DE8007113U1 - Vorrichtung fuer eine die haltbarkeit erhoehende waermebehandlung, insbesondere ultrahocherhitzung, von keime enthaltenden produkten - Google Patents
Vorrichtung fuer eine die haltbarkeit erhoehende waermebehandlung, insbesondere ultrahocherhitzung, von keime enthaltenden produktenInfo
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Busse & Busse Patentanwälte
Dipt.-Ing. Dr. iur. V. Busse Dipl.-Ing. Dietrich Busse
Dipl.-Ing. Egon Bünemann
- ,- - ι GroBhandelsring 6 Postfach i?2£
Fernsprecher (DS 41) 58 60 81 υ 5Β60 8?
Telegramme: patgewar osnabiucK
8. März 1984 DB/Ha
f Vorrichtung für eine die Haltbarkeit
erhöhende Wärmebehandlung/ insbesondere i
Ultrahocherhitzung, von Keime enthaltenden Produkten >
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für eine die Haltbarkeit erhöhende Wärmebehandlung, insbesondere
Ultrahocherhitzung, von Keime enthaltenden Produkten gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
5
5
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DE-OS 16 17 968 und 19 63 6)
ist für jede Behandlungszone, z.B. die Zone der Vorerwärmung, der Hocherhitzung, der Abkühlung etc., jeweils ein Wärmetauscher
vorgesehen, dessen Wärmeaustauschkapazität bei Betrieb der Vorrichtung dem zirbehandelnden Produkt exakt jenen Temperaturverlauf
vorgibt, wie er in den einzelnen Behandlungszonen auslegungsgemäß erwünscht ist. Die hintereinander geschalteten
Wärmetauscher sind dabei für einen Betrieb mit einem Produktdurchsatz
bemessen, der durch die Auslegung der Vorrichtung für ein bestimmtes Produkt festgelegt und unverändert aufrechtzuerhalten
ist, um dem Produkt, das in sie mit festgelegter Einlauftemperatur eintritt, die auslegungsgemäße Endtemperatur
der zugehörigen Behandlungszone zu vermitteln. Die je für eine Behandlungszone vorgesehenen Wärmetauscher werden sämtlich
vom zu behandelnden Produkt in vorgegebener Reihenfolge durchströmt und sichern dem Produkt einen stets gleichen Weg durch
das Gesamtsystem.
Es ist ferner eine:"Vftri?iöRt>iang: tut Wärmebehandlung von Milch
bekannt (US-PS 2 158 809), bei der zur Pasteurisierung von
Milch eine einzige Wärmetauschereinheit Anwendung findet, die aus neun parallel übereinander angeordneten Zweirohr-Wärmetauscherteileinheiten
besteht, die jeweils endseitig durch Rohrverbindungen hintereinander geschaltet sind. Bei
dieser bekannten Vorrichtung übernimmt der Wärmetauscher
ohne Unterteilung in besondere Behandlungszonen die Temperatur-§ behandlung der Milch, wobei als Wärmetauschermedium ein
Gemisch aus Wasser und Dampf Verwendung findet. Der Dampf wird in das Wasser injiziert/ und mit Hilfe der Veränderung der injizierten Dampfmenge kann die Endtemperatur der die Vorrichtung verlassenden Milch variiert werden. Auch bei dieser Vorrichtung sind dem Produkt und dsm Wärmeträgermedium feste Wege vorgegeben, und die Vorrichtung erfordert für einen ordnungsgemäßen Behandlungsablauf einen Betrieb mit äuslegungsgemäß festgelegter und aufrechterhaltener
Durchsatzmenge für das Produkt.
ohne Unterteilung in besondere Behandlungszonen die Temperatur-§ behandlung der Milch, wobei als Wärmetauschermedium ein
Gemisch aus Wasser und Dampf Verwendung findet. Der Dampf wird in das Wasser injiziert/ und mit Hilfe der Veränderung der injizierten Dampfmenge kann die Endtemperatur der die Vorrichtung verlassenden Milch variiert werden. Auch bei dieser Vorrichtung sind dem Produkt und dsm Wärmeträgermedium feste Wege vorgegeben, und die Vorrichtung erfordert für einen ordnungsgemäßen Behandlungsablauf einen Betrieb mit äuslegungsgemäß festgelegter und aufrechterhaltener
Durchsatzmenge für das Produkt.
Dies gilt auch für eine weiterhin bekannte Vorrichtung
(CH-PS404 377) , die einen Zweirohr-Wärmetauscher in Rohrserpentinenform veranschaulicht, der in der Praxis neben
Plattenaustauschern bevorzugt zur Anwendung gelangt. Auch ein solcher Rohrserpentinenaustauscher bildet eine unveränderliche Baueinheit, die zur Erzielung eines gevjünschten vorgegebenen Behandlungsablaufes nur mit auslegungsgemäßen Durchsatzmengen betreibbar ist.
(CH-PS404 377) , die einen Zweirohr-Wärmetauscher in Rohrserpentinenform veranschaulicht, der in der Praxis neben
Plattenaustauschern bevorzugt zur Anwendung gelangt. Auch ein solcher Rohrserpentinenaustauscher bildet eine unveränderliche Baueinheit, die zur Erzielung eines gevjünschten vorgegebenen Behandlungsablaufes nur mit auslegungsgemäßen Durchsatzmengen betreibbar ist.
