Verfahren zum Entkeimen von Flüssigkeiten und Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entkeimen von Flüssigkeiten, insbesondere von flüssigen Nahrungsmitteln und Geträn ken, bei welchem die zu behandelnde Flüssig keit durch einen Kanal geleitet und durch Öffnung in der Kanalwand Wasserdampf zur Erhitzung der Flüssigkeit in dieselbe einge führt wird.
Es ist bekannt, flüssige Nahrungsmittel und Getränke, zum Beispiel -Milch, durch di- rektes Einführen von Wasserdampf einer Wärmebehandlung zii unterwerfen. Damit be- zweekt man, in der -Iileh befindliche k#Iikro- organismen zu vernichten, die neben der hy- wiieniseben Beschaffenheit auch die Haltbar keit der -Milch schädlich beeinflussen.
Eine bereits zu diesem Zweck verwendete Einrich tung besteht aus einem geraden Rohrstück, welches von einem Dampfmantel umgeben ist und welehes in der Rohrwandung Hinführ- öffnungen für den 'NV asserdampf aufweist.
Die zu behandelnde Milch wird unter er- l1Glitem Druck durch das Innere des Rohr- stiieks geleitet und durch den eindringenden und kondensierenden Wasserdampf kurzzeitig auf die zur Vernichtung der Mikroorganismen nötige Temperatur erhitzt.
Zur Vermeidung schädlicher Veränderungen der lNTileh wird diese unmittelbar anschliessend an die Wärme behandlung durch Drucksenkung in einer Entspannungseinriehtung gekühlt.
Der Betrieb einer solchen Einrichtung muss mannigfachen Bedingungen genügen. Einerseits sind in den meisten Fällen Erhit- zungstemperaturen im Bereich von 1'5ss C und darüber nötig, um die hitzeresistenten Keime zu vernichten. Anderseits darf die Wäxmebe- handlung keinerlei schädliche Veränderungen der Flüssigkeit verursachen.
In dieser Hin sicht muss besonders verlangt werden, dass der, Rohgeschmack erhalten bleibt, das heisst, dass kein Kochgeschmack auftritt, verursacht durch unzulässig lange Wärmebehandlung, Ferner ist. das Anbrennen einzelner in der Flüssig keit enthaltener Stoffe zu verhindern; die letztgenannte Anforderung ist besonders schwierig; bei der Behandlung von Milch zu erfüllen. Diese neigt dazu, an den Kanalwän den Ablagerungen zu bilden, welche dauernd der hohen Erhitzungstemperatur ausgesetzt sind und zum Anbrennen neigen.
Den genannten Anforderungen kann um so besser entsprochen werden, je gleichmässi ger sämtliche Flüssigkeitsteilchen hinsichtlich Temperatur und Dauer der Einwirkung des eingeführten Dampfes ausgesetzt sind. Gelingt es, einerseits alle Flüssigkeitsteilchen mit Sicherheit während der vorzugsweise nur Sekundenbruchteile dauernden Wärmeeinwir kung auf die gerade zur Vernichtung der Keime nötige 'Temperatur zu erhitzen, so ist Gewähr vorhanden, dass sämtliche Keime bei schonendster Behandlung der Flüssigkeit ver nichtet. werden.
Gelingt es anderseits, durch geeignete. Strömungsführung der Flüssigkeit und Anordnung der Dampfeinführöffnungen die Bildung von Ablagerungen in der Erhit- zungseinrichtung zu verhindern, besteht auch keine Gefahr, da.ss der Geschmack der behan.. delten Flüssigkeit nachteilig verändert ist.
Vorliegende Erfindung bezweckt die Ver besserung der bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen der beschriebenen Art mit dem Ziel, innert kürzester Zeit eine gleichmässige Erhitzung sämtlicher Flüssigkeitsteilchen auf die zur Vernichtung der Keime gerade nötige Temperatur unter gleichzeitiger Verhinderung schädlicher Ablagerungen an den von der Flüssigkeit benetzten 'Teilen der Entkeimungs- cinrichtung zu ermöglichen.
