-
Verfahren zur Uberwachung der Wasserbilanz bei Dampfinjektionserhitzungsverfahren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Wasserbilanz bei Dampfinj
ektionserhitzungsverfahren, insbesondere zur Entkeimung der Milch, bei welcher die
Eindampfung des Behandlungsgutes ein- oder zweistufig, nämlich entweder nur nach
oder vor und nach der Dampfinjektion erfolgt. SolcheDampfinjektionsverfahren sind
insbesondere unter der geschützten Bezeichnung r.Uperisationsverfahren" bekanntgeworden.
-
Die richtige Durchführung solcher Verfahren bedingt die zuverlässige
Vermeidung verschiedener Fehlermöglichkeiten, wie da beispielsweise sind: 1. Abweichung
des Vakuums von dem für die Berechnung der Anlage vorgesehenen Wert, 2. Abweichung
der Rohmilchtemperatur von dem für die Anlage berechneten Wert, 3. Abweichung oder
Schwankungen des bei der Konstruktion der Anlage vorgesehenen Milchniveaus.
-
Alle solche Fehler würden sich in einer Verschiebung der Wasserbilanz
bemerkbar machen, das bedeutet, daß das Endprodukt einen anderen Wassergehalt als
das Ausgangsprodukt hat, d. h. eingedickt oder verwässert ist.
-
Die Beseitigung dieses Nachteiles erstrebt die Erfindung. Man hat
bereits ausgesprochen, daß bei Dampfinjektionserhitzungsverfahren eine Verdünnung
des Produktes teilweise durch Verdampfkühlung der aus dem Dampfstrahlerhitzer kommenden
Flüssigkeit aufgehoben werden kann. Daraus hat man bereits gefolgert, daß die Gleichheit
der Temperaturen des Ausgangs- und Endproduktes bei der Dampfstrählerhitzung auch
auf gleichgebliebene Konzentration des Produktes, ein Unterschied der Temperaturen
aber auf eine Zu- oder Abnahme derselben schließen läßt.
-
Diese Zusammenhänge werden erfindungsgemäß zur Überwachung der Wasserbilanz
bei Dampfinjektionserhitzungsverfahren, insbesondere zur Entkeimung der Milch, benutzt.
-
Es sind bereits Verfahren zur Messung der Milchkonzentration bei der
Herstellung von Trockenmilch bekanntgeworden, die dazu die Veränderung der elektrischen
Leitfähigkeit mit veränderter Milchkonzentration unter Berücksichtigung ihrer Veränderlichkeit
bei unterschiedlichen Milchtemperaturen verwenden.
-
Diese bekannten Verfahren haben die Aufgabe, bei der Milcheindickung
eine vorgeschriebene Konzentration anzuzeigen, die als absolute Größe festgelegt
ist und keinerlei direkte Beziehung zur Konzentration der Ausgangsmilch hat. Es
ist hier zu bemerken, daß die Leitfähigkeit der Milch nicht allein von ihrem Verhältnis
Trockenmasse zu Wasser abhängt, sondern auch von ihrem Verhältnis der verschiedenen
Trockenmassebestandteile untereinander sowie von der Wasserstoff-Ionenkonzentration.
Das erfindungsgemäße Verfahren hingegen hat nicht zur Aufgabe, einen fest vorgeschriebenen
Konzentrationswert anzuzeigen bzw. zu steuern, sondern einen Wert, der sich jeweils
auf die gleichzeitig eintretende Rohmilch bezieht. Ganz abgesehen davon, daß die
bekannten Verfahren bei Dampfinjektionserhitzungsverfahren insbesondere zur Entkeimung
der Milch in dem engen Bereich, auf den es dabei ankommt, nicht empfindlich genug
arbeiten und außerdem abhängig sind von dem jeweiligen pH-Wert der Wasserstofflonenkonzentration,
hat ihnen offenbar nicht der Gedanke der relativen Messung des spezifischen Gleichgewichtes
zugrunde gelegen, wie dieses kennzeichnend bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der
Fall ist.
-
Bei der Entkeimung von Milch nach den genannten Dampfinjektionsverfahren
wird die erforderliche Übereinstimmung zwischen den Werten des spezifischen Gewichtes,
der Trockenmasse und des Fettgehaltes der Rohmilch und den gleichen Werten der behandelten
Milch - »spezifisches Gleichgewicht" - praktisch durch das Temperatur-, Druck- und
Niveauverhältnis gewährleistet. Die beiden letzteren sind durch konstanten Dampfdruck
und bestimmte Dimensionierungen einer solchen Anlage fest vorgegeben.
