DE60115385T2

DE60115385T2 - Dampf-erhitzer

Info

Publication number: DE60115385T2
Application number: DE60115385T
Authority: DE
Inventors: Peter De Jong; Eduardus Rudolph VERDURMEN; Egbert Albertus STEENBERGEN
Original assignee: Stichting Nederlands Instituut Voor Zuivelonderzoek (Nizo)
Current assignee: Stichting Nederlands Instituut Voor Zuivelonderzoek (Nizo)
Priority date: 2000-02-04
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2021-02-06
Also published as: DE60115385D1; EP1255446B1; CA2399242A1; ZA200206229B; BR0108103A; MXPA02007508A; US20030096045A1; WO2001056394A1; US7048958B2; AU3780001A; EP1255446A1; ES2254373T3; CN1420726A; DK1255446T3; CN1201664C; NL1014287C2; JP2003521255A; ATE311111T1; TR200202133T2; NZ520623A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln eines fluiden Produktes, beispielsweise eines Molkereiproduktes, mit Wärme, mit mindestens einer Produktleitung, durch die bei der Benutzung das Produkt und Dampf transportiert werden, um das Produkt mit aus dem Dampf stammender Wärme zu behandeln, und einem Expansionstank zum Abkühlen des aus der Produktleitung kommenden Produktes, wobei die Produktleitung mit einer Auslassöffnung, die in dem Expansionstank endet, mindestens einer Dampfeinlassöffnung, mindestens einer Produkteinlassöffnung und einem stromabwärts der Dampfeinlassöffnung und der Produkteinlassöffnung angeordnete Flusseinengung, die einen Durchflusswiderstand bildet, versehen ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Behandeln eines fluiden Produktes, beispielsweise eines Molkereiproduktes, mit Wärme, bei dem das Produkt mit Dampf durch mindestens eine Produktdurchführung transportiert wird, um das Produkt mit aus dem Dampf stammender Wärme zu behandeln, wobei das mit Wärme behandelte Produkt anschließend einem Expansionstank zugeführt wird, um das Produkt abzukühlen, und bei dem in der Produktleitung eine Einengung vorgesehen ist.
Eine derartige Vorrichtung und ein solches Verfahren zur Wärmebehandlung des fluiden Produktes in Form einer Flüssigkeit ist aus WO 84/02062 bekannt. Das Wesentliche einer solchen Wärmebehandlung besteht darin, dass das Produkt während eines kurzen Zeitraums auf eine erhöhte Temperatur gebracht und anschließend schnell abgekühlt wird. Diese Art der Wärmebehandlung hat Vorteile gegenüber einer Wärmebehandlung, bei welcher das Produkt für einen längeren Zeitraum auf eine etwas weniger erhöhte Temperatur gebracht wird. Ein in diesem Zusammenhang erwähnenswerter Vorteil besteht darin, dass Bakterien bei höheren Temperaturen wirksamer zerstört werden. Somit können die schädlichen Auswirkungen auf das Produkt durch die Wärmebehandlung minimiert werden, während die Zerstörung von schädlichen Mikroorganismen in ausreichender Weise stattfindet. Weitere Vorrichtungen sind aus US 2,022,419 , US 2,130,645 und US 2,353,912 bekannt.
Bei der bekannten Vorrichtung der WO 84/02062 führt die Produktleitung stromabwärts von der Einengung in einen Expansionstank. Dies hat zur Folge, dass die Temperatur des fluiden Produktes stromabwärts von der Einengung eher allmählich als abrupt abnimmt.
Stromabwärts von der Einengung bleibt das fluide Produkt wegen der Produktleitung warm. Dies hat wiederum zur Folge, dass das Produkt relativ lange warm bleibt, so dass die oben erwähnten nachteiligen Auswirkungen auf das Produkt in Folge der Wärmebehandlung nicht optimal minimiert werden.
