DE953844C

DE953844C - Einrichtung zur Waermebehandlung von Fluessigkeiten, insbesondere zum Entkeimen von fluessigen Lebensmitteln wie Milch und pharmazeutischen Erzeugnissen oder Hilfsstoffen

Info

Publication number: DE953844C
Application number: DEA21003A
Authority: DE
Original assignee: Alpura AG
Current assignee: Alpura AG
Priority date: 1954-08-11
Filing date: 1954-08-24
Publication date: 1956-12-06
Also published as: FR1128232A; BE540383A; NL86567C; CH322228A

Description

Einrichtung zur Wärmebehandlung von Flüssigkeiten, insbesondere zum Entkeimen von flüssigen Lebensmitteln wie Milch und pharmazeutischen Erzeugnissen oder Hilfsstoffen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Wärmebehandlung von Flüssigkeiten - insbesondere zum Entkeimen von flüssigen Nahrungsmitteln, Getränken und pharmazeutischen Produkten oder Hilfsstoffen - mit einem von der Flüssigkeit durchströmten Kanal, dessen Wandung Öffnungen aufweist, durch welche ein dampf- oder gasförmiger Wärmeträger in die Flüssigkeit eingeführt werden kann. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch Mittel zur Kühlung von wenigstens in Strömungsrichtung der Flüssigkeit auf Wärmeträgereinführöffnungen folgenden Teilen der Kanalwandung.
Es ist bekannt, z. B. Milch durch direktes Einführen von Wasserdampf einer Wärmebehandlung zu unterwerfen. Damit bezweckt man, in der Milch befindliche, ihre Haltbarkeit oder ihre hygienische Beschaffenheit schädlich beeinflussende Mikroorganismen abzutöten. Eine bereits zu diesem Zweck verwendete Einrichtung besteht aus einem Rohrstück, welches von einem Dampfmantel umgeben ist und in der Rohrwandung Einführöffnungen für den Wasserdampf aufweist. Die zu behandelnde Milch wird unter erhöhtem Druck durch das Innere des Rohrstückes geleitet und dusch den eindringenden und kondensierenden Wasserdampf kurzzeitig auf die zur Vernichtung der Mikroorganismen nötige Temperatur erhitzt. Zur Vermeidung schädlicher Veränderungen der Milch bei den angewendeten Temperaturen wird die Milch unmittelbar anschließend in einer Entspannungseinrichtung unter Drucksenkung gekühlt.
Der Betrieb einer solchen Einrichtung muß mannigfachen Bedingungen genügen. Ganz besonders darf die Wärmebehandlung keinerlei schädliche Veränderungen der Milch verursachen. In dieser Hinsicht muß besonders verlangt werden, daß der Geschmack der frischen Milch erhalten bleibt, d. h., daß kein Kochgeschmack, verursacht durch Anbrennen einzelner Milchteilchen oder Veränderungen derselben, auftritt.
Wird Milch in erhitztem Zustand über Metallflächen geleitet, deren von der Milch benetzte Oberfläche eine höhere Temperatur aufweist als die Milch selbst, besteht die Gefahr, daß gewisse Milchbestandteile ausgeschieden werden und sich auf der Metalloberfläche in Form eines dünnen Überzuges niederschlagen. Diese Erscheinung kann selbst festgestellt werden, wenn die Milch eine hohe Störungsgeschwindigkeit aufweist. Insbesondere sind es Eiweiß- und Naturalstoffe, welche einen derartigen Überzug auf heißen Metallflächen bilden können.
Bei Einrichtungen der genannten Art wird die zu behandelnde Milch vorzugsweise in vorgewärmtem Zustand, z. B. mit Temperaturen zwischen 6o bis 8o° C, in die Erhitzungseinrichtung geleitet. Hier bewirkt der durch die Öffnungen der Kanalwandung in die Milch eintretende Wasserdampf innerhalb von Sekundenbruchteilen eine Erhitzung auf die zur Entkeimung nötige Temperatur, welche in der Regel mindestens iq.o° C beträgt. Ablagerungen können nun vornehmlich dann entstehen, wenn die Kanalwand überhitzte Teile aufweist, deren Oberflächentemperatur über der Milchtemperatur an dieser Stelle liegt. Es hat sich gezeigt, daß schon kleinste Temperaturdifferenzen zwischen Milchteilchen und den von ihnen benetzten Teilen der Kanalwandung solche Ablagerungen entstehen lassen. Letztere bleiben zumindest einige Zeit an der Kanalwandung haften und werden so gegenüber der nur Sekundenbruchteile dauernden Erhitzung der durchströmenden Milchteilchen während längerer Zeit der Wärmeeinwirkung ausgesetzt. Sie neigen deshalb zum Anbrennen und erzeugen den gefürchteten, die Qualität der behandelten Milch in schädlicher Weise beeinflussenden Kochgeschmack.