Bei einer weiterhin bekannten Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Milch (GB-PS20 634 AD 1911) ist ein Wärmetauscher für
alle Behandlungszonen vorgesehen, der aus zwei übereinander angeordneten, durch Rohrverbindungen hintereinander geschaltet^
Rohrbündeltauschern besteht. Auch eine derartige Vorrichtung ist nur für einen: Betrieb mit auslegungsgemäßen Duccbsatzmengen
geeignet sowie lediglich in der Lage, dem zu behandelnd^ Produkt ein und denselben Behandlungsverlauf vorzugeben.
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Schließlich ist eine Vorrichtung zum Pasteurisieren von Flüssigkeiten bekannt.(CH-PS205 147), bei der der Wärmetauscher
als Plattentauscher ausgebildet und in Gruppen unterteilt ist, die gewünschten Behandlungszonen entsprechen.
Diese zumindest teilweise mit einem Wärmeaustausch Produkt gegen Produkt ohne Wärmeträgermedium arbeitende Vorrichtung
ist für einen äuslegungsgemäßen Betrieb ausgestaltet, wenngleich es bei Plattentauschern, die gegenüber Rohrserpentinenaustauschern
den Vorteil einer wesentlich kompakteren Bauweise genießen, bekannt ist, eine Austauschereinheit durch
Hinzufügen von Platten bzw. durch Ausbauwon Platten in begrenztem Umfange in ihrer Kapazität zu verändern. Im Gegensatz
zu Rohrserpentinenaustauschern gilt dies generell auch für Rohrbündeltauscher, bei denen es bekannt ist, zur Veränderung
des Temperaturverläufes den Strömungsweg für das
Produkt durch Hinzufügen von Teileinheiten zu vergrößern.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 zu
0 schaffen, die bei großer baulicher Einfachheit und kompakter Bauweise die Möglichkeit eröffnet, die Vorrichtung schnell
und einfach auch an große Veränderungen der Betriebsbedingungen anpassen zu können, wobei solche Anpassungen ohne nennenswerte
Betriebsunterbrechungen ausführbar sein sollen, und die unter Verkürzung der Behandlungszeit für das Produkt eine verbesserte
Energiebilanz erbringt.
Diese..Aufgäbe löst die Erfindung mit den im kennzeichnenden
Teil des Schutzanspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Hinsichtlich weiterer Ausgestaltungen wird auf die Schutzansprüche 2 und
verwiesen.
Die Vorrichtung nach der Erfindung verwirklicht mit ihrem Prinzip der Unterteilung der Wärmetauscher in eine große Vielzahl
von einzelnen,wärmetechnisch kleinen Wärmetauscherteil-'einheiten
eine Konzeption, die nicht länger mehr an eine auf
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einen bestimmten Behandlungsfall.abgestimmte Auslegung voraussetzt,
sondern in sich eine solche Fülle von Variationsmöglichkeiten einschließt, daß mit ein und derselben Vorrichtung nicht
nur eine auslegungsgemäße Durchsatzhöchstmenge für ein Produkt, sondern auch Bruchteile einer auslegungsgemäßen Höchstmenge
behandelt werden können. Dabei erschließt die Vorrichtung nicht nur die Möglichkeit zur Durchsatzmengenveränderung, sondern
auch die Möglichkeit, große Veränderungen im Temperatur/Zeit-Verlauf
vornehmen zu können, so daß die Vorrichtung wechselnden Produkten im jeweiligen Behandlungsablauf optimal angepaßt
werden kann. Der mit der Vorrichtung durchführbar Teillastbetrieb macht die Vorrichtung zugleich für eine Behandlung
von verschiedenen Produkten gleichzeitig einsetzbar, so daß die Vorrichtung,sei es in Molkereibetrieben, sei es in anderen
Betrieben,an alle jeweils vorliegenden Betriebswünsche schnell und einfach anpaßbar ist. Hierzu genügt es, aus der Vielzahl
zur Verfügung stehenden Wärmetauscherteileinheiten Gruppen auszuwählen und durch einfaches Zusammenschalten durch austauschbare
Leitungen zu einer Teilvorrichtungen zusammenzuschließen, welche den jeweiligen Mengendurchsatz- bzw.
Temperatur/Zeit-Verlaufsanforderungen gerecht wird. Dabei ist die Vorrichtung baulich außerordentlich einfach, -erbringt
eine vorzügliche Energiebilanz und beläßt es ihrem Betreiber, schnell und einfach Reinigungs- und Wartungsarbeiten durchzuführen,
dabei fortlaufendem Teillastbetrieb Bereiche der Vorrichtung zu diesen Zwecken stilllegbar sind.
Die Wärmetauscherteileinheiten bilden in ihrer Ausbildung als Rohrbündeltauscher für sich bekannte, preisgünstig in
Serie.herstellbare Bauteile, die ohne weiteres mit hohem Druck betrieben werden können, nicht nur für leichtflüssige,
sondern auch für zähflüssige Produkte einsetzbar sind, eine klare, Reinfektionen vermeidende Trennung zwischen den
Strömungskanälen gewährleisten und besonders bei der speziellen Gestaltung nach den Schutzansprüchen 2 und3 einen ungewöhnlich
hohen Austauschwirkungsgrad erbringen.
