DE1492360C - - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zu einer konti- ist jedoch so niedrig, daß keine Turbulenz stattfindet

nuierlichen thermischen Entkeimung von strömenden (deutsche Patentschrift 831132).

Flüssigkeiten, bei dem die zu behandelnde Flüssigkeit Schließlich ist noch ein Verfahren zum Sterilisieren

durch einen Kanal mit einer Flüssigkeitsslrömungs- oder Pasteurisieren von Fruchtsäften und ähnlichen

turbulenz geleitet wird. 5 leicht verderblichen Flüssigkeiten bekannt, das unter

Die Versorgung von Großstädten mit flüssigen anderem die Nachteile beseitigen soll, die der vor-

Nahrungs-und Genußmitteln bzw. der Versand von stehend beschriebenen bekannten Vorrichtung an-

solchen setzt eine gewisse Haltbarkeit dieser Erzeug- haften. Dieses bekannte Verfahren arbeitet so, daß

nisse voraus. Bekannt ist die Verlängerung der Halt- die Flüssigkeit mittels elektrischen Stromes durch-

barkeit durch Pasteurisierung (Erhitzung mit unter- io setzt wird, der durch entsprechende, in einem Durch-

schiedlichem Zeitfaktor auf Temperaturen unterhalb flußrohr angeordnete und in Längsrichtung verlaufen-

von 100⁰C) sowie eine Sterilisation (Erhitzung auf de Elektroden zugeführt wird. Die Elektroden sind

Temperaturen oberhalb von 100°C) nach der Rieh- hierbei möglichst so angeordnet, daß die zu behandeln-

tung, daß in unbegrenzten Volumina der behandelten de Flüssigkeit gleichmäßig vom Strom durchsetzt

Flüssigkeiten keine lebensfähigen Keime mehr vor- 15 wird (deutsche Patentschrift 638 791). Auch hier

handen sind. Bekannt ist beispielsweise die Sterili- wird keine Turbulenz erzeugt.

sation von Kondensmilch bei Temperaturen von Der votliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe

115°C während einer Zeitdauer von 25 bis 45 Minuten. zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art

Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, daß es hierbei zu schaffen, bei dem die vorstehend präzisierten Nach-

zwangläufig zu einer starken Substratdenaturierung 20 teile vermieden werden.

kommt. Dieser Nachteil läßt sich vermeiden, wenn Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geman die zu behandelnden Flüssigkeiten mit hoher löst, daß die Flüssigkeit in einem gleichmäßigen kon-Geschwindigkeit aufheizt. Es ist bekannt, daß man stanten Strom mit einer Strömungsturbulenz entvorgewärmte Milch durch direkte Dampfinjektion sprechend einer Reynoldschen Zahl
(Uperisation) in etwa 2,5 Sekunden auf eine End- 25
temperatur von 150°C bringen kann. Die Durchfüh- ....... , _n

rung dieses Verfahrens erfordert einen großen tech- _R - Strömungsgeschwindigkeit m cm/sec - R

nischen Aufwand. kinetische Zähigkeit in Stoke

Die Erwärmung viskoser Flüssigkeiten in dampfbeheizten Wärmeaustauschern ist nun einerseits auf 30

der Flüssigkeitsseite durch deren hohen Wärmeüber- von mindestens 3000 durch eine in an sich bekannter

gangswiderständ und andererseits auf den hohen Weise elektrisch beheizte, rohrförmige Vorrichtung

Strömungswiderstand enger Rohre begrenzt. Bei geleitet und gegebenenfalls anschließend entspannt

dampfbeheizten Apparaten ist ferner von wesentlicher wird. In vorteilhafter Weise liegt die Reynoldsche

Bedeutung die Tatsache, daß die Einhaltung hoher 35 Zahl bei dem Verfahren nach der Erfindung über

Temperaturen, wie sie für eine Ultrahocherhitzung 5000.

