CH668162A5

CH668162A5 - Verfahren zur sterilisierung von fluessigkeiten und anlage zur durchfuehrung des verfahrens.

Info

Publication number: CH668162A5
Application number: CH5546/82A
Authority: CH
Inventors: Bengt Arne Palm
Original assignee: Alfa Laval Ab
Priority date: 1981-09-22
Filing date: 1982-09-20
Publication date: 1988-12-15
Also published as: IT8223383A0; DE3234809C2; IT1212532B; DK419182A; FR2513082A1; US4390350A; CA1184861A; SE427005B; NL8203569A; DE3234809A1; FR2513082B1; GB2106368A; GB2106368B; JPS5863375A

Description

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sterilisierung von Flüssigkeiten, die Gase und Mikroben enthalten gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1.

Die Erfindung betrifft noch eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 4, sowie eine Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 gemäss dem Patentanspruch 9.

Es ist bekannt, von einem Gesamtstrom einer Flüssigkeit einen mit Mikroben angereicherten Teilstrom durch Zentrifugieren des Gesamtstromes abzuleiten und diesen Teilstrom zuerst zu entgasen, um einen grossen Teil des Gases zu entfernen und danach diesen Teilstrom zu sterilisieren bevor er wieder dem Hauptstrom zugeleitet wird.

Solche Anlagen wurden insbesondere zur Sterilisierung von Milch bei der Käseherstellung angewendet. Die Milch wird in einer speziellen Düsenzentrifuge zentrifugiert, wodurch aus dem zugeleiteten Milchstrom ein mit Mikroben, insbesondere Sporen angereicherter Teilstrom enthalten wird. Dieser Teilstrom wird dann in einem speziellen Vaku-umentgaser entgast, um diesen Teilstrom wenigstens angenähert vollständig von Gasen wie Luft und Kohlendioxid zu befreien. Das Entgasen ist notwendig, wenn die nachfolgende Sterilisierung betrachtet wird, bei der eine Einspritzdüse verwendet wird, durch die ein Strom von Dampf zugeleitet wird, um den Dampf in der Flüssigkeit zu kondensieren. Es ist nämlich nicht möglich, eine stabile Kondensation zu erhalten, wenn die Milch Gase wie Luft enthält.

Das Verfahren zur Sterilisierung von Milch mittels einer Injektionsdüse ist weit verbreitet und beherrscht dieses Gebiet. Anordnungen zur Durchführung dieses Verfahrens weisen jedoch einige Nachteile auf. So reagieren sie z.B. auf Betriebsstörungen sehr leicht. Eine Änderung bezüglich der Kapazität verlangt eine Änderung des eingestellten Rücklaufdrucks. Die Anordnungen müssen zudem während kurzer Zeitintervalle sehr sorgfaltig gereinigt werden. Infolge des komplizierten Aufbaus der Einspritzdüsen kann das automatische Reinigen, das sogenannte an Ort Reinigen nicht angewendet werden, sondern die Reinigung muss von Hand erfolgen, was teuer und zeitaufwendig ist. Wenn dazu noch die Vorbedingung betrachtet wird, dass die Gase praktisch vollständig zu entfernen sind, damit die Einspritzdüsen richtig arbeiten, bedeutet dies, dass für die Entgasung eine teure Einrichtung benötigt wird.

Es besteht deshalb schon seit langem eine Nachfrage für ein einfaches Verfahren zur Sterilisierung von Flüssigkeiten, bei dem eine Kapazitätsänderung ohne aufwendige Änderung von Verfahrensparametern möglich ist und bei welchem Verfahren eine Anlage verwendet werden kann, die ein automatisches Reinigen zulässt. Die Aufgabe der Erfindung besteht demgemäss darin, ein solches Verfahren zu schaffen.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs 1 erreicht. Die Anlage zur Durchführung des Verfahrens ist im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Patentanspruchs 4 definiert, die Anwendung des Verfahrens für Milch ist im Patentanspruch 9 erläutert.

