IT8323864A1 - "procedimento e dispositivo di trattamento termico di fluido comportante una condensazione rapida del vapore" - Google Patents

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Description

DOCUM ENTAZIONE
RILEGATA
DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda il campo tecnico dei pr? cedimenti e dei dispositivi di trattamento termico di un flu? do tramite iniezione di vapore in tale fluido.
Sono noti un gran numero di dispositivi di iniezione di vapore, utilizzati in particolare per la sterilizzazione dei prodotti alimentari fluidi. Questi dispositivi sono generalmente costituiti da una camera di miscelazione del prodotto e del vapore, all?interno della quale una parte di quest'ultimo si condensa, prolungantesi con una sezione di condizionamento, all'interno della quale ? attuata la condensazione e conseguentemente l'aumento di temperatura. Il prodotto viene succe_s sivamente raffreddato in un cassone di -evaporazione sotto vuo to in cui il vapore condensato ? evaporato. Il mantenimento della temperatura richiesta ? generalmente garantito da una regolazione della pressione del vapore iniettato, asservita ad ima misura della temperatura nell'ambiente di condizionamento.
A titolo esempificativo ? possibile citare 1'iniettore descritto nel brevetto francese n. 1114 013* che consente al tipo di trattamento e che ? costituito da uno spezzone di tubo rettilineo che ? circondato da una camicia di vapore, tale vapore penetrando nel flusso di prodotto da trattare, tramite orifizi della parete del tubo, nella zona di flusso a velocit? massima, gli orifizi di introduzione del vapore essendo inclinati nel senso del flusso.
Per questo trattamento, vengono distrutti, nel caso dei prodotti alimentari, i germi che sono nocivi per una loro lun ga conservazione senza peraltro alterare il loro valore nutritivo ii? le proprie caratteristiche fisico-chimiche. Per il latte, ad esempio, il trattamento termico qualificato di sterilizzazione U.H.T. consiste, dopo un preriscafdamento, in un aumento brusco della temperatura sino a 150?C, e nel manteni^ mento di questa temperatura per qualche secondo, le caratteri etiche del trattamento termico sono generalmente imposte da norme per ciascun tipo di prodotto, a seconda della propria destinazione. Le norme internazionali che definiscono i trattamenti di pastori zzarione , sterilizzazione, trattamento MU.H.T." sono ben note ai tecnici del ramo.
I sistemi noti presentano i seguenti inconvenienti:
1,. La stabilit? della temperatura di sterilizzazione ? molto difficile da ottenere, e in pratica si rilevano fluttuazio ni notevoli -attorno al punto di riferimento, a causa delle quali un parametro del flusso o dell'ambiente viene legger mente modificato. La causa sar? illustrata in seguito. Un rimedio noto ? descritto nel brevetto francese n. 2.441.344 per ridurre queste notevoli fluttuazioni di temperatura, con siste nell ' eliminare le oscillazioni dell'iniezione del vapore sfruttando un afflusso critico di tale stesso vapore, a monte della camera di miscelazione, nell'ugello di entrata dell'iniettore, tale disposizione garantendo una mandata costante di vapore nella camera di miscelazione che, combinando con una mandata a portata costante del prod?tto da trattare, dovrebbe dar luogo ad una buona stabilit? del trattamento .
2. L'attuazione della condensazione nell'ambiente di condizio namento a camera si traduce in una disparit? dei trattamen ti termici dovuta all'assenza di omogeneit? della temperatura entro il prodotto. Inoltre, la non conoscenza del volu me occupato dal fluido rende difficile la valutazione del tempo di permanenza ad alta temperatura.
Questi due inconvenienti determinano la necessit? di esa sperare le condizioni di sterilizzazione, e ci? a detrimento delle propriet? fisico-chimiche e organoleptiche del prodotto da trattare.
Inoltre, la presenza di una sezione di regolazione, o con dizionamento , indispensabile per ottenere l'aumento di tempera tura, e stabilire una certa omogeneit? del trattamento termico, non consente di prevedere un trattamento con durata suscettibi^ le di risultare inferiore al secondo.