erforderlich sind, nur durch aufwendige Einrichtungen Nach der Erfindung wird die zu behandelnde Flüsgesichert werden können. So muß beispielsweise be- sigkeit, z. B. Milch, Bier, Obstsäfte, in einem konachtet werden, daß bei einem betriebsbedingten Ab- stanten, gleichmäßigen Strom durch eine rohrförmige sinken der Temperatur der Durchfluß der zu be- 4° Vorrichtung geleitet, deren Wandungen nicht mit handelnden Flüssigkeit sofort unterbrochen werden Dampf, sondern auf elektrischem Wege beheizt muß. Durch Vorsehen einer Schaltautomatik muß werden, beispielsweise derart, daß die metallischen dann die Flüssigkeit so lange durch den Erhitzungs- Wandungen der flüssigkeitsführenden Rohre mittels apparat hindurchgeführt werden, bis die Nenntem- elektrischen Stroms aufgeheizt werden. Hierbei können peratur ausreichend lange gehalten worden ist, damit 45 in vorteilhafter Weise Rohre aus korrosionsfestem eine beim Absinken der Temperatur etwa erfolgte Stahl in ausreichender Länge und passendem Querinfektion des Flüssigkeitsweges eliminiert wird. Im schnitt verwendet werden, deren Zutritts- und Auspraktischen Betrieb kommt es bei längeren Kreislauf- trittsöffnungen entsprechend isoliert sind. Das Metallverfahren nicht selten zu Abscheidungen von Flüssig- rohr kann spiralig gestaltet oder aus geraden Rohren keitsbestandteilen an der Rohrwandung und sogar 5° zusammengesetzt sein, die an ihren Enden mittels zu Verstopfungen des Flüssigkeitsweges. eines Krümmers miteinander verbunden sind.

Bei einer bekannten Einrichtung zum Entkeimen Erfindungsgemäß ist es weiterhin möglich, daß als

von Flüssigkeiten, insbesondere von flüssigen Nah- elektrische Beheizung eine Widerstandsheizung oder

rungsmitteln und Getränken, wird die zu behandelnde eine Heizwicklung vorgesehen ist. Dies wird beispiels-

Flüssigkeit durch einen Kanal geleitet, und durch 55 weise dadurch erreicht, daß die metallische Wandung

Öffnungen in der Kanalwand wird ein dampf- oder des Strömungskörpers, durch den die zu behandelnde

gasförmiger Wärmeträger in die Flüssigkeit einge- Flüssigkeit strömt, einen entsprechenden elektrischen

führt. Im Innern des Kanals ist ein die Turbulenz Widerstand bildet, oder auf der Außenseite des Strö-

der Flüssigkeitsströmung erhöhendes Mittel ange- mungskörpers ist eine Heizwicklung vorgesehen,

ordnet. Hierbei treten die vorstehend beschriebenen 60 Durch die verwendete hochturbulente Strömung Nachteile ebenso auf (schweizerische Patentschrift erreicht man, daß jedes Flüssigkeitsteilchen infolge

306 359). der spiralförmig verlaufenden Rotationsbewegung in

Es ist weiterhin eine Vorrichtung zur Durchlauf- gleichmäßige Berührungen mit der Rohrwandung

erhitzung von Flüssigkeiten mittels direkter elektri- kommt und somit eine gleichmäßige Erhitzung jedes scher Widerstandsheizung bekannt. Ein Teil der 65 Teilchens erfolgt. Dadurch wird einem Anbrennen Durchflußstrecke wird hierbei von Heizelektroden von Flüssigkeitsteilchen, z. B. von Milchbestandteilen,

gebildet. Die Geschwindigkeit, mit der die zu be- entgegengewirkt, wie es sonst bei einer laminaren

handelnde Flüssigkeit diese Elektrodenstrecke passieit, Strömung der Fall ist, bei der bekanntlich die Strö-

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mungsgeschwindigkeit in der Mitte des Flüssigkeits- sind. Diese Krümmer sind gut wärmeisoliert und

stromes größer ist als an den bremsend wirkenden brauchen keine Heizwicklungen zu erhalten.

