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Anlage zur Hitzebehandlung von Flüssigkeiten, wie Milch,
Obstsäften od. dgl.
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leitungsrohr einem Punkte des Systems, der vor der Dampfzumischvorrichtung liegt, zurückleitet, wenn die gewünschte Temperatur nicht erreicht ist.
Bei Anlagen dieser Art zur Hitzebehandlung von Flüssigkeiten ist es aber nicht genug, die Flüssigkeit zurückzuleiten, damit diese die gewünschte Temperatur erhalten soll. Weil in diesem Fall die Flüssigkeit durch direktes Mischen mit Dampf erwärmt wird, wird dieser in der Flüssigkeit kondensiert, was eine Zunahme der Flüssigkeitsmenge zur Folge hat. Durch ein Zurückleiten der Flüssigkeit zwecks erneuter Erwärmung mit Dampf erhält die zuletzt erhaltene, ausreichend erhitzte Flüssigkeit mehr kondensierten Dampf, als danach in dem zweiten Tank entfernt werden kann, mit dem Resultat, dass das erhaltene Endprodukt an Flüssigkeit eine andere Konzentration nach der Hitzebehandlung erhält als es vorher der Fall war. Dieses ist unerwünscht und widerspricht dem, was man mit der Hitzebehandlung erreichen will.
Die Hitzebehandlung gemäss der Erfindung soll so beschaffen sein, dass trotz direkter Erhitzung mit Dampf, die Flüssigkeit unter Beibehaltung der Flüssigkeitskonzentration sterilisiert wird. Dieses Ziel ist nicht durch alleinige Anwendung der Rückleitung der Flüssigkeit auf bekannte Art bei unzureichender Erwärmung zu erreichen.
Es ist nämlich nicht gleichgültig, zu welchem Punkt der Anlage man vor der Dampfzumischvorrichtung die Flüssigkeit zurückführt. Allein dadurch, dass die Flüssigkeit zu dem ersten Tank zurückgeführt wird, wird dieses Ziel erreicht und dadurch, dass man einen solchen Tank im System hat sowie, dass der Tank die Zubehörteile besitzt, die dazu erforderlich sind, da die Flüssigkeit, wenn diese den Tank erreicht, von seinem Gehalt aus kondensiertem Dampf befreit wird. Wenn der erste Tank, der an eine Vakuumsauganordnung angeschlossen ist, einen Unterdruck entsprechend dem Dampfdruck bei z.
B. 760e hält, so bedeutet dieses, dass die zurückgeleitete Flüssigkeit, die eine Temperatur über dieser Temperatur hat, beim Einlass in den Tank schnell abkocht und sich von allem vom Dampf herrührenden Kondensat befreit und eine Temperatur von in der Hauptsache 760C annimmt.
Die Flüssigkeit, die danach nochmals in die Dampfzumischvorrichtung einströmt, hat also noch immer die gleiche Konzentration, wie es das erste Mal der Fall war, als sie die Dampfzumischvorrichtung passierte und wenn der hinzugefügte Dampf jetzt einen ausreichenden Wärmeinhalt besitzt, um die Flüssigkeit auf die gewünschte Temperatur zu erhöhen, passiert die Flüssigkeit das Dreiwegventil und eine diesem nachgeschaltete Druckentspannungsvorrichtung und strömt in eine Leitung als sterilisierte Flüssigkeit bei einer Temperatur von z. B. 780C weiter in den zweiten Tank.
Die Temperatur 78 C, also etwas über 76 C, ist absichtlich gewählt, damit die Flüssigkeit im zweiten Tank die gleiche Konzentration erhalten soll wie die Ursprungsflüssigkeit und sich damit ausschliesslich von dem in der Flüssigkeit kondensierten Dampf befreit, der von der Erhitzung mit Dampf herrührt.
Die Rückzirkulation durch die Rückleitung dauert unter Umständen so lange, bis die Dampfzufuhr zu der Dampfzumischvorrichtung so gross wird, dass sie in der Lage ist, die Flüssigkeit bis zur gewünschten Sterilisierungstemperatur zu erhöhen. Dieses kann geschehen, ohne dass jemand einzugreifen braucht, indem der Dampfverbrauch an andern Stellen in der Fabrik aus irgendeinem Grund wieder reduziert wird und auch dadurch, dass ein Überwacher der Anlage mehr Dampf zu der Dampfzumischvorrichtung hindurchlässt.