Il dispositivo del brevetto francese n. 2.441.344* pur consentendo una buona stabilit? di temperatura, non presenta, tuttavia, una efficacia sufficiente dal punto di vista del con trollo del tempo di contatto prodotto-vapore, e questa dispersione del tempo di contatto pu? provocare notevoli alterazioni del prodotto trattato.
Uno degli scopi della presente invenzione ? quello di gii rantire una condensazione completa del vapore iniettato all'in terno dell'iniettore.
Un altro scopo ? quello di garantire un trattamento termico stabile nel tempo, e non richiedente sistemi di regolazio ne complessi.
Un altro scopo ancora ? quello di consentire trattamenti termici dei liquidi tramite iniezione di vapore di durata molto breve (inferiore ad 1 secondo).
La presente invenzione fornisce quindi un procedimento di trattamento termico di un fluido in cui si inietta vapore in una camera attraversata dal flusso e terminante tramite una strozzatura brusca trapassata da un tubo di regolazione che presenta la particolarit? che, per un dato fluido che si desidera far passare da una prima temperatura ad una seconda tempe ratura pi? elevata, si determinano la portata di massa del flu:i do e le sezioni del tubo di regolazione e della camera di miscelazione per ottenere una caduta di pressione in corrisponden za del passaggio del tubo di regolazione che ? compresa fra un valore troppo elevato, che non consentirebbe di iniettare la quantit? di vapore necessaria per il riscaldamento desiderato, ed un valore troppo basso,che corrispondenebbe alla iniezione di una quantit? di vapore eccessivo, la quale non sarebbe totalmente condensata e mantenendo simultaneamente costante le dette portate di massa del fluido e le dette sezioni del foro di regolazione e della c?mera di miscelazione.
Secondo una modalit? interessante, dopo aver fissato la portata di massa del fluido e le porzioni o sezioni di regoli* zione della camera di miscelazione, viene mantenuta costante la caduta di pressione al suo valore di comando agendo sulla pressione a valle del tubo di regolazione. Tuttavia, secondo una modalit? preferita, si determinano la velocit? di massa e il diametro del tubo di regolazione come pure le condizioni operative, come la.pressione, la natura del materiale del tu bo di regolazione ed il contenuto di gas del fluido, per otte nere un flusso critico del fluido nel tubo di regolazione o strozzatura.
Preferibilmente, in questo caso, poich? il flusso del fluido attraverso il tubo di regolazione ? mantenuto in reg^i me critico, si 'regola il valore di riferimento della pressio ne di introduzione del vapore della camera in funzione della temperatura del fluido dopo condensazione del vapore.
Nel medesimo caso ? inoltre interessante prevedere di inviare il fluido in un recipiente di espansione sotto pressio ne ridotta e far penetrare il fluido in detto recipiente imme diatamente dopo che esso ha oltrepassato il ponte in corrispon denza del quale ? ottenuto il flusso critico. In tal modo ? ot tenuto un trattamento ultra-corto.
Nel dispositivo secondo l'invenzione, se non si cerca di ottenere un flusso critico, allora ? vantaggioso,prevedere che il restringimento brusco sia costituito da una parte conica avente un angolo al vertice superiore a circa 30?? Se, viceversa, si cersa di ottenere un flusso critico, allora ? vantaggioso pre vedere che simultaneamente il restringimento brusco abbia a raccordarsi con il tubo di regolazione formando con esso un angolo compreso fra 60 e 120?, e che la superficie interna del tubo di regolazione comprenda siti di nucleazione.
Preferibilmente, per il trattamento di portate notevoli, il dispositivo comprende una pluralit? di tubi di regolazione disposti paralleli.
L'invenzione si rivela particolarmente vantaggiosa nel ca so in cui il fluido ? costituito da un prodotto alimentare, poi^ che essa consente di ottenere un trattamento di pastorizzazione o sterilizzazione avente una durata inferiore ad un secondo.
