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Verfahren zur Steirilisierung von Ultrahocherhitzungs-
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anlagen Anwendungsgebiet der Erfindung Ultrahocherhitzungsanlagen
werden eingesetzt fuer die thermische Behandlung von fluessigen Nahrungsguetern,
vorzugsweise Milch, deren Haltbarkeit bei ei-er Raumtemperatur von ca. 25 Grad C
neber einen Zeitraum von cy. 6 Wochen gewaehrleistet werden soll. Vor Inbetriebnahme
von Ultrahocherhitzungsaulagen ist es notwendig, dem aseptischen Teil der Anlage
ca. 30 Minuten zu sterilisieram. Die Sterilisierung dient dazu, dass der aseptische
Teil der Anlagen keimfrei gemacht wird, um diese Haltbarkeit vom ca. 6 Woche fuer
fluessige Nahrungsmittel, vorzugsweise Milch, zu erreichen. Angewerdet wird dieses
Verfahren vorwiegend in Molkereibetrieben.
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Charkteiristik der bekanntem technischen Loesungen Es isnd Verfahren
zur Sterilisierung von Ultrahocherhitzungsanlagen bekannt, bei denen die Anlage
ueber den normalen Heisswasserkreislauf sterilisiert wird. Zur Steirlisierung von
Ultrahocherhitzungsanlagen werdm Tmeperaturen im Bereich von ca. 1238 Grad C benoetigt,
um die Anlage keimfrei zu machen. Diese Temperaturen werden erreicht, indem man
dem normalen Heisswaserkrieslauf ensprechende Dampfmengen zufuehrt undsomit ueber
dem Heisswasserkreislauf das auf der Produktseite fliessende Sterilwaser auf die
notwendige Temperatur erhitzt.
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Diese Anlagen arbeiten sehr energie und materialauwendig, da im Regelfall
ein zusaetzlicher Waermeuebertrager, der ueblicherweise als Plattenwaermeuebertrager
ausgebildet ist, Zugeschalte werden muss. Um den Energieaufwand der bis dahin bekannten
Verfahren zur Sterilisierung von Ultra-Hicherhitzungsanlagen zu verringern, wurden
neue Verfahren entwickelt und eingesetzt. Bei diesen bekannten Verfahren werden
die Austauscherabteilungen des Plattenwarmeuebertragers im Vorlauf kurzgeschlossen.
Damit erreicht man eine Verkuerzung der Aufheizzeiten des Sterilwassers. Nachdem
die Anlage mit Wasser gefuellt ist, erfolgt die Aufheizung des Heisswasserkreislaufes
mit direkter Dampinjektion. Das vom Vorlaufbehaelter kommende Wasser zum Sterilisieren
der Anlage wird mittels Kreiselpumpe und Druckerhoehungspumpe zur Ultrahocherhitzungsabteilung
gefoerdert und von ca.
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70 Grad C auf 138 Grad C erhitzt. Das so gewonnene Sterilwasser fliesst
durch die 70rilehlabteilung. Da in dieser Vorkuehlabteilung auf der Vorlaufseite
kein Heisswasser fliesst, d. h. , nur Stationaeres Heisswasser zirkuliert, findet
hier kein Waermeaustausch statt und die Sterilwassertemperatur bleibt erhalten.
Von der Vorkuehlabteilung fliesst nunmehr das Sterilwasser zur Homogenisierungsmaschine
und anschliessend durch die Sterilkuehlabteilung. Auch hier findet kein Waermeaustausch
statt, da in der Sterilkuehlabteilung nur stationaeres Wasser auf der Vorlaufseite
zirkuliert, so dass der gesamte aseptische Teil der Anlage bis zum Steriltank entsprecheild
der vorgeschriebenen Sterilisierungstemperatur von ca. 138 Grad a sterilisiert wird.
Danach fliesst das Sterilwasser ueber eine Rtleckleitung in den Vorlaufbehaelter
zurueck und der Kreislauf beginnt erneut. Im Ruecklauf des Steril, wassers wird
in der Strilwasserkuehlabteilung im Gegenstrom mittels Heisswasser von ca. 63 Grad
C das Sterilwasser von der Sterilisierungstemperatur auf ca. 75 Grad a zurueckgekuehlt.
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Gleichzeitig erfolgt in der gleichen Abteilung im Gegenstrom des Sterilwassers
die Aufheizung des Heisswassers von 63 Grad C au9 ca.125 Grad C.