-
Zur Überwachung der Wasserbilanz bei Dampfinjektionserhitzungsverfahren,
insbesondere zur Entkeimung der Milch, bei welcher die Eindampfung des Behandlungsgutes
ein- oder zweistufig, nämlich entweder nur nach oder vor und nach der Dampfinjektion
erfolgt, wird erfindungsgemäß daher vorgeschlagen, daß die Temperatur vor und nach
der bzw. jeder Eindampfungsstufe durch z. B. Thermoelemente abgegriffen und nach
vorheriger Eichung unter Berücksichtigung etwaiger Abstrahlungsverluste und - bei
zweistufiger Eindampfung - der unterschiedlichen absoluten Höhe der mittleren Temperaturdifferenz
durch Differenz- und Summenschaltung ihrer Werte zu einem dem spezifischen Gleichgewicht
verhältnisgleichen Wert geführt wird, der
zur Kontrolle und/oder
Steuerung der Wasserbilanz zwischen Ausgangs- und Endprodukt benutzt wird.
-
Eine laufende Aufzeichnung der Überwachungskurve kann in an sich bekannter
Weise mit einem elektrischen Tintenschreiber auf einem Registrierpapierstreifen
mit Eichteilung und zulässigem Toleranzbereich vorgenommen werden.
-
Zum besseren Verständnis der Erfindung soll an Hand der Fig. 1 eine
Entkeimungsanlage für Milch, auf deren Kontrolle sich die Erfindung insbesondere
bezieht, beschrieben werden.
-
Die kalte, mittels der Pumpe 11 herangeförderte Rohmilch wird in einem
Röhrenerhitzer 1 (1. Vorwärmer) im Wärmeaustausch auf die Temperatur (x 1 vorgewärmt
und gelangt in das unter Vakuum stehende Entgasungssystem 3. Neben der Entgasung
findet hier bereits eine leichte Eindampfung statt. Diese Eindampfung ist natürlich
abhängig von dem dort herrschenden Vakuum, und es geht mit ihr ein Temperaturabfall
einher. Aus dem Entgasungssystem 3 gelangt die Milch mit der Temperatur (&2
über die Pumpe 16 zum zweiten Vorwärmer 2. Dort wird sie auf eine Temperatur (33
von rund 70° C gebracht und von da aus über eine Pumpe 12 durch den Dampfinjektionskopf
5, in den sie noch mit der Temperatur (X 3 eintritt, gepreßt. In einer knappen Sekunde
erfährt die Milch eine Erhitzung auf etwa 150° C. Der neue Gedanke bei dieser Art
Milchentkeimung ist die Ausschaltung von Metallwänden als Wärmeübertrager. Der Dampf
strömt direkt in die Milch ein und erlaubt so in kürzester Zeit die Erhitzung auf
sehr hohe Temperaturen. Eine Vakuumpumpe ist mit 17 und eine Kondensatpumpe mit
18 bezeichnet.
-
Durch Expansion in der Kammer 4 findet ein Temperaturabfall auf etwa
78°C (O 4) und eine partielleWasserverdampfung statt. Es wird jedoch nicht so viel
Wasser verdampft, wie der nun fertigen Milch, die schließlich über Pumpe 13 und
Kühler 14 abgezogen wird, durch die Dampfinjektionserhitzung zugefügt wurde. Dieses
zeigt sich auch darin, daß die Expansionstemperatur 04 höher ist als die Temperatur
(g3, mit welcher die Milch in den Dampfinjektionskopf eintritt. Die Größe des Wasserentzuges
steht mit anderen Worten im Zusammenhang mit der Expansionstemperatur 04. Die Expansionstemperatur
04 ist also auch abhängig von dem in der Expansion herrschenden Vakuum. Je nach
dem Grad der Expansion fallen aber auch mehr oder weniger Brüden an. Diese Brüden
sind die einzige Beheizungsquelle für den ersten und zweiten Vorwärmer, so daß z.
B. die Temperatur 01 vor der Entgasung und vor dem Dampfinjektionskopf davon abhängt,
wieviel Brüden in den ersten und zweiten Vorwärmer gelangen.
-
Das Vakuum selbst ist abhängig von der Leistung der Vakuumpumpe, aber
auch von der Temperatur in dem System, in welchem es herrschen soll; diese Temperatur
läßt sich z. B. durch die Menge der Wasserzugabe zum Kondensator beeinflussen.
-
Schwankungen in der Wasserbilanz der behandelten Milch werden also
nur verursacht durch Schwankungen in den für die bei der Berechnung der Sterilisierungsanlage
vorgesehenen Temperatur-, Druck- und Niveauverhältnissen. Unter der Voraussetzung,
daß das für eine solche Anlage errechnete Niveau im Rahmen der Dimensionierung der
Anlage durch einen geeigneten Schwimmer eingehalten wird, bleiben als variable Faktoren
noch Temperaturen und Drücke.
