DE3234809A1

DE3234809A1 - Verfahren und vorrichtung zum sterilisieren bakterienhaltiger konzentrate

Info

Publication number: DE3234809A1
Application number: DE19823234809
Authority: DE
Inventors: Bengt Arne 24013 Genarp Palm
Original assignee: Alfa Laval AB
Current assignee: Alfa Laval AB
Priority date: 1981-09-22
Filing date: 1982-09-20
Publication date: 1983-04-14
Also published as: DK419182A; GB2106368B; SE427005B; CH668162A5; IT1212532B; CA1184861A; FR2513082B1; JPS5863375A; NL8203569A; FR2513082A1; DE3234809C2; US4390350A; IT8223383A0; GB2106368A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Sterilisieren bakterienhaltiger Konzentrate

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Behandeln von Gase wie Luft und Kohlendioxid sowie Mikroben enthaltenden Flüssigkeitsströmen wie beispielsweise Milch, wobei eine mit Mikroben angereicherte Teilströmung durch Zentrifugieren abgetrennt und zunächst zum Entfernen des größten Teils der Gase entgast, dann wärmesterilisiert und schließlich in die Hauptströmung zurückgeführt wird.

Derartige Verfahren und die entsprechenden Anlagen sind seit langem speziell zum Sterilisieren von Milch bei der Käseproduktion im Einsatz. Dabei wird die Milch in einer Spezial-Düsenzentrifuge zentrifugiert, wobei man aus der ankom-

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menden Milchströmung eine mit Mikroben - insbesondere Sporen angereicherte Teilströmung erhält, diese dann in einem speziellen ünterdruckentgaser entgast, um die in ihr vorhandenen Gase - beispielsweise Luft und Kohlendioxid - im wesentlichen vollständig aus ihr zu entfernen. Dieses Entgasen ist erforderlich wegen des nachfolgenden Sterilisierungsschritts, bei dem ein Dampfstrahl in einer Einspritzdüse zum Kondensieren gebracht wird. Es ist nämlich nicht möglich, ein stabiles Kondensieren zu erreichen, wenn die Milch Gase wie beispielsweise Luft enthält.

Das Verfahren der Milchsterilisierung unter Verwendung einer Düse ist weit verbreitet und herrscht auf diesem Gebiet vermutlich vor. Anlagen zur Durchführung dieses Verfahrens haben jedoch auch Nachteile. So sind sie empfindlich gegenüber Betriebsstörungen. Eine Änderung des Leistungsvermögens erfordert eine Änderung des eingestellten Rückströmungsdrucks. Weiterhin müssen die Anlagen in kurzen Abständen gründlich gereinigt werden. Da die Einspritzdüsen im Aufbau sehr kompliziert sind, kann man sie nicht nach dem sogenannten "cleaning in place"-Verfahren selbsttätig reinigen; stattdessen ist hierzu eine Behandlung von Hand erforderlich, die teuer und zeitraubend ist. Da die Gase also mehr oder weniger vollständig entfernt werden müssen, damit die Ein-

spritzdüse einwandfrei arbeitet, sind zum Entgasen teure Anlagenteile erforderlich.

Es hat daher seit langem Bedarf bestanden für ein einfaches Verfahren der oben erwähnten Art, das eine Änderung des Leistungsvermögens ohne mühsames Nachstellen der Verfahrensparameter sowie ein automatisches Reinigen der erforderlichen Anlagenteile erlaubt.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein derarti-' ges Verfahren anzugeben. Hierzu speist man die Teilströmung durch eine Teilungseinrichtung in einen geschlossenen Behälter ein, wobei man sie fein zerteilt, und speist auch Wasserdampf in den Behälter ein, um die Teilströmung durch direkte Kondensation zu erwärmen, worauf man sie unter Steuerung des Flüssigkeitsniveaus durch einen ersten Auslaß aus dem Behälter entnimmt, während das in der Teilströmung am Eingang zur Teilungsexnrichtung verbleibende Gas beim Zerteilen der Teilströmung von der Flüssigkeit durch eine zweite Entgasung abgetrennt und durch einen zweiten Auslaß aus dem Behälter abgeführt wird. Im feinzerteilten Zustand werden die Flüssigkeit und das übrige Gas voneinander getrennt, so daß der eingespeiste Dampf ohne Störung an den aus der Teilströmung erhaltenen Teilchen kondensieren kann, die dann zum Boden des Behälters

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absinken, wo eine Niveauregelung üblicher Bauart eine konstante Flüssigkeitshöhe aufrechterhält. Das freigesetzte Gas geht durch einen Auslaß über dem Boden des Behälters ab.

