ITMO990265A1 - METHOD AND DEVICE FOR THE STERILIZATION AND HOMOGENIZATION OF LIQUID PRODUCTS - Google Patents
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Description
D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION
annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo: METODO E DISPOSITIVO PER LA STERILIZZAZIONE ED OMOGENIZZAZIONE DI PRODOTTI LIQUIDI. attached to a patent application for INDUSTRIAL INVENTION entitled: METHOD AND DEVICE FOR THE STERILIZATION AND HOMOGENIZATION OF LIQUID PRODUCTS.
Formano oggetto del presente trovato un metodo ed un dispositivo per la sterilizzazione ed omogenizzazione di prodotti liquidi. In particolare, ma non esclusivamente, il trovato si riferisce alla sterilizzazione ed omogenizzazione di prodotti alimentari quali latte, crema di latte, panna e simili, e di prodotti farmaceutici. Il trovato si colloca inoltre nei metodi, e relativi dispositivi, che effettuano riscaldamento (al fine di sterilizzare e/o pastorizzare) ed omogenizzazione di prodotti fluidi mediante iniezione diretta di vapore ad alta velocità. Nella descrizione si farà spesso riferimento, per semplicità, al trattamento di prodotti alimentari, anche se ciò non deve essere inteso come una limitazione dell’utilizzo del trovato. Esistono da tempo metodi ad infusione per il trattamento di prodotti alimentari; questi metodi forniscono prodotti di elevate qualità ma comportano spese di impianto molto elevate. The present invention relates to a method and a device for the sterilization and homogenization of liquid products. In particular, but not exclusively, the invention relates to the sterilization and homogenization of food products such as milk, cream, cream and the like, and of pharmaceutical products. The invention is also part of the methods, and related devices, which perform heating (in order to sterilize and / or pasteurize) and homogenize fluid products by direct injection of steam at high speed. In the description, reference will often be made, for simplicity, to the treatment of food products, although this should not be understood as a limitation of the use of the invention. Infusion methods have long existed for the treatment of food products; these methods provide high quality products but involve very high installation costs.
Esistono inoltre, da tempo metodi ad iniezione di vapore, in particolare a bassa velocità, come ad esempio quello citato nel brevetto US 4.160.002; questi metodi, a fronte di una ridotta spesa di impianto, presentano, quale principale inconveniente quello, che durante il trattamento nell ’iniettore, la temperatura del prodotto non è uniforme, per cui una parte di prodotto permane per un certo tempo ad una temperatura superiore alla temperatura nominale di sterilizzazione, con conseguente perdita di proprietà organolettiche e nutrizionali. Furthermore, steam injection methods have existed for some time, in particular at low speed, such as the one mentioned in US patent 4,160,002; these methods, compared to a reduced system cost, have the main drawback that during the treatment in the injector, the temperature of the product is not uniform, so that a part of the product remains for a certain time at a higher temperature at the nominal sterilization temperature, with consequent loss of organoleptic and nutritional properties.
Per ovviare a tali inconvenienti, sono stati proposti metodi che utilizzano iniezione di vapore ad elevata velocità. To obviate these drawbacks, methods have been proposed which use high speed steam injection.
Ad esempio, nel brevetto US 5.544.961 viene descritto un dispositivo per attuare un metodo che, in sintesi, mediante una iniezione di vapore a velocità supersonica consente di comprimere un liquido; in sostanza il brevetto in questione descrive una pompa costituita da un iniettore passivo (ossia un iniettore che utilizza unicamente l’energia del flusso di vapore). In tale brevetto si suggerisce, per altro in maniera abbastanza generica, la possibilità di utilizzare il dispositivo ed il metodo descritto per la sterilizzazione ed omogenizzazione di prodotti alimentari. Il brevetto in questione, cosi come le teorie note per il trattamento di prodotti alimentari mediante sistemi ad iniezione, basano il loro modo di funzionare principalmente sul parametro rappresentato dalla regolazione della velocità e delle caratteristiche del flusso di vapore. For example, in US patent 5,544,961 a device is described for carrying out a method which, in synthesis, by means of a vapor injection at supersonic speed, allows a liquid to be compressed; in essence, the patent in question describes a pump consisting of a passive injector (ie an injector that uses only the energy of the steam flow). In this patent it is suggested, moreover in a fairly generic way, the possibility of using the device and the method described for the sterilization and homogenization of food products. The patent in question, as well as the known theories for the treatment of food products by injection systems, base their mode of operation mainly on the parameter represented by the regulation of the speed and of the characteristics of the steam flow.
