DE102007037941A1

DE102007037941A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Entgasung eines flüssigen Produkts, insbesondere flüssiger Nahrungsmittel

Info

Publication number: DE102007037941A1
Application number: DE200710037941
Authority: DE
Inventors: Joachim LÖW
Original assignee: Tuchenhagen Dairy Systems GmbH
Current assignee: GEA TDS GmbH
Priority date: 2007-08-11
Filing date: 2007-08-11
Publication date: 2009-02-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entgasung eines flüssigen Produkts, insbesondere flüssiger Nahrungsmittel wie Käsereimilch, Rahm oder UHT-Milch, bei dem ein Gesamtstrom eines gasbeladenen Produkts (P**) einem Eintritt (E) eines Verteilerrohres (2) zugeführt wird, dort in wenigstens einen erzwungenen Teilstrom des gasbeladenen Produkts (p**) umgewandelt bzw. verzweigt wird, bei dem der Teilstrom bzw. die Teilströme (p**) jeweils entgegen der Schwerkraft in einen gasabführenden Sammelraumungsumkehr in sich schwerkraftseitig in dünner Schicht über große Oberflächen ausbreitende Filmströmungen mit zum Sammelraum (5) freier Oberfläche transformiert werden und bei dem die durch die Filmströmungen jeweils gebildeten Teilströme eines zu entgasenden Produkts (p*) durch Abscheidung der Gasblasen im Schwerefeld der Erde entgast, anschließend gesammelt und als ein Gesamtstrom des entgasten Produkts (P) einem Austritt (A) aus dem Sammelraum (5) zugeführt werden. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Entgasung eines flüssigen Produkts, insbesondere flüssiger Nahrungsmittel wie Käsereimilch, Rahm oder UHT-Milch. Das vorgeschlagene Verfahren und die Vorrichtung sind einfach, sie stellen eine wirksame Entgasung sicher und sie ermöglichen dabei eine große Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Durchsatzleistungen und Produktmengen (Figur 1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entgasung eines flüssigen Produkts, insbesondere flüssiger Nahrungsmittel wie Käsereimilch, Rahm oder UHT-Milch.
In der Prozesstechnik ergibt sich im Bereich der Verarbeitung von flüssigen Produkten, insbesondere flüssiger Nahrungsmittel wie Käsereimilch, Rahm oder UHT-Milch, die Notwendigkeit, das flüssige Produkt in Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen mehr oder weniger intensiv zu entgasen. Dabei handelt es sich bei den gasförmigen Beimengungen in der Regel – aber nicht ausschließlich – um Luft.
Es hat sich beispielsweise für die Standzeit der UHT-Anlagen mit indirekter Erhitzung als vorteilhaft erwiesen, wenn der Luftgehalt unterhalb von 8 mg Luft/dm³ Milch liegt. Oberhalb eines diesbezüglichen Grenzwertes besteht die erhöhte Gefahr des Anbrennens, insbesondere in den Wärmeaustauschern der Erhitzerzone und des Heißhalters, wodurch die Standzeit dieser Wärmeaustauscher signifikant verkürzt wird.
Eine Intensivierung der Entgasung wird bei bekannten Entgasern auch dadurch erreicht, dass das zu entgasende Produkt nicht mit der Umgebungsluft des Entgasers in Berührung kommt, sondern dass es in einer Kammer oder einem Raum von der Umgebungsluft hermetisch abgetrennt und dort der Wirkung einer Unterdruckquelle ausgesetzt wird. Es handelt es sich dann um eine Entgasung unter Unterdruck bzw. Vakuum.
Bei der Entgasung flüssiger Nahrungsmittel wird aus hygienischen Gründen gefordert, dass die Entgasungsvorrichtung und in der Regel auch die angrenzenden Prozessanlagen automatisch im Durchfluss reinigbar sein müssen (sog. CIP- Fähigkeit; CIP: cleaning in place, was soviel bedeutet wie Reinigung an Ort und Stelle im Durchfluss).
Aus der DE 529 908 C ist eine Absaugregulierung an Vakuumentgasern für Milch und Rahm bekannt, wobei die zu entgasende Flüssigkeit dem Kopfraum des Vakuumentgasers zentral zugeführt und von dort aus über einen sich über den gesamten Querschnitt und bis zum Behältermantel des Vakuumentgasers erstreckenden Verteilerschirm verteilt wird. Der oberhalb des Verteilerschirms angeordnete Kopfraum des Vakuumentgasers, der quasi auch als Zwischenboden fungiert, wird über eine Luftpumpe evakuiert. Der Verteilerschirm ist zum Behältermantel hin stetig abfallend ausgeführt und leitet die Flüssigkeit über seinen gesamten äußeren Umfang unmittelbar auf den Behältermantel, der sich nach unten kegelstumpfförmig verjüngt. Die Flüssigkeit rieselt am Behältermantel herab, sammelt sich im Bodenbereich des Vakuumentgasers und wird dort am tiefsten Punkt und zentral fortlaufend abgesaugt, wobei das Flüssigkeitsniveau über einen Schwimmer gesteuert wird.
