DE1073446B

DE1073446B - Method and device for the continuous heat treatment of heat-sensitive liquids

Info

Publication number: DE1073446B
Application number: DENDAT1073446D
Authority: DE
Inventors: Stockholm Per Ake Dahlstedt
Original assignee: Separator AB
Current assignee: Alfa Laval Holdings Amsterdam AB
Publication date: 1960-01-21

Description

DEUTSCHESGERMAN

Es ist bereits bekannt, wärmeempfindliche Flüssigkeiten, ζ. B. Milch oder Fruchtsäfte, dadurch fortlaufend zu pasteurisieren oder zu sterilisieren, daß man die Flüssigkeit bei einer Temperatur, die unter der für diese schädlichen Temperatur liegt, in einem Expansionsgefäß abdampfen läßt, an dessen unterem Ende dann die Flüssigkeit austritt, während der Dampf am oberen Ende des Gefäßes entnommen wird. Der entnommene Dampf wird sodann verdichtet und wieder der Flüssigkeit zugeführt, die auf eine Temperatur vorgewärmt worden ist, die unter der schädlichen Temperatur Hegt. Hierdurch wird die Temperatur der Flüssigkeit auf die Sterilisationstemperatur erhöht. Sodann wird die Flüssigkeit dadurch rasch abgekühlt, daß sie in das vorerwähnte Expansionsgefäß geleitet wird. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß durch das Einleiten von verdichtetem Dampf die vorgewärmte Flüssigkeit rasch auf die Sterilisationstemperatur gebracht und dann durch Abdampfenlassen rasch gekühlt werden kann. Auf diese Weise kann die Flüssigkeit während eines sehr kurzen Zeitraums oberhalb der schädlichen Temperatur gehalten und ohne nennenswerte Schäden sterilisiert werden. Es wird, mit anderen Worten, durch dieses Verfahren vermieden, daß die Flüssigkeit mit heißen Flächen im Wärmeaustauscher in Berührung kommt und dadurch z, B. einen angebrannten Geschmack bekommt. It is already known that heat-sensitive liquids, ζ. B. milk or fruit juices, thereby continuously to pasteurize or sterilize the liquid at a temperature below that for this harmful temperature is, can evaporate in an expansion vessel, at its lower At the end then the liquid emerges while the vapor is withdrawn at the top of the vessel. The extracted vapor is then compressed and fed back to the liquid, which is brought to a temperature has been preheated below the harmful temperature. This will increase the temperature of the liquid increased to the sterilization temperature. The liquid is then rapidly cooled, that it is passed into the aforementioned expansion vessel. The advantage of this procedure is there in that by the introduction of compressed steam, the preheated liquid quickly on the Can be brought to sterilization temperature and then quickly cooled by allowing it to evaporate. To this Way, the liquid can be kept above the harmful temperature for a very short period of time and sterilized without significant damage. It is, in other words, through this process avoided that the liquid comes into contact with hot surfaces in the heat exchanger and thereby, for example, get a burnt taste.

