DE2356127C3

DE2356127C3 - Vorrichtung zur Milchsterilisierung

Info

Publication number: DE2356127C3
Application number: DE19732356127
Authority: DE
Inventors: Elmer Samuel Tokoma Park Davies, Md.
Original assignee: DASI INDUSTRIES Inc SILVER SPRING MD US
Current assignee: DASI INDUSTRIES Inc SILVER SPRING MD US
Priority date: 1973-11-09
Filing date: 1973-11-09
Publication date: 1982-04-15
Also published as: DE2356127A1; DE2356127B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Milchsterilisierung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Aus der US-PS 28 99 320 ist ein Behandlungsverfahren zur Sterilisierung von Milch bekannt. Hierbei wird vorgewärmte Milch in eine Vorrichtung zur Milchsterilisierung eingebracht und in dieser auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt. Anschließend wird die Milch zum Abkühlen in eine Vakuumkammer geleitet. Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses bekannten Verfahrens ist in der US-PS 28 99 320 nur andeutungsweise angegeben.

Eine Vorrichtung zur Milchslerilisierung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs ist aus der US-PS 32 423 bekannt. Da bei dieser bekannten Vorrichtung zur Milchsterilisierung die plattenförmigen oder siebförmigen Elemente, längs denen die Milch nach unten in Form von dünnen Milchfilmen strömt, relativ lang bemessen sind, hat sich ergeben, daß die Außenfläche dieser Elemente von der Milch nicht immer vollständig und gleichmäßig benetzt wird, so daß sie aufgrund einer -, unmittelbaren Berührung mit dem Dampf im Druckbehälter kommen kann, wodurch eine Überhitzung auftritt. Diese Überhitzung bringt die Gefahr mit sich, daß die Milch in Berührung mit überhitzten Flächen dieser Elemente kommt, wodurch ihr Geschmack

κι nachteilig beeinflußt wird. Eine weitere Schwierigkeit bei der Anwendung dieser bekannten Vorrichtung nach der US-PS 30 32 423 hat sich im Hinblick auf die Agitation der Milch ergeben, die ihre Ursache in der Einleitung des zur Sterilisierung dienenden Dampfes hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Überwindung dieser Schwierigkeiten eine Vorrichtung zur Milchsterilisierung der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß die Milch unter Beibehaltung ihres ursprünglichen Geschmackes energiesparend, agitationsfrei und zuverlässig sterilisiert wird.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Milchsterilisierung ist die vertikale Erstreckung der plattenförmigen oder siebförmigen Elemente wesentlich im Vergleich zur bekannten Vorrichtung verkürzt, was insbesondere durch die von der Zuleitung abzweigenden Einlaßrohre erreicht wird, die von oben in das Innere des Druckbehälters hineinragen. Ferner sind die Einlaßrohre von einem Isoliermanlel umgeben, so daß die durch die abzweigenden Einlaßrohre in vertikaler Richtung strömende Milch nicht von dem Dampf in dem Druckbehälter erwärmt wird, so daß eine Überhitzung der Milch vor dem Austritt über den Längsschlitz wirksam vermieden ist. Da die zur Oberflächenvergrößerung der Milch dienenden, in Vertikalrichtung verlaufenden Elemente hierbei in Vertikalrichtung kurz bemessen sein können, wird sichergestellt, daß die Außenfläche dieser kurz bemessenen Elemente vollständig bedeckt und benetzt wird und keine unmittelbar dem Dampf ausgesetzten Flächenbereiche vorhanden sind. Anschließend fällt der an den in Vertikalrichtung verlaufenden Elementen gebildete dünne Milchfilm ohne Berührung mit Flächen frei fallend nach unten. Da weiterhin nach der Erfindung die Dampfeinleitung über die Löcher unterhalb der in Vertikallichtung verlaufenden Elemente erfolgt, wird bei der freien Fallbewegung des dünnen Milchfilms sichergestellt, daß sich der Dampf mit der Milch innig vermischt, um diese zu sterilisieren. Da jedoch der Dampf über einen in Form eines Ringraumes um den Behälter sich erstreckenden Verteiler und unmittelbar daran anschließend durch die Löcher in den Druckbehälter eingespeist wird, hat der Dampf bei seiner unmittelbaren Berührung mit dem dünnen Milchfilm nur noch eine niedrige Strömungsgeschwindigkeit, so daß der Milchfilm nicht aufgerührt oder agitiert wird. Auf diese Art und Weise wird die Milch mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung so verbessert, daß sie in sehr kurzer Zeit ohne Beeinträchtigung ihres Geschmacks innerhalb kürzester Zeit durch Sterilisierung haltbar gemacht wird.