In der DE 10 2005 015 713 A1 ist ein Verfahren zur Entgasung und Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen Volumenstromes einer zu behandelnden Milch in einer Ultra-Hoch-Temperatur (UHT) Anlage mit indirekter Erhitzung und integriertem Separator für die Milchfettstandardisierung und mit einer Zwischenspeicherung einer eine Anordnung mit Separator verlassenden (standardisierten) Milch beschrieben, das unter anderem dadurch gekennzeichnet ist, dass der Volumenstrom in einer der Anordnung mit Separator nachgeordneten Entgasungs- und Speichervorrichtung fortdauernd eine Behandlung nach den folgenden Schritten a) bis d) erfährt, wobei

a) mit dem Volumenstrom eine punktsymmetrisch, radial gesehen, von innen nach außen zunächst im Wesentlichen sich waagerecht und anschließend leicht abfallend ausbreitende Filmströmung erzeugt wird,
b) die Filmströmung in Höhe einer Oberfläche eines Speichervolumens in der Entgasungs- und Speichervorrichtung generiert und dort auf diese Oberfläche aufgeschichtet wird,
c) im Speichervolumen eine entgegen einem Gasblasenauftrieb orientierte, im Wesentlichen über den Querschnitt des Speichervolumens gleichverteilte Kolbenströmung erzeugt wird und
d) der Volumenstrom dem Speichervolumen am unteren Ende zentral entnommen wird.

In der DD 10304 A ist ein Verfahren zum Entgasen von Flüssigkeiten, insbesondere von Transformatorenöl, beschrieben, bei dem die zu behandelnde Flüssigkeit zunächst im Spritz-, Überlauf- oder Berieselungsverfahren durch einen Behälter hindurchgeführt wird, in dem sie der Einwirkung des Vakuums ausgesetzt wird, worauf sie anschließend durch weitere Behälter hindurchgeführt wird, in denen sich der gleiche Vorgang, gegebenenfalls unter höherem Vakuum, so lange wiederholt, bis der erwünschte Entgasungsgrad erreicht ist. Zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Behälter, in denen die stufenweise Entgasung durchgeführt wird, als Ringräume ausgebildet sind, die um einen zentralen Zylinder angeordnet sind und immer größer werdenden Durchmesser besitzen, wobei der Übertritt der Flüssigkeit von einem Ringraum zum anderen über siphonartige Verbindungsstutzen am Boden der Behälter erfolgt und jeder Raum in sich abgeschlossen ist und nur durch Leitungen in Verbindung zu einer ihm zugeordneten Vakuumpumpe steht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entgasung eines flüssigen Produkts anzugeben, die einfach sind, eine wirksame Entgasung sicherstellen und dabei eine große Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Durchsatzleistungen und Produktmengen ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Entgasung eines flüssigen Produkts mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Entgasung eines flüssigen Produkts mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Der grundlegende erfinderische Verfahrensgedanke besteht darin, dass innerhalb eines Sammelraumes der Gesamtstrom eines gasbeladenen Produkts oder mehrere aus diesem Gesamtstrom hervorgegangene Teilströme in sich schwerkraftseitig in dünner Schicht über große Oberflächen ausbreitende Filmströmungen transformiert wird bzw. werden. Diese Filmströmungen sind als Rieselfilm ausgebildet; sie haben eine zum Sammelraum freie Oberfläche, sodass sich aus dem zu behandelnden Produkt die Gasblasen durch Auftrieb im Schwerefeld der Erde leicht und auf sehr kurzem Weg abscheiden können. Bis zur Generierung der Filmströmungen wird das gasbeladene Produkt als erzwungener Gesamtstrom oder aufgeteilt in erzwungene Teilströme jeweils entgegen der Schwerkraft transportiert. Am Übergang von der erzwungenen Strömung zur nachfolgenden Strömung ohne allseitige Berandung findet eine Strömungsrichtungsumkehr, vorzugsweise im Bereich eines Überlauf, statt. Im Zuge der Fallströmung der Filmströmungen erfolgt eine zunehmende Entgasung, wobei auch am vorstehend erwähnten Übergang und im Bereich der nachfolgenden Strömungsrichtungsumkehr bereits Entgasung stattfindet. Das weitgehend entgaste Produkt wird am Ende der Fallströmung gesammelt und als Gesamtstrom einem Austritt aus dem Sammelraum zugeführt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung sind vor, dass der jeweils eine Filmströmung ausbildende Teilstrom des zu entgasenden Produkts auf der Außenfläche eines in Richtung der Schwerkraft orientierten oder eines schwerkraftseitig ein Gefälle aufweisenden Rohres, das den jeweiligen Teilstrom des gasbeladenen Produkts entgegen der Schwerkraft in den Sammelraum transportiert hat, generiert wird. Dies ist eine sehr einfache Möglichkeit der Bildung einer vorteilhaften Filmströmung, zumal der Übergang zwischen der erzwungenen Strömung im Rohr und der freien Strömung auf der Außenfläche des Rohres durch das Rohrende wie von selbst initiiert wird.
Nach einer anderen Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die Entgasung des flüssigen Produkts dadurch intensiviert, das letzteres der Wirkung einer Unterdruckquelle ausgesetzt wird. Unter Unterdruckquelle sollen alle Pump- oder Saugeinrichtungen oder Einrichtungen zur Vakuumerzeugung verstanden werden, die in dem gegenüber seiner atmosphärischen Umgebung geschlossenen Sammelraum eine Druckabsenkung gegenüber Umgebungsdruck erzeugen können.