In einer geeigneten Ausfuhrungsform des Verfahrens wird der Teilströmung in der Teilungsvorrichtung eine wendeiförmige Strömungsbahn erteilt, so daß die Flüssigkeit und das verbliebene Gas durch einen Zykloneffekt voneinander getrennt werden.

Zweckmäßigerweise wird die Oberfläche des zweiten Auslasses, über die das beim zweiten Entgasen abgetrennte Gas streicht, gekühlt. Auf diese Weise verbessert man das Abführen des abgetrennten Gases aus dem Behälter.

Eine Anlage zum Durchführen des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung weist eine Zentrifugal-Trennvorrichtung zum Auftrennen der ankommenden Strömung in eine Haupt- und eine mikrobenreiche Teilströmung, eine Zyklon-Trennvorrichtung zum Entgasen sowie einen geschlossenen Behälter auf, wobei die beiden letztgenannten Anlagenteile über die Teilströmung führende Leitungen miteinander in Reihe verbunden sind. Die Anordnung ist gekennzeichnet durch einen Einlaß zum Behälter in Form einer Teilungsvorrichtung, die so kon-

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struiert ist, daß sie eine ankommende Teilströmung fein zerteilt, durch einen Wasserdampfeinlaß, einen ersten Auslaß für die abgegebene Teilströmung im Behälterboden, eine Einrichtung zum Regeln des Flüssigkeitsniveaus im Behälter, und durch einen zweiten Auslaß für das abgegebene Gas im Behälter.

Der erste Auslaß ist an eine Leitung für die Hauptströmung angeschlossen, so daß die Teilströmung mit der Hauptströmung zusammengeführt wird und dann die Ausgangsströmung der Anlage darstellt.

Während die Teilströmung von der Teilungseinrichtung im Behälter fein aufgeteilt wird, trennen sich auch die in der Strömung enthaltenen Gase von der Flüssigkeit. Flüssigkeitsteilchen stellen Kondensationskeime für den zugeführten Wasserdampf dar, so daß ihre Temperatur auf die Sterilisationstemperatur ansteigt. Infolge der Niveauregelung im Behälter erreicht man eine gewisse Verweildauer; es ist also immer eine bestimmte Menge Flüssigkeit am Behälterboden vorhanden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die eine Teilungseinrichtung aufweist, die als offener Behälter gestaltet ist und die mit einer drehzylindrischen Wandung und einem Giebel

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sowie einem Tangentialeinlaß versehen ist, erhält man eine verbesserte Trennung der Gase von der Flüssigkeit.

Es ist besonders vorteilhaft, den zweiten Auslaß für das abzugebende Gas mit einem Kühlmantel zu umgeben, da in diesem Fall die Abtrennung dieses Gases vom Behälter erleichtert wird. Der Auslaß ist an einen thermodynamischen Gas- und Kondensatableiter bekannter Bauart angeschlossen zwecks selbsttätiger Gas- und Kondensatabgabe. Er arbeitet in der Weise, daß er nur Gas abgibt, dessen Temperatur niedriger als die es gesättigten Dampfes im Behälter ist. Zweckmäßigerweise ist der Behälterboden mit einem äußeren Kühlmantel versehen, so daß sich die Temperatur dieses Behälterteils und die Gefahr von Ablagerungen verringern lassen.

Eine Anlage der oben beschriebenen Art ist einfach aufgebaut, erlaubt einen stabilen Betrieb mit einer einfachen Möglichkeit zum Ändern des Leistungsvermögens und läßt sich selbsttätig reinigen, da sie keine komplizierten Teile enthält. Weiterhin hat diese Anlage den Vorteil, daß sie sich unmittelbar an eine nachfolgende Pasteurisieranlage anschließen läßt, die dann die zugeführte Wärme nutzen kann (abgesehen von einer kleinen Wärmemenge, die infolge der Kühlung durch den Kühlmantel am zweiten Auslaß und am Behälter-

- 10 boden abgeführt wird).

