DE20001181U1 - Heating device for the headspace of a storage tank for highly concentrated sugar solutions - Google Patents
Heating device for the headspace of a storage tank for highly concentrated sugar solutionsInfo
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Description
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Heizeinrichtung für den Kopfraum eines Lagertanks für hochkonzentrierte ZuckerlösungenHeating device for the head space of a storage tank for highly concentrated sugar solutions
Die Neuerung betrifft eine Heizeinrichtung für den Kopfraum eines Lagertanks für hochkonzentrierte Zuckerlösungen.The innovation concerns a heating device for the head space of a storage tank for highly concentrated sugar solutions.
In der Getränkeindustrie, vornehmlich im Bereich der Herstellung alkoholfreier Getränke, wird Zucker in Form einer hochkonzentrierten wäßrigen Lösung verarbeitet. Dieser sogenannte Einfachsirup weist üblicherweise einen sogenannten Trockensubstanzgehalt der Lösung von wts,l ^ 60 % auf. Bei der Lagerung dieser hochkonzentrierten Zuckerlösungen kommt es im Kopfraum des Lagertanks, und zwar auf den Tankwandungen oberhalb des Flüssigkeitsspiegels, normalerweise zur Schimmelbildung und zu einem Konzentrationsabfall in der oberen Flüssigkeitsschicht, insbesondere im Bereich der Tankwandung, wenn keine Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Es ist weiterhin bekannt, daß die vorgenannte Schimmelbildung überwiegend dann auftritt, wenn der Trockensubstanzgehalt der Zuckerlösung wTs,l < 60 % beträgt.In the beverage industry, primarily in the production of non-alcoholic beverages, sugar is processed in the form of a highly concentrated aqueous solution. This so-called simple syrup usually has a so-called dry matter content of the solution of w ts ,l ^ 60%. When these highly concentrated sugar solutions are stored, mold normally forms in the head space of the storage tank, namely on the tank walls above the liquid level, and there is a drop in concentration in the upper liquid layer, particularly in the area of the tank wall, if no countermeasures are taken. It is also known that the aforementioned mold formation mainly occurs when the dry matter content of the sugar solution is w T s,l < 60%.
Bislang wurde in der Literatur die vorgenannte Schimmelbildung überwiegend durch die „Entmischung" der Zuckerlösung erklärt, die, wie vorstehend ausgeführt wurde, in der oberen Flüssigkeitsschicht, und hier vorzugsweise im Wandbereich, zu beobachten ist. Zur Vermeidung der Schimmelbildung werden daher heute Maßnahmen vorgeschlagen, die entweder der Erhaltung von Qualität und Stabilität der Zuckerlösung dienen oder die die Schimmelbildung verhindern bzw. das Schimmelwachstum hemmen sollen. Im ersten Falle werden Umwälzeinrichtungen, wie beispielsweise Pumpen oder Rührwerke, eingesetzt, die der Entmischung insgesamt und insbesondere im Bereich der Flüssigkeitsoberfläche entgegenwirken sollen. Im zweiten Falle handelt es sich entweder um Sterilbeatmungsfilter, über die die zur Belüftung des Kopfraumes des Lagertanks notwendige Luft geführt wird, oder um Ultraviolett-Lampen, mit Hilfe derer eine Sterilisation im Bereich des Schimmelbefalls erreicht werden soll.To date, the above-mentioned mold formation has been explained in the literature mainly by the "separation" of the sugar solution, which, as explained above, can be observed in the upper liquid layer, and here preferably in the wall area. In order to prevent the formation of mold, measures are therefore currently being proposed which either serve to maintain the quality and stability of the sugar solution or which are intended to prevent the formation of mold or inhibit the growth of mold. In the first case, circulation devices such as pumps or agitators are used to counteract the segregation in general and in particular in the area of the liquid surface. In the second case, these are either sterile ventilation filters, through which the air required to ventilate the head space of the storage tank is passed, or ultraviolet lamps, with the help of which sterilization in the area of the mold infestation is to be achieved.
