DEP0005813DA - Verfahren zum schnellen Erhitzen wärme- und rührempfindlicher Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Manche Substanzen, die in einem Temperaturbad einer Wärmebehandlung unterzogen werden sollen, sind in dem Temperaturbad schwer aufzuheizen, weil die Aufheizung infolge der schlechten Wärmeleitfähigkeit sehr lange Zeit in Anspruch nimmt oder weil das zur Beschleunigung des Wärmetausches notwendige Rühren nicht vertragen wird oder technisch nicht durchführbar ist. Ein Beispiel dafür ist Blut, bei dem durch das Rühren die Gefahr der Hämolyse besteht. Damit wird die Temperaturbehandlung derartiger Substanzen praktisch unmöglich.

Die Aufheizung im Temperaturbad geht entsprechend der in Figur 1 dargestellten Kurve (T = Temperatur, t = Zeit) vor sich. Man sieht daraus, daß man sich der gewünschten Endtemperatur erst nach langer Zeit nähert. Ein Temperaturbad höherer Temperatur als die, der die Substanz ausgesetzt werden soll, verbietet sich ebenfalls, da hierbei die Gefahr der Überhitzung gewisser Teile der Substanz gegeben ist.

Ein Ausweg könnte gesehen werden in der Anwendung eines elektrischen speziell hochfrequenten bzw. ultrahochfre- quenten Wechselfeldes, das bekanntlich die Möglichkeit bietet, eine Substanz - zumindest eine homogene Substanz - in allen Teilen gleichzeitig und gleichmäßig aufzuheizen. Die Aufheizung erfolgt dann nach Fig. 1a. Die Schwierigkeit besteht in diesem Falle aber auch in der Überhitzung einzelner Teile, vor allem der freien Oberfläche durch Inhomogenität des Feldes in einer derartigen Grenzschicht und durch Konvektion. Zu vermeiden wäre diese Erscheinung wiederum durch Rühren,was aber ja ausgeschlossen sein soll.

Der Erfinder hat erkannt, daß die gestellte Aufgabe dadurch gelöst werden kann, daß man den Aufheizvorgang und das Halten der Temperatur voneinander trennt. Das geschieht vorzugsweise, indem man die Substanz im Durchlauf durch einen Erhitzer schnell auf die gewünschte Temperatur bringt und sie auf dieser für die erforderliche Zeitdauer in einem Temperaturbad hält. Unter Temperaturbad wird hierbei jede Einrichtung verstanden, die dazu dient, die zu behandelnde Substanz für die erforderliche Zeit auf der erreichten Temperatur zu halten. Bei der Aufheizung wird entweder durch die Ausbildung des Durchlauferhitzers oder die Art und Geschwindigkeit des Durchlaufes dafür gesorgt, daß an keiner Stelle des Aufheizvorganges die zulässige Solltemperatur in der Behandlungssubstanz überschritten wird.

Einige derartige Durchführungsmöglichkeiten des neuen Verfahrens sind in Figur 3 und 5 für dünnflüssige Substanzen und in Figur 4 für brei- oder pastenförmige Stoffe veranschaulicht. Bei der Ausbildung nach Figur 3 durchströmt die Flüssigkeit auf ihrem Weg von einem Vorratsbehälter (a) zum Behandlungsgefäß (b), das im konstantem Temperaturbad (c) (z.B. Wasserbad) bereits auf die Solltemperatur der Wärmebehandlung vorgewärmt ist, ein elektrisches (nach der Zeichnung beispielsweise hoch- bzw. ultrahochfrequentes) Wechselfeld (d), in welchem nach der Kurve Fig. 1a eine schnelle Aufheizung während des Durchflusses stattfindet. Die Durchflußgeschwindigkeit wird im Verhältnis zur Intensität und Länge des Hochfrequenzfeldes so gewählt, daß an allen Stellen der durchfließenden Flüssigkeit die Temperatur des Bades (c) mit ausreichender Genauigkeit erreicht wird.

Die Anordnung nach Fig. 4 entspricht der eben beschriebenen, nur ist sie für pasten- oder breiförmige Stoffe eingerichtet, die von einem Kolben (k) aus dem Zylinder (e) in dem Rohr (f) durch die elektrische Hochfrequenzheizstrecke gedrückt weden.

Die Vorteile einer elektrischen Durchflußerhitzung für die Lösung der gestellten Aufgabe nach dem erfindungsgemäßen Prinzip sind augenscheinlich. Doch kann man bei Flüssigkeiten, die in einem dünnen Film z.B. durch eine Kapillare hindurchgeleitet werden können, auch mit einer reinen Wärmeaufheizung in einem Temperaturbad auskommen. Dem Behandlungsgefäß wird einfach eine in einem Temperaturbad befindliche Kapillare von richtig bemessener Länge vorgeschaltet. Die Länge der Kapillare muß sich dabei nach der Temperatur des Temperaturbades richten, die in diesem Falle, um eine schnelle Aufheizung zu erreichen, höher sein kann, als die Verweiltemperatur für die Behandlungssubstanz. Bei richtig angepaßter Länge der Kapillare besteht keine Gefahr einer Überheizung.