L'invenzione sar? ora illustrata pi? dettagliatamente tramite esempi non limitativi illustrati dai disegni in cui: la figura 1 ? una vista in sezione longitudinale di un dispositivo secondo l'invenzione,
la figura 2 ? una vista analoga di un altro dispositivo secondo l'invenzione,
la figura 3 ? una vista schematica di un complesso dotato di un dispositivo secondo la figura 2,
la figura 4 ? una vista schematica di un altro complesso dotato di un dispositivo secondo l'invenzione,
la figura 5 ? uno schema di regolazione,
la figura 6 ? un altro schema di regolazione,
la figura 7 ? un diagramma illustrante la variazione de^L la pressione lungo il dispositivo per regimi diversi,
la figura 8 ? un diagramma illustrante le relazioni fra la pressione a monte critica e la portata di massa,
la figura 9 ? un diagramma illustrante le relazioni fra la temperatura raggiunta e la pressione a valle,
la figura 10 ? uno schema illustrante le variazioni delle temperature in un trattamento di prodotto alimentare.
La figura 1 rappresenta.un iniettore che garantisce una introduzione di vapore in una corrente di prodotto da trattare. I diversi elementi citati che costituiscono l'iniettore sono smontabili per consentire una pulitura facile di ciascuno degli elementi in contatto con il prodotto da trattare. Tale inietto^ re 5 comprende una conduttura di entrata 6 del prodotto fluido da trattare ed una conduttura di uscita 7 situata nel prolungai mento'assiale dell'entrata e formante parte del dispositivo di condizionamento. Il Vapore arriva nell'iniettore tramite una conduttura laterale 8; esso penetra dapprima in una camera anu lare 9 attorno alla camera di miscelazione 10 situata nel cen tro dell'iniettore. Le due camere 9 e 10 sono separate da una parete cilindrica 11 comprendente una pluralit? di orifizi 12 di passaggio del vapore disposti a pluralit? su circonferenze della parete.
La camera di miscelazione IO prolunga la conduttura di entrata 6, avendo il medesimo diametro, ed ? limitata in cor rispondenza della sua estremit? da un elemento 1 3* trapassato da un foro assiale 14. Tale elemento 1 3 comprende una par te di entrata conica convergente 15 che si collega in corrispondenza della sua estremit? a^monte con le pareti della ca mera 10 e, in corrispondenza della sua estremit? a valle, con il foro o il tubo 14. L'elemento 1 3 ? simmetrico, la sua par te a valle ha la medesima forma della sua parte a monte, e si collega nel medesimo modo alla conduttura di uscita. L'an golo al vertice della parete conica 15 ha un certo valore, poich? esso deve essere perlomeno uguale a 30? circa (ossia, in sezione, la parete forma un angolo almeno uguale a 15??con l'asse). Preferibilmente, questo angolo ? di 60? ? 15?, ma esso pu? arrivare sino a 9O0 e oltre.
Questa parte conica costituisce la strozzatura brusca di cui si ? parlato precedentemente. Le sezioni della camera 10 e del tubo o foro 14 devono essere scelte in funzione delle condizioni di lavoro e dello scopo ricercato. A titolo informativo non limitativo, si pu? indicare che sono state condotte prove soddisfacenti per portate di 150 kg/ora circa con diametri rispettivi della camera e del tubo o foro di 9101,1 e 2,3 mm, ossia un rapporto delle sezioni di circa 11. La lunghezza del tubo o foro 14 pu? variare entro ampi limiti, ma ? preferibile che essa sia superiore al suo diametro.
Nel funzionamento, la pressione del vapore della camera 9 ? leggermente superiore alla pressione presente nel prodot to da trattare all' entrata della camera di miscelazione 10. Il vapore penetra nel flusso di fluido perpendicolare e si mi scela con il prodotto prima di penetrare nel brusco restringi^ mento costituito dalla parte conica 15 . Tale brusco restringi mento costringe il vapore a condensarsi prima di penetrare nel tubo di regolazione o foro di regolazione .
La figura 2 ? relativa ad una apparecchi atura che diffed sce per aspetto di molto poco da quella di figura 1 , ma il cui funzionamento ? tuttavi a molto diverso . Nelle due figure, le medesime parti sono indi c ate dai medesimi numeri di riferimen -to .