Der bei diesem Verfahren verwendete Dampfverdichter nimmt jedoch einen großen Raum in Anspruch, ist teuer und hat einen hohen Energieverbrauch, so daß es vorteilhaft wäre, ohne ihn auszukommen. Die Erfindung, die sich auf ein Verfahren zur fortlaufenden Wärmebehandlung von wärmeempfindlichen Flüssigkeiten bezieht, ermöglicht dies dadurch, daß man die Flüssigkeit bei einer Temperatur, die unter der für die Flüssigkeit schädlichen Temperatur liegt, teilweise abdampfen läßt, der erzeugte Dampf durch Abkühlen kondensiert wird, das Kondensat unter erhöhtem Druck erhitzt und der Flüssigkeit zugeführt wird, die wärmebehandelt werden soll, und die auf diese Weise erwärmte Flüssigkeit durch Abdampfenlassen rasch auf eine Temperatur abgekühlt wird, die unter der schädlichen Temperatur liegt. Die bei der Dampfkondensation wiedergewonnene Wärme kann durch in der Wärmetechnik an sich bekannte Verfahren, wie durch die Verwendung einer Wärmepumpe, um beispielsweise das Kondensat zu, erwärmen, ausgenutzt werden.However, the vapor compressor used in this process takes up a large space, is expensive and uses a lot of energy so it would be advantageous to do without it. the Invention relating to a method for the continuous heat treatment of heat sensitive liquids relates, this is made possible by keeping the liquid at a temperature below the for the liquid is harmful temperature, can partially evaporate, the vapor generated by cooling is condensed, the condensate is heated under increased pressure and fed to the liquid, which is to be heat-treated, and the liquid heated in this way by allowing it to evaporate is rapidly cooled to a temperature below the harmful temperature. The one in steam condensation Recovered heat can be obtained by methods known per se in thermal engineering, such as exploited by using a heat pump, for example to heat the condensate will.

Wenn z. B. Milch behandelt werden soll, kann es zweckmäßig sein, vor dem ersten Abdampfenlassen die' Flüssigkeit zu erwärmen und sie einem Vakuum auszusetzen, so daß die in ihr gelösten Gase entfernt werden (Desodorisierung). Eine weitere Möglichkeit Verfahren und VorrichtungIf z. B. Milk is to be treated, it may be useful to let it evaporate for the first time to heat the liquid and subject it to a vacuum so that the gases dissolved in it are removed become (deodorization). Another possibility is the method and device

zur fortlaufenden Wärmebehandlungfor continuous heat treatment

von wärmeempfindlichen Flüssigkeitenof heat-sensitive liquids

Anmelder:
Aktiebolaget Separator, StockholmApplicant:
Aktiebolaget Separator, Stockholm

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau,Representative: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Friedenau,

und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg,
München 27, Pienzenauerstr. 2, Patentanwälteand Dipl.-Ing. K. Grentzenberg,
Munich 27, Pienzenauerstr. 2, patent attorneys

Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 11. Dezember 1957Claimed priority:
Sweden 11 December 1957

Per Äke Dahlstedt, Stockholm,
ist als Erfinder genannt wordenPer Äke Dahlstedt, Stockholm,
has been named as the inventor

zur Desodorisierung besteht darin, daß das Kondensat dem Vakuum ausgesetzt wird. Hierdurch werden die ursprünglich in der Flüssigkeit gelösten Gase entfernt, die beim Abdampfenlassen mit ausgetreten sind.for deodorization consists in that the condensate is exposed to the vacuum. This will make the Removed gases originally dissolved in the liquid, which escaped with the evaporation.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ist gekennzeichnet durch ein Expansionsgefäß mit einem Einlaß für die zu behandelnde Flüssigkeit und je einem Auslaß für die Flüssigkeit und den Dampf, die im Expansionsgefäß voneinander getrennt werden, eine mit dem Dampfauslaß verbundene Rohrleitung, sowie durch einen Kühler, eine Pumpe, eine Heizvorrichtung und ein Druckminderventil, die, gesehen in der Strömungsrichtung, hintereinander in dieser Rohrleitung angeordnet sind. Hierbei ist es zweckmäßig, daß die Heizvorrichtung die Primärseite und der Kühler die Sekundärseite eines Wärmeaustauschers bilden.The device according to the invention for carrying out the method described is characterized through an expansion vessel with an inlet for the liquid to be treated and an outlet for each the liquid and the vapor, which are separated from each other in the expansion vessel, one with the Steam outlet connected pipeline, as well as by a cooler, a pump, a heater and a pressure reducing valve, which, seen in the direction of flow, one behind the other in this pipeline are arranged. It is useful here that the heating device is the primary side and the cooler is the Form the secondary side of a heat exchanger.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben, wobei die beiden Fig. 1 und 2 schematisch und beispielsweise zwei verschiedene Anlagen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen.The invention is described in more detail below in connection with the drawings, the two 1 and 2 schematically and, for example, two different systems for carrying out the invention Show procedure.