Außerdem hat die bekannte Vorrichtung den Nachteil, dass die Produktleitung stromabwärts von der Einengung verschmutzt, denn das Produkt wird dort an der noch heißen Produktleitung anbacken. Dies hat wiederum zur Folge, dass die Vorrichtung nur relativ kurze Zeit benutzt werden kann (grob geschätzt einige Stunden), nach der sie, insbesondere wenn es sich um ein verzehrbares Produkt handelt, gereinigt werden muss.
Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, zielt darauf ab, die erwähnten Nachteile zu beheben und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Flusseinengung auch die Auslassöffnung der Produktleitung bildet, so dass stromabwärts von der Einengung keine Seitenwände der Produktleitung vorhanden sind. Da sich die Produktleitung nicht stromabwärts von der Einengung erstreckt, kühlt das die Einengung verlassende Produkt direkt in dem Expansionstank ab. Tatsächlich bildet die Einengung das Ende der Produktleitung und endet direkt in dem Expansionstank. Dies hat auch zur Folge, dass das stromabwärts von der Einengung abkühlende Produkt nicht an der Produktleitung anbacken kann.
Mit dieser Vorrichtung kann das in der Produktleitung befindliche Produkt schnell erwärmt werden und, am Ende der Produktleitung, bevor diese in den Expansionstank mündet, kann eine relativ hohe Temperatur erreicht werden, da das Produkt nur für relativ kurze Zeit auf diesem Temperaturniveau bleibt. Nach Durchströmen der Einengung kühlt das Produkt direkt in dem Expansionstank ab. Auf Grund der Tatsache, dass das Produkt die Maximaltemperatur nur für einen kurzen Zeitraum annimmt, kann diese Temperatur ohne nachteilige Auswirkungen auf das Produkt wie beispielsweise Denaturierung von Proteinen höher gewählt werden als bei der bekannten Vorrichtung. Andererseits bewirkt die kurzzeitige hohe Temperatur, dass die mikrobiologische Inaktivierung wesentlich stärker ausfällt als eine Verringerung um einen Bruchteil.
Die Auslassöffnung befindet sich in einer Oberfläche der Innenwand des Tanks.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erstreckt sich die Produktleitung in eine Öffnung des Tanks und die Öffnung ist mittels einer wärmeisolierenden Dichtung mit dem Tank verbunden. Auf diese Weise kann die Produktleitung in der Nähe der kombinierten Beschränkungs- und Auslassöffnung ausreichend heiß bleiben, während die Wände des Expansionstanks kaum erwärmt werden. Somit wird ein Anbacken von Produkt an den Innenwänden des Expansionstanks verhindert.
Vorzugsweise ist wenigstens eine Dampfeinlassöffnung stromabwärts der wenigstens einen Produkteinlassöffnung angeordnet.
Außerdem ist insbesondere ein Volumen der Produktleitung, das zwischen der mindestens einen Dampfeinlassöffnung und der Strömungsbeschränkung angeordnet ist, einstellbar ausgestaltet. Dadurch kann die Zeitdauer, während der das Produkt heiß ist, bevor es zum Abkühlen durch die Flusseinengung fließt, variiert werden. Insbesondere ist die Länge der Produktleitung, die zwischen der Dampfeinlassöffnung und der Einengung gelegen ist, einstellbar ausgestaltet.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung derart bemessen, dass bei der Benutzung der Dampf stromaufwärts der Einengung vollständig kondensiert ist. Auf diese Weise erreicht man eine konstante Temperatur vor der Einengung, die auch ihr höchstes Niveau erreicht hat. Die Vorrichtung ist insbesondere außerdem mit Dampfzuführmitteln zum Zuführen des Dampfes unter Druck an die mindestens eine Dampfeinlassöffnung versehen. Die Vorrichtung kann außerdem mit einem Sensor zum Messen der Temperatur in einem Teil der Produktleitung stromabwärts der mindestens einen Dampfzufuhröffnung und der mindestens einen Produktzufuhröffnung ausgestattet sein. Insbesondere sind die Dampfzuführmittel so ausgelegt, dass sie die der Produktleitung zugeführte Dampfmenge in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur regulieren können.
