Verfahren zur kontinuierlichen Sterilisierung einer Flüssigkeit
Die Erfindung betrifft eine Verbesserung des Verfahrens zur kontinuierlichen Sterilisierung einer Flüssigkeit nach dem Hauptpatent sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Die Erfindung nach dem Hauptpatent betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Sterilisieren einer Flüssigkeit unter Aufrechterhaltung eines im wesentlichen unveränderten Flüssigkeitsgehaltes, wobei die Flüssigkeit zuerst auf indirekte Weise vorgewärmt wird, darauf unter Druck eine Erhitzung auf die Sterilisationstemperatur erfährt, worauf sie durch ein Druckreduzierorgan geführt und in einem geschlossenen Vakuumgefäss, in welchem ein niedrigerer als atmosphärischer Druck aufrechterhalten wird, entspannt wird, wobei Flüssigkeit aus dem Vakuumgefäss gepumpt wird und der bei der Entspannung aus der Flüssigkeit entstandene Dampf entnommen und als Heizmittel für die zu sterilisierende Flüssigkeit verwendet wird, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die vorgewärmte Flüssigkeit durch indirekte Erwärmung auf die Sterilisiertemperatur gebracht wird,
dass der dem Vakuumgefäss entnommene Dampf kondensiert wird und dass das Kondensat der zu sterilisierenden Flüssigkeit beigefügt wird.
Sie betrifft ferner eine Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens mit einem Sammelbehälter, einem Vorwärmer zur indirekten Erwärmung, einer Pumpe, einer Heizvorrichtung, einem Druckminderungsorgan, die miteinander in Serie schaltet und durch Rohrleitungen verbunden sind, sowie einem an das Druckminderungsorgan angeschlossenen Vakuumgefäss, aus welchem eine Rohrleitung mit einer Pumpe für Flüssigkeit sowie eine Vakuumleitung mit einer Vakuumpumpe führt, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung durch einen indirekt beheizten Wärmeaustauscher gebildet ist und dass an die aus dem Vakuumgefäss führende Vakuumleitung ein Wärmeaustauscher zur Kühlung des durch die Vakuumleitung geförderten Dampfes und zur Bildung von Kondensat angeschlossen ist und dass die Rohrleitung mit dem Kondensat an den Strömungsweg der zu sterilisierenden Flüssigkeit in Strömungsrichtung gesehen,
vor dem indirekt beheizten Wärmeaustauscher angeschlossen ist.
Im Hauptpatent wird gesagt, dass man bei der Entwicklung der Sterilisierungsverfahren von der indirekten Sterilisierung zu verschiedenen Sterilisierungsverfahren überging, bei denen man sich das direkte Einspritzen von Frischdampf zunutze machte, um die zu sterilisierende Flüssigkeit auf die Sterilisierungstemperatur zu erhitzen. Auch ist darin gesagt, dass diese Verfahren gewisse Nachteile haben. Das ursprüngliche Verfahren der indirekten Erwärmung wurde wieder aufgegeben, da es ein Anbrennen auf den heissen Wärme austauscherplatten verursachte und der sterilisierten Milch einen Anbrenngeschmack verlieh.
Es wurde jedoch gefunden, dass dieses Verfahren mit indirekter Erhitzung wieder aufgegriffen werden kann, wenn der Erhitzung ein Vorwärmen in einer ersten Stufe auf eine mässige Temperatur vorausgeht, der in einer zweiten Stufe eine sehr schnelle Erhitzung auf die Sterilisierungstemperatur und sodann eine ebenso schnelle Abkühlung nach der Sterilisierung folgt. In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, dass es vorteilhaft ist, wenn das vom bei der Verdampfungskü.h- lung nach der Sterilisierung entwickelten Dampf erhaltene Kondensat zu einer Stelle zurückgeführt wird, die vor der Sterilisierungsstelle liegt. Der Grund dafür ist, dass die mit Kondensat verdünnte Milch weniger dazu neigt, auf den heissen Wärmeaustauscherplatten in der zweiten Heizstufe, bei der die Milch auf die Sterilisationstemperatur gebracht wird, anzubrennen.
