperatur das Produkt für eine neuerliche Zuführung zur Erhitzung umzuschalten. Dabei wird, um den Druck im Produktkreis nicht unerwünscht abfallen zu lassen, mit Vorteil auch beim Umschalten des Produkts die Produkt-Abgabe gesperrt.
In entsprechender Weise ist eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemässen Vorrichtung demgemäss dadurch gekennzeichnet, dass im Produkt-Kreis ein Temperaturüberwachungsgerät angeordnet ist, das über Steuerleitungen mit einem normalerweise geschlossenen Absperrorgan in einer Umschalt-Leitung vom Heisshalter zum Eingang, mit einem normalerweise offenen Absperrorgan in einer Leitung vom Heisshalter zum regenerativen Wärmetauscher und mit einem normalerweise offenen Absperrorgan in einer Produkt-Abgabeleitung verbunden ist.
Als Wärmetauscher können beispielsweise übliche Plattenwärmeaustauscher eingesetzt werden, es können jedoch auch andere Arten von Wärmetauschern verwendet werden, wie etwa Rohrbündeloder Rohrwendelwärmetauscher.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch weiter erläutert. Es zeigen : Fig. l ein Prinzipschema einer Pasteurisationsvorrichtung für ein fliessfähiges Lebensmittelprodukt, insbesondere Milch ; und Fig. 2 in einem Diagramm den Verlauf der Temperatur des Wassers im gemeinsamen Kreislauf sowie
<Desc/Clms Page number 5>
des Produkts im Erhitzer bzw. im regenerativen Wärmetauscher.
In Fig. l ist ein Prinzipschema einer PasteurisierungsVorrichtung, beispielsweise zum Pasteurisieren von Milch als fliessfähiges Lebensmittelprodukt, veranschaulicht ; eine derartige Vorrichtung kann im Prinzip für die Lebensmittelindustrie vorgesehen sein, wobei auch andere Produkte, wie z. B. Fruchtsäfte, pasteurisiert oder allgemein vorübergehend erhitzt und wieder abgekühlt werden können ; mit besonderem Vorteil wird eine derartige Vorrichtung jedoch für landwirtschaftliche Betriebe vorgesehen, in denen ein Verkauf von Milch, Fruchtsäften und dergl. Produkten Ab-Hof erfolgt, wobei diese Produkte mit einer vergleichsweise kleinen, preiswerten, nichtsdestoweniger sicheren und den Lebensmittel-Vorschriften genügenden Vorrichtung rasch und verlässlich pasteurisiert werden können.
Im einzelnen wird die hier als Beispiel für das Lebensmittelprodukt angeführte Milch bei 1 von einem Lagertank (nicht dargestellt) einem Vorlaufgefäss 2 zugeführt, in dem die Milch gekühlt, etwa bei einer Temperatur von ungefähr 5OC, gespeichert werden kann. Die Temperatur der Milch wird am Ausgang dieses Vorlaufgefässes 2 mit einem Temperaturanzeigegerät (Thermometer) 3 angezeigt. Im vom Vorlaufgefäss 2 wegführenden Produkt-Kreis ist sodann eine Produktpumpe 4 vorgesehen, die die Milch über eine Leitung 5 einem Erhitzer 6 unter Druck zuführt. Der Druck am Ausgang der Produktpumpe 4 bzw. in der Leitung 5 wird mit einem Druckanzeigegerät (Manometer) 7 angezeigt.
Im den Erhitzer 6 bildenden Wärmetauscher fliesst das
EMI5.1
8 zugeführt wird. Der Heisswasseraufbereiter 8 erhitzt dabei das Wasser beispielsweise auf eine Temperatur von 74 C, und diese Temperatur wird ebenfalls mit Hilfe eines Temperaturanzeigegerätes (Thermometers) 9 angezeigt. Weiters wird auch der Druck des Heisswasser mit Hilfe eines Druckanzeigegerätes (Manometers) 10 angezeigt.
Auf diese Weise wird im Erhitzer 6 die Milch nach dem Gegenstromprinzip durch das Heisswasser von der beim Eintritt gegebenen Temperatur von 50C auf eine Pasteurisierungstemperatur von 720C bei einem Austritt aus dem Erhitzer 6, bei 11, erhitzt ; im Anschluss daran wird sie einem Heisshalter 12 unmittelbar
<Desc/Clms Page number 6>
zugeführt. In diesem Heisshalter 12 wird die Milch eine für die Pasteurisierung vorgegebene Zeit lang, beispielsweise 0, 5 min lang, auf der vorgegebenen Pasteurisierungstemperatur gehalten, und zu diesem Zweck kann der Heisshalter 12 beispielsweise, wie an sich bekannt, durch eine Rohrschlange gebildet sein.