Da die Fallstrecke der Filmströmungen den signifikantesten Anteil an der Entgasung des flüssigen Produkts besitzen, ergibt sich aus der Veränderung dieser Fallstrecke auch eine Einflussmöglichkeit auf die Verweilzeit des zu entgasenden Produkts im Zustand der Filmströmung bzw. des Rieselfilms. Die Fallstrecke kann denkbar einfach dadurch verkürzt oder verlängert werden, dass das am Fuße der Fallstrecke gesammelte entgaste Produkt sein Flüssigkeitsniveau entsprechend verändert. Ein Absinken des Flüssigkeitsniveaus verlängert die Fallstrecke und damit die Verweilzeit des zu entgasenden Produkts unter den günstigen Entgasungsbedingungen der Filmströmung, während ein Anstieg die entgegengesetzte Wirkung zeigt. Die durch Veränderung des Flüssigkeitsniveaus sich ggf. in der weitgehend entgasten Flüssigkeit verändernden Bedingungen der Restentgasung unterstützen den vorstehenden Effekt, da sie gleichsinnig wirken. Um die vorstehend kurz beschriebene Einflussmöglichkeit zu nutzen, sieht daher eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass die Verweilzeit der zu entgasenden Teilströme des Produkts durch eine Füllhöhe des entgasten Produkts im Sammelraum geregelt wird.
Die erfindungsgemäß Vorrichtung zur Entgasung eines flüssigen Produkts, insbesondere flüssiger Nahrungsmittel wie Käsereimilch, Rahm oder UHT-Milch, ist ausgebildet mit einem in Richtung der Schwerkraft orientierten topfförmigen Sammelraum, der umfangsseitig von einem Behältermantel und bodenseitig von einem Behälterboden begrenzt ist. Die Vorrichtung weist weiterhin wenigstens ein Steigrohr auf, das den Behälterboden durchdringt, sich in den Behältermantel hinein erstreckt und offen endet. Im Bereich des Behälterbodens ist ein aus dem Sammelraum ausmündendes Sammelrohr vorgesehen, das mit einem Austritt für einen Gesamtstrom des entgasten Produkts verbunden ist. Unterhalb des Behälterbodens ist ein Verteilerrohr vorgesehen, das mit einem Eintritt für einen Gesamtstrom des gasbeladenen Produkts verbunden ist und das sich in das wenigstens eine Steigrohr verzweigt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden, wodurch sich die in diesem Zusammenhang beschriebenen Vorteile erzielen lassen. Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Merkmale können auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einsatz kommen, wie auch die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschriebenen Merkmale beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommen können.
Eine Abschirmung des zu entgasenden flüssigen Produkts von der Atmosphäre kann nach der Erfindung dadurch sichergestellt werden, dass der Behältermantel mit einem Behälterdeckel verschlossen ist, und dass der Sammelraum im Bereich des Behälterdeckels in eine Gasleitung ausmündet.
Die Erfindung sieht im Rahmen einer modifizierten Vorrichtung zur Entgasung (zweiten Ausführungsform) vor, dass mehr als ein Steigrohr, in der Regel eine Vielzahl von Steigrohren, in einem zweiten Behältermantel vorgesehen ist. Die diesbezügliche zweite Ausführungsform baut sehr kompakt und einfach (sog. Kompaktbauweise), da ein einziger zweiter Behälterboden die Funktion des Sammelrohres im Umfeld der jeweiligen Steigrohre übernimmt, die mögliche Vielzahl der Steigrohre äußerst platzsparend im zweiten Behältermantel angeordnet werden kann und im Kopfraum des zweiten Behältermantels, im Bereich des zweiten Behälterdeckels, nur ein einziger Anschluss für eine Gasleitung vorzusehen ist.
Eine große Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Durchsatzleistungen und Produktmengen wird durch die Erfindung dadurch ermöglicht, dass in einem ersten Behältermantel ein einziges Steigrohr angeordnet ist, und dass mehr als ein erster Behältermantel nebeneinander vorgesehen sind, die über das Sammelrohr jeweils bodenseitig miteinander verbunden sind, sodass das entgaste Produkt über das Sammelrohr abgeführt werden kann. Eine diesbezügliche Vorrichtung zur Entgasung (erste Ausführungsform) beinhaltet eine sehr einfache modulare Gehäuseaggregation. Dabei sind Länge und Durchmesser des Steigrohres sehr einfach zu variieren (dies gilt gleichermaßen auch für die vorstehend beschriebene zweite Ausführungsform, die Kompaktbauweise) und die Anzahl der Steigrohre und damit der jeweils das eine Steigrohr aufnehmenden ersten Behältermäntel ist in Abhängigkeit von Durchsatzleistung und Produktmenge fast beliebig vorgebbar. Die Aufteilung des Gesamtstromes des gasbeladenen Produkts in die notwendige Anzahl von Teilströmen ist bei entsprechender Auslegung des Verteilerrohres ein beherrschbares Verteilungsproblem. Ähnliches gilt für das Sammeln des entgasten Produkts im Sammelrohr.
Werden, wie dies ein weiterer Vorschlag vorsieht, die Sammelräume jeweils deckelseitig über die Gasleitung miteinander verbunden, dann ist auch die Vorrichtung zur Entgasung in der ersten Ausführungsform, bei der die vorstehend beschriebene modulare Gehäuseaggregation verwirklicht ist, gegenüber der Atmosphäre abgeschirmt.
Sowohl die erste als auch die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entgasung sind, falls der jeweilige Behältermantel mit einem Behälterdeckel verschlossen ist und der Sammelraum im Bereich des Behälterdeckels in eine Gasleitung ausmündet, über die Gasleitung an eine Unterdruckquelle anschließbar, sodass durch Druckabsenkung im Sammelraum bekanntermaßen im Bedarfsfall eine Intensivierung der Entgasung erfolgt. Als Unterdruckquellen kommen Pump-, Saug- oder Vakuumerzeugungs-Einrichtungen in Frage, die den Druck im Sammelraum gegenüber dem Umgebungsdruck der Vorrichtung zur Entgasung absenken können. In der Regel kommen selbstansaugende Pumpen zum Einsatz, beispielsweise rotierende Verdrängerpumpen, Flüssigkeitsringpumpen oder Aggregationen aus rotierender Verdrängerpumpe mit in Reihe geschalteter normalsaugender Kreiselpumpe.