Aus der DE-AS 12 86 887 ist eine Vorrichtung zum Sterilisieren von dickflüssigem Einmachgut, wie Erbsenbrei, Erbsenpüree mit gewürfeltem Gemüse, Kartoffelsuppe und gehacktem Rindfleisch bekannt. Hierbei wird

das Einmachgut mittels eines einzigen, von unten in den Druckbehälter eingeführten und sich ständig drehenden Einleitungsrohrs, dessen Auslaß in unmittelbarer Nähe der Behälterwandung mündet, auf geneigte Auflageflächen des Druckbehälters geschichtet, von denen es dann , sehr langsam zum am Behälterboden angeordneten Auslaßrohr sickert In der Mitte des Behälters befindet sich ein von einem hochtourigen Motor angetriebens, mit dem Dampfzuführungsrohr verbundenes Gebläse. Die mit einer hohen Geschwindigkeit rotierenden w Schaufeln des Gebläses ziehen den Dampf aus einer mittleren Kammer und jagen ihn in einer Wirbelbewegung gegen die Wände, längs welchen sich das Gut langsam herabbewegt. Hierbei soll sich der Dampf und das zu behandelnde Gut nicht miteinander vermischen, ü Deshalb sind also außergewöhnliche Dampftemperaturen erforderlich, worunter die Wirtschaftlichkeit eines solchen Verfahrens leidet. Eine derartige Vorrichtung ist zur Milchsterilisierung ungeeignet und auch zu aufwendig. Im Vergleich zu Brei oder ^Düree ist Milch :·, nämiich sehr dünnflüssig. Der in Form einer Wirbelbewegung eingebrachte Dampf bewirkt daher bei der Verwendung von Milch als Einsatzgut eine gewaltige Rührbewegung oder Turbulenz, die insbesondere bei Milch unerwünscht ist, weil hierdurch eine Qualitätsminderung in Kauf genommen werden muß. Ferner werden auch große Flächenteile der Wandung durch den aufprallenden Dampf freigelegt und erhitzt, an denen später Milch haftenbleiben kann, wodurch der Geschmack und die Haltbarkeit der Milch beeinträchtigt w werden. Auch ist die dünnflüssige Milch nicht wie bei der DE-AS 12 86 887 in Form von dünnen, die Behälterwandung gleichmäßig bedeckenden Schichten durch ein sich um die Behälterachse drehendes Einleitungsrohr auftragbar. J5

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel unter Bezugsnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Anlage mit einer Vorrichtung zur Milchsterilisierung,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung zur Milchsterilisierung im offenen Zustand,

F i g. 3 eine vergrößerte Vertikalschnittansicht der Vorrichtung zur Milchsterilisierung,

Fig.4 eine Horizontalschnittansicht längs der Linie 4-4 in F i g. 3 der Vorrichtung zur Milchsterilisierung,

Fig. 5 eine Horizontalschnittansicht längs der Linie 5-5 in F i g. 3 zur Verdeutlichung von Einzelheiten des Druckbehälter der Vorrichtung zur Milchsterilisierung, und 5«

Fig. 6 eine Ausschnittsansicht der Einleitungsrohre mit einem Längsschlitz und einem siebförmigen Element zur Bildung eines dünnen Milchfilms.