Das Verfahren nach der Erfindung ist da durch gekennzeichnet, dass der Dampf im Be reich der höchsten Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit, in einer düsenförmigen Quer- schnittsverenguing des Kanals in die Flüssig keit eingeführt wird.
Die Vorrichtung zur Ausführung des er findungsgemässen Verfahrens ist dadurch ge kennzeichnet, da.ss der Kanal eine einsatzlose düsenförmige Querschnittsv erengung aufweist und dass die Dampfeinführöffnimgen im Be reich des engsten Querschnittes angeordnet sind.
Vorteilhaft wird die Strömungsgeschwin digkeit der Flüssigkeit im Bereich der Dampf einführöffnimgen durch geeignete Abmessini- gen der Querschnittsverengung auf mindestens das Zehnfache der Strömungsgeschwindigkeit am Einlass der Verengung eingestellt. Es empfiehlt sich, den Kanalquerschnitt wenig stens im Bereich der Dampfeinführöffnungen durch zwei einander gegenüberliegende und annähernd parallele Wände zu begrenzen und die Dampfeinführöffnungen in diesen Wän den anzuordnen. Die Eintrittsrichtung des Dampfes kann gegebenenfalls in Strömungs richtung der Flüssigkeit geneigt sein.
Ferner können auch zusätzliche Dampfeinführöffnun- gen in dem auf den engsten Querselmitt fol genden, diffusorartigen Teil der Querschnitts- verengung angeordnet sein.
Zweckmässig kön nen die Dampfeinführöffnungen über Kanäle in der Kanalwandung in Verbindung mit einer in der Kanalwand angeordneten, nutenförmi- gen Ausnehmung stehen, welche ihrerseits von einem Dampfmantel umschlossen ist und wobei die Kanalwandung ausserhalb der Aus nehmung eine Wandstärke besitzt, welche das Mehrfache der Länge der Kanäle beträgt.
Hierbei empfiehlt es sieh, die nutenförmige Ausnehmung entgegen der Strömungsrichtung der Flüssigkeit gegenüber dem die Dampf- cinführöffnungen aufweisenden Bereich der Kanalwand versetzt anzuordnen.
Der Gegenstand de=r Erfindung und wei tere mit ihr zusammenhängende Merkmale sind nachstehend an Hand der beiliegenden Zeich nung beispielsweise erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt. durch eine Vor richtung zur Ausführung des Verfahrens, Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie I-I durch einen 'Teil der in F'ig. 1 gezeich neten Vorrichtung,
Fig.3 die Ansicht des in Fig.2 gezeich neten Teils und Fig. -1 eine andere Ausführungsform des die Quersclinittsverengiing aufweisenden Ka nalteils im Längsschnitt.
Gleiche Teile sind in sämtlichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung eignet sich besonders für die Entkeimung von Milch und niilehhaltigen Flüssigkeiten, ob schon auch andere Flüssigkeiten, wie Frucht säfte, mit. ihrer Hilfe behandelt werden kön nen. Die Vorrichtung besitzt einen von der Flüssigkeit durchströmten Kanal 1, welcher innerhalb des Teilstücks A-A eine düsenför- mige- Querschnittsverengung aufweist.
An der Eintrittsöffnun"@ 2 Lind an der Austrittsöff nung 3 des Kanals sind nicht gezeichnete An- i schlussleitungen befestigt.. Zur Aufrechterhal tung einer kontinuierlichen, zwangläufig ge führten Strömuing im Kanal 1 ist im Strö mungsweg der Flüssigkeit. vor der gezeich neten Vorrichtung ein Förderorgan. angeord net.