Wandungen. Am Ausgang des Erhitzers 7 ist ein elektrisches

Da das Verfahren nach der Erfindung mit einem Kontaktthermometer 16 vorgesehen, welches auf die konstant bleibenden, gleichmäßigen Flüssigkeitsstrom 5 gewünschte Behandlungstemperatur der zu behandelndurchgeführt werden soll, wirkt sich auf die End- den Flüssigkeit einstellbar ist. Dieses Kontaktthermobehandlungstemperatur lediglich die Anfangstempera- meter regelt die Rück- bzw. Weiterleitung des behantur der unerhitzten Flüssigkeit aus. Diese ist nun delten Gutes über das Umschaltventil 10 sowie die jahreszeitlich verschieden und entsprechenden Schwan- elektrische Beheizung des Erhitzers 7 und die Durchkungen ausgesetzt. Zur Beseitigung dieses Mangels io satzmenge der Anlage durch Beeinflussung der Zentriwird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung fugalpumpe 2.

die Temperatur der die Vorlaufzone durchströmenden Durch das als Dreiwegehahn ausgebildete Umschalt-

Flüssigkeit automatisch so vorgewählt, daß einerseits ventil 10 wird die behandelte Flüssigkeit, wenn sie

ein Kennwert von beispielsweise 20⁰C nicht unter- am Ausgang des Erhitzers 7 die vorbestimmte Tem-

schritten und andererseits mit Sicherheit eine End- 15 peratur erreicht hatte, in den Wärmeaustauscher 3

temperatur von beispielsweise 150 bis 16O⁰C während und von dort zur weiteren Kühlung geleitet. Diese

einer Durchlaufzeit von 2,5 bis 5 Sekunden durch Ventilstellung ist in F i g. 1 dargestellt,

die Endbehandlungszone bzw. an deren Auslauf Hatte die behandelte Flüssigkeit am Ausgang des

erzielt wird. Dies erreicht man dadurch, daß die Tem- Erhitzers 7 die vorbestimmte Temperatur jedoch

peratur in der Endbehandlungszone auf einen ge- 20 nicht erreicht, was beispielsweise beim Anlaufen der

wünschten, vorbestimmten Wert eingestellt und die Anlage oder bei Betriebsstörungen eintreten kann,

Temperatur in der Vorlaufzone in Abhängigkeit wird das Umschaltventil 10 durch das Kontaktthermo-

hiervon je nach den vorliegenden Verhältnissen und meter 16 betätigt und auf Rücklauf geschaltet, wobei

proportional dem Flüssigkeitsdurchsatz entsprechend eine Ventilstellung gemäß F i g. 2 eingenommen und

automatisch erhöht wird. 25 die Flüssigkeit in die Schlange 3a des Wärmeaus-

Es ist zwar auch möglich, bei relativ niedrigen tauschers 3 zurückgeleitet wird. Der hierdurch erzielte

Anfangstemperaturen der zu behandelnden Flüssig- Kreislauf der Flüssigkeit wird erst wieder unterbro-

keiten die Beheizung der Behandlungszone zu ver- chen, wenn die behandelte Flüssigkeit am Ausgang

stärken, um die vorbestimmte Endterriperatur der des Erhitzers 7 die vorbestimmte Temperatur erreicht

behandelten Flüssigkeit zu erreichen. Diese Maß- 3° hat, indem dann das Kontaktthermometer 16 anspricht

nähme ist jedoch nur beschränkt anwendbar, da bei und das Ventil 10 auf die Weiterleitungsstellung gemäß

zu hohen Behandlungstemperaturen eine Denaturie- F i g. 1 schaltet,
rung der zu behandelnden Substanz eintreten kann.

Obgleich die Viskosität von Flüssigkeiten, z. B. B e i s ρ i e 1 1
Milch, Obstsäften, mit steigender Temperatur be- 35

kanntlich abnimmt, wird zur sicheren Überwindung Es soll eine Milch entkeimt werden, die mit 8 ⁰C des hohen Strömungswiderstandes im Rohrsystem an die Molkerei angeliefert worden ist und deren eine geeignete Pumpe, z.B. eine Hochdruckpumpe, Keimgehalt 5 · 10⁵/ml beträgt. Mittels einer mehrfür die Zuführung der Flüssigkeit in die Behandlungs- stufigen Zentrifugalpumpe oder Kolbenpumpe 2 wird zone eingesetzt. 4° die Milch aus einem Behälter 1 angesaugt und mit

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungs- konstanter Stundenleistung durch das Aggregat 3 a

form für eine Vorrichtung zur Durchführung des er- hindurchgedrückt. Sie passiert dabei zunächst den

findungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Vorwärmer 3 und erreicht hier unter Berücksichtigung

Es zeigt der Anwärmung durch die austretende heiße Milch

F i g. 1 eine vollständige Anlage und 45 (Wärmeaustauscher) eine Temperatur von 8O⁰C.