Für dienachfolgendeBeschreibung sei angenommen, daß Milch sterilisiert werden soll. Temperaturen, die über etwa 75° C liegen, sind für die Milch schädlich. Die Sterilisation kann beispielsweise bei einer Temperatur von 135 bis 150° C erfolgen.For the description below it is assumed that milk is to be sterilized. Temperatures that temperatures above 75 ° C are harmful to milk. The sterilization can, for example, at one temperature from 135 to 150 ° C.

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Plattenwärmeaustauscher, wobei angenommen wird, daß die Milch, die durch Vakuumbehandlung desodorisiert und auf etwaIn Fig. 1, 1 denotes a plate heat exchanger, it being assumed that the milk which deodorized by vacuum treatment and reduced to about

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65° C vorgewärmt worden ist, der Primärseite 3 des ' Wärmeaustauschers über eine Rohrleitung 2 zugeführt wird. Die Auslaßleitung 4 des Wärmeaustauschers mündet mit einer Verteilerdüse 5 in ein Expansionsgefäß 6, in dem ein solches Vakuum aufrechterhalten wird, daß die Temperatur im Gefäß und damit auf der Primärseite des Wärmeaustauschers auf etwa 65° C bleibt. Dies bedeutet, daß im wesentlichen die ganze der Primärseite zugeführte Wärme zur Erzeugung von Dampf von einer Temperatur von 65° C verbraucht wird. Die zugeführte Wärmemenge ist so berechnet, daß sie, bezogen auf das Gewicht ,der Milch, 14°/o Dampf liefert. Während die Milch zum Boden des Expansionsgefäßes fällt, tritt der Dampf an dessen oberem Ende durch eine Rohrleitung? aus und wird durch Abkühlung im Abschnitt 8 eines Wärmeaustauschers 9 kondensiert. Das Kondenswasser verläßt den Abschnitte mit einer Temperatur von 65° C durch eine Rohrleitung 10, in der sich eine Pumpe 11 befindet. Diese Pumpe gewährleistet das Vakuum im Gefäß 6 und fördert das Kondenswasser in den Abschnitt 12 eines Plattenwärmeaustauschers 13, in dem das Wasser verdampft wird. Dies geschieht mit Hilfe der Wärme, die der Abschnitt 14 des Wärmeaustauschers 9 bei der Dampfk'ondensation im Abschnitt 8 aufgenommen hat. Diese Wärme wird durch eine flüchtige Flüs- · sigkeit, z. B. Freon (ein fluorierter aliphatischer Kohlenwasserstoff), als Wärmeübertragungsmedium durch eine Wärmepumpe 15 auf den Abschnitt 16 des Wärmeaustauschers 13 übertragen. In den Rohrleitungen zwisehen den Abschnitten 14 und 16 befindet sich ein Ven- .-■ til 17, mit dessen Hilfe der Wärmeaustausch zwischen den Wärmeaustauschern 9 und 13 geregelt werden kann. Der im Abschnitt 12 erzeugte Dampf wird durch eine Rohrleitung 18 zu einem Wärmeaustauscher 19 weitergeleitet, in dessen Abschnitt 20 er auf eine über 150° C liegende Temperatur mittels Dampf überhitzt wird, der dem Abschnitt 21 zugeführt wird, wenn die Sterilisation bei 150° C ausgeführt werden soll. Der überhitzte Dampf wird sodann durch eine Rohrleitung 22 geleitet, in die durch eine Pumpe 23 Milch mit einer Temperatur von 65° C aus dem unteren Ende des Gefäßes 6 über eine Rohrleitung 24 eingeleitet wird. Hierdurch wird die zugeführte Milch rasch auf eine Temperatur von 150° C gebracht, worauf sie beim Durchgang durch ein in der Rohrleitung 22 befindliches Druckminderventil 25 rasch auf eine Temperatur