DE10315351A1

DE10315351A1 - Zwischenspeichervorrichtung für Lebensmittelbehandlungsanlagen

Info

Publication number: DE10315351A1
Application number: DE2003115351
Authority: DE
Inventors: Burghard Dyck
Original assignee: TETRA LAVAL HOLDINGS and FINANCE PULLY SA; Tetra Laval Holdings and Finance SA
Current assignee: TETRA LAVAL HOLDINGS and FINANCE PULLY SA; Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2004-10-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zwischenspeichervorrichtung (1) zur Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen Volumenstroms in Anlagen für die Behandlung flüssiger Lebensmittel oder Getränke, mit einem vorzugsweise aus Edelstahl gefertigten Ausgleichsbehälter (6) zur Aufnahme eines zu speichernden Ausgleichsvolumens und mit Fördermitteln zur Förderung von gespeicherter Flüssigkeit. Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Zwischenspeichervorrichtung (1) anzugeben, bei der das Risiko von Keimwachstum im Ausgleichsbehälter (6) verringert ist. Dies wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass die Fördermittel durch eine mit der Anlage in Verbindung stehende Steuerung derart steuerbar sind, dass in Abhängigkeit von ablaufbedingten Unterbrechungen des Volumenstroms in einem Anlagenteil (16) ein Befüllen des leeren Ausgleichsbehälters (6) erst bei Bedarf erfolgt und nach Rückförderung des Ausgleichsvolumens in die Anlage eine vollständige Entleerung des Ausgleichsbehälters (6) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zwischenspeichervorrichtung für Lebensmittelbehandlungsanlagen, insbesondere für Anlagen für die Behandlung flüssiger Lebensmittel oder Getränke, zur Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen Volumenstroms, mit einem vorzugsweise aus Edelstahl gefertigten Ausgleichsbehälter zur Aufnahme eines zu speichernden Ausgleichsvolumens und mit Fördermitteln zur Förderung von gespeicherter Flüssigkeit.
Es sind Anlagen für die Behandlung von Milch bekannt, insbesondere sogenannte Ultra-Hoch-Temperatur (UHT) Anlagen für indirekte Erhitzung mit integriertem Separator für die Milchfettstandardisierung. Bei der in großen zeitlichen Abständen erforderlichen Entleerung des Separators wird der Milchstrom in diesem Anlagenteil während des Entleerungsvorganges kurzzeitig unterbrochen. In den nachgeschalteten Anlagenteilen würde diese Durchflussunterbrechung zu verschiedenen Problemen führen, wie zum Beispiel Kavitationen im Homogenisator, Druckschwankungen in Dampfinjektoren oder - infusern mit der Folge von unkontrollierter Erhitzungstemperatur. Es können dabei auch Vibrationen oder harte Druckschläge mit negativen Folgen zum Beispiel für Plattenwärmetauscher vorkommen. In allen derzeitigen Erhitzungsanlagen, in denen durch die Entleerung eines Separators eine solche Durchflussunterbrechung entsteht, wird deshalb ein Ausgleichsbehälter mit einer nachgeschalteten Pumpe zur Kompensation des Druckabfalls und Aufrechterhaltung des Volumenstroms in den nachgeschalteten Anlagenteilen zwischengeschaltet. Die Ausgleichsbehälter werden heute meist für die Zwischenlagerung von ca. 30 Sekunden der Anlagenleistung ausgelegt. Demgegenüber wird der Durchfluss durch die Separatorentleerung in der Regel für lediglich ca. 0,2 Sekunde unterbrochen. Um nicht Gefahr zu laufen, Luft in die Anlage zu befördern, ist eine Zwischenlagerung von einem Vielfachen des zu kompensierenden Volumens erforderlich. Da somit der Ausgleichsbehälter während des normalen Betriebes niemals vollständig geleert wird, ist die Verweilzeit des Mediums im Ausgleichsbehälter nicht definiert.
Die derzeitige Lösung hat eine Reihe von Nachteilen. Durch die undefinierte Verweilzeit bedingt kann es vor allem zum Beispiel während der Zwischenlagerung von Produkt bei einer Temperatur von 55°C im Ausgleichsbehälter zu bakteriologischem Keimwachstum kommen. Eine Produktzwischenlagerung bei höheren Temperaturen hingegen kann die Produktqualität beeinträchtigen. Die Vorlaufbehälter inklusive der nachgeschalteten Pumpe sind zudem ein Kostenfaktor.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zwischenspeichervorrichtung anzugeben, bei der das Risiko von Keimwachstum im Ausgleichsbehälter verringert ist.
Diese Aufgabe wird durch die vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass die Fördermittel durch eine mit der Anlage in Verbindung stehende Steuerung derart steuerbar sind, dass in Abhängigkeit von ablaufbedingten Unterbrechungen des Volumenstroms in einem Anlagenteil ein Befüllen des leeren Ausgleichsbehälters erst bei Bedarf erfolgt und nach Rückförderung des Ausgleichsvolumens in die Anlage eine vollständige Entleerung des Ausgleichsbehälters erfolgt.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die sowohl zeitlich als auch mengenmäßig direkt am Bedarf orientierte Befüllung des Ausgleichsbehälters eine minimale Verweildauer des Ausgleichsvolumens im Ausgleichsbehälter zur Folge hat, wodurch das Risiko von Keimwachstum unabhängig von der Temperatur auf ein Minimum reduziert ist. Durch die jeweils vollständige Entleerung gibt es ferner kein Volumen, welches möglicherweise langfristig im Ausgleichsbehälter verbleibt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht in der Verwendung von Druckluft als Fördermittel. Dies hat den Vorteil, dass die üblicherweise in jeder Anlage ohnehin vorhandene Druckluft eine sonst erforderliche Pumpe erübrigt. Die Beförderung mittels Druckluft hat außerdem den Vorteil, dass sie im wesentlichen ohne zusätzlichen Energieaufwand erfolgt. Zudem ist vorteilhaft, dass bei Verwendung von Druckluft als Fördermittel eine Reinigung desselben entfällt. In einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist ein Druckluftspeicher vorgesehen, der die Speicherung der für die Rückförderung des Ausgleichsvolumens erforderlichen Luftmenge vor der Separatorentleerung erlaubt. Der erforderliche Druck im Druckluftspeicher ist bevorzugt über ein Druckluftfüllventil in Verbindung mit einem Druckmessaufnehmer regelbar, da auf diese Weise die gespeicherte Luftmenge der im Einzelfall tatsächlich vorliegenden Separatorentleerungsmenge angepasst werden kann. Vorteilhafterweise ist am Ausgang des Druckluftspeichers ein Entleerungsventil vorgesehen, über das sich mit Hilfe der Steuerung gezielt die Rückförderung der gespeicherten Flüssigkeit unmittelbar bei Auftreten der Volumenstromunterbrechung auslösen lässt.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung – auch in Verbindung mit einer der oben genannten Ausführungsformen – ist die Menge der zwischengespeicherten Flüssigkeit über ein Entlüftungsventil steuerbar, wodurch eine Befüllung des Ausgleichsbehälters mit zum Beispiel genau dem Separatorentleerungsvolumen unmittelbar bevor die Entleerung tatsächlich stattfindet möglich ist.
Eine spezielle Ausführung der Erfindung mit einem rohrförmigen Ausgleichsbehälter hat den Vorteil, dass dieser auf vergleichsweise einfache Art in vorhandenen Anlagen durch Anflanschen nachrüstbar ist. Besonders vorteilhaft ist das Rohr des Ausgleichsbehälters im Querschnitt größer gewählt als das produktführende Rohr der Anlage, um die Fließgeschwindigkeit im Zwischenspeicher während der Flüssigkeitsrückführung niedrig zu halten. Besonders günstig ist es, den anlagenseitigen Rohrabschnitt im Winkel von 45° zur Horizontale auszurichten, um die rückzufördernde Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeitskomponente in Flussrichtung der Anlage einzuleiten.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Ausgleichsbehälter mit Füllstandssensoren zur Bestimmung verschiedener Füllstandshöhen zur Verwendung für die Steuerung ausgestattet. Besonders vorteilhaft ist die Anbringung eines Füllstandssensors am anlagenseitigen Ausgang des Behälters, da mit dessen Hilfe die vollständige Entleerung des Behälters im Normalbetrieb der Anlage überwacht werden kann zur Vermeidung von Keimbildung durch Flüssigkeitsrückstände. Wenn zusätzlich ein oberer Füllstandssensor vorgesehen ist, ist die für den Ausgleich benötigte Flüssigkeitsmenge über die Steuerung beim Befüllen überwachbar. Wenn noch vorteilhafter zusätzlich ein mittlerer Füllstandssensor vorgesehen ist, kann die Entleerung in zwei Stufen erfolgen, beispielsweise einer schnellen vom oberen Füllstandssensor bis hinunter zum mittleren Füllstandssensor und einer langsameren vom mittleren Sensor bis hinunter zum unteren Sensor. Dies hat den Vorteil, dass durch die langsamere Stufe ein versehentliches Einspeisen von Luft in die Anlage während der Rückförderung verhindert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das anlagenabgewandte Ende des Ausgleichsbehälters mittels einer Spülleitung mit dem Anlagenvolumenstrom verbindbar. Dadurch lässt sich der Behälter im Durchflussverfahren reinigen, ohne dass dieser zu diesem Zweck ausgebaut werden muss. Eine besonders günstige Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass das anlagenseitige Ende des Ausgleichbehälters und das anlagenseitige Ende der Spülleitung über ein Umschaltventil derart mit dem Anlagenvolumenstrom verbindbar sind, dass der Anlagenvolumenstrom in einem ersten Schaltzustand des Umschaltventils mit dem gestauten Ausgleichsvolumen verbunden und in einem zweiten Schaltzustand von der Anlage durch den Ausgleichsbehälter und über die Spülleitung zurück in die Anlage geleitet wird. Auf diese Weise kann die Anlage inklusive der erfindungsgemäßen Zwischenspeichervorrichtung, beispielsweise unter Verwendung einer Reinigungsflüssigkeit in der Anlage, gereinigt werden, indem das Umschaltventil in den letztgenannten Zustand versetzt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt:
1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Zwischenspeichervorrichtung.
