NL1014287C2 - Stoomverhitter. - Google Patents

Description

Titel: Stoomverhitter

De uitvinding betreft een werkwijze voor het met warmte behandelen van een vloeibaar product, zoals een zuivelproduct, waarbij het product met stoom door ten minste een productleiding wordt getransporteerd voor het 5 met warmte, afkomstig van de stoom, behandelen van het product, waarbij het met warmte behandelde product vervolgens aan een expansievat wordt toegevoerd voor het afkoelen van het product.

De uitvinding betreft eveneens een inrichting voor het 10 met warmte behandelen van een vloeibaar product, zoals een zuivelproduct, waarbij de inrichting is voorzien van ten minste een productleiding waardoor, in gebruik, het product en stoom wordt getransporteerd voor het met warmte afkomstig van de stoom behandelen van het product en een 15 expansievat voor het afkoelen van het product afkomstig uit de productleiding.

De hiervoor beschreven werkwijze en inrichting voor het geven van een warmte behandeling aan een product is uit de praktijk bekend. De essentie van een dergelijke warmte 20 behandeling is dat het product gedurende een korte tijd op een hoge temperatuur wordt gebracht en vervolgens snel wordt afgekoeld. Deze warmte behandeling heeft voordelen ten opzichte van een warmte behandeling waarbij het product gedurende een langere tijd op een wat minder hoge 25 temperatuur wordt gebracht. Een in dit verband te noemen voordeel is dat de vernietiging van bacteriën bij hogere temperaturen effectiever verloopt. Aldus kunnen de schadelijke effecten voor het product bij een warmte behandeling worden geminimaliseerd, waarbij de vernietiging 30 van schadelijke micro-organismen in voldoende mate plaatsvindt. In WO98/07328 wordt een methode beschreven volgens welke een dergelijke warmte behandeling kan worden gegeven. Deze methode is een directe warmte behandeling, 4 ίη - / '/ g, /.¾ 2 hetgeen wil zeggen dat het te verwarmen product in contact wordt gebracht met stoom, waarna de stoom condenseert in het product. Bij de genoemde methode wordt het product gemengd met stoom in een mengkamer, als gevolg waarvan een 5 mengsel van product, stoom, en condens wordt gevormd.

Hierbij wordt een overmaat aan stoom toegevoerd. Vervolgens vindt er transport van dit mengsel door een productleiding plaats. De verblijfstijd van het product in de productleiding wordt hierbij bepaald door de hoeveelheid 10 toegevoerde stoom. Het product stroomt via de productleiding, een regelbare klep die een stromingsrestrictie vorm en een vervolgleiding naar een expansievat. Het product verblijft hierbij gedurende relatief lange tijd op een maximale temperatuur T(3)raax. Het in het expansievat 15 aangekomen product expandeert en koelt daarbij af. Via een uitvoeropening in het expansievat kan het behandelde product worden betrokken. De stoom verlaat het expansievat via een aparte uitvoeropening.

Bij de in WO98/07328 beschreven methode wordt het 20 product reeds in de mengkamer op een hogere temperatuur gebracht. Hierna wordt het mengsel door de productleiding getransporteerd. Dit betekent dat het product zich gedurende een deel van de verblijfstijd in de mengkamer en gedurende de volledige transporttijd door de productleiding 25 naar het expansievat op vrijwel de maximale verwarmings- temperatuur T*3^ bevindt. Hierin schuilt een eerste nadeel van de methode, aangezien deze relatief lange tijd een restrictie stelt aan de maximale temperatuur tot welke het product kan worden verwarmd zonder schadelijke gevolgen 30 voor het product zoals denaturatie van eiwitten. Een tweede nadeel van de genoemde methode is dat de verblijfstijd in de mengkamer niet voor alle productdelen gelijk is, hetgeen nadelig is voor de uiteindelijke productkwaliteit.

De uitvinding beoogt aan de genoemde nadelen tegemoet 35 te komen en wordt daarin gekenmerkt dat een zijwand van de productleiding is voorzien van een veelvoud van 3 stoomtoevoeropeningen, waarbij de stoom onder druk aan de stoomtoevoeropeningen wordt toegevoerd, zodat de stoom in de productleiding spuit. Met deze methode wordt het product geleidelijk opgewarmd en kan, aan het uiteinde van de 5 productleiding, vlak voordat deze in het expansievat uitmondt een relatief hoge temperatuur bereikt worden aangezien het product slechts gedurende een relatief zeer korte tijd op dit temperatuurniveau T<1)max verblijft.