von 70° C durch Abdampfenlassen von 14 Gewichtsprozent Dampf abgekühlt wird. Der auf diese Weise erzeugte Dampf wird dann in der Hauptsache während seines Durchgangs durch die Sekundärseite 26 des Wärmeaustauschers 1 kondensiert, aus welch letzterem die Milch mit einer Temperatur von 70° C durch eine Austrittsleitung 27, in der sich eine Pumpe 28 befindet, austritt. Die Erwärmung der durch die Rohrleitung 2 eintretenden Milch und die Abkühlung der aus der Rohrleitung 27 austretenden Milch erfolgt zweckmäßig in Plattenwärmeaustauschern.65 ° C has been preheated, the primary side 3 of the ' Heat exchanger is supplied via a pipe 2. The outlet pipe 4 of the heat exchanger opens with a distributor nozzle 5 into an expansion vessel 6 in which such a vacuum is maintained that the temperature in the vessel and thus on the primary side of the heat exchanger to about 65 ° C remain. This means that essentially all of the heat supplied to the primary side is used to generate Steam at a temperature of 65 ° C is consumed. The amount of heat supplied is calculated in such a way that that, based on the weight of the milk, they are 14 per cent Steam supplies. As the milk falls to the bottom of the expansion vessel, the steam enters the top End through a pipeline? and is cooled in section 8 of a heat exchanger 9 condensed. The condensation water leaves the sections at a temperature of 65 ° C through a pipe 10 in which a pump 11 is located. This pump ensures the vacuum in the vessel 6 and conveys the condensed water into the section 12 a plate heat exchanger 13 in which the water is evaporated. This is done with the help of the Heat absorbed by section 14 of heat exchanger 9 during steam condensation in section 8 Has. This heat is generated by a volatile liquid, e.g. B. Freon (a fluorinated aliphatic hydrocarbon), as a heat transfer medium by a heat pump 15 on the section 16 of the heat exchanger 13 transferred. In the pipelines between sections 14 and 16 there is a valve til 17, with the help of which the heat exchange between the heat exchangers 9 and 13 can be regulated can. The steam generated in section 12 is passed through a pipe 18 to a heat exchanger 19 forwarded, in the section 20 of which it is superheated to a temperature above 150 ° C by means of steam which is fed to the section 21 when the sterilization is to be carried out at 150 ° C. Of the Superheated steam is then passed through a pipe 22, into which milk is carried by a pump 23 a temperature of 65 ° C. from the lower end of the vessel 6 via a pipe 24 will. As a result, the milk supplied is quickly brought to a temperature of 150 ° C, whereupon the Passage through a pressure reducing valve 25 located in the pipeline 22 rapidly to a temperature from 70 ° C is cooled by allowing 14 weight percent steam to evaporate. The one on this Wise generated steam is then mainly during its passage through the secondary 26 of the heat exchanger 1 condenses, from which the latter the milk at a temperature of 70 ° C exits through an outlet line 27 in which a pump 28 is located. The warming of the Pipeline 2 entering milk and the cooling of the milk emerging from the pipeline 27 takes place useful in plate heat exchangers.

