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Wärmetauscher
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erwärmung und Kühlung
von Milch und flüssigen Milchprodukten und RUckgewinnung der Wärme durch Führen
der Milch und Milchprodukte im Gegenstrom durch Wärmetauscher sowie eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens mit einem Wärmetauscher, in dem die erwMrmte und
die kalte Frischmilch zum Austausch ihrer Wärme im Gegenstrom in einer zusätzlichen
Zu- und Ableitung geführt sind, mit einer Milcherwärmungseinrichtung
an
einen Ende des Wärmetauschers, vorzugsweise einem Heißewasserwärmetauscher und evtl.
einer von der pasteurisierten Milch durchflossenen Abkühlungsvor richtung. vorzugsweise
einem durchflossenen Wärmetauchkühler.
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Wenn von Milch in der vorliegenden Anmeldung die Rede ist, so ist
damit nicht nur Milch, sondern auch jede Art von flüssigen Milchprodukten gemeint.
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s ist bakannt, Milch und Milchprodukte durch Erhitzen zu pasteurisierten.
Ferner ist es bekannt, dazu zur RUckgewinnung der Wärme energie und zur Reduzierung
der Energiekosten die Rohmilch einem Wärmetauscher zuzuftihren und im Gegenstrom
zur erwärmten Milch einer Milcherwärmungseinrichtung zuzuführen, die erwärmte Milch
wird dann wieder durch den Wärmetauscher im Gegenstrom zur Rohmilch zurückgeführt
und gibt ihre Wärmeenergie an die Rohmilch, die sie erwärmt, ab. Beispielsweise
bei Plattenwärctauschern ist es auf die Art möglich, bei optimaler Auslegung der
Plattengröße zur Durchströmung und zu anderen 3etriebsfaktoren 90% und mehr der
Wärmeenergie unter Bedacht auf die Investitionskosten wirtschaftlich zurückzugewinnen
und über den Wärmetauscher der Rohmilch zuzuführen. Ublicherweise wird mit einem
Heißwas3er- oder Dampfwärmetauscher am Ende des Wärmetauschers die Restenergie zugeführt
und die Milch dann- entsprechend den Vorschriften- in einer bteilung etwa 40 Sekunden
auf ihrer Pasteurisicrungstemperatur heißgehalten, bevor die Rückleitung und Abkühlung
der
pasteurisierten Milch entsprechend der Größe des Wärmetauschers
durch Rohmilch erfolgt. Da deren Temperatur schwanken kann, üblicherweise etwa zwischen
5 - 150> und das Endprodukt eine gleichmäßige Temperatur von etwa 30 aufweisen
soll, ist normalerweise noch ein Eiswasserkühler vorgesehen, auf den Eiswasser mit
einer Temperatur von 10 geschickt wird, der diese pasteurisierte Milch auf 30 im
Normalbetrieb abkühlt. Ein Großteil der Milch wird mit dieser Endtemperatur benötigt,
Der Wirkungsgrad des Wärmetauschers für den Wärmerückgewinn hängt weitgehend von
der optimalen Auslegung und Berechnung, die von der Durchflußmenge, dem Durchflußdruck
der gewählten Plattengröße und Menge usw. besti=nt ist, aber auch von der gewünschten
Endtemperatur ab. Je größer der Wirkungsgrad ist, desto großer und teurer wird die
gewählte Platenwärmetauschenlage, sodaß der wirtschaftlich vertretbare Wirkungsgrad
bei einer Endtemperatur möglichst knapp Uber der Rohnlicheintrittstemperatur etwa
bei 90 % liegt.
