DE2946326A1 - Vorrichtung zum sterilisieren und/oder homogenisieren eines fluessigen produkts - Google Patents

Vorrichtung zum sterilisieren und/oder homogenisieren eines fluessigen produkts

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Description

PATENTANWALT 294632t»
DR. RICHARD KNEISSL o..
Widenmayerstr.46 _? München, den 16.November'
D-8000 MÜNCHEN 22 ό S 692-Dr.K/Da TeL 089/295125
SOCIETE DES PRODUITS NESTLE S.A. V e ν e y / Schweiz
"Vorrichtung zum Sterilisieren und/oder Homogenisieren eines flüssigen'Produkts"
Priorität: 17.11.78 / Schweiz
030024/0667
BESCHREIBUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Sterilisieren und/oder Homogenisieren eines flüssigen Produkts durch Einspritzen von Dampf, mit einem T-förmigen Körper, welcher aus einem geraden Rohr und einem Rohransatz für die Zuführung des flüssigen Produkts besteht, und mit einer Dampfeinspritzdüse, die auf der Eingangsseite axial im geraden Rohr angeordnet ist und sich in eine Mischkammer an der Mündung des Rohransatzes in das gerade Rohr öffnet.
Es gibt verschiedene Vorrichtungen zur Sterilisierung von flüssigen Nahrungsmittelprodukten, beispielsweise durch Einspritzen von Dampf. Die einen beruhen auf dem Prinzip der Dampfeinspritzung in das Produkt, andere auf dem Prinzip der Produkteinspritzung in den Dampf und wieder andere auf dem Prinzip der Einspritzung des Dampfs und des Produkts in eine Mischkammer. Es hat sich gezeigt, daß die letztere Vorrichtungstype sich für den größten Teil der Produkte eignet. Ein bekanntes Modell dieser Art besitzt zwei Düsen, von denen jede einen zunächst konvergierenden und dann divergierenden Innenabschnitt aufweist und die nacheinander in einem geraden Rohr eines T-förmigen Körpers angeordnet sind, wobei der Austritt der ersteren in den Eintritt der letzteren ,an der Mündung eines Rohransatzes in das gerade
Rohr vorspringt. In die erstere Düse wird Dampf unter Druck eingespritzt, während das Produkt unter Druck in den Rohransatz eingeführt wird. Der Dampf und das Produkt mischen sich in der zweiten Düse, welche als Mischkammer wirkt. Mit diesem Modell können zufriedenstellende Resultate bei den meisten Produkten erhalten werden. Dies gilt insbesondere für sehr viskose Produkte, wie z.B. mehlhaltige Suppen mit geringem Wassergehalt oder geschmolzene Käsepasten. Jedoch muß diese Art von Vorrichtung notwendigerweise überdimensioniert werden, wenn man vermeiden will, daß die Masse des flüssigen zu sterilisierenden Produkts nicht stromabwärts der Mischkammer einen Propfen bildet. Die heftige Turbulenz die in der letzteren herrscht, vermeidet weitgehend die Bildung eines Propfens,
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jedoch nimmt die Turbulenz nach der Mischkammer ab. Um die Bildung eines Propfens hinterhalb der Mischkammer zu vermeiden, ist es nötig, Dampf im Überschuß einzuspritzen, so daß die nicht-kondensierten Dampfblasen als Träger für die erhitzte flüssige Masse dienen. Dies bedeutet eine Verschwendung von Dampf und hat außerdem eine unregelmäßige Verteilung der flüssigen Masse in einem Verweilrohr zur Folge, das sich zwischen der Dampfeinspritzeinrichtung und einer Einrichtung zur Abkühlung durch Entspannung auf verringertem Druck anschließt, was eine Inhomogenität der Temperatur in der Masse bedeutet. Eine andere Folge sind die Druckvariationen, die durch einen unregelmäßigen Durchsatz im Verweilrohr hervorgerufen werden, und die sich stromaufwärts der Einspritzdüse bemerkbar machen und somit zu Änderungen in der Temperatur des eingespritzten Dampfs führen können.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung dieser Art so weiterzubilden, daß sie diese Nachteile nicht aufweist.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art sich an die konvergierende Innenwandung der Düse ein kurzer Kanal mit konstantem Querschnitt anschließt, der in die Mischkammer mündet, und im geraden Rohr im Abstand von der Mündung des Kanals der Düse ein Mischschirm angeordnet ist.
Mit dem Ausdruck "kurzer Kanal" ist hier ein Kanal gemeint, dessen Länge in der gleichen Größenordnung liegt, wie die Größe der Quadratwurzel seines Querschnitts.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, nur die Dampfmenge einzuspritzen, die nötig ist, das flüssige Produkt auf die gewünschte Temperatur zu bringen, indem auf dem Produkt die Gesamtmenge des eingespritzten Dampfes kondensiert wird. Die flüssige erhitzte Masse besitzt im allgemeinen am Ausgang der Anlage eine große Homogenität, wobei keine Druckvariationen während ihres Durchgangs durch das stromabwärtig angeordnete Verweilrohr zu Temperaturvariationen des eingespritzten Dampfs führen. Dies gestattet eine optimale Ausnutzung des
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Dampfs. Darüber hinaus besitzen die Sterilisations- und/oder Homogenisationsbedingungen der flüssigen Masse eine bemerkenswerte Stabilität.
Zur Sterilisation von Produkten geringer Viskosität, wie z.B. Milch oder Molke, kann der Mischschirm die Form einer Blende aufweisen, die am zweiten Ende bzw. am Ausgang des geraden Rohrs angeordnet ist. Für die Sterilisation viskoserer Produkte wird es bevorzugt, daß die Blende näher an der Düse liegt, nämlich hinterhalb des Austritts des Kanals der Düse bei der Mündung des Rohransatzes in das gerade Rohr. Bei einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung, die für viskose Produkte geeignet ist, besteht der Schirm aus einem axial im geraden Rohr angeordneten Austrittstrichter, dessen Innenwandung, ausgehend von einem kurzen Kanal mit konstantem Querschnitt, in stromabwärtiger Richtung divergiert, dessen Eintrittsöffnung mit der Austrittsöffnung des Kanals der Düse fluchtet. Vorzugsweise weist der Eintrittskanal des Austrittstrichters einen Querschnitt auf, der mindestens 1,3-mal so groß ist wie der Querschnitt des Austrittäcanals der Einspritzdüse.
Eine weitere andere Ausführungsform, die von der vorstehenden abgeleitet ist, ist nicht nur für die Sterilisation sondern auch für die Homogenisation von flüssigen Produkten geringer Homogenität geeignet. Bei dieser Ausführungsform besitzt das stromabwärtige Ende der Einspritzdüse eine konische Oberfläche, die in stromabwärtiger Richtung, ausgehend von der Austrittsöffnung ihres Kanals, divergiert, wobei das stromaufwärtige Ende des Austrittstrichters eine konische Oberfläche aufweist, die in stromaufwärtiger Richtung, ausgehend von der Eintrittsöffnung seines Kanals, konvergiert und das stromaufwärtige Ende des Austrittstrichters in das stromabwärtige Ende der Düse vorspringt und wobei die beiden Enden zwischen sich einen konischen Durchtritt einschließen, der in stromaufwärtiger Richtung zur Mischkammer hin konvergiert, welche sich zwischen der Austrittsöffnung des Kanals der Düse und der Eintrittsöffnung des Kanals des Trichters befindet.
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Es wird bevorzugt, daß die verschiedenen Elemente der Vorrichtung aus rostfreiem Stahl oder, sofern es die Beanspruchungen der einzelnen Elemente erlauben, aus Polytetrafluoräthylen hergestellt sind. So werden der T-förmige Körper wie auch die Blenden oder die Homogenisationstrichter im allgemeinen aus rostfreiem Stahl hergestellt, während die Dampfeinspritzdüse aus Polytetrafluoräthylen bestehen kann. Die letztere Ausführungsform besitzt enorme Vorteile hinsichtlich der Anwendung der Vorrichtung. Synthetisches wärmebeständiges Material läßt sich leicht bearbeiten, wodurch mit geringem Kostenaufwand eine Reihe von Düsen mit unterschiedlichem Durchmesser hergestellt werden kann, und außerdem besitzt es einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten, was die Bildung von Abscheldungen und verbrannten Krusten in der Düse oder auf ihren Rändern verhindert. Bezüglich des Austrittstrichters bei einer der oben beschriebenen Ausführungsformen kann dieser je nach den Erfordernissen aus rostfreiem Stahl oder Polytetrafluoräthylen hergestellt werden, wobei die letztere Variante bevorzugt wird, wenn es die dort herrschenden Bedingungen erlauben.
