DD156214A1

DD156214A1 - Verfahren zur sterilisierung von ultrahocherhitzungsanlagen

Info

Publication number: DD156214A1
Application number: DD22697981A
Authority: DD
Inventors: Werner Heinig; Reinhard Thuermer
Original assignee: Werner Heinig; Reinhard Thuermer
Priority date: 1981-01-14
Filing date: 1981-01-14
Publication date: 1982-08-11
Also published as: DE3151609A1; NL8200135A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sterilisierung von Ultrahocherhitzungsanlagen, eingesetzt fuer die thermische Behandlung von fluessigen Nahrungsguetern, vorzugsweise Milch, deren Haltbarkeit bei einer Raumtemperatur von ca. 25 Grad C ueber einen Zeitraum von ca. 6 Wochen gewaehrleistet werden soll. Dabei wurde das Ziel gestellt, den Energiebedarf sowie den notwendigen Dampf- und Wasserbedarf bei der Sterilisaton von Ultrahocherhitzungsanlagen auf ein Minimum zu senken, indem das Sterilwasser im wesentlichen durch die Waermerueckgewinnung im Ruecklauf des Sterilwassers zur Aufbereitung des Sterilwassers genutzt wird. Erfindungsgemaess wurde das dadurch erreicht, dass der Durchsatz des Sterilwassers gegenueber dem Nenndurchsatz der Ultrahocherhitzungsanlage im Milchbetrieb bis auf ein Maximum von 20% reduziert wird, und das Vorlaufgefaess (1) mittels Heisswasserpumpe (2) dem Heisshalter (6), Entgasungsgefaess (7) und Kreiselpumpe (8, 10) zum Sterilwasseraustauscher (14) kommende Sterilwasser von dem im Ruecklauf kommenden Sterilwasser im Gegenstrom bis auf ca. 135 Grad C erhitzt wird.

Description

Verfahren zur Sterilisierung von Ultrahocherhitzungs-

anlagen , - I

. Anwendungsgebiet der Erfindung

-

Ultrahocherhitzungsanlagen werden eingesetzt für die thermische Behandlung von flüssigen Hahrungsgütern₅ vorzugsweise Milch, deren Haltbarkeit bei einer Raumtemperatur von ca. 25⁰C über einen Zeitraum von ,ca. 6 Wochen gewährleistet werden soll. Vor Inbetriebnahme von Ultrahocherhitzungsanlagen ist es notwendig, den· aseptischen Teil der Anlagen ca. 30 Minuten zu sterilisieren. Die Sterilisierung dient dazu, daß der aseptische Teil der Anlagen keimfrei gemacht wird, um diese Halbarkeit von ca."β V/ochen für flüssige Nahrungsmittel, vorzugsweise Milch, zu erreichen. Angewendet wird dieses Verfahren vorwiegend in Molkereibetrieben*

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Verfahren zur Sterilisierung von Ultrahocherhitzungsanlagen bekannt, bei denen die Anlage über den normalen. Heißwasserkreislauf sterilisiert wird. Zur Sterilisierung von Ultrahocherhitzungsanlagen werden ..Temperaturen im Bereich von ca. 138⁰C benötigt, um die Anlage keimfrei zu machen. Diese Temperaturen werden erreicht, indem man dem normalen Heißwasserkreislauf entsprechende Dampfmengen zuführt und somit über den Heißwasserkreislauf das auf der Produktseite fließende .Sterilwasser auf die notwendige Temperatur erhitzt.

