CH404867A

CH404867A - Verfahren zur Wärmebehandlung von Flüssigkeiten und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: CH404867A
Application number: CH1508563A
Authority: CH
Inventors: Hilding Hallstrom Bengt
Original assignee: Separator Ab
Priority date: 1962-12-21
Filing date: 1963-12-10
Publication date: 1965-12-31
Also published as: DE1492272B2; DE1492272C3; FI42028B; SE301905B; GB1024877A; DE1492272A1; DK120518B; US3251405A; ES294165A1

Description

Verfahren zur Warmebehandlung von Flüssigkeiten und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Viele flüssige Nahrungsmittel und Medikamente müssen durch Wärmebehandlung sterilisiert werden, damit sie über eine längere Zeit haltbar sind. Eine solche Flüssigkeit wird jedoch im allgemeinen beschädigt oder verdorben, wenn sie langsam auf eine Temperatur von 1000 C oder darüber erwärmt und bei derselben behandelt wird. Wenn die ursprünglichen Eigenschaften der Flüssigkeit daher so weit wie möglich beibehalten werden sollen, kann die Wärmebehandlung in der Weise erfolgen, dass die Flüssigkeit vorerst in einem Wärmeaustauscher, z. B. einem Plattenaustauscher indirekt vorgewärmt wird, worauf sie sehr rasch auf die vorbestimmte Sterilisiertemperatur erwärmt wird, indem sie direkt mit Dampf vermischt bzw. Dampf eingespritzt wird.

Hierauf wird die Flüssigkeit durch Verdampfung in einem evakuierten Expansionsgefäss auf eine Temperatur abgekühlt, welche für dieselbe unschädlich ist.

Während des Mischens mit Dampf bzw. während des direkten Einspritzens von Dampf wird ieine derartige Dampfmenge kondensiert, wie sie nötig ist, um durch Freigabe der Verdampfungswärme die Temperatur der vorgewärmten Flüssigkeit auf die vorbestimmte Sterilisiertemperatur zu erhöhen. Dadurch wird der Flüssigkeit eine gewisse Menge von Kondensat zugeführt, so dass sich ihr Wassergehalt erhöht. In Verbindung mit dem nachfolgenden Druckabfall und der dadurch bewirkten Verdampfung kühlt sich die Flüssigkeit ab, da ein Teil ihrer latenten Wärme zur Erzeugung von Dampf verwendet wird. Infolge der Verdampfung nimmt ihr Wassergehalt ab. Die Menge des erzeugten Dampfes hängt natürlich von der bei der Verdampfung herrschenden Temperatur und von dem derselben entsprechenden Druck ab.

Da der Wassergehalt die wesentlichste Eigenschaft der in Frage kommenden Flüssigkeiten sein kann, ist man in den meisten Fällen bestrebt, in der wärmebehandelten Flüssigkeit den gleichen Wassergehalt zu erzielen, der bereits in der nicht wärmebe handelte Flüssigkeit vorhanden war. Wenn die Wärmebehandlung in der oben beschriebenen Weise durchgeführt wird, wird dies dadurch erreicht, dass der Flüssigkeit bei ihrer durch den Druckabfall bewirkten Verdampfung eine Wassermenge entzogen wird, welche gleich der Wassermenge ist, welche ihr in Form von Kondensat beim Mischen mit Dampf bzw. beim Einspritzen desselben zugeführt wird.

Wenn die gleiche Wassermenge, wie sie der Flüssigkeit in Form von Kondensat zugeführt worden ist, ihr bei dem Druckabfall entzogen wird, wird die Flüssigkeitstemperatur jedoch einige Grad höher sein als sie vor dem Vermischen mit Dampf war. Der in die Flüssigkeit eingespritzte Dampf weist eine höhere Temperatur auf und enthält daher mehr Wärme als der Dampf, der sich im Vakuumgefäss bildet. Da, wie oben erwähnt, diese Dampfmengen gleich gross sein müssen, ist es nötig, dass der Wärmeinhalt der Flüssigkeit vor dem Einspritzen und nach der Expansion umgekehrt proportional zum Wärmeinhalt des Dampfes ist. Das bedeutet, dass die Flüssigkeitstempera- tur nach der Expansion höher sein muss (niedriger Wärmeinhalt des Dampfes) als vor der Einspritzung (höherer Wärmeinhalt des Dampfes).

Wenn z. B. Milch indirekt auf 75" C vorgewärmt, nachher durch direkte Einspritzung von Dampf auf 1400 C erhitzt und schliesslich durch Druckabfall während der Verdampfung abgekühlt wird, und wenn die der Milch durch Verdampfung entzogene Wassermenge gleich der Wassermenge ist, welche während der Dampfeinspritzung in Form von Kondensat zugeführt wird, beträgt die errechnete Milchtemperatur nach dem Druckabfall 77,80 C.