Fig. | 3 |
Fig. | 4 |
Fig. | 5 |
Fig. | 6 |
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung schematisch näher veranschaulicht.
Im einzelnen zeigen;
Fig. 1 eine schematische Stirnansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Wärmetauscherteileinfeeit,
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt zu Fig. 2,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Wärmetauscherteileinfeeit,
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt zu Fig. 2,
eine Schnittdarstellung ähnlich Fig. 2_in Vergrößerung,
eine Querschnittdarstellung zu Fig. 4, eine Teilschnittdarstellung einer abgewandelten
Ausführung einer Wärmetauscherteileinheit nach Fig. 4,
Fig. 7 ein Temperatur/Zeit-Diagramm der Wärmebehandlung eines
Produktes bei Betrieb der Vorrichtung mit voller, auslegungsgemäßer Durchsatzleistung von 6000 l/h,
Fig. 8 ein Schaltschema der Wärmetauscherteileinheiten bei einer Produktbehandlung gemäß dem Diagramm nach Fig. 7,
Fig. 9 den ersten Teil, und
Fig. 10 den zweiten Teil eines Fließschemas für den Betrieb der Vorrichtung unter den Bedingungen des Diagramms
. nach Fig. 7,
Fig. 11 ein Diagramm ähnlich Fig. 7 bei Betrieb der Vor- -
richtung mit einer auf 4000.l/h reduzierten Durchsatzleistung,
Fig. 12 ein Schaltschen.a ähnlich Fig.8 für den Betrieb der Vorrichtung unter den Betriebsbedingungen des Dia- ; gramms nach Fig. 11,
Fig. 12 ein Schaltschen.a ähnlich Fig.8 für den Betrieb der Vorrichtung unter den Betriebsbedingungen des Dia- ; gramms nach Fig. 11,
Fig. 13 den ersten Teil, und
Fig. 14 den zweiten Teil eines Fließschemas ähnlich Fig. 9 und 10 für die Vorrichtung nach Fig. 12 bei Betrieb
unter den Bedingungen des Diagramms nach Fig. 11, Fig. 15 ein Diagramm ähnlich- Fig. 7 und ' bei Betrieb der
Vorrichtung mit einer auf 2000 l/h reduzierten Durchsatzleistung,
Fig. 16 ein Schaltschema der Wärmetauscherteileinheiten für
Fig. 16 ein Schaltschema der Wärmetauscherteileinheiten für
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eine Produktbehandlung gemäß dem Diagramm nach Fig.
15,
Fig. 17 ein Fließschema für den Betrieb der Vorrichtung unter
Fig. 17 ein Fließschema für den Betrieb der Vorrichtung unter
den Bedingungen des Diagramms nach Fig. 15,
Fig. 1B ein Diagramm ähnlich Fig. 15 zur Veranschaulichung
Fig. 1B ein Diagramm ähnlich Fig. 15 zur Veranschaulichung
eines bei gleichem Durchsatz veränderten Verlaufs der
Temperatur/Zeit-Kurve,
Fig. 19 ein Schaltschema für den Betrieb der Vorrichtung unter
Fig. 19 ein Schaltschema für den Betrieb der Vorrichtung unter
den Betriebsbedingungen des Diagramms nach Fig. 18,
Fig. 20 ein Fließschema zu Fig. 18 und 19.
Fig. 20 ein Fließschema zu Fig. 18 und 19.
Das dargestellte Beispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung
wird nachfolgend der Einfachheit halber in Verbindung mit der
Wärmebehandlung von Milch als Behandlungsprodukt beschrieben.
Als Wärmeträgermedien finden Wasser bzw. Dampf Anwendung. Es
wird nachfolgend der Einfachheit halber in Verbindung mit der
Wärmebehandlung von Milch als Behandlungsprodukt beschrieben.
Als Wärmeträgermedien finden Wasser bzw. Dampf Anwendung. Es
versteht sich, daß sowohl das Produkt, als auch die Wärmeträgermedien
zweckentsprechend gegen andere Produkte bzw. andere |
% Medien austauschbar sind. f
Die in den Zeichnungen veranschaulichte Vorrichtung bildet |
einen Wärmetauscher aus 108 Wärmetauscherteileinheiten, die in f,
den diese wiedergebenden Figuren mit den Ziffern 1 bis 108 be- |!
ziffert sind. Im nachfolgenden wird für den Ausdruck Wärme- |
tauscherteileinheit die Kurzform WTE verwendet und bei Bezug- te
nähme auf eine bestimmte Wärmetauscherteileinheit der Bezugs- I
ff ziffer diese Abkürzung hinzugesetzt,z.B. WTE 17 etc. §
Ii In den Zeichnungen werden Buchstaben verwendet, welche nach- ijj!
stehende Bedeutung haben: §
£
v. A Milcheintritt, I
B Wasseraustritt (Vorlauf), %
C Milchaustritt zur Homogenisier- | vorrichtung, |
D Milcheintritt von der Homogenisier-|
vorrichtung, ;|
-T-
E Milchaustritt zum Entgaser,
F Milcheintritt vom Vergaser,
G Milchaustritt zu den Abfüllmaschinen,
H Wassereintritt (Vorlauf),
I Dampfeintritt,
J Dampfaustritt,
K wassereintritt (Rückgewinnung),
L Wasseraustritt (Rückgewinnung),
M Sonderkühlwassereintritt, und
N Sonderkühlwasseraustritt.