Diese Anlagen arbeiten sehr energie- und materialaufwendig, da im Regelfall ein zusätzlicher Wärmeübertrager, der üblicherweise als Plattenwärmeübertrager ausgebildet ist, zugeschaltet werden muß. Um den Energieaufwand der bis dahin bekannten Verfahren zur Sterilisierung von Ultrahocherhitzungsanlagen zu verringern, wurden neue Verfahren entwickelt und eingesetzt· Bei diesen bekannten Verfahren werden die Austauscherabteilungen des Plattenwärmeübertragers im Vorlauf kurzgeschlossen· Damit erreicht man eine Verkürzung der Aufheizzeiten des Sterilwassers. Nachdem die Anlage mit Wasser gefüllt-ist, erfolgt die Aufheizung des Heißwasserkreislaufes mit direkter Dampfinjektion. Das vom Vorlaufbehälter kommende Wasser zum Sterilisieren der Anlage wird mittels Kreiselpumpe und Druckerhöhungspumpe zur Ultrahocherhitzungsabteilung gefördert und von ca· 7O⁰C auf 138⁰C erhitzt· Das so gewonnene Sterilwasser fließt durch die Vorkühlabteilung. Da in dieser Vorkühlab teilung auf der Vorlaufseite kein Heißwasser fließt, d. h., nur stationäres Heißwasser zirkuliert, findet hier kein Wärmeaustausch statt und die Sterilwassertemperatur bleibt erhalten. Von der Vorkühlabteilung fließt nunmehr das Sterilwasser zur Homogenisiermaschine und anschließend durch die Sterilkühlabteilung. Auch hier findet kein Wärmeaustausch statt, da in der Sterilkühlabteilung nur stationäres Wasser auf der Vorlaufseite zirkuliert, so daß der gesamte aseptische Teil der Anlage bis zum Steriltank entsprechend der vorgeschriebenen Sterilisierungstemperatur von ca· 138⁰C sterilisiert wird. Danach fließt das Sterilwasser über eine Rückleitung in den Vorlaufbehälter zurück und der Kreislauf beginnt erneut. Im Rücklauf des Sterilwassers wird in der Sterilwasserkühlabteilung im Gegenstrom mittels Heißwasser von ca. 63⁰C das Sterilwasser'von der Sterilisierungstemperatur auf ca· 75⁰C zurückgekühlt· Gleichzeitig erfolgt in der gleichen Abteilung im Gegenstrom des .Sterilwassers die Aufheizung des Heißwassers von 63⁰C auf ca· 125⁰C.

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Das durch das Sterilwasser erhitzte Heißwasser fließt weiter zu einem Dampfinjektor und wird dort durch direkte Dampfinjektion auf die Temperatur von 140⁰C erhitzt· Das . Heißwasser wird dann unmittelbar zur Ultrahocherhitzungsabteilung I geleitet und kühlt sich dabei im Gegenstrom mit dem Sterilwasser auf ca· 75⁰C ab, d. h., daß gleichzeitig auf der Produktseite das Sterilwasser in dieser Sektion auf die 138⁰C erhitzt wird.-Anschließend wird das Heißwasser in der Heißwasserkreislaufkühlabteilung mittels Kaltwasser weiter auf ca. 63⁰C abgekühlt und dem Vorlaufbehälter für Heißwasser wieder zugeführt.

Dieses Verfahren zur Sterilisierung einer Ultrahocherhitzungsanlage hat den Nachteil, daß die Ultrahocherhitzungsanlage während der Sterilisierung mit dem Benndurchsatz der Anlage, wie er während der thermischen Behandlung von Nahrungsmitteln benötigt wird, gefahren werden muß, wodurch.erhöhte Energiekosten und Dampfkosten auftreten· Ein weiterer HTachteil besteht darin, daß das Heißwasser auf der Vorlaufseite bei jedem Umlauf von 63⁰C auf 140⁰C erhitzt werden muß, bzw. andererseits von 140⁰C auf 63⁰C gekühlt· Der Wärmerückgewinn während der Sterilisierungsphase ist bei diesem Verfahren gering, so daß ein großer Dampfbedarf erforderlich ist, insbesondere wenn man berücksichtigt, daß das Verfahren zur Sterilisierung dieser Anlage bei vollem Nenndurchsatz der Ablage wie im Milchbetrieb erfolgen muß. Darüber hinaus ist ein umschaltbarer oder zweiter Regelkreis erforderlich, da die Regelparameter, auf Grund der bei der Sterilisation erforderlichen höheren Wärmemenge, verändert sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den Energiebedarf sowie den notwendigen Dampf- und Wasserbedarf bei der Sterilisierung von Ultrahocherhitzungsanlagen zu senken.