Wenn auch somit bekannt ist, Flüssigkeit rückzuzirkulieren, die unzureichend erhitzt ist, um sie auf eine höhere Temperatur zu bringen, so ist dieses bei Anlagen gemäss der Erfindung nicht möglich, da diese vor der Dampfzumischvorrichtung einen Vakuumtank haben, sofern man nicht besondere Massnahmen ergreift, die die Rückzirkulation ermöglichen. Diese Vorkehrung besteht darin, dass in der Rückzirkulationsleitung zwischen der Dampfzumischvorrichtung und dem ersten Tank eine Reduziervorrichtung vorgesehen werden muss, welche den Druck zwischen der Dampfzumischvorrichtung und der Reduziervorrichtung aufrechthält, so dass eine Dampfbildung an dieser Stelle nicht erfolgt. Allenfalls kann natürlich das Dreiwegventil so dimensioniert sein, dass es als Reduzierungsventil arbeitet und damit die genannte Reduziervorrichtung unnötig macht.
Entsprechend dem obenstehenden kennzeichnet sich eine Anlage gemäss der Erfindung vor allem dadurch, dass das Rückleitungsrohr zwecks Entdampfung der rückgeleiteten Flüssigkeit bis auf dieselbe Konzentration, die die Flüssigkeit vor dem Passieren der Dampfzumischvorrichtung hatte, in den ersten Tank mündet und mit einer Entspannungsvorrichtung versehen ist.
Wird die Milch in einer solchen Anlage rückgeleitet, so werden in dem kontinuierlichen Verfahren Unterbrechungen eintreten. Wenn es sich um eine lange Unterbrechung handelt, muss die Zuleitung der durch Erhitzen zu behandelnden Milch zudem geschlossenen Tank abgeschaltet werden. Wenn diese Milch auf ihrem Wege zu dem Tank durch eine der Vorerhitzung dienende Vorrichtung durchgeleitet wird, kann es vorkommen, dass die Milch an den erwärmten Flächen dieser Vorrichtung anbrennt, so dass letztere
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dann nicht mehr weiter verwendet werden kann und vor Wiederverwendung gereinigt werden muss.
Erfindungsgemäss wird dieses Risiko dadurch beseitigt, dass in der Anlage noch ein Dreiweghahn, der in dem von der Vorerwärmungsvorrichtung zu dem geschlossenen Tank führenden Rohr angeordnet ist sowie ein Rückleitungsrohr vorgesehen werden, das zwischen diesem Hahn und dem Aufnahmegefäss angeordnet ist. Dieser Dreiweghahn kann entweder direkt oder durch Impulse von dem nach der Dampfzumischvorrichtung angeordneten Dreiweghahn temperaturabhängig geregelt sein, wobei beide Hähne geeigneterweise so angeordnet sind, dass sie, jeder innerhalb seines eigenen, das zugeordnete Rückleitungrohr einschliessenden Systems, gleichzeitig zur Rückleitung der Milch oder umgekehrt eingestellt sind.
Die Dreiweghähne sind zweckmässig so konstruiert und angeordnet, dass die Regelung der Flüssigkeitsruck- leitung auch erfolgt, wenn die elektrische Stromzuleitung unterbrochen wird, wobei in einem solchen System die Flüssigkeitsrückleitung weiterhin stattfindet, wenn der elektrische Stromfluss wieder einsetzt.
Eine solche Anlage mit zwei Systemen sichert sofort wieder den normalen Verfahrensablauf, sobald die Dampfzuleitung zu der Dampfzumischvorrichtung wieder ordnungsgemäss vor sich geht. Auch nach kurzer Unterbrechung der Stromzuleitung arbeitet, wie festgestellt werden konnte, die Anlage wieder zufriedenstellend, da durch die Einstellung der Dreiweghähne bei nicht hinreichender Erhitzung stets die Rückleitung der Flüssigkeit bewirkt wird.