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In beiden Fällen werden, wie neuere Erkenntnisse zeigen, die Symptome und nicht die Ursachen des vorliegenden Problems bekämpft. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß die Schimmelpilze auf den Tankwandungen oberhalb des Flüssigkeitsspiegels dann wachsen, wenn die Tankwandungen infolge von Kondensatbildung feucht sind. Eine derartige Situation, die eine der notwendigen Wachstumsbedingungen an sich für Schimmelpilze darstellt, ist allerdings eher die Regel als die Ausnahme.In both cases, as recent findings show, the symptoms and not the causes of the problem are being combated. It has been found that the mold grows on the tank walls above the liquid level when the tank walls are moist as a result of condensation. However, such a situation, which is one of the necessary growth conditions for mold, is the rule rather than the exception.
Demgegenüber wurde beobachtet, daß auf trockenen Tankwandungen oberhalb des Flüssigkeitsspiegels, auch wenn im Bereich der oberen Flüssigkeitsschicht, insbesondere im Wandbereich, bereits eine Entmischung der Zuckerlösung eingetreten ist, das heißt eine Unterschreitung des Trockensubstanzgehaltes der Lösung von wts.l = 60 %, keine Schimmelbildung und kein SchimmelwachstumIn contrast, it was observed that on dry tank walls above the liquid level, even if the sugar solution has already separated in the area of the upper liquid layer, especially in the wall area, i.e. the dry matter content of the solution has fallen below wts.l = 60 %, no mold formation and no mold growth
15 stattfinden.15 will take place.
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Ausgehend von der vorstehend erörterten Problematik liegt der vorliegenden Neuerung die Aufgabe zugrunde, die Schimmelbildung im Kopfraum eines Lagertanks für hochkonzentrierte Zuckerlösungen gänzlich zu verhindern.Based on the problem discussed above, the present innovation is based on the task of completely preventing the formation of mould in the head space of a storage tank for highly concentrated sugar solutions.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Heizeinrichtung gemäß der Neuerung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by the features of claim 1. Advantageous embodiments of the heating device according to the innovation are the subject of the subclaims.
Durch Anwärmen der den Kopfraum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels der Zukkerlösung begrenzenden Tankwandungen auf eine Temperatur über der durch die bei den vorliegenden Bedingungen gegebenen Taupunkttemperatur bleiben diese Tankwandungen zwangsläufig trocken. Derartige die Schtmmelbildung und das -wachstum verhindernde Temperaturverhältnisse sind mit Sicherheit immer dann gegeben, wenn die Tankwandungen wärmer als die Flüssigkeitsoberfläche ist, da dann die zur Kondensation des Wasserdampfes oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche notwendige Kondensationswärme nicht über die Tankwandungen abgeleitetBy heating the tank walls that define the headspace above the liquid level of the sugar solution to a temperature above the dew point temperature given under the existing conditions, these tank walls inevitably remain dry. Such temperature conditions that prevent the formation and growth of mold are always present when the tank walls are warmer than the liquid surface, since the condensation heat required for the condensation of the water vapor above the liquid surface cannot then be dissipated via the tank walls.
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Temperatur im Gasraum des Lagertanks, in dem sich Wasserdampf befindet, der in etwa die Temperatur der oberen Flüssigkeitsschicht besitzt, angehoben wird.Temperature in the gas space of the storage tank, which contains water vapor that has approximately the same temperature as the upper liquid layer, is raised.
Die Heizeinrichtung kann entweder, wie dies ein erster Vorschlag vorsieht, im Bereich des Kopfraumes von außen auf den Lagertank aufgelegt werden, oder aber sie wird, gemäß einem zweiten Vorschlag, im Gasraum des Lagertanks oberhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordnet.The heating device can either be placed on the outside of the storage tank in the headspace area, as proposed by a first suggestion, or it can be arranged in the gas space of the storage tank above the liquid level, according to a second suggestion.
Die von außen auf den Lagertank aufgelegte Heizeinrichtung wird in vorteilhafter Weise, entsprechend einem weiteren Vorschlag, in Form elektrischer Heizdrähte ausgebildet.According to another proposal, the heating device placed on the outside of the storage tank is advantageously designed in the form of electrical heating wires.