F i g. 2 einen die Erfindung betreffenden Aus- Danach tritt sie in den eigentlichen Erhitzer 7 ein,

schnitt hiervon. dessen Fließweg so bemessen ist, daß bei der zugeführ-

Aus einem Vorratstank 1 pumpt eine Zentrifugal- ten Wärmemenge die gewünschte Endtemperatur pumpe 2 die erfindungsgemäß zu behandelnde Flüs- (im vorliegenden Fall beispielsweise 135° C) erreicht sigkeit durch die Schlange 3a eines Wärmeaustau- 50 wird. Danach wird der Flüssigkeitsstrom weiterschers 3 in eine Reinigungszentrifuge 4. Von dort geleitet in die Rückkühlseite des Wärmeausgelangt die Flüssigkeit in eine Entkeimungszentri- tauschers 3 und schließlich durch einen Wasserfuge 5 und wird dann durch die Hochdruckpumpe 6 kühler 11, alsdann durch den Solekühler 12, um schließmit der erforderlichen Strömungsturbulenz dem Er- lieh in einem keimfreien Sammeltank 13 gesammelt hitzer 7 zugeführt, in welchem die Hitzebehandlung 55 zu werden,
erfolgt. An der Ausgangsseite des Erhitzers ist das

Entspannungsgefäß 8 angeschlossen, worin sich die B e i s ρ i e 1 2
behandelte Flüssigkeit entspannt und abkühlt.

Die sich in dem Entspannungsgefäß 8 ansammelnde Die gleiche Ausgangsmilch wie im Beispiel 1 kann Flüssigkeit wird dann mittels einer weiteren Zentri- 60 einem abgewandelten Verfahren unterworfen werden,

fugalpumpe 9 über das Umschaltventil 10 durch den wobei vor Eintritt in den eigentlichen Erhitzer 7 die

Wärmeaustauscher 3 gedrückt und fließt von dort Flüssigkeit alternativ eine Reinigungs- 4 und/oder

durch den Wasserkühler 11 und den Solekühler 12 eine Entkeimungszentrifuge 5 durchläuft. In diesem

in den Sammeltank 13. Fall werden die Bakterien und Bakteriensporen weit-

Die Behandlungszone innerhalb des Erhitzers 7 ist 65 gehend aus der Milch entfernt, so daß Sterilität bereits

ein schlangenlinienförmiges Rohrsystem aus geraden, unterhalb einer Endtemperatur von 135°C (im vor-

außen mit Heizspiralen 14 versehenen Rohrstücken, liegenden Fall beispielsweise bei 105° C) erreicht

welche durch abnehmbare Krümmer 15 verbunden wird.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zu einer kontinuierlichen thermischen Entkeimung von strömenden Flüssigkeiten, bei dem die zu behandelnde Flüssigkeit durch einen Kanal mit einer Flüssigkeitsströmungsturbulenz geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in einem gleichmäßigen konstanten Strom mit einer Strömungsturbulenz entsprechend einer Reynoldschen Zahl

Strömungsgeschwindigkeit in cm/sec · R
kinetische Zähigkeit in Stoke

von mindestens 3000 durch eine in an sich bekannter Weise elektrisch beheizte, rohrförmige Vorrichtung geleitet und gegebenenfalls anschließend entspannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsturbulenz auf eine Reynoldsche Zahl über 5000 eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrische Beheizung eine Widerstandsheizung oder eine Heizwicklung vorgesehen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu behandelnde Flüssigkeit dem Rohrsystem mittels einer Hochdruckpumpe zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der die Vorlaufzone durchströmenden Flüssigkeit automatisch so vorgewählt wird, daß einerseits ein Kennwert von beispielsweise 20°C nicht unterschritten und andererseits mit Sicherheit eine Endtempeiatur von 150 bis 160⁰C während einer Durchlaufzeit von 2,5 bis 5 Sekunden durch die Endbehandlungszone bzw. an deren Auslauf erzielt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen