DE69726456T2

DE69726456T2 - Verfahren und gerät zum mischen zweier ströme

Info

Publication number: DE69726456T2
Application number: DE69726456T
Authority: DE
Inventors: Bo Wallther
Original assignee: TETRA LAVAL HOLDINGS and FINANCE PULLY SA; Tetra Laval Holdings and Finance SA
Current assignee: TETRA LAVAL HOLDINGS and FINANCE PULLY SA; Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2017-12-19
Also published as: ATE254954T1; SE508137C2; SE9604686L; SE9604686D0; US6076955A; ES2212143T3; WO1998026862A1; BR9713768A; PT963241E; DE69726456D1; CN1247483A; EP0963241B1; AU5504898A; DK0963241T3; EP0963241A1; CN1104942C

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Mischen zweier Ströme, die aus einem ersten, größeren Strom und einem zweiten, kleineren Strom bestehen. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Bei der Produktion von Getränken wie Fruchtsäften, Nektaren, stillen Getränken (alkoholfreie Getränke ohne Kohlensäure) und dergleichen, sollen oft zwei oder mehr Ströme unterschiedlicher Natur miteinander vermischt werden. Derartige Mischungen können zum Beispiel aus einem Gemisch eines Fruchtkonzentrats mit Wasser, Zuckerlösung mit Fruchtsacht, etc. bestehen. Nach dem Mischvorgang wird der Zuckergehalt in dem Produkt in °Brix mit Hilfe eines Refraktometers gemessen. Damit der Brix-Wert des Produkts so zuverlässig wie möglich ist, muss die Mischung so homogen wie möglich sein, bevor das Produkt das Refraktometer erreicht.
Das Mischen kann auf verschiedene Weisen durchgeführt werden. Ein Verfahren besteht im chargenweisen Mischen in einem Tank mit Rührern, wobei dieses Verfahren teuer ist und einen großen Raumbedarf hat. Ein weiteres Verfahren besteht darin, dass der Mischvorgang in einem so genannten statischen Mischer stattfindet, d. h. die zwei Ströme werden gezwungen durch eine Vorrichtung zu treten, in der eine Anzahl, schräg geneigter Platten oder Scheiben Turbulenzen in dem Strom und dadurch eine Vermischung der Ströme hervorrufen. Dieses Verfahren ergibt jedoch kein völlig zuverlässiges Mischen und wenn der Strom das Refraktometer erreicht, sind die erhaltenen Resultate nicht völlig zuverlässig.
In den meisten Ländern weisen Säfte und Nektare einen festgesetzten minimalen Brix-Wert auf, um unter der jeweiligen Bezeichnung verkauft zu werden. Falls eine unvollständige Vermischung und dadurch ein unzuverlässiger Brix-Wert bei den nachfolgenden Messungen vorliegt, muss für einen Sicherheitsabstand zu dem niedrigsten zulässigen Brix-Wert gesorgt werden, und dies gibt Anlass zu erhöhten Materialkosten bei der Produktion spezifischer Produkte.
Die Ströme in einem Mischprozess der oben beschriebenen Art weisen auch große Schwankungen abhängig von dem Volumen der Tanks, Pumphohlräume und der gleichen auf, weswegen es schwierig sein kann, konventionelle Mischverfahren zu verwenden, um eine verlässliche und effiziente Kontrolle des Produktionsverfahrens zu erzielen.
AUFGABEN DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu realisieren, die für ein kontinuierliches Mischen von zwei flüssigen Strömen sorgen, die zuverlässig und effizient sind.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein so zuverlässiges und homogenes Mischen der zwei Ströme zu erhalten, dass es möglich ist, die Produktion so zu steuern, dass dies den Verbrauch von Rohmaterialien bei der Produktion beeinflusst, wodurch die Kosten reduziert werden.
LÖSUNG
Diese und weitere Aufgaben wurden gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 2 gelöst worden.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind durch die in den beigefügten Ansprüchen dargelegten Merkmale gekennzeichnet.
KURZE BESCHREIBUNG DER BEIGEFÜGTEN ZEICHNUNGEN
Es wird nun eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nachfolgend unter Bezug auf die folgenden beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben:
1 zeigt einen Seitenaufriss der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 ist ein Querschnitt entlang der Linie A-A in 1;
3 zeigt ein Flussdiagramm mit einem oder mehreren erfindungsgemäßen Vorrichtungen.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt die Vorrichtung 1, die aus einer Leitung 2 für einen ersten Strom 3 und eine Leitung 4 für einen zweiten Strom 5 besteht. Die vorliegende Erfindung geht davon aus, dass der erste Strom 3 größer als der zweite Strom 5 ist.
In der Leitung 2 für den ersten, größeren Strom 3 ist eine Drossel 6 angeordnet, das heißt ein Querschnitt der Leitung 2 ist von kleinerem Durchmesser als die Standardleitung 2. In dieser Drossel 6 ist ein Abzweigstutzen 7 angeordnet, an den die Leitung 4 für den zweiten, kleineren Strom 5 angeschlossen sein kann.
Die Leitung 4 für den zweiten, kleineren Strom 5 weist seinerseits einen kleineren Durchmesser auf als die Drossel 6. Die Leitung 4 für den zweiten Strom 5 mündet mit einem Rohrbogen 8 in die Drossel 6, wobei der Rohrbogen 8 so orientiert ist, dass der zweite, kleinere Strom 5 in eine Richtung mündet, die entgegengesetzt zu derjenigen des ersten, größeren Stroms 3 ist.
Eine Beilagscheibe 10 ist vor der Mündung 9 des Rohrbogens 8 platziert, wobei die Beilagscheibe so an der Rohrbogen befestigt ist, dass ein Spalt 11 zwischen der Mündung 9 des Rohrbogens 8 und der Beilagscheibe 10 vorliegt. Der Zweck des Spalts ist es, den zweiten Strom 5 zu verteilen, wenn er den ersten Strom 3 trifft, wodurch sich eine effiziente und schnelle Vermischung beider Ströme 3, 5 ergibt. Der Spalt 11 ist auf ungefähr 3 mm ausgelegt. Ein größerer Spalt ergibt eine schlechtere Vermischung der zwei Ströme 3, 5 und ein kleinerer Spalt würde eine größere Pumpkapazität erfordern, um den zweiten, kleineren Strom 5 zu befördern. Die Breite der Spalte 11 sollte auch so gewählt werden, dass sich keinerlei Fasern oder Fruchtfleischstücke in einem Fruchtsaftkonzentrat zwischen der Mündung 9 und der Beilagscheibe 10 verfestigen.