Am Ausgang 13 des Heisshalters 12 wird der Druck der Milch mit Hilfe eines Druck-Registrier- und Anzeigegerätes 14 angezeigt sowie registriert ; weiters wird die Temperatur der Milch mit Hilfe eines Temperatur-Anzeige-und Überwachungsgerätes 15 angezeigt und überwacht, wobei dieses Gerät 15 bei einem Absinken der Milchtemperatur unter die vorgegebene Pasteurisierungstemperatur von 72 C Schaltfunktionen bewirkt :
zum einen wird ein in einer Leitung 16 vom Heisshalter 12 zu einem weiteren Wärmetauscher, einem regenerativen Wärmetauscher 17, der nachstehend noch näher hinsichtlich seiner Aufgabe erläutert werden soll, angeordnetes Absperrorgan, welches normalerweise offen ist und so das Fliessen von Milch vom Heisshalter zum regenerativen Wärmetauscher 17 ermöglicht, bei einem Absinken der Temperatur über eine vom Überwachungsgerät 15 ausgehende Steuerleitung geschlossen.
Sodann befindet sich in einer Umschalt-Leitung 19, die vom Heisshalter 12 zurück zum Vorlaufgefäss 2 führt, ein Absperrorgan 20, welches normalerweise geschlossen ist und beim erwähnten Absinken der Milchtemperatur unter den vorgegebenen Wert geöffnet wird ; demgemäss wird die aus dem Heisshalter 12 kommende Milch in diesem Fall umgeschaltet, d. h. anstatt dem regenerativen Wärmetauscher 17 dem Vorlaufgefäss 2 und somit dem Eingangsbereich für ein erneutes Erhitzen zugeführt.
Im Normalfall wird jedoch, wie erwähnt die heisse, pasteurisierte Milch vom Heisshalter 12 über das offene Absperrorgan 18 in der Leitung 16 dem regenerativen Wärmetauscher 17 zugeführt,
EMI6.1
Wärmetauscher 17 (bei 21) abgekühlt wird. Bei dieser Abkühlung wird die von der Milch abgegebene Wärme zurückgewonnen, und zu diesem Zweck wird das im Erhitzer 6 beim Erhitzen der Milch abgekühlte Wasser unmittelbar anschliessend, in einem einzigen Kreislauf, dem regenerativen Wärmetauscher 17 zugeführt, so dass das beispielsweise auf ca. 10 C beim Austritt aus dem Erhitzer 6
<Desc/Clms Page number 7>
bzw.
Eintritt in den regenerativen Wärmetauscher 17 abgekühlte Wasser nunmehr, beim Durchströmen des regenerativen Wärmetauscher 17 in Gegenstrom zur Milch, wieder erwärmt wird, und
EMI7.1
gebildete einzige Wasser-Kreislauf, enthaltend den Erhitzer 6 und den regenerativen Wärmetauscher 17, ist in Fig. l mit 23 bezeichnet. Dieser Kreislauf 23 enthält weiters eine Heisswasserpumpe 24, die das Wasser im Kreislauf 23 zirkulieren lässt.
Weiters führt eine Zuleitung 25, in der ein Absperrorgan 26 angeordnet ist, zum Kreislauf 23, um dem Kreislauf 23 das erforderliche Wasser zuzuführen. Gegebenenfalls kann an die Leitung 25 auch ein Warmwasserspeicher angeschlossen sein, um das am Ausgang 22 des regenerativen Wärmetauschers 17 erhaltene, eine Temperatur von ca. 650C aufweisende Warmwasser nach Beendigung eines Pasteurisierungsvorganges für andere Zwecke nutzen zu können. Dies ist jedoch in der Zeichnung, Fig. 1, nicht näher dargestellt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Druck der Milch in der Leitung 16 höher als der Druck des Wassers im Kreislauf 23 eingestellt ; als Nachweis dafür, dass während der Pasteurisierung laufend ein höherer Druck im Milch-Kreislauf herrschte, wird vom Druck-Registrier- und Anzeigegerät 14 der Druck der Milch laufend registriert. Der - niedrige - Druck des Wassers wird anstatt einer ähnlichen laufenden Registrierung einfach mit Hilfe eines Überdruckventils 27 auf einen unter den Nenn-Druck der Milch liegenden Maximaldruck begrenzt, so dass sichergestellt ist, dass der Wasserdruck nie den Nenn- oder SollDruck der Milch erreichen kann.