Beim Versuch, das Verfahren gemäss dem Hauptpatent weiterzuentwickelln, wurden jedoch sehr überraschende Feststellungen gemacht und die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen, die dabei erzielt wurden.
Nach dem hier beschriebenen Verfahren wird die Milch zumindest teilweise entgast, bevor sie in die zweite Heizstufe, d. h. die Sterilisationsstufe gelangt. Es wurde nämlich gefunden, dass gelöste oder sonst irgendwie in der Milch enthaltene Gase sich unter Bildung kleinerer oder grösserer Blasen ausdehnen, wenn die Milch auf die hohe Temperatur der zweiten Heizstufe gebracht wird. Diese Gasblasen bilden im Sterilisationswärmeaustauscher Taschen und in solchen Taschen bildet die Milch offensichtlich nur eine Schicht auf den heissen Flächen des Wärmeaustauschers, d. h. an diesen Stellen kommt es vorübergehend zu keiner wesentlichen Milchströmung, die die Wärme von den hei ssen Flächen absorbiert und so das Anbrennen verhindert.
Diese dünne Schicht Milch kann die Hitze nicht so schnell absorbieren wie es notwendig wäre, um das Anbrennen zu vermeiden und besitzt daher eine ausgesprochene Neigung dazu. Daraus wird ersichtlich, dass die zumindest teilweise Entgasung vor der Erhitzung auf die Sterilisationstemperatur die Entwicklung von Gasblasen und -taschen der genannten Art verhindert.
In der Tat wurde festgestellt, dass, wenn das Gas vor der Sterilisierung aus der Milch ausgetrieben wird, es keineswegs notwendig ist, den aus dem Verdampfungskühlgefäss stammenden kondensierten Dampf in der Anlage zu einem Punkt oberhalb der Sterilisationsstelle zurückzuführen. Vielmehr kann das Kondensat im Verdampfungskühlgefäss in die Milch zurückgeführt werden. Es ist klar, dass sich die Anlage wesentlich einfacher gestalten lässt und sie billiger zu stehen kommt, wenn das Kondensat gleich im Verdampfungskühlgefäss wieder der Milch zugegeben werden kann. Vorzugsweise wird der bei der Verdampfungskühlung entstandene Dampf in einem Kondensator kondensiert, der in das luftleere Verdampfungskühlgefäss eingebaut ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur kontinuierlichen Sterilisierung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit indirekt vorgewärmt wird, unter Druck durch indirekte Erwärmung schnell auf die Sterilisationstemperatur erhitzt wird, die Flüssigkeit nach zumindest teilweiser Vonvärmung und vor der Erhitzung auf die Sterilisationstemperatur zu einem Gefäss geführt wird, in dem ein Unterdruck herrscht, so dass die Flüssigkeit von daraus freigesetztem Dampf gekühlt und zumindest teilweise entgast wird und der Dampf kondensiert und in die Flüssigkeit zurückgeführt wird.
Die beiliegende Zeichnung stellt ein Fliessbild des bevorzugten Verfahrens zur Sterilisierung von Milch dar.
Die zu sterilisierende Milch wird durch eine Leitung 1 laufend einem Behälter 2 zugeführt, aus dem sie mittels einer Pumpe 3 zu Teilen 4 und 5 eines Wärmeaustauschers befördert wird. In diesem Wärmeaustauscher, der vom Plattentyp sein kann, wird die Milch indirekt auf eine Temperatur von annähernd 80-85 C erwärmt. Daraufhin wird die erwärmte Milch einem Speicherbehälter 6 zugeführt, in welchem ihr Proteingehalt stabilisiert wird. Unter Druck wird die Milch sodann durch eine Pumpe 7 in einen Teil 8 eines zweiten Wärmeaustauschers geleitet, der wiederum vom Plattentyp sein kann. In diesem Wärmeaustauscher wird die Milch indirekt auf eine Sterilisationstemperatur von annähernd 145-150 C erhitzt, und zwar un ter einem solchen Druck, dass sie nicht kocht.