An der Mündung des Rohrbogens ist auch ein zentrierender Absatz 12 angeordnet, der den Rohrbogen 8 in der Drossel 6 zentriert. Durch die Zentrierung des Rohrbogens 8 wird eine gleichförmigere und zuverlässigere Mischung um die ganze Mündung 9 des Rohrbogens 8 herum erhalten.
Die Durchmesser der zwei Leitungen 2, 4 und der Drossel 6 werden im Hinblick auf die verschiedenen Ströme 3, 5 ausgewählt, die in der Vorrichtung 1 zu mischen sind. Es ist außerdem wünschenswert, Standardabmessungen auszuwählen, da spezielle Rohre die Kosten der Anlage beträchtlich erhöhen würden. Bei einer ersten Ausführungsform wird für die für den ersten, größeren Strom 3 ausgewählte Leitung 2 ein Standarddurchmesser von 63 mm gewählt; die Drossel 6 wird so gewählt, dass ihre Querschnittsfläche etwa 1/3 der Querschnittsfläche der Leitung 2 ausmacht, was einen Durchmesser von 38 mm bedingt. Die Leitung 4 für den zweiten, kleineren Strom 5 wird so gewählt, dass ihre Querschnittsfläche < 1/6 der Querschnittsfläche der Leitung 2 ausmacht. Die Leitung 4 kann somit mit einem Standarddurchmesser von 25 mm ausgelegt werden. Experimente haben gezeigt, dass diese erste bevorzugte Ausführungsform schwierigen Mischbedingungen entgegenkommt, wie beispielsweise gefrorenem (–5°C), konzentriertem Orangensaft, der mit kaltem Wasser zu mischen ist.
Für weniger schwierige Mischbedingungen, wie beispielsweise das Mischen von verdünntem Fruchtsaft mit einer Zuckerlösung, kann die zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung verwendet werden. Dies bedingt, dass die Leitung 2 für den ersten, größeren Strom den Standarddurchmesser von 63 mm aufweist. Die Drossel 6 wird so ausgewählt, dass ihre Querschnittsfläche etwa 2/3 der Querschnittsfläche der Leitung 2 ausmacht, was einen Standarddurchmesser von 51 mm bedingt. Für die Leitung 4 für den zweiten, kleineren Strom 5 wird eine Querschnittsfläche gewählt, die etwa 1/3 der Querschnittsfläche der Leitung 2 ausmacht; dies bedingt, dass die Leitung 4 mit einem Standarddurchmesser von 38 mm ausgelegt wird.
In die erste Leitung 2' tritt der erste, größere Strom 3 ein. Dieser Strom 3 kann Wasser oder dergleichen sein und ist immer die größte Komponente der Mischung. Der Strom 3 erreicht die Drossel 6, wodurch sich eine Erhöhung der Geschwindigkeit des Stroms 3 zugleich mit dem Zusammentreffen mit dem zweiten, kleinere Strom 5 ergibt, der durch den Abzweigstutzen 7 in die Drossel hinein und durch die Mündung 9 des Rohrbogens 8 herausgeleitet wird. Der Spalt 11 zwischen der Mündung 9 des Rohrbogens 8 und der Beilagscheibe 10 führt dazu, dass der zweite Strom 5 gleichförmig um die Mündung des Rohrbogens 8 herum und in den entgegenströmenden, ersten Strom 3 verteilt wird, so dass eine effiziente und gleichförmige Durchmischung der zwei Ströme 3, 5 erhalten wird. Der gemischte Strom 13 tritt aus der Drossel aus und strömt weiter in die Leitung 2''.
3 zeigt die Vorrichtung 1 in einer Standardanlage oder -installation für die Produktion zum Beispiel von Fruchtsäften, Nektaren, stillen Getränken oder Sportgetränken. Über einen Ausgleichtank 14 wird Wasser mittels einer Pumpe 15 in die Leitung 2 der Anlage gepumpt. Bei der Standardinstallation bildet Wasser den ersten, größeren Strom 3. Ein Durchflussmesser misst den Wasserstrom, der in die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 befördert wird.
Ein Konzentratstrom bildet den zweiten, kleineren Strom 5, und über den Ausgleichtank 17 und eine Pumpe 18 wird dieser Strom 5 weiter zu einem Durchflussmesser 19 und in die Vorrichtung 1 befördert.
Die Durchflussmesser 16 und 19 regeln über die Bedienungskonsole den Mischprozess, und ein weiterer Durchflussmesser 21 stellt den voreingestellten Brix-Wert durch eine mögliche Zufuhr von zusätzlichem Wasser ein. Nach dieser möglichen Korrektur tritt das Gemisch durch einen statischen Mischer 22 und bewegt sich weiter zu dem Refraktometer 23, wo der exakte Brix-Wert des Gemischs gemessen und in der Bedienungskonsole (20) registriert wird. Durch kontinuierliches Überwachen mittels des Refraktometers 23 und der Durchflussmesser 16, 19, 21 wird eine exakte und zuverlässige Mischung erhalten und sichergestellt, dass der erwünschte Brix-Wert der Mischung eingehalten wird.
Bevor das fertig gemischte Produkt aus der Anlage austritt, kann es eventuell durch einen Zwischenspeichertank 24 treten, bevor es mittels einer Pumpe 25 weiter zur möglichen weiteren Verarbeitung und zum abschließenden Abfüllen in Verbrauchspackungen weitergepumpt wird.
Durch das Einkoppeln einer Vielzahl von Vorrichtungen 1 in die Anlage ist es möglich zu dem ersten Strom 3 weitere zweite Ströme 5 wie beispielsweise zusätzliche Fruchtkonzentrate, Zuckerlösung, Vitaminlösungen oder dergleichen zuzufügen. Die zusätzlichen Vorrichtungen 1 mit ihren Strömen 5 sind mittels unterbrochener Linien in 3 gezeigt.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung deutlich wird, realisiert die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung 1, die einfach und ökonomisch ist und wenig Raum bedarf, während sie zugleich ein effizientes und zuverlässiges Mischverfahren sicherstellt, das durch die Durchflussmesser 16, 19, 21 und ein Refraktometer 23 so beherrscht werden kann, dass eine gleichförmige Qualität der Mischung mit einem vorgegebenen Brix-Wert erhalten wird.
Die vorliegende Erfindung sollte nicht als auf das oben Beschriebene und in den Zeichnungen Gezeigte beschränkt betrachtet werden; es sind viele Modifikationen denkbar, ohne vom Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