Aus Fig. 1 ist weiters noch eine Thermostatregelung für die Milcherhitzung im Erhitzer 6 veranschaulicht, wobei ein Temperaturfühler 28 die Temperatur der Milch im Bereich des Ausganges 11 aus dem Erhitzer 6 erfasst (beispielsweise Soll - Temperatur : 72OC) und gegebenenfalls an den Heisswasseraufbereiter 8 ein Regelsignal abgibt, wie dies bei 29 in Fig. l veranschaulicht ist, um eine stärkere oder schwächere Erhitzung der Milch zu bewirken.
Durch den im Vergleich zum Wasserdruck höheren Milchdruck wird sichergestellt, dass im Falle von Rissen in den den Erhitzer
<Desc/Clms Page number 8>
6 bzw. den regenerativen Wärmetauscher 17 bildenden Wärmetauschern nur Milch aus dem Milchkreis in den Wasserkreislauf 23 - und nicht umgekehrt-eintreten kann. In einem derartigen Fall wird das an sich klare Wasser durch die eingetretene Milch getrübt, und dieser Umstand kann mit Hilfe eines Schauglases 30 im Wasserkreislauf 23 visuell erfasst werden.
Die Wirkungsweise der bisher beschriebenen Vorrichtung, mit dem einzigen Wasserkreislauf 23 bzw. dem Erhitzer 6 und dem regenerativen Wärmetauscher 17, soll nunmehr anhand des Diagramms von Fig. 2 noch näher erläutert werden. In diesem Diagramm ist dabei bei 6'der Erhitzungsschritt (entsprechend dem Erhitzer 6 in Fig. l) veranschaulicht, wogegen bei 17'die Abkühlung der Milch unter Rückgewinnung der Wärme (entsprechend dem regenerativen Wärmetauscher 17 in Fig. l) gezeigt ist. Dabei ist auf der Abszisse der Strömungsweg (Länge L) und auf der Ordinate die Temperatur T (in OC) gezeigt.
Bei 31 tritt die Milch mit einer Temperatur von 5 C in den Erhitzer 6 ein, und es erfolgt eine Erhitzung im Gegenstrom-
EMI8.1
wird gleichzeitig das Heisswasser gemäss der Kurve 34 abgekühlt, bis es schliesslich am Ausglang des Erhitzens, bei 35, nur mehr
EMI8.2
Das so abgekühlte Wasser wird danach unmittelbar dem regenerativen Wärmetauscher 17-bei 36-zugeführt ; die Milch durchfliesst im Gegenstrom den regenerativen Wärmetauscher 17, wie beschrieben, wobei sie bei 37 eintritt und am Punkt 21'entsprechend dem Ausgang 21 gemäss Fig. 1 - austritt ; hierbei wird die Milch gemäss der Kurve 38 abgekühlt, während das Wasser unter Rückgewinnung der Wärme gemäss der Kurve 39 (vor) erwärmt wird. Am Punkt 22', entsprechend dem Ausgang 22 aus dem regenerativen Wärmetauscher 17, hat das Wasser dann wie erwähnt eine
EMI8.3
entsprechende abschliessende Erhitzung, vorgenommen werden.
Wie ersichtlich zeichnet sich das beschriebene Verfahren
<Desc/Clms Page number 9>
bzw. die beschriebene Vorrichtung durch einen geringen Aufwand sowie einen günstigen Wirkungsgrad aus, indem eine Wärmerückgewinnung in besonders hohem Ausmass durch den einzigen Wasserkreislauf 23 sichergestellt wird.
An sich kann die soweit anhand der Fig. 1 und 2 beschriebene Vorrichtung, mit dem Erhitzer 6 und dem regenerativer Wärmetauscher 17, bereits den meisten Ansprüchen im Bereich von landwirtschaftlichen Betrieben oder aber auch der Lebensmittelindustrie genügen, so dass das am Ausgang 21 des regenerativen Wärmetauschers 17 erhaltene Produkt (hier : Milch) dann beispielsweise direkt über eine Abgabe-Leitung 40 (siehe Fig. l) einem Tank, eventuell auch einer Abfüllanlage, zugeführt werden kann.