Eine Ausgestaltung dieser Heizdrähte sieht vor, diese im Bereich des Mantelteils kreisförmig und über den Kopfteil kreisförmig und konzentrisch zur Längsachse des Lagertanks anzuordnen.One design of these heating wires provides for them to be arranged in a circle in the area of the shell part and in a circle over the head part and concentrically to the longitudinal axis of the storage tank.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, die Heizdrähte im Bereich des Mantelteils mantellinienförmig, vorzugsweise meanderförmig, und über den Kopfteil kreisförmig und konzentrisch zur Längsachse des Lagertanks anzuordnen. Die meanderförmige Belegung des Mantelteils muß dabei letzteres vol!umfänglich erfassen.A further embodiment provides for the heating wires to be arranged in the area of the jacket part in the shape of a shell line, preferably in a meandering shape, and above the head part in a circle and concentrically to the longitudinal axis of the storage tank. The meandering covering of the jacket part must encompass the entire circumference of the latter.
Da durch die Beheizung der Tankwandungen im Bereich des Kopfraumes lediglich sichergestellt werden muß, daß diese Tankwandungen trocken bleiben, ist weiterhin vorgesehen, die Heizleistung der Heizeinrichtung in Stufen zwischen einer Mindest- und einer Höchstleistung veränder- und einstellbar zu gestalten. Dadurch lassen sich die erforderlichen Temperaturverhältnisse in Abhängigkeit von den vorliegenden Bedingungen, die oftmals im Vorwege nicht exakt einschätzbar sind, einstellen bzw. anpassen.Since the heating of the tank walls in the headspace area only ensures that these tank walls remain dry, it is also planned to make the heating output of the heating device variable and adjustable in stages between a minimum and a maximum output. This allows the required temperature conditions to be set or adjusted depending on the existing conditions, which often cannot be estimated precisely in advance.
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Eine noch bessere Einstellung bzw. Anpassung der notwendigen Temperaturverhältnisse gelingt, wie dies weiterhin vorgeschlagen wird, wenn die HeizleistungAn even better setting or adjustment of the necessary temperature conditions is possible, as further suggested, if the heating output
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der Heizeinrichtung kontinuierlich zwischen einer Mindest- und einer Höchstleistung veränder- und einstellbar ist.the heating device can be continuously changed and adjusted between a minimum and a maximum output.
Um Wärmeverluste der Heizeinrichtung in die Umgebung des Lagertanks zu verringern und um damit die notwendige Heizleistung zu minimieren, sieht die Neuerung vor, daß der Kopfraum mit einer in diesem Bereich auf die Tankwandungen von außen aufgelegten Wärmedämmung versehen ist.In order to reduce heat losses from the heating system into the surroundings of the storage tank and thus to minimize the necessary heating output, the innovation provides that the head space is provided with thermal insulation placed on the tank walls from the outside in this area.
Ein Ausführungsbeispiel der Neuerung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend kurz beschrieben. Es zeigenAn example of the innovation is shown in the drawing and is briefly described below.
Figur 1Figure 1
15 Figur 215 Figure 2
in schematischer Darstellung einen Meridianschnitt durch einen mit einer Heizeinrichtung gemäß der Neuerung ausgestatteten Lagertank undin schematic representation a meridian section through a storage tank equipped with a heating device according to the innovation and
in vergrößerter Darstellung den Lagertank gemäß Figur 1, auf den von außen die Heizeinrichtung aufgelegt ist, wobei das links von der Symmetrieachse dargestellte Belegungsmuster ein anderes ist als das eine alternative Ausgestaltung darstellende rechtsseitige.an enlarged view of the storage tank according to Figure 1, onto which the heating device is placed from the outside, wherein the coating pattern shown to the left of the axis of symmetry is different from the one on the right-hand side, which represents an alternative design.