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Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Sterilisierung von Ultrahocherhitzungsanlagen zu schaffen, bei dem das Sterilwasser im wesentlichen durch die Wärmerückgewinnung im Rücklauf des Sterilwassers zur Aufbereitung des Sterilwassers genutzt wird und der Heißwasserkreislauf so gewählt wird, daß die zuzuführende Dampfmenge zur Erhitzung des Heißw'assers auf 140⁰O so gering wie möglich gehalten werden kann·

Es wurde nunmehr gefunden, daß die Umlaufmenge zur Sterilisierung von Ultrahocherhatzungaanlagen bestimmt werden kann du-rch das Verhältnis zwischen FLießgeschwindigkeit zur Wärmeaustauschflache iau^terilwärmeaustauscher, d· h·, daß zur Sicherung der Fließgeschwindigkeit und Wärmeübertragungszahl ein Durchsatz von Sterilwasser zur Sterilisierung der Ultrahocherhitzungsanlage von 20 % des flenndurchsatzes ausreichend ist. .

Auf der Grundlage dieser neuen Erkenntnis wird die erfinderische Aufgabe dadurch gelöst, daß das mit 85⁰C aus dem Vorlaufgefäß kommende Wasser zur Sterilisierung der Ultrahocherhitzungsanlage mittels einer Pumpe über den Heißhalter, das Entgasungsgefäß und zwei weitere Pumpen, dem Sterilwasseraustauscher zugeführt wird, und das Wasser zur Sterilisierung von dem im Rücklauf kommenden Sterilwasser im Gegenstrom bis auf ca· 133⁰C erhitzt und mit dieser Temperatur dem Erhitzer zugeführt wird, wobei das Sterilwasser durch das im Gegenstrcfm fließende Heißwasser auf 138⁰C erhitzt wird und nachfolgend den I« Austauscher, der auf der Vorlaufwasserseite zur Vermeidung des Wärmeaustausches kurzgeschlossen ist, durchströmt, und im Rückfluß über den Sterilwasseraustauscher von 138⁰C auf 90⁰C abgekühlt wird· Gleichzeitig wird dabei im Sterilwasseraustauscher das Wasser zur Sterilisierung der Ultrahocherhitzungsanlage von 85⁰G auf 133⁰C im Gegenstrom erhitzt. Anschließend fließt das auf 90⁰C gekühlte Steril-

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wasser über- einen Kühler und wird mit Brünnenwasser auf 85⁰C heruntergekühlt und dem Vorlaufgefäß wieder zugeführt· Während der Sterilisierungsphase wird das Heißwasser, das in einer Heißwassermischbatterie auf I40 C erhitzt wird, im anschließenden Erhitzer von HO⁰C auf 135⁰C abgekühlt und nach Durchfließen des II. Austauschers und III· Austauschers mit der Temperatur von 135⁰C der Heißwassermischbatterie zugeführt· Das aus der Misch- ~ batterie entweichende Kondensat von 14O⁰C wird über den dem Sterilwasseraustauscher^achgeschalteten Kühler ge- ^«-u_ leitet und dort von 140⁰C * auf 85⁰C abgekühlt und zur Verwendung als Wasserkur SjkgrJJisierung der Ultrahocherhitzungsanlage dem Vorlaufgefäß zugeführt·

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Ausführungsbeispiel

Nachstehend soll die Erfindung an" einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden· Die dazugehörige Zeichnung zeigt ein Fließschema zur Sterilisation von Ultrahocherhitzungsanlagen· 7 .