Sofern jedoch die Milch oder allgemein das Produkt auf eine noch tiefere Temperatur, etwa auf 5OC, abgekühlt werden soll, etwa um eine Frischhaltung in einem Tank mit Wärmeisolierung über eine wenn auch beschränkte, so doch längere Zeit zu ermöglichen, kann ein gesonderter Kühler 41 dem regenerativer Wärmetauscher 17, was die Milchbehandlung betrifft unmittelbar nachgeschaltet sein. Demgemäss wird die bei 21 aus dem regenerativer Wärmetauscher 17 austretende, abgekühlte Milch unmittelbar darauffolgend dem Kühler 41 zugeführt, aus dem sie bei 42 austritt, um zum Ausgang bzw. zur Abgabe-Leitung 40 zu gelangen. Der Kühler 41 wird im Gegenstrom von Kühlwasser durchflossen, welches von einem Vorlauf 43 mit Temperaturanzeige 44 und einem Überdruckventil 45 zur Druckbegrenzung, wie im Zusammenhang mit dem Überdruckventil 27 bereits erläutert, dem Kühler 41 zufliesst.
Der Druck des Kühlwassers im Vorlauf 43 kann mit Hilfe eines Manometers 46 angezeigt bzw. beobachtet werden.
Im Kühlwasser-Rücklauf 47 kann sodann ein Schauglas 48 angeordnet sein, um auch im Bereich des Kühlers 41 einen etwaigen Eintritt von Milch in das Kühlwasser und somit die Trübung des Kühlwassers beobachten zu können. Auch im Kreis des Kühlers 41 ist der Wasserdruck niedriger als der Solldruck der Milch, und es kann ergänzend zur Druckanzeige und-registrierung am Gerät 14 eine Druckanzeige und-registrierung mit einem weiteren Gerät 49 im Bereich des Ausgangs 42 aus dem Kühler 41 erfolgen. Ferner ist ein Temperaturanzeigegerät (Thermometer) 50 an die Leitung 40 angeschaltet.
Für den Fall, dass bei der Temperaturüberwachung (im Gerät
<Desc/Clms Page number 10>
15) ein Absinken der Milchtemperatur unter die vorgegebene Pasteurisierungstemperatur festgestellt wird, wird weiters auch ein in der Abgabe-Leitung 40 angebrachtes, normalerweise offenes Absperrorgan 51 geschlossen, wobei dieses Schliessen bevorzugt etwas früher (z. B. ca. 1 Sek. früher) als das Schliessen des Absperrorgans 18 erfolgt. Mit 52 bzw. 53 sind weiters als Drosseln wirksame Absperrklappen in der Umschalt-Leitung 19 bzw.
Abgabeleitung 40 bezeichnet, wobei diese Drosseln den Druckaufbau im Produkt-Kreis sicherstellen.
Ein Schauglas 54 in der Abgabe-Leitung 40 sowie eine Ableitung 55 mit Absperrorgan 56 dienen zum Anfahren der Vorrichtung, wobei im Anfahrbetrieb dem Vorlaufgefäss 2 vorweg Wasser anstatt Milch zugeführt wird, bis die gewünschten Temperaturen im Wasserkreislauf bzw. in den Wasserkreisläufen erreicht worden sind ; danach wird dem Vorlaufgefäss 2 das zu pasteurisierende Produkt zugeführt, wobei dann, wenn nur wenig Wasser mehr im Vorlaufgefäss 2 vorhanden ist, kaum eine Durchmischung der beiden Fluide zu befürchten ist. Während des geschilderten Anfahrbetriebs, in dem Wasser statt Milch zugeführt wird, wird das Wasser über das offene Absperrorgan 56 der Ableitung 55 zugeführt, wobei ein weiteres Absperrorgan 57 in der Abgabe-Leitung 40 geschlossen ist.
Sobald am Schauglas 54 festgestellt wird, dass nach abgeschlossenem Anfahrbetrieb Milch in der AbgabeLeitung 40 vorliegt, wird das Absperrorgan 56 in der Abflussleitung 55 geschlossen und das Absperrorgan 57 in der Abgabeleitung 40 geöffnet, so dass die pasteurisierte Milch dem Tank etc. zugeführt werden kann.