In Fig. 2 ist mit 29 eine Rohrleitung bezeichnet, durch die Milch, die auf etwa 65° C erwärmt worden ist, der Wärmebehandlungsanlage zugeführt wird. Durch Einblasen von Dampf unter Druck aus einer Rohrleitung 30, beispielsweise mit Hilfe einer sprühdüsenähnlichen Einspritzdüse 31, wird die Temperatur der Milch rasch auf beispielsweise 135° C erhöht. Die Milch strömt dann durch eine Rohrleitung 32 und tritt durch ein in dieser, angeordnetes Drückminderventil 33 hindurch, so daß eine Herabsetzung des Druckes stattfindet, wobei eine Abdampfung erfolgt, durch die die Milchtemperatur rasch auf beispielsweise 69° C herabgesetzt wird. Das Gemisch aus Milch und Dampf tritt dann in ein Expansionsgefäß 34 ein, in dem die Milch von dem Dampf getrennt wird und aus dem sie über eine Auslaßleitung 36 durch eine Pumpe 35, die das erforderliche Vakuum im Gefäß 34 aufrechterhält, abgezogen wird. Der abgetrennte Dampf wird über eine Rohrleitung 37 einem Kühler 38 zugeführt, in dem der Dampf kondensiert. Das Kondenswasser nimmt dann seinen Weg über eine Rohrleitung 39 zu einem Gefäß 40, in dem Luft und andere Gase aus dem Kondenswasser abgesondert und über eine Rohrleitung 41 durch eine Vakuumpumpe 42 abgesaugt werden. Hierdurch wird die erforderliche Desodorisierung der Milch bewirkt. Aus dem unteren Ende des Gefäßes 40 wird das Kondenswasser durch eine Pumpe 43 über eine Rohrleitung 44 einer Heizvorrichtung 45 zugeführt, in der das Wasser unter einem solchen Druck verdampft wird, daß der erzeugte Dampf durch die Rohrleitung 30 in die durch die Rohrleitung 29, 32 strömende Milch eingeblasen werden kann und die Milch auf die vorerwähnte Temperatur von 135° C erhitzt.In FIG. 2 , 29 denotes a pipeline through which milk, which has been heated to about 65 ° C., is fed to the heat treatment plant. By injecting steam under pressure from a pipe 30, for example with the aid of an injection nozzle 31 similar to a spray nozzle, the temperature of the milk is quickly increased to 135 ° C., for example. The milk then flows through a pipe 32 and passes through a pressure reducing valve 33 arranged in this, so that the pressure is reduced, with evaporation taking place, by means of which the milk temperature is rapidly reduced to 69 ° C., for example. The mixture of milk and steam then enters an expansion vessel 34 in which the milk is separated from the steam and from which it is withdrawn via an outlet line 36 by a pump 35 which maintains the required vacuum in the vessel 34. The separated steam is fed via a pipe 37 to a cooler 38 in which the steam condenses. The condensed water then makes its way via a pipe 39 to a vessel 40 in which air and other gases are separated from the condensed water and sucked off via a pipe 41 by a vacuum pump 42. This brings about the necessary deodorization of the milk. From the lower end of the vessel 40, the condensed water is fed by a pump 43 via a pipe 44 to a heating device 45, in which the water is evaporated under such a pressure that the steam generated through the pipe 30 into the through the pipe 29, 32 pouring milk can be blown in and the milk heated to the aforementioned temperature of 135 ° C.