Nella pratica, lappl icazione di questi metodi, e dei relativi dispositivi, al trattamento dei prodotti alimentari non ha dato risultati soddisfacenti a causa del funzionamento instabile, irregolare ed imprevedibile dei dispositivi che attuano tali metodi. Questi fattori determinano l impossibilità pratica di avere dei prodotti alimentari, trattati con tali metodi, aventi caratteristiche chimico-fisiche ben definite. Uno degli inconvenienti riscontrati risiede nella scarsa flessibilità nella regolazione della portata del prodotto trattato. Un ulteriore inconveniente è la rapida formazione di incrostazioni che costringe a frequenti fermate per consentire il lavaggio e la risterilizzazione dell’iniettore. I limiti e gli inconvenienti sopra citati risultano ancora più evidenti al crescere della temperatura del trattamento termico, fino a diventare particolarmente gravi nel caso del trattamento UHT del latte e dei suoi derivati. In practice, the application of these methods, and of the related devices, to the treatment of food products has not given satisfactory results due to the unstable, irregular and unpredictable operation of the devices that implement these methods. These factors determine the practical impossibility of having food products, treated with these methods, with well-defined chemical-physical characteristics. One of the drawbacks encountered resides in the scarce flexibility in regulating the flow rate of the treated product. A further drawback is the rapid formation of encrustations which forces frequent stops to allow washing and resterilization of the injector. The limits and drawbacks mentioned above are even more evident as the temperature of the heat treatment increases, to the point of becoming particularly serious in the case of the UHT treatment of milk and its derivatives.
In pratica, nonostante la possibilità teorica di ottenere buoni risultati, tali metodi non hanno trovato applicazione industriale. In practice, despite the theoretical possibility of obtaining good results, these methods have not found industrial application.
Scopo del presente trovato è quello di eliminare gli inconvenienti sopra descritti fornendo un metodo, ed un dispositivo che lo realizza, i cui parametri di funzionamento permettano di avere un trattamento di prodotti liquidi caratterizzato da una elevata stabilità e ripetitività operative. Un vantaggio del trovato è quello di permetter e di effettuare trattamenti di prodotti alimentari liquidi a temperature e con tempi minori rispetto a quelle dei metodi noti, ottenendo così un miglioramento della qualità finale del prodotto trattato. The purpose of the present invention is to eliminate the drawbacks described above by providing a method, and a device which realizes it, the operating parameters of which allow to have a treatment of liquid products characterized by high operational stability and repetitiveness. An advantage of the invention is that of allowing and carrying out treatments of liquid food products at temperatures and with shorter times than those of known methods, thus obtaining an improvement in the final quality of the treated product.
Un altro vantaggio è l’elevata durata di funzionamento senza la necessità di fermate per lavaggi e risterilizzazioni. Another advantage is the high duration of operation without the need for stops for washing and resterilization.
Un ulteriore vantaggio è quello di ottenere un prodotto con un buon grado di omogeneizzazione. A further advantage is that of obtaining a product with a good degree of homogenization.