Außerdem ist es bevorzugt, dass die Einengung eine Länge aufweist, die in etwa gleich dem Durchmesser der Einengung ist.
Wenn die Einengung einen Durchmesser von 0,5 bis 5 [mm] aufweist und vorzugsweise etwa 2 [mm], wird kein Dampf in der Einengung auftreten, so dass sich keine Blasen bilden werden. Somit wird verhindert, dass die Durchflussrate eingeschränkt wird, weil eine kritische Maximalgeschwindigkeit erreicht wurde. Bei der bekannten Vorrichtung wird im Gegensatz dazu die Durchflussrate durch einen Zustand begrenzt, bei welchem Dampf in der Einengung auftritt, ein Zustand, der in WO 84/02062 als kritischer Bereich bezeichnet wird.
Weiterhin werden insbesondere bei Verwendung für ein flüssiges Produkt auf Grund der Einengung Produkttröpfchen in dem Expansionstank gebildet. Folglich tritt in dem Expansionstank eine Vergrößerung der Oberfläche des Produkts auf, so dass das Produkt schneller abkühlt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung ist außerdem dadurch gekennzeichnet, dass die Produktleitung einen Durchmesser von etwa 12 [mm] aufweist, dass der Teil, in welchem die Löcher vorgesehen sind, sich über eine Länge von etwa 100 [mm] erstreckt und dass darin mindestens 2 und beispielsweise 30 Löcher vorgesehen sind, von denen jedes einen Durchmesser von etwa 1 [mm] aufweist. Insbesondere ist eine Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Expansionstank von wenigstens 500 [mm] und eine Höhe von wenigstens 500 [mm] aufweist.
In WO 98/07328 wird ein Verfahren beschrieben, mit welchem eine solche Wärmebehandlung durchgeführt werden kann. Dieses Verfahren ist eine direkte Wärmebehandlung, was bedeutet, dass das zu erwärmende Produkt in Kontakt mit Dampf gebracht wird, wobei der Dampf auf dem Produkt kondensiert. In dem erwähnten Verfahren wird das Produkt in einer Mischkammer mit Dampf gemischt, wobei ein Gemisch aus Produkt, Dampf und Kondensat gebildet wird. Dabei wird ein Überschuss an Dampf zugeführt. Anschließend wird das Gemisch durch die Produktleitung transportiert. Dabei wird die Verweildauer des Produktes in der Produktleitung durch die Menge an zugeführtem Dampf bestimmt. Das Produkt strömt über eine Produktleitung ein steuerbares Ventil eine Flusseinengung bildet, und über eine daran anschließende Leitung in einen Expansionstank. Das Produkt bleibt für einen relativ langen Zeitraum auf einer Maximaltemperatur T⁽¹⁾ _max. Nach dem Erreichen des Expansionstanks wird das Produkt expandiert und kühlt dadurch ab. Über eine Auslassöffnung in dem Expansionstank kann das behandelte Produkt abgezogen werden. Der Dampf verlässt den Expansionstank durch eine separate Auslassöffnung.
In dem in WO 98/07238 beschriebenen Verfahren wird das Produkt bereits in der Mischkammer auf eine höhere Temperatur gebracht. Anschließend wird das Gemisch durch die Produktleitung transportiert. Dies bedeutet, dass während eines Teils der Verweildauer in der Mischkammer und während der gesamten Transportdauer durch die Produktleitung in den Expansionstank das Produkt praktisch auf maximaler Heiztemperatur ist. Dieses Merkmal stellt den ersten Nachteil dieses Verfahrens dar, da dieser relativ lange Zeitraum eine Einschränkung der Maximaltemperatur bedingt, auf welche das Produkt ohne nachteilige Auswirkungen auf das Produkt, wie beispielsweise Denaturierung von Proteinen, erhitzt werden kann. Ein zweiter Nachteil des erwähnten Verfahrens liegt darin, dass die Verweildauer in der Mischkammer nicht für alle Produktanteile gleich ist, was für die Endqualität des Produktes nachteilig ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der Einengung stromabwärts von der Einengung Flüssigkeitstropfen des Produktes in dem Expansionstank gebildet werden. Damit tritt in dem Expansionstank eine Vergrößerung der Produktoberfläche auf, so dass das Produkt schnell abkühlt.