Um den Übergang zwischen der erzwungenen Strömung im Steigrohr und der freien Strömung in Form einer schwerkraftseitigen Filmströmung zu erleichtern und zu begünstigen, ist weiterhin vorgesehen, dass das Steigrohr an seinem offenen Ende als Überlaufkante ausgebildet ist, die die Filmströmung, möglichst ohne von der Außenwand des Steigrohres abzulösen, auf letzterer generiert.
Nach der Erfindung ist es weiterhin vorteilhaft, dass eine Vielzahl von Steigrohren kreis- oder matrixförmig im zweiten Behältermantel angeordnet ist. Die kreisförmige Anordnung kann bei einem im Durchmesser großen zweiten Behältermantel auf mehreren konzentrischen Kreisen erfolgen, sodass auch hierbei, ebenso wie bei der matrixförmigen Verteilung, eine raumsparende Anordnung unter Ausnutzung des gesamten Bauvolumens des zweiten Behältermantels sichergestellt ist.
Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, das Steigrohr als kreisförmiges Rohr oder als Vierkantrohr mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt auszubilden, die in Form von Halbzeugen leicht verfügbar sind.
Die Ausbildung der Filmströmung in dünner Schicht und über große Oberflächen wird gemäß einem weiteren Vorschlag dadurch begünstigt, dass der rechteckige Querschnitt des Steigrohres als Spaltquerschnitt ausgeführt ist, dessen Längserstreckung sehr viel größer als seine Quererstreckung ausgeführt ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung in der ersten und der zweiten Ausführungsform sind aufgrund ihres sehr einfachen Aufbaus, insbesondere im produktbeaufschlagten inneren Bereich, sehr reinigungsfreundlich ausgestaltet, sodass eine obligatorische automatische Reinigung im Durchfluss (sog. CIP-Reinigung) problemlos möglich ist. Die Erfindung sieht in diesem Zusammenhang vorteilhaft vor, dass in jedem Behältermantel im Bereich des Behälterdeckels eine Reinigungsvorrichtung angeordnet ist, die mit einer Zuführleitung für Reinigungsflüssigkeit verbunden ist.
Zwecks Regelung der Entgasung, insbesondere der Verweilzeit des zu entgasenden Produkts in der Phase der Filmströmung, sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung vor, dass der Behältermantel einen Niveau- oder Füllstandsgeber aufweist.
Um die Vorrichtung gegen Trockenfallen vom entgasten Produkt oder Überflutung durch das gasbeladene Produkt zu schützen, wobei im letztgenannten Falle eine ggf. vorhandene Gasleitung mit einer ggf. angeschlossenen Unterdruckquelle ebenfalls geflutet würde bzw. würden, sieht die Erfindung weiterhin vor, dass der Behältermantel im Bereich des Behälterbodens einen ersten Grenzwertgeber zur Generierung einer Leermeldung und schwerkraftseitig unterhalb der Gasleitung einen zweiten Grenzwertgeber zur Generierung einer Vollmeldung aufweist.
Zur Überwachung der Entgasung kann insbesondere bei Intensivierung der Entgasung durch Anschluss einer Unterdruckquelle der Behältermantel im Bereich des Behälterdeckels einen mit dem Sammelraum in Verbindung stehenden Druckgeber aufweisen.
Zur Inbetriebnahme (Anfahren) der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder ihrer Stillsetzung (Abfahren) sowie bei Produktwechsel ist es von Vorteil, wie dies ein weiterer Vorschlag vorsieht, wenn das Sammelrohr an seinem dem Austritt benachbarten Ende mit einem ersten Absperrventil und das Verteilerrohr an seinem dem Austritt benachbarten Ende mit einem zweiten Absperrventil verbunden sind. Mit Hilfe dieser Ventile ist es auch möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung durch ihr vollständiges Fluten und nicht durch die vorstehende erwähnte CIP-Reinigung mittels der Reinigungsvorrichtung zu reinigen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele, die schematisch in den Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen
1 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entgasung, wobei diese eine modulare Gehäuseaggregation verwirklicht;
1a in schematischer Darstellung eine ausschnittsweise Draufsicht auf die in Querrichtung geschnittene Vorrichtung gemäß 1 entsprechend einem dort mit A₁-A₁ gekennzeichneten Schnittverlauf;
1b in schematischer Darstellung eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 1 entsprechend einer dort mit „Z" gekennzeichneten Blickrichtung;
2 in schematischer Darstellung die Seitenansicht einer ersten abgewandelten Vorrichtung zur Entgasung gemäß der Erfindung, wobei ein abgewandeltes erstes Verteilerrohr seitlich versetzt gegenüber einem ersten Behältermantel der Vorrichtung angeordnet ist;
2a in schematischer Darstellung die Draufsicht auf die in Querrichtung geschnittene Vorrichtung gemäß 2 entsprechend einer dort mit C-C gekennzeichneten Schnittverlauf;
3 in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf die in Querrichtung geschnittene Vorrichtung gemäß 1, wobei die einzelnen Vorrichtungen zur Entgasung modular aneinandergereiht sind;
3a in schematischer Darstellung eine Draufsicht auf eine in Querrichtung geschnittene zweite abgewandelte Vorrichtung zur Entgasung gemäß der Erfindung, wobei sich ein abgewandeltes zweites Verteilerrohr u-förmig in zwei Abschnitte verzweigt und zwei sich anschließend bildende Sammelrohrabschnitte in einer Ablaufleitung zusammengeführt sind;
4 in schematischer Darstellung eine Ansicht der Vorrichtung gemäß 1, wobei jeder modularen Gehäuseaggregation eine Reinigungsvorrichtung zugeordnet ist;
5 in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine modifizierte Vorrichtung zur Entgasung (zweite Ausführungsform), wobei diese mehrere Steigrohre in einem einzigen zweiten Behältermantel aufweist und
5a in schematischer Darstellung eine ausschnittsweise Draufsicht auf die in Querrichtung geschnittene Vorrichtung gemäß 5 entsprechend einem dort mit B-B gekennzeichneten Schnittverlauf, wobei beispielhaft vier Steigrohre in matrixförmiger Anordnung vorgesehen sind.