Questi scopi e vantaggi ed altri ancora sono tutti raggiunti dal trovato in oggetto, così come è caratterizzato dalle rivendicazioni. These aims and advantages and others besides are all achieved by the present invention, as it is characterized by the claims.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente trovato meglio appariranno dalla descrizione dettagliata che segue delle varie fasi del metodo in oggetto, nonché di un possibile dispositivo che realizza tale metodo illustrato a titolo esemplificativo ma non limitativo nelle allegate figure che mostrano: Further characteristics and advantages of the present invention will become clearer from the detailed description that follows of the various steps of the method in question, as well as of a possible device that carries out this method, illustrated by way of example but not of limitation in the attached figures which show:
la figura 1 una schematica sezione longitudinale in elevazione verticale di un dispositivo di iniezione del tipo in oggetto; Figure 1 is a schematic longitudinal section in vertical elevation of an injection device of the type in question;
la figura 2 un diagramma indicativo delle velocità del prodotto liquido, del vapore e della miscela bifasica prodotto-vapore nel percorso lungo l iniettore; figure 2 is an indicative diagram of the velocities of the liquid product, of the vapor and of the biphasic product-vapor mixture in the path along the injector;
la figura 3 un diagramma delle temperature del prodotto liquido in funzione del tempo in tre casi diversi: nel caso in oggetto, nel caso di metodo di infusione e nel caso di metodi ad iniezione di attuale applicazione industriale. Figure 3 shows a diagram of the temperatures of the liquid product as a function of time in three different cases: in the present case, in the case of the infusion method and in the case of injection methods of current industrial application.
Con riferimento alla figura 1 , con 1 è stato complessivamente indicato un dispositivo per la sterilizzazione ed omogenizzazione di prodotti liquidi comprendente un iniettore vapore-liquido dotato di un ugello 2 di uscita del vapore, di un ugello 3 di uscita del prodotto liquido e di una camera di miscelazione 4 vapore-liquido. With reference to Figure 1, 1 indicates as a whole a device for the sterilization and homogenization of liquid products comprising a vapor-liquid injector equipped with a steam outlet nozzle 2, a liquid product outlet nozzle 3 and a 4 vapor-liquid mixing chamber.
L’ugello 2 del vapore comprende un primo condotto 20 con asse x-x avente un ingresso 21 ed un’uscita 22 del vapore. Il primo condotto 20 è disposto all’interno di un corpo cavo 5 con possibilità di scorrimento lungo l’asse x-x. Lo scorrimento del primo condotto 20 è regolato in modo continuo da un dispositivo di registrazione 6 che consente spostamenti controllati, in entrambi i sensi, per il posizionamento del primo condotto. Il dispositivo di registrazione 6 comprende una ghiera di regolazione con vite micrometrica e una ghiera di bloccaggio. Tale dispositivo 6 consente di modificare con estrema precisione la geometria dell’ ugello 3 del prodotto durante il funzionamento dell’iniettore, senza smontare l’iniettore stesso. La movimentazione del dispositivo di registrazione, in particolare della vite micrometrica, può essere motorizzata, The steam nozzle 2 comprises a first duct 20 with an x-x axis having an inlet 21 and an outlet 22 for the steam. The first conduit 20 is arranged inside a hollow body 5 with the possibility of sliding along the x-x axis. The sliding of the first conduit 20 is continuously regulated by an adjustment device 6 which allows controlled displacements, in both directions, for the positioning of the first conduit. The adjustment device 6 comprises an adjustment ring with micrometric screw and a locking ring. This device 6 allows to modify with extreme precision the geometry of the nozzle 3 of the product during the operation of the injector, without disassembling the injector itself. The movement of the registration device, in particular of the micrometric screw, can be motorized,
L’ugello 2 del vapore può comprendere inoltre, come nel caso illustrato, un’anima 23 interna al primo condotto 21 per formare un passaggio d’ingresso del vapore di forma anulare. Tale forma anulare è preferibile ma non necessaria. L’ugello del prodotto liquido è dotato di un secondo condotto 30 avente un ingresso 31 del prodotto liquido con asse normale all’asse x-x e un’uscita 32 posta in prossimità dell’uscita 22 del vapore. L’ugello 3 del prodotto liquido comprende una parte terminale di uscita, di forma anulare, coassiale ed esterna all’uscita 22 del vapore. Il corpo cavo 5 reca internamente un terzo condotto 40, 41, 42, 43, per la miscelazione vapore-liquido che si estende, con asse longitudinale x-x, a partire dalla zona delle uscite 22 e 32 del vapore e del prodotto fino ad una uscita 44. Il terzo condotto comprende al proprio interno la camera di miscelazione 4 ed è formato da un primo tratto 40 convergente, un secondo tratto 41 convergente con un angolo di convergenza leggermente inferiore al primo tratto, un terzo tratto 42 a sezione costante, e un quarto tratto 43 divergente. Il terzo condotto è formato da un inserto tubolare 45 realizzato in materiale con proprietà di antiaderenza (preferibilmente materiale plastico antiaderente, ad esempio teflon, o materiale ceramico antiaderente). Si è visto che l’impiego di questi materiali per la camera di miscelazione 4 riduce notevolmente l’imbrattamento dell’iniettore e la formazione di incrostazioni. In conseguenza all’assenza di incrostazioni, la forma della camera di miscelazione 4 attraversata dalla miscela bifasica risulta non modificata anche dopo un lungo periodo di funzionamento. L’inserto tubolare 45 è sostituibile in modo da poter trattare, con la stessa struttura di iniettore, differenti portate di fluido. A valle dell’uscita 44 della camera di miscelazione sono predisposti dei mezzi, noti e non illustrati, per generare nella camera stessa una contropressione regolabile che dà luogo ad un’onda d’urto di intensità e posizione regolabili. Tali mezzi possono comprendere, ad esempio, una valvola o altro dispositivo di intercettazione fluidica regolabile. The steam nozzle 2 can also comprise, as in the illustrated case, a core 23 inside the first duct 21 to form an annular-shaped steam inlet passage. This annular shape is preferable but not necessary. The liquid product nozzle is equipped with a second duct 30 having an inlet 31 for the liquid product with axis normal to the x-x axis and an outlet 32 located near the steam outlet 22. The nozzle 3 of the liquid product includes an output terminal part, annular, coaxial and external to the steam outlet 22. The hollow body 5 carries internally a third duct 40, 41, 42, 43, for the vapor-liquid mixing which extends, with a longitudinal axis x-x, starting from the area of the outlets 22 and 32 of the vapor and of the product up to an outlet 44. The third duct comprises inside the mixing chamber 4 and is formed by a first convergent section 40, a second convergent section 41 with a convergence angle slightly lower than the first section, a third section 42 with constant section, and a fourth section 43 diverging. The third duct is formed by a tubular insert 45 made of material with non-stick properties (preferably non-stick plastic material, for example Teflon, or non-stick ceramic material). It has been seen that the use of these materials for the mixing chamber 4 greatly reduces the soiling of the injector and the formation of encrustations. As a result of the absence of encrustations, the shape of the mixing chamber 4 crossed by the biphasic mixture is not changed even after a long period of operation. The tubular insert 45 is replaceable so as to be able to treat, with the same injector structure, different flow rates of fluid. Downstream of the outlet 44 of the mixing chamber, means, known and not illustrated, are arranged to generate an adjustable counter pressure in the chamber itself which gives rise to a shock wave of adjustable intensity and position. Such means may comprise, for example, a valve or other adjustable fluidic interception device.
L’uscita 32 anulare del prodotto liquido è delimitata internamente dal l’estremità di uscita del primo condotto 20 ed esternamente da una parete convergente dell’inserto 45. La luce di passaggio dell’uscita 32 del prodotto liquido è regolabile, in modo continuo, mediante spostamenti controllati lungo l’asse x-x del primo condotto 20 attraverso il dispositivo di regolazione 6 con vite micrometrica. The annular outlet 32 of the liquid product is delimited internally by the outlet end of the first duct 20 and externally by a converging wall of the insert 45. The passage opening of the outlet 32 of the liquid product is continuously adjustable, by controlled displacements along the x-x axis of the first duct 20 through the adjustment device 6 with micrometric screw.
Il diagramma di figura 2 descrive le curve della velocità V del solo prodotto liquido (curva L), della miscela bifase prodotto-vapore (curva LV), e del solo vapore (curva V), in funzione della posizione X lungo l’asse longitudinale x-x del dispositivo. Con I, II, III, IV e V sono state indicate alcune sezioni caratteristiche lungo l’asse x-x indicate in figura 1 , che sono, in successione: passaggio anulare del solo prodoto liquido e passaggio anulare del solo vapore (sezione 1); uscita 22 del vapore circondata dall’uscita 32 del prodoto liquido che entra nel flusso di vapore ad elevata velocità (sezione II di inizio di una precamera di miscelazione definita dal trato 40 di condoto avente una sezione convergente con angolo di convergenza relativamente elevato); inizio del tratto 41 convergente della camera di miscelazione con angolo di convergenza relativamente ridotto (sezione III); inizio del trato 42 a sezione costante della camera di miscelazione (sezione IV); inizio del trato 43 a sezione divergente del terzo condotto (sezione V). The diagram in figure 2 describes the curves of the velocity V of the liquid product only (curve L), of the two-phase product-vapor mixture (curve LV), and of the vapor alone (curve V), as a function of the position X along the longitudinal axis x-x of the device. With I, II, III, IV and V some characteristic sections have been indicated along the x-x axis indicated in figure 1, which are, in succession: annular passage of the liquid product only and annular passage of the vapor only (section 1); steam outlet 22 surrounded by the outlet 32 of the liquid product that enters the steam flow at high speed (section II of the beginning of a mixing pre-chamber defined by the section 40 of the conduit having a convergent section with a relatively high convergence angle); beginning of the convergent section 41 of the mixing chamber with a relatively small convergence angle (section III); beginning of section 42 with constant section of the mixing chamber (section IV); beginning of section 43 with diverging section of the third duct (section V).
Nel funzionamento, il flusso di vapore entra, secondo la direzione indicata dalla freccia F, nel dispositivo 1 attraverso l’ingresso 21 del primo condotto e percorre il passaggio di forma anulare con sezione di passaggio convergente. La velocità di immissione del vapore è prevista in modo che, in prossimità della sezione II di uscita del condotto anulare, la velocità del flusso di vapore sia sonica o supersonica e raggiunga, ad esempio, un valore di circa 200÷300 metri al secondo. Il prodoto liquido da sterilizzare entra, secondo la direzione indicata dalla freccia G, nel dispositivo 1 attraverso l ingresso 31 e viene convogliato verso la zona di miscelazione con il vapore ad una velocità che è progressivamente crescente in virtù della geometria a sezione decrescente del condoto di passaggio. La velocità del prodoto nella sezione II dipende, oltre che dai valori di ingresso (portata, temperatura, viscosità, etc.) anche dai valori predeterminati che si vogliono ottenere nel prodoto trattato (omogeneità, sterilità, velocità di dispersione, etc ). La velocità di introduzione del prodotto liquido è di circa 20÷30 metri al secondo ed è controllata in modo che la velocità di ingresso del prodotto nella camera di miscelazione 4 sia mantenuta al massimo consentito dal mantenimento del prodotto in fase liquida. Il prodotto viene introdotto nella camera di miscelazione sotto forma di corona anulare sottile avente uno spessore compreso fra 0,15 e 2,5 mm. Si è visto che uno spessore della corona inferiore a 0,15 mm può provocare indesiderati ed incontrollabili fenomeni di cavitazione del prodotto che verificano a monte della uscita 32 del prodotto stesso. Le suddette condizioni relative al prodotto liquido (mantenimento del prodotto in fase liquida e spessore del film liquido compreso fra 0, 15 e 2,5 mm) vengono raggiunte attraverso la regolazione di vari parametri, fra cui, oltre alla velocità di introduzione del prodotto liquido e del vapore, vi è anche