Der Wärmetauscher gemäß Fig. 1 mit seinen WTE 1 bis WTE 108 bildet eine Batterie 1, in der die WTE in Reihen
über- und nebeneinander angeordnet und zusammengefaßt sind. Dabei sind die WTE in Gruppen zu je 36 angeordnet
. und auf Gestellen aus vertikalen Stützen 2 und horizontalen Streben 3 abgestützt. Eine Kapselung 4 umschließt
die Batterie aus WTE mit abnehmbaren Wandungsteilen..
Jede WTE (vgl. Fig. 2 bis 6) weist zwischen ihrem Einlaß 5 und ihrem Auslaß 6 für das Produkt ein Rohrbündel
mit sieben Rohren 7 sowie einen jeweils das Wärmetauschermedium führenden, das Rohrbündel koaxial umgebenden,
endseitig mit radialen Ein- und Auslässen 8,9 versehenen
zylindrischen Außenmantel 10 auf. Die Rohre 7 des Rohrbündels sind endseitig in Abschlußplatten 11,12
dichtend gehalten, und die Abschlußplatten 11,12 sind ihrerseits an ihrem Umfang mit den Endbereichen des
Außenmantels 10 dichtend verbunden. Vorzugsweise sind dabei die Rohre 7 mit den Abschlußplatten 11,12 und diese
mit dem Außenmantel 10 verschweißt, um Betriebsdrücke in der Größenordnung von etwa 50 bar oder darüber zuzulassen.
Jeweils außenseitig vor den Abschlußplatten 11,12 ist eine Verteil- bzw. eine Sammelkammer 13 bzw.
in einem mit einer überwurfmutter 15 für den Anschluß
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einer Leitung 16,17 versehenen, den Ein- bzw. Auslaß 5,6 bildenden Kegelstutzen vorgesehen.
Die sieben Rohre 7 eines jeden Rohrbündels weisen einen S lichten Innendurchmesser von etwa 12 mm und eine Länge
von etwa 3 m auf, wobei bei entsprechender Länge der Außenmantel einen lichten Durchmesser von etwa 49 mm
besitzt. Diese Abmessungen haben sich herstellungstechnisch durch die Verwendung von Normrohren von 6 m
Länge und deren Halbierung sowie wärmeübergangstechnisch
als besonders günstig erwiesen, da die Wärmeübergangsfläche in einem sehr günstigen Verhältnis zum jeweils
durchströmbaren Volumen der Strömungskanäle steht. Bei einer bevorzugten Strömungsgeschwindigkeit für das
Produkt im Bereich von etwa 1,6 bis 2,2 m/s erbringt 1 m einer WTE derartiger Ausbildungen einen Wärmeübergang
Q, für den man bei gleichem Δ t eine Länge von 3 m eines
Triplexrohres eines Rohrserpentinenaustauschers benötigt.
Dem Einlaß für das Wärmetauschermedium kann ein dieses aus seiner radialen Eintrittsrichtung in eine axiale
Durchflußrichtung umlenkendes, nicht näher dargestelltes Leitblech od. dgl. zugeordnet sein, um Temperaturspitzen
im Bereich der gleichseitigen Enden der Rohre 7 zu vermeiden. Der Außenmantel 10 von mit Dampf betriebenen
WTE kann ( Fig. 6) im Bereich seines Einlaßendes 8 mit Perforationen 18 versehen und der perforierte Bereich
von einem seinerseits mit dem Einlaß 8 versehenen Einlaßverteilerkanal 19 umgeben sein. Auch diese Ausgestaltung
dient dazu, Temperaturspitzen in den gleichseitigen Endbereichen der Rohre 7 zu vermeiden.
Die Rohre 7 des Rohrbündels sind gegeneinander und gegenüber
dem Außenmantel 10 durch Distanzglieder 20 fixiert.
Diese Distanzglieder 20 sind zweckmäßig von geschlitzten,
auf die Rohre 7 des Rohrbündels aufgesetzten Distanzringen gebildet, die jeweils den Abstand zu benachbarten Rohren 7
und zum Außenmantel 10 überbrücken. Dabei sind die Distanzgli-eder
20 axial zueinander in Abständen versetzt auf einer gedachten Wendellinie verteilt im zentralen Bereich der WTE
angeordnet, so daß sie nicht nur den freien Durchfluß des Wärmetauschermediums nicht nennenswert stören, sondern im
Gegenteil der Strömung des Wärmetauschermediums eine kreisende Bewegung um die Längsmittelachse der WTE vermitteln.
Hierdurch wird der Wärmeübergang zusätzlich verbessert.
Als Material für die Teile der WTE und die Verbindungsleitungen 16,17 kommen V 4 Α-Stähle od.dgl. hochfeste, korrosionssichere
Materialien in Betracht.