La differenza fra i due dispositivi consi ste essenzi almen te nella forma dell ' elemento 13 che ? dotato di un foro di regolazione 14. Tale elemento comprende , a monte del foro di regolazione, non una parte conica ma una superficie pi ana trasversale 16 che forma un angolo retto con un a parte cilindrica 1 7 che prolunga le pareti della camera 10 senza variazioni di sezione ; La superficie 16 forma pure un angolo retto con la su perfide interna del foro 14. In realt? , la superficie trasver sale 16 pu? non essere obbligatoriamente piana ma essa pu? essere conica con un angolo al vertice molto grande ad esempio compreso fra 1 60 e 200? . Con un simile dispositivo, e se le condi zioni sono per altro favorevoli , ? ottenuto, in corri spondenza del foro o tubo di regolazione, un flusso critico corri spondente alla comparsa del fenomeno di cavitazione in prossi^ mit? del punto di contrazione massimale del flusso fluido, ta le punto trovandosi nel foro di regolazione, a piccola distan za della sua intersezione con la superficie trasversale l6.
I dati pratici per la realizzazione di una condensazione totale del vapore (caso delle figure 1 e 2) e di un flusso crii tico (caso di figura 2) sono forniti qui sotto.
Condizi?ni di condensazione
La scelta del diametro del foro di regolazione, con tutti gli altri parametri fissati, ? una conseguenza di un compromesso .
Se questo " diametro ? troppo grande, allora si ha una quan tit? eccessiva di vapore iniettata, e/o una cattiva condensazione.
Se esso ? troppo piccolo, non si ha una quantit? sufficien te di vapore iniettato, e/o si ha una perdita di pressione troj) p? elevata per far s? che la pressione nella camera di condizionamento abbia a risultare superiore alla pressione di vapore saturo.
Esempio di condensazione in regime non critico:
Fluido: acqua
Portata di massa: m ? 140 kg/h
Temperatura iniziale ?0 = 70? C
Temperatura finale = 140?C.
Un risultato conveniente ? stato ottenuto con
d ? 2,3 mm e d = 0,26, d essendo il diametro del foro di regolji D zione e
D essendo quello della camera.
La perdita di pressione nel foro di regolazione determina la quantit? di vapore iniettata se il flusso liquido ? imposto. La strozzatura brusca favorisce la turbolenza e aumenta la superficie di contatto prodotto-vapore.
Condizioni di regime critico
Il regime critico ? caratterizzato da una portata massima impossibile da superare. Quando sono stabilite tali condizioni, si ha indipendenza dei parametri del flusso a monte e a valle di una sezione del foro di regolazione chiamata sezione critica.
La figura 7 illustra la differenza fra i regimi a flusso critico e gli altri . In questa figura, quattro curve illustrano la variazione della pressione nel foro di regolazione (parte AB) e, da entrambi i lati di esso, per diversi regimi corrispon denti a diverse pressioni a monte e a valle e per una medesima portata.
La curva I corrisponde a pressioni a monte e a valle rela tivamente elevate senza regime critico.
La pressione ? sostanzialmente costante a monte del foro di regolazione, essa diminuisce in quest'ultimo e raggiunge il valore della pressione a valle all'uscita del foro o tubo di
regolazione .
La curva II corrisponde ad una coppia di p on mon te e a valle minore, ma al limite del regime critico. Si con stata che le curve I e II sono all 'incirca parallele.
La curva III corrisponde ad una pressione a monte uguale a quella della curva II, ma ad una pressione a valle minore, con comparsa di un regime critico in un punto C del foro di regolazione. Si constata nel punto C una brusca deviazione del la pressione, la quale si raccorda successivamente alla pressione a valle.
La curva IV corrisponde ad una pressione a- valle inferro re a quella della curva III.
Si constata l'indipendenza totale dei flussi, tra i regimi situati a monte e a valle del punto C dopodich? compare un regime critico. Si noter? che la posizione del punto C non ? fi_s sata. nel foro di regolazione e dipende dalle condizioni operative .
Se, in regime critico, la pressione a valle non ha relazio ne con la pressione a monte, essa non ha pure relazione con la portata del vapore e quindi con l'innalzamento di temperatura determinato da tale portata. Diviene quindi possibile prevedere trattamenti comprendenti riscaldamenti intensi di durata molto breve.