Die Erfindung soll an Hand einer Zeichnung näher erläutert werden, die eine Anlage gemäss der Erfindung zeigt, welche zur Sterilisierung oder Pasteurisierung der Milch dient.
Durch ein Einlassrohr 1 wird Milch mit einer Temperatur von ungefähr 120C in ein offenes Aufnahmegefäss 2 über ein schwimmergesteuertes Ventil 3, welches das Überfüllen des Gefässes verhindert, geleitet. Eine Pumpe 4 saugt die Milch aus dem Gefäss und bringt sie durch ein Rohr zu einem Austauschbereich 5 eines Wärmeaustauschers, der auch einen Hitzebereich 6 und einen Kühlbereich 7 aufweist und aus z. B. einer sogenannten Plattenapparatur besteht. In dem Austauschbereich 5 wird die Milch auf 650C und in dem Hitzebereich 6 weiter auf 76 C erhitzt.
Von dort wird die Milch durch ein Rohr 8, einen Dreiweghahn 9 und ein Drosselventil 10 zu einem geschlossenen Tank 11 geführt, von dessen unterem Teil die Milch mittels einer Pumpe 12 einer mit einer Mischdüse geeigneter Art versehenen Dampfzumischvorrichtung 13 zugeleitet wird, in welcher der Dampf durch den Einlass 14 eingeführt wird. Durch die Dampfzumischung wird die Temperatur der Milch auf z. B. 1350C gebracht. Die Milch gelangt dann durch einen weiteren Dreiweghahn 15 in ein Drosselventil 16. In letzterem wird der Druck plötzlich vermindert, so dass das Wasser in der Milch teilweise verdampft und die Milchtemperatur auf 780C sinkt.
Das so erhaltene Gemisch von Milch und Dampf wird durch ein Rohr 17 zu einem zweiten geschlossenen Tank 18 geleitet, wo der Dampf von der Milch getrennt wird ; die Milch wird dann mittels einer Pumpe 19 von dem unteren Teil des Tanks abgeleitet und durch ein Rohr 20 zu dem Austauschbereich 5 des Wärmeaustauschers gebracht, wo sie einen Teil ihrer Wärme an die frisch einströmende Milch abgibt und selbst hiedurch auf 250C abkühlt. ImKühlbereich 7 des Wärmeaustauschers wird die Milchtemperatur weiter auf 40C herabgesetzt,. wonach die fertig behandelte Milch durch einen Auslass 21 abgeleitet wird. Die Zuleitung des Kühlmediums zu dem Kühlbereich 7 erfolgt durch einen Einlass 22 und dessen Abgabe durch einen Auslass 23.
Die Tanks 11 und 18 sind an ihren oberen Teilen mit Auslässen 24 bzw. 25 versehen, die mit einer gemeinsamen Vakuumpumpe oder jeder für sich mit einer separaten Pumpe (nicht gezeigt) verbunden sein können. Von dem Dreiweghahn 9 verläuft ein Rückleitungsrohr 26 zu dem Aufnahmegegefäss 2. In diesem Rückleitungsrohr befindet sich ein Drosselventil 27. Von dem Dreiweghahn 15 verläuft in gleicher Weise ein Rückleitungsrohr 28 zu dem Tank 11, wobei sich in diesem Rückleitungsrohr ein Drosselventil 29 befindet.
Der Dreiweghahn 15 ist in der Weise temperaturabhängig geregelt, dass, wenn die Milch in der Dampfzumischvorrichtung 13 nicht hinreichend erhitzt wird, d. i. wenn die Temperatur in dem gewählten Beispiel unter 1350C sinkt, der Dreiweghahn 15 so eingestellt ist, dass die Milch durch das Rohr 28 in den Tank 11 rückgeleitet wird ; das Drosselventil 29 verhindert eine Dampfbildung in der Rohrleitung vor dem Ventil, in welchem ein plötzlicher, dem in dem Ventil 16 vor sich gehenden Druckabfall entsprechender Druckabfall stattfindet, wodurch die Milch und der Dampf, die durch das Rohr 28 in den Tank 11 zurückgelangen, in diesem Tank, aus welchem der Dampf, zusammen mit Luft und schlecht riechenden Gasen durch den Auslass 24 entfernt wird, voneinander getrennt werden.