Als Wärmetauscher für den Erhitzer 6, den regenerativen Wärmetauscher 17 und gegebenenfalls den Kühler 41 können herkömmliche, für die Lebensmittelverarbeitung geeignete Plattenwärmetauscher eingesetzt werden, jedoch ist an sich die beschriebene Pasteurisierung mit Wärmerückgewinnung von der Art der jeweiligen Wärmetauscher unabhängig. Dementsprechend können auch Rohrbündelwärmetauscher oder Rohrwendelwärmetauscher für die Einheiten 6,17 bzw. 41 eingesetzt werden.
<Desc / Clms Page number 1>
The invention relates to a method for the temporary heating, in particular pasteurization, of a flowable food product, such as milk, fruit juice and the like. The product is heated to a predetermined temperature by means of hot water, kept at this temperature for a predetermined time and then cooled again by means of cooling water becomes.
Furthermore, the invention also relates to a device for the temporary heating, in particular pasteurization, of a flowable food product, such as milk, fruit juice and the like. A counterflow heater, a hot holder and a regenerative counterflow heat exchanger are flowed through in series by the product, to successively heat this product to a predetermined temperature, to maintain it at this temperature and then to cool it down again with the recovery of product heat, and wherein the heater is assigned a hot water processor for supplying hot water and cooling water is conducted in countercurrent to the product in the regenerative heat exchanger .
In the food industry and increasingly also in agricultural businesses with so-called `` ex-farm sales '', various products, in particular milk, but also fruit juices and similar liquid food products, are heated to a pasteurization temperature and hold at this pasteurization temperature for a predetermined time ; the respective food product is then cooled again in order to supply it to a tank or a filling system in the cooled state. Attempts have already been made to recover the heat given off by the product as it cools, for example by preheating the product to be pasteurized from the already pasteurized product in a regenerative heat exchanger according to the countercurrent principle, the already pasteurized product being cooled in this heat exchanger.
Following this preheating of the product to be pasteurized, the latter is fed to a heater, where it is brought to the desired pasteurization temperature with the aid of hot water, in order then to be held at this temperature for a predetermined time in a hot holder, for example a pipe coil with appropriate thermal insulation will. However, it is problematic that in the regenerative heat exchanger
<Desc / Clms Page number 2>
pasteurized product and pasteurized product flow in countercurrent, which in the case of cracks or the like in the heat exchanger leads to the penetration of unpasteurized product into the pasteurized product; however, this is not permitted.
So far, a way out has only been seen in cooling the pasteurized product in a separate cooling circuit with the help of cooling water; In this cooling circuit, a regenerative heat exchanger is provided in which the pasteurized product is cooled in one area while the cooling water is heated, and in which the unpasteurized product is preheated in a second area with the help of the heated cooling water before it is fed to the heater becomes. With this technology, however, separate circuits, each with the necessary display and monitoring devices, are necessary, so that the effort is relatively high.
It is therefore the object of the invention to provide a method or a device as stated at the outset, with which the most effective heat recovery possible is achieved with little expenditure on equipment.
For this purpose, the method according to the invention of the type mentioned at the outset is characterized in that the hot water which was cooled when the product was heated is used as cooling water and accordingly water in a single circuit, in countercurrent to the product, on the one hand for heating the product, while cooling the water, and on the other hand to cool the product while heating the water.
Correspondingly, the device according to the invention of the type specified at the outset is characterized in that the original hot water cooled when the product is heated in the heater is fed to the regenerative heat exchanger as cooling water and accordingly the water flowing through the heater and the regenerative heat exchanger in countercurrent to the product in a single Circulation is carried out in which the hot water heater is also included.
With the technique according to the invention, the above objective is advantageously met and, apart from increased safety during pasteurization,
<Desc / Clms Page number 3>
a simplification of the pasteurization process, which is also associated with particularly efficient heat recovery.
The simplification of the process also results in the saving of a separate water circuit including monitoring devices, since the heating of the product and the heat recovery when the product cools down are carried out in a common water circuit. The product heats up the previously cooled water in a countercurrent process, with a large part of the heat being recovered; From the outside, the water that has already been preheated only has to be heated up again by the missing temperature difference.
