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Anlage zur Wärmebehandlung von Flüssigkeiten, wie Milch und anderen Nahrungsmitteln Beim raschen Pasteurisieren von Milch wird diese gewöhnlich auf eine Temperatur zwischen etwa 125 und 160 C erhitzt. Vor der eigentlichen Sterilisation wird die Milch in einem Wärmeaustau- scher, beispielsweise in einem sogenannten Plattengerät, auf etwa 76 C erwärmt und beim Hindurchleiten durch einen geschlossenen Behälter entlüftet, der unter einem Vakuum gehalten wird, welches dem Druck des gesättigten Dampfes 'bei der jeweiligen Temperatur entspricht oder etwas niedriger als dieser ist. Die Entlüftung geschieht mit Hilfe einer an den Behälter angeschlossenen Vakuumpumpe.
Die nachfolgende eigentliche Sterilisation der Milch findet innerhalb eines Temperaturbereiches statt, in welchem die Milch für eine Schädigung sehr empfindlich ist. Diese Behandlung muss daher von sehr kurzer Dauer sein und erfolgt zweckmässig durch unmittelbares Einblasen von Frischdampf in die entlüftete Milch mit Hilfe einer Dampfeinblasdüse. Die Temperatur der Milch wird hierdurch rasch auf die beabsichtigte Sterilisationstemperatur, z.
B. auf 135 C, erhöht, auf welcher die Milch dann während eines bestimmten sehr kurzen Zeitraumes gehalten wird, worauf die Milch durch ein Drosselventil geleitet wird, in welchem der Druck herabgesetzt wird, so dass nur ein Teil des Wassers in der Milch verdampft wird, was zur Folge hat, dass die Temperatur der Milch sofort auf einen niedrigen Wert herabgesetzt wird, der für den Geschmack der Milch weniger gefährlich ist. Die Flüssigkeit, die daher dann aus Milch und Schaum aus Dampfblasen besteht, wird dann in einen zweiten geschlossenen Behälter geleitet, der unter Vakuum steht und in welchem die Milch und der Dampf getrennt werden, wobei der Dampf mit Hilfe einer Vakuumpumpe abgesaugt wird, die an einen Auslass im oberen Teil des Behälters angeschlossen ist.
Bei einem geeigneten Druck in diesem Behälter, der einer Temperatur von etwa 78 C entspricht, erhält die aus dem Behälter austretende Milch, wie es gewöhnlich gewünscht wird, die gleiche Zusammensetzung und den gleichen Wassergehalt, die sie vor der Sterilisation hatte, da im Behälter ebensoviel Dampf aus der Milch abgeleitet wird, als ihr vorher in der Zumischvorrichtung zugeführt wurde. Die aus dem zweiten Behälter austretende Milch wird dann auf die gewünschte Temperatur abgekühlt und ist dann steril.
Das vorangehend für die Sterilisation von Milch beschriebene Verfahren ist im grossen und ganzen zufriedenstellend, hat jedoch einen schwachen Punkt, der darin besteht, dass während der Durchführung des Verfahrens immer Frischdampf von ausreichendem Druck für die Beimischung des Dampfes vorhanden sein muss, da, wenn die Dampfzufuhr abnimmt oder aufhört, die Milch wegen der Dampfzu- mischung nicht ausreichend erhitzt und daher nicht keimfrei wird, was zur Folge hat, dass -die Anlage in ihrem ganzen Ausmass durch nicht sterilisierte Milch infiziert wird, so dass das Verfahren unterbrochen und die Anlage sterilisiert werden muss, bevor das Pasteurisieren wieder aufgenommen werden kann, ein Verfahren, das sowohl umständlich als auch zeitraubend ist.