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In Käsereien und Topfereien soll nun ein Teil der Milch, Je nach Betriebsart
zwischen etwa 20 und 50% schwankend, nicht pasteurisiert, tiefgekühlt und zwischengestapelt,
sondern nur erhitzt und direkt an die Verarbeitungstemperatur (Einlabungstemperatur)
von etwa 28-34° gekühlt werden, Um hier variabel zu sein, ist es bekannt, Anlagen
mit wesentlich geringerem Wärmeruckgewinn als 90% zu wählen und zusätzlich Wasserkühler
einzusetzen die jedoch einen zusätzlichen Wärmetauscher benötigen und darüberhinaus
Kühlwasser, welches auch wieder abgführt
werden muß, was zusätzliche
laufende Wasser- und KanalgebUhren bedeutet. Durch Ein- und Ausschalten dieser zusätzlich
chen Kühlung und evtl. durch zusätzlicher Wiederaufheizen auf die Einlabungstemperatur
hat man bisher wahlweise die für die Käseerzeugung nötige' Endtemperatur oder die
für die Lagerung der Milch notwendige Endtemperatur erreicht.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einem Verfahren und
einer Vorrichtung, die unter Vermeidung von zusätzlicher Wasserkühlung, jedoch mit
Ausnützung des bestmöglichen Wirkungsgrades bei Vollast, also der üblichen Pasteurisierung
von Frischmilch und Verarbeitung zu tiefgekühlter Milch,ohne zusatzliche Energeizufuhrauch
die Abgabe von Milch mit der Einlabungstemperatur ermöglicht. Dieses Ziel wird dadurch
erreicht, daß ein Teil der erhitzten Milch unter Umgehung des RUckflusses im Wärmetuscher
der abgetthlten Milch zugeführt wird.
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Es wird dazu vorgeschlagen, daß eine den Wärmetauscher mindestens
teilweise umgehende Nebenleitung zwischen dem Teil der Milchleiturg, in den die
Milch etwa auf die höchste Temperatur gebracht ist, und dem Teil; in dem die Milch
mindestens teilweise abgekühlt ist, vorgesehen ist.
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Der. Wärmetauscher kann, ohne RUcksicht auf die Nebenleitung, die
ja im Normalbetrieb geschlossen ist, optimal ausgelegt und berechnet werden. Wird
Milch für die Käseerzeugung benötigt, so wird zunächst der Eiswasserkühler abgeschaltet,
wodurch die Milch etwa auf die Temperatur der Rohmlicheintrittstemperatur bzw. etwas
darüber aus
dem Wärmetausctier austreten würde. Durch Einschalten
der Nebenleitung wird ein Teil der erhitzten Milch unter Umgehung des Rückflusses
im Wärmetausch der abgekuhlten Milch zugefUhrt. Dadurch durchströnt zunächst weniger
Milch den Wärmetauscher im Rücklauf, was zur Folge hat, daß der Wärmetauscher langsamer
durchströmt wird und der Wirkungsgrad des Wärmetauscher sinkt, was heilt, daß die
Rohmilch nicht so vorgewärmt wird, wie dies vor Einschaltung der Nebenleitung der
Fall war. Erfindungsgemäß ist daher der Heißwasser-oder Dampfwärmetauscher für die
ZufUhrung der Restenergie größer auszulegen, als für den Normalbetrieb mit 90% Wärmerückgewinn
notwendig wä.re.Der nur teilweise abgekühlten Milch wird sodann die nichtabgekühlte
Milch in einem Verhältnis zugesetzt, daß die Einlabungstemperatur erreicht wird.
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Der Wärmetauscher kann optimal ausgelegt werden. Es ist keine zusätzliche
Wasserkühlung für den Normalbetrieb notwendig. Ferner ist es nicht notwendig die
gekühlte Milch wieder aufzuwärmen, da sofort durch Beifügen der warmen Milch die
Einlabungstemperatur erreicht wird.
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Beim Vermischen der aus der Nebenleitung austretenden Milch, die die
Pateurisisierungstemperatur von 80-85° aufweisen kann, sowie der gekühlten Milch
besteht jedoch die Möglichkeit, daß durch die sehr raschen Temperatursprünge Schädigungen
des Milcheiweiß es auftreten, die bei der Käseerzeugung störend sein, und zu Ausfällen
führen können. Um dies zu vermeiden, wird vorgschlagen, daß vor dem Zusammenführen
der abgekühlten und des Teiles der erwärmten Milch beide Milchströme im Gegenstrom
in einem Wärmetauscher geführt
werden, wobei die Temperaturen angegllchen
bzw. die Temperaturdifferenz zwischen abgekühlter und erwärmter Milch verringert
wird und danach die erwärmte und abgekühlte Milch vereinigt wird.