Die vorbeschriebene Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dient bevorzugt zu einer die Haltbarkeit erhöhenden Wärmebehandlung von Produkten wie Milch, wenngleich sie hierauf
nicht beschränkt ist. Die überaus günstigen betriebs- und wärmetechnischen Eigenschaften machen die Vorrichtung durchaus
für allgemeine Einsatzzwecke geeignet, bei denen durch Wärmeaustausch zwischen zwei Strömungsmeäien diesen
Temperatur/Zeit-Verlaufskurven komplizierterer und variabler Art vorzugeben sind.
Die Fig. 7 zeigt in einem Temperatur/Zeit-Diagramm einen
Kurvenverlauf für eine Ultrahocherhitzung von Milch zum Zwecke deren Haltbarmachung, wobei die Temperatur/Zeit-Eckpunkte
mit Ziffern bezeichnet sind, welche die WTE bezeichnen, in denen die jeweilige Temperatur in der Milch
erreicht wird. Die Milch:tritt, wie den Fig. 8 bis 10
entnommen werden kann, in die WTE 44 ein und durchläuft die WTE 44 bis 66 unter Erwärmung auf ca. 85°. Diese
WTE bilden eine erste in Reihe hintereinander geschaltete Gruppe, die in Fig. 9 als I Austauscher bezeichnet ist.
Aus der WTE 66 geht die Milch in die WTE 80 über, die zusammen mit den WTE 82 bis 85 eine weitere Gruppe
bildet, die in Fig. 9 als Heißhalter bezeichnet ist und die Aufgabe hat, ohne Wärmeaustausch die Milch für eine
gewisse Zeit auf gleicher Temperatur zu halten. Aus der WTE 85 strömt die Milch bei C zu einer Homogenisiervorrichtung,
von der sie zurückkommend bei D dann in die WTE 86 eintritt. Unter weiterer Erwärmung auf ca. 125°
durchströmt die Milch nun die WTE 86 bis 102. Diese Gruppe von WTE ist in Fig. 9 mit II Austauscher bezeichnet.
Unter Einschluß der Heißhaltung bilden die WTE-Gruppen I und II eine Vorwärmzone für die Milch, in
der diese im Gegenstrom-Wärmeaustausch durch ein erstes Wärmeträgermedium Wasser erwärmt wird. Dieses Wasser tritt
bei H in die WTE 102 ein, bei X aus der WTE 86 aus, umgeht die WTE 80 bis 85 und tritt bei X wieder in die
WTE 66 ein, um schließlich aus der WTE 44 bei B wieder aus der Vorwärmzone auszutreten.
Aus der WTE 102 tritt die Milch in die WTE 103 über, die
zusammen mit den WTE 104 bis 108 eine weitere WTE-Gruppe
bildet, die in Fig. 9 als Hocherhitzung bezeichnet ist. i In den WTE 103 bis 108 erfährt die Milch eine Erwärmung i
P auf ca. 140° und damit auf die Behandlungsendtemperatur,
>J und zwar mit Hilfe eines zweiten Wärmeträgerniediums , §
nämlich hier Dampf, der von einem nicht dargestellten | Dampferzeuger kommend bei I in die WTE 108 ein- und aus |
der WTE 103 austritt. Nach seinem Austritt bei J wird der Dampf in das erste Wärmeträgermedium bei H einge-
speist, vorzugsweise injiziert, um zugleich als hydraulischer Strömungsan't-i-i'eir&u: wirken.
J— —■ .—-—. __
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- 11 -
Nachdem die Milch für eine kurze Zeitspanne, z.B. 2 Sekunden, auf ihrer Endtemperatur verblieb, wird sie
nun in einer sich anschließenden Abkühluiigszone mittels
eines dritten Wärmeträgermediums, nämlich wieder Wasser, auf eine Weiterverwendungstemperatur abgekühlt. Zu
diesem Zweck geht die bei Y aus der WTE 108 austretende Milch bei Y in die WTE 79 über, die Bestandteil einer
weiteren Gruppe von WTE 67 bis 79 angehört, die in Fig.10 als III Austauscher bezeichnet ist. Die auf eine
Temper-atur von etwa 110° abgekühlte Milch tritt bei E aus der WTE 67 aus, um zu einem Entgaser zu strömen, aus
dem sie zurückkommend wieder bei F in die WTE 43 eintritt, die ihrerseits zu einer Gruppe WTE 12 bis 43
gehört, die in Fig. 10 mit IV Austauscher bezeichnet ist.
Die WTE-Gruppen III und IV bilden gemeinsam die Abkühlungszone, nach deren Durchlaufen die Milch z.B. etwa
Umgebungstemperatur von 18° besitzt und direkt abgefüllt werden könnte. Bei dem dargestellten Beispiel gemäß den
Fig. 8 bis 10 durchläuft die Milch jedoch auch noch eine Abschreckungskühlzone, die von den WTE 1 bis 11 gebildet
wird. Sodann verläßt die Milch den Wärmetauscher bei G, um nunmehr abgefüllt oder sonstwie .weiterverwendet
zu werden. Das dritte Wärmeträgermedium Wasser
durchläuft die Abkühlungszone bei K mit ümgebungstemperatur
in die WTE.12 eintretend und durchströmt dabei in ununterbrochener Folge die WTE 12 bis 43 und unmittelbar
anschließend die WTE 67 bis 79. Bei L tritt das durch das Produkt aufgewärmte Wasser aus der WTE 79
aus, um sogleich bei H wieder in die WTE 102 einzutreten, und dann die Gruppen II und I mit den WTE 102
bis 86 bzw. 66 bis 44 zu durchlaufen. Bei Verlassen der WTE 44 beiß hat das Wasser im wesentlichen wieder seine
Umgebungstemperatur erreicht und wird nun bei K wieder in die WTE 12 zwecks Wärmerückgewinnung eingeführt. Dementsprechend
bildet das Wasser das erste und das dritte
. ί
- 12 -
Wärmeträgermedium, die somit in einem geschlossenen Kreislauf zirkulieren, wobei bei H die Einspeisung von
Dampf als zweitem Wärmeträgermedium erfolgt. Die Abschreckungskühlzone ist in der Regel bei Milch nicht vonnoten,
jedoch bei anderen Produkten, z.B. bei Sahne etc., die auch in gekühlter Form in den Handel gelangt, zweckdienlich.