Im Folgenden wird die Erfindung auf der Grundlage der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer bekannten Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Produktes;
2 einen möglichen Temperaturverlauf des Produktes während der Wärmebehandlung in der Vorrichtung der 1;
3a eine schematische Darstellung einer ersten ertindungsgemäßen Ausführungsform einer Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Produktes;
3b eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer ertindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Produktes;
4 einen Verlauf einer möglichen Temperaturkurve des Produktes während einer Wärmebehandlung in der Vorrichtung der 3a und 3b.
In 1 ist eine bekannte Vorrichtung 1 zur Wärmebehandlung eines fluiden Produktes, beispielsweise eines Molkereiproduktes, dargestellt. Das Produkt 4 wird durch eine Produktleitung 8 mit Dampf 6 transportiert, um das Produkt mit aus dem Dampf stammender Wärme zu behandeln. Das wärmebehandelte Produkt wird anschließend in einen Expansionstank 10 zum Abkühlen des Produktes geleitet. Die Vorrichtung ist außerdem mit einer Mischkammer 12 versehen, in welcher der Dampf 6 mit dem Produkt gemischt wird. In der Produktleitung ist auch ein Ventil 14 angeordnet, durch das der Druck stromaufwärts des Ventils 14 in der Produktleitung auf einem Niveau gehalten wird. Stromabwärts von dem Ventil 14 erreicht die Produktleitung 8 eine Auslassöffnung 16, welche sich in dem Expansionstank 10 befindet. Der Expansionstank 10 ist außerdem mit einer Produktauslassöffnung 18 zum Abzug des gekühlten Produktes aus dem Expansionstank 10 und einer Dampfauslassöffnung 20 zur Abgabe des Dampfes aus dem Expansionstank 10 versehen.
3a zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei einander entsprechende Bauteile der 1 und 3a mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Eine Seitenwand 22 der Produktleitung 8 ist mit zahlreichen Dampfeinlassöffnung 24 versehen. Das Produkt 4 wird mit einem Druck von beispielsweise [4–15] bar in die Produktleitung 8 eingeleitet. Um den Teil der Produktleitung 8 herum, in welchem die Dampfeinlassöffnungen 24 vorgesehen sind, befindet sich eine Dampfkammer 26, so dass der Dampf, der unter Druck mit Hilfe von Dampfversorgungsmitteln 28 in eine Dampfkammer geliefert wird, anschließend über die Dampfeinlassöffnungen in die Produktleitung 8 hineinspritzt.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 3a ist es möglich, dem Produkt in der Produktleitung 8 eine Strömungsdauer t⁽¹⁾ _B von weniger als 1000 [ms] und insbesondere von weniger als 100 [ms] zu vermitteln. Während dieser Zeit wird das Produkt von einer Temperatur T_IN von [1–110][C°] auf eine Temperatur T_max von [80–200][C°] zu erhitzen. Ein entsprechender möglicher Temperaturverlauf des Produktes ist in 4 dargestellt. Entlang der horizontalen Achse ist eine lineare Zeitskala und entlang der vertikalen Achse eine lineare Temperaturskala angeordnet.
In 4 ist t⁽³⁾ _B die mittlere Zeit, in der sich das Produkt in der Produktleitung aufhält und t⁽³⁾ _D ist die mittlere Zeit, in welcher das Produkt in dem Expansionstank 10 abkühlt.