Für bestimmte Werte der Flüssigkeitstemperatur nach dem indirekten Erwärmen und der Sterilisiertemperatur ist es möglich, durch Berechnung oder durch praktische Versuche die Temperatur zu bestimmen, auf welche die Flüssigkeit abgekühlt wird, wenn die Menge des verdampften Dampfes gleich der Menge des zugeführten Kondensates ist. Wenn diese Temperatur bekannt ist, ist es möglich, eine Flüssigkeit zu erhalten, welche den gleichen Wassergehalt sowohl nach wie vor der Wärmebehandlung aufweist, indem sowohl diese Temperatur wie auch die Differenz zwischen dieser Temperatur und der Flüssigkeitstemperatur vor dem Einspritzen des Dampfes (nach dem indirekten Vorwärmen) konstant gehalten wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Flüssigkeiten, welche vorerst indirekt vorgewärmt und nachher durch direkte Mischung mit Dampf auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt und schliesslich durch einen raschen Druckabfall unter Verdampfung in einem evakuierten Expansionsgefäss auf eine Temperatur abgekühlt werden, welche für sie unschädlich ist, wobei der Flüssigkeit durch die Verdampfung beim Druckabfall eine Wassermenge entzogen wird, welche gleich gross ist, wie diejenige, die der Flüssigkeit durch den Dampf in Form von Kondensat zugeführt wird.

Dieses neue Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit indirekt auf eine konstante Temperatur vorgewärmt wird und dass die Differenz zwischen der Flüssigkeitstemperatur vor der direkten Vermischung mit Dampf und der Temperatur nach dem Druckabfall während der Verdampfung auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, indem der Druck gesteuert wird, bei welchem die Verdampfung erfolgt.

Die Regelung der Vorwärmung und diejenige des Druckes kann natürlich von Hand vorgenommen werden. Ein solches Vorgehen verursacht aber erhebliche Umtriebe, ohne dass man Gewähr für ein gutes Ergebnis hätte. Die Erfindung bezieht sich daher auch auf eine vollautomatische Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung für die vorgewärmte Flüssigkeit ein temperaturempfindliches Element angeordnet ist, welches über Einrichtungen die Heizmittelzufuhr für die indirekte Vorerwärmung so steuert, dass die Flüssigkeit auf eine konstante Temperatur vorgewärmt wird und dass ein temperaturempfindliches Element vor einer Einrichtung für das direkte Mischen der Flüssigkeit mit Dampf in der Flüssigkeitsleitung angeordnet ist und dass schliesslich ein temperaturempfindliches Organ in oder nach einem Expansionsgefäss angeordnet ist, das Ganze derart, dass die beiden letzterwähnten temperaturempfindlichen Organe über Einrichtungen den Druck im Expansionsgefäss so steuern, dass eine konstante Temperaturdifferenz zwischen den letzterwähnten temperaturempfindlichen Organen aufrechterhalten wird.

In der beiliegenden Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens schematisch dargestellt.

Die zu behandelnde Flüssigkeit wird in kontinuierlicher Weise durch einen Wärmeaustauscher 1, z. B. einen Platten aufweisenden Austauscher geleitet und darin indirekt durch ein Heizmittel erwärmt, welches dem Austauscher durch einen Einlass 3 zugeführt wird. In der Leitung 2 für die vorgewärmte Flüssigkeit ist ein temperaturempfindliches Element 4 angeordnet, welches mittels der Einrichtungen 5 die Zufuhr von Heizmittel zum Wärmeaustauscher so steuert, dass die Flüssigkeit auf eine konstante Temperatur vorgewärmt wird.

Die so auf eine konstante Temperatur vorgewärmte Flüssigkeit wird durch eine Pumpe 6 durch eine Einrichtung 7 gepumpt, in welcher die Temperatur der Flüssigkeit rasch auf den für die Wärmebehandlung gewünschten Wert, d. h. z. B. auf die Sterilisiertemperatur erhitzt wird. Diese Erwärmung erfolgt durch unmittelbares Einspritzen von Dampf, welcher der Einrichtung 7 durch eine Dampfleitung 8 zugeführt wird und dessen Zufuhr durch ein in der Dampfleitung angeordnetes Ventil 9 geregelt wird.

Die erhitzte Flüssigkeit wird über einen Dreiweghahn 19, dessen Zweck später im Detail erläutert werden wird, einem Expansionsgefäss 10 zugeführt, in welchem die Flüssigkeit sich unter Verdampfung abkühlt, wobei diese Verdampfung durch einen plötzlichen Druckabfall bewirkt wird. Gleichzeitig wird dabei der Wassergehalt der Flüssigkeit herabgesetzt. Das Expansionsgefäss 10 wird durch eine Va kuumpumpe 12 evakuiert. Die Saugseite derselben ist über eine Leitung 11 mit dem Expansionsgefäss verbunden. Die abgekühlte und verdampfte Flüssigkeit wird durch eine in der Flüssigkeitsleitung 13 angeordnete Pumpe 14 vom Expansionsgefäss 10 durch einen Kühler 15 in sterile Gefässe oder Flaschen abgezogen.