In the case of pasteurization of milk, experiments have shown, for example, that the hot water is heated to a temperature of 74 ° C. with the aid of the hot water processor, the milk being heated to a pasteurization temperature of 72 ° C. using this hot water.
During this heating, the water temperature drops again to approx. 10 C, and the water at this temperature of 10 C immediately flows through the regenerative heat exchanger, where it is again heated by the milk, which has been heated to 72 C and kept at this temperature in the hot holder for a while is heated to a temperature of over 60 C, in particular about 65 C; the pasteurized milk is cooled from its temperature of approx. 72 C to approx. 13 C
If this temperature of the milk or of the product in general is still too high for certain purposes after cooling in the regenerative heat exchanger, the product can be used in one
EMI3.1
Therefore, in terms of equipment, a cooler is connected downstream of the regenerative heat exchanger for further cooling of the product.
In order to prevent water from entering and mixing with the food product, such as milk, in the event of a crack in the heater heat exchanger or in the regenerative heat exchanger, the product can advantageously be kept under a pressure which is higher than that Pressure of water; In the present case, this can be achieved particularly cheaply, since, as mentioned, water flows through the heater and the regenerative heat exchanger in a single circuit. To here too
<Desc / Clms Page number 4>
To obtain proof of the safety of the product, the pressure of the product can advantageously be continuously recorded, for which purpose a pressure recording device, such as a pen, can be connected to a line carrying the product.
As such, the pressure of the water could also be registered continuously in a similar manner, but here a simple possibility is opened up by limiting the pressure of the water to a maximum pressure below the nominal pressure of the product by means of a pressure relief valve. For the sake of simplicity, this pressure relief valve can be provided in the area of the hot water processor.
For safety reasons, it can further be provided that the temperature of the product in the area of the keeping of heat at the predetermined temperature is continuously monitored in order to switch the product for a new supply for heating if the temperature of the product drops below the predetermined temperature. In order to prevent the pressure in the product group from dropping undesirably, product delivery is also advantageously blocked when the product is switched.
In a corresponding manner, an advantageous further development of the device according to the invention is accordingly characterized in that a temperature monitoring device is arranged in the product circuit, which is connected via control lines with a normally closed shut-off device in a changeover line from the hot holder to the entrance, with a normally open shut-off device in one line from the hot holder to the regenerative heat exchanger and to a normally open shut-off device in a product delivery line.
For example, conventional plate heat exchangers can be used as heat exchangers, but other types of heat exchangers can also be used, such as tube bundles or tube spiral heat exchangers.
The invention is explained below using a particularly preferred embodiment with reference to the drawing. 1 shows a schematic diagram of a pasteurization device for a flowable food product, in particular milk; and FIG. 2 in a diagram the course of the temperature of the water in the common circuit and
<Desc / Clms Page number 5>
of the product in the heater or in the regenerative heat exchanger.
1 shows a schematic diagram of a pasteurization device, for example for pasteurizing milk as a flowable food product; Such a device can in principle be provided for the food industry, with other products such. B. fruit juices, pasteurized or generally temporarily heated and cooled again; With particular advantage, however, such a device is provided for agricultural holdings in which milk, fruit juices and the like. Products are sold on the farm, these products being quick and easy with a comparatively small, inexpensive, nonetheless safe and food-compliant device and can be pasteurized reliably.
Specifically, the milk given here as an example for the food product is fed from 1 to a supply vessel 2 from a storage tank (not shown), in which the milk can be stored cooled, for example at a temperature of approximately 5 ° C. The temperature of the milk is displayed at the outlet of this flow container 2 with a temperature display device (thermometer) 3. A product pump 4 is then provided in the product circuit leading away from the supply vessel 2 and supplies the milk to a heater 6 under pressure via a line 5. The pressure at the outlet of the product pump 4 or in the line 5 is displayed with a pressure indicator 7.
This flows in the heat exchanger forming the heater 6
EMI5.1
8 is supplied. The hot water processor 8 heats the water, for example, to a temperature of 74 C, and this temperature is also displayed with the aid of a temperature display device (thermometer) 9. Furthermore, the pressure of the hot water is also displayed using a pressure indicator (manometer) 10.
In this way, the milk is heated in the heater 6 according to the countercurrent principle by the hot water from the temperature of 50C given at the inlet to a pasteurization temperature of 720C when it emerges from the heater 6 at 11; it then becomes a hot holder 12 immediately
<Desc / Clms Page number 6>
fed. The milk is held in this hot holder 12 for a predetermined time for the pasteurization, for example 0.5 minutes, at the predetermined pasteurization temperature, and for this purpose the hot holder 12 can, for example, be formed by a pipe coil, as is known per se.