Gleichwirkende Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Entgasung 1 (erste Ausführungsform) ist in den 1, 1a, lb und 3 dargestellt. Sie besteht aus einer modular aufgebauten Gehäuseaggregation, gebildet durch erste Behältermäntel 4 einer Anzahl n Vorrichtungen zur Entgasung 1.1 bis 1.n, wobei n eine beliebige ganze Zahl sein kann. Im Ausführungsbeispiel sind die ersten drei Vorrichtungen zur Entgasung 1.1, 1.2 und 1.3 aneinandergereiht; die letzte Vorrichtung zur Entgasung 1.n bildet den Abschluss, während eine beliebige Vorrichtung zur Entgasung zwischen 1 und n mit 1.i gekennzeichnet ist.
Der jeweilige erste Behältermantel 4 bildet zusammen mit einem zugeordneten ersten Behälterboden 4a jeweils einen topfförmigen Sammelraum 5, der vorzugsweise in Richtung der Schwerkraft orientiert ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeder der n ersten Behältermäntel 4 mit einem ersten Behälterdeckel 4b verschlossen und jeder der n Sammelräume 5 mündet im Bereich des ersten Behälterdeckels 4b in eine Gasleitung 6 aus. Über die Gasleitungen 6 sind die deckelseitigen Bereiche der Sammelräume 5 miteinander verbunden und an eine Unterdruckquelle 8 angeschlossen. Über die Unterdruckquelle 8 kann der Druck in den n Sammelräumen 5 gegenüber dem Druck in der Umgebung der Vorrichtungen zur Entgasung 1.1 bis 1.n abgesenkt und sich in den Sammelräumen 5 ansammelndes Gas G, in vielen Fällen Luft, abgesaugt und abgeführt werden. Zur Überwachung und ggf. Regelung des Druckes in den n Sammelräumen 5 ist wenigstens an einer der Vorrichtungen zur Entgasung 1.1 bis 1.n ein Druckgeber 15 angeordnet. Eine nutzbare Länge L2 des ersten Behältermantels 4 ergibt sich als Abstand zwischen dem ersten Behälterboden 4a und, bezogen auf die Darstellungslage, der Unterkante der Gasleitung 6.
Im Bereich des ersten Behälterbodens 4a mündet aus jedem der n Sammelräume 5 ein Sammelrohr 5a aus. Über das jeweilige Sammelrohr 5a sind die Sammelräume 5 jeweils bodenseitig miteinander verbunden. In jedem der n ersten Behältermäntel 4 ist nur ein einziges Steigrohr 3 mit einem Außendurchmesser d angeordnet, das den jeweiligen ersten Behälterboden 4a durchdringt, sich auf einer Länge L1 vorzugsweise konzentrisch in den jeweiligen ersten Behältermantel 4, der einen Innendurchmesser D aufweist, hinein erstreckt und vorzugsweise, bezogen auf die Zeichnungslage, ein Stück unterhalb der jeweiligen Gasleitung 6 offen endet. Zwischen dem Innendurchmesser D des ersten Behältermantels 4 und dem Außendurchmesser d des Steigrohres 3 wird jeweils ein Ringraum gebildet, der Teil des Sammelraumes 5 ist und im Bereich des Behälterbodens 4a die vorstehend beschriebene Verbindung zum Sammelrohr 5a besitzt.
Unterhalb der n ersten Behälterböden 4a erstreckt sich ein Verteilerrohr 2, das sich in die n Steigrohre 3 verzweigt. Das Verteilerrohr 2 ist mit einem Eintritt E für einen Gesamtstrom des gasbeladenen Produkts P** verbunden. Die n Sammelrohre 5a sind über eine Ablaufleitung 7 mit einem Austritt A für einen Gesamtstrom des entgasten Produkts P verbunden. Vor Eintritt des letzten Sammelrohres 5a in die Ablaufleitung 7, in Strömungsrichtung des entgasten Produkts P gesehen, ist in diesem Sammelrohr 5a ein erstes Absperrventil 9 angeordnet. Das Verteilerrohr 2 ist an seinem dem Eintritt E abgewandten Ende über die Ablaufleitung 7 gleichfalls mit dem Austritt A verbunden. Vor Eintritt des Verteilerrohres 2 in die Ablaufleitung 7 ist im Verteilerrohr 2 ein zweites Absperrventil 10 vorgesehen.