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Das durch das Sterilwaser erhitzte Heisswasser fliesst weiter zu einem
Dampfinjektor und wird dort durch direkte Dampfinjektion auf die Temperatur von
140 Grad a erhitzt. Das Heisswasser wird dann unmittelbar zur Ultrahocherhitzungsabteilung
I geleitet und kuehlt sich dabei im Gegenstrom mit dem Sterilwasser auf ca. 75 Grad
a ab, d. h.' dass gleich zeitig auf der Produktseite das Sterilwasser in dieser
Sektion auf die 138 Grad a erhitzt wird. Anschliessend wird das Heisswaser in der
Reisswasserkreislaufkuehlabteilung mittels Kaltwasser weiter auf ca. 63 Grad a abgekuehlt
und dem Vorlaufbehaelter fuer Heisswasser wieder zugefuehrt.
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Dieses Verfahren zur Sterilisierung einer Ultrahocherhitzungsanlage
hat den Nachteil, dass die Ultrahocherhitzungsanlage waehrend der Sterilisierung
mit dem Nenndurchdatz der Anlage, wie er waehrend der thermischen Behandlung von
Nahrungsmitteln benoetigt wird, gefahren werden muss, wodurch erhoehte Energierkosten
und Dampfkosten auftreten. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass das Heisswasser
auf der Vorlaufseite bei jedem umlauf von 63 Grad C auf 140 Grad a erhitzt werden
muss, bzw. andererseits vonl40 Grad auf 63 Grad a gekuehlt. Der Waermerueckgewinn
waehrend der Sterilisierungsphase ist bei diesem Verfahren gering, so dass ein grosser
Dampfbedarf erforderlich ist, insbesondere wenn man beruecksichtigt, dass das Verfahren
zur Sterilisierung dieser Anlage bei vollem Nenndurchsatz der Anlage wie im Milchbetrieb
erfolgen muss. Darueber hinaus ist ein umschaltbarer oder zweiter Regelkreis erforderlich6
da die Regelparameter, auf Grund der bei der Sterilisation erforderlichen hoeheren
Waermemenge, veraendert sind.
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Ziel der Erfindung Ziel der Erfindung ist es, den Energiebedarf sowie
den notwendigen Dampf- und Wasserbedarf bei der Sterilisierung von Ultrahocherhitzungsanlagen
zu senken.
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Darlegung des Wesens Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren
zur Sterilisierung von Ultrachocherhitzungsanlagen zu schaffen, bei dem das Sterilwasser
im wesentlichen durch die waermerueckgewinnung im Ruecklauf des Sterilwassers zur
Aufbereitung des Sterilwassers genutzt wird und der Heisswasserkreislauf so gewaehlt
wird, dass die zuzufuehrende Dampfmenge zur Erhitzung des Heisswassers auf 140 Grad
a so gering wie moeglich gehalten werden kann.
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Es wurde nunmehr gefunden, dass die Umlaufmenge zur Sterilisierung
von Ultrahocherhitzungsanlagen bestimmt werden kann durch das Verhaeltnis zwischen
Fliessgeschwindigkeit zur Waermeaustauschflaeche im Sterilwaermwaustascher, d.h.,
dass zur Sicherung der i'liessgeschwindigkeit und Waermeuebertragungszahl ein Druchsatz
von Strilwasser zur Sterilisierung der Ultrahocherhitzungsanlagen von 20% des Nenndurchsatzes
ausreichend ist.