Dankzij het feit dat het product gedurende een zeer kleine 10 periode de maximale temperatuur T*11^ aanneemt kan deze temperatuur T11’^ groter worden gekozen dan T13’^ zonder dat het product schadelijke gevolgen ondervindt zoals eiwitdenaturatie. Anderzijds heeft de kortstondige hoge temperatuur T(1>max wel als gevolg dat de micro-biologische 15 inactivering veel meer dan 1 decimale reductie bedraagt. De precieze regulering van de verblijfstijd van het product vindt plaats door aanpassing van de toegevoerde hoeveelheid product. Een bijkomend voordeel van de uitvinding is dat het onder hoge druk inspuiten van stoom door een veelvoud 20 van stoomtoevoeropeningen een uniforme opwarming van het product tot gevolg heeft, zodat de spreiding in het verloop van de temperatuur van de diverse productdelen minimaal is. Dit bevordert de uiteindelijke productkwaliteit.

Een gunstige uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens 25 de uitvinding heeft als kenmerk dat het product een door-stroomtijd in de productleiding van minder dan 1000 [ms] heeft, gedurende welke het product wordt verhit van een eerste temperatuur liggende in het interval [1 - 110] [°C] tot een tweede temperatuur liggende in het interval 30 [80 - 200] [°C] . Volgens deze werkwijze behandelde zuivelproducten laten een minimaal kwaliteitsverlies zien, maar vertonen wel het gewenste effect van een hoge reductie van het aantal schadelijke micro-organismen. Een verdere uitwerking van de genoemde werkwijze is daarin gekenmerkt 35 dat het product dat het expansievat verlaat een temperatuur heeft van [20 - 90] [°C] , waarbij de stoom die door de •S · 4 stooratoevoeropeningen in de productleiding spuit een temperatuur heeft van [150 - 230] [°C] met een bijbehorende druk van [5 - 2 8] [bar] .

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de werkwijze volgens 5 de uitvinding heeft verder als kenmerk dat de hoeveelheid toegevoerde stoom ligt in het interval [1000 - 2.000.000[1/h], met een bijbehorend debiet van het product van [100 - 50.000] [1/h].

De inrichting volgens de uitvinding heeft als kènmerk 10 dat een zijwand van de productleiding is voorzien van een veelvoud van stoomtoevoeropeningen, waarbij de inrichting verder is voorzien van stoomtoevoermiddelen voor het onder druk toevoeren van de stoom aan de stoomtoevoeropeningen, zodat de stoom in de productleiding spuit. Een bijzondere 15 uitvoeringsvorm van de inrichting wordt daarin gekenmerkt dat de productleiding verder is voorzien van tenminste een product-toevoeropening voor het toevoeren van het product aan de productleiding. Via deze product-toevoeropening wordt middels de hoeveelheid toegevoerd product de 20 verblijfstijd van het product in de productleiding geregeld. Een verder uitgewerkte inrichting heeft als kenmerk dat de productleiding is voorzien van een in het expansievat gelegen stromingsrestrictie. Deze stromingsrestrictie heeft als doel om de druk in de 25 productleiding op peil te houden. In het bijzonder heeft de inrichting als kenmerk dat de restrictie een met de productleiding verbonden spuitmondstuk omvat.

Een gunstige uitvoeringsvorm van de inrichting heeft verder als kenmerk dat de productleiding een diameter van 30 ongeveer 10 [mm] heeft, dat het gedeelte waarin de gaten zijn aangebracht zich over een lengte van circa 100 [mm] uitstrekt en dat hierin minimaal 2 en bijvoorbeeld tenminste 10 gaten met elk een diameter van circa 1 [mm] zijn aangebracht. In het bijzonder heeft een inrichting als 35 kenmerk dat het expansievat een diameter heeft van tenminste 500 [mm] en een hoogte heeft van tenminste 500 5 [mm]. In het bijzonder geldt dat het spuitmondstuk een diameter heeft die ligt in het interval [0.5 - 4] [mm].

In het hiernavolgende wordt de uitvinding nader toegelicht aan de hand van de tekeningen. Hierin toont: 5 Figuur 1 een schematisch weergave van een uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding voor het met warmte behandelen van een product.

Figuur 2 toont een grafiek met een mogelijk temperatuursverloop van het product dat een warmtβίο behandeling ondergaat in de inrichting van figuur 1.

Figuur 3 is een schematische weergave van een bekende inrichting voor het met warmte behandelen van een product.

Figuur 4 geeft een mogelijk temperatuurverloop van het product dat een warmte behandeling ondergaat in de 15 inrichting van figuur 3 .

In de figuren 1 en 3 worden inrichtingen getoond voor het met warmte behandelen van een vloeibaar product, zoals een zuivelproduct. Hierbij wordt het product (4) met stoom (6) door een productleiding (10) getransporteerd voor het 20 met warmte, afkomstig van de stoom, behandelen van het product. Het met warmte behandelde product wordt vervolgens aan een expansievat (16) toegevoerd voor het afkoelen van het product.