Gemäss dieser Erfindung wird der genannte Teilstrom durch ein Teilermittel in einen geschlossenen Behälter geführt, wodurch eine feine Verteilung stattfindet. Auch wird, wie beim Bekannten, Dampf in den Container geblasen, um die Flüssigkeit des Teilstromes direkt durch Kondensation zu erhitzen. Durch einen ersten Ausguss wird ein Teil bis zu einem kontrollierten Pegel ausgegossen, während jegliches verbleibendes Gas in dieser Partie am Eingang in das Teilermittel infolge der Feinverteilung von der Flüssigkeit in einer zweiten Entgasungsvorrichtung entzogen wird und die Flüssigkeit darauf durch einen zweiten Ausguss aus dem Container entfernt wird. Wenn fein verteilte Flüssigkeit und verbleibendes Gas separiert werden, kann der Dampf ohne Störung in den Partikeln dieses Teilstroms kondensieren, während diese gegen den Boden des Behälters fallen und ein konstanter Flüssigkeitspegel mittels der Pegelsteuerung einer handelsüblichen Form beibehalten werden kann. Das befreite Gas wird durch einen Auslass über dem Boden des Behälters entfernt.

Gemäss einer geeigneten Ausführungsform des Verfahrens wird der Teilstrom im Teilermittel in einem schraubenförmigen Weg bewegt, so dass Flüssigkeit und verbleibendes Gas durch eine Zyklonwirkung getrennt werden.

Geeigneterweise ist die Oberfläche des zweiten Ausgusses gekühlt, welcher Ausguss mit dem Gas in Berührung

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kommt, das während der zweiten Entgasung frei wird. Dadurch wird die Entfernung von entzogenem Gas aus dem Behälter verbessert.

Die Anlage zur Durchführung des Verfahrens hat einen sehr einfachen Aufbau, erlaubt einen stabilen Betrieb mit 5 einfacher Möglichkeit zur Veränderung der Kapazität und kann leicht automatisch gereinigt werden, indem keine kompliziert aufgebauten Teile vorhanden sind. Zudem hat eine solche Anlage den Vorteil, dass sie direkt an eine nachfolgende Pasteurisieranlage angeschlossen werden kann, in der die Wärme aus dem Sterilisierungsschritt vollständig übernommen werden kann (abgesehen von dem kleinen Wärmeanteil, der im Kühlmantel des zweiten Ausgusses verloren geht).

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. In der Zeichnung ist eine schematische Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung dargestellt.

- In der Figur wird ein Milchstrom 2 einem Zentrifugenseparator 1, der einen Rotor mit kleinen Düsen in der Peripherie aufweist, zugeführt. Eine Ausgangsleitung für mit Mikroben angereicherte Milch 3 und eine Ausgangsleitung 4 für mikrobenarme Milch sind an diesem Separator 1 angeschlossen. Die Leitung 3 ist zu einem Zyklon-Trenner 5 mit einem Ausgang für abgetrenntes Gas 6 und einem Ausgang für entgaste Milch 7 zugeführt. Die entgaste Milch wird einem geschlossenen Behälter 13 zugeführt, der eine sogenannte Sterilisierungskammer bildet, wobei der Weg über eine Pumpe 8 und eine Leitung 9 zu einem Zweiwegventil 10 über eine Leitung 11 und ein Rückschlagventil 12 führt. Vom Zwei weg ventil 10 ist auch eine Rückleitung 14 für einen zurückgeführten Strom vorhanden. Der Behälter 13 weist eine Injektionsdüse 15 auf, die als Teilermittel dient und erteilt dem zugeführten Strom einen schraubenförmigen Weg. Der Behälter 13 ist auch mit einem Dampfeinlass 16 versehen,