Es ist wünschenswert, die Milch nur gerade so lange auf der Sterilisationstemperatur zu halten, als dies zur Erzielung des erforderlichen Sterilisationsgrades notwendig ist, da die Milch bei hoher Temperatur einen Geschmacksverlust erleidet, und je länger !die Milch auf einer solchen Temperatur gehalten wird, desto grösser ist der Geschmacksverlust. Um die Qualität der Milch zu erhalten, sollte daher ihre Temperatur nach dem Sterilisieren so schnell wie möglich gesenkt werden. Eine rasche Kühlung erhält man, indem man die Milch über ein Dreiwegventil 9 in ein Gefäss 10 oder 15 leitet, das mittels einer (nicht dargestellten) an die Leitung 22 angeschlossenen Vakuumpumpe unter einem solchen Vakuum gehalten wird, dass die Milch sofort kocht und sich dadurch abkühlt, da ein Teil ihrer latenten Wärme zur Bildung von Dampf dient.
Mit dem Kochen der Milch bei verringertem Druck im Vakuumgefäss 10 geht eine Entgasung einher, d. h.
die Entfernung mindestens eines Teils der in der Milch gelösten Gase, wie z. B. von Sauerstoff. Es wurde festgestellt, dass diese Entgasung das Einsetzen einer Geschmacksverlustentwicklung im sterilisierten Produkt beträchtlich verzögert. Die Zuhilfenahme einer Vakuumkühlung beim hier beschriebenen Verfahren bringt daher zwei wichtige Vorteile mit sich: Erstens kann die Milch sehr rasch von der Sterilisationstemperatur heruntergekühlt werden, wodurch man eine sterilisierte Milch erhält, die nicht den mit bekannten Verfahren verbundenen Kochgeschmack hat; zweitens verlängert die mit der Vakuumkühlung verbundene Entgasung die Haltbarkeit des sterilisierten Erzeugnisses in bedeutendem Masse.
Die Verdampfung im Vakuumgefäss 10 verringert den Wassergehalt der Milch und würde deren Zusammensetzung eine Änderung erfahren, was natürlich nicht erwünscht ist. Um diesen Wasserverlust wett zu machen, wird der Dampf und das Gas, die aus dem Gefäss 10 abgesaugt werden, nach dem Verfahren des Hauptpatentes zu einem Kondensator geleitet und das Kondensat über eine Pumpe 11 und Leitung 13 zum Behälter 2 geleitet; die nicht kondensierbaren Gase, wie Sauerstoff, entweichen durch Leitung 22 nach au ssen. In der dargestellten Ausführungsform ist der Kondensator ein Glied 12 des Wärmeaustauscherteils 4, doch kann natürlich auch ein separater Kondensator verwendet werden.
In einer Ausführungsform des neueren Verfahrens wird die Entgasung der Milch nach einer teilweisen Vorerwärmung vorgenommen. Zu diesem Zweck wird die Milch von der Ausgangsseite des Wärmeaustauscherteils 4 zu einem Vakuumgefäss 21 geleitet, das durch Leitung 22 an eine (nicht dargestellte) Vakuumpumpe angeschlossen ist. Der Druck im Vakuumgefäss 21 ist so verringert, dass die Milch bei derselben Temperatur zum Kochen gebracht wird, mit der sie aus dem Wärmeaustauscherteil 4 ankommt, und die Druckverringerung ist vorzugsweise so bemessen, dass der Temperaturrückgang in der Milch mindestens 2,80 C beträgt. Die entgaste (und gekühlte) Milch wird vom Vakuumgefäss 21 zum Wärmeaustauscherteil 5 über eine Pumpe 23 zurückgeleitet.
Dampf und Gas, die sich im Vakuumgefäss 21 freigesetzt haben, strömen durch den Kondensator 12 und das Kondensat wird zum Behälter 2 zurückgeführt; die nicht kondensierbaren Gase ziehen durch die Leitung 22 nach aussen ab.
In einer weiteren Ausführungsform des hