-
Einrichtung zum Entkeimen von Flüssigkeiten, flüssigen Lebensmitteln,
insbesondere von Milch, und Verfahren zum Betrieb dieser Einrichtung Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung zum Entkeimen von Flüssigkeiten, flüssigen Lebensmitteln,
insbesondere von Milch, in welcher die zu behandelnde Flüssigkeit durch einen Kanal
geleitet und durch Öffnungen der Kanalwand ein dampf-oder gasförmiger Wärmeträger
in die Flüssigkeit eingeführt wird.
-
Es ist bekannt, Milch durch direktes Einführen von Wasserdampf einer
Wärmebehandlung zu unterwerfen. Damit bezweckt man, in der Milch befindliche Mikroorganismen
abzutöten, die neben der hygienischen Beschaffenheit auch die Haltbarkeit der Milch
beeinflussen. Eine bereits zu diesem Zweck verwendete Einrichtung besteht aus einem
geraden Rohrstück, welches von einem Dampfmantel umgeben ist und in derRohrwandung
Einführöffnungen für den Wasserdampf aufweist. Die zu behandelnde Milch wird unter
erhöhtem Druck durch das Innere des Rohrstückes geleitet und durch den eindringenden
und kondensierenden Wasserdampf kurzzeitig auf die zur Vernichtung der Mikroorganismen
nötige Temperatur erhitzt. Zur Vermeidung schädlicher Veränderungen der Milch bei
den angewendeten Temperaturen wird die Milch unmittelbar anschließend durch Drucksenkung
in einer Entspannungseinrichtung gekühlt.
-
Der Betrieb einer solchen Einrichtung muß mannigfachen Bedingungen
genügen. Einerseits darf die Wärmebehandlung keinerlei schädliche Veränderungen
der Milch verursachen. In dieser Hinsicht muß besonders verlangt werden, daß der
Rohgeschmack der Milch erhalten bleibt, d. h. daß kein Kochgeschmack, verursacht
durch Anbrennen einzelner Milchteilchen oder Veränderungen einzelner Milchbestandteile,
auftritt.
-
Diesen Anforderungen kann um so besser entsprochen werden, je gleichmäßiger
sämtliche Flüssigkeitsteilchen hinsichtlich Temperatur und Dauer
der
Wärmeeinwirkung dem eingeführten Wärmeträger ausgesetzt sind. Gelingt es,sämtliche
Flüssigkeitsteilchen mit Sicherheit während der nur Sekundenbruchteile dauernden
Wärmeeinwirkung auf die gerade zur Vernichtung der Mikroorganismen nötige Temperatur
zu erhitzen, so ist die Gewähr vorhanden, daß sämtliche Keime bei schonendster Behandlung
der Flüssigkeit abgetötet sind. Besteht diese Gewähr nicht, sei es, daß die Art
der Einführung des Wärmeträgers keine gleichmäßige Erhitzung sämtlicher Flüssigkeitsteilchen
während des kurzen Zeitintervalls ermöglicht, -besteht die Gefahr, daß einzelne,
besonders hitzeresistente Keime, ohne vernichtet zu .werden, die Entkeimungseinrichtung
passieren. Dies- vermindert die hygienische Qualität und die Haltbarkeit der behandelten
Flüssigkeit, was sich bei Milch besonders ausgeprägt zeigt. In einem solchen Fall
muß entweder die Dauer der Wärmeeinwirkung verlängert oder die . Erhitzungstemperatur
erhöht werden. Beide Maßnahmen vergrößern aber dieGefahr, daß die Flüssigkeit schädlichen
Veränderungen im Geschmack oder in der Zusammensetzung unterliegt.
-
Die Erfindung .bezweckt die Verbesserung der bisher bekannten Einrichtungen
der beschriebenen Art mit dem Ziel, eine innerhalb kürzester Zeit gleichmäßige Erhitzung
sämtlicher Flüssigkeitsteilchen und damit eine vollständige Entkeimung bei schonendster
Behandlung ausführen zu können.
-
Die Einrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
der Kanal mindestens über ein die Wärmeträger-Einführöffnungen aufweisendes Teilstück
einander gegenüberliegende, mindestens annähernd parallele und wenigstens angenähert
ebene Wände besitzt, welche mit den Wärmeträger-Einführöffnungen versehen sind.
-
Vorteilhaft kann der Kanal einen annähernd rechteckigen Querschnitt
aufweisen. Dabei können auf der Schmalseite des Kanals angeordnete Wärmeträger-Einführöffnungen
schlitzförmig und auf der Breitseite des Kanals angeordnete Einführöffnungen als
Bohrungen ausgebildet sein. Vorteilhaft können diese Bohrungen gruppenweise in mindestens
einer zur Achsrichtung des Kanals senkrecht liegenden Reihe angeordnet sein. Zugleich
können ferner die Bohrungen versetzt gegeneinander gerichtet sein.
-
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen
Einrichtung. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit unter
erhöhtem Druck in den Kanal geleitet und mit Hilfe des eingeführten Wärmeträgers
kurzzeitig auf eine Temperatur über 14o° C erhitzt wird, worauf unmittelbar anschließend
an diese Wärmebehandlung die Flüssigkeit durch schnelle Drucksenkung abgekühlt wird.
-
Der Gegenstand der Erfindung. soll. an Hand der Zeichnung beispielsweise
erläutert werden. Es zeigt Fig. i einen Axialschnitt durch die Einrichtung nach
der Erfindung, Fig. 2 Teile der in Fig. i dargestellten Einrichtung in vergrößertem
Maßstab, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie I-I in Fig. i in ebenfalls vergrößertem
Maßstab.
-
Gleiche Teile sind in sämtlichen Figuren -mit gleichen Bezugszeichen
versehen.
-
Die in Fig. i dargestellte Einrichtung nach der Erfindung eignet sich
besonders für die Entkeimung von Milch und milchhaltigen Flüssigkeiten. Sie besitzt
einen geraden Kanal i, welcher über das Teilstück A-A einen konstanten, annähernd
rechteckigen Durchflußquerschnitt aufweist. An der Eintrittsöffnung 2 und an der
Austrittsöffnizng 3 des Kanals sind nicht gezeichnete Anschlußleitungen befestigt.
Zur Aufrechterhaltung einer kontinuierlichen Strömung im Kanal i ist im Strömungsweg
der Flüssigkeit vor der erfindungsgemäßen Einrichtung ein ebenfalls nicht gezeichnetes
Förderorgan angeordnet. Der Kanal r ist von zwei Wandteilen 4 und 5 gebildet, welche
im Querschnitt den Kanal je zur Hälfte umschließen und in der durch die Mitte der
Schmalseiten gehenden Trennebene aufeinander aufliegen. Die beiden Wandteile 4 und
5 sind gemeinsam an ihren Enden mit dem Anschlußstück 6 bzw. 7 verschraubt. Um die
Wandteile 4 und 5 ist im Abstand ein Mantelrohr 8 mit kreisförmigem Querschnitt
angeordnet. Es schließt mit den Außenflächen der Wandteile 4 und 5 einen Hohlraum
9 ein. Das Mantelrohr 8 ist über die Wandteile 4 und 5 und die Anschlußstücke 6
und 7 geschoben und mit Hilfe der Überwurfmuttern -io und i i mit den Anschlußstücken
verschraubt. An der Stelle 12 ist eine Dichtungsscheibe und an der Stelle 13 eine
Stopfbüchse angeordnet, welche den Hohlraum 9 gasdicht nach außen abschließen. Die
Teile 4, 5, 6 und 7 sind aus korrosionsfestem Stahl hergestellt. Am Mantelrohr 8
ist ein Stutzen 14 angeschweißt, durch welchen ein gas- oder dampfförmiger Wärmeträger,
z. B. Wasserdampf, unter erhöhtem Druck in den Hohlraum 9 und durch Bohrungen 1s
bzw. Schlitze 16 in den Wänden der Teile 4 und 5 ins Innere des Kanals i geleitet
werden kann. Das Verhältnis der pro Zeiteinheit durch den Kanal , strömenden Flüssigkeit
und der gleichzeitig eingeführten Wärmeträgermenge kann durch nicht dargestellte
Durchflußregelorgane in den entsprechenden Zuleitungen eingestellt werden.
-
Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab eine Ansicht der in-Fig. i dargestellten
Wandteile 4 und 5 und der mit ihnen verschraubten Anschlußstücke 6 und 7. Die Wandteile
4 und 5 sind mit Hilfe der -Schrauben 17 gegeneinander gehalten.