Für diese Abschreckungskühlzone wird ein Sonderkühlwasser, z.B. Eiswasser, oder ein sonst geeignetes
viertes Wärmeträgermedium verwendet, das in einem gesonderten Kreislauf bei M in die WTE 1 eintritt und die
WTE 11 bis N verläßt, um nach Durchlaufen eines Kühlaggregates wieder bei M zurückgeführt zu werden.
Wie die Fig. 8 bis 10 erkennen lassen, sind sämtliche WTE 1 bis 108 bei der auslegungsgemäßen Maximaldurchsatzmenge
von 6000 l/h in Betrieb. Die Leitungsverbindungen der WTE sind in Fig. 8 schematisch angedeutet und werden
durch Rohrleitungen zwischen den jeweiligen Anschlüssen 5,6 bzw. 8,9 gebildet.
Die Fig. 11 bis 14 veranschaulichen einen Behandlungsablauf
unter Verwendung des Wärmetauschers nach Fig. 1 mit einer Durchsatzleistung von 4000 1/b an wiederum Milch
als Produkt,- die ebenfalls einer Ultrahocherhitzung als Form der Wärmebehandlung zur Haltbarmachung zu unterwerfen
ist, wobei ein der Fig. 7 entsprechender Temperatur/Zeit-Kurvenverlauf gegeben sein soll. Wie sich
dabei aus den Fig. 12 bis 14, insbesondere jedoch der Fig. 12 ersehen läßt, werden hier bei lediglich 72 der
108 WTE eingesetzt, d.h. die in Fig. 1 rechte Gruppe von 36 WTE bleibt außer Betrieb. Diese WTE können während
des Behandlungsverfahrens z.B. gereinigt werden, sie können jedoch auch nach Reinigung und ähnlicher Betriebsvorbereitung gewissermaßen als Sondergruppe für einen
völlig unabhängigen Behandlungsvorgang parallellaufend eingesetzt werden, z.B. für einen Behandlungsvorgang,
wie er in den Fig. 15 bis 17 bzw. 18 bis 2n veranschaulicht
ist. Dementsprechend ist die Möglichkeit eröffnet, gleichzeitig unterschiedliche Produkte unterschiedlichen
Wärmebehandlungen zu unterziehen. 5
Angesichts der in den Fig. 12 bis 14 dargestellten Leitungsverbindungen bzw. StrömungsVerknüpfungen erscheint
eine nochmalige, ins einzelne gehende Beschreibung der Strömungsführungen der Medien entbehrlieh.
Ersichtlich bilden die WTE 44 bis 66 wieder eine als I Austauscher bezeichnete erste Gruppe von hintereinander
geschalteten WTE, die Bestandteil der Vorwärmzone ist, welche die WTE 82 bis 85 als Heißhalter und die
WTE 86 bis 105 als weitere, mit II Austauscher bezeichnete Gruppe umfaßt. Die Hochtemperaturzone wird
von den WTE 106 bis 108 gebildet. In der Abkühlungszone bilden die WTE 81 bis 67 eine mit III Austauscher bezeichnete
erste Gruppe, an die sich eine als IV Austauscher bezeichnete zweite Gruppe von WTE 43 bis 11
anschließt. Zu bemerken ist, daß in dieser Gruppe die WTE 28 bis 21 nicht enthalten sind, d.h. ein direkter
übergang von der WTE 29 auf die WTE 20 erfolgt. Die Abschreckungskühlzone,
in Fig. 14 mit Kühlzone bezeichnet, umfaßt die WTE 5 bis 10.
Die Fig. 15 bis 17 veranschaulichen einen Betrieb des Wärmeaustauschers nach Fig. 1 mit einer auf 2000 l/h
reduzierten Durchsatzleistung bei wiederum Milch als Produkt und einer den Fig. 7 bzw. 11 entsprechenden
Temperatur/Zeit-Kurve. Dieses Beispiel veranschaulicht
wie schon das Beispiel nach Fig. 11 bis 14 die außerordentliche Leistungsvariabil.itüt in Bezug auf die Durchsatzleistung.