Gemäß Fig. 1 ist die insgesamt mit 10 bezeichnete Vorrichtung zur Milchsterilisierung in einer Anlage vorgesehen, die einen Milchvorratsbehälter 12 und einen Vorerhitzer 14 aufweist, in dem die Milch auf etwa 68°C vorerhitzt wird, ohne daß Eiweiß denaturiert wird. Aus dem Vorhitzer 14 tritt die Milch durch einen Homogenisator 16 oder eine Pumpe und durch ein eo Überströmventil 18. Anschließend wird die Milch zur Vorrichtung 10 zur Milchsterilisierung über eine Milchzuleitung 20 geleitet und es ist eine Überströmleitung 22 vorgesehen, die zum Einlaß des Homogenisators 16 oder der Pumpe zurückführt.

Beim Durchgang durch den Homogenisator 16 wird die Milch unter der Wirkung des Druckes in dem Homogenisator 16 um etwa 3° C erwärmt, so daß die Milch mit einer Temperatur λ on etwa 71^: C in die Vorrichtung 10 zur Milchsterilisierung eintritt.

Die Milchzuleitung 20 bildet einen Verteiler, von dem mehrere Einlaßrohre 24 nach unten abgehen. Am Ende der Milchzuleitung 20 ist eine Verschlußkappe 26 vorgesehen, die sich in unmittelbarer Nähe des benachbarten Einlaßrohres 24 befindet. Die Einläßrohre 24 sind mit je einem Regelventil 28 und je einem Druckmesser 30 versehen. Der untere Teil jedes Einlaßrohres 24 erstreckt sich abwärts in einen zylindrischen Isoliermantel 32, der oben mit einer Verschlußkappe 34 versehen isu Durch Wärmeisoliermaterial 38 wird jedes Einlaßrohr 24 im Abstand von dem Isoliermantel 32 und von ihm isoliert gehalten.

Das untere Ende jedes Einlaßrohres 24 steht mit einem quer angeordneten und für die Milch bestimmten Linleitungsrohr 42 in Verbindung, das von einem horizontalen Mantelrohr 44 als Außenummantelung exzentrisch umgeben ist. Der Zwischenraum zwischen dem Mantelrohr 44 und dem Einleitungsrohr 42 ist mit Isoliermaterial 46 ausgefüllt. Im unteren Teil seines Umfangs ist das Einleitungsrohr 42 mit einem relativ schmalen Längsscblitz 48 versehen, der sich über die ganze Länge des Einleitungsrohrs 42 erstreckt. D:e einzuleitende Milch .'ritt in Form eines dünnen Films durch diesen Längsschlitz 48 und einen breiteren Längsschlitz 50 in dem Mantelrohr 44. Um das Einleiten der Milch in Form eines dünnen Films zu unterstützen, trägt das Mantelrohr 44 ein siebförmiges Element 52. das mit dem Längsschlitz 50 und dem Längsschltz 48 fluchtet, so daß die Milch längs der Flächen des siebförmigen Elements 52 eingeleitet wird und dabei die Form eines dünnen Films beibehält.

Alle vorstehend angegebenen Bauteile sind an einem oberen Teil oder Deckel 54 eines Druckbehälters 56 angeordnet, der eine Sterilisierungskammer bildet. Dieser Druckbehälter 56 ist zweckmäßigerweise zylindrisch ausgebildet und ist am unteren Rand des kuppelförmigen Deckels 54 und am oberen Rand des Unterteils des Druckbehälters 56 mit Verstärkungsringen 58 und 60 versehen (Fig. 3). Die Verstärkungsringe 58 und 60 sind mit Hilfe von Befestigungseinrichtungen 62 lösbar miteinander verbunden. Es ist eine Dichtung 64 vorgesehen, die bei geschlossenem Druckbehälter eine Abdichtung zwischen dem Unterteil des Druckbehälters 56 und dem kuppeiförmigen Deckel 54 gewährleistet. Der Deckel 54 ist mit dem Unterteil des Druckbehälters 56 durch ein Scharnier 66 verbunden. Das Gewicht des Deckels 54 läßt sich durch ein Gegengewicht 68 ausgleichen, damit der kuppeiförmige Deckel 54 gemäß F i g. 2 im offenen Zustand bleibt, um das Reinigen der Vorrichtung 10 zur Milchsterilisierung zu erleichtern.