Wenigstens einer der ersten Behältermäntel 4 weist einen Niveau- oder Füllstandsgeber 12 auf, der das Niveau oder den Füllstand eines sich in den n Sammelräumen 5 ansammelnden entgasten Produktes p erfassen und an eine nicht dargestellte, die Entgasung steuernde oder regelnde Einrichtung übermitteln kann. Weiterhin weist wenigstens einer der ersten Behältermäntel 4 im Bereich des Behälterbodens 4a einen ersten Grenzwertgeber 13 zur Generierung einer Leermeldung und schwerkraftseitig unterhalb der Gasleitung 6 einen zweiten Grenzwertgeber 14 zur Generierung einer Vollmeldung auf.
Zur automatischen Reinigung der Vorrichtungen zur Entgasung 1.1 bis 1.3 im Durchfluss ist in jedem ersten Behältermantel 4 im Bereich des ersten Behälterdeckels 4b eine Reinigungsvorrichtung 11 vorgesehen, die mit einer Zuführleitung für Reinigungsflüssigkeit 11a verbunden ist (4), wobei bei einer Anzahl n Vorrichtungen zur Entgasung 1.1 bis 1.n in jedem der ersten Behältermäntel 4 die Reinigungsvorrichtung 11 angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist eine diesbezügliche Reinigungsvorrichtung 11 nur in der ersten Vorrichtung zur Entgasung 1.1 angedeutet.
Das offene Ende des jeweiligen Steigrohres 3 ist in Form einer Überlaufkante 3a ausgebildet, die hinsichtlich ihrer endseitigen Ausformung (Kante in Form eines Wehres; Abrundung mit einem geeigneten, definierten Radius) eine möglichst gleichmäßige, voll umfängliche Ausbildung einer Filmströmung (Rieselfilm) auf der Außenfläche des Steigrohres 3 erzeugt. Das Steigrohr 3 kann dabei vorzugsweise als kreisförmiges Rohr oder als Vierkantrohr mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt ausgebildet sein. Der rechteckige Querschnitt kann auch als Spaltquerschnitt ausgeführt sein, dessen Längserstreckung sehr viel größer als seine Quererstreckung ausgeführt ist. Jede andere herstellbar Querschnittsform des Steigrohres 3 ist anwendbar; entscheidend ist, dass sich Filmströmungen in dünner Schicht über große Oberflächen ausbilden.
Ein stationärer Entgasungsbetrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Entgasung 1 in der ersten Ausführungsform gestaltet sich wie folgt (1):
Der Gesamtstrom des gasbeladenen Produkts P**, insbesondere eines flüssigen Nahrungsmittels wie Käsereimilch, Rahm oder UHT-Milch, wird dem Eintritt E des Verteilerrohres 2 zugeführt und von diesem in die n Steigrohre 3 verzweigt, sodass nunmehr eine entsprechende Anzahl n Teilströme des gasbeladenen Produkts p** vorliegt. Jeder Teilstrom des gasbeladenen Produkts p** strömt erzwungenermaßen entgegen der Schwerkraft im zugeordneten Steigrohr 3 und tritt an dessen Überlaufkante 3a in den jeweiligen Sammelraum 5 aus. Hier erfolgt parallel zum Übergang von der erzwungenen Strömung im Steigrohr 3 zur freien Strömung hinter dem Rohrende eine Strömungsrichtungsumkehr unter dem Einfluss der Schwerkraft. An der jeweiligen Außenfläche des Steigrohrs 3 breiten sich schwerkraftseitig in dünner Schicht über große Oberflächen Filmströmungen aus mit zum Sammelraum 5 freier Oberfläche. Diese Filmströmungen (Rieselfilm) bilden an jedem der n Steigrohre 3 einen Teilstrom des zu entgasenden Produkts p* aus, der durch Abscheidung der Gasblasen im Schwerefeld der Erde in den jeweiligen Sammelraum 5 entgast wird. Das entgaste Produkt p sammelt sich im Bodenbereich des Sammelraums 5 und bildet dort eine Füllhöhe bzw. ein Niveau 1 aus. Über die miteinander verbundenen Sammelrohre 5a wird das sich in allen n Sammelräumen 5 ansammelnde entgaste Produkt p als Gesamtstrom des entgasten Produkts P der Ablaufleitung 7 mit ihrem Austritt A zugeführt. Das abgeschiedene Gas G wird über die Gasleitungen 6 unter der Wirkung der Unterdruckquelle 8 aus der Vorrichtung zur Entgasung 1 abgeführt.
Über die Füllhöhe 1 kann ein wirksamer Entgasungsweg für den jeweiligen Teilstrom des zu entgasenden Produkts p* verändert und damit gesteuert bzw. geregelt werden. Der wirksame Entgasungsweg entsteht aus der Differenz zwischen der Länge des Steigrohres L1 und der aktuellen Füllhöhe l (L1-l). Mit steigender Füllhöhe l verkürzt sich der Entgasungsweg L1-l, sodass bei der Vorrichtung zur Entgasung l insgesamt die Fähigkeit zur Entgasung abnimmt. Mit sinkender Füllhöhe l stellt sich der umgekehrte Effekt ein, wobei die durch die Füllhöhe l gebildete Menge an entgastem Produkt p hinsichtlich ihrer Fähigkeit zur Restentgasung den vorg. Effekt gleichsinnig verstärkt. So haben in dem entgasten Produkt p noch eingeschlossene Gasblasen im Mittel eine zunehmende Verweilzeit τ bis zur Abscheidung über den Flüssigkeitsspiegel, wenn letzterer ansteigt und eine abnehmende Verweilzeit, wenn er absinkt, da der Abscheideweg der Gasblasen im Mittel der jeweiligen Füllhöhe l direkt proportional ist.