At the outlet 13 of the hot holder 12, the pressure of the milk is displayed and registered with the aid of a pressure registration and display device 14; Furthermore, the temperature of the milk is displayed and monitored with the aid of a temperature display and monitoring device 15, this device 15 causing switching functions when the milk temperature drops below the predetermined pasteurization temperature of 72 C.
on the one hand, a shut-off device arranged in a line 16 from the heat holder 12 to a further heat exchanger, a regenerative heat exchanger 17, which will be explained in more detail below with regard to its task, which is normally open and thus the flow of milk from the heat holder to the regenerative heat exchanger 17 enables closed when the temperature drops via a control line coming from the monitoring device 15.
Then there is in a changeover line 19, which leads from the hot holder 12 back to the supply vessel 2, a shut-off device 20, which is normally closed and is opened when the milk temperature drops below the predetermined value; accordingly, the milk coming from the hot holder 12 is switched in this case, d. H. instead of the regenerative heat exchanger 17, the supply vessel 2 and thus the entrance area for renewed heating.
Normally, however, as mentioned, the hot, pasteurized milk is fed from the hot holder 12 to the regenerative heat exchanger 17 via the open shut-off device 18 in the line 16.
EMI6.1
Heat exchanger 17 (at 21) is cooled. During this cooling, the heat given off by the milk is recovered, and for this purpose the water cooled in the heater 6 when the milk is heated is then fed directly to the regenerative heat exchanger 17 in a single circuit, so that this is, for example, about 10 ° C when leaving the heater 6
<Desc / Clms Page number 7>
respectively.
Entry into the regenerative heat exchanger 17 cooled water is now heated again when flowing through the regenerative heat exchanger 17 in counterflow to the milk, and
EMI7.1
formed single water circuit, containing the heater 6 and the regenerative heat exchanger 17, is designated by 23 in FIG. This circuit 23 also contains a hot water pump 24, which allows the water to circulate in the circuit 23.
Furthermore, a feed line 25, in which a shut-off element 26 is arranged, leads to the circuit 23 in order to supply the circuit 23 with the required water. If necessary, a hot water tank can also be connected to the line 25 in order to be able to use the hot water obtained at the outlet 22 of the regenerative heat exchanger 17, which has a temperature of approximately 650 ° C., for other purposes after the end of a pasteurization process. However, this is not shown in detail in the drawing, FIG. 1.
In the present exemplary embodiment, the pressure of the milk in the line 16 is set higher than the pressure of the water in the circuit 23; As proof that a higher pressure prevailed in the milk circuit during pasteurization, the pressure registration and display device 14 continuously records the pressure of the milk. The - low - pressure of the water is simply limited by means of a pressure relief valve 27 to a maximum pressure below the nominal pressure of the milk instead of a similar ongoing registration, so that it is ensured that the water pressure can never reach the nominal or target pressure of the milk .
A thermostat control for the milk heating in the heater 6 is also illustrated in FIG. 1, a temperature sensor 28 detecting the temperature of the milk in the area of the outlet 11 from the heater 6 (for example target temperature: 72 ° C.) and possibly to the hot water processor 8 Control signal emits, as illustrated at 29 in Fig. 1, to cause a stronger or weaker heating of the milk.
The higher milk pressure compared to water pressure ensures that in the event of cracks in the heater
<Desc / Clms Page number 8>
6 or the heat exchangers forming the regenerative heat exchanger 17, only milk from the milk circuit can enter the water circuit 23 - and not vice versa. In such a case, the water which is clear per se is clouded by the milk which has entered, and this fact can be visually detected with the aid of a sight glass 30 in the water circuit 23.
The mode of operation of the device described so far, with the single water circuit 23 or the heater 6 and the regenerative heat exchanger 17, will now be explained in more detail with reference to the diagram in FIG. 2. In this diagram, the heating step (corresponding to the heater 6 in FIG. 1) is illustrated at 6 ′, while the cooling of the milk with heat recovery (corresponding to the regenerative heat exchanger 17 in FIG. 1) is shown at 17 ′. The flow path (length L) is shown on the abscissa and the temperature T (in OC) is shown on the ordinate.
