WO2017220194A4 - Verfahren zum betrieb eines rohrbündel-wärmeaustauschers zur erhitzung eines temperatursensiblen konzentrats eines lebensmittelprodukts unter hohem druck und rohrbündel-wärmeaustauscher zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines rohrbündel-wärmeaustauschers zur erhitzung eines temperatursensiblen konzentrats eines lebensmittelprodukts unter hohem druck und rohrbündel-wärmeaustauscher zur durchführung des verfahrens Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Rohrbündel-Wärmeaustauschers (100) zur Erhitzung eines temperatursensiblen Konzentrats (P) eines Lebensmittelprodukts unter hohem Druck mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Anspruchs 1. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Verfahren der gattungsgemäßen Art sowie einen Rohrbündel-Wärmeaustauscher zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, die auf einem hohen Druckniveau die Neigung zur Denaturierung des Konzentrats, zum Viskositätsanstieg im Konzentrat bzw. zur Gelierung des Konzentrats und zu Ablagerungen desselben vermindern und ein keimfreies, d.h. mikrobiologisch einwandfreies Endprodukt sicherstellen. Dies wird verfahrenstechnisch dadurch erreicht, • dass die vom Konzentrat (P) beaufschlagten Strömungswege des Rohrbündel-Wärmeaustauschers (100) derart ausgelegt sind, dass das Konzentrat (P) mit einem Druck (p) bis maximal 350 bar beaufschlagbar ist und · dass zur Erzeugung einer definierten strömungsmechanischen Scherbeanspruchung des Konzentrats (P) eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit (v) des Konzentrats (P) in den Innenrohren (300) und/oder im ringraumförmigen austrittsseitigen Kanal (600b) vorgesehen ist, die bis maximal 3 m/s beträgt.