" Bei einer Wärmepumpenanordnung von 'der für die Ausführungsform nach Fig. 1 beschriebenen od. ä. Art kann ein Wärmeübertragungsmedium über die Rohrleitungen 46 und 47 des Kühlers 38 und die Rohrleitungen 48 und 49 der Heizvorrichtung 45 die im Kühler wiedergewonnene Kondensationswärme auf die Heizvorrichtung 45 übertragen, in der sie zur Verdampfung des Kondenswassers ausgenutzt wird. Die in der Heizvorrichtung 45 erforderliche zusätzliche Wärme kann durch Dampf aus einem Dampfkessel gewonnen werden. Zur Regelung der der Düse 31 zugeführten Dampfmenge kann in der Rohrleitung 44 ein selbsttätig arbeitendes .druckgesteuertes Rückschlagventil 50 angeordnet werden, durch das Kondenswasser zum Gefäß 40 zurückgeführt wird, wenn der Druck in der Rohrleitung 44 übermäßig hoch wird. In die Rohrleitung 30 kann ferner ein selbsttätig arbeitendes temperaturgesteuertes Drosselventil 51 eingebaut werden, das die Dampfzufuhr zur Düse 31 regelt, so daß die Milch selbsttätig auf die gewünschte Sterilisationstemperatur erhitzt wird. Wenn eine gewisse Konzentration der Milch erreicht werden soll, kann eine geeignete Menge Kondenswasser aus der Rohrleitung 44 mit Hilfe eines in die Austrittsleitung 52 eingesetzten Ventils 53 abgezogen werden. Die Erwärmung der durch die Rohrleitung 29 eintretenden Milch und das Kühlen der durch die Rohrleitung 36 austretenden Milch findet zweckmäßig in einem Plattenwärmeaustauscher statt."In a heat pump arrangement of 'the od described for the embodiment of FIG. 1. Ä. Art can transfer a heat transfer medium via the pipes 46 and 47 of the cooler 38 and the pipes 48 and 49 of the heating device 45 on the heat of condensation recovered in the cooler the heating device 45 transferred, in which it is used to evaporate the condensed water. the Additional heat required in heater 45 can be obtained by steam from a steam boiler will. In order to regulate the amount of steam supplied to the nozzle 31, a can be provided in the pipeline 44 automatically working .pressure controlled check valve 50 are arranged, through which condensation water is returned to the vessel 40 when the pressure becomes excessively high in conduit 44. In the pipeline 30 can also be an automatically operating temperature-controlled throttle valve 51 can be installed, which regulates the steam supply to the nozzle 31, so that the milk is automatically heated to the desired sterilization temperature. When a certain concentration the milk is to be reached, a suitable amount of condensed water can be discharged from the pipe 44 be withdrawn with the aid of a valve 53 inserted into the outlet line 52. The warming of the milk entering through conduit 29 and cooling that exiting through conduit 36 Milk expediently takes place in a plate heat exchanger.

Zur Erleichterung der Wärmeübertragung vom Wärmeaustauscher 9 auf den Wärmeaustauscher 13 in Fig. 1 bzw. vom Kühler 38 auf die Heizvorrichtung 45 in Fig. 2 kann in der Rohrleitung 22 bzw, 30 eine zusätzliche Pumpe, die jedoch in der Zeichnung nicht gezeigt ist, vorgesehen werden.To facilitate the transfer of heat from heat exchanger 9 to heat exchanger 13 in 1 or from the cooler 38 to the heating device 45 in FIG. 2, a additional pump, which is not shown in the drawing, can be provided.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Process for the continuous heat treatment of heat-sensitive liquids, thereby characterized by keeping the liquid at a temperature below that for the liquid harmful temperature is, can partially evaporate, the generated steam by cooling is condensed, the condensate is heated under increased pressure and the liquid being heat-treated is to be supplied again as steam

and the liquid heated in this way is quickly released to a temperature by evaporation is cooled, which is below the harmful temperature mentioned.

2. The method according to claim 1, characterized in that the liquid before the first evaporation heated and subjected to a vacuum, so that the gases dissolved in it is removed will.

3. The method according to claim 1, characterized in that the condensate is exposed to a vacuum so that the gases originally dissolved in the liquid are removed.

4. Device for performing the method according to claims 1 to 3, characterized through an expansion vessel (6, 34) with an inlet (4, 32) for the liquid to be treated and one outlet (24, 7 or 36, 37) for the liquid and the steam, a pipe (7, 10, 18, 22 or 37,39,44,30,32) connected to the steam outlet connected, and a cooler f9, 38), a pump (11, 43), a heater (13, 45) and a pressure reducing valve (25, 33), seen in the S flow direction, one behind the other in the mentioned pipeline are arranged.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the heating device (13> 45) the primary side and the cooler (9, 38) the secondary side in a heat exchanger (9, 13 or 38,45).

1 sheet of drawings