2 zeigt einen möglichen Temperaturverlauf des Produktes, das mit der Vorrichtung gemäß Stand der Technik aus 1 erhitzt wird. Die Achsen der 2 haben die gleiche Skalierung wie die entsprechenden Achsen der 4. In 2 ist t⁽¹⁾ _A die mittlere Zeitdauer, in welcher sich das Produkt in der Mischkammer 12 befindet, t⁽¹⁾ _B ist die mittlere Zeitdauer, in welcher sich das Produkt stromabwärts der Mischkammer 12 in der Produktleitung befindet, t⁽¹⁾ _C ist die mittlere Zeitdauer, ihn welcher das Produkt stromabwärts von dem Ventil 14 und stromaufwärts von der Auslassöffnung in der Produktleitung 8 ist, und t⁽¹⁾ _D ist die mittlere Zeitdauer, in welcher das Produkt im Expansionstank 10 abkühlt. Ein Vergleich der 2 und 4 zeigt, dass das mit der Vorrichtung gemäß 3a erhitzte Produkt eine höhere mögliche Temperatur während einer kürzeren Zeitdauer als das mit der Vorrichtung der 1 behandelte Produkt erreichen kann (t⁽³⁾ _B < [t⁽¹⁾ _A + t⁽¹⁾ _B], [T⁽³⁾ _Max – T⁽³⁾ _In] > [T⁽¹⁾ _Max – T⁽¹⁾ _In] und T⁽³⁾ _max > T⁽¹⁾ _max. Falls gewünscht kann natürlich T⁽³⁾ _Max kleiner oder gleich T⁽¹⁾ _Max sein. In jedem Fall kann die Verweildauer t⁽³⁾ _B kürzer als in der bekannten Vorrichtung sein. Dies ist ein Ergebnis der Tatsache, dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf Grund der vorgesehenen Dampfkammer der Dampf direkt durch Dampfeinlassöffnungen in die Produktleitung eingespritzt wird. Die Temperatur des Dampfes beträgt dann [150–230] [C°] mit einem zugehörigen Druck von [5–28][bar]. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung der 3a ist es daher möglich, das Produkt sehr schnell aufzuheizen, kurze Verweilzeiten zu verwirklichen und eine schmälere Verteilung dieser Verweilzeiten zu realisieren. Auf Grund der Tatsache, dass das Produkt die maximale Temperatur T⁽³⁾ _max nur für einen kurzen Zeitraum annimmt, kann diese Temperatur T⁽³⁾ _max höher als die Temperatur T⁽¹⁾ _max gewählt werden, ohne dass das Produkt nachteilige Folgen, wie beispielsweise die Denaturierung von Proteinen erleidet. Andererseits hat die kurzzeitige hohe Temperatur T⁽³⁾ _max jedoch das Ergebnis, dass die mikrobiologische Inaktivierung wesentlich ausgeprägter als nur eine bruchteilhafte Verringerung ist. Außerdem ist es möglich, wärmebeständige Sporen wesentlich stärker als mit nur einer bruchteilhaften Verringerung zu inaktivieren.
Die Vorrichtung wird außerdem dadurch optimiert, dass eine Flussinengung 30 vorgesehen ist. Die Flusseinengung 30 stellt gleichzeitig die Auslassöffnung 16 der Produktleitung dar, so dass stromabwärts der Einengung keine Seitenwände der Produktleitung mehr vorhanden sind. Die Produktleitung verengt sich nach und nach in stromabwärtiger Richtung über eine Länge V bis zu dem Ende der Einengung 30 hin. Dies ist jedoch nicht notwendig, sondern ein abrupter Übergang ist ebenfalls möglich. Da sich die Produktleitung nicht über die Einengung hinaus erstreckt, kühlt das die Einengung verlassende Produkt direkt in dem Expansionstank ab. So stellt die Einengung das Ende der Produktleitung dar und mündet direkt in den Expansionstank. Dies bedingt weiterhin, dass das stromabwärts von der Einengung abkühlende Produkt nicht an der Produktleitung anbacken kann. Im vorliegenden Fall bildet die Einengung außerdem eine Spritzdüse (vergleiche 3a), die am Ende der Produktleitung in dem Expansionstank 10 angeordnet ist. Dadurch, dass die Strömungsbeschränkung an dem Ende der Produktleitung in dem Expansionstank angeordnet wird, erreicht man, dass das Produkt sehr schnell nach Erreichen der Maximaltemperatur T⁽³⁾ _max über die Strömungsbeschränkung in dem Expansionstank endet, wo das Produkt direkt abkühlt. Im Ergebnis durchquert das Produkt nach einer sehr kurzen Heizperiode t⁽³⁾ _B eine sehr kurze Abkühlperiode t⁽³⁾ _D durch Expansion in dem Expansionstank 10. Die Abkühlzeit ist wesentlich kürzer als die Abkühlzeit t⁽¹⁾ _C + t⁽¹⁾ _D der Vorrichtung der 1.