Claims

GEÄNDERTE ANSPRÜCHE
beim Internationalen Büro eingegangen am 27 Dezember 2017 (27.12.2017)
Verfahren zum Betrieb eines Rohrbündel-Wärmeaustauschers zur Erhitzung eines temperatursensiblen Konzentrats (P) eines Lebensmittelprodukts unter hohem Druck, mit dem Rohrbündel-Wärmeaustauscher (100), der die folgenden Merkmale aufweist:
• mit wenigstens einem Rohrbündel (100.1 ), das aus einer Anzahl (N) parallel geschalteten, innenseits jeweils vom Konzentrat (P) durchströmten Innenrohren (300) besteht,
• die Innenrohre (300) sind kreisringförmig, auf einem einzigen Kreis (K) angeordnet und stützen sich endseitig jeweils in einer ersten und einer zweiten Rohrträgerplatte (700, 800) ab,
• die Innenrohre (300) erstrecken sich in Längsrichtung eines als Ringraum ausgebildeten Außenkanals (200*), der von einem Heizmedium (M) durchströmt ist,
• die Innenrohre (300) besitzen einen gemeinsamen Eintritt (E), der in einem mit der ersten Rohrträgerplatte (700) verbundenen ersten Austauscherflansch (500) in Form einer dort zentrisch angeordneten ersten Anschlussöffnung (500a) ausgebildet ist,
• die Innenrohre (300) besitzen einen gemeinsamen Austritt (A), der in einem mit der zweiten Rohrträgerplatte (800) verbundenen zweiten Austauscherflansch (600) in Form einer dort zentrisch angeordneten zweiten Anschlussöffnung (600a) ausgebildet ist,
• die Innenrohre (300) enden fluidgängig wenigstens austrittsseitig in einem umlaufenden Ringraum (R), der in der zweiten Rohrträgerplatte (800) und/oder dem zweiten Austauscherflansch (600) ausgebildet ist,
• der umlaufende Ringraum (R) ist über einen ringraumförmigen austritts- seitigen Kanal (600b) mit der zweiten Anschlussöffnung (600a) fluidgängig verbunden,
• der ringraumförmige austrittsseitige Kanal (600b) ist radial außenseits von dem zweiten Austauscherflansch (600) und radial innenseits von einem axialsymmetrisch an der zweiten Rohrträgerplatte (800) angeordneten Verdrängerkörper (12) begrenzt,
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19) • der ringraumförmige austrittsseitigen Kanal (600b) weist eine definierte Erstreckungslänge (L) und einen definierten längenabhängigen Verlauf seiner Kanaldurchtrittsquerschnitte (As) auf,
dadurch gekennzeichnet,
• dass die vom Konzentrat (P) beaufschlagten Strömungswege des Rohrbündel-Wärmeaustauschers (100) derart ausgelegt sind, dass das Konzentrat (P) mit einem Druck (p) bis maximal 350 bar beaufschlagbar ist,
• dass eine definierte strömungsmechanische Scherbeanspruchung des Konzentrats (P) erzeugt wird, die den als Geliereffekt bezeichneten Viskositätsanstieg im Konzentrat (P) einerseits tendenziell reduziert und andererseits standardisiert,
• dass bei der Erhitzung des Konzentrats (P) in den Innenrohren (300) zur Erzeugung der definierten strömungsmechanischen Scherbeanspruchung eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit (v) des Konzentrats (P) in den Innenrohren (300) vorgesehen ist und/oder
• dass zur Erzeugung der definierten strömungsmechanischen Scherbeanspruchung eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit (v) des Konzentrats (P) im ringraumförmigen austrittsseitigen Kanal (600b) vorgesehen ist und
• dass die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit (v) bis maximal 3 m/s beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit (v) über die gesamte Erstreckungslänge (L) des ringraumförmigen austrittsseitigen Kanals (600b) konstant ist.
Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Rohrbündel-Wärmeaustauschers nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Steuerungsparameter für das Erhitzen und die definierte strömungsmechanische Scherbeanspruchung durch die Eigenschaften des zu erhitzenden Konzentrats (P) und die physikalischen Randbedingungen bestimmt sind,
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19) 31
• wobei unter den Eigenschaften des zu erhitzenden Konzentrats (P) dessen Volumenstrpm, Viskosität, Druck, Temperatur und Trockenstoff- Konzentration und unter den physikalischen Randbedingungen Druck und Temperatur am Ort einer der definierten strömungsmechanischen Scherbeanspruchung nachfolgenden Behandlung des Konzentrats (P) verstanden wird,
• wobei die Steuerungsparameter, jeweils bezogen auf das Konzentrat (P), der Druck (p), eine austrittsseitige Erhitzungstemperatur (T), die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit (v) und eine Intensität der strömungsmechanischen Scherbeanspruchung sind, und
• wobei die Steuerungsparameter mittels einer vor oder bei Inbetriebnahme des Rohrbündel-Wärmeaustauschers erstellten oder hinterlegten Kalibrierfunktion eingestellt werden.
Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in einer Anlage zum Zerstäubungstrocknen, wobei das Konzentrat (P) nach der Erhitzung und der definierten strömungsmechanischen Scherbeanspruchung anschließend unmittelbar an einen Ort seines Druckzerstäubens überführt wird, wobei eine Überführungszeit (At) für das unmittelbare Überführen durch einen entsprechenden strömungstechnisch wirksamen Abstand zwischen den Mitteln zur Durchführung der definierten strömungsmechanischen Scherbeanspruchung und dem Ort des Druckzerstäubens bestimmt ist.
Rohrbündel-Wärmeaustauscher zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 ,
• mit wenigstens einem Rohrbündel (100.1 ), das aus einer Anzahl (N) parallel geschalteten, innenseits jeweils vom Konzentrat (P) durchströmten Innenrohren (300) besteht,
• die Innenrohre (300) sind kreisringförmig, auf einem einzigen Kreis (K) angeordnet und stützen sich endseitig jeweils in einer ersten und einer zweiten Rohrträgerplatte (700, 800) ab,
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19) 32
• die Innenrohre (300) erstrecken sich in Längsrichtung eines als Ringraum ausgebildeten Außenkanals (200*), der von einem Heizmedium (M) durchströmt ist,
• die Innenrohre (300) besitzen einen gemeinsamen Eintritt (E), der in einem mit der ersten Rohrträgerplatte (700) verbundenen ersten Austauscherflansch (500) in Form einer dort zentrisch angeordneten ersten Anschlussöffnung (500a) ausgebildet ist,
• die Innenrohre (300) besitzen einen gemeinsamen Austritt (A), der in einem mit der zweiten Rohrträgerplatte (800) verbundenen zweiten Austauscherflansch (600) in Form einer dort zentrisch angeordneten zweiten Anschlussöffnung (600a) ausgebildet ist,
• die Innenrohre (300) enden fluidgängig wenigstens austrittsseitig in einem umlaufenden Ringraum (R), der in der zweiten Rohrträgerplatte (800) und/oder dem zweiten Austauscherflansch (600) ausgebildet ist,
• der umlaufende Ringraum (R) ist über einen ringraumförmigen austritts- seitigen Kanal (600b) mit der zweiten Anschlussöffnung (600a) fluidgängig verbunden,
• der ringraumförmige austrittsseitige Kanal (600b) ist radial außenseits von dem zweiten Austauscherflansch (600) und radial innenseits von einem axialsymmetrisch an der zweiten Rohrträgerplatte (800) angeordneten Verdrängerkörper (12) begrenzt,
• der ringraumförmige austrittsseitigen Kanal (600b) weist eine definierte Erstreckungslänge (L) und einen definierten längenabhängigen Verlauf seiner Kanaldurchtrittsquerschnitte (As) auf,
dadurch gekennzeichnet,
• dass die erste Anschlussöffnung (500a) übergangslos in einen Innendurchgang eines Verbindungsbogens oder einer Verbindungsarmatur (1000) übergeht, der/die, in Strömungsrichtung gesehen, der ersten Anschlussöffnung (500a) vorgeordnet ist,
• dass die zweite Anschlussöffnung (600a) übergangslos in einen Innendurchgang eines Verbindungsbogens oder einer Verbindungsarmatur (1000) übergeht, der/die, in Strömungsrichtung gesehen, der zweiten Anschlussöffnung (600a) nachgeordnet ist,
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19) 33 dass der/die jeweilige Verbindungsbogen/Verbindungsarmatur (1000) in den zugeordneten Austauscherflansch (500; 600) ein Stück weit eingreift und mit dem Austauscherflansch (500; 600) außen mit einer hochdruckfesten, mehrlagig ausgeführten ersten Schweißnaht (S1 ) und innen mit einer zweiten Schweißnaht (S2) verschweißt ist und
dass das Ende jedes Innenrohres (300) an der Austrittsseite in die zugeordnete Rohrträgerplatte (700; 800) rundum mit dieser mit einer hochdruckfesten dritten Schweißnaht (S3) verschweißt ist.
Rohrbündel-Wärmeaustauscher nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kanaldurchtrittsquerschnitte (As) des ringraumförmigen austrittssei- tigen Kanals (600b) über die gesamte Erstreckungslänge (L) konstant sind.
Rohrbündel-Wärmeaustauscher nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kanaldurchtrittsquerschnitt (As) dem Gesamtdurchtrittsquerschnitt (NA,) aller parallel durchströmten Innenrohre (300) entspricht.
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)