Vor der Einrichtung 7 für das direkte Vermischen mit Dampf ist in der Flüssigkeitsleitung 2 ein temperaturempfindliches Element 16 angeordnet. Ein temperaturempfindliches Organ 18 ist im oder nach dem Expansionsgefäss 10 angebracht. Die beiden Elemente 16 und 18 steuern über Einrichtungen 17 in der Vakuumleitung 11 den Druck (das Vakuum) im Expansionsgefäss 18, so dass eine konstante Druckdifferenz zwischen den beiden letzterwähnten temperaturempfindlichen Organen bzw. Elementen 16 und 18 aufrecht erhalten wird.

Nach der Einrichtung 7 für das direkte Einspritzen von Dampf ist in der Flüssigkeitsleitung ein tem peraturempfindliches Element 20 angeordnet, welches, wenn die Flüssigkeit nicht auf die vorbestimmte Temperatur erwärmt worden ist, z. B. wegen ungenügender Dampfzufuhr zur Einspritzvorrichtung 7, über Einrichtungen 21 den erwähnten Dreiweghahn 19 aus der Lage, in welcher die Flüssigkeit dem Expansionsgefäss 10 zugeführt wird. Vom letzteren wird die Flüssigkeit durch eine Pumpe 24 über eine Leitung 23, 25 und entweder über eine Leitung 26 vor dem Wärmeaustauscher 1, oder durch eine Leitung 27 nach dem erwähnten Wärmeaustauscher in das System zurückgeführt.

Das Expansionsgefäss 22 ist ebenfalls mit der Saugseite der Vakuumpumpe 12 verbunden und zwar durch die Vakuumleitung 11. Im oder nach dem Expansionsgefäss 22 ist ein temperaturempfindliches Element 28 vorgesehen, welches den gleichen Zweck erfüllt und in gleicher Weise arbeitet, wie das temperaturempfindliche Element 18, das im oder nach dem Expansionsgefäss 10 angeordnet ist.

Nachdem die Flüssigkeitstemperatur durch Einspritzen von Dampf mittels der Einrichtung 7 auf den vorbestimmten Wert gebracht worden ist, wird der Dreiweghahn infolge der Wirkung des temperaturempfindlichen Elementes 20 und der Einrichtungen 21 in die Lage zurückgestellt, in welcher die Flüssigkeit dem Expansionsgefäss 10 zugeführt wird.

PATENTANSPROCHE
I. Verfahren zur Wärmebehandlung von Flüssigkeiten, welche vorerst indirekt vorgewärmt und nachher durch direkte Mischung mit Dampf auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt und schliesslich durch einen raschen Druckabfall unter Verdampfung in einem evakuierten Expansionsgefäss auf eine Temperatur abgekühlt werden, welche für sie unschädlich ist, wobei der Flüssigkeit durch die Verdampfung beim Druckabfall eine Wassermenge entzogen wird, welche gleich gross ist wie diejenige, die der Flüssigkeit durch den Dampf in Form von Kon- densat zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,

dass die Flüssigkeit indirekt auf eine konstante Temperatur vorgewärmt wird und dass die Differenz zwischen der Flüssigkeitstemperatur vor der direkten Vermischung mit Dampf und der Temperatur nach dem Druckabfall während der Verdampfung auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, indem der Druck gesteuert wird, bei welchem die Verdampfung erfolgt.

Claims

II. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass in der Leitung (2) für die vorgewärmte Flüssigkeit ein temperaturempfindliches Element (4) angeordnet ist, welches über Einrichtungen (5) die Heizmittelzufuhr für die indirekte Vorerwärmung so steuert, dass die Flüssigkeit auf eine konstante Temperatur vorgewärmt wir und dass ein temperaturempfindliches Elec ment (16) vor einer Einrichtung (7) für das direkte Mischen der Flüssigkeit mit Dampf in der Flüssigkeitsleitung (2) angeordnet ist und dass schliesslich ein temperaturempfindliches Organ (18) in oder nach einem Expansionsgefäss (10) angeordnet ist, das Ganze derart, dass die ibeiden letzterwähnten tempe raturempfindlichen Organe (16 und 18) über Einrichtungen (17) den Druck im Expansionsgefäss (10)

so steuern, dass eine konstante Temperaturdifferenz zwischen den letzterwähnten temperaturempfindlichen Organen aufrechterhalten wird.