In der 1 ist die Zwischenspeichervorrichtung mit der Bezugsziffer 1 versehen. Wie skizziert, ist ein Druckluftspeicher 2 mit einem Druckluftfüllventil 3 befüllbar. Der Druck ist mit dem Druckmessaufnehmer 4 messbar. Der Druckluftspeicher 2 ist über ein Entleerungsventil 5 in einen Ausgleichsbehälter 6 entleerbar. Die Luft aus dem Ausgleichsbehälter kann über ein Entlüftungsventil 7 entweichen. Der Ausgleichsbehälter 6 ist mit einem unteren, einem mittleren sowie einem oberen Füllstandssensor 8, 9 bzw. 10 versehen. Der Ausgleichsbehälter 6 ist am oberen Ende mit einer Spülleitung 11 verbunden. Der Ausgleichsbehälter 6, die Spülleitung 11, die Leitung von der Anlage 12 sowie die Leitung zur Anlage 13 sind über ein Umschaltventil 14 verbunden. Die in Volumenstromrichtung der Anlage nachgeschalteten Anlagenteile sind schematisch mit der Bezugsziffer 15 und der die vorgeschalteten Anlagenteile, die den Separator umfassen, sind mit der Bezugsziffer 16 bezeichnet. Eine nicht gezeigte Anlagensteuerung steht einerseits mit dem nicht gezeigten Separator und andererseits mit den Sensoren 4, 8, 9 und 10 der Vorrichtung in Verbindung und steuert die Ventile 3, 5, 7 und 14.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird durch die Anlagensteuerung folgende Schrittfolge ausgelöst: Zunächst wird im Druckluftspeicher 2 über das Druckluftfüllventil 3 unter Kontrolle des Druckmessaufnehmers 4 der für die Rückförderung des Ausgleichsvolumens in die Leitung zur Anlage 13 benötigte Luftdruck vorgeladen. Kurz vor der Entleerung des Separators 16 wird die Druckluft über das Entlüftungsventil 7 abgeblasen, wobei sich das Ausgleichsrohr 6 mit Anlagenflüssigkeit füllt. Sobald die Flüssigkeit den oberen Füllstandssensor 10 erreicht, wird das Entlüftungsventil 7 geschlossen. Unmittelbar vor der Entleerung des Separators 16 wird durch Öffnen des Entleerungsventils 5 Druckluft in das Ausgleichsrohr 6 geblasen, wobei die Flüssigkeit nach unten zurückgedrängt wird, bis der mittlere Füllstandssensor 9 anspricht. Als nächstes wird das zwischen mittlerem 9 und unterem Füllstandssensor 8 verbleibende Volumen im Ausgleichsrohr 6 zur Vermeidung von versehentlicher Lufteinspeisung in die Leitung zur Anlage 13 langsam in die Anlage entleert. Schließlich wird die vollständige Entleerung des Ausgleichsrohrs 6 laufend über den unteren Füllstandssensor 8 überwacht und unter Zuhilfenahme des Entleerungsventils 5 sichergestellt.