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Auf der Grundlage dieser neuen Erkenntnis wird die er finderische
Aufgabe dadurch geloest, dass das mit 85 Grad C aus dem Vorlaufgefaess kommende
Wasser zur Sterilisierung der Ultrahocherhitzungsanlage mittels einer Pumpe ueber
den Heisshalter, das Entgasungsgefaess und zwei weiteren Pumpen; dem Sterilwasseraustauscher
zugefuehrt wird, und das Wasser zur Sterilisierung von dem im Ruecklauf kommenden
Sterilwasser im Gegenstrom bis auf ca. 133 Grad C erhitzt und mit dieser Temperatur
dem Erhitzer zugefuehrt wird, wobei das Sterilwasser durch das im Gegenstrom fliessende
Heisswasser auf 138 Grad C erhitzt wird und nachfolgend den 1. Austauscher, der
auf der Vorlaufwasserseite zur Vermeidung des Waermeaustausches kurzgeschlossen
ist, durchstromet; und im Rueckfluss ueb er den Sterilwasseraustauscher von 138
Grad C auf 90 Grad C abgekuehlt wird. Gleichzeitig wird dabei im Sterilwasseraustausche
das Wasser zur Sterilisierung der Ultrahocherhitzungsanlage von 85 Grad C auf 133
Grad C im Gegenstrom erhitzt. Anschliessend fliest das auf 90 Grad C gekuehlte Steril-
wasser
ueber einen Kuehler und wird mit Brunnerwasser auf 85 Grad C herunrergekuehlt und
dem Vorlaufgefaess wieder zugefuehrt. Waehrend der Sterilisierungsphase wird das
Heisswasser, das in einer Heisswassermischbatterie aul 140 Grad C erhitzt wird,
im anschliessenden Erhitzer von 140 Grad C auf 135 Grad C abgekuehlt und nach Durchfliessen
des II. Austaschers und III. Austauschers mit der Temperatur von 135 Grad C der
heisswassermischbatterie zugefuehrt. Das aus der Mischbatterie entweichende Kondensat
von 140 Grad C wird ueber den dem Sterilwasseraustauscher nachgeschalteten Kuehler
geleitet und dort von 140 Grad C auf 85 Grad C abgekuehlt und zur Verwendung als
Wasser zur Sterilisierung der Ultrahocherhitzungsanlage den Vorlaufgefae ss zugefuehrt.
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Ausfuehrungsbeispiel Nachstehend soll die Erfindung an einm Ausfuehrungsbeispiel
naeher erlautert werden. Die dazugehoerige Zeichnung zeigt ein Fliesschema zur Steirlisation
von Ultrahocherhitzungsanlagen.
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Das erfindungsgemaesse Verfahren ist bei dea bisher bekannten Verfahren
zur Ultrahocherhitzung anwendbar. Zu diesen Zweck wird in den Plattenwaermeusbertrager
ein zusaetzlicher Sterilwaseraustauscher 14 zugeordnet. Die Einordnung des Sterilwasseraustauschers
14 erfolgt bei spielsweise zwischen der: I. Austauscher 19 und den Kuehler 20. Desweiteren
werden folgende Hassnahmen vor Durchfuehrung des Verfahren snotwendig: Der I. Austauscher
19 wird zur Vermeidung des Waermeaus tausches auf der Vorlaufseite kurzgeschlossen
und die Homogenisiermaschine 13 aus dem Sterilwasserkreislauf herausgenommen. Nach
Durchfuerhung dieser Massnahmen und Schaltung der Ultrahocherhitzungsanlage auf
Sterilwasserkreislauf kann das erfindungsgemaesse Verfahren wie folgt durchgefuehrt
werden:
Das auf 85 Grad a erhitzte Wasser zur Sterilisierung der
Ultrahocherhitzungsanlage fliesst aus dem Vorlaufbehalter 1 ueber eine Pumpe 2,
die das Wasser zur Sterilisierulls ueber das Ventil 3 und der Blende 4 sowie einem
weiteren Ventil 5 dem Heisshalter 6 und dem Entgaser 7 zufuehrt.
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Wie bereits erwaehnt, ist die Homogenisiermashcine 13 waehrend des
Sterilisierens aus dem Sterilwasserkreislauf herausgenommen, so dass das Wasser
zur Sterilisierung ueber eine weitere Pumpe 8 und einem zugeschalteten Ventil 9
sowie der nachgeschalteten Pumpe 10 mit einem Sterilwasserdruck von ca. 6 bar ueber
die Ventile 11, 12 dem Sterilwasseraustauscher 14 zugefuehrt wird. Im Sterilwasseraustauscher
14 wird das Wasser zur Sterilisierung, der Ulteahocherhitzungsanlage durch das im
Ruecklauf kommende Sterilwasser im Gegenstrom bis auf 133 Grad G erhitzt. Mit dieser
Temperatur von 133 Grad C wird das Wasser zur Sterilisierung dem Erhitzer 1) zugefuehrt,
in dem das Wasser zur Sterilisierung auf 138 Grad C durch das im Gegenstrom fliessende
Heisswasser weiter erhitzt wird, so dass die Sterilisiertemperatur von 133 Grad
C erreicht ist. Das aus diesem Erhitzer austretende Wasser wird nui nehr als Sterilwasser
bezeichnet und durchfliesst zum Zweck der Sterilisierung den III. Austauscher 17
und den I. Austauscher 19. Nach Austritt aus den I. Austauscher 19 durchfliesst
das Sterilwasser wieder den Sterilwasseraustauscher 14 im Gegenstrom und kuehlt
sich dabei wieder von 138 Grad 0 auf 90 Grad C ab. Zur gleichen Zeit erhitzt sich
das neue Wasser zur Strilisieranlage, das durch diesen Sterilwasseraustauscher 14
Ziel Gegenstrom fliesst, wiederum au: 133 Grad C. Das inzwischen abgekuelt Sterilwasser,
das dem Sterilwasseraustascher 14 mit 90 Grad C verlaesst, wird ueber den nachgeschalteten
Kuehler 20 von 90 Grad C auf 85 Grad C heruntergekuehlt und dem Vorlaufbehaelter
1 mit dieser Temperatur zur Neuverwendung wieder zugefuehrt. Zu gleichen Zeit laeuft
parallel der Kreislauf azur Aufbereitung des Heisswassers, mit welchem im Erhitzer
15 die Steriltemperatur fuer das Sterilwasser geschaffen wird.