-
Fig. 3 zeigt ebenfalls in vergrößertem Maßstab einen Schnitt nach
der Linie I-I der Fig. i. Der annähernd rechteckige Durchflußquerschnitt des Kanals
i wird durch die einander gegenüberliegenden, parallelen und ebenen Wände 18 und
i9 bzw. 2o und 21 der Teile 4 und 5 gebildet, welche mit den durch die Bohrungen
15 und die Schlitze 16 gebildeten Wärmeträger-Einführöffnungen versehen sind. Die
Bohrungen 1s sind gemäß Fig. 2 gruppenweise in zur Achsrichtung des Kanals senkrecht
liegenden Reihen auf den Breitseiten des Kanals angeordnet. Zugleich sind die in
den beiden Wandteilen
4 und 5 angebrachten und gegeneinander gerichteten
Reihen teilweise versetzt. Die Schlitze 16 sind durch Ausnehmungen in der Auflagefläche
der beiden Teile q. und 5 gebildet. Die Bohrungen 15 sind aus zwei Teilstücken
verschiedenen Durchmessers gebildet.
-
Beim Betrieb der Einrichtung nach der Erfindung wird die zu behandelnde
Flüssigkeit unter erhöhtem Druck in die Eintrittsöffnung :2 und durch den Kanal
i geleitet. Es empfiehlt sich, die Flüssigkeit vorgängig der Erhitzung durch den
eingeführten Wärmeträger auf annähernd ioo° vorzuwärmen. Der dampf- oder gasförmige
Wärmeträger wird durch die als Bohrungen 15 bzw. Schlitze 16 ausgebildeten Einführöffnungen
in die durchströmende Flüssigkeit geleitet und verursacht eine rasche Erhitzung
der Flüssigkeit auf die für die Entkeimung notwendige Temperatur. Diese beträgt
beispielsweise für die Behandlung von Milch mindestens 14o° C. In den meisten Fällen
kann als Wärmeträger zweckmäßig Wasserdampf verwendet werden. Dabei wird der Betrieb
der Einrichtung vorteilhaft so eingestellt, daß der Wasserdampf vollständig und
möglichst rasch in der Flüssigkeit kondensiert. Damit wird verhindert, daß die Durchflußgeschwindigkeit
der Flüssigkeit im Kanal i durch den Querschnitt verengende Dampfblasen ungleichmäßig
beeinflußt wird.
-
Zur Schonung der zu behandelnden Flüssigkeit muß die Wärmeeinwirkung
durch den Wärmeträger mit Hilfe rascher Temperatursenkung unterbrochen werden. Dies
erfolgt vorteilhaft durch schnelle Drucksenkung in einer sich an die Austrittsöffnung
des Kanals anschließenden, nicht dargestellten Entspannungseinrichtung, in welcher
die erhitzte und entkeimte Flüssigkeit auf Atmosphärendruck oder einen darüber liegenden
Druck entspannt wird. Durch Verwendung geeigneter Vakuumeinrichtungen kann die Flüssigkeit
auch auf einen unter dem Atmosphärendruck liegenden Druck entspannt werden. Dabei
erfolgt eine schnelle Temperatursenkung auf den zugehörigen Siedepunkt, wobei gleichzeitig
der in die Flüssigkeit eingeführte und jeweils kondensierte Wärmeträger wieder entweicht.
Die Flüssigkeitsströmung wird durch Mengenregulierung so eingestellt, daß die Dauer
der Wärmebehandlung bis zur Drucksenkung in der Entkeimungseinrichtung weniger als
i Sekunde beträgt, was bei der erfindungsgemäßen Einrichtung unter Anwendung der
genannten Temperaturen auch die Vernichtung der hitzeresistenten Keime gewährleistet.
-
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des die Wärmeträger-Einführöffnungen
aufweisenden Kanalstückes kann eine gleichmäßige Wärmeeinwirkung hinsichtlich Temperatur
und Dauer für sämtliche Flüssigkeitsteilchen erzielt werden. Die erfindungsgemäße
Anordnung der Einführöffnungen auf gegenüberliegenden, parallelen und ebenen Wänden
18 und i g bzw. 2o und 21 des Kanals i gemäß Fig.3 gewährleistet, daß sämtliche
Flüssigkeitsteilchen über den ganzen Durchflußquerschnitt gleichmäßig im Kontakt
mit den beim Einführen des Wärmeträgers entstehenden Dampf- oder Gasblasen erhitzt
werden. Einerseits bewirkt die ebene Ausgestaltung der Kanalwände, daß die Erhitzung
in gleichmäßiger Tiefe gegen das Innere der Flüssigkeitsströmung vor sich geht.
Die Anordnung der Einführöffnungen auf gegenüberliegenden Wänden bewirkt andererseits,
daß die Flüssigkeit von beiden gegenüberliegenden Seiten her den eindringenden Wärmeträgerblasen
ausgesetzt ist, und schließlich ergibt die Anordnung der Einführöffnungen auf gegenüberliegenden,
parallelen und ebenen Wänden den Vorteil, daß im Kern der Flüssigkeitsströmung keine
mit dem Wärmeträger vermindert in Kontakt stehende Bereiche vorhanden sind.