Vorliegende Erfindung ermöglicht, die geschilderten Nachteile zu verhüten. Mit Hilfe der Mittel zur Kühlung von in Strömungsrichtung auf Wärmeträgereinführöffnungen folgenden Teilen der Kanalwandung gelingt es, die Temperatur der von der Flüssigkeit benetzten Kanalwandung auf einem solchen Wert zu halten, daß das. Entstehen von Ablagerungen ausgeschaltet oder zumindest auf ein unschädliches Maß reduziert ist. Der Gegenstand der Erfindung und weitere, mit ihr zusammenhängende Merkmale sind nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigt Fig. i einen Längsschnitt durch eine Einrichtung der Erfindung, Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie I-I durch einen Teil der in Fig. i gezeichneten Einrichtung, Fig. 3 im Längsschnitt eine andere Ausführungsform einer Einrichtung nach der Erfindung und Fig. q. einen Querschnitt nach der Linie II-II durch einen Teil der in Fig: 3 dargestellten Einrichtung.
Die in Fig. i dargestellte Vorrichtung eignet sich besonders für die Entkeimung von Milch und milchhaltigen Flüssigkeiten, obschon auch andere Flüssigkeiten, wie Fruchtsäfte, pharmazeutische Produkte oder Hilfsstoffe, wie Nährflüssigkeiten, mit ihrer Hilfe behandelt werden können. Die Einrichtung besitzt einen von der Flüssigkeit durchströmten Kanal i, welcher innerhalb des Teilstückes A-A eine düsenförmige Querschnittsverengung aufweist. An der Eintrittsöffnung 2 und der Austrittsöffnung 3 des Kanals sind nicht gezeichnete Anschlußleitungen befestigt. Zur Aufrechterhaltung einer kontinuierlichen, zwangläufig geführten Strömung im Kanal i ist im Strömungsweg der Flüssigkeit vor der gezeichneten Einrichtung ein Förderorgan angeordnet. Der Kanal i ist über das Teilstück A-A von zwei Wandteilen 4 und 5 gebildet, welche im Querschnitt den Kanal je zur Hälfte umschließen und in der durch die Symmetrieachse führenden Trennebne aufeinander aufliegen. Beide Wandteile 4 und 5 sind an ihren Enden mit dem Anschlußstück 6 bzw. 7 verschraubt. Um die Wandteile q. und 5 ist ein Mantelrohr 8 angeordnet, welches über die Wandteile q. und 5 an die Anschlußstücke 6 und 7 geschoben und mit Hilfe der Überwurfmuttern io und i i an den Anschlußstücken befestigt ist. Die Wandteile 4. und 5 besitzen einen, Bund 12 bzw. 13, welche über den Dichtungsring 14. auf der Schulter 15 des Mantelrohres 8 dichtend aufliegen. Das Mantelrohr 8 schließt mit den Außenflächen der Wandteile q. und 5 zwei Hohlräume 9 und 16 ein; an den Stellen 17 und 18 sind Stopfbüchsen angeordnet, welche die Hohlräume 9 und 16 nach außen dichtend abschließen.
Am Mantelrohr 8 ist ein Stutzen i9 angeschweißt, durch welchen Wasserdampf unter erhöhtem Druck in den einen Dampfmantel bildenden Hohlraum 9 geleitet werden kann.
Innerhalb des Teilstückes A-A des Kanals i bilden die Wandteile 4. und 5 eine düsenförmige Querschnittsverengung. Aus dem Dampfmantel 9 wird der Wasserdampf durch im Bereich der höchsten Strömungsgeschwindigkeit, d. h: im Bereich des engsten Querschnittes angeordnete Öffnungen 2o in die Flüssigkeit eingeführt; die Öffnungen 20 stehen über Kanäle 21 mit dem Dampfraum 9 in Verbindung.
Fig.2 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Schnitt nach der Linie-I-I in Fig. i. Der annähernd rechteckige Durchflußquerschnitt im Kanal i wird durch einander gegenüberliegende Wände gebildet, von denen die Wände 22 und 23 die Öffnungen 2o aufweisen, welche über die Kanäle 2i mit dem Dampfraum 9 in Verbindung stehen. Die Wandteile ¢ und 5 sind durch Schraubenbolzen zusammengehalten.
Der Hohlraum 16 dient zur Aufnahme eines Kühlmittels, z. B. Kühlwasser oder Kühlöl, welches durch die an das Mantelrohr angeschweißten Stutzen 24 bzw. 25 eingeführt bzw. abgeführt werden kann. Im Bereich dieses Kühlmantels besitzen die Wandteile 4 und 5 derart geformte Ausnehmungen 26 bzw. 27, daß die Stärke der Kanalwandung an dieser Stelle verhältnismäßig gering ist. Das in den Kühlmantel 16 eingeführte Kühlmittel umströmt die Außenwandung der Wandteile ¢ und 5 und bewirkt eine Kühlung des auf die Wärmeträgereinführöffnungen 2o folgenden Teilstückes des Kanals, ,velches von der bereits auf Höchsttemperatur erhitzten Flüssigkeit durchströmt wird. Durch entsprechende Bemessung der pro Zeiteinheit in den Kühlmantel eingeführten und aus ihm abströmenden Kühlmittelmenge und der Temperatur des Kühlmittels läßt sich die Temperatur an der Innenwandung des Kanals so klein halten, daß auch bei hitzeempfindlichsten Flüssigkeiten keine Gefahr des Anbrennens besteht.