-
Auf diesen Voraussetzungen und Erkenntnissen aufbauend, besteht die
Erfindung darin, daß die Temperatur vor und nach der bzw. jeder Eindampfungsstufe
abgegriffen und zur Kontrolle und/oder Steuerung der Wasserbilanz zwischen Ausgangs-
und Endprodukt unter Berücksichtigung etwaiger Abstrahlungsverluste und - bei zweistufiger
Eindampfung - der unterschiedlichen absoluten Höhe der mittleren Temperaturdifferenz
benutzt wird.
-
Durch Auswertung der Relationen dieser Temperaturen kann das spezifische
Gleichgewicht auf einem Diagrammstreifen registriert werden Temperatur (x 1 vor
Entgasung minus Temperatur 02 nach Entgasung = a, Temperatur rX@3 vor Injektionskopf
minus ExpansioHS-temperatur 04 - b, a + b = x,
x -E- y = spezifisches
Gleichgewicht, y = konstante Größe, für die jeweilige Anlage rechnerisch oder empirisch
zu ermitteln, begründet z. B. durch unterschiedliche absolute Höhe der mittleren
Temperaturdifferenz, durch Wärmeabstrahlung und Abweichen des Dampfsättigungsgrades
von dem für die Anlage berechneten Wert.
-
Je nachdem die Schwankung des durch die Schreiblinie dargestellten
spezifischen Gewichtes den zulässigen Toleranzbereich überschreitet, kann durch
eine einfache Umschaltautomatik die von dem Toleranzbereich abweichende Milch umgeleitet
werden.
-
Da die sterilisierte Milch vom Injektionskopf bis zum Austritt hinter
dem Kühler noch einen erheblichen Weg zurückzulegen hat, kann durch eine automatische
Umschaltverzögerung erreicht werden, daß tatsächlich nur solche Milch umgeleitet
wird, die von dem zulässigen Toleranzbereich für das spezifische Gleichgewicht abgewichen
ist.
-
Das Registriergerät für das spezifische Gleichgewicht schreibt eine
Linie, die es gestattet, den Wassergehalt bzw. den Prozentsatz an Trockenbestandteilen
der sterilisierten Milch dem gleichzeitigen Wert der Rohmilch gegenüberzustellen.
-
Dem Prinzip der Erfassung des spezifischen Gleichgewichtes liegt der
Gedanke zugrunde, durch Messung desTemperaturgefälles der Milch zwischen Austritt
aus dem ersten Röhrenvorwärmer 01 und der Milchtemperatur im Entgasungsgefäß 02
sowie der Temperaturdifferenz zwischen Austritt aus dem zweiten Röhrenvorwärmer
03 und der Milch im Entspannungsgefäß CX]4 eine Beziehung zu gewinnen, die es gestattet,
Rückschlüsse auf die Wasserbilanz der Milch zu ziehen.
-
Je mehr nämlich die Milch z. B. zwischen Austritt aus dem ersten Vorwärmer
01 und Entgasungsgefäß 02 an Temperatur verliert, desto mehr Wärme wurde ihr durch
abziehende Brüden entzogen. Das heißt also, je größer der Wärmeverlust ist, desto
mehr Brüden sind abgezogen und haben der Milch Wasser entzogen. Temperaturabfall
bedeutet demnach Eindickung, Temperaturanstieg Verwässerung.
-
Zur Erfassung der vier Temperaturen werden an die entsprechenden Stellen
j e ein Thermoelement mit isolierter Lötspitze gebracht, zwischen den Temperaturen
01 und 02 sowie 03 und (D4 elektrisch die Differenzen gebildet und die beiden Werte
sodann ebenfalls elektrisch wieder summiert. Die entstehende Summenspannung wird
über einen lichtelektrischen Verstärker in spannungsempfindlicher Kompensationsschaltung
einem elektrischen Tintenschreiber aufgeschaltet. Auf besonderem Registrierpapier,
das für den vorliegenden Fall mit einer speziellen Eichteilung gemäß Fig. 2 ausgeführt
werden kann, kann der jeweilige Eindickungs- bzw. Verwässerungsgrad der Milch abgelesen
werden.
-
Natürlich ist es auch möglich, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Mittel
das Dampfinjektionsverfahren automatisch
so zu steuern, daß die
richtige Wasserbilanz jeweils sofort wieder hergestellt wird oder innerhalb zulässiger
Toleranzen überhaupt kontinuierlich gewahrt bleibt.