Figuur 3 is een inrichting volgens de stand der 25 techniek. In deze figuur is een mengkamer (2) getoond waarin de stoom met het product wordt gemengd. In figuur 3 is tevens een kraan aangebracht waarmee de druk in de productleiding (10) op peil wordt gehouden.

Figuur 1 toont een inrichting volgens de uitvinding, 30 waarbij de zijwand van de productleiding (10) is voorzien van een veelvoud van stoomtoevoeropeningen (24) . Het product wordt aan de productleiding (4) toegevoerd onder een druk van bijvoorbeeld [4 - 15] bar. Om het gedeelte van de productleiding (10) waarin de stoomtoevoeropeningen zijn 35 aangebracht is een stoomkamer (22) gesitueerd, zodat de stoom die onder druk aan stoomkamer wordt toegevoerd 6 vervolgens via de stoomtoevoeropeningen (24) in de productleiding (10) spuit.

Met de inrichting volgens de uitvinding in figuur 1 is het mogelijk om het product een doorstroomtijd in de 5 productleiding (10) van minder dan 1000 [ms] en in het bijzonder minder dan 100 [ms] te geven. Gedurende deze tijd wordt het product verhit van een temperatuur TIn van [1 -110] [°C] tot een temperatuur TMax van [80 - 200] [°C] . Een hierbij behorend mogelijk temperatuursverloop van het 10 product wordt gegeven in figuur 2. Langs de horizontale as is een lineaire tijdsschaal en langs de verticale as een lineaire temperatuurschaal opgenomen.

Figuur 4 geeft een mogelijk temperatuursverloop van het product dat opgewarmd wordt door de inrichting volgens 15 de stand der techniek uit figuur 3. De assen van figuur 4 hebben dezelfde schaal als de hiermee corresponderende assen in figuur 2. Uit een vergelijk van de figuren 2 en 4 blijkt dat het product dat behandeld wordt door de inrichting uit figuur 1 zich gedurende een kortere tijd op 20 een hogere temperatuur bevindt dan het product dat behandeld wordt door de inrichting uit figuur 3 (t(1>B < [t(3)A + t(3)B], [T(1)Max - T(1)In] > [T(ï)Max - T(3)In] ) en T<1>max > T<3>max· Dit is het gevolg van het feit dat in de inrichting volgens de uitvinding de stoom via de stoomkamer 25 direct via stoomtoevoeropeningen in de productleiding spuit. De temperatuur van de stoom bedraagt hierbij [150 -230] [°C] met een bijbehorende druk van [5 - 28] [bar] .

Aldus is het mogelijk met de inrichting volgens de uitvinding uit figuur 1 het product zeer snel op te warmen, 30 korte verblijfstijden te realiseren alsmede een geringere spreiding in deze verblijfstijd te verwezenlijken. Dankzij het feit dat het product gedurende een zeer kleine periode de maximale temperatuur T(1,Itiax aanneemt kan deze temperatuur groter worden gekozen dan T131^ zonder dat het product 35 schadelijke gevolgen ondervindt zoals eiwitdenaturatie.

Anderzijds heeft de kortstondige hoge temperatuur wel 7 als gevolg dat de micro-biologische inactivering veel meer dan 1 decimale reductie bedraagt. Hiermee wordt een hoge productkwaliteit wordt bereikt.

De inrichting is verder geoptimaliseerd door een 5 aangebrachte stromingsrestrictie (12) in de vorm van een spuitmondstuk, zie figuur 1, dat zich aan het einde van de productleiding in het expansievat (16) bevindt. Door de plaatsing van de stromingsrestrictie aan het einde van de productleiding in het expansievat wordt bereikt dat het 10 product zeer snel na het bereiken van de maximale temperatuur T(11Max via de stromingsrestrictie in het expansievat terechtkomt, alwaar het product direct afkoelt. Het gevolg is dat het product na een korte opwarmperiode t(1)B een zeer korte afkoelingsperiode t(1)c door expansie in 15 het expansievat (16) doormaakt. De druk in het expansievat is [0.02 - 0.9] [bar]. Nadat het product is afgekoeld tot een temperatuur T(1)uit van [20 - 90] [°C] , kan het product via een uitvoeropening (20) worden opgevangen. De stoom verlaat het expansievat via de opening (14).

20 Met de inrichting uit figuur 1 is het bijvoorbeeld mogelijk om een product-debiet van [100 - 50.000] [1/h] te halen. Hiervoor zal bijvoorbeeld een debiet van de stoom van [1000 - 2.000.000 [1/h] en een debiet van de condens van [10 - 20.000] [1/h] nodig zijn.