Vorzugsweise besitzt der T-förmige Körper an jedem Ende des geraden Rohrs und auch am Ende des Rohransatzes Befestigungsmittel für Leitungen mit entsprechenden Durchmessern, wobei diese Mittel aus einem Gewinde oder aus Elementen eines Bajonettverschlußes bestehen können. Die Befestigung der verschiedenen Elemente im T-förmigen Körper erfolgt nach den gegebenen Umständen auf verschiedene Weise. Die Dampfeinspritzdüse kann durch eine am Umfang ihres stromaufwärtigen Endes vorgesehene Schulter festgehalten werden, die auf einer Abstufung auf der Innenwandung der Eintrittsseite des geraden Rohrs anliegt. Ein ähnliches System kann für die Festhaltung des Mischschirms auf der anderen Seite des Rohrs vorhanden sein. Die genaue Lage des Schirms, d.h. also sein axialer Abstand von der Düse, kann mit Hilfe einer Reihe von Abstandshaltern verschiedener Stärke eingestellt werden, welche zwischen der Abstufung an der Innenwandung der Austrittsseite des Rohrs und der auf der Außenseite des stromabwa'rtigen Endes des Schirms vorhandenen Schulter eingesetzt werden. Das ganze kann durch das Ende des Verweilrohrs, das am geraden Rohr befestigt wird, festgehalten werden. Eine andere Befestigungsart, insbesondere für einen Homogenisationstrichter, besteht aus einem Gewinde, das am stromab-
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wärtigen Ende des Trichters eingeschnitten ist, und aus einem entsprechenden Gewinde, das auf der Innenwandung der Austrittsseite des Rohrs eingeschnitten ist. Mit dieser letzten Befestigungsart kann der Abstand zwischen dem Trichter und der Düse leicht und fein eingestellt werden. Dabei ist es aber nötig, die Dichtheit der Anlage durch einen Ring aus synthetischem Material (0-Ring) sicherzustellen, der zwischen dem Trichter und dem geraden Rohr stromaufwärts der Gewinde eingesetzt ist.
Für die Verwendung der erfindungsgemäßen Anlage kann man die Eingangsseite des geraden Rohrs mit einem Zuführrohr für Druckdampf verbinden, die Ausgangsseite des Rohrs mit einem Verweilrohr verbinden und den Rohransatz mit einem Zuführrohr für zu sterilisierendes und/oder homogenisierendes flüssiges Produkt verbinden. Das Verweilrohr selbst kann über ein Gegendruckventil mit einer Abkühl- oder Entspannungskammer verbunden sein. Vorzugsweise wird vor der Düse ein Dampfdruck verwendet, der ausreichend hoch ist, um die Vorteile der vorliegenden Vorrichtung voll auszunutzen. Dabei soll das Gesetz der krititschen Strömung ausgenutzt werden, demzufolge für eine gegebene Düse die Geschwindigkeit des Dampfs an Austritt der Düse eine Grenzgeschwindigkeit, welche die Schallgeschwindigkeit im Dampf ist, erreicht und von dem Moment an nicht mehr überschreitet, wo der Druck am Eintritt der Düse ungefähr das doppelte des Drucks am Ausgang der Düse überschreitet. Der im Verweilrohr herrschende Druck wird vorzugsweise auf einen Wert etwas über dem Sättigungsdampfdruck von Wasser bei der gewählten Sterilisations- und/oder Homogenisationstemperatur gehalten. Der Dampfdruck am Eintritt der Düse muß also insgesamt größer sein als das doppelte des Drucks, der im Verweilrohr herrscht, so daß der Unterschied zwischen dem Druck am Ausgang der Düse und dem Druck im Verweilrohr praktisch nicht von zufälligen Druckfluktuationen im Verweilrohr beeinflußt werden kann. Auf diese Weise können solche Fluktuationen nicht stromaufwärts zur Düse durchschlagen, weshalb der Durchsatz und die Temperatur des eingespritzten Dampfes konstant bleiben. Der Druck, mit welchem das flüssige Produkt in den Rohransatz eingeführt wird, kann in dem Bereich gewählt werden, der durch den Druck im Verweilrohr und den Druck am Ausgang der Düse gegeben ist.