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Das Heisswasser wird in der Heisswassermischbatterie 21 auf
140
Grad 0 mittels Dampf von 145 Grad C aufbereitet. Danach fliesst das Heisawasser
von der Heisswassermischbatterie 21 in den Erhitzer 15 und ebhidjd im Gegencdbom
dac Gacceb zur Strilisierung der Ultrahocherhitzungsanlage von 133 Grad a auf Steriltemperatur
von 138 Grad O. Das Heisswasser selbst kuehlt sich waehrend dieser Zeft von 140
Grad a au9 135 Grad C ab und durchstroemt den kurzgeschlossenen II. Austauscher
18 und den kurzgeschlossenen III. Austauscher 17 und wird zur Neuafbereitun in die
Heisswassermischbatterie 21 zurueckgefuehrt. Das waehrend der Aufbereitungsphase
des Heisswassers entweichende Kondensat wird von der Heisswassermischbatterie 21
ueber eine Kondensatleitung zum Kuehler 20 zugefuehrt und im Kuehler 20 von 140
Grad C au9 85 Grad C heruntergekuehlt und anschliessend zur Verwendung als Wasser
fuer die Sterilisierung der Ultrahocherhitzungsanlage dem Vorlaufbehaelter 1 zugefuehrt.
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Durch den Einsatz dieses Verfahrens zur Sterilisierung von Ultrahocherhitzungsanlagen
wird der Energieaufwand wesentlich durch die durchgefuehrten Messnahmen im Sterilwasserkreislauf
reduziert. Gleichzeitig wird der Sterilwasserdurchsatz bei der Sterilisierung der
Ultrahochen hitzungsanlage auf 20 % des Nenndurchsatzes gesenkt.
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Die Aufheizung des Wassers als Sterilwasser zur Sterili sierung der
Anlage wird mit einem sehr hohen Eigenanteil aus der Waermerueckgewinnung erreicht.
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Die notwendige Dampfzufuhr zum Heisswasser wird au9 Grund der geringen
Temepraturerhoehung des Heisswassers von nur 5 Grad C stark verringert. Gleichzeitig
wurde erreicht, dass das ausscheidende Kondensat aus der Heisswassermischbaterie
unmittelbar nach Kuehlung in den Strilisierkreislauf einbezogen werden kann. Die
bisher bekannten hohen Temperaturenunterschiede zwischen dem Wasser zur Sterilisierung
der Anlage gegenueber den notwendigen Temperaturen des Sterilwassers konnten somit
sehr gering gehalten werden, d. h., dass die Aufbereitung des Wassers zur Sterilisierung
der
Ultrahocherhitzungsanlage durch des im Rueckfluss fliessende Sterilwasser zur Aufbereitung
des Wassers zur Sterilisierung der Anlage genutzt wird. Darueber hinaus kann such
Zuschaltung der Sterilwasserableitung im Plattenwaermeuebertrager auf einen zusaetzlichen
Plattenwaermeuebertrager, der bei bekannten Anlagen notwendig war, verzichtet werden.
Die elktrische Steueranlage zur Sterilisierung von Ultrahocherhitzungsanlagen wird
vereinfacht und eine 100-%-ige Steriliseirung der gesamten Ultrahocherhitzungsanlage
erreicht.
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