Es wurde versucht, diesen Nachteil dadurch zu beseitigen, dass in der Anlage eine Rücklaufleitung vorgesehen wurde, durch welche die Milch selbsttätig von der Dampfeinblasvorrichtung zum Aufnahmebottich im Falle einer ungenügenden Erhitzung zurückgeleitet wird. Die zurückgeleitete Milch hat jedoch infolge d er Zumischung von Dampf einen viel höheren Wassergehalt als die eintretende Milch, so dass der Wassergehalt in der fertig behandelten Milch infolge der Rückleitung auf einen unzulässig hohen Grad ansteigt. Bei diesem Verfahren verursacht der Schaum der überhitzten kochenden Milch
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ebenfalls bestimmte Schwierigkeiten, beispielsweise das Überlaufen des offenen Aufnahmebottichs.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Wärmebehandlung von Flüssigkeiten, wie Milch, Fruchtsäften und anderen Nahrungsmitteln, 'bei welcher die Flüssigkeit zur Entlüftung und zum Geruchlosmachen durch einen Behälter geleitet, in dem ein mindestens annähernd konstanter Druck aufrechterhalten wird und aus welchem die Flüssigkeit durch eine Pumpe abgezogen wird, worauf sie einer Dampfzumischvorrichtung zur unmittelbaren Erhitzung zugeführt wird.
Mit Hilfe der erfindungsgemässen Anlage werden die vorerwähnten Nachteile dadurch im wesentlichen vermieden, dass ein temperaturgesteuertes Dreiwegventil vorgesehen ist, welches hinter der Dampfzumischvorrichtung angeordnet ist, und eine Rücklaufleitung zwischen diesem Ventil und dem Behälter, wobei die Flüssigkeit durch diese Rücklaufleitung bei einer ungenügenden Erhitzung zum Behälter zurückgeleitet wird. Hierdurch werden Schwankungen des Dampfdruckes im Behälter vermieden, welcher Druck mit Hilfe der Vakuumpumpe kon- stantgehalten wird.
Temperatur, Wassergehalt und Leistung bleiben daher in der Anlage konstant, obwohl mit Dampf gemischte Milch von der Zumisch- vorrichtung zurückgeleitet wird, der der Milch in der Dampfzumischvorrichtung zugeführte Dampf wieder aus der zum Behälter zurückgeführten Milch entfernt wird und zur Vakuumpumpe austritt, so dass der Wassergehalt der Milch praktisch unverändert bleibt.
Wenn in einer solchen Anlage die Milch durch die Rücklaufleitung zurückgeleitet wird, treten im kontinuierlichen Verfahren Unterbrechungen auf. Bei einer langen Unterbrechung ist es ferner erforderlich, die Zufuhr von durch Wärme zu behandelnder Milch zum geschlossenen Behälter abzuschalten. Wenn diese Milch auf ihrem Weg zum Behälter durch eine Vorrichtung für ihre Vorerhitzung hindurchtritt, kann es vorkommen, dass die Milch an den Heizflächen in der Vorerhitzungsvorrichtung anbrennt, so dass diese unbrauchbar wird und gereinigt werden muss, bevor sie wieder 'benützt werden kann.
Diese Gefahr kann dadurch vermieden werden, dass die Anlage mit einem weiteren Dreiwegeventil versehen ist, welches sich in der Leitung befindet, die die Vorerhitzungsvor- richtung mit dem geschlossenen Behälter verbindet, sowie mit einer Rücklaufleitung, die zwischen dem erwähnten Ventil und dem Aufnahmebottich angeordnet ist.
Dieses Dreiwegeventil kann entweder getrennt temperaturgesteuert oder so ausgebildet sein, dass es durch Impulse vom Dreiwegeventil verstellt wird, das sich hinter der Dampfzumischvorrichtung befindet, wobei beide Ventile zweckmässig so angeordnet sind, dass sie gleichzeitig zur Rückführung der Milch verstellt werden und umgekehrt, und zwar jedes in seinem eigenen Kreislauf, in welchem sich die Ventile zusammen mit den Rücklaufleitungen befinden. Die Dreiwegeventile sind zweckmässig so ausgebildet und angeordnet, dass die Verstellung für den Rück- lauf von Flüssigkeit selbst dann erfolgt, wenn die elektrische Netzleitung stromlos wird, so dass die Anlage für Rücklauf eingestellt bleiben kann, selbst wenn der elektrische Strom zurückkommt.