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Es wird dazu vorgeschlagen, daß ein Wärmetauscher vorgesehen ist,
durch welchen die Nebenleitung im Gegenstrom zur Abkühlung oder teilweisen Abkühlung
der Milch odr Milchprodukten vor der Vereinigung der abgekühlten Milch und der Milch
in der Nebenleitung geführt ist. Dadurch gibt die Milch in der Nebenleitung Überschußwärme
an die abgekühlte Milch ab, und erwärmt diese, sodaß keine Wäre verloren geht. Die
Milch in der Nebenleitung wird relativ langsam so weit abgekühlt, daß keinerlei
Eiweißschädigung auftritt. Besonders vereinfacht wird d&s Verfahren und insnes.
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die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dnn, wenn ein Teil
der erhitzten Milch in Gegenstrom zur bereits teilweise angewärmten Gesamtmilch
auf eine Temperatur abgekühlt wird, die bei einer Vermischung mit der abgekühlten
Milch keine Beeiflussung des Milcheiweißes hervorruft,und der abgekühlten Milch
zugeführt und gemeinsam mit dieser durch die erhitzte Milch im Gegenstrom zu dieser
auf die gewünschte Temperatur gebracht wird.
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Dazu wird vorgescHagen, daß die Nebenleitung meinen Wärmetauscher
mUndet und dieser eine Leitung aufweist, in der die heiße Milch aus der Nebenleitung
im Gegenstrom zur Gesamtmilch geführt ist und dio nach der Abkühlung auf eine das
MilcheiweiB nicht mehr beeinträchtigende Temperatur in die Leitung, die die abgekühlte
Milch führt, mUndet.
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Zweckmäßig wird dabei die erhitzte Milch vor der Vermischung mit der
teilweisen abgekühlten Milch auf eine Temperatur von 45 bis 650, vorzugsweise 55oc
abgekühlt.
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Dadurch vereinfacht sich der Aufbau des Wä.rmetauschers.Es kann fallweise
mit einem einzigen WErmetauscher, nämlich dem bereits vorhandenen Wärmetauscher
das Auslangen gefunden werden. Durch die Umgehungsleitung wird ein Teil des Wärmetauschers
ausgeschaltet bzw. auf einen anderen Wirkungsgrad gebracht, der restliche Wärmetauscher
wird wieder von der gesamten Milchmenge durchflossen und arbeitet mit günstigem
Wirkungsgrad. Man kann dadurch optimale Wärmetauschverhältnisse bei optimaler und
günstigster Größe des Wärmetauschers erzielen.
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Zur Regelung der Temperatur, insbesondere zur Anpassung an schwankende
Temperaturen der Rohmilch wird vorgeschlagen, daß Ventile und Drosselhähne zur Steuerung
des Durchflusses der Nebenleitung vorgesehen sind.
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Diese Steuerung kann entweder von Hand aus oder auch automatisch erfolgen.
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Die Erfindung ist an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeipielen
näher erläutert, ohne sich darauf zu beschränken.
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Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und Fig, 2 und 3 da"u eine schematische Ansicht einer Variante.