la dimensione della luce di passaggio attraverso cui il prodotto entra nella precamera di miscelazione (sezione II): tale regolazione avviene, come detto, agendo sul dispositivo di registrazione 6 con vite micrometrica atto a posizionare in modo continuo il primo condotto 20 lungo l’asse x-x, finché non si verifica la situazione limite secondo cui la velocità del prodotto è la velocità massima oltre la quale il prodotto comincia a vaporizzare a monte della uscita 32 del prodotto stesso. I parametri caratteristici del flusso di prodotto all’ interno dell’ iniettore, in particolare la sua velocità e la conformazione a spessore sottile, determinano un’elevatissima turbolenza ed un’ottimale interscambio fra il prodotto e il vapore. A valle della sezione II, sezione in cui il prodotto entra in contatto con il flusso di vapore, si genera, in virtù della geometria del condotto, una zona di aspirazione del prodotto che consente al prodotto stesso di confluire all’interno della corrente di vapore. Il vapore trascina con sé il prodotto creando una miscela bifase che attraversa il tratto a sezione convergente. Nella precamera di miscelazione, definita dal tratto 40, in cui inizia la condensazione del vapore, la velocità della miscela prodotto-vapore è supersonica. Poi la miscela bifasica entra nella camera di miscelazione (definita dai tratti 41, 42 e 43) a velocità supersonica e subisce una progressiva condensazione della fase vapore nel liquido, per cui il volume specifico diminuisce. Conseguentemente la velocità del suono nella miscela aumenta cosicché la miscela passa da un regime di moto supersonico ad uno subsonico. Quando il flusso della miscela attraversa il tratto 42 incontra un’onda d’urto per effetto della quale si ha una repentina condensazione della eventuale fase gassosa rimasta. In sostanza la miscela bifasica vapore-liquido viene compressa, durante il suo flusso all’interno dell’iniettore, fino ad ottenere una miscela monofase liquida che esce dall’iniettore in direzione H. In operation, the steam flow enters, according to the direction indicated by the arrow F, into the device 1 through the inlet 21 of the first duct and runs through the annular passage with a converging passage section. The steam injection speed is foreseen so that, near the exit section II of the annular duct, the speed of the steam flow is sonic or supersonic and reaches, for example, a value of about 200 ÷ 300 meters per second. The liquid product to be sterilized enters, according to the direction indicated by the arrow G, into the device 1 through the inlet 31 and is conveyed towards the mixing zone with the steam at a speed which is progressively increasing by virtue of the decreasing section geometry of the ride. The speed of the product in section II depends not only on the input values (flow rate, temperature, viscosity, etc.) but also on the predetermined values to be obtained in the treated product (homogeneity, sterility, dispersion speed, etc.). The speed of introduction of the liquid product is about 20 ÷ 30 meters per second and is controlled so that the speed of entry of the product into the mixing chamber 4 is kept to the maximum allowed by maintaining the product in the liquid phase. The product is introduced into the mixing chamber in the form of a thin annular crown having a thickness of between 0.15 and 2.5 mm. It has been seen that a crown thickness of less than 0.15 mm can cause unwanted and uncontrollable cavitation phenomena of the product which occur upstream of the outlet 32 of the product itself. The aforementioned conditions relating to the liquid product (maintenance of the product in the liquid phase and thickness of the liquid film between 0, 15 and 2.5 mm) are achieved through the adjustment of various parameters, including, in addition to the speed of introduction of the liquid product and of the steam, there is also the size of the passage opening through which the product enters the mixing pre-chamber (section II): this adjustment takes place, as mentioned, by acting on the recording device 6 with a micrometric screw able to continuously position the first duct 20 along the x-x axis, until the limit situation occurs according to which the speed of the product is the maximum speed beyond which the product begins to vaporize upstream of the outlet 32 of the product itself. The characteristic parameters of the product flow inside the injector, in particular its speed and the thin-thickness conformation, determine a very high turbulence and an optimal exchange between the product and the steam. Downstream of section II, the section in which the product comes into contact with the steam flow, a product suction area is generated, by virtue of the geometry of the duct, which allows the product itself to flow into the steam stream. . The steam carries the