Eine solche Anlage mit zwei Kreisläufen ist sofort betriebsfähig, wenn die Dampfzufuhr zur Dampfzu- mischvorrichtung wieder normal wird. Es hat sich herausgestellt, dass selbst nach einer kurzen Unterbrechung in der Stromzufuhr die Anlage sehr zufriedenstellend arbeitet, wenn der Betrieb wieder in Gang gesetzt worden ist, da die Dreiwegeventile, wenn die Erhitzung ungenügend ist, für Rücklauf eingestellt bleiben.
Nachfolgend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben, die in schematischer Weise ein Ausführungsbeispiel einer Anlage zur Sterilisation und Pasteurisierung von Milch zeigt.
Milch von etwa 12 C tritt durch eine Einlasslei- tung 1 in einen offenen Aufnahmebehälter 2 über ein Schwimmerventil 3 ein, welches eine Überfüllung des Bottichs verhindert. Eine Pumpe 4 saugt die Milch aus dem Bottich und fördert sie über eine Leitung zu einem regenerativen Abschnitt 5 eines Wärmeaustauschers, der ausserdem einen Heizabschnitt 6 und einen Kühlabschnitt 7 aufweist und beispielsweise aus einem sogenannten Plattenwärme- austauscher besteht. Im regenerativen Abschnitt 5 wird die Milch auf 56 C und im Heizabschnitt 6 weiter auf 76 C erwärmt.
Aus dem Heizäbschnitt wird die Milch über eine Rohrleitung 8, ein Dreiwegeventil 9 und ein Drosselventil 10 einem geschlossenen Behälter 11 zugeführt, von dessen Boden die Milch durch eine Pumpe 12 zu einer Dampfzu- mischvorrichtung 13 gefördert wird, die aus einer Michdüse von geeigneter Konstruktion bestehen kann und in welche Dampf durch einen Einlass 14 eingeleitet wird. Durch die Zumischung von Dampf wird die Temperatur der Milch auf beispielsweise 135 C erhöht. Die Milch tritt dann durch ein weiteres Dreiwegeventil 15 und ein Drosselventil 16 hindurch. Im letzteren wird der Druck plötzlich herabgesetzt, so dass das Wasser in der Milch teilweise verdampft und die Milchtemperatur auf 78 C abfällt.
Hierdurch wird ein Gemisch aus Milch und Dampf erhalten, das über eine Leitung 17 einem zweiten geschlossenen Behälter 18 zugeführt wird, in welchem der Dampf von der Milch getrennt wird, die mit Hilfe einer Pumpe 19 aus dem unteren Teil des Behälters abgesogen und über eine Leitung 20 dem regenera- tiven Abschnitt 5 des Wärmeaustauschers zugeführt, in welchem sie einen Teil ihrer Wärme an die ankommende Milch abgibt und dabei auf 25 C abgekühlt wird. Im Kühlabschnitt 7 des Wärmeaustau- schers wird die Temperatur der Milch weiter auf 4 C herabgesetzt, worauf die fertig behandelte Milch durch einen Auslass 21 austritt.
Die Zufuhr von Kühlmittel zum Kühlabschnitt 7 findet über einen Einlass 22 statt, und dessen Austritt durch einen Auslass 23. Die Behälter 11 und 18 sind an ihrem oberen Ende je mit einem Auslass 24 'bzw. 25 versehen, die
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mit einer gemeinsamen Vakuumpumpe oder je mit einer getrennten Pumpe (nicht gezeigt) verbunden sind. Vom Dreiwegeventil 19 erstreckt sich eine Rücklaufleitung 26 zum Aufnahmebottich 2. In dieser Rücklaufleitung befindet sich ein Drosselventil 27. Vom Dreiwegeventil 15 erstreckt sich in gleicher Weise eine Rücklaufleitung 28 zum Behälter 11, in der ein Drosselventil 29 angeordnet ist.