34

Erklärung nach Artikel 19 (1) PCT

Mit den diesem Schreiben beiliegenden Unterlagen reicht der Anmelder eine Erklärung nach Artikel 19 (1 ) PCT sowie eine geänderte Fassung der Ansprüche ein.

Die Unterschiede zwischen den Ansprüchen in der Anmeldefassung und den geänderten Ansprüchen sind wie folgt:

(i) der neue Anspruch 1 ersetzt den Anspruch 1 der Anmeldefassung;

(ii) die Ansprüche 2 bis 5 und 7 bleiben unverändert;

(iii) Anspruch 6 wird durch ein Bezugszeichen redaktionell ergänzt.

Seite 2 35

PCT/EP 2017/000 702

Seite 2/Erklärung nach Artikel 19(1 ) PCT vom 13.12.2017

Die neue Anspruchsfassung erfordert eine Anpassung der Beschreibung; sie hat keinen Ein- fluss auf die Figuren der Zeichnung.

Eine Reinschrift der geänderten Anspruchsfassung (Ersatzseiten 24 bis 28), die die Seiten 24 bis 28 der ursprünglich eingereichten Fassung ersetzt, ist diesem Schreiben beigefügt. Eine Korrekturfassung (Seiten 24 bis 28), die die Änderungen aufzeigt (Ergänzungen sind unterstrichen und Streichungen sind durchgestrichen dargestellt), ist ebenfalls beigefügt.

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