DE4131208A1 - Verfahren und vorrichtung zum foerdern einer fluessigkeit und eines anderen fliessfaehigen mediums durch dieselbe foerderleitung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Fördern einer Flüssigkeit und eines anderen fließfähigen Mediums durch die­ selbe Förderleitung, bei dem die Flüssigkeit und das andere Me­ dium nacheinander dem vorderen Ende der Förderleitung zugeführt werden und zwischen der Flüssigkeit und dem anderen Medium ein Trennkörper eingebracht wird, der den Leitungsquerschnitt aus­ füllt, worauf der Trennkörper zusammen mit der Flüssigkeit und dem anderen Medium durch die Förderleitung gefördert wird, wo­ bei der Trennkörper die Flüssigkeit und das andere Medium weit­ gehend vermischungsfrei voneinander trennt.

Es gibt eine Vielzahl von Anwendungsfällen, in denen für den Transport verschiedener Produkte nur eine Förderleitung zur Verfügung steht, so daß die Produkte nacheinander durch die Förderleitung gepumpt werden müssen. Bei diesen Produkten kann es sich beispielsweise um Lebensmittel (Milchprodukte, Ge­ tränke, Streichfette usw.) aber auch um andere durch eine Rohrleitung transportierbare Stoffe (Abwässer, Chemikalien usw.) handeln. Dabei können diese Produkte oder Stoffe eine dünnflüssige bis dickflüssige oder gar pastöse Konsistenz auf­ weisen.

Die einfachste Fördermethode besteht darin, das vorhergehende Produkt mit dem nachfolgenden Produkt durch die Förderleitung auszuschieben. Hierbei kommt es jedoch zu einer mehr oder min­ der starken Vermischung der beiden Produkte mit der Folge, daß ein entsprechendes Mischphasenvolumen wegen nicht ausreichender Produktreinheit ausgeschieden werden muß, selbst wenn, wie es bei untereinander ähnlichen Produkten der Fall sein kann, ein geringer Fremdanteil des anderen Produkts noch in Kauf genommen werden kann. Die Folge sind erhebliche Produktverluste und zugleich Umweltbelastungen durch die den Reinheitsanforderungen nicht entsprechenden Mischphasen, die entsorgt werden müssen. Es ist ersichtlich, daß bei häufigen bzw. regelmäßig wiederkeh­ renden Produktwechseln die Verluste bzw. Belastungen zu ernst­ haften Nachteilen führen.

Es kann auch erforderlich sein, vor Beginn der Förderung des nachfolgenden Produkts die Förderleitung zunächst zu reinigen oder zumindest zu spülen, in dem zwischen den Produkten eine Reinigungsflüssigkeit und/oder ein Spülmittel (Wasser) durch die Förderleitung transportiert wird. Dann kommt es anstelle einer Produktvermischung zu einer Verunreinigung oder Verdün­ nung des Endvolumens des ersten Produkts und des Anfangsvolu­ mens des Zweitprodukts durch die Reinigungsflüssigkeit bzw. das Spülwasser, was ebenfalls nachteilig ist.

Um der Mischphasenbildung entgegenzuwirken, ist es bekannt, wie im eingangs beschriebenen Verfahren angegeben mit Trennkör­ pern zwischen den einzelnen Flüssigkeiten bzw. Medien zu arbei­ ten (DE 25 29 346 B). Dabei werden als Trennkörper sogenannte Trennmolche in Form von Kautschukkugeln verwendet, deren Durch­ messer dem Innendurchmesser der Förderleitung entspricht. Die bekannte Anlage ist zum Füllen und Löschen von Tankern mit Mi­ neralölprodukten bzw. Chemikalien vorgesehen.

Das Fördern mit Trennmolchen zwischen den Produkten bzw. Flüs­ sigkeiten verhindert zwar weitgehend Vermischungen, problema­ tisch ist aber dabei das Einbringen und Ausbringen der Trenn­ molche. Das gilt in besonderem Maße für die Förderung von Nah­ rungsmitteln, beispielsweise Milchprodukten, bei denen bakte­ riologische Verunreinigungen zu befürchten sind.