At 31, the milk enters the heater 6 at a temperature of 5 C and is heated in countercurrent.
EMI8.1
the hot water is simultaneously cooled in accordance with curve 34, until it is finally only at the end of the heating at 35
EMI8.2
The water cooled in this way is then fed directly to the regenerative heat exchanger 17 at 36; the milk flows in countercurrent through the regenerative heat exchanger 17, as described, entering at 37 and exiting at point 21 ′ corresponding to the exit 21 according to FIG. 1; the milk is cooled according to curve 38, while the water is heated to recover the heat according to curve 39 (before). At point 22 ', corresponding to the outlet 22 from the regenerative heat exchanger 17, the water then has one as mentioned
EMI8.3
appropriate final heating.
As can be seen, the method described is distinguished
<Desc / Clms Page number 9>
or the described device from a low cost and a low efficiency by ensuring a particularly high degree of heat recovery through the single water circuit 23.
As such, the device described so far with reference to FIGS. 1 and 2, with the heater 6 and the regenerative heat exchanger 17, can already meet most of the requirements in the area of agricultural businesses or also the food industry, so that this is at the outlet 21 of the regenerative heat exchanger 17 product obtained (here: milk) can then, for example, be fed directly to a tank, possibly also to a filling system, via a discharge line 40 (see FIG. 1).
If, however, the milk or the product in general is to be cooled to an even lower temperature, for example to 5 ° C, for example in order to keep it fresh in a tank with thermal insulation over a period of time, albeit for a limited period of time, a separate cooler 41 can do this Regenerative heat exchanger 17, as far as milk treatment is concerned, can be connected immediately downstream. Accordingly, the cooled milk emerging at 21 from the regenerative heat exchanger 17 is fed immediately afterwards to the cooler 41, from which it emerges at 42 in order to arrive at the outlet or the discharge line 40. The cooler 41 is flowed through in countercurrent by cooling water which flows to the cooler 41 from a flow 43 with a temperature display 44 and a pressure relief valve 45 for pressure limitation, as already explained in connection with the pressure relief valve 27.
The pressure of the cooling water in the flow 43 can be displayed or observed with the aid of a manometer 46.
A sight glass 48 can then be arranged in the cooling water return 47, so that any entry of milk into the cooling water and thus the turbidity of the cooling water can also be observed in the area of the cooler 41. Also in the circle of the cooler 41, the water pressure is lower than the target pressure of the milk, and in addition to the pressure display and registration on the device 14, a pressure display and registration can be carried out with a further device 49 in the area of the outlet 42 from the cooler 41. Furthermore, a temperature display device (thermometer) 50 is connected to line 40.
In the event that during temperature monitoring (in the device
<Desc / Clms Page number 10>
15) If a drop in the milk temperature below the predetermined pasteurization temperature is determined, a normally open shut-off device 51 attached in the discharge line 40 is also closed, this closing preferably being somewhat earlier (e.g. about 1 second earlier) than the closing member 18 is closed. With 52 and 53 there are also butterfly valves effective as throttles in the changeover line 19 or
Designated output line 40, these throttles ensure the pressure build-up in the product circuit.
A sight glass 54 in the discharge line 40 and a discharge line 55 with shut-off device 56 serve to start the device, water being fed to the flow vessel 2 in advance instead of milk until the desired temperatures in the water cycle or in the water cycles have been reached; Thereafter, the product to be pasteurized is fed to the flow vessel 2, and when there is only a little more water in the flow vessel 2, there is hardly any fear of mixing the two fluids. During the start-up operation described, in which water instead of milk is supplied, the water is supplied to the discharge line 55 via the open shut-off element 56, a further shut-off element 57 in the discharge line 40 being closed.
As soon as it is determined on the sight glass 54 that there is milk in the discharge line 40 after the start-up operation has been completed, the shut-off element 56 in the discharge line 55 is closed and the shut-off element 57 in the discharge line 40 is opened so that the pasteurized milk can be supplied to the tank etc.
Conventional plate heat exchangers suitable for food processing can be used as heat exchangers for the heater 6, the regenerative heat exchanger 17 and possibly the cooler 41, but the pasteurization with heat recovery described is in itself independent of the type of the respective heat exchanger. Correspondingly, tube bundle heat exchangers or tube spiral heat exchangers can also be used for the units 6, 17 or 41.