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Beim Arbeiten im kritischen Bereich ist der Dampfdurchsatz je mm2 Querschnitt des Austrittskanals durch die Festsetzung des Dampfdrucks am Eintritt der Düse gegeben. Wenn man weiß, mit welcher Temperatur und mit welcher Geschwindigkeit das flüssige Produkt in die Vorrichtung eingeführt wird und mit welcher Temperatur man sterilisieren will, dann kann man genau die nötige Dampfmenge und damit auch den Durchmesser der zu verwendenden Düse errechnen. Die vorliegende Vorrichtung gestattet deshalb ein Arbeiten ohne Dampfvergeudung bei konstanten und gut definierten Bedingungen.
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Die beigefügten Zeichnungen zeigen Beispiele einiger Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen Schnitte im Maßstab 1:1 von 3 Ausführungsformen der Vorrichtung, welche für die Sterilisierung und /oder Homogenisierung von flüssigen Produkten verschiedener Viskositäten geeignet sind.
Figur 4 zeigt ein Schema einer Anlage, in welche eine erfingungsgemäße Vorrichtung oder andere Vorrichtungen eingebaut sein können und welche für die Durchführung von Vergleichsversuchen geeignet ist.
Die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung besitzt einen T-förmigen Körper, der sich aus einem geraden Rohr 1 und einem Rohransatz 2 zusammensetzt. Eine Dampfeinspritzdüse 5 ist axial im Eintrittsteil 3 des geraden Rohrs angeordnet. Ein Mischschirm 6 ist axial im Austrittsteil 4 des geraden Rohrs angeordnet. Der Schirm besteht aus einer Blende 7, welche an einem Ende eines Haltezylinders 13 befestigt ist. Aufgrund der Länge des Zylinders von Figur 1 befindet sich die Blende hinterhalb der Austrittsöffnung des Kanals 9 der Düse. Diese Anordnung ist günstig für die Behandlung von sehr viskosen Flüssigkeiten, wie z.B. mehlhaltigen Suppen mit hohem Trockenfeststoffgehalt. Die bei 10 gestrichelt angedeutete Lage der Blende eignet sich dagegen für die Sterilisierung von Flüssigkeiten niedriger Viskosität, wie z.B. Milch oder Molke. Die Innenwandung 11 der Düse 5 ist konisch und konvergiert stromabwärts bis zum Kanal 9, der mit seiner Austrittsöffnung 8 in eine Mischkammer 12 am übergang des Rohransatzes 2 in das gerade Rohr 1 mündet. Die Düse 5 besteht aus Polytetrafluorethylen. Der T-förmige Körper wie auch der Schirm 6 bestehen aus rostfreiem Stahl. Das gerade Rohr 1 besitzt an seinem stromabwärtigen Ende ein Außengewinde 14 für den Anschluß eines Verweilrohrs und eine Abstufung 15, an welcher eine Schulter 16 anliegt, die auf der Außenseite des stromabwärtigen Endes des Mischschirms 6 angeordnet ist. Das gerade Rohr 1 besitzt an seinem stromaufwärtigen Ende äußere Elemente 17 eines Bajonettverschlußes für den Anschluß eines Dämpfzuleitungsrohrs und eine
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innere Abstufung 18, an welcher eine Schulter 19 anliegt, die auf der Außenseite des stromaufwärtigen Endes der Düse 5 vorgesehen ist. Der Rohransatz 2 besitzt auf seinem äußeren Ende ein Gewinde 20 für den Anschluß eines Zuleitungsrohrs für das zu sterilisierende flüssige Produkt.