Das Dreiwegeventil 15 ist so temperaturgesteuert, dass, wenn die Erhitzung der Milch in der Dampfzu- mischvorrichtung 13 nicht ausreichend wird, d. h. wenn die Temperatur bei dem gewählten Beispiel niedriger als 135 C wird, das Dreiwegeventil 15 so eingestellt wird, dass die Milch über die Leitung 28 zum Behälter 11 zurückgeführt wird, wobei das Drosselventil 29 eine Dampfbildung in der Rohrleitung vor diesem Ventil verhindert, in welchem ein plötzlicher Druckabfall stattfindet, der dem Druckabfall entspricht, welcher im Ventil 16 erfolgt, wobei die Milch und der Dampf, die zum Behälter 11 über die Leitung 28 zurückgeführt werden, voneinander im Behälter getrennt werden,
aus dem der Dampf zusammen mit Luft und übelriechenden Gasen dann durch den Auslass 24 entfernt werden. Während des normalen Betriebs sind der Behälter 11 sowie der Behälter 18 völlig frei von Milch, so dass nur eine geringe Menge Milch in ihrem unteren Teil vorhanden ist.
Das Dreiwegeventil 9 ist wie das Dreiwegeventil 15 temperaturgesteuert oder mit dem letzteren Ventil in der Weise verbunden, dass im Falle einer ungenügenden Erhitzung der Milch in der Dampfzumisch- vorrichtung 13 es die Milchleitung 8, die vom Wärmeaustauscher ausgeht, mit der Rücklaufleitung 26 verbindet, so dass ein Kreislauf erhalten wird, der aus dem Aufnahmebottich 2, der Pumpe 4, den Wärmeaustauscherabschnitten 5 und 6, der Leitung 8, dem Dreiwegeventil 9, dem Drosselventil 27 und der Rücklaufleitung 26 besteht.
Mittels des Drosselventils 27 wird im Heizabschnitt 6 ein Überdruck auf die Milch erzielt, der verhindert, dass die Milch siedet und anbrennt. Mit Hilfe des Drosselventils 10 wird der Druck im Heizabschnitt 6 in entsprechender Weise während des normalen Betriebs aufrechterhalten, so dass in diesem Abschnitt keine Dampfbildung eintritt, welche hier sonst das Erwärmen der Milch schwierig machen würde.
Durch den Auslass 25 tritt in der Hauptachse Dampf aus dem Behälter 18 aus.
Die Drosselventile 10, 16, 27 und 29 können gegebenenfalls weggelassen werden, wenn die Kanäle in den Dreiwegeventilen 9 und 15 so bemessen sind, dass die gewünschten Temperaturen erreicht werden. Die Pumpe 12 und die Dampfzumischvorrichtung 13 können gegebenenfalls aus. einer oder mehreren in Reihe geschalteten Dampfeinblasdüsen bestehen.
Die erfindungsgemässe Anlage kann natürlich auch zur Wärmebehandlung anderer Flüssigkeiten als Milch, z. B. von Fruchtsäften oder Sahne verwendet werden. Die Anlage ist besonders zur Verwendung geeignet, wenn die durch Wärme zu behandelnde Flüssigkeit auch in einer Homogenisierungsvorrich- tung behandelt werden soll, da die letztere, welche in einem solchen Falle zweckmässig hinter dem regene- rativen Abschnitt des Wärmeaustauschers angeordnet ist, für das einwandfreie Arbeiten eine gleichmässige und kontinuierliche Flüssigkeitszufuhr erfordert. Eine solche Flüssigkeitszufuhr wird durch die erfindungsgemässe Anlage ermöglicht.