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Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum sterilisieren von Milch
und Abkühlen der Milch mit Wärmerückgewinnung mit der Möglichkeit, a.m Ausgang Milch
mit einer Temperatur fUr die Ymserei oder aber mit einer Temperatur, die zur Lagerung
von Milch notwendig ist, zu gewinnen. Die Anlage weist einen Gegenstromwärmetauscher
2 mit einer Rohmilchleitung 3 auf, in die die Milch durch den Rohmilcherintritt
1 eingeleitet wird, sowie einer Rückflußleitung 6, durch die die erhitzte Milch
im Gegenstrom zur durch die Leitung 3 flieBenden Rohmilch fließt, wobei die Wärme
ausgetauscht wird, sodaß sich die Rohmilch fortschreitend erwärmt und die Milch
in der Rückflußleitung fortschreitet abl'ühlt. Ein Ausgang 6 und ein Eingang 7 zum
Anschluß eines eparators 8 sind in der Rohmilchleitung etwa an der Stelle vorgesehen,
an der die Milch 46 bis 510 hat. Im Separator wird die Milch entfettet oder anderen
Behandlungen unterzogen. Weiter fließt die Milch aus der Rohmilchleitung 3 in einen
Heißwasserwärmetauscher 9, in dem die Milch durch Heißwasser in der Heißwasserleitung
10 auf die
gewünschte Höchstte peratur gebracht wird. Ublicherweise
wird Sbei Heißwasser von 880 bzw. 770 je nach der gewünschten Endtemperatur verwendet.
Aus der Milchleitung 11 im Heißwasserwärmetauscher fließt die Milch weiter in eine
Milchleitung 13 einer Heißhalteabteilung 12, in der die Temperatur der Milch etwa
40 Sekunden lang gleichmäßig gehalten wird. Zwischen der Milchleitung 11 und der
Milchleitung 13 ist ein Regelglied 14 zur Regelung der Temperatur und Durchflußkonstanz
vorgesehen. Aus der Leitung 13 wird die Milch in die RUckflußleitung 4 über eine
Zwischenleitung 25 geführt, an die Uber ein Regulierventil 18 eine Nebenleitung
zur Abzapfung von heißer Milch angeschlossen ist. Aus der Leitung 4 gebngt die Milch
in eire Milchleitung 21 eines Kühlers 5, der durch Eiswasser von einer Temperatur
von etwa plus 1 0C in einer Eiswasserleitung 16 gekühlt ist. Die Milch wird weiter
einen Leitungsausgang 17 zugeführt, der in der vorliegenden Erfindung in ein Mischventil
19 mündet, an dessen zweiten Eingang die Nebenleitung 22, die huber das Regulierventil
18 Heißmilch aus der Zwischenleitung 25 aufnimmt, angeschlossen ist. Im Mischventil
kann durch Drosselung des Zuflusses der gekühlten bzw. der heißen Milch eie gewünschte
Mischtemperatur am Milchausgang 20 hergestellt Werden. Im Normalbetrieb bleibet
das Regulierventil 18 geschössen. Durch den Kühler 5 wird Eiswasser geschickt.
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Die Milch am Milchausgang hat dann eine Endtemperatur von etwa 30C.
Wird Milch fUr die Käserei mit einer Einlabungstemperatur
von
etwa 28-34° C benötigt, so wird das kegulierventil 18 geöffnet und die Eiswasserk(Ihlung
abgeschaltet.
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Dadurch wird erreicht, daß HeiBmilch in das Mischventil 19 gelangt
und sich mit der Milch in der Leitung 17 mischt, die bereits eine höhere Temperatur
aufweist, da die Blswasserkühlung entfällt. Man kann auf die Art Milch in verschiedenen
Temperaturbereichen erhalten, ohne daß für eine Wiedererwärmung Energie aufgewendt
werden muß, die verloren ist der ohne daß zusätzlich eine Kühlung mit Kaltwasser
erfolgen muß.