Der Unterteil des Druckbehälters 56 hat einen zylindrischen Innenmantel 70, der von einem Verteiler 72 umgeben ist, der mit einem Dampfzuleitungsrohr 74 in Verbindung steht. Der Verteiler 72 steht über mehrere Löcher 76 mit dem Innenraum des Druckbehälters 56 in Verbindung.

An das untere Ende des Innenmantels 70 schließt ein konischer Bodenteil 78 an, der einen Auffangraum bildet und mit einem inerten, nichtmetallischen Überzug 80, beispielsweise aus einem inerten Kunststoff, wie Teflon, versehen ist.

An das untere Ende des konischen Bodenteils 78 schließt eine Überführungsleitung 82 an, die mit einer Vakuumkammer 84 in Verbindung steht. Die Überführungsleitung 82 ist mit einem Flüssigkeitsstandregler 86

versehen, der das Überströmventil 18 derart steuert, daß das austretende und das eintretende Volumen einander entsprechen, so daß der Durchfluß durch die Vorrichtung 10 zur Milchsterilisierung konstant gehalten wird. Bei Durchflußschwankungen würde ein zu großes Milchvolumen in der Vorrichtung 10 zur Milchsterilisierung zurückbleiben und daher nicht dem gewünschten Temperaturverlauf unterworfen werden. Der Dampf wird in den Druckbehälter 56 mit einer Temperatur von 154°C und unter einem Druck von 4,5 atü eingeleitet, ι» Der diffundierende Dampf kommt mit den Milchfilmen in innige Berührung, so daß alle Milchteilchen auf dieselbe gewünschte Tempeatur von 149°C erhitzt werden. Der Dampf wird von der Milch absorbiert. Infolge der von dem Flüssigkeitsstandregler 86 gebilde- ι i ten Flüssikeitssperre wird diese Temperatur 0,5 Sekunden lang aufrechterhalten. Die erhitzte Milch braucht 1 Sekunde, um durch die Überführungsleitung 82 in die Vakuumkammer 84 zu strömen, in der die Temperatur momentan auf 71"C herabgesetzt wird. :u

Der konische Bodenteil des Druckbehälters 56 ist von einem konischen Mantel 88 umgeben, der im Abstand von dem Bodenteil 78 und etwa parallel zu ihm angeordnet ist, so daß zwischen diesen beiden Teilen ein « konischer Ringraum 90 vorhanden ist, durch den ein >=> Kühlmittel, wie Wasser oder Luft, gehl. Das Kühlmittel tritt am unteren Ende des Mantels 88 durch Zuführungsleitungen 92 in den Ringraum 90 ein und tritt aus diesem am oberen Ende durch Austrittsleitungen 94 aus. Gemäß Fig. 5 ist der Ringraum 90 entlang eines w Durchmessers in zwei Hälften geteilt, und zwar durch einander diametral gegenüberliegende Einsätze 96, die sich vom oberen zum unteren Ende des Ringraums 90 erstrecken. Jede Ringraumhälfte ist mit einer Zuleitung 92 und einer Austrittsleitung 94 versehen, sowie mit r> mehreren Einsätzen 98. die sich abwechselnd vom oberen Ende des Ringraums 90 abwärts bis zu einem oberhalb des unteren Endes des Ringraums 90 angeordneten Punkt und von dem unteren Ende des Ringraums 90 aufwärts zu einem unterhalb des oberen Endes des Ringraums 90 befindlichen Punkt erstrecken, so daß ein gewundener oder zick-zack-förmiger Strömungsweg für das Kühlmittel vorhanden ist. Es sind temperaturabhängige Steuereinrichtungen vorgesehen, welche die Strömung des Kühlmittels durch den Ringraum 90 derart steuern, daß der konische Bodenteil 78 auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird und nicht heißer wird als die Milch. Wenn der konische Bodenteil 78 heißer würde als die Milch, könnte diese auf der Innenwandung des konischen Bodenteils 78 anhaften und sich dort ablagern.