Die Erfindung soll nun ausführlich bechrieben werden unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung, die eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Fig. 1 zeigt eine Zentrifugal-Trennvorrichtung mit einem Rotor mit kleinen Düsen am Umfang, eine Eingangsleitung für die ankommende Milchströmung 2, einer Auslaßleitung für mit Mikroben angereicherte Milch 3 sowie einer Auslaßleitung für von im wesentlichen mikrobenfreie Milch 4. Die Leitung 3 ist an eine Zyklon-Trennvorrichtung 5 geführt, die einen Auslaß für abgetrenntes Gas und einen Auslaß 7 für entgaste Milch hat. Letzterer ist über die Pumpe 8, eine Leitung 9, ein Zweiwegeventil 10, eine Leitung 11 und ein Rückschlagventil 12 an einen geschlossenen Behälter 13 geführt, der die sogenannte Sterilisierungskammer darstellt. Vom Zweiwegeventil 10 führt auch eine Leitung 14 für eine Rückführströmung ab. Der Behälter 13 ist mit einer Düse 15 versehen, die als Teilungseinrichtung arbeitet und der ankommenden Strömung eine wendeiförmige Strömungsbahn erteilt. Der Behälter 13 ist weiterhin mit einem Dampfeinlaß 16 versehen; die Dampfzufuhr wird mit einem Ventil 17 gesteuert. Am Boden des Behälters 13 befindet sich ein Auslaß 18 mit einem - nicht dargestellten - Niveauschwimmer, der auf ein Ventil 19 arbeitet, das seinerseits die

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Strömung der mikrobenfreien Milch durch eine Leitung 20 auf eine unten zu beschreibende Weise steuert. Die Strömungen aus der Leitung 20 und dem Auslaß 18 werden gemeinsam mit einer Leitung 21, einer Pumpe 22, einer Leitung 23, einem Ventil 24 und einer Leitung 25 in eine Leitung 26 gegeben, die zur Auslaßleitung für die mikrobenfreie Milch 4 führt. In dieser Leitung 26 befindet sich ein Ventil 27 hinter dem Auslaß für die Leitung 20. In den Behälter 13 ist unter der Einspritzdüse 15 eine Gasauslaßleitung 28 mit einem Wassermantel eingeführt. Kühlwasser wird durch einen Einlaß 29 zu- und durch einen Auslaß 30 abgeführt. Die Gasauslaßleitung 28 ist an einen thermodynamischen Gas- und Kondensatableiter 31 gelegt.

Der Boden des Behälters 13 ist außen mit einem Mantel 32 versehen, dem Kühlwasser über einen Einlaß 33 zu- und über einen Auslaß 34 abgeführt wird. Zum Reinigen der Anlage ist an den Behälter 13 eine ein Ventil enthaltende Einlaßleitung 35 angeschlossen.

Die Anlage arbeitet wie folgt:

Die Milch gelangt zur Zentrifugal-Trennvorrichtung 1; eine mit Mikroben angereicherte Teilströmung (etwa 2 bis 3 % der ankommenden Strömung) wird der Zyklon-Trennvorrichtung 5 zu-

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geführt, wo ein großer Teil der Luft abgetrennt und durch den Auslaß abgelassen wird. Die teilentlüftete Flüssigkeitsströmung wird über die Einspritzdüse 15 in den Behälter 13 gepumpt, wobei die Strömung fein zerteilt wird und auf den Wasserdampf (zweckmäßigerweise von 135 bis 140⁰C bei 2,2 bis 2,7 bar) trifft, der druckgesteuert durch den Dampfeinlaß 16 zugeführt wird; die Drucksteuerung erfolgt mit dem Ventil 17. Die aus der Einspritzdüse abwärts strömende Flüssigkeit bildet kleine Tröpfchen und nimmt durch direkte Kondensation etwa die Temperatur des Dampfes an. Der Niveauschwimmer im Auslaß 18 steuert das Ventil 19 so, daß die heiße Strömung aus dem Behälter 13 nach einer Verweilzeit von 5 bis 15 Sekunden mit einer Strömung aus kalter mikrobenarmer Milch aus der Leitung 20 und dem Ventil 19 gemischt wird. Die Mischung wird dann mit der Pumpe 2 2 in die Leitung 26 gepumpt, die den Rest der mikrobenarmen Milch vom Auslaß 4 her führt. Die Strömung durch das Ventil 19 wird mit einem Ventil 24 voreingestellt, das so eingestellt ist, daß die Temperatur in der Leitung 21 einige Celsiusgrade höher als die der Milchströmung 2 ist; beträgt beispielsweise die zuletzt genannte Temperatur 64⁰C, so ist die Temperatur in der Leitung 68 bis 70⁰C. Falls die Strömung im Behälter 13 sich aus irgendeinem Grund ändert, steuert das Ventil 19 die Strömung in der Leitung 20 so, daß das Verhältnis zwischen den

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beiden Strömungen konstant bleibt. Das Ventil 27 soll gewährleisten, daß der Druck in der Leitung 26 nicht höher als der Dampfdruck im Behälter 13 plus dem Druckanstieg durch die Pumpe 22 ist.