Der Druck in dem Expansionstank liegt beispielsweise bei [0.02–0.9][bar]. Nachdem das Produkt auf eine Temperatur T⁽³⁾ _Out von [20–90][°C] abgekühlt ist, kann das Produkt über die Auslassöffnung 18 gesammelt werden. Der Dampf verlässt den Expansionstank über die Öffnung 20.
Bei der Vorrichtung gemäß 3a befindet sich die Auslassöffnung in dem Expansionstank 10 an einer gegenüber der Innenwand des Expansionstanks 10 versetzten Position. Die Produktleitung 8 erstreckt sich in eine Öffnung 34 des Tanks und ist in der Öffnung 34 mittels einer wärmeisolierenden Dichtung 36 (beispielsweise einem Teflonring) mit dem Expansionstank 10 verbunden. Als Resultat dieser Maßnahme kann die Produktleitung in der Nähe der kombinierten Einengung und Auslassöffnung ausreichend heiß bleiben, während die Wände des Expansionstanks kaum erwärmt werden. Ein Anbacken des Produktes beispielsweise an der Außenseite der Produktleitung (wobei die Außenseite nun über die Dichtung 36 abgedichtet ist) in dem Expansionstank und an der Wand des Expansionstanks wird verhindert. Anbacken an der Innenwand des Expansionstanks wird ebenfalls verhindert, weil diese Wand kalt bleibt.
In diesem Beispiel ist ein Volumen der Produktleitung 8, das sich zwischen den Dampfeinlassöffnungen 24 und der Strömungsbeschränkung 30 befindet, einstellbar. Hier wird dies beispielsweise so verwirklicht, dass die Länge L der Produktleitung zwischen der am weitesten stromabwärts befindlichen Dampfeinlassöffnung 24 und der Strömungsbeschränkung 30 einstellbar konstruiert wurde. Durch Vergrößerung oder Verkleinern der Länge L (des Teils zwischen B und C in 3), kann die Temperaturhaltedauer des Produktes (das heißt die Zeit, in welcher das Produkt die Maximaltemperatur T⁽³⁾ _max hat) entsprechend verlängert oder verkürzt werden.
Die Vorrichtung ist so dimensioniert, dass im Einsatz der Dampf stromaufwärts von der Einengung vollständig kondensiert. Nur in diesem Fall ist die Temperatur des Produktes konstant und hat ihr Maximum erreicht. Dann kondensiert der Dampf. Beispielsweise kann die Dimensionierung in einer Einstellung des Druchflusses des Produktes, des Durchflusses des Dampfes, des Durchmessers und/oder der Länge der Einengung und/oder dem Durchmesser der Produktleitung bestehen.
Die Vorrichtung ist beispielsweise außerdem mit einem Sensor 38 zur Messung der Temperatur in einem Teilbereich der Produktleitung versehen, der sich stromabwärts der Dampfeinlassöffnungen 24 und der wenigstens einen Produkteinlassöffnung 40 befindet. Über eine elektrische Leitung 42 ist der Sensor mit den Dampfversorgungsmitteln 28 verbunden. Die Dampfversorgungsmittel sind beispielsweise so angeordnet, dass die in die Produktleitung gelieferte Dampfmenge abhängig von der gemessenen Temperatur reguliert werden kann. Auf diese Weise kann die jeweilige Maximaltemperatur T⁽³⁾ _maxc genau gemessen und reguliert werden. Somit kann diese Maximaltemperatur beispielsweise auf einen bestimmten Wert reguliert werden.