Der Kanal 1 ist über das Teilstück A-:1 von zwei Wandteilen -1 und ä gebildet, welche im Querschnitt den Kanal je zur Hälfte um- schliessen und in der durch die Symmetrie- aehse führenden Trennebene aufeinander auf liegen. Beide Wandteile 4 und 5 sind ge- iiieinsam an ihren Enden mit dem Anschluss- stück 6 bzw. 7 verschraubt. Um die Wand teile 4 und 5 ist im Abstand ,ein Mantelrähr 8 angeordnet.
Es schliesst. mit den Aussen- fläehen der Wandteile 4 und 5 einen Hohl raum 9 ein, welcher in seinem obern Teil mit wärmeisolierendeim iHaterial ausgefüllt ist. Das Mantelrohr 8 ist. über die Wandteile 4 und 5 und die Anschlussstücke 6 und 7 ge schoben und mit.
Hilfe der Überwurfmuttern 10 und 11 an den Anschlussstücken befestigt.. An der Stelle 11 ist ein Dichtungsring und an der Stelle 13 eine Stopfbüchse angeordnet, welche den Hohlraum 9 dampfdicht nach aussen abschliessen. Sämtliche Teile mit Aus nahme der Dichtungselemente sind zweek- mä.ssig aus korrosionsfestem Stahl hergestellt.
Ain Mantelrohr 8 ist ein Stutzen 8a ange- seliwcisst, durch welchen Wasserdampf unter erhöhtem Druck in den einen Dampfmantel bildenden Hohlraum 9 geleitet werden kann.
Innerhalb des 'Teilstücks .,1-r1 des Kanals 1 bilden die Wandteile 4 und 5 eine ein satzlose düsenförmige Querschnittsverengung. Nach der Erfindung wird der Wasserdampf im Bereich der höchsten Strömungsgeschwin- digkeit, das heisst. im Bereich des engsten Querschnittes in die durchströmende Flüssig keit. eingeführt. Zu diesem Zweck sind die Wandteile .1 und 5 mit je einer nutenförmi- gen Ausnehmung 14 bzw.<B>15</B> versehen, welche ihrerseits vom Dampfmantel umschlossen ist.
Die Ausnehmungen 1-1 und 15 stehen über Kanäle 16 und dein Kanal 1 in Verbindung, derart, dass der durch den Stutzen 8a einge rührte Dampf durch die Öffnungen 17 in der lianalwand in die Flüssigkeit einströmt und in ihr kondensiert.
Die beschriebene \'eise der Dampfeinfüh rung sichert folgende Vorteile: Im Bereich des engsten Querschnittes besitzt die Flüssig keit eine hohe Strömungsgeschwindigkeit. Dies steigert. den Wärmeübergang zwischen. eingeführtem Dampf und durchströmender Flüssigkeit in einem solchen Masse, dass die ganze zur Erhiitzung der Flüssigkeit auf die gewünschte Entkeimungstemperatur nötige Dampfmenge durch Öffnungen eingeführt werden kann, welche in einem sehr kleinen Bereich der Wandfläche. des Kanals angeord net sind.
In den meisten Fällen genügt es, die Öffnungen 17, wie F'ig. 1 zeigt., im wesent lichen in einer einzigen, senkrecht zur Kanal achse stehenden Ebene anzuordnen. Der sehr gute ZVärmeübergang gewährleistet eine plätz- liche Kondensation des mit der Flüssigkeit in Berührung kommenden Dampfes.
Damit be steht keine Gefahr, dass der Durchflussquer- sehnitt durch Dampfblasen teilweise versperrt wird, was eine ungleichmässige Strömung und damit auch eine ungleichmässige Erhtzungs- dauer für die durchströmenden Flüssigkeits teilchen zur Folge haben würde.
Gleichzeitig verhindert die beschriebene Art der Dampf- einführung das Entstehen von Ablagerungen auf der Kanalwand, welche zum Anbrennen neigen, beispielsweise bei der Behandlung von Milch. Ablagerungen können vornehmlich dann entstehen, wenn die Kanalwand über hitzte Teile aufweist., deren Oberflächentem peratur erheblich über der Flüssigkeitstem peratur an dieser Stelle liegt, und wenn an derseits die .Strömungsführung der Flüssig keit die Bildung solcher Ablagerungen be günstigt.