Das erfindungsgeraäße Verfahren ist bei dem bisher bekannten Verfahren zur Ultrahocherhitzung anwendbar· Zu diesem Zweck wird in den Plattenwärmeübertrager ein zusätzlicher Sterilwasseraustauscher 14 zugeordnet· Die Einordnung des Sterilwasseraustauschers 14 erfolgt beispielsweise zwischen dem I· Austauscher 19 und dem Kühler 20. Desweiteren werden folgende Maßnahmen vor Durchführung des Verfahrens notwendig:

Der I· Austauscher 19 wird zur Vermeidung des Wärmeaustausches auf der Vorlaufseite kurzgeschlossen und.die Homogenisiermaschine 13 aus dem Sterilwasserkreislauf herausgenommen· Nach Durchführung dieser Maßnahmen und Schaltung der Ultrahocherhitzungsanlage auf Sterilwasser kreislauf kann das erfindungsgemäße Verfahren wie folgt durchgeführt werden:

Das auf 85⁰C erhitzte Wasser zur Sterilisierung der Ultra- ' hocherhitzungsanlage fließt aus dem Vorlaufbehälter 1 über eine Pumpe 2, die das V/asser zur Sterilisierung über das Ventil 3 und der Blende 4 sowie einem weiteren Ventil 5 dem Heißhalter β und dem Entgaser 7 zuführt.

Wie bereits erwähnt, ist die Homogenisiermaschine 13 während des Sterilisierens aus dem Sterilwasserkreislauf herausge- * nommen, so daß das Wasser zur Sterilisierung über eine weitere Pumpe 8 und einem zugeschalteten Ventil 9 sowie der nachgeschalteten Pumpe 10 mit einem Sterilwasserdruck .von ca# 6 bar über die Ventile 11, 12 dem Sterilwasseraustausoher 14 zugeführt wird. Im Sterilwasseraustauscher 14 wird das Wasser zur Sterilisierung der Ultrahocherhitzungsanlage durch das im Rücklauf kommende Sterilwasser im Gegenstrom bis auf 133°C erhitzt. Mit dieser Temperatur von 133⁰C wird das Wasser zur Sterilisierung dem Erhitzer zugeführt, in dem das Wasser zur Sterilisierung auf 138⁰C durch das im Gegenstrom fließende Heißwasser weiter erhitzt wird, so daß die Sterilisiertemperatur von 138⁰C erreicht ist. Das aus diesem Erhitzer austretende Wasser wird nunmehr als Sterilwasser bezeichnet und durchfließt zum Zweck der Sterilisierung den III· Austauscher 17 und den I. Austauscher 19· Nach Austritt aus dem I. Austauscher 19 durchfließt das Sterilwasser wieder den Sterilwasseraustauscher im Gegenstrom und kühlt sich dabei wieder von 138⁰C auf 90⁰C ab. Zur gleichen Zeit erhitzt sich das neue Wasser zur . Sterilisieranlage, das durch diesen Sterilwasseraustauscher im Gegenstrom fließt, wiederum auf 133⁰C. Das inzwischen abgekühlte Sterilwasser, das dem Sterilwasseraustauscher 1^ mit 90⁰C verläßt, wird über den nachgeschalteten Kühler 20 von 90⁰C auf 85⁰C heruntergeküMt und dem Vorlauf behält er. 1 · s*sit dieser iDemperatur zur ITeuverwendung wieder zugeführt. Zur gleichen Zeit läuft parallelster Kreislauf zur Aufbe- . reitung des Heißwassers, mit welchem im Erhitzer 15 die Steriltemperatur für das Sterilwasser geschaffen Das Heißwasser wird in der Heißwassermischbatterie 21 auf