Condizioni da realizzare nel dispositivo per ottenere un regime critico
Che la pressione abbia a diminuire all'interno del foro di regolazione al di sotto della pressione del vapore saturo per effetto del restringimento brusco, e eventuararaente de^ 1 <1 >attrito .
Che sulla superficie interna del foro di regolazione 14 abbiano ad esistere un numero di siti di nucleazione consenten ti un sufficiente sviulppo della cavitazione (sacche, bolle, film, ecc . . . . )
.Eventuale presenza di gas disciolto dal prodotto da trattare e suscettibile di degassificarsi.
Queste tre condizioni devono essere associate per ottene re in una sezione critica un mezzo bifasico consentente il bloc caggio.
Fra i fattori influenzanti l'ottenimento di queste condi zioni vi sono:
- la natura del prodotto da trattare,
- la velocit? di massa G uguale al rapporto (portata di massa) / (sezione del foro di regolazione),
- la pressione a monte,
s
- i rapporti L? e <~>, L e s rappresentante rispettivamente s
la lunghezza e la sezione del foro di regolazione 14 e S la se zione prima del restringimento,
- lo stato della superficie interna del foro di regolazione, tale stato superficiale dipendendo in particolare dal materiale di cui ? fatto il pezzo 13 (ad esempio l'acciaio inossidabile si ? rivelato favorevole in presenza di liquidi acquosi) e dalla natura e dal modo di lavorazione utilizzati per 1!ottenimento del foro 14.
Tramite regolazione di tutti questi parametri, ? possibile ottenere il regime critico in condizioni variate.
Ad esempio, nel caso dell'acqua, con foro di regolazione o tubo di regolazione di acciaio inossidabile, sono stati otte^ nuti regimi critici nelle condizioni seguenti, la forma del dispositivo corrispondendo alla figura 2:
d L
? = 0,2; ~ dell'intervallo da 1,1 a 5,6, d = 1,8 mm temperatura: 20?C pressione a monte: 5 bar
- 2 - 1
G = 20.000 kg m s
Sono stati pure ottenuti regimi critici nelle condizioni seguenti :
? = 0,26; ? = 4.54 d ? 2,3 mm, temperatura : 140?C
D d
pressione a monte: 10 bar G = 10,360
.kg m "2 s-1
La figura 8 illustra la relazione tra la pressione a monte "critica" ossia quella al di sotto della quale non ? possibile scendere per la data velocit? di massa nel foro di regolai zione, e tale velocit? di massa per diversi valori del diametro d del foro di regolazione 14, gli altri parametri essendo invariati; natura e temperatura del fluido (acqua a 70?C) sta to della superficie del foro di regolazione (acciaio inossida bile), diametro della camera 10 (90 mm). Si constata che esiste una correlazione fra la velocit? di massa e la pressione a monte critica, cosa questa che consente di determinare le ca ratteri sti che di un impianto a partire da un piccolo numero di prove.
La figura 9 mostra la relazione fra la temperatura raggiun ta in un impianto secondo la figura 2, in funzione della pressione a valle, nelle condizioni seguenti:
fluido : acqua - portata : 0,123 nr/ora, d = 2 mm,
L = 10 mm, D = 90 mm, pressione a monte = 6,7 bar.
Temperatura del fluido all'entrata nella camera 10 : 90? C.
La figura mostra che, per le pressioni a valle di piccolo valore (sezione MN ) , la temperatura raggiunta ? elevata e ind:L pendente dalla pressione a valle. Ci si trova quindi nelle con dizioni di regime critico, e la pressione a valle non ha influenza su ci? che avviene a monte, come si ? detto precedentemente. La temperatura raggiunta dipende solo dalla pressione di iniezione del vapore, la quale ? costante nell 1 esperienza .
La figura 9 rappresenta successivamente una parte in cui la temperatura diminuisce rapidamente quando la pressione a valle aumenta (sezione NP) . Questa situazione corrisponde a re gimi non critici e qualsiasi aumento della pressione a valle fa diminuire la quantit? di vapore che ? possibile iniettare, e quindi l'innalzamento di temperatura che ? possibile ottenere.