durch den mittels eines Ventils 17 gesteuerter Dampf zugeführt wird. Im Boden des Behälters 13 befindet sich ein Ausguss 18 mit einem nicht dargestellten Pegelmesser, der auf das Ventil 19 einwirkt, für den Abfluss von mikrobenfreier Milch, der über die Leitung 21 in später zu beschreibender Weise weggeführt wird. Die kombinierten Ströme aus der Leitung 20 und dem Ausguss 18 werden über eine Leitung 21, eine Pumpe 22, eine Leitung 23, ein Ventil 24 und eine Leitung 25 einer Leitung 26 zugeführt, die mit der Ausgangsleitung für mikrobenfreie Milch 4 verbunden ist. in dieser Leitung 26 befindet sich ein Ventil 27 nach dem Ausgang für die Leitung 20. Im Behälter 13 befindet sich ein mit einem Wassermantel umgebener Ausguss 28 unterhalb der Injektionsdüse 15. Kühlwasser wird durch einen Eingang 29 zugeführt und wird durch einen Ausgang 30 wieder abgeführt. Die Gasauslassleitung 28 ist mit einem thermodynamischen Gas- und Kondensat-Trenner 31 verbunden.

Der Boden des Behälters 13 ist mit einem äusseren Mantel 32 umgeben, dem ebenfalls Kühlwasser über eine Zuleitung 33 zugeführt und über eine Leitung 34 wieder abgeführt wird. Um die Anordnung zu reinigen, besitzt der Behälter 13 eine Zuflussleitung 35, die mit einem Ventil versehen ist.

Die Anordnung arbeitet nun wie folgt:

Milch wird aus einem Zentrifugenseparator 1 zugeführt und ein mikrobenreicher Teilstrom, der etwa 2 bis 3% des ankommenden Stromes ausmacht, wird dem Zyklon-Tren-ner 5 zugeführt, wo ein grosser Teil der Luft entgast wird und durch den Ausgang 6 wegfliesst. Der Strom, der nun teilweise entgast ist, wird in den Behälter 13 über die Injektionsdüse 15 gepumpt, wodurch der Strom fein verteilt wird und Dampf begegnet, mit einer Temperatur von 135 bis 140 °C und 2,2 bis 2,2 bar, der unter Druck durch die Dampfzuführung 16 zugeführt wird. Der Druck wird durch das Ventil 17 geregelt. Wenn der Strom von der Injektionsdüse nach unten fliesst, werden kleine Tröpfchen gebildet, die durch direkte Kondensation des Dampfs erwärmt werden. Der Pegelmesser beim Ausguss 18 steuert das Ventil 19, so dass der warme Strom aus dem Behälter 13, nachdem er etwa 15 sec auf der Temperatur gehalten wurde, mit mikrobenfreier Milch aus der Leitung 4 über die Leitung 20 und das Ventil 19 gemischt wird. Die Mischung wird dann durch die Pumpe 22 in die Leitung 26 gepresst, wo der Rest des Stromes aus mikrobenfreier Milch aus dem Ausgang 4 fliesst. Der Fluss durch das Ventil 19 wird durch das Ventil 24 voreingestellt, das so eingestellt ist, dass die Temperatur in der Leitung 21 um wenige Grad höher liegt als die des Milchstromes 2. Wenn beispielsweise die zuletzt genannte Temperatur bei 64 °C liegt, ist die Temperatur der Leitung 21 etwa bei 68 bis 70 °C. Wenn der Fluss durch den Behälter 13 aus irgendeinem Grunde variiert, steuert das Ventil 19 den Fluss durch die Leitung 20, so dass die Beziehung zwischen den beiden Flüssen konstant bleibt. Das Ventil 27 garantiert, dass der Druck in der Leitung 26 nicht höher ist als der Dampfdruck im Behälter 13 plus den zusätzlichen Druck infolge der Pumpe 22.

Luft und andere Gase, die mit dem mikrobenreichen Strom zum Behälter 13 gelangen, werden durch die Gasauslassleitung 28 abgeführt, deren Öffnung nach unten geneigt ist. Eine kalte Wand ist durch einen wasserführenden Mantel gebildet, der die Trennung von Luft und anderen Gasen, die durch den thermodynamischen Gas- und Kondensat-Trenner 31 abgeführt werden, bewirkt.