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HO⁰C mittels Dampf von 145⁰O aufbereitet. Danach fließt das Heißwasser von der Heißwassermischbatterie 21 in den Erhitzer 15 und erhitzt im Gegenstrom das Wasser zur Sterilisierung der Ultrahocherhitzungsanlage von 133⁰O auf Steriltemperatur von 138⁰C. Das Heißwasser selbst kühlt sich während dieser Zeit von 14O⁰C auf 135⁰C ab und durchströmt den kurzgeschlossenen II» Austauscher 18 und den kurzgeschlossenen III· Austauscher 17 und wird zur ITeuaufbereitung in die Heißwassermischbatterie 21 zurückgeführt. Das während der Aufbereitungsphase des Heißwassers entweichende Kondensat wird von der Heißwassermischbatterie 21 über eine Kondensatleitung zum Kühler 20 zugeführt und im Kühler 20 von 140⁰O auf 85⁰O heruntergekühlt und anschließend zur Verwendung als Wasser für die Sterilisierung der Ultrahocherhitzungsanlage dem Vorlaufbehälter 1 zugeführt.

Durch den Einsatz dieses Verfahrens zur Sterilisierung von Ultrahocherhitzungsanlagen wird der Energieaufwand wesentlich durch die durchgeführten Maßnahmen im Sterilwasserkreislauf reduziert. Gleichzeitig wird der Sterilwasserdurchsatz bei der Sterilisierung der Ultrahocher- . hitzungsanlage auf 20 % des Nenndurchsatzes gesenkt. Die Aufheizung des Wassers als Sterilwasser zur Sterilisierung der Anlage wird mit einem sehr hohen Eigenanteil aus der Wärmerückgewinnung erreicht.

Die notwendige Dampfzufuhr zum Heißwasser wird auf Grund der geringen Temperaturerhöhung des Heißwassers von nur 5⁰O stark verringert. Gleichzeitig wurde erreicht, daß das ausscheidende Kondensat aus der Heißwassermischbatterie unmittelbar nach Kühlung in den Sterilisierkreislauf einbezogen werden kann. Die bisher bekannten hohen Temperaturenunterschiede zwischen dem Wasser zur Sterilisierung der Anlage gegenüber den notwendigen Temperaturen des Sterilwassers konnten somit sehr gering gehalten werden, d» tu, daß die Aufbereitung des Wassere zur Sterilisierung

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der Ultrahocherhitzungsanlage durch das im Rückfluß fließende Sterilwasser zur Aufbereitung des Wassers zur Sterilisierung der Anlage genqtzt viird. Darüber hinaus kann durch Zuschaltung der Sterilwasserabteilung im Plattenwärmeübertrager auf einen zusätzlichen Plattenwärmeübertrager, der bei bekannten Anlagen notwendig war, verzichtet werden· Die elektrische Steueranlage zur Sterilisierung von Ultrahocherhitzungsanlagen wird vereinfacht und eine 100-%-ige Sterilieierung der gesamten Ultrahocherhitzungeanlage erreicht·

Claims

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Patentansprüche *

t. Verfahren zur Sterilisierung von Ultrahocherhitzungsanlagen mit einer Sterilisierungstemperatur von ca* 138⁰O, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchsatz des Sterilwassers gegenüber dem Kenndurchsatz der Ultrahocherhitzungsanlage im Milchbetrieb bis auf ein Maximum von 20 % reduziert

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wird und das vom Vorlaufgefäß (1) mittels Heißwasserpumpe (2) über den Heißhalter (6), Entgasungsgefäß (7) und Kreiselpumpen (8; 10) zum Sterilwasseraustauscher (14) kommende Sterilwasser von deiiPim Rücklauf kommenden Steril-"wasser im^Gegenstrom bis auf ca· 133⁰C erhitzt wird·
/ 2. Verfahren nach .'. Punkt 1» dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat aus der HeißwaBsermischbatterie (21) über

; * den Sterilkühler (20) bis auf ca· 85⁰O abgekühlt lÄifzur Verwendung als Sterilwasser dem Vorlaufgefäß (1) zugeführt
3· Verfahren nach i Punkt ! 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißwasser vom II· und III· Austauscher (18; 17) ungekühlt der Heißwassermischbatterie (21) wieder zugeführt wird.;, ' · ^Λ ' ' ^: .· : -." ' ^: . . t-.\ . /

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