product with it, creating a two-phase mixture that crosses the converging section. In the mixing pre-chamber, defined by section 40, in which steam condensation begins, the speed of the product-steam mixture is supersonic. Then the biphasic mixture enters the mixing chamber (defined by sections 41, 42 and 43) at supersonic speed and undergoes a progressive condensation of the vapor phase in the liquid, whereby the specific volume decreases. Consequently, the speed of sound in the mixture increases so that the mixture passes from a supersonic to a subsonic rate of motion. When the flow of the mixture crosses section 42 it encounters a shock wave as a result of which there is a sudden condensation of any remaining gaseous phase. In essence, the two-phase vapor-liquid mixture is compressed, during its flow inside the injector, until a single-phase liquid mixture is obtained that exits the injector in the H direction.
La figura 3 descrive l’andamento della temperatura del prodotto liquido in funzione del tempo durante il trattamento subito nell’iniettore. La figura 3 mette a confronto tre andamenti relativi, rispettivamente, al metodo in oggetto (curve A1, A2, A3), ad un metodo di infusione (curve Β1, B2, B3) e ad un metodo secondo la tecnica di iniezione tradizionale (curve C1, C2, C3). Le curve C1; C2 e C3 descrivono, rispettivamente, l’andamento della temperatura minima, media e massima del prodotto liquido nel metodo tradizionale. Con Ts è indicata la temperatura nominale di sterilizzazione. Come si vede, il flusso di prodotto in trattamento presenta una considerevole disuniformità di temperatura. La curva C3 supera Ts di un valore relativamente elevato e resta al di sopra di Ts per un tempo considerevole, il che significa che una parte di prodotto rimane ad una temperatura decisamente superiore a Ts e per un tempo tc relativamente molto lungo, con conseguente degradazione delle proprietà organolettiche e nutrizionali di una parte del prodotto. Le corrispondenti curve Β,, B2 e B3 relative al metodo di infusione indicano un miglioramento rispetto ai metodi precedenti descritti da Cl5 C2 e C3, sia perché la temperatura massima raggiunta dal prodotto è inferiore, sia perché il tempo di permanenza tb di una parte del prodotto ad una temperatura superiore a Ts è inferiore rispetto a tc. Il metodo in oggetto (curve A1, A2, A,) fornisce un ulteriore miglioramento, soprattutto in relazione al fatto che runiformità della temperatura in tutto il prodotto si raggiunge in tempi brevissimi, per cui il tempo di permanenza t, di una parte di prodotto a temperature superiori a Ts è estremamente ridotto (dell’ordine di alcuni centesimi di secondo) e comunque inferiore a assicurando così l’integrità del prodotto trattato. In sostanza, con il metodo e il dispositivo in oggetto, il vapore cede al liquido l’energia di condensazione in un tratto molto breve dell’ iniettore e in un tempo molto ridotto. Figure 3 describes the temperature trend of the liquid product as a function of time during the treatment undergone in the injector. Figure 3 compares three trends relating, respectively, to the method in question (curves A1, A2, A3), to an infusion method (curves Β1, B2, B3) and to a method according to the traditional injection technique (curves C1, C2, C3). The curves C1; C2 and C3 respectively describe the trend of the minimum, average and maximum temperature of the liquid product in the traditional method. Ts indicates the nominal sterilization temperature. As can be seen, the flow of product being treated has a considerable temperature unevenness. Curve C3 exceeds Ts by a relatively high value and remains above Ts for a considerable time, which means that a part of the product remains at a temperature significantly above Ts and for a relatively very long time tc, with consequent degradation the organoleptic and nutritional properties of a part of the product. The corresponding curves Β ,, B2 and B3 relative to the infusion method indicate an improvement compared to the previous methods described by Cl5 C2 and C3, both because the maximum temperature reached by the product is lower, and because the residence time tb of a part of the produced at a temperature higher than Ts is lower than tc. The method in question (curves A1, A2, A,) provides a further improvement, especially in relation to the fact that the uniformity of the temperature throughout the product is reached in a very short time, so that the residence time t, of a part of the product at temperatures above Ts it is extremely low (of the order of a few hundredths of a second) and in any case lower than, thus ensuring the integrity of the treated product. Basically, with the method and device in question, the vapor transfers the condensation energy to the liquid in a very short section of the injector and in a very short time.