Wie der Fig. 16am leichtesten entnommen
werden kann, finden lediglich die in Fig. 1 in der linken Gruppe enthaltenen 36 WTE Verwendung, während die in der
mittleren und/oder der rechten Gruppe von 36 WTE enthaltenen Einheiten inspiziert und/oder gereinigt bzw.
gemeinsam oder getrennt für gesonderte Wärmebehandlungen herangezogen werden können. Dementsprechend wird deutlieh,
daß die Vorrichtung in der Lage ist, drei parallele Wärmebehandlungen von wahlweise unterschiedlichen
Produkten mit jeweils unterschiedlichen Behandlungskriterien durchzuführen. Bei noch weitergehender
Verringerung der Durchsatzleistung für zu behandelnde Produkte kann der Wärmetauscher auch noch in wesentlich
kleineie Gruppen von zusammenwirkenden WTE unterteilt werden, so daß ohne weiteres eine noch größere Zahl von
Produkten unter jeweils speziell angepaßten Bedingungen einer Wärmebehandlung unterzogen werden kann.
Die WTE 57 bis 64 bilden eine wieder als I Austauscher bezeichnete erste Gruppe, die zusammen mit den WTE
84 und 85 für die Heißhaltung und mit den WTE 86,87,88 und 105 als weiterer, wiederum als II Austauscher bezeichneten
Gruppe die Vorwärmzone bilden. Die Hochtemperaturzone wixd lediglich noch von den WTE 107 und
108 gebildet, während die WTE 83 bis: 81 eine erste, mit
III Austauscher bezeichnete WTE-Gruppe der Abkühlungszone bilden, zu der auch noch eine mit IV Austauscher
bezeichnete Gruppe gehört, welche die WTE 40 bis 33 und 16 bis 12 umfaßt. Die Abschreckungskühlzone wird hier
lediglich noch durch die. WTE 11 bis 9 gebildet. Die Wärmeträgermedien und ihre Führung entsprechen denen
bzw. der bei den vorhergehenden Beispielen.
Während die vorhergehenden Beispiele die Variationsmöglichkeiten in der Durchsatzleistung beispielhaft
verdeutlichen, zeigen nun die Fig. 18 bis 20 als Beispiel eine Variation im Temperatur/Zeib-Kurvenverlauf
bei im Vergleich zu Fig. 15 bis 17 unveränderter Durch-
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satzleistung von 2000 l/h. Die Fig. 18 läßt erkennen,
daß bei Beibehaltung im wesentlichen gleicher Temperaturanlaufpunkte die Verfahrenszeit verlängert wurde, wie
das z.B. bei einer Milch anderer Konsistenz wünschenswert sein könnte. Es versteht sich jedoch, daß anstelle
einer Verlängerung der Verfahrenszeit auch deren Verkürzung herbeigeführt werden könnte.und daß dabei zugleich
oder unabhängig davon auch die Temperaturanlaufpunkte anders gewählt werden können. Wie ohne weiteres
den Fig. 18 bis 20 entnommen werden kann, wurde die
Gruppierung und Zuordnung zu einer Vorwärm-, einer Hochtemperatur-
und einer Abkühlzone prinzipiell beibehalten und nur die Zuordnung der jeweiligen WTE zu den
benötigten Gruppen verändert. Auch der Strömungsverlauf und die verwendeten Wärmeträgermedien bleiben prinzipiell
gleich, wenngleich unter Berücksichtigung der andersartigen WTE-Gruppierungen. Von einer näheren Erläuterung
|i kann wohl angesichts der Aussagekraft der Zeichnungen
Abstand genommen werden.
S Die Herstellung der Strömungsverknüpfungen zwischen den
£': WTE zur Erzielung eines jeweils gewünschten Verlaufs
der Temperatur/Zeit-Kurve kann jeweils durch entsprechende
Rohrleitungsverbindungen hergestellt werden, die jeweils als einzelne Verbindungsstücke die WTE yer-'
binden. In diesem Falle bedürfen Veränderungen in der
II Strömungsführung und in der Gruppierung mehr oder
f weniger starker Veränderungen in der Anordnung und An-
;; bringung der Verbindungsleitungen. Stattdessen ist es
30 aber auch möglich, ein System von Leitungsverbindungen ί;ί vorzusehen, das mit Hilfe von eingeschalteten Mehrwege-
f| ventilen die jeweils gewünschten Strömungsverbindungen
zur Erzielung eines gewünschten Fließschemas ermöglichen,
ohne daß Leitungsverbindungen abgeschraubt und neu erstellt werden. Dies kann zumindest soweit vorange-
- 16 -
trieben werden, daß der übergang von Durchsatzleistungen
von z.B. 6000 auf 4000 bzw. von 4000 auf 2000 l/h und
umgekehrt allein mittels entsprechender Ventileinstellungen herbeiführbar ist.
5
umgekehrt allein mittels entsprechender Ventileinstellungen herbeiführbar ist.
5
Erwähnt sei noch, daß die Vorrichtung infolge ihrer
ungewöhnlichen Betriebsvariabilität zwar besonders gut
für Wärmebehandlungsverfahren mit komplizierten Temperatur/Zeit-Kurvenverläufen einsetzbar ist, daß jedoch auch die Möglichkeit besteht, sie z.B. in der
ungewöhnlichen Betriebsvariabilität zwar besonders gut
für Wärmebehandlungsverfahren mit komplizierten Temperatur/Zeit-Kurvenverläufen einsetzbar ist, daß jedoch auch die Möglichkeit besteht, sie z.B. in der
chemischen oder der pharmazeutischen Industrie einzusetzen, um z.B. durch Vfarme chemische Flüssigkeiten oder vor
einer Verwendung in Medikamenten der Keimabtötung zu
unterwerfende Flüssigkeiten etc. zu behandeln, wobei
unterwerfende Flüssigkeiten etc. zu behandeln, wobei
sich ebenso komplizierte wie einfache Temperatur/Zeit-Kurvenverläufe
einstellen lassen.