Während des normalen Ablaufes sind der Tank 11 und auch der Tank 18 fast gänzlich frei von Milch, so dass sich in deren unteren Teilen nur ein kleiner Anteil an Milch befindet.
Der Dreiweghahn 9 ist in gleicher Weise wie der Dreiweghahn 15 temperaturabhängig oder mit letzterem Hahn derart verbunden, dass er, bei ungenügender Erhitzung der Milch in der Dampfzumischvorrichtung 13, das aus dem Wärmeaustauscher führende Milchzuleitungsrohr 8 mit dem Rückleitung-
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System for the heat treatment of liquids such as milk,
Fruit juices or the like
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line pipe to a point of the system, which is located in front of the steam mixing device, if the desired temperature is not reached.
In systems of this type for the heat treatment of liquids, however, it is not enough to return the liquid so that it should get the desired temperature. In this case, since the liquid is heated by direct mixing with steam, it is condensed in the liquid, resulting in an increase in the amount of liquid. By returning the liquid for the purpose of renewed heating with steam, the sufficiently heated liquid obtained last receives more condensed vapor than can then be removed in the second tank, with the result that the resulting end product of liquid receives a different concentration after the heat treatment than it was the case before. This is undesirable and contradicts what one wants to achieve with the heat treatment.
The heat treatment according to the invention should be such that, despite direct heating with steam, the liquid is sterilized while maintaining the liquid concentration. This goal cannot be achieved by simply using the return of the liquid in a known manner in the case of insufficient heating.
Indeed, it does not matter to which point in the system the liquid is returned upstream of the steam mixing device. Just by returning the liquid to the first tank, this goal is achieved and by having such a tank in the system and that the tank has the accessories that are necessary for this, as the liquid when this is the tank achieved, is freed from its content of condensed steam. When the first tank, which is connected to a vacuum suction arrangement, a negative pressure corresponding to the vapor pressure at z.
B. holds 760e, this means that the returned liquid, which has a temperature above this temperature, boils quickly when entering the tank and frees itself from all condensate originating from the steam and assumes a temperature of mainly 760C.
The liquid, which then flows into the steam mixing device again, still has the same concentration as it was the first time when it passed the steam mixing device and if the added steam now has sufficient heat content to bring the liquid to the desired level To increase the temperature, the liquid passes the three-way valve and a pressure relief device connected downstream of this and flows into a line as a sterilized liquid at a temperature of, for. B. 780C further into the second tank.
The temperature 78 C, i.e. a little over 76 C, is deliberately chosen so that the liquid in the second tank should have the same concentration as the original liquid and thus only be freed from the vapor condensed in the liquid, which results from the heating with steam.
The return circulation through the return line may last until the steam supply to the steam admixing device is so great that it is able to increase the liquid to the desired sterilization temperature. This can be done without anyone needing to intervene, by reducing the steam consumption again at other locations in the factory for whatever reason and also by having a supervisor of the plant let more steam through to the steam admixing device.
Even if it is known to recirculate liquid that is insufficiently heated to bring it to a higher temperature, this is not possible with systems according to the invention, since they have a vacuum tank in front of the steam mixing device, unless special measures are taken, which allow the return circulation. This precaution consists in that a reducing device must be provided in the recirculation line between the steam mixing device and the first tank, which maintains the pressure between the steam mixing device and the reducing device so that steam does not form at this point. At most, of course, the three-way valve can be dimensioned in such a way that it works as a reducing valve and thus makes the said reducing device unnecessary.
According to the above, a system according to the invention is mainly characterized by the fact that the return pipe for the purpose of evaporation of the returned liquid opens into the first tank up to the same concentration that the liquid had before it passed the steam admixing device and is provided with an expansion device.
If the milk is returned to such a system, interruptions will occur in the continuous process. If it is a long interruption, the supply of the milk to be treated by heating must be switched off to the closed tank. If this milk is passed through a preheating device on its way to the tank, it can happen that the milk sticks to the heated surfaces of this device, so that the latter
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can then no longer be used and must be cleaned before reuse.