La figura 9 rappresenta infine una parte in cui la temperatura raggiunta ? uguale alla temperatura di entrata (sezione Pfi). Ci? corrisponde al fatto che poich? la pressione a valle ? troppo elevata, si ha una sovrapressione a monte che non con sente pi? di iniettare vapore nel fluido, e la temperatura di questo ? quindi invariata.
Quando si opera nelle condizioni corrispondenti a regimi non critici (parte NP della curva di figura 9) ? vantaggioso regolare con precisione la pressione a valle.
Ci? pu? essere ottenuto con il montaggio schematizzato in figura 6.
Su questa figura, oltre al dispositivo 5 che pu? essere del tipo rappresentato in figura 1, ? stata rappresentata una camera a pressione ridotta 20 collegata ad una pompa a vuoto 21, in cui il fluido subisce una espansione prima di essere recuperato in corrispondenza della parte inferiore 22 ed evacua to tramite una pompa di estrazione 23. La parte a valle del dispositivo 5 ? collegata alla camera 20 tramite una conduttu ra 24 su cui ? frapposto una valvola ad azione proporzionale 25. Due sensori di pressione 26,27 situati rispettivamente a monte del foro di regolazione 14* ad esempio nella camera 10, e a valle di tale foro di regolazione, sono collegati ad un dispositivo. 28 che emette segnali corrispondenti alla differen za di pressione fra tali due sensori, ossia alla perdita di carico nel foro di regolazione 14. Questi segnali sono inviati ad un dispositivo di regolazione 29 che, a sua volta coman da l'apertura o la chiusura della valvola 25. E1 noto che 'la temperatura raggiunta ? una funzione della pressione a valle^ come ne consegue da figura 9. Una fluttuazione accidentale della pressione a monte agisce sulla parte di carico (variazione della pressione del vapore, ad esempio). Essa ? compensata, grazie al sistema descritto, tramite una variazione del la pressione a valle.
La figura 3 ? relativa ad una forma di realizzazione de^L l'iniettore di figura 2. L'uscita dell'iniettore 5 sbocca direttamente nella camera a pressione ridotta 20, sottoponendo l'uscita del foro di regolazione 14 alla depressione dell ' eva poratore in modo tale che il trattamento termico ad alta tem peratura termina in corrispondenza della soglia critica. La depressione parziale nella camera 20, formante evaporatore, che garantisce la separazione vapore-prodotto, si esercita di rettamente sul flusso fluido dopo la soglia critica. Questa disposizione garantisce un raffreddamento molto brusco e ben controllato del prodotto che ? stato riscaldato nella camera 10. Essa si presta quindi in modo particolarmente buono a trattamenti in cui il prodotto ? sottoposto ad un innalzamen to di temperatura molto intenso durante un tempo molto breve.
La figura 4 ? relativa ad un impianto previsto per trattare portate notevoli. Come si ? detto precedentemente, l'ottenimento delle condizioni desiderate dipende contemporaneamen te ai valori di s (sezione del foro di regolazione) del rapporto s/S, S essendo la sezione prima della strozzatura. Ci? mostra che non ? possibile sottrarsi semplicemente alle aondi_ zioni di scala e che, in taluni casi, ? impossibile ottenere, per grandi portate, i risultati corrispondenti a portate mino ri tramite un semplice cambiamento dei parametri operativi. In questo caso, sono previsti una serie di pezzi 13&, 13b, 13? ecc. ..., dotati di fori di regolazione 14a, 14b, 14?* ecc., disposti in parallelo, ciascuno fra la propria camera l(3a, 10b, 10c e una camera a pressione ridotta comune 20 o camera di condizionamento comune oppure no.
Vantaggiosamente, la conduttura di mandata del vapore 8 e la camera anulare 9 circondante le camere 10a, 10b, 10c so no comuni. Ciascun iniettore pu? avere la sua propria regola zione. Gli elementi 13a, 13b, 13? possono essere del tipo di figura 1 (senza regime critico) o di quello di figura 2 (con regime critico).