Die 2 und 2a zeigen eine erste abgewandelte Vorrichtung zur Entgasung 1', wobei der Unterschied gegenüber der vorstehend beschriebenen Vorrichtung zur Entgasung 1 darin besteht, das ein abgewandeltes erstes Verteilerrohr 2' seitlich versetzt gegenüber dem ersten Behältermantel 4 angeordnet ist.
Anstelle einer linearen Aneinanderreihung der ersten Behältermäntel 4, wie sie die Vorrichtungen zur Entgasung 1 (1, 1a und 3) und 1' (2a) zeigen, ist beispielweise auch eine u-förmige Verzweigung eines abgewandelten zweiten Verteilerrohres 2'' im Rahmen einer zweiten abgewandelten Vorrichtung zur Entgasung 1'' (3a) vorgesehen. Eine Verzweigung des abgewandelten zweiten Verteilerrohres 2'' in mehr als zwei Rohräste ist bei größeren Durchsatzleistungen von Vorteil. Abhängig von der Anzahl der Rohräste des abgewandelten zweiten Verteilerrohres 2'' entsteht eine entsprechende Anzahl Rohräste des Sammelrohres 5a, die zusammen- und in der Ablaufleitung 7 fortgeführt sind.
Bei Verzicht auf die Möglichkeit der modularen Gehäuseaggregation, wie sie durch die Vorrichtungen zur Entgasung 1, 1' und 1'' (erste Ausführungsform) gegeben ist, ermöglicht eine modifizierte Vorrichtung zur Entgasung 100 (zweite Ausführungsform; 5) eine außerordentlich kompakte Bauweise. Diese zweite Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass in einem zweiten Behältermantel 400 mehr als ein Steigrohr 3, in der Regel eine Vielzahl von Steigrohren 3, angeordnet sind. Der zweite Behältermantel 400 ist bodenseitig durch einen zweiten Behälterboden 400a und deckelseitig durch einen zweiten Behälterdeckel 400b begrenzt. Aus dem so im einzigen Behältermantel 400 gebildeten einzigen Sammelraum 5 münden im Bereich des zweiten Behälterdeckels 400b die Gasleitung 6 und im Bereich des zweiten Behälterbodens 400a das Sammelrohr 5a aus.
Die übrigen im Zusammenhang mit den Vorrichtungen zur Entgasung 1, 1' und 1'' (erste Ausführungsform) beschriebenen Merkmale sind uneingeschränkt auf die modifizierte Vorrichtung zur Entgasung 100 (zweite Ausführungsform) übertragbar. Die Wirkmechanismen der zweiten Ausführungsform sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform. Das entgaste Produkt p wird im Bodenbereich des einzigen Sammelraums 5 gesammelt und bildet dort die einzige Füllhöhe l aus, aus der heraus eine gegenüber der ersten Ausführungsform verbesserte Restentgasung erfolgen kann. Bei Verzicht auf den Anschluss einer Unterdruckquelle 8 erhält der zweite Behälterdeckel 400b zweckmäßig eine Entlüftungsöffnung 410. Die Kompaktbauweise resultiert insbesondere aus der Tatsache, dass die Vielzahl von Steigrohren 3 im Querschnitt des zweiten Behältermantels 400 sehr platzspa rend angeordnet werden kann. So ist vorgesehen, die Vielzahl von Steigrohren 3 kreis- oder matrixförmig im zweiten Behältermantel 400 anzuordnen. Form und Verlauf des Verteilerrohres 2 werden dem jeweiligen Anordnungsschema angepasst. 5a zeigt beispielsweise vier Steigrohre 3 in matrixförmiger Anordnung.

1: Vorrichtung zur Entgasung (erste Ausführungsform)
1': erste abgewandelte Vorrichtung zur Entgasung
1'': zweite abgewandelte Vorrichtung zur Entgasung
100: modifizierte Vorrichtung zur Entgasung (zweite Ausführungsform)
1.1: erste Vorrichtung zur Entgasung
1.2: zweite Vorrichtung zur Entgasung
1.3: dritte Vorrichtung zur Entgasung
1.i: i-te Vorrichtung zur Entgasung
1.n: n-te Vorrichtung zur Entgasung
2: Verteilerrohr
2': abgewandeltes erstes Verteilerrohr
2'': abgewandeltes zweites Verteilerrohr
3: Steigrohr
3a: Überlaufkante
4: erster Behältermantel
4a: erster Behälterboden
4b: erster Behälterdeckel
5: Sammelraum
5a: Sammelrohr
6: Gasleitung
7: Ablaufleitung
8: Unterdruckquelle
9: erstes Absperrventil
10: zweites Absperrventil
11: Reinigungsvorrichtung
11a: Zuführleitung für Reinigungsflüssigkeit
12: Niveau- oder Füllstandsgeber
13: erster Grenzwertgeber (Leermeldung)
14: zweiter Grenzwertgeber (Vollmeldung)
15: Druckgeber
400: zweiter Behältermantel
400a: zweiter Behälterboden
400b: zweiter Behälterdeckel
410: Entgasungsöffnung
d: Außendurchmesser des Steigrohres
l: Füllhöhe (Niveau)
n: Anzahl der Vorrichtungen zur Entgasung 1.1 bis 1.n
p: entgastes Produkt
p*: Teilstrom des zu entgasenden Produkts
p**: Teilstrom des gasbeladenen Produkts
τ: Verweilzeit der zu entgasenden Teilströme des Produkts p*
A: Austritt (Gesamtstrom des entgasten Produktes P)
D: Innendurchmesser des Außenrohres
E: Eintritt (Gesamtstrom des gasbeladenen Produktes P**)
G: Gas (z. B. Luft)
L1: Länge des Steigrohres
L2: nutzbare Länge des Behältermantels 4, 400
P: Gesamtstrom des entgasten Produkts
P**: Gesamtstrom des gasbeladenen Produkts

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 529908 C [0006]
- DE 102005015713 A1 [0007]
- DD 10304 A [0008]

Claims