25 De productleiding in de inrichting van figuur 1 heeft in dit voorbeeld een diameter van ongeveer 10 [mm]. In deze productleiding zijn over een lengte van ongeveer 100 [mm] minimaal 2, bij voorkeur tenminste 10 en in het bijzonder ongeveer 30 stoomtoevoeropeningen aangebracht, waarbij de 30 diameter van elke stoomtoevoeropening ongeveer 1 [mm] is. Het genoemde spuitmondstuk heeft een diameter van bijvoorbeeld 2 [mm]. Een mogelijke uitvoeringsvorm van het expansievat heeft een diameter van tenminste 500 [mm] en een hoogte van tenminste 500 [mm].

35 Er wordt opgemerkt dat de uitvinding geenszins is beperkt tot de hiervoor beschreven uitvoeringsvormen. Voor i U 'i 42 8 7¾ 8 het verhogen van de capaciteit van de inrichting kunnen een veelvoud van productleidingen parallel worden geschakeld die elk uitmonden in het expansievat. Ook kan de capaciteit per productleiding worden opgevoerd. Dergelijke varianten 5 worden elk geacht binnen het kader van de uitvinding te vallen.

Claims (14)

1. Werkwijze voor het met warmte behandelen van een vloeibaar product, zoals een zuivelproduct, waarbij het product (4) met stoom (6) door ten minste een product-leiding (10) wordt getransporteerd voor het met warmte, 5 afkomstig van de stoom, behandelen van het product, waarbij het met warmte behandelde product vervolgens aan een expansievat (16) wordt toegevoerd voor het afkoelen van het product, met het kenmerk, dat een zijwand van de productleiding (10) is voorzien van een veelvoud van 10 stoomtoevoeropeningen (24), waarbij de stoom onder druk aan de stoomtoevoeropeningen (24) wordt toegevoerd, zodat de stoom in de productleiding (10) spuit.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de productleiding uitmondt in het expansievat zodat, in 15 gebruik, het product dat de productleiding verlaat direct in het expansievat terechtkomt waarbij de druk en de temperatuur van het product direct daalt.

3. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het product een doorstroomtijd in 20 de productleiding (10) van minder dan 1000 [ms] heeft, gedurende welke het product wordt verhit van een eerste temperatuur liggende in het interval [1 - 110] [°C] tot een tweede temperatuur liggende in het interval [80 - 200] [°C] .

4. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het product (4) dat het expansievat (16) verlaat een temperatuur heeft van [20 - 90] [°C] .

5. Werkwijze volgens één der conclusies, met het kenmerk,, dat de stoom aan de stoomtoevoeropeningen (24) wordt 3. toegevoerd een temperatuur heeft van [150 - 23 0] [°C] met een bijbehorende druk van [5 - 28] [bar], dat de druk van het product aan het begin van de productleiding (10) [4 - 15] [bar] bedraagt en dat de temperatuur in het expansievat (16) [2 0 - 90] [°C] bedraagt met een bijbehorende druk van [0.02 - 0.9] [bar].

6. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de grootte van het debiet van het product 5 in de productleiding wordt geregeld door de grootte van het debiet van het product dat aan de productleiding wordt toegevoerd.

7. Inrichting voor het met warmte behandelen van een vloeibaar product, zoals een zuivelproduct, waarbij de 10 inrichting is voorzien van ten minste een productleiding waardoor, in gebruik, het product en stoom wordt getransporteerd voor het met warmte afkomstig van de stoom behandelen van het product en een expansievat voor het afkoelen van het product afkomstig uit de productleiding, 15 met het kenmerk, dat een zijwand van de productleiding is voorzien van een veelvoud van stoomtoevoeropeningen, waarbij de inrichting verder is voorzien van stoomtoevoer-middelen voor het onder druk toevoeren van de stoom aan de stoomtoevoeropeningen, zodat de stoom in de productleiding 20 spuit.

8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de productleiding verder is voorzien van ten minste een producttoevoeropening voor het toevoeren van het product aan de productleiding.

9. Inrichting volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat de productleiding is voorzien van een in het expansievat gelegen stromingsrestrictie.

10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de restrictie een met de productleiding verbonden 30 spuitmondstuk omvat.

11. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies 8-10, met het kenmerk, dat het spuitmondstuk een diameter heeft die ligt in het interval [0.5 - 5] [mm].

12. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies 7-11, 35 met het kenmerk, dat de productleiding een diameter van ongeveer 10 [mm] heeft, dat het gedeelte waarin de A . v* r; Λ C '-* > ' ! υ i 4 Z Ö / H stoomtoevoeropeningen zijn aangebracht zich over een lengte van circa 100 [mm] uitstrekt en dat de stoomtoevoeropeningen elk met een diameter van circa 1 [mm] hebben.

13. Inrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat 5 de productleiding ten minste 2 stoomtoevoeropeningen omvat.

14. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies 7-13, met het kenmerk, dat het expansievat een diameter heeft van tenminste 500 [mm] en een hoogte van tenminste 500 [mm].