Der Behälter wird durch den äusseren Mantel 32 unterhalb des Bodens gekühlt. Der Zweck dieser Kühlung ist das Verhindern, dass der Strom im Behälter 13 am Boden anklebt, wenn der Boden wärmer sein sollte als der Strom. Dadurch werden Ablagerungen vermieden.

Das Ventil 10 kann durch einen Temperaturfühler im Behälter 13 in der Weise gesteuert werden, dass bei zu niedriger Temperatur das Ventil verändert wird, so dass der mit Mikroben angereicherte Strom über die Retourleitung 14 zurückgeführt wird bis die Temperatur für die Sterilisierung wieder genügend hoch ist.

Indem moderne Nahrungsmittelverarbeitungsgeräte eine Kreislaufreinigung ohne Demontage und manuelle Reinigung verlangen, ist vorgesehen, dass die Reinigung im normalen Prozess mit Alkali, Wasser usw. geschieht. Wenn der Zufluss 35 zur Reinigung benützt wird, bewirkt der Fluss am Ausgang 18, dass der Fluss durch das Ventil 19 um die Menge des Zuflusses aus der Leitung 35 verkleinert wird. Das Rückschlagventil 12 verhindert, dass Dampf zur Pumpe 8 gelangt, wenn diese stillgesetzt sein sollte.

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668162 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Sterilisierung von Flüssigkeiten, die Gase und Mikroben enthalten, bei welchem Verfahren ein mit Mikroben angereicherter Teilstrom durch Zentrifugieren von der Flüssigkeit abgetrennt wird, worauf dann dieser Teilstrom mittels Erwärmung sterilisiert und dann der Flüssigkeit wieder zugemischt wird, dadurch gekennzeichnet,

dass der Teilstrom feinverteilt in einen geschlossenen Behälter (13) eingeleitet wird, dass Dampf ebenfalls in diesen Behälter geleitet wird, um den Teilstrom durch direkte Kondensation zu erwärmen, worauf dann der Behälter unter Aufrechterhaltung eines bestimmten Pegelstandes über einen ersten Ausguss (18) entleert wird, und dass nach der Feinver-teilung im Gasabscheider im Teilstrom verbleibendes Gas durch eine Entgasung von der Flüssigkeit getrennt und aus einem Gasablass (28) entfernt wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom durch eine Injektionsdüse (15) in eine einer Schraubenlinie folgenden Bewegung versetzt wird, derart, dass Flüssigkeit und Gas durch eine Zyklonwirkung getrennt werden.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasablass (28) gekühlt ist.

4. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, mit einem Zentrifugen-Trenner (1) zur Abtrennung eines mikrobenangereicherten Teilstromes von einem zugeführten Gesamtstrom und mit einem geschlossenen Behälter (13) als Sterilisierkammer, gekennzeichnet durch einen Einlass am Behälter (13) in Form einer Düse (15) zur Feinverteilung des eingeleiteten Teilstromes, eine Dampfzuleitung (16) sowie einen ersten Ausguss (18) zum Entladen am Boden des Behälters (13), eine Pegelmessvorrichtung (19) zur Steuerung des Flüssigkeitspegels und einen Gasauslass (28).

5. Anlage nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (15) zur Feinverteilung als unten offener Behälter mit rotationssymmetrischer Zylinderwand und einem giebelförmigen Einsatz ausgebildet ist, mit einer tangential zur Zylinderwand angeordneten Zuleitung.

6. Anlage nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasauslass (28) von einem Kühlmantel umfasst ist.

7. Anlage nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden des Behälters (13) auch mit einem Kühlmantel versehen ist.

8. Anlage nach einem der Patentansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch ein Ventil (19) zur Zufuhr eines Teilstromes kalter mikrobenfreier Flüssigkeit zum Ausgang (18) des Behälters (13).

9. Anwendung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 3 zur Sterilisierung von Milch.