Gleichwohl wird die Trennmolch-Förderung auch bereits bei Milch angewendet (EP 22 276 A). Hier wird ein Ein- und Ausbringen der Trennmolche dadurch umgangen, daß eine vorbestimmte Anzahl von Trennmolchen in das System integriert sind, die nach Erfüllung ihrer Funktion, Milch von Spülflüssigkeit und diese von Reini­ gungsflüssigkeit zu trennen, am Ende der Förderleitung in einer zentralen Auffangeinrichtung innerhalb einer Rohrleitungserwei­ terung aufgefangen werden, um nach Beendigung eines Förder- und Reinigungszyklus mittels Druckluft durch die Förderleitung zu einer Einbringstation am Anfang bzw. vorderen Ende der Förder­ leitung zurücktransportiert zu werden. Eine solche Arbeitsweise ist aber vergleichsweise umständlich und erfordert eine kompli­ zierte Anlage sowie eine aufwendige Steuerung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einfache und doch wirksame Weise der Vermischung aufeinanderfolgend geförderter Produkte oder Medien vorzubeugen, ohne daß die Gefahr bakterio­ logischer Verunreinigungen besteht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß als Trennkörper ein Eispfropfen ver­ wendet, der durch Kühlung der Flüssigkeit in einem vorderen Leitungsabschnitt der Förderleitung gebildet wird.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durch­ führung dieses Verfahrens mit einer Förderleitung, deren vor­ derem Ende wenigstens ein absperrbarer Anschluß für die Zufüh­ rung einer Flüssigkeit und wenigstens eines anderen fließfähi­ gen Mediums zugeordnet ist und die einen vorderen Leitungsab­ schnitt mit einer Anordnung zum Einbringen eines Trennkörpers in die Förderleitung aufweist. Dabei ist erfindungsgemäß vorge­ sehen, daß die Anordnung zum Einbringen des Trennkörpers eine Vereisungsanordnung ist, die einen Zulauf für einen fließfähi­ gen Kälteträger zur Vereisung von Flüssigkeit im vorderen Lei­ tungsabschnitt aufweist.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungs­ gemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung erge­ ben sich aus den Unteransprüchen.

Somit wird erfindungsgemäß gleichfalls nach dem Trennmolch- Prinzip gearbeitet, wobei jedoch die Erkenntnis genutzt wird, daß es nicht erforderlich ist, einen gesonderten Trennmolch im Sinne eines Fremdkörpers zwischen die aufeinanderfolgend trans­ portierten Flüssigkeiten bzw. Medien einzubringen, sondern daß es möglich ist, aus der zu transportierenden Flüssigkeit selbst einen Trennkörper zu schaffen, indem ein entsprechendes Flüs­ sigkeitsvolumen durch Vereisung bzw. Kristallisation zur Er­ starrung gebracht wird. Dabei besteht keine Verunreinigungsge­ fahr. Ebenso entfällt die Notwendigkeit, den Eispfropfen am Ende der Förderleitung abzusondern und zum Anfang der Förder­ leitung zurückzubefördern. Vielmehr läßt sich der Eispfropfen einfach durch Schmelzen wieder in die ursprüngliche Flüssigkeit überführen.

Entsprechend einfach kann auch ein Passierhindernis wie ein in die Förderleitung eingebautes Ventil mit einer Querschnittsver­ engung oder ein Leitungsbogen dadurch bewältigt werden, daß der Eispfropfen unmittelbar vor dem Hindernis aufgetaut wird und unmittelbar hinter dem Hindernis wieder ein neuer Eispfropfen gebildet wird. Dabei ist keine wesentliche Vermischung zu be­ fürchten, zumal der neue Eispfropfen bereits gebildet werden kann, bevor der alte geschmolzen ist.