Vorzugsweise hat die Einengung einen Durchmesser d, der im Bereich von [0,5–5][mm]. Insbesondere weist die Einengung eine Länge k auf, die in etwa gleich dem Durchmesser der Einengung ist. Es erweist sich als sehr vorteilhaft, wenn die Einengung eine Länge von weniger als 3 [mm] aufweist, beispielsweise eine Länge von etwa 2 [mm]. Es zeigt sich, dass auf dieser kurzen Strecke in der Einengung kein Dampf freigesetzt wird, so dass die Blasenbildung, welche die Durchflussrate auf Grund der maximal erreichbaren kritischen Geschwindigkeit beschränkt, verhindert wird.
In diesem Beispiel hat die Produktleitung einen Durchmesser von etwa 10 [mm]. In diesem Beispiel erstreckt sich der Teil (in 3a von A bis B), in welchem die Dampfeinlassöffnungen vorgesehen sind, über eine Länge von etwa 120 [mm]. Die Dampfeinlassöffnungen haben beispielsweise einen Durchmesser von etwa 1 [mm]. Die Produktleitung ist beispielsweise mit etwa 30 Dampfeinlassöffnungen 24 versehen. Der Expansionstank hat beispielsweise einen maximalen Durchmesser D von mindestens 500 [mm] und eine Höhe H von mindestens 500 [mm]. Insbesondere hat der Expansionstank ein Fassungsvermögen von etwa 180 Litern.
Bei Verwendung für ein flüssiges Produkt 4 gewährleistet die Einengung außerdem, dass bei Durchqueren der Einengung Produkttröpfchen in den Expansionstank gebildet werden. Die Einengung 30/Auslassöffnung 16 bildet daher gleichzeitig eine Düse. Durch die Tröpfchenbildung wird die Oberfläche des die Einengung verlassenden Produktes vergrößert, so dass das Produkt in dem Expansionstank schneller abkühlt.
Mit der Vorrichtung der 3a ist des beispielsweise möglich, einen Durchfluss von [100–50.000][l/Std.] zu erreichen. Dies erfordert beispielsweise eine Dampfdurchflussrate von [1000–2.000.000][l/Std.] und einen Kondensatdurchsatz von [10–20.000][l/Std.].
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die in 3b dargestellt ist, wobei entsprechende Bauteile in 3b und in 3a mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, befindet sich die Auslassöffnung 16 in einer Oberfläche einer Innenwand 32 des Expansionstanks 10. Dies verringert das Anbacken von Produkt an den Wänden der Produktleitung und der Wand des Expansionstanks.
Es sei angemerkt, dass die Erfindung keineswegs auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Außer einem flüssigen Produkt kann das fluide Produkt auch eine Suspension/Dispersion mit Partikeln umfassen, deren Größe maximal etwa 10% des Durchmessers der Einengung beträgt.
Um die Kapazität der Vorrichtung zu erhöhen, können mehrere parallel angeordnete Produktleitungen vorgesehen sein, die jeweils in dem Expansionstank enden. Außerdem kann die Kapazität pro Produktleitung erhöht werden. In diesem Beispiel befinden sich die Dampfeinlassöffnungen stromabwärts der wenigstens einen Produkteinlassöffnung 40. Es ist jedoch beispielsweise auch möglich, dass Dampf und Produkt über ein T-Stück in die Produktleitung geführt werden.