La figura 6 ? relativa ad un perfezionamento del dispositivo secondo il quale si opera con un regime critico. Come si ? detto precedentemente, questo dispositivo consente di ot tenere condizioni di funzionamento notevolmente stabili. L<1 >aj) parecchiatura descritta ha consentito, ad esempio, di ottenere costanza delle temperature aggiunte, tale che la deviazione della temperatura risulta di solo 0,04?C (misure fatte ogni secondo per 2 minuti). E' tuttavia possibile migliorare ulteriormente le prestazioni, A tal fine, un sensore di temperatura 30 ? disposto sulla conduttura 24 che si estende dall'usci^ ta del foro di regolazione 14 alla camera a pressione ridotta 20. Una valvola ad apertura fissa, oppure un diaframma 313 ? posizionata a valle del sensore 30 in modo tale che la tempe natura indicata da esso sia indipendente dalle condizioni pre senti nella camera 20. I segnali del .sensore 30 sono inviati ad un dispositivo di comando 32 che fissa il valore di riferimento della pressione di introduzione del vapore nel dispo sitivo . Naturalmente un dispositivo di regolazione convenzio naie 33 mantiene la pressione reale prossima al valore di ri^ ferimento. Il dispositivo di regolazione ed il dispositivo 32 possono naturalmente far parte di un medesimo complesso elettronico .
Sono cos? compensate le conseguenze di una deriva delle condizioni critiche anche per le durate prolungate.
Fra i vantaggi dell'invenzione appena descritta si possono citare i segu?nti:
- la condensazione totale dell'iniettore consente una distribuzione uniforme delle temperature nella camera di condizio namento e quindi non vi ? bisogno di survalutare il tempo du condizionamento,
- il regime critico comporta una semplificazione della regolja zione e la possibilit? di lavorare con tempi cortissimi, - il foro di regolazione di piccolo diametro ha come conseguenza il fatto che la velocit? nel foro di regolazione ? dell'ordine di 20 m/s. Questa velocit? elevata impedisce le incrostazioni. Ad esempio, si ? potuto ottenere funziona menti di 2 ore con latte in prossimit? della temperatura di ebollizione o nettamente al di sopra di questa, senza nessu na incrostazione. In realt?, in regime critico, invece che avere incrostazioni, la cavitazione determina una erosione del foro di regolazione. E' quindi opportuno prevedere tale effetto in un materiale resistente all'usura, e nel con tempo in grado di fornire un numero sufficiente di siti di nucleazione. L'acciaio inossidabile ha fornito buoni risul tati. Occorre notare che la disposizione dell'iniettore, formato da un piccolo numero di pezzi e facilmente smontabile facilita il cambiamento del pezzo 13, e quindi del foro o tubo di regolazione, che ? il solo pezzo ad usurarsi. Tale pezzo ? peraltro di piccole dimensioni e di lavorazio ne semplice per cui il suo costo ? poco elevato.
Una delle applicazioni pi? interessanti del procedimento e dei dispositivi secondo l'invenzione consiste nel trattamen to dei prodotti alimentari come il latte in particolare, ma pure i succhi di frutta e cosi via.
La curva rappresentata in figura 10 illustra il trattamento convenzionale subito dal prodotto come il latte nel caso di una sterilizzazione U.H.T. Il latte subisce un preriscaldamento 1 che lo porta ad una temperatura compresa fra 50 e 80?C, e quindi un precondizionamento 2 prima di essere introdotto nella camera di miscelazione dell'iniettore ove arriva il vapore sotto pressione; tale miscela con il vapore provoca un innalzamento istantaneo della temperatura sino a 140-150?C. Il condizionamento 3 del prodotto a tale temperatura elevata dura per il tempo minimo necessario alla distru zione dei germi; il condizionamento 3 termina tramite una eva porazione rapida che riporta il prodotto ad una temperatura compresa fra 50 e 80?C prima di entrare nella fase finale di raffreddamento 4.
La condensazione totale all'uscita dell'iniettore secon do l'invenzione consente di avere una temperatura omogenea nel "dispositivo elemento di condizionamento" (parte situata fra il tubo o foro di regolazione 14 e la camera a pressione ridotta 20) ed una regolazione esatta della durata del condizionamento.