Als Kälteträger zum Vereisen der Flüssigkeit zu einem Eispfropfen können Gase und Flüssigkeiten verwendet werden, die in der Lage sind, innerhalb kurzer Zeit die durch die För­ derleitung zu transportierende Flüssigkeit zu kristallisieren bzw. einzufrieren. Beispielsweise kommen als Gase Kohlendioxid (CO₂), Stickstoff (N₂) oder Sauerstoff (O₂) in Betracht, die ggf. auch in verflüssigter Form zugeführt werden können. Als flüssige Kälteträger kommen Flüssigkeiten mit deutlich niedri­ gerer Gefriertemperatur als die zu vereisende Flüssigkeit in Betracht. Ebenfalls können Kältemittel wie Ammoniak (NH₃) oder Frigen zur Anwendung kommen, die bei Kälteerzeugungsanlagen eingesetzt werden.

Der benötigte Eispfropfen läßt sich in einfacher Weise und be­ sonders schnell bzw. schockartig dadurch erzeugen, daß ein Käl­ teträger-Gas in den betreffenden Leitungsabschnitt der Förder­ leitung eingespritzt wird. Mittels einer genauen Dosierung der eingespritzten Gasmenge läßt sich in Abhängigkeit von den Ei­ genschaften der zu fördernden Flüssigkeit die Größe (Länge) des Eispfropfens festlegen. Da es sich bei den vorgenannten Kälte­ träger-Gasen um sterile und geschmacklich indifferente Gase handelt, die zudem wieder aus der geförderten Flüssigkeit ent­ weichen, ist die direkte Einleitung der Gase auch im Lebensmit­ telbereich unbedenklich.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich nicht nur anwenden, um verschiedene Flüssigkeiten während ihrer Förderung voneinander zu trennen, ebenso kann auch eine Trennung zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit innerhalb der Förderleitung erfolgen. In diesem Falle kann der Eispfropfen nur aus dem einen flüssigen Medium gebildet werden. Dementsprechend kommt es darauf an, daß zumindest jedes zweite geförderte Medium eine gefrierfähige Flüssigkeit ist. Dabei ist es natürlich möglich, zwischen zwei normalerweise aufeinanderfolgenden nicht gefrierfähigen Medien ein kleines Volumen gefrierfähiger Flüssigkeit einzubringen, damit auch in diesem Falle erfindungsgemäß einer Vermischung der Medien vorgebeugt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Anlage zur Verarbeitung bzw. Förderung von drei verschiedenen Produkten;

Fig. 2 einen vergrößerten Längsschnitt durch die in Fig. 1 vorgesehene Vereisungsstation mit indirekter Kühlung;

Fig. 3 eine alternativ zu Fig. 2 anwendbare Vereisungsstation mit direkter Einspritzkühlung; und

Fig. 4 die in Fig. 1 vorgesehene Auftaustation in einem ver­ größerten Längsschnitt.

Fig. 1 zeigt drei Behälter 1, 2, 3, die verschiedene Produkte P1, P2, P3 enthalten. Die Behälter 1, 2, 3 sind bodenseitig über Anschlüsse 4 bzw. 5 bzw. 6, die jeweils ein absperrbares Behälterventil 7 bzw. 8 bzw. 9 aufweisen, mit einer gemeinsamen Produktleitung 10 verbunden, die den drei Behältern zugeordnete Produktventile 11 bzw. 12 bzw. 13 aufweist und zu einer Pumpe 14 führt.

Ferner ist eine gemeinsame Reinigungsleitung 15 mit drei Reini­ gungsventilen 16, 17, 18 vorgesehen, von denen jeweils eine Zweigleitung 19, 20, 21 zu einem der Produktventile 11, 12, 13 führt. Die Reinigungsventile 16, 17, 18 und die Produktventile 11, 12, 13 sowie die Behälterventile 7, 8, 9 können so betätigt bzw. eingestellt werden, daß eine Reinigungsflüssigkeit bzw. Spülwasser aus der Reinigungsleitung 15 - ggf. abschnittsweise - der Produktleitung 10 und - einzeln oder gleichzeitig - den Behältern 1, 2, 3 zugeführt werden kann. Ebenso lassen sich die Behälter 1, 2, 3 einzeln mit der Produktleitung 10 verbinden.