Die Erfindung ist nicht auf das in den Fig. i und 2 gezeichnete Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr kann der Kanal i auch eine andere Form aufweisen. Fig. 3 zeigt in diesem Zusammenhang eine Einrichtung nach der Erfindung, hei welcher der Kanal i durch ein gerades Rohrstück 3 i mit gleichbleibendem kreisförmigem Durchflußquerschnitt gebildet ist. In der Wandung des Rohrstücks sind Öffnungen 32 angeordnet, welche über Kanäle 33 mit dem Dampfmantel 34 in Verbindung stehen., Der untere, nicht gezeichnete Teil der Einrichtung entspricht im wesentlichen der Anordnung nach Fig. i. Das Mantelrohr 35 schließt mit dem Rohrstück 31 ebenfalls einen Kühlmantel 36 ein; in letzteren kann durch den Stutzen 37 ein Kühlmittel, z. B. Kühlwasser, eingeführt werden. Das Kühlmittel kann in Ausnehmungen 38 gelangen, welche in Achsrichtung in der Wandung des Rohrstücks 31 angebracht sind. Die Ausnehmungen sind nach . außen durch mit denn Rohrstückverschweißte Deckel 39 abgeschlossen.
Fig. 4. zeigt die Anordnung der Ausnehmungen 38. Diese sind derart über den Querschnitt verteilt, daß sie an keiner Stelle die Kanäle 33 durchstoßen. Nach Durchströmen der. Ausnehmungen 38' kann das Kühlmittel im unteren, nicht gezeichneten Teil der Einrichtung -auf entsprechende Weise abgeführt werden. Auf der Außenfläche des Rohrstücks 31 ist eine Schicht 40 aus wärmeisolierendem Material angeordnet. Diese soll wenn nötig ein Kondensieren des Dampfes auf den vom Dampf angeströmten Flächen- des gekühlten Rohrstücks 31 verhindern. Zu demselben Zweck sind die Kanäle 33 durch Einsatzstücke aus wärmeisolierendem Material gebildet, z. B: aus einem keramischen Material. Auch hier verhindert die Kühlung der auf Wärmeträgereinführöffnungen folgenden Teile der Kanalwandung eine schädliche Überhitzung der mit der Flüssigkeit in Berührung kommenden Innenwand des Kanals 31. Damit kann das Entstehen eines Belages mindestens weitgehend und dessen schädliche Folgen mit Sicherheit ausgeschaltet werden.
Die Erfindung ist nicht auf eine zur Wärmebehandlung von Milch bestimmte Einrichtung beschränkt. Mit Hilfe der geschilderten Einrichtung lassen sich vorteilhaft auch andere Flüssigkeiten behandeln, z. B. Fruchtsäfte, pharmazeutische Produkte und Hilfsstoffe usw. Hier kann die Kühlung der auf Wärmeträgereinführöffnungen folgenden Teile der Kanalwandung z. B. eine unerwünschte Trübung der behandelten Flüssigkeit verhindern, verursacht durch einen bei unzulässig hohen Wandteriiperaturen sich bildenden unlöslichen Satz.- Ferner können schädliche Veränderungen wichtiger biologischer Eigenschaften sowie eine Förderung gewisser chemischer Reaktionen ausgeschaltet werden, welche nur bei übermäßig hohen Wandtemperaturen ein namhaftes und störendes Ausmaß annehmen.
Betriebstechnisch ergibt die Verhütung eines rasch sich vergrößernden Belages folgende Vorteile: Die Betriebszeit zwischen aufeinariderfolgenden Reinigungen kann erheblich verlängert werden. Gleichzeitig läßt sich ein bei einer niedrigeren Wandtemperatur sich bildender Belag im Gegensatz zu den Verhältnissen bei ungekühlter Kanalwandung viel leichter entfernen.
Als Kühlmittel kann eine Flüssigkeit, z. B. Wasser oder Öl verwendet werden. In gewissen Fällenkönnen sich aber- auch dampf- oder gasförmige Kühlmittel eignen.

Claims

'PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Wärmebehandlung von Flüssigkeiten - insbesondere zum Entkeimen von flüssigen Lebensmitteln wie Milch und pharmazeutischen Erzeugnissen oder Hilfsstoffen - mit einem von der Flüssigkeit durchströmten Kanal, dessen Wandung Öffnungen aufweist, durch welche ein dampf- oder gasförmiger Wärmeträger in die Flüssigkeit eingeführt werden kann, gekennzeichnet durch Mittel zur Kühlung von wenigstens in Strömungsrichtung der Flüssigkeit auf Wärmeträgereinführöffnungen folgenden Teilen der Kanalwandung.
2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kanalwandung Strömungswege für ein Kühlmittel angeordnet sind.
3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der Kanalwandung durch ein Kühlmittel angeströmt is-,.-4. Einrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch zwischen das Kühlmittel führe-.:.de Kanäle und den Wärmeträger führende Kanäle angeordnetes wärmeisolierendes Material.