1: Zwischenspeichervorrichtung
2: Druckluftspeicher
3: Druckluftfüllventil
4: Druckmessaufnehmer
5: Entleerungsventil
6: Ausgleichsbehälter/Ausgleichsrohr
7: Entlüftungsventil
8: Unterer Füllstandssensor
9: Mittlerer Füllstandssensor
10: Oberer Füllstandssensor
11: Spülleitung
12: Leitung von der Anlage
13: Leitung zur Anlage
14: Umschaltventil
15: Nachgeschaltete Anlagenteile
16: Anlageneinheit mit Separator

Claims

Zwischenspeichervorrichtung zur Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen Volumenstroms in Anlagen für die Behandlung flüssiger Lebensmittel oder Getränke, mit einem vorzugsweise aus Edelstahl gefertigten Ausgleichsbehälter zur Aufnahme eines zu speichernden Ausgleichsvolumens und mit Fördermitteln zur Förderung von gespeicherter Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördermittel durch eine mit der Anlage in Verbindung stehende Steuerung derart steuerbar sind, dass in Abhängigkeit von ablaufbedingten Unterbrechungen des Volumenstroms in einem Anlagenteil ein Befüllen des leeren Ausgleichsbehälters erst bei Bedarf erfolgt und nach Rückförderung des Ausgleichsvolumens in die Anlage eine vollständige Entleerung des Ausgleichsbehälters erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördermittel Druckluft ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einem Druckluftspeicher (2) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Druckluftspeicher (2) über ein Druckluftfüllventil (3) regelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Entleerungsventil (5) zum Entleeren des Druckluftspeichers (2) in das Ausgleichsvolumen vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der im Ausgleichsvolumen gespeicherten Flüssigkeit über ein am oberen Ende des Ausgleichsvolumens angebrachtes Entlüftungsventil (7) regelbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsbehälter (6) im wesentlichen rohrförmig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Rohres größer ist als des Querschnitt der Anlagenvolumenstromes.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein anlagenseitiger Rohrabschnitt im Winkel von 45° zur Horizontalen ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgleichsbehälter (6) mit einem oder mehreren über seine Füllhöhe verteilt angeordneten Füllstandssensoren (8, 9, 10) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein unterer Füllstandssensor (8) unmittelbar am anlagenseitigen Ausgang des Ausgleichsbehälters (6) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein oberer Füllstandssensor (10) an der dem für die Aufrechterhaltung des kontinuierlichen Volumenstroms erforderlichen Füllstand entsprechenden Position des Ausgleichsbehälters (6) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein mittlerer Füllstandssensor (9) auf einer Position des Ausgleichsbehälters zwischen den Positionen des oberen Füllstandssensors (10) und des unteren Füllstandssensors (8) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das anlagenabgewandte Ende des Ausgleichsbehälters mittels einer Spülleitung (11) mit dem Anlagenvolumenstrom verbindbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das anlagenseitige Ende des Ausgleichbehälters (6) und das anlagenseitige Ende der Spülleitung (11) über ein Umschaltventil (14) derart mit dem Anlagenvolumenstrom verbindbar sind, dass der Anlagenvolumenstrom in einem ersten Schaltzustand des Umschaltventils (14) mit dem gestauten Ausgleichsvolumen verbunden und in einem zweiten Schaltzustand von der Anlage durch den Ausgleichsbehälter (6) und über die Spülleitung (11) zurück in die Anlage geleitet ist.
Verfahren zur Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen Volumenstroms in Anlagen für die Behandlung flüssiger Lebensmittel oder Getränke dadurch gekennzeichnet, dass eine Ablaufsteuerung kurz vor einer ablaufbedingten Unterbrechung des Volumenstroms in einem Anlagenteil eine Befüllung eines Ausgleichsbehälters (6) mit einem an das unterbrechungsbedingte Fehlvolumen angepassten Ausgleichsvolumen auslöst und das Ausgleichsvolumen anschließend zum Zeitpunkt des Auftretens der Volumenstromunterbrechung in die Anlage rückgefördert.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Befüllung des Ausgleichsbehälters (6) mit einem zusätzlichen kleineren Volumen erfolgt, welches in einem weiteren Schritt nach der Hauptentleerung kontrolliert bis zur vollständigen Entleerung des Ausgleichsbehälters (6) rückgefördert wird.
Verfahren zur Reinigung einer Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das anlagenseitige Ende des Ausgleichbehälters (6) und das anlagenseitige Ende der Spülleitung (11) über das im zweiten Schaltzustand befindliche Umschaltventil (14) derart mit dem Anlagenvolumenstrom verbunden wird, dass der Anlagenvolumenstrom von der Anlage durch den Ausgleichsbehälter und über die Spülleitung (11) zurück in die Anlage geleitet wird.