È stato osservato che il presente trovato consente una sterilizzazione ottimale del prodotto ad una temperatura Ts relativamente ridotta. Si pensa che questo sia dovuto ad una azione di stress meccanico sulle specie microbiche presenti nel prodotto a causa della notevole turbolenza, specie nella zona di incontro fra il prodotto e il vapore. È stato rilevato sperimentalmente che il prodotto in prossimità di questa zona ha una turbolenza descritta da un numero di Reynolds di circa 5÷7 milioni. It has been observed that the present invention allows optimal sterilization of the product at a relatively low temperature Ts. It is thought that this is due to a mechanical stress action on the microbial species present in the product due to the considerable turbulence, especially in the area where the product and the steam meet. It has been experimentally found that the product in the vicinity of this zone has a turbulence described by a Reynolds number of about 5 ÷ 7 million.
Il fato di introdurre il vapore nell’ iniettore a velocità sonica o supersonica comporta la successiva formazione nell’inietore di una miscela bifasica vapore-liquido particolarmente omogenea e con una dispersione molto fine delle due fasi. È stata riscontrata inoltre una notevole stabilità di funzionamento dell’inietore, specie se confrontata con gli iniettori della tecnica nota. The fate of introducing steam into the injector at sonic or supersonic speed involves the subsequent formation in the injector of a particularly homogeneous two-phase vapor-liquid mixture and with a very fine dispersion of the two phases. A considerable operating stability of the injector was also found, especially when compared with the injectors of the prior art.
Secondo un’altra versione, non illustrata, il vapore può entrare nella camera di miscelazione, oltre che attraverso un primo ingresso intero all’ingresso del prodotto (come in figura 1) anche attraverso un secondo ingresso anulare che circonda la periferia dell’ingresso del prodotto. Questa soluzione è particolarmente vantaggiosa per prodoti liquidi molto viscosi e per portate di prodotto relativamente elevate. According to another version, not shown, the steam can enter the mixing chamber, as well as through a first whole inlet at the product inlet (as in figure 1) also through a second annular inlet that surrounds the periphery of the inlet of the product. product. This solution is particularly advantageous for very viscous liquid products and for relatively high product flow rates.
Il metodo e il relativo dispositivo sono stati descriti ed illustrati nelle loro fasi ed elementi essenziali e funzionali; eventuali modifiche di natura pratico applicativa delle varie fasi del metodo e dei dettagli costrutivi del dispositivo potranno essere apportati senza che per questo si esca dall 'ambito di tutela dell’idea inventiva soto rivendicata. The method and the relative device have been described and illustrated in their phases and essential and functional elements; any changes of a practical application nature of the various stages of the method and construction details of the device may be made without thereby departing from the scope of protection of the inventive idea claimed below.
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