Der Lagertank 1 (Figur 1) besteht aus einem Kopfteil 1a, einem vorzugsweise zylindrischen Mantelteil 1b und einem Bodenteil 1c. Aus dem Bodenteil 1c mündet eine zu einer Umwälzpumpe 4 führende Saugleitung 5a aus, während eine von der Umwälzpumpe 4 ausgehende Druckleitung 5b in den Mantelteil 1b einmündet. Die Saugleitung 5a und die Druckleitung 5b sind in Verbindung mit der Umwälzpumpe 4 Bestandteil einer Kreislaufleitung 5, über die eine im Lagertank 1 bevorratete hochkonzentrierte Zuckerlösung ZL umgewälzt wird. Über eine auf der Druckseite der Umwälzpumpe 4 an die Kreislaufleitung 5 angeschlossene Zu- und Entnahmeleitung 7 wird der Lagertank 1 befüllt oder entleert. In den Kopfteil 1a mündet eine Be- und Entlüftungsleitung 6 ein, über die ein Kopfraum K, der von einem Flüssigkeitsspiegel S der im Lagertank 1 bevorrateten Zuckerlösung ZL einerseits und vom oberhalb dieses Flüssigkeitsspiegels S befindlichen Mantelteil 1b und dem sich anschließenden Kopfteil 1a andererseits berandet wird, bei derThe storage tank 1 (Figure 1) consists of a head part 1a, a preferably cylindrical shell part 1b and a base part 1c. A suction line 5a leading to a circulation pump 4 opens out of the base part 1c, while a pressure line 5b starting from the circulation pump 4 opens into the shell part 1b. The suction line 5a and the pressure line 5b, in conjunction with the circulation pump 4, are part of a circulation line 5, via which a highly concentrated sugar solution ZL stored in the storage tank 1 is circulated. The storage tank 1 is filled or emptied via a supply and removal line 7 connected to the circulation line 5 on the pressure side of the circulation pump 4. A ventilation line 6 opens into the head part 1a, via which a head space K, which is bordered by a liquid level S of the sugar solution ZL stored in the storage tank 1 on the one hand and by the jacket part 1b located above this liquid level S and the adjoining head part 1a on the other hand, is
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Befültung des Lagertanks 1 entlüftet und bei der Entleerung desselben belüftet wird. Da die Füllhöhe des Lagertanks 1 unter Umständen Schwankungen unterworfen ist, ist der Kopfraum K und damit der in Frage kommende nicht benetzte Mantelteil 1b keine eindeutig bestimmbare feste Größe, sondern der für die Anwärmung in Frage kommende Mantelteil 1b bemißt sich nach der Mindestfüllhöhe eines als befüllt geltenden Lagertanks 1. Der jeweilige Raum oberhalb des in Grenzen seine Höhe verändernden Flüssigkeitsspiegels S ist als Gasraum 1d gekennzeichnet.The storage tank 1 is vented when it is filled and ventilated when it is emptied. Since the filling level of the storage tank 1 is subject to fluctuations under certain circumstances, the head space K and thus the non-wetted shell part 1b in question is not a clearly definable fixed value, but the shell part 1b in question for heating is measured according to the minimum filling level of a storage tank 1 that is considered to be full. The respective space above the liquid level S, the height of which changes within limits, is designated as the gas space 1d.
Zum Zwecke des Anwärmens der den Kopfraum K oberhalb des in Frage kommenden Flüssigkeitsspiegels S der Zuckerlösung ZL begrenzenden Tankwandungen 1a, 1b auf eine Temperatur über der gegebenen Taupunktemperatur ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Heizeinrichtung 2 vorgesehen, die in Form elektrischer Heizdrähte von außen auf den Lagertank 1 aufgelegt ist. Im in Frage kommenden Bereich links von der Längsachse des Lagertanks 1 sind die Heizdrähte 2 im Bereich des Mantelteils 1b kreisförmig und über den Kopfteil 1a kreisförmig und konzentrisch zur Längsachse des Lagertanks angeordnet (Figur 2). Alternativ hierzu zeigt die Darstellung rechts von der Längsachse des Lagertanks 1 eine Ausführung der Heizdrähte 2, bei der diese im Bereich des Mantelteils 1b mantellinienförmig, und zwar meanderförmig, und über den Kopfteil 1 a kreisförmig und konzentrisch zur Längsachse des Lagertanks 1 angeordnet sind. Der durch die Heizdrähte 2 belegte Kopfraum K des Lagertanks 1 ist mit einer in diesem Bereich auf die Tankwandungen 1a, 1b von außen aufgelegten Wärmedämmung 3 versehen.For the purpose of heating the tank walls 1a, 1b delimiting the head space K above the relevant liquid level S of the sugar solution ZL to a temperature above the given dew point temperature, a heating device 2 is provided in the present embodiment, which is placed on the outside of the storage tank 1 in the form of electrical heating wires. In the relevant area to the left of the longitudinal axis of the storage tank 1, the heating wires 2 are arranged circularly in the area of the jacket part 1b and circularly and concentrically to the longitudinal axis of the storage tank over the head part 1a (Figure 2). Alternatively, the illustration to the right of the longitudinal axis of the storage tank 1 shows an embodiment of the heating wires 2 in which they are arranged in the shape of a jacket line, namely meandering, in the area of the jacket part 1b and circularly and concentrically to the longitudinal axis of the storage tank 1 over the head part 1a. The head space K of the storage tank 1 occupied by the heating wires 2 is provided with a thermal insulation 3 applied from the outside to the tank walls 1a, 1b in this area.
