DE1017011B - Verfahren zur UEberwachung der Wasserbilanz bei Dampfinjektionserhitzungsverfahren - Google Patents

Verfahren zur UEberwachung der Wasserbilanz bei Dampfinjektionserhitzungsverfahren

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DE1017011B
DE1017011B DEA24057A DEA0024057A DE1017011B DE 1017011 B DE1017011 B DE 1017011B DE A24057 A DEA24057 A DE A24057A DE A0024057 A DEA0024057 A DE A0024057A DE 1017011 B DE1017011 B DE 1017011B
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milk
temperature
water balance
steam injection
evaporation
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Dr Justus Luther
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ALLGAEUER ALPENMILCH
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A23FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23CDAIRY PRODUCTS, e.g. MILK, BUTTER OR CHEESE; MILK OR CHEESE SUBSTITUTES; MAKING THEREOF
    • A23C3/00Preservation of milk or milk preparations
    • A23C3/02Preservation of milk or milk preparations by heating
    • A23C3/03Preservation of milk or milk preparations by heating the materials being loose unpacked
    • A23C3/033Preservation of milk or milk preparations by heating the materials being loose unpacked and progressively transported through the apparatus
    • A23C3/037Preservation of milk or milk preparations by heating the materials being loose unpacked and progressively transported through the apparatus in direct contact with the heating medium, e.g. steam

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Food Science & Technology (AREA)
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  • Apparatus For Disinfection Or Sterilisation (AREA)

Description

  • 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.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. 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, dadurch gekennzeichnet, 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.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmessung in an sich bekannter Weise in Verbindung mit einem lichtelektrischen Verstärker ausgeführt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die laufende Aufzeichnung der Überwachungskurve in an sich bekannter Weise mit einem elektrischen Tintenschreiber auf einem Registrierpapierstreifen mit Eichteilung und zulässigem Toleranzbereich (Fig. 2) erfolgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Industrial Eng. Chemistry, Dez. 1951, Vol. 43, Nr. 12, S.2949 bis 2954; USA.-Patentschrift Nr. 1479 087.
DEA24057A 1956-01-05 1956-01-05 Verfahren zur UEberwachung der Wasserbilanz bei Dampfinjektionserhitzungsverfahren Pending DE1017011B (de)

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WO2015110258A1 (de) * 2014-01-25 2015-07-30 Gea Tds Gmbh Verfahren und vorrichtung zur reduzierung des wachstums thermophiler keime in wärmeaustauschern molkereitechnischer prozessanlagen

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