Unter Umständen kann die Aufheizungskapillare sogar in demselben Temperaturbad angeordnet werden, in dem auch die Temperaturhaltung erfolgt.

Der Vorteil des neuen Verfahrens wird besonders augenscheinlich durch einen Vergleich der Kurven von Fig. 1 und 1a. In der Fig. 2 sind die Verhältnisse nochmals in derselben Darstellung veranschaulicht. Die Kurve a zeigt dabei den Temperaturverlauf bei Aufheizung von etwa 1 Liter Flüssigkeit in einem Wasserbad der gewünschten Behandlungstemperatur. Die Kurven b', b'' zeigen die Verhältnisse bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, und zwar stellen die Kurven b', b'' die Aufheizung für verschiedene, die Aufheizstrecke passierende Volumenteile (beispielsweise die ersten und die letzten) dar. Angenommen ist bei der Darstellung eine Durchlaufgeschwindigkeit von 1 cm(exp)3/sec und eine Aufheizdauer von 4 sec. Die Darstellung zeigt die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens klar.

Um die Vorteile dieser Aufheizung im Durchlauf auch voll ausnutzen zu können und nicht Teile der Substanz, nämlich die, die zuerste die Aufheizung passiert haben, länger auf der gewünschten Temperatur zu halten, als für den gegebenen Zweck notwendig ist, wird man die Substanz nach der Aufheizung nicht in einen Behälter laufen lassen. Man läßt die Substanz entweder in mehrere kleine Behälter laufen, oder, besonders wenn keine sehr langen Verweilzeiten in Frage kommen, kann man auch die Temperaturhaltung im Durchlauf besorgen. Zu diesem Zweck braucht man nur (Fig. 5) die von der Substanz durchflossene Rohrleitung innerhalb des Temperaturbades (z.B. in Form einer Spirale) so zu verlängern, dass die von der Flüssigkeit benötigte Durchlaufzeit gleich der gewünschten oder erforderlichen Behandlungszeit ist. Ist nach der Temperaturbehandlung eine schnelle Kühlung (k) notwendig, wird man sinngemäß verfahren.

Außer dem Zeitgewinn kann das erfindungsgemäße Verfahren noch weitere sehr wesentliche Vorteile haben. So ist z.B. bekannt, daß wertvolle Stoffe in bestimmten Substanzen gerade während des Aufheizvorganges bei Temperaturen, die während des Aufheizens langsam durchschritten werden, geschädigt werden, nicht aber mehr, oder nur geringfügig, bei den zur eigentlichen Temperaturbehandlung notwendigen höheren Temperaturen. Dies gilt z.B. für Vitamin C und bestimmte Eiweißstoffe. Diese Schädigung wird vermieden, wenn man die schädigenden Temperaturen sehr rasch durchschreitet, wozu die Möglichkeit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, vor allem bei Aufheizung in einem Feld der gekennzeichneten Art besteht.

Auch für Sterilisationszwecke kann das geschilderte Verfahren von Vorteil sein.

Claims (6)

1. Verfahren zum schnellen Erhitzen wärme- und rührempfindlicher Flüssigkeiten ohne Rühren oder Überhitzen auf bestimmte Temperaturen und zum Halten bei diesen Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß Aufheizung und Temperaturhaltung getrennt werden, indem die zu behandelnde Flüssigkeit mittels Durchlauferhitzung auf die Solltemperatur erhitzt und in einem Temperaturbad während der gewünschten Zeit auf dieser Temperatur gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit nach dem Durchlauferhitzer in ein oder mehrere auf die konstante Solltemperautr vorerwärmte und auf dieser Temperatur gehaltene Wärmebehandlungsgefäße geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Temperaturhaltung im Durchlauf erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlauferhitzung der Flüssigkeit auf die Behandlungstemperatur mittels eines elektrischen, besonders eines hoch- bzw. ultrahochfrequenten Wechselfeldes erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen dünnflüssiger Substanzen diese auf ihrem Wege zum Wärmebehandlungsgefäß durch eine Kapillare von richtig bemessener Länge geleitet werden, die in einem Temperaturbad angeordnet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Temperaturbad eine Durchflußleitung von solcher Länge angeordnet wird, daß die Durchlaufzeit der Substanz gleich der Behandlungszeit wird.