Dieser Gefahr ist beim beschrie benen Verfahren und der Vorrichtung zu dessen Ausführung vollständig begegnet. Das Verfahren ermöglicht. die Anordnung der Dampfeinführöffnungen in einem sehr kleinen Bereich der Wandfläche des Kanals, wo der Wärmefluss zwischen dampfführenden Teilen und Kanalwand infolge der hohen Geschwin digkeit und damit erzielter guter Wärmeablei tung an die Flüssigkeit keine gefährlichen Oberflächentemperaturen im Bereich der Dampfeinführöffnungen entstehen lässt.
Fer ner verhindert die hohe Strömungsgeschwin- digkeit an und für sich die Bildung von Ab lagerungen. Auf diese Weise kann das schäd liche Anbrennen und eine damit verbundene nachteilige Geschmacksänderung der behan@ delten Flüssigkeit vollständig vermieden wer den. . Zur Verhinderung der Gefahr des An brennens sei noch auf ein weiteres Merkmal der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung hinge wiesen.
Ausserhalb der notenförmigen Aus- nehmung beträgt die Wandstärke der Teile 4 und 5 ein Mehrfaches der Länge der Kanäle zwischen Ausnehmung und Öffnungen 17.
Dies verhindert einen unzulässig starken Wärmefloss zwischen der in Berührung mit, dem Dampf stehenden Aussenseite der Teile 4 und 5 und dem von der heissen Flüssigkeit durchströmten, diffusorartigen Teil des an den engsten Querschnitt, anschliessenden Ka- nalstücks. Dies trägt ebenfalls zur Vermin derung der Oberfläehentemperatur des. ge nannten Kanalteils bei.
Aus dem gleichen Grunde empfiehlt es sich, gemäss Fig.1 die nutenförinigen Ausnehmungen entgegen der Strömungsrichtung der Flüssigk cit bezüglich des die Dampfeinführöffnungen aufweisenden Bereiches der Kanalwand versetzt anzuord nen.
Damit erfolgt der grössere Teil des Wärmeflusses zwischen den Wänden der Aus- nehmung und der Kanalwand in einem sol chen Bereich des Kanals 1, der von nicht erhitzter Flüssigkeit durchströmt ist und wo keine Gefahr der Bildung von Ablagerungen auf den Kanalwänden besteht.
Die gleichmässige Erhitzung sä.mtliclrer Flüssigkeitsteilchen kann noch dadurch ver bessert werden, wenn der Kanalquerschnitt wenigstens im Bereich der Dampfeinführöff- nungen durch zwei einander gegenüberlie gende und annähernd parallele Wände be grenzt ist, und wenn die Dampfeinführ- öffnungen in diesen Wänden angeordnet sind.
Fig. 2 zeigt in diesem Zusammenhang in ver grössertem Massstab einen Schnitt nach der Linie I-I in Fig.1. Der annähernd recht eckige Durchführungsquerschnitt des Kanals 1 wird durch die einander gegenüberliegen den, parallelen und ebenen Wände 18 und 19 bzw. 20 und 21 der Teile 4 und 5 gebildet. Die Wände 1$ und 19 sind mit den durch die Bohrungen 16 gebildeten Dam.pfeinführ- öffnungen versehen. Die Wandteile 4 und 5 sind durch Schraubenbolzen 22 und 21 zu sammengehalten.