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Die zur Anwärmung der Tankwandungen 1a, 1b notwendige Wärmezufuhr läßt sich, wie vorstehend dargestellt, sehr einfach von außen in die Tankwandungen einbringen. In diesem Falle ist die Realisierung mittels der elektrischen Heizeinrichtung besonders einfach durchzuführen. Es hat sich in diesem Zusammenhang gezeigt, daß beispielsweise für einen Lagertank 1 mit einem Fassungsvermögen von 40 m3 eine elektrische Heizeinrichtung 2 mit einer Heizleistung von 500 W ausreichend ist. Damit wird eine Temperaturerhöhung der Tankwandungen 1a, 1bThe heat supply required to heat the tank walls 1a, 1b can, as shown above, be introduced very easily from the outside into the tank walls. In this case, the implementation using the electric heating device is particularly easy to carry out. In this context, it has been shown that, for example, for a storage tank 1 with a capacity of 40 m 3, an electric heating device 2 with a heating output of 500 W is sufficient. This allows an increase in the temperature of the tank walls 1a, 1b
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von 40 m3 eine elektrische Heizeinrichtung 2 mit einer Heizleistung von 500 W ausreichend ist. Damit wird eine Temperaturerhöhung der Tankwandungen 1a, 1b gegenüber dem Gasraum 1d bzw. der Flüssigkeitsoberfläche S im Mittel von ca. &Dgr;&Tgr; = 3 Kelvin erreicht, die ausreichend ist, um Schimmelbildung und -wachstum nachhaltig zu verhindern.of 40 m 3, an electric heating device 2 with a heating output of 500 W is sufficient. This achieves a temperature increase of the tank walls 1a, 1b compared to the gas space 1d or the liquid surface S on average of approx. Δ�T = 3 Kelvin, which is sufficient to permanently prevent the formation and growth of mold.
Es ist aber auch möglich, die notwendige Wärmezufuhr im Innern des Kopfraums auszubringen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß auf die Innenwandung des Kopfraumes K beispielsweise Heizrohre aufgebracht werden, die mit einem geeigneten Wärmeträger zu beschicken sind. Desweiteren ist es möglich, die Heizeinrichtung 2 im Gasraum 1d oberhalb des Flüssigkeitsspiegels S, ohne unmittelbare Kontaktierung mit den Tankwandungen 1a, 1b, anzuordnen, wobei dann beispielsweise vorzugsweise durch Übertragung von Strahlungswärme die angestrahlten Tankwandungen 1a, 1 b auf eine Temperatur über der gegebenen Taupunkttemperatur erwärmt werden.However, it is also possible to provide the necessary heat supply inside the head space. This can be done, for example, by attaching heating pipes to the inner wall of the head space K, which are to be filled with a suitable heat transfer medium. It is also possible to arrange the heating device 2 in the gas space 1d above the liquid level S, without direct contact with the tank walls 1a, 1b, in which case the radiated tank walls 1a, 1b are then heated to a temperature above the given dew point temperature, for example preferably by transferring radiant heat.
Einbauten innerhalb des Kopfraumes K des Lagertanks 1, seien sie unmittelbar auf den Tankwandungen 1a, 1b oder im Gasraum 1d vorgesehen, stellen in jedem Falle jedoch reinigungskritische Bereiche dar, so daß Heizeinrichtungen 2, die von außen auf den Lagertank 1 im Bereich des Kopfraumes K aufgelegt sind, im Regelfall der Vorzug zu geben ist.However, installations within the head space K of the storage tank 1, whether they are provided directly on the tank walls 1a, 1b or in the gas space 1d, always represent areas that are critical for cleaning, so that heating devices 2 which are placed on the outside of the storage tank 1 in the area of the head space K should generally be preferred.
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Cited By (2)
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2000
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