L'ottenimento del regime critico consente di avere una stabilit? molto elevata della temperatura. E' quindi possibile fare a meno di qualsiasi sistema di regolazione della temperatura di sterilizzazione. E' sufficiente una regolazione della pressione di vapore prima della iniezione ad anello aperto con, eventualmente, in asservimento del punto di riferimento della pressione di vapore in funzione della temperatura nel dispositivo di condizionamento se se ne ha uno.
Durante trattamenti di tutti i prodotti fragili in parti colare quelli contenenti proteine e che sono utilizzati, oltre che nell'industria alimentare, nelle industrie farmaceutiche e dei cosmetici, il procedimento dell'invenzione consente di ottenere risultati che, sino ad oggi non erano mai stati ottenuti. Ad esempio, pur disponendo, in regime critico, il foro sboccante in uscita direttamente nella camera a bassa pressione, ? possibile realizzare trattamenti da 0,0?s a 160?C o 0,05 s a 170?C nel caso del latte. E1 cos? possibile realiz zare la pastorizzazione istantanea a 90?C prevista dalla leg ge, ma sino ad ora non realizzata.

Claims (9)

RIVENDICAZIONI
1. Procedimento di trattamento termico di un fluido in cui vie ne iniettato vapore in una camera attraversata dal flusso e terminante con una strozzatura brusca trapassata da un foro di regolazione, caratterizzato dal fatto che, per un dato fluido che si desidera far passare da una prima temperatura ad una seconda temperatura pi? elevata, si determinano la portata di massa del fluido e le sezioni del foro di regolai zione e della camera di miscelazione per ottenere una caduta di pressione in corrispondenza del passaggio del foro di regolazione che ? compresa tra un valore eccessivo, che non consentirebbe di iniettare la quantit? di vapore necessaria per il riscaldamento desiderato, ed un valore troppo piccolo che corrisponderebbe alla iniezione di una quantit? di vapore troppo elevata, la quale non sarebbe condensata completamente e mantenendo simultaneamente costante la portata di massa del fluido e le sezioni del foro di regolazione e della camera di miscelazione.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dopo aver fissato la portata di massa del flu? do e le sezioni del foro di regolazione della camera di misce lazione, viene mantenuta costante la caduta di pressione ad un valore di riferimento agendo sulla pressione a valle del foro di regolazione.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal f atto che v engono determinati l a velocit? di massa e il diametro del foro di regolazione, come pure le condi zioni o perative , come la pre ssione, la natura del materiale del fo ro ,o tubo di regolazione e il contenuto in gas del fluido, per ottenere un flusso critico del fluido nel foro o tubo diregolazione .
4. Procedimento secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che poich? il flusso di fluido attrav?rso il foro di regolazione ? mantenuto in regime critico , si regola il va lore di riferimento della pressione di introduzione del vapore nella camera in funzione della temperatura del fluido dopo condensazione del vapore .
5 . Procedimento secondo la rivendicazione 3 oppure 4 > in cui il fluido viene inviato in un contenitore di espansione a pressione ridotta, caratteri zzato dal f atto che il fluido viene fatto penetrare in detto contenitore immedi atamente dopo che esso ha oltrepassato il punto in corrispondenza del quale ? ottenuto il flusso critico .
6. Procedimento secondo il complesso delle rivendicazioni da 1 a S t caratterizzato dal f atto che il fluido ? un prodotto alimentare e che il trattamento termico ? un trattamento di pastorizzazione o sterilizzazione avente una durata inferiore ad 1 secondo .
7. Di spositivo per l ? attuazione nel procedimento secondo la rivendicazione 1 oppure 2 , caratteri zzato dal fatto che la strozzatura brusca ? costituita da una parte conica avente un angolo al vertice maggiore di circa 30? .
8. Dispositivo per l'attuazione nel procedimento secondo una delle rivendicazioni da 3 a 5 > caratterizzata dal fatto che la strozzatura o restringimento brusca/o si raccorda al foro di regolazione formando con esso un angolo compreso fra 60 e i 120?C, e dal fatto che la superficie interna del foro di re golazione comprende siti dinnucleazione.
9. Dispositivo per l'attuazione di una delle rivendicazioni da 1 a 5j caratterizzato dal fatto di comprendere una plurali t? di fori o tubi di regolazione disposti in parallelo.
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