In Figur 2 bezeichnen die gleichen Zahlen die gleichen Elemente wie in Figur 1. Der Mischschirm 6 besteht hier jedoch aus einem Austrittstrichter aus Polytetrafluoräthylen. Diese Vorrichtung eignet sich insbesondere für die Sterilisierung von sehr viskosen flüssigen Produkten, wie z.B. geschmolzener Käse. Die Innenwandung 21 des Trichters ist konisch und divergiert in stromabwärtiger Richtung, ausgehend von einem kurzen Kanal 22 mit konstantem Querschnitt, dessen Eintrittsöffnung 23 mit der Austrittsöffnung 8 der Düse 5 fluchtet. Der Kanal 22 besitzt einen Querschnitt, der 1,3-mal so groß ist wie der Querschnitt des Kanals
In Figur 3 bezeichnen die gleichen Zahlen die gleichen Elemente wie in den Figuren 1 und 2. Der Mischschirm 6 besteht hier jedoch aus einem Austrittstrichter aus rostfreiem Stahl, dessen stromaufwärtiges Ende eine konische Oberfläche 31 besitzt, die in stromaufwärtiger Richtung bis zur Eintrittsöffnung seines Kanals 22 konvergiert. Das stromabwärtige Ende der Dampfeinspritzdüse besitzt eine konische Oberfläche 32, die sich in stromabwärtiger Richtung, ausgehend von der Austrittsöffnung ihres Kanals 9, erweitert und sich über das stromaufwärtige Ende des Trichters erstreckt, so daß diese beiden Enden zwischen sich einen konischen Durchgang 33 definieren, der in stromaufwärtiger Richtung zur Mischkammer 12 hin konvergiert, die sich zwischen der Austrittsöffnung des Kanals der Düse und der Eintrittsöffnung des Kanals des Trichters befindet. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gestattet also das Einspritzen des zu sterilisierenden flüssigen Produkts in den Dampfstrom in entgegengesetzter Richtung und nicht senkrecht in diesem. Dies hat eine scharfe Umlenkung des Stroms des flüssigen Produkts zur Folge, so daß letzteres auch homogenisiert werden kann. Der Trichter 6 ist im Rohr 1 mittels eines Außengewindes 34 befestigt, welches einem Innengewinde 38 im Austrittsteil 4 des geraden Rohrs entspricht,
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wodurch sein Abstand zur Düse fein geregelt werden kann. In der dargestellten Ausführungsform besitzt der Trichter außerdem ein Innengewinde 35, auf dem ein mit einem Gewinde versehener Ring sitzt, der ein Zerteilungsrohr 37 trägt, welches zur Verstärkung des Homogenisierungseffekts bestimmt ist. Der Ring 36 ist um die Unterseite des Zerteilungsrohrs herum mit Löchern versehen, damit das sterilisierte und homogenisierte flüssige Produkt abfließen kann. Dieses Zerteilungsrohr 37 ist jedoch zur Erzielung einer Homogenisierung nicht nötig. Es spielt nur die Rolle einer Bohrspitze. Um sicherzustellen, daß die Vorrichtung dicht ist, ist ein Ring aus synthetischem Material (O-Ring) 39 zwischen dem Trichter und dem geraden Rohr angeordnet, und zwar stromaufwärts der Gewinde 34 und 38. Er wird durch eine Nut festgehalten, welche in der Außenwandung des Trichters angeordnet ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist es der Trichter selbst, welcher die Mittel zur Befestigung des Verweilrohrs trägt.
Figur 4 zeigt schematisch eine Anlage, welche für Vergleichsversuche zur Erprobung verschiedener Vorrichtungen geeignet ist. Das zu sterilisierende flüssige Produkt wird in einem Behälter vorbereitet und dann unter einem bestimmten Druck durch eine Pumpe 42 in ein Zuführrohr 43 eingeführt. Der Druck und die Temperatur des flüssigen Produkts im Zuführrohr werden durch Instrumente P2 und T1 gemessen. Gesättigter Wasserdampf wird mit einem bestimmten Druck durch ein Ventil 44 in ein Zuführrohr 45 eingeführt. Der Druck im Zuführrohr wird durch ein Instrument P1 gemessen. Die Temperatur am Ausgang einer Dampfeinspritzvorrichtung 47 wird durch ein Instrument T„ gemessen. Das Produkt wird in einem Verweilrohr 48, dessen Abmessungen die Dauer der Behandlung bestimmen, auf die Sterilisationstemperatur gehalten. Der Druck und die Temperatur am stromabwärtigen Ende des Verweilrohrs werden durch Instrumente P3 und T, gemessen. In der Endzone des Verweilrohrs messen vier Instrumente T., TR, T und T die Temperatur auf der linken Seite, auf der rechten Seite, auf der Unterseite und auf der Oberseite des Rohrs, um die Homogenität oder Inhomogenität des im Rohr fließenden Stroms zu bestimmen. Das sterilisierte Produkt entweicht dann aus dem Verweilrohr durch ein Gegendruckventil 49 und kühlt sich augenblicklich durch Aus-
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dehnung in einer nicht dargestellten Ausdehnungskammer ab. In dieser Kammer kehrt das Kondensat des Dampfs, der das flüssige Produkt unter Kondensation erhitzt hat, wieder in den Dampfzustand zurück und kühlt das Produkt durch die Verdampfung ab.