Die beschriebene Ausbildung der Quer sehnittsforni des Kanals 1 gewährleistet, dass sämtliche Flüssigkeitsteilchen über den gan zen Durehflttssquersehn.itt gleiehmässig der Wärmeeinwirkung des kondensierenden Damp fes ausgesetzt sind. Einerseits bewirkt die ebene Gestalt der Kanalwände, dass die Er hitzung in gleichmässiger Tiefe gegen das Innere der Flüssigkeitsströmung erfolgt. Die Anordnung der Einführöffnungen auf gegen überliegenden Wänden bewirkt anderseits, da.(;, die Flüssigkeit von beiden gegenüberlie genden Seiten her dem eindringenden Dampf ausgesetzt. ist..
Schliesslich ergibt die Anord nung der Einführöffnungen auf gegenüber liegenden, parallelen und ebenen Wänden den Vorteil, dass im Kern der Flüssigkeitsströ mung keine vermindert. der Erhitzung aus gesetzten Bereiche vorhanden sind und dass durch die Vergrösserung des benetzten Um fanges gegenüber beispielsweise einem kreis runden Querschnitt die Turbulenz noch wei ter gesteigert werden kann. Es ist leicht ein zusehen, dass zur gleichmässigen Erhitzung sämtlicher Flüssigkeitsteilehen der Abstand zwischen den die Darnpfeinführöffnungen auf weisenden Wänden des Kanals 1 eine gewisse Grösse nicht. überschreiten darf.
Anderseits dürfen diese Wände auch nicht allzu nahe einander gegenüberliegen, ansonst der aus den Öffnungen der einen Wand in die Flüs sigkeit eindringende und in letzterer konden sierende Dampf Teile der gegenüberliegen den Wand überhitzen kann. Die beschrie bene Quersehnittsform des die Dampfein- führöffnungen aufweisenden Kanalstücks er möglicht, den 1)u1-elrflttssquersehnitt auf ein- faelre Weise der pro Zeiteinheit zti behandeln den Flüssigkeitsmenge anzupassen,
ohne den günstigsten Abstand der Wände 18 lind 19 zu verändern, und zwar durch die Wahl eines grö_ sseren bzw. kleineren Abstandes der Wände 20 und 21, je naelrdem, ob die beschriebene Vor richtung zur Behandlung einer grösseren oder kleineren Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit dienen soll.
Fig. 3 zeigt in der Ansieht. des Wandteils 5 die nut.enförmige Ausnehmung 15, die Dampf- einführkanäle 16, die Schrauben 22 sowie zur Sielierun- einer formschlüssigen Verbindung dienende @Passstifte 23.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Wandteile 4 und 5, bei welcher Dampfeinführ- öffnungen, auch in dem auf den engsten Quer- schnitt folgenden diffusorartigen Teil der Querselniittsverengung angeordnet sind. Diese Aasführungg;sforin bietet Vorteile, wenn im Verhältnis \zur durchströmenden Flüssigkeits- inenge eine grosse Dampfmenge eingeführt werden soll.
Gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 weist die Ausführungsform nach Fig. 4 eine noch ausgeprägtere Versetzung der Aus nehmungen 14 und 15 entgegen der Strö- inungsrichtung der Flüssigkeit bezüglich der Dampfeinführöffnungen 17 auf.
Damit wird der Wärmefluss zwischen den Wänden der dampfführenden Ausnehmimgen und den Ka nalwänden, welche in Strömungsrichtung an die Dampfeinführöffnungen anschliessen, so weit verringert, da.ss die von der erhitzten Flüssigkeit benetzten Teile der Kanalwandung praktisch dieselbe Oberfläehentempera.tur wie die Flüssigkeit selber annehmen. Dies trägt wesentlich zur Verhinderung von Ablageitui- gen an den von der erhitzten Flüssigkeit. be- iret7tenWänden bei.
Der Wärmefluss zwischen den Wänden der dampfführenden Ausneh- mungen 14 und 15 und der Wandung des Ka nals 1 erfolgt in der Hauptsache im Bereich des sich verengernden Teilstückes der düsen förmigen Querschnittsverengung. Hier bilden über der Flüssigkeitstemperatur liegende 'Tem peraturen der Kanalwandung keine Gefahr hinsichtlich Ablagerungen.