Claims

Vorrichtung zum Behandeln eines fluiden Produktes, beispielsweise eines Molkereiproduktes, mit Wärme mit mindestens einer Produktdurchführung, durch die bei der Benutzung das Produkt und Dampf transportiert werden zum Behandeln des Produktes mit aus dem Dampf stammender Wärme, und einem Expansionstank zum Abkühlen des aus der Produktdurchführung kommenden Produktes, bei der die Produktdurchführung mit einer Auslassöffnung, die in dem Expansionstank endet, mindestens einer Dampfeinlassöffnung, mindestens einer Produkteinlassöffnung und, stromabwärts der Dampfeinlassöffnung und der Produkteinlassöffnung gelegen, einer Flusseinengung, die einen Flusswiderstand bildet, vorgesehen ist, wobei die Flusseinengung ebenso die Auslassöffnung der Produktdurchführung bildet, so dass, stromabwärts der Einengung, keine Seitenwände der Produktdurchführung vorhanden sind und die Einengung direkt in dem Expansionstank endet, und wobei die Produktdurchführung sich in eine Öffnung des Tanks erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktdurchführung in der Öffnung mit dem Tank verbunden ist mit Hilfe einer Wärmeisolierdichtung, und dass die Auslassöffnung in einer Oberfläche der Innenwand gelegen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Dampfeinlassöffnung stromabwärts der mindestens einen Produkteinlassöffnung gelegen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumen der Produktdurchführung, das zwischen der mindestens einen Dampfeinlassöffnung und der Einengung gelegen ist, einstellbar ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3; dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Produktdurchführung, die zwischen der Dampfeinlassöffnung und der Einengung gelegen ist, einstellbar ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart bemessen ist, dass bei der Benutzung der Dampf stromaufwärts der Einengung vollständig kondensiert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Seitenwand der Produktdurchführung mit der mindestens einen Dampfeinlassöffnung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner mit Dampfzuführmitteln zum Zuführen des Dampfes unter Druck an die mindestens eine Dampfeinlassöffnung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ferner mit einem Sensor vorgesehen ist zum Messen der Temperatur in einem Teil der Produktdurchführung stromabwärts der mindestens einen Dampfzuführöffnung und der mindestens einen Produktzuführöffnung.
Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfzuführmittel angeordnet sind zum Regulieren der Dampfmenge, die der Produktdurchführung zugeführt wird, in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einengung einen Durchmesser besitzt, der im Bereich von 0,5 bis 5 mm liegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einengung eine Länge besitzt, die ungefähr gleich dem Durchmesser der Einengung ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einengung eine Länge besitzt, die geringer als 9 mm ist, z.B. eine Länge von ungefähr 2 mm.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktdurchführung mit einer Mehrzahl von Dampfzuführöffnungen versehen ist, die in einer Seitenwand der Produktdurchführung vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktdurchführung einen Durchmesser von ungefähr 10 mm besitzt, dass der Teil, in dem die Dampfeinlassöffnungen vorgesehen sind, sich über eine Länge von ungefähr 120 mm erstreckt, und dass die Dampfeinlassöffnungen jeweils einen Durchmesser von ungefähr 1 mm besitzen.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Produktdurchführung mit ungefähr 30 Dampfeinlassöffnungen vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Expansionstank einen Durchmesser von mindestens 500 mm und eine Höhe von mindestens 500 mm besitzt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Expansionstank einen Inhalt von ungefähr 180 Liter besitzt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Benutzung für ein flüssiges Produkt Tropfen des Produktes gebildet werden durch die Einengung in dem Expansionstank.
Verfahren zum Behandeln eines fluiden Produkts, beispielsweise eines Molkereiprodukts, mit Wärme, bei dem das Produkt mit Dampf durch mindestens eine Produktdurchführung transportiert wird zum Behandeln des Produkts mit aus dem Dampf stammender Wärme, bei dem das Produkt, das mit Dampf behandelt wird, im Anschluss einem Expansionstank zugeführt wird zum Abkühlen des Produkts, und bei dem in der Produktdurchführung eine Einengung umfasst ist, und bei dem mit Hilfe der Einengung stromabwärts der Einengung in dem Expansionstank Flüssigkeitstropfen aus dem Produkt in dem Expansionstank gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit Hilfe einer Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 18 durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf kondensiert ist, bevor er zusammen mit dem Produkt der Einengung zugeführt wird.