Statt Ultrahocherhitzung im vorbeschriebenen Sinne kann
auch ein Pasteurisierungs- oder ein normaler Sterilisierungsvorgang ausgeführt werden.
auch ein Pasteurisierungs- oder ein normaler Sterilisierungsvorgang ausgeführt werden.
Claims (3)
1. Vorrichtung für eine die Haltbarkeit erhöhende Wärmebehandlung,
insbesondere Ultrahocherhitzung, von Keime enthaltenden Produkten, mit Wärmetauschern, in denen das Produkt
in indirektem Gegenstrom-Wärmeaustausch mit einem anderen
5 Wärmeträgermedium unter Wärmerückgewinnung auf Behandlungsendtemperatur erhitzt und anschließend auf Weiterverwendungstemperatur abgekühlt wird, wobei die Wärmetauscher fortlaut en durchflossene Strömungskanäle für das Produkt und in den Wärm P! austauschbereichen fortlaufend in Gegenrichtung durchf lossene
5 Wärmeträgermedium unter Wärmerückgewinnung auf Behandlungsendtemperatur erhitzt und anschließend auf Weiterverwendungstemperatur abgekühlt wird, wobei die Wärmetauscher fortlaut en durchflossene Strömungskanäle für das Produkt und in den Wärm P! austauschbereichen fortlaufend in Gegenrichtung durchf lossene
I 10 einen geschlossenen Kreislauf bildende Strömungskanäle für
ι? das Wärmeträgermedium aufweisen und jeweils durch Leitungen
ι? das Wärmeträgermedium aufweisen und jeweils durch Leitungen
·; für das Produkt und solche für das Wärmeträgermedium unterein
η ander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömun
S; kanäle für das Produkt und die Strömungskanäle für das Wärme-
I; 15 trägermedium aus einer Vielzahl von unabhängigen, in beliebig
!j Zahl und beliebiger Reihenfolge gruppenweise jeweils hinter-
! einander schaltbaren als Rohrbündelwärmeaustauscher ausge-
bildete Wärmetauscherteileinheiten bestehen, von denen jede
gesonderte Ein- und Auslässe (5,6 bzw. 8,9) für das Produkt
gesonderte Ein- und Auslässe (5,6 bzw. 8,9) für das Produkt
■V 20 und das Wärmeträgermedium aufweist, die mittels Leitungen zur
i; Bildung jeweils fortlaufender Strömungskanäle verbindbar sind
i wobei die Wärmetauscherteileinheiten in Reihen über- und
I nebeneinander angeordnet und zu einer Batterie zusammengefaßt
I sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Wärmetauscherteileinheit ein zwischen ihren axialen Ein- und Auslässen (5,6) von den zu behandelnden
Produkt durchströmbaresRohrbündel von sieben Rohren mit einem
lichten Innendurchmesser von etwa 12 mm und einer Länge
von etwa 3 m sowie einen das Wärmetauschermedium führenden, das Rohrbündel koaxial umgebenden, endseitig mit
radialen Ein- und Auslässen versehenen Außenmantel (10) mit einem lichten Durchmesser von etwa 49 mm umfaßt.
10
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet,
daß die Rohre (7) des Rohrbündels gegeneinander und gegenüber dem Außenmantel (10) durch Distanzglieder (20) fixiert
sind, die von geschlitzten, auf die Rohre (7) des Rohrbündeis aufgesetzten Distanzringen gebildet sind, welche jeweils
den Abstand zu benachbarten Rohren und zum Außenmantel überbrücken* und axial zueinander in Abständen versetzt
auf einer gedachten Wendellinie verteilt im zentralen Bereich jeder Wärmetauscherteileinheit angeordnet sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19808007113 DE8007113U1 (de) | 1980-03-15 | 1980-03-15 | Vorrichtung fuer eine die haltbarkeit erhoehende waermebehandlung, insbesondere ultrahocherhitzung, von keime enthaltenden produkten |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19808007113 DE8007113U1 (de) | 1980-03-15 | 1980-03-15 | Vorrichtung fuer eine die haltbarkeit erhoehende waermebehandlung, insbesondere ultrahocherhitzung, von keime enthaltenden produkten |
DE3010013A DE3010013C2 (de) | 1980-03-15 | 1980-03-15 | Vorrichtung für eine die Haltbarkeit erhöhende Wärmebehandlung, insbesondere Ultrahocherhitzung, von Keime enthaltenden Produkten |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE8007113U1 true DE8007113U1 (de) | 1984-05-30 |
Family
ID=25784333
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19808007113 Expired DE8007113U1 (de) | 1980-03-15 | 1980-03-15 | Vorrichtung fuer eine die haltbarkeit erhoehende waermebehandlung, insbesondere ultrahocherhitzung, von keime enthaltenden produkten |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE8007113U1 (de) |
-
1980
- 1980-03-15 DE DE19808007113 patent/DE8007113U1/de not_active Expired
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