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Da bei der Milch die Möglichkeit besteht, daß, wenn dJe gekühlte Milch
direkt mit der Heißtemperaturmilqh zusammen kommt, die Milcheißwastruktur geschädigt
werden kann, ist zur Abwendung dieser Gefahr gemäß Fi. 2 zwischen dem Mischventil
19 und der Leitung 22 ein Wärmetauscher 26 vorgesehen, durch den die Milch aus der
Leitung 4 bzw. 21 vor der Einführung in den Leitung ausgang 17 geführt wird. In
diesem Wärmetauscher 26 wird die Milch der Leitung 22 so weit abgekühlt und die
Milch der Leitung 4 bzw. 21 so weit erwärmt, sodaß in das Mischventil 19 au der
Leitung 22 bereits Milch mit einer Temperatur nahe der Einlabungstemperatur gelangt,
anderseits die Milch in der Leitung 17
ohne Zufuhr von äußerer
Wärme bereits angewärmt ist und die Temperaturdifferenz zwischen beiden Milchstromen
fast ausgeglichen ist. Dadurch kann es in der Leitung 20 praktisch nicht zu Temperaturunterschieden
kommen und man bekommt eine gleichmäßig gemischte Milch mit der für die Käserei
gewünschten Temperatur von etwa 28-34° C.
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In der Variante gern. Fig. 3 wird die Milch 22 einen zusätzlichen
Kanal 27, der im Gegenstrom zur Rückflußleitung 24 geführt ist, geleitet. Die Milch
der Leitung 22 gibt dabei ihre Temperatur im Wärmetuscher 15 zum Teil an die Rückflußleitung
24 und die in diese'rLeitung geführte Milch ab und wird danach einem Mischventil
23 zugeführt, in das die Rückflußleitung 4 mündet. In diesem Mischventil 23 wird
die aus dem Kanal 27 kommende Milch der Leitung 22,deren Temperatur wesentlich abgesenkt
wurde,, mit der Milch in der Leitung 4, die nicht mit der Endtemperatur sondern
mit einer Zwischentemperatur, die nahe der Temperatur der Milch die aus dem Kanal
17 kotrant, liegen kann, gemischt, wodurch, da nur geringe Temperaturdifferenzen
Zwischen den beiden Milcharten bestehen, keinerlei Eiweiß-Schädigungen zu befürchten
sind. Die Milch wird sodann einer weiteren Milchleitung 24 im Wärmetauscher zugeführt,
wo die Enderwärmung durch die Milch in der Leitung 22 erfolgt. Durch entsprechendes
Drosseln oder Verstärken der Mllchzugabe
durch die Leitung 22 bzw.
der Milch im Kanal 27 wird erreicht, daß die Milch im Ausgang 20 bei abgeschaltetem
Eiswasserkreislauf 16 die für die Käserei gewünschte Temperatur aufweist. Ea ist
dazu lediglich notwendig, in dem bereits vorhandene Wärmetauscher einen zusätzlich
Kanal vorzusehen, durch den die Milch aus der leitung 22 zum Mischventil 23 zur
Abgabe der Überschußwärme strömt. Bei geeignetem Arbeitsablauf kann dieser Kanal
für zusätzlichen Wämerückgewinn bei Normalbetrieb verwendet werden, was die Wirtschaftlichkeit
der Anlage noch merkbar erhöht. In diesem Falle wird der Karal 27 zusätzlich mit
Rohmilch beschickt. Es kann dafür aber auch ein Teil des vorhandenen Gegensromwärmetauschers
für 90,' verwendet werden, dessen Wirkungsgrad ja für die Käsereimilch abgesenkt
würde. Wenn am Ausgang 20 gekühlte Milch erwünscht wird, wird die Nebenleitung 22
still gelegt, indem das Regulierventil 18 bzw. /und das Mischventil 23 geschlossen
wird, sodaß die Milch zur Gänze durch die Leitung 4 und die nun diese Leitung direkt
fortsetzende Leitung 24 und weiter In bei kannter Weise durch den kühler 5 geführt
ist.
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Die Erfindung ist In den Ausführungsbeispielen lediglich beispielsnaft
gezeigt, ohne sich darauf zu beschränken. So kinnen als Kühler beispielsweise Plattenkühler,
Rohrkühler, aber auch andere beliebige bekannte Wärmetauscher verwendet werden.
Es sind andere vVentilanordnungen und Mischventile tbglich. Die Regelung kann automatisch
oder von Hand aus erfolgen usw.
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L e e r s e i t e