Der kuppeiförmige Deckel 54 ist mit einer Reinigungsbrause 100 versehen, die durch eine Zuleitung 102 mit einem Vorratsbehälter einer unter Druck stehenden Reinigungslösung verbunden ist, so daß der Innenraum der Vorrichtung 10 zur Milchsterilisierung gereinigt wird, ohne daß er geöffnet zu werden braucht. Die Reinigungslösung wird dann mittels einer am unteren Ende der Vorrichtung 10 zur Milchsterilisierung lösbar oder über ein ventilgesteuertes T-Stück angeschlosse-Ben Rohr- oder Schlauchleitung zu einem Sammelbehälter geführt oder umgewälzt Wenn eine gründlichere Reinigung erwünscht ist wird der Deckel 54 geöffnet und es erfolgt eine Reinigung auf vorgeschriebene Weise. An den Deckel 54 ist ein Austrittsrohr 104 angeschlossen, das mit einem Ventil 106 versehen ist und mit dessen Hilfe nach dem Reinigen der Vorrichtung 10 zur Milchsterifisation die Luft aus diesem verdrängt wird, bevor die Vorrichtung 10 zur Milchsterilisierung in Betrieb genommen wird. Der Deckel 54 ist ferner mit einer Abdeckung 108 versehen, die einen Raum begrenzt, der Isoliermaterial 110 enthält, damit die Wärmeverluste der Vorrichtung 10 zur Milchsterilisierung herabgesetzt werden. Der Druckbehälter 56 ist mit einem ähnlichen Isolierraum 112 versehen, der den Verteiler 72 enthält und den Ringraum 90 an seinem oberen Ende begrenzt (siehe Fig.3).

Das siebförmige Element 52 läßt sich dadurch an dem Einleitungsrohr 42 befestigen, daß der obere Rand des siebförmigen Elements 52 bei 53 umlegt wird, so daß das siebförmige Element 52 festgelegt ist. aber trotzdem Milch durch die Längsschlitze 48, 50 und über die Oberfläche des siebförmigen Elements 52 austritt. Mindestens an einem Ende sind die Längsschliize 48, 50 offen, so daß der umgelegte Rand 53 des siebförmigen Elements 52 in das Einleitungsrohr 42 hineingeschoben wird, bis der Endteil des siebförmigen Elements 52 das offene Ende der Längsschlitze 48,50 wirksam schließt.

Zum Reinigen des Innern der Milchzuleitung 20 und der ihr zugeordneten Teile wird eine Leitung für Reinigungslösung an die Milchzuleitung 20 angeschlossen, so daß die Reinigungslösung nicht nur zum Reinigen der Innenwandungen der Milchzuleitung 20. sondern auch zum Reinigen jener Innenflächen der Vorrichtung 10 zur Milchsterilisierung verwendet wird, die bei dem Sterilisationsvorgang mit der Milch in Berührung kommen.