An die Pumpe 14 schließt sich eine gemeinsame Förderleitung 22 an, die einen vorderen Leitungsabschnitt 23, einen mittleren Leitungsabschnitt 24 und einen hinteren Leitungsabschnitt 25 aufweist. Der vordere Leitungsabschnitt 23 ist mit einer Verei­ sungsanordnung 26 versehen, während dem hinteren Leitungsab­ schnitt 25 eine Auftauanordnung 27 zugeordnet ist.

Der mittlere Leitungsabschnitt 24 weist ein Passierhindernis 28 auf, das zwar von Flüssigkeit durchströmt werden kann, einen den Leitungsquerschnitt ausfüllenden starren Körper jedoch nicht passieren läßt. Im dargestellten Fall ist das Passierhin­ dernis von einem Rohrbogen 29 gebildet, es könnte sich jedoch auch um ein Ventil oder anderes Organ mit einer Querschnitt­ seinschnürung handeln. Unmittelbar vor diesem Passierhindernis 28 ist eine weitere Auftauanordnung 30 und unmittelbar hinter dem Passierhindernis 28 ist eine weitere Vereisungsanordnung 31 angeordnet.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen, weist die Vereisungsanordnung 26 eine den vorderen Leitungsabschnitt 23 der Förderleitung 22 um­ schließende Ummantelung 32 mit einem Zulauf 33 und einem Ablauf 34 auf. Somit ist zwischen dem Leitungsabschnitt 23 und der Um­ mantelung 32 eine Vereisungskammer 35 gebildet, die wie durch senkrechte Pfeile dargestellt mit einem Kälteträger 36 durch­ strömt werden kann. Mittels dieses Kälteträgers läßt sich im Leitungsabschnitt 23 befindliche, gefrierfähige Flüssigkeit so­ weit abkühlen, daß im Bereich der Vereisungsanordnung 26 ein Eispfropfen 37 entsteht, der in Fig. 2 angedeutet ist. Dieser Eispfropfen 37 bildet einen molchartigen Trennkörper zwischen den fließfähigen Medien auf seinen sich gegenüberliegenden Stirnseiten. Wie die horizontalen Pfeile in Fig. 2 andeuten, läßt sich der Eispfropfen zusammen mit den durch ihn getrennten Medien durch die Förderleitung 22 fördern.

Fig. 3 zeigt eine an Stelle der Vereisungsanordnung 26 ver­ wendbare Vereisungsanordnung 38, die einen Anbohraufsatz 39 mit einer Ventilkammer 40 und einem Zulauf 41 für den Kälteträger 42 aufweist. Ein mittels einer Membran 43 abgedichteter Ventil­ schaft 44 ist über eine nicht dargestellte Steuereinrichtung zwischen der Öffnungsstellung und der dargestellten Schließstel­ lung verstellbar, in welcher der pilzförmige Ventilkörper 45 die im Leitungsabschnitt 23 angebrachte Leitungsbohrung 46 ver­ schließt. Somit kann durch kurzzeitiges Öffnen des vom Ventil­ körper 45 und dem Ventilsitz 47 gebildeten Absperrventils 48 eine vorbestimmte Menge des Kälteträgers 42 in den Leitungsab­ schnitt 23 bzw. in die im Leitungsabschnitt 23 befindliche Flüssigkeit eingespritzt werden.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem eingespritzten Kälteträger um ein tiefgekühltes und ggf. auch verflüssigtes Gas. Die ein­ gespritzte Kälteträgermenge bewirkt eine sofortige Vereisung der gefrierfähigen Flüssigkeit unter Bildung eines Eispfropfens 49, wie er in Fig. 3 angedeutet ist.