According to the invention, this risk is eliminated by providing a three-way tap in the system, which is arranged in the pipe leading from the preheating device to the closed tank, and a return pipe, which is arranged between this tap and the receiving vessel. This three-way cock can be regulated as a function of temperature either directly or by pulses from the three-way cock arranged after the steam admixing device, both taps being suitably arranged so that they, each within its own system including the associated return pipe, are simultaneously set for the return of the milk or vice versa .
The three-way cocks are expediently designed and arranged in such a way that the liquid pressure line is also regulated when the electrical current supply line is interrupted, with the liquid return line continuing in such a system when the electrical current flow starts again.
Such an installation with two systems immediately ensures the normal process sequence again as soon as the steam supply line to the steam mixing device is proceeding properly again. Even after a brief interruption of the power supply, the system works satisfactorily again, as the setting of the three-way cocks always causes the liquid to be returned if the heating is insufficient.
The invention will be explained in more detail with the aid of a drawing which shows a system according to the invention which is used for sterilizing or pasteurizing the milk.
Milk at a temperature of approximately 120 ° C. is fed through an inlet pipe 1 into an open receptacle 2 via a float-controlled valve 3, which prevents the vessel from being overfilled. A pump 4 sucks the milk out of the vessel and brings it through a pipe to an exchange area 5 of a heat exchanger, which also has a heat area 6 and a cooling area 7 and consists of e.g. B. a so-called plate apparatus. The milk is heated to 650C in the exchange area 5 and further to 76C in the heating area 6.
From there the milk is fed through a pipe 8, a three-way cock 9 and a throttle valve 10 to a closed tank 11, from the lower part of which the milk is fed by means of a pump 12 to a steam mixing device 13 provided with a mixing nozzle of a suitable type, in which the steam is introduced through inlet 14. By adding steam, the temperature of the milk is raised to e.g. B. 1350C. The milk then passes through a further three-way cock 15 into a throttle valve 16. In the latter, the pressure is suddenly reduced so that the water in the milk partially evaporates and the milk temperature drops to 780C.
The mixture of milk and steam thus obtained is passed through a pipe 17 to a second closed tank 18 where the steam is separated from the milk; the milk is then diverted from the lower part of the tank by means of a pump 19 and brought through a pipe 20 to the exchange area 5 of the heat exchanger, where it gives off part of its heat to the freshly flowing milk and thereby cools itself down to 250C. In the cooling area 7 of the heat exchanger, the milk temperature is further reduced to 40C. after which the finished milk is discharged through an outlet 21. The supply of the cooling medium to the cooling region 7 takes place through an inlet 22 and its delivery through an outlet 23.
The tanks 11 and 18 are provided at their upper parts with outlets 24 and 25, respectively, which can be connected to a common vacuum pump or each individually to a separate pump (not shown). A return pipe 26 runs from the three-way cock 9 to the receptacle 2. In this return pipe there is a throttle valve 27. A return pipe 28 runs in the same way from the three-way cock 15 to the tank 11, a throttle valve 29 being located in this return pipe.
The three-way tap 15 is temperature-controlled in such a way that, if the milk in the steam admixing device 13 is not sufficiently heated, i. i. if the temperature drops below 1350C in the example chosen, the three-way tap 15 is set so that the milk is returned through the pipe 28 to the tank 11; the throttle valve 29 prevents the formation of steam in the pipeline upstream of the valve in which a sudden pressure drop corresponding to the pressure drop occurring in the valve 16 takes place, whereby the milk and the steam that return through the pipe 28 into the tank 11 are in this tank, from which the steam, together with air and bad smelling gases is removed through the outlet 24, are separated from each other.
During the normal process, the tank 11 and also the tank 18 are almost entirely free of milk, so that there is only a small proportion of milk in their lower parts.
The three-way tap 9 is temperature-dependent in the same way as the three-way tap 15 or is connected to the latter tap in such a way that, if the milk in the steam admixing device 13 is insufficiently heated, the milk supply pipe 8 leading from the heat exchanger is connected to the return line.
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