-
Die genannten Vorteile lassen sich mit keiner wesentlich anderen Ouerschnittsform
des Kanals i erreichen. So entstehen bei kreisrundem O_uerschnitt mit radialer oder
tangentialer Einführung des Wärmeträgers immer Bereiche im Innern des Querschnitts,
welche nur in vermindert starkem Maße der Einwirkung des Wärmeträgers ausgesetzt
sind, so daß bei der kurzen Behandlungszeit einzelne Flüssigkeitsteilchen beim Durchströmen
des Kanals nicht auf die zur Vernichtung der Keime nötige Temperatur erhitzt werden.
-
Die schlitzförmigen Wärmeträger -Einführöffnungen 16 werden vorteilhaft
auf der Eintrittsseite der Flüssigkeit in den Kanal i angeordnet. Gegenüber den
Bohrungen 15 vermag eine wesentlich größere Wärmeträgermenge durch die Schlitze
in die Flüssigkeit einzudringen, was ein sprunghaftes Ansteigen der _ Flüssigkeitstemperatur
bewirkt. Der Temperaturunterschied ist aber an dieser Stelle noch so groß, daß bei
der Verwendung von Wasserdampf als Wärmeträger die durch die Schlitze eindringende
Dampfmenge sofort kondensiert und keine den Querschnitt unzulässig verengenden Dampfblasen
bildet. Gegen das Ende des Kanals i vermindert sich die Temperaturdifferenz zwischen
Wärmeträger und Flüssigkeit, so daß hier eingeführter Dampf zur Kondensation mehr
Zeit benötigt. Größere, von der Flüssigkeit mitgerissene Dampfblasen können lokale
Überhitzungen und damit .ein Anbrennen der Flüssigkeit verursachen. Aus diesem Grunde
erfolgt die Wärmeträgereinführung gegen das Austrittsende der Flüssigkeit in vermindertem
Maße, und zwar zweckmäßig durch in größeren Abständen angebrachte Bohrungen, deren
Durchmesser gegebenenfalls in Strömungsrichtung der Flüssigkeit abnehmen kann. Auf
der Eintrittsseite der Flüssigkeit in das die Wärmeträger-Einführöffnungen aufweisende
Kanalstück kann einer Reihe von Bohrungen eine in der gleichen Ebene senkrecht zur
Kanalachse liegende Reihe im anderen Wandteil gegenüberliegen.
-
Fig. 2 zeigt besonders deutlich die Verteilung der auf den Breitseiten
des Kanals angeordneten Bohrungen 15. Die Anordnung dieser Bohrungen in zur Achsrichtung
senkrechten Reihen erhöht die Turbulenz der Flüssigkeitsströmung gleichmäßig über
die ganze Länge des die Wärmeträger-Einführöffnungen aufweisenden Kanalstücks. Die
erhöhte
Turbulenz bewirkt eine innige Durchwirbelung der Flüssigkeitsteilchen
und damit eine gleichmäßige Erhitzung derselben; aus dem gleichen Grunde sind die
auf den gegenüberliegenden Breitseiten angeordneten Bohrungen teilweise gegeneinander
versetzt.
-
Die Erfindung ist nicht auf das gezeichnete Ausführungsbeispiel beschränkt.
Selbstverständlich können die geschilderten Vorteile auch mit anderen Querschnittsformen
des Kanals r erzielt werden, sofern die Wärmeträger-Einführöffnungen- auf gegenüberliegenden,
mindestens annähernd parallelen und wenigstens angenähert ebenen Kanalwänden liegen."
Eine solche Ausbildung ermöglicht in allen Fällen eine gleichmäßige Erhitzung sämtlicher
Flüssigkeitsteilchen innerhalb der nur Sekundenbruchteile dauernden Behandlungszeit.
Dies gestattet die Anwendung der tiefsten Temperatur, welche gerade zur Vernichtung
der schädlichen Keime ausreicht, und ergibt deshalb die schonendste Behandlung der
Flüssigkeit.
-
Die beschriebene Einrichtung nach der Erfindung eignet sich in hervorragendem
Maße zur Entkeimung von Milch und milchhaltigen Flüssigkeiten unter Verwendung von
Wasserdampf als Wärmeträger. Es können aber vorteilhaft auch andere flüssige Lebensmittel
wie Getränke mit der erfindungsgemäßen Einrichtung entkeimt werden, wobei unter
Umständen auch andere Wärmeträger- als Wasserdampf, beispielsweise Stickstoff oder
Kohlensäure, verwendet werden können.