Die folgenden Beispiele erläutern einige Anwendungsweisen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und geben gleichzeitig die Ergebnisse von einigen Vergleichsversuchen an. Die Prozentsätze sind in Gewicht ausgedrückt, sofern nichts anderes angegeben ist.
Beispiel 1
In einer Anlage der in Figur 1 dargestellten Art mit einem T-förmigen Körper, dessen gerades Rohr und dessen Rohransatz jeweils einen Innendurchmesser von 60 mm aufweisen, mit einer Teflondüse, die einen Kanal mit einem Durchmesser von 14 rran aufweist, und mit einer Blende von 20 mm Durchmesser, die wie bei 10 angedeutet angeordnet ist, werden 18000 kg/st Molke mit 12% Trockenfeststoffgehalt bei Anwendung eines Dampfdrucks vor der Düse von 12 Bar von 40 auf 72°C erhitzt.
Beispiel 2
In einer ähnlichen Vorrichtung wie in Beispiel 1, jedoch mit einem Düsenkanal von 18 mm Durchmesser werden mit einem Dampf von 12 Bar vor der Düse 20 000 kg/ st Molke mit einem Trockenfeststoffgehalt von 12% von 40 auf 85°C erhitzt.
Beispiel 3
In einer ähnlichen Vorrichtung wie in Beispiel 1, jedoch mit einem T-förmigen Körper, dessen Rohransatz einen Durchmesser von 50 mm aufweist, werden 10 000 kg/st Molke mit einem Trockenfeststoffgehalt von 20% von 60 auf 75°C erhitzt ,wobei Dampf mit einem Druck von 7 Bar stromaufwärts der Düse verwendet wird, wobei letztere einen Kanal mit einem Durchmesser von 9 mm aufweist.
Beispiel 4
Mit einer ähnlichen Vorrichtung wie in Beispiel 1, jedoch mit einer Blende von 8 mm Durchmesser, die wie bei 13 in Figur 1 angedeutet angeordnet ist, und mit einer Teflondüse mit einem Kanal
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von 7 nun Durchmesser, werden unter Anwendung eines Dampfdrucks vor der Düse von 12 Bar 1800 kg/st konzentrierte Milch mit einem Trockenfeststoffgehalt von 32 % von 70 auf 150°C erhitzt.
Beispiel 5
Zur Herstellung einer angemachten Vollmilch aus einem Magermilchpulver und aus Butteröl wird zunächst eine angemachte Magermilch mit einem Trockenfeststoffgehalt von 19,8 % hergestellt, worauf eine gleiche Menge Butteröl eingemischt wird und dieses Vorgemisch zur Herstellung einer konzentrierten Voremulsion emulgiert wird. Hierauf werden innig 16 % der Voremulsion und 84 * angemachte Magermilch gemischt, um ein fertiges Produkt mit der gewünschten Zusammensetzung herzustellen.
Das Vorgemisch wird bei einer Temperatur von mindestens 400C mit den in der Folge angegebenen verschiedenen Apparaten und Vorrichtungen emulgiert.
A) Mit Hilfe einer FRYMA-Konusmühle vom Typ LSR/80/61, die mit 2900 U/min mit einer Leistungsaufnahme von 9 kW läuft. Die Mühle wird mit 30kg/min Vorgemisch (A.) oder mit 60 kg/min Vorgemisch(A„)beschickt, indem der Stator eine halbe Umdrehung bzw. 2 Umdrehungen geöffnet wird.
B) Mit Hilfe einer REACTRON-Zahnscheibenmühle vom Typ TDLK 3-55.
Das Vormischen erfolgt mit Hilfe einer Blende, die am Ein- '
tritt der Mühle angeordnet ist. Die Mühle wird mit 10 l/min I
(B1) oder 20 l/min (B3) beschickt. j
C) Mit Hilfe einer SUPRATON-Zahnscheibenmühle vom Typ 305, die mit 5 400 U/min läuft. Das wie unter B) hergestellte Vorgemisch wird in diese Mühle in einer Menge von 10 kg/min (C ) oder 20 kg/min (C_) eingeführt.
C) Mit Hilfe einer BROGLI-Zahnscheibenmühle vom Typ Steril M-II, die mit 29OO U/min läuft. Das Vorgemisch wird wie bei B) hergestellt. Die Mühle wird mit 10 kg/min (D1) oder 2O kg/min (D„) beschickt.