Beim Betreiben der Vorrichtung 10 zur Milchsterilisierung wird der Dampf in derselben auf einer Temperatur von 154°C und unter einem Druck von 4,5 atü gehalten. Der Kühlmittelstrom wird so gesteuert, daß der konische Bodenteil 78 auf einer Temperatur von 149°C gehalten wird. Zur Regelung dieser Temperatur sind zweckmäßigerweise am Austritt und Eintritt für das Kühlmittel Temperaturfühler vorgesehen und mit Hilfe von Ventilen wird die gewünschte Temperatur des konischen Bodenteils 78 aufrechterhalten. Der ausfließende Kühlmittelstrom bleibt diesen Temperatur- und Druckbdeingungen auch ausgesetzt, wenn er durch die am unteren Ende des konischen Bodenteils 78 vorgesehene Flüssigkeitssperre und durch das Austrittsrohr 82 strömt, bis er ein Temperatur- und Druck-Regelventil 116 erreicht, von dem aus er direkt in den untersten Teil der Vakuumkammer 84 eintritt die an ihrem oberen Ende mit einer Vakuumquelle 118 in Verbindung steht Diese hält in der Vakuumkammer 84 ein vorbestimmtes Vakuum aufrecht Wenn der ausfließende Kühlmittelstrom durch das Temperatur- und Druck-Regelventil 116 in die Vakuumkammer 84 eintritt wird momentan die Temperatur des ausfließenden Kühlmittelstroms auf 71⁰C und sein Druck auf 724 mm herabgesetzt so daß sich Wasser von der Milch abscheidet Das Regelventil 86 ist zweckmäßigerweise ein Membranventil und wird so gesteuert daß am unteren Ende des Bodenteils 78 eine Flüssigkeitssperre gewährleistet ist In diesem Bereich der Vorrichtung 10 zur Milchsterilisierung sind Temperaturfühler vorgesehen, die das Überströmventil 18 steuern. In der Milchzuleitung 20 vorgesehene Temperaturfühler dienen ebenfalls zur Steuerung des Oberströmventils 18 derart daß sich die Milch beim Eintritt in die Vorrichtung 10 zur Milchsterilisierung auf 71 ° C befindet und daß das in die Vorrichtung 10 zur Milchsterilisierung eintretende Milchvolumen so eingestellt wird, daß die Milch in der Vorrichtung 10 zur Milchsterilisierung

auf 149° C erhitzt wird.

Das siebförmige Element 52 ist auch durch einen etwa 51 mm breiten Streifen aus Kunststoff, wie Teflon, ersetzbar, der an seinem oberen Rand mit in Abständen voneinander angeordneten Kügelchen versehen ist, wobei die Dicke des Streifens um so viel kleiner sein muß als die Breite des Längsschlitzes 48, daß der Längsschlitz 48 eine wirksame Breite von 0,25 mm hat.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Milchsterilisierung mit einem Druckbehälter, in dem die Milch über wenigstens eine gemeinsame Milchzuleitung mittels mehrerer horizontal angeordneter und mit je einem nach unten gerichteten Längsschlitz versehener Einleitungsrohre auf in jeden Längsschlitz eingesetzte plattenförmige oder siebförmige vertikal verlaufende Elemente derart gegeben wird, daß die Milch, diese Elemente benetzend, in Form mehrerer Filme in paralleler Anordnung abwärts geleitet wird und hierbei in Wärmeaustauschberührung mit in den Druckbehälter eingespeistem Dampf tritt, wobei die Einleitungsrohre mit zur Wärmeisolierung dienenden Außenummantelungen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß von oben in das Innere des Druckbehälters (56) vorzugsweise meh-.rere von der gemeinsamen Zuleitung (20) abzweigende Einlaßrohre (24) hineinragen, die jeweils mit einem der horizontal angeordneten Einleitungsrohre (42) in Verbindung stehen und mit einem sie jeweils umgebenden Isoliermantel (32,34,38) versehen sind, daß die Dampfzufuhr über einen unterhalb der an jedem Einleitungsrohr (42) vorgesehenen Längsschlitze (48) angeordneten, den Druckbehälter (56) umgebenden Verteiler (72) erfolgt, und daß der Dampf in das Innere des Druckbehälters (56) über mehrere in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete Löcher (76) eintritt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenummantelung jedes im Druckbehälter (56) horizontal angeordneten Einleitungsrohrs (42) ein Mantelrohr (44) ist, das das Einleitungsrohr (42) exzentrisch umgibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr (44) einen nach unten gerichteten Längsschlitz (50) besitzt, der fluchtend zu dem Längsschlitz (48) im Einleitungsrohr (42) angeordnet und größer als dieser bemessen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bodenteil (78) des Druckbehälters (56) auf der Innenseite mit einem inerten nichtmetallischen Überzug (80) versehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bodenteil (78) des Druckbehälters (56) von einem Ringraum (90) zur Aufnahme eines Kühlmittels umgeben ist.