Die in Fig. 4 dargestellte Auftauanordnung 27 entspricht appa­ rativ der Vereisungsanordnung 26 in Fig. 2 und weist dement­ sprechend eine den hinteren Leitungsabschnitt 25 umschließende Ummantelung 50 auf, die eine Auftaukammer 51 bildet, der statt eines Kälteträgers ein Wärmeträger 52 zugeführt wird. Dement­ sprechend schafft die Auftauanordnung 27 die Möglichkeit, den in der Vereisungsanordnung am Anfang der Förderleitung 22 ge­ bildeten Eispfropfen 37 in kurzer Zeit zu schmelzen.

Ersichtlich kann auf die Auftauanordnung 27 verzichtet werden, wenn bei unterbrochenem Förderbetrieb bzw. bei stillstehender Pumpe 14 das Abschmelzen des Eispfropfens 37 allein durch die Wärmezufuhr aus der Umgebung abgewartet wird. Ggf. kann auch der Eispfropfen 37 einfach ausgeschieden werden, nachdem er seine Trennfunktion erfüllt hat.

Die Auftauanordnung 30 und die Vereisungsanordnung 31 im mitt­ leren Leitungsabschnitt 24 der Förderleitung 22, die nur bei Vorhandensein eines Passierhindernisses 28 vorgesehen werden, sind wie die Auftauanordnung 27 bzw. die Vereisungsanordnung 26 oder 38 ausgebildet, so daß weitere Angaben dazu entbehrlich sind.

Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens sei angenom­ men, daß es sich bei den Produkten P1, P2 und P3 um drei ver­ schiedene Yoghurt-Sorten handelt, die mit einer gemeinsamen Ab­ füllvorrichtung verarbeitet werden sollen, die sich an die För­ derleitung 22 anschließt und in Fig. 1 nicht dargestellt ist. Die Abfüllung hat möglichst produktrein bzw. mit geringstmögli­ cher Vermischung zwischen den Produkten P1, P2 und P3 zu erfol­ gen.

Bei geleerter und gereinigter Förderleitung 22 wird zunächst mit dem Abfüllen des Produktes P3 bzw. der Entleerung des Be­ hälters 3 begonnen, indem das flüssige Produkt mittels der Pumpe 14 durch die Förderleitung 22 ausgeschoben wird. Nach der vollständigen Entleerung des Behälters 3 ist die Produktleitung 10 ebenfalls geleert während die Förderleitung 22 noch mit dem Produkt P3 gefüllt ist. Dementsprechend enthält der vordere Leitungsabschnitt 23 die letzte von der Pumpe 14 geförderte Produktmenge P3. Bei abgeschalteter Pumpe 14 wird nunmehr die Vereisungsanordnung 26 bzw. 38 betrieben und dementsprechend aus der letzten Produktmenge P3 ein Eispfropfen 37 bzw. 49 ge­ bildet.

Danach wird der Behälter 2 mit der Produktleitung 10 in Verbin­ dung gebracht, worauf das Produkt P2 mittels der Pumpe 14 durch die Förderleitung 22 gefördert wird. Dabei schiebt das Produkt P2 den Eispfropfen 37 bzw. 49 durch die Förderleitung vor sich her, wodurch auch das restliche noch in der Förderleitung 22 befindliche Produkt P1 in die Abfüllvorrichtung ausgeschoben wird.

Nach der Entleerung des Behälters 2 wird in entsprechender Weise mittels der Vereisungsanordnung 26 bzw. 38 ein Eispfrop­ fen 37 bzw. 49 aus dem Produkt P2 gebildet, worauf der Behälter 1 an die Produktleitung 10 angeschlossen und mittels der Pumpe 14 geleert wird. Auch nach der Entleerung des Behälters 1 wird aus der letzten Produktmenge P1 ein Eispfropfen 37 bzw. 49 ge­ bildet, worauf das noch in der Förderleitung 22 verbliebene Produkt P1 mittels Spülwasser ausgeschoben werden kann, das aus der Reinigungsleitung 15 über die Produktleitung 10 nachgeführt wird.