Verfahren zur Entgasung eines flüssigen Produkts, insbesondere flüssiger Nahrungsmittel wie Käsereimilch, Rahm oder UHT-Milch, bei dem ein Gesamtstrom eines gasbeladenen Produkts (P**) einem Eintritt (E) eines Verteilerrohres (2) zugeführt wird, dort in wenigstens einen erzwungenen Teilstrom des gasbeladenen Produkts (p**) umgewandelt bzw. verzweigt wird, bei dem der Teilstrom bzw. die Teilströme (p**) jeweils entgegen der Schwerkraft in einen gasabführenden Sammelraum (5) transportiert und jeweils nach Strömungsrichtungsumkehr in sich schwerkraftseitig in dünner Schicht über große Oberflächen ausbreitende Filmströmungen mit zum Sammelraum (5) freier Oberfläche transformiert werden und bei dem die durch die Filmströmungen jeweils gebildeten Teilströme eines zu entgasenden Produkts (p*) durch Abscheidung der Gasblasen im Schwerefeld der Erde entgast, anschließend gesammelt und als ein Gesamtstrom des entgasten Produkts (P) einem Austritt (A) aus dem Sammelraum (5) zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweils eine Filmströmung ausbildende Teilstrom des zu entgasenden Produkts (p*) auf der Außenfläche eines in Richtung der Schwerkraft orientierten oder eines schwerkraftseitig ein Gefälle aufweisenden Rohres, das den jeweiligen Teilstrom des gasbeladenen Produkts (p**) entgegen der Schwerkraft in den Sammelraum (5) transportiert hat, generiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom des gasbeladenen und des zu entgasenden Produkts (p**, p*) und des entgasten Produkts (p) der Wirkung einer Unterdruckquelle (8) ausgesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verweilzeit (τ) der zu entgasenden Teilströme des Produkts (p*) durch eine Füllhöhe (l) des entgasten Produkts (p) im Sammelraum (5) geregelt wird.
Vorrichtung zur Entgasung eines flüssigen Produkts, insbesondere flüssiger Nahrungsmittel wie Käsereimilch, Rahm oder UHT-Milch und insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem in Richtung der Schwerkraft orientierten topfförmigen Sammelraum (5), der umfangsseitig von einem Behältermantel (4; 400) und bodenseitig von einem Behälterboden (4a; 400a) begrenzt ist, mit wenigstens einem Steigrohr (3), das den Behälterboden (4a; 400a) durchdringt, sich in den Behältermantel (4; 400) hinein erstreckt und offen endet, mit einem im Bereich des Behälterbodens (4a; 400a) aus dem Sammelraum (5) ausmündenden Sammelrohr (5a), das mit einem Austritt (A) für einen Gesamtstrom des entgasten Produkts (P) verbunden ist, und mit einem sich unterhalb des Behälterbodens (4a; 400a) in das wenigstens eine Steigrohr (3) verzweigenden Verteilerrohr (2), das mit einem Eintritt (E) für einen Gesamtstrom des gasbeladenen Produkts (P**) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Behältermantel (4; 400) mit einem Behälterdeckel (4b; 400b) verschlossen ist, und dass der Sammelraum (5) im Bereich des Behälterdeckels (4b; 400b) in eine Gasleitung (6) ausmündet.
Vorrichtung nach Anspruch 6, mit einem einzigen Steigrohr (3) im ersten Behältermantel (4), dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein erster Behältermantel (4) vorgesehen sind (Anzahl n > 1), die über das Sammelrohr (5a) jeweils bodenseitig miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelräume (5) jeweils deckelseitig über die Gasleitung (6) miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasleitung (6) an eine Unterdruckquelle angeschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steigrohr (3) an seinem offenen Ende als Überlaufkante (3a) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 9, 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Steigrohren (3) kreis- oder matrixförmig im zweiten Behältermantel (400) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Steigrohr (3) als kreisförmiges Rohr oder als Vierkantrohr mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der rechteckige Querschnitt als Spaltquerschnitt ausgeführt ist, dessen Längserstreckung sehr viel größer als seine Quererstreckung ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Behältermantel (4; 400) im Bereich des Behälterdeckels (4b; 400b) eine Reinigungsvorrichtung (11) vorgesehen ist, die mit einer Zuführleitung für Reinigungsflüssigkeit (11a) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Behältermantel (4; 400) einen Niveau- oder Füllstandsgeber (12) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Behältermantel (4; 400) im Bereich des Behälterbodens (4a; 400a) einen ersten Grenzwertgeber (13) zur Generierung einer Leermeldung und schwerkraftseitig unterhalb der Gasleitung (6) einen zweiten Grenzwertgeber (14) zur Generierung einer Vollmeldung aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Behältermantel (4; 400) im Bereich des Behälterdeckels (4b; 400b) einen mit dem Sammelraum (5) in Verbindung stehenden Druckgeber (15) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammelrohr (5a) an seinem dem Austritt (A) benachbarten Ende mit einem ersten Absperrventil (9) und das Verteilerrohr (2) an seinem dem Austritt (A) benachbarten Ende mit einem zweiten Absperrventil (10) verbunden sind.