• 03002W0667
COPY
ORIGINAL INSPECTED
is 29Α63?ε
E) Mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie sie in Figur 3 dargestellt ist. Der T-förmige Körper besteht aus einem geraden Rohr und einem Rohransatz von jeweils 35 mm Durchmesser. Der Kanal der Düse besitzt einen Durchmesser von 5 mm und eine Länge von 10 mm. Er mündet in einen konischen Aufgang mit einem Öffnungswinkel von 60 . Der Stahltrichter besitzt einen Eintritts kanal mit 5 mm Durchmesser und 7 mm Länge. Er erstreckt sich in das erweiterte Ende der Düse so, daß ein konischer Durchgang mit einem Öffnungswinkel von 60 und annähernd 0,5 mm Stärke zum Einbringen des Vorgemischs verbleibt. Dieses wird also mit einer hohen Geschwindigkeit gegen den Dampfstrahl, der aus dem Kanal der Düse herauskommt, vorwärtsbewegt und dann heftig in den Eintrittskanal des Trichters mitgenommen. Es wird mit einem Durchsatz von 5 kg/min Vorgemisch (E ) oder 10 kg/min Vorgemisch (E ) bei einem Dampfdruck vor der Düse von 1,1 bzw. 3,2 Bar gearbeitet, was eine Temperaturerhöhung von 40 auf 90 C zur Folge hat.
Jede Voremulsion wird hierauf innig mit dem gewünschten Prozentsatz angemachter Magermilch mit Hilfe eines herkömmlichen Rührers gemischt, der einige min mit ungefähr 300 U/min läuft. Im Mikroskop wird die Feinheit der in Suspension befindlichen Butteröltröpfchen untersucht, worauf dann die Aufrahmung im Lauf-der Zeit bestimmt wird. Es werden dabei die in der folgenden Tabelle angegebenen Resultate erhalten. Das Aufrahmen ist ausgedrückt als Vol.-% des abgetrennten Rahmens.
COPY
ORIGINAL INSPECTED
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Vor
gang		 Abtreni
1/2 st		 iung von
1 st		 Rahn in
2 st		 Vol.-X
3st		 nach
24 st		 mittlerer Durch
messer der öl-
tröpf chen in μΐη		 Apparat
A1 O O <L 1 10 4-12 FRYMA
A2 1 2 2,5 3 10 8-15 FRYMA
Bl 0 0 O O 7 4-8 REACTRON
B2 O O O O 7 4-8 REACTRON
ci O O O O 2 3-5 SUPRATON
C2 0 O O O 2 3-5 SUPRATON
Dl 1 1 3 4 14 10 - 20 BROGLI
D2 O 0,4 1 2 12 10 - 20 BROGLI
El O O O O 2 3-6 erfindungs-
gemäß
E2 O O O O O 5-8 erfindungs
gemäß
Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhaltenen Resultate befinden sich also unter den besten Resultaten,stellen sogar die besten Resultate dar, obwohl die Konstruktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung am einfachsten ist, die Kosten am geringsten sind und die Anwendung am leichtesten ist.
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Beispiel 6
Es wird eine Anlage verwendet, wie si© in Figur 4 dargestellt ist, um das Verhalten der in Figur 2 gezeigten Vorrichtung im Vergledch zu einer Vorrichtung zu zeigen, welche als "Vorrichtung mit zwei konvergiererden-dirergierenden Doppeldüsen" bekannt ist, wie sie in der Beschreibungseinleitung beschrieben und vielfach verwendet wird. Die Instrumente T1, T0, T„, TQ, TT und T sind
J. Δ rl a JU κ
Thermoelemente, die mit einem mehrere Spuren aufzeichnenden Schreiber verbunden sind. Das Instrument T3 ist ein Quecksilberthermometer. Das zu sterilisierende Produkt ist eine wäßrige Brühe mit einem Trockenfeststoffgehalt von 60 %, die aus 50 % Getreidemehl, 25 % Zucker und 25 % Vollmilch hergestellt worden ist. Sie wird durch die Pumpe 42 mit einer Geschwindigkeit von 400 kg/ t eingespeist. Das Verweilrohr besitzt eine Länge von 2 m und einen Innendurchmesser von 35 mm. Der T-förmige Körper besitzt ein gerades Rohr und einen Rohransatz mit jeweils 35mm Durchmesser, und zwar sowohl bei der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung als auch bei der Vergleichsvorrichtung. Letztere besitzt zwei konvergierende-divergierende Düsen aus rostfreiem Stahl, deren relative Lage einstellbar ist, wobei ihr engster Teil einen Durchmesser von jeweils 20 mm aufweist. Die erstere besitzt eine Düse aus Tetrafluoräthylen mit einem Kanal eines Durchmessers von 4 oder 5 mm und einen Trichter aus Tetrafluoräthylen mit einem Eintrittskanal von 7 mm Durchmesser, wobei der Abstand zwischen der Austrittsöffnung des Kanals der Düse und der Eintrittsöffnung des Kanals des Trichters 5 mm beträgt. Die Versuche werden mit verschiedenen Dampfdrücken P. stromaufwärts der Düse geführt.