Luft und andere mit der mikrobenreichen Strömung in den. Behälter 13 gelangende Gase werden durch die Gasauslaßleitung 28 abgeführt, deren Öffnung nach unten gerichtet ist. Der Wassermantel bildet im Rohr eine kalte Wandung aus, die die Trennung von Luft und anderen Gasen erleichtert, die durch den thermodynamischen Gas- und Kondensatableiter 31 abgelassen werden.

Der Behälter wird am Boden durch den äußeren Mantel 32 gekühlt. Mit dieser Maßnahme soll verhindert werden, daß die Strömung im Behälter 13 auf einen Boden trifft, der wärmer als die Strömung selbst ist. Auf diese Weise lassen sich Ablagerungen vermeiden.

Das Ventil 10 kann mit einem Temperaturfühler im Behälter 13 so geregelt werden, daß, wenn die Temperatur in ihm zu niedrig ist, das Ventil so verstellt wird, daß mikrobenreiche Strömung über die Rückführleitung 14 rückgeführt wird, bis die Temperatur wieder hoch genug für die Sterilisierung ist.

Da für die moderne Lebensmittelbehandlung eine Durchlaufreinigung ohne Demontage und Handarbeit gefordert wird, soll die Reinigung im normalen Prozeßverlauf mit Alkalilauge, Wasser usw. erfolgen. Verwendet man die Einlaßleitung 35 zur
Reinigung, bewirkt der Schwimmer im Auslaß 18, daß die Strömung durch das Ventil 19 so weit abnimmt wie die Strömung
in der Einlaßleitung 35. Das Rückschlagventil 12 verhindert, daß Dampf zur Pumpe 8 gelangt, falls diese anhält.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Behandlung von Strömen von Gase wie Luft und Kohlendioxid sowie Mikroben enthaltenden Flüssigkeiten wie beispielsweise Milch, bei dem man eine mit Mikroben angereicherte Teilströmung durch Zentrifugieren von der Strömung abtrennt und einer ersten Entgasung unterwirft, um den Gasanteil größtenteils zu entfernen, sie dann zum Sterilisieren wärmebehandelt und schließlich der Strömung wieder zumischt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Teilströmung über eine Teilungseinrichtung in einen geschlossenen Behäl-

ter einspeist, wobei sie fein zerteilt wird, daß man auch Wasserdampf in den Behälter einspeist, um die Teilströmung durch direkte Kondensation zu erwärmen, und die Teilströmung dann unter Niveaureglung durch einen ersten Auslaß aus dem Behälter abnimmt, während man in der Teilströmung am Eingang zur Teilungseinrichtung verbleibendes Gas beim feinen Zerteilen von der Flüssigkeit durch eine zweite Entgasung abtrennt und durch einen zweiten Auslaß aus dem Behälter abführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man der Teilströmung in der Teilungseinrichtung eine wendelförmige Strömungsbahn erteilt, so daß die Flüssigkeit und das darin verbliebene Gas durch eine Zyklonwirkung voneinander getrennt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche des zweiten Auslasses, über die das Gas aus der zweiten Entgasung streicht, kühlt.

4. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Zentrifugal-Trennvorrichtung (1) zum Auftrennen der ankommenden Strömung in eine Haupt- und· eine mit Mikroben angereicherte Teilströmung, einer Zyklon-

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Trennvorrichtung (5) zum Entgasen und einem geschlossenen Behälter (13), wobei die beiden letzterwähnten Anlagenteile über die Teilströmung führenden Leitungen (7, 9, 11) in Reihe miteinander verbunden sind, gekennzeichnet durch einen Einlaß (15) zum Behälter (13) in Form einer Teilungseinrichtung (15), die eine ankommende Teilströmung fein zerteilt, durch einen Dampfeinlaß (16), durch einen ersten Auslaß (18) zum Ablassen der Teilströmungg im Boden des Behälters (13), durch eine Einrichtung (19) zur Regelung des Flüssigkeitsniveaus im Behälter (13), und durch einen zweiten Auslaß (28) für abgeführtes Gas im Behälter (13).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilungseinrichtung (15) als offener Behälter ausgeführt ist, der eine drehzylindrische Wandung und einen Giebel aufweist, wodurch die Teilungseinrichtung mit einem Tangentialeinlaß versehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß den zweiten Auslaß <28) ein Mantel umgibt, der ein Kühlmittel führt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden des Behälters (13) ein Kühlmantel (32) vorgesehen ist, der ein Kühlmittel führt.