Verfahren zum kontinuierlichen Mischen zweier Ströme (3, 5), die aus einem ersten, größeren Strom (3) und einem zweiten, kleineren Strom (5) bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischen durchgeführt wird, wenn der erste Strom (3) durch eine Drossel (6) tritt und dass der zweite Strom (5) in die Drossel (6) unter Verwendung eines Rohrbogens (8) und in eine Richtung entgegengesetzt zu dem ersten Strom (3) zugeführt wird.
Vorrichtung (1) zum kontinuierlichen Mischen zweier Ströme (3, 5) mit einer ankommenden Leitung (2) für den ersten, größeren Strom (3) und einer ankommenden Leitung (4) für den zweiten, kleineren Strom (5), dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitung (2) durch eine Drossel (6) tritt, in die die zweite Leitung (4) mittels eines Rohrbogens (8) einmündet, der so angeordnet ist, dass die zwei Ströme (3, 5) einander entgegengesetzt gerichtet sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beilagscheibe (10) so vor der Mündung (9) des Rohrbogens (8) angeordnet ist, dass zwischen der Mündung (9) und der Beilagscheibe (10) eine Lücke (11) ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrbogen (8) in der Drossel (6) mittels eines zentrierenden Absatzes (12) zentriert ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Drossel (6) etwa 1/3 der Querschnittsfläche der ersten Leitung (2) ausmacht und dass die Querschnittsfläche der zweiten Leitung (4) weniger als 1/6 der Querschnittsfläche der ersten Leitung (2) ausmacht.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Drossel (6) etwa 2/3 der Querschnittsfläche der ersten Leitung (2) ausmacht und dass die Querschnittsfläche der zweiten Leitung (4) etwa 1/3 der Querschnittsfläche der ersten Leitung (2) ausmacht.