Wie bereits ausgeführt können die Eispfropfen 37 bzw. 49, wenn sie am Ende der Förderleitung 22 eintreffen, einfach ausge­ schieden und beseitigt werden, ohne daß deswegen die Förderung durch die Förderleitung 22 unterbrochen werden muß. Alternativ kann die Förderung durch Stillsetzen der Pumpe 14 unterbrochen und die Auftauanordnung 27 betrieben werden, um den Eispfropfen 37 bzw. 49 wieder in das flüssige Produkt zu überführen.

Claims (11)

1. Verfahren zum Fördern einer Flüssigkeit und eines anderen fließfähigen Mediums durch dieselbe Förderleitung, bei dem die Flüssigkeit und das andere Medium nacheinander dem vor­ deren Ende der Förderleitung (22) zugeführt werden und zwi­ schen der Flüssigkeit und dem anderen Medium ein Trennkör­ per (37, 49) eingebracht wird, der den Leitungsquerschnitt ausfüllt, worauf der Trennkörper (37, 49) zusammen mit der Flüssigkeit und dem anderen Medium durch die Förderleitung (22) gefördert wird, wobei der Trennkörper die Flüssigkeit und das andere Medium weitgehend vermischungsfrei voneinan­ der trennt, dadurch gekennzeichnet, daß als Trennkörper ein Eispfropfen (37, 49) verwendet wird, der durch Kühlung der Flüssigkeit in einem vorderen Leitungsabschnitt (23) der Förderleitung (22) gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eispfropfen (49) durch Einleiten eines fließfähigen Kälte­ trägers (42) in die Flüssigkeit gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kälteträger (42) ein gegebenenfalls verflüssigtes Gas ein­ geleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vereisungskälte der Flüssigkeit durch Umströmen des vorde­ ren Leitungsabschnitts (23) mit einem Kälteträger (36) zu­ geführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Kälteträger (36) ein für die Kälteerzeugung eingesetztes Kältemittel dient.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Förderleitung (22), deren vorderem Ende wenig­ stens ein absperrbarer Anschluß (4, 5, 6) für die Zuführung einer Flüssigkeit und wenigstens eines anderen fließfähigen Mediums zugeordnet ist und die einen vorderen Leitungsab­ schnitt (23) mit einer Anordnung (26, 38) zum Einbringen eines Trennkörpers (37, 49) in die Förderleitung (22) auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zum Ein­ bringen des Trennkörpers eine Vereisungsanordnung (26, 38) ist, die einen Zulauf (33, 41) für einen fließfähigen Käl­ teträger (36, 42) zur Vereisung von Flüssigkeit im vorderen Leitungsabschnitt (23) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf (41) über ein Absperrventil (48) in die Förder­ leitung (22) mündet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Leitungsabschnitt (23) von einer Vereisungskam­ mer (35) ummantelt ist, in die der Zulauf (33) einmündet und an die ein Ablauf (34) für den Kälteträger (36) ange­ schlossen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vereisungskammer (35) den Verdampfer eines der Kälteer­ zeugung dienenden Kältemittel-Kreislaufs bildet.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9 mit einem Trennkörper-Passierhindernis (28) in einem mittleren oder hinteren Bereich der Förderleitung (22), dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Passierhindernis (28) eine Auf­ tauanordnung (27, 30) mit einer Wärmezuführung zum Auftauen des Eispfropfens (37, 49) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10 mit in einem mittleren Bereich der Förderleitung (22) angeordnetem Passierhindernis (28), dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Passierhindernis (28) eine weitere Vereisungsanordnung (31) zur Bildung ei­ nes neuen Eispfropfens (37, 49) vorgesehen ist.