Die Resultate dieser Versuche sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt. Die Drücke sind in Bar und die Temperaturen in 0C angegeben.
0 3002U /0667
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Es wurde festgertellt, daß eine viel bessere Homogenität der Temperaturen T„, T , T_ und T erhalten wurde, wenn die Versuche
HBR L
mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt wurden. Bei der Durchführung der Versuche mit der Vergleichsvorrichtung war es nicht möglich, eine Trennung des strömenden Mediums im Verweilrohr in einen dahinkriechenden Strom aus dickem Produkt und in einen raschen und heißeren überschüßigen und über das Produkt streichenden Dampfstrom zu vermeiden. Eine solche Trennung konnte bei den Versuchen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung weitgehend vermieden werden, ohne daß die Bildung irgendwelcher Propfen zu beobachten war. Dies gestattet eine Behandlung der gesamten Masse unter den gleichen Bedingungen, eine Aufrechterhaltung von konstanten Bedingungen während der gesamten Zeit und eine Vermeidung einer DampfVerschwendung.
030024/0667

Claims (11)

PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zum Sterilisieren und/oder Homogenisieren eines flüssigen Produkts durch Einspritzen von Dampf, mit einem T-förmigen Körper, welcher aus einem geraden Rohr und einem Rohransatz für die Zuführung des flüssigen Produkts besteht, und mit einer Dampfeinspritzdüse, die auf der Eingangsseite axial im geraden Rohr angeordnet ist und sich in eine Mischkammer an der Mündung des Rohransatzes in das gerade Rohr öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die konvergierende Innenwandung der Düse ein kurzer Kanal mit konstantem Querschnitt anschließt,der in die Mischkammer mündet, und daß im geraden Rohr im Abstand von der Mündung des Kanals der Düse ein Mischschirm angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm aus einer Blende besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende hinter der Austrittsöffnung des Kanals der Düse im Bereich der Mündung des Rohransatzes in das gerade Rohr angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende auf der Ausgangsseite im geraden Rohr stromabwärts der Mündung des Rohransatzes in das gerade Rohr angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Ansplruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm aus einem axial im geraden Rohr angeordneten Austrittstrichter besteht, dessen Innenwandung ausgehend von einem kurzen Kanal mit konstantem Querschnitt, in stromabwärtiger Richtung divergiert, wobei die Eintrittsöffnung des kurzen Kanals mit der Austrittsöffnung des Kanals der Düse fluchtet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittskanal des Austrittstrichters einen Querschnitt aufweist, der mindestens 1,3-mal so groß ist wie der Querschnitt
030024/0667 ORIGINAL INSPECTED
29A632S
- 2 -'■■■' des Austrittskanals der Einspritzdüse.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das stromabwärtige Ende der Einspritzdüse eine konische Oberfläche aufweist, die in stromabwärtiger Richtung, ausgehend von der Austrittsöffnung ihres Kanals, divergiert, und daß das stromaufwärtige Ende des Austrittstrichters eine konische Oberfläche aufweist, die in stromaufwartiger Richtung, ausgehend von der Eintrittsöffnung seines Kanals, konvergiert und daß das stromaufwärtige Ende des Austrittstrichter in das stromabwärtige Ende der Düse vorspringt, wobei die beiden Enden zwischen sich einen konischen Durchtritt einschließen, der in stromaufwärt iger Richtung zur Mischkammer hin konvergiert, welche sich zwischen der Austrittsöffnung des Kanals der Düse und der Eintrittsöffnung des Kanals des Trichters befindet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfeinspritzdüse aus Polytetrafluoräthylen besteht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm aus fostfreiem Stahl besteht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittstrichter aus Polytetrafluoräthylen besteht.
11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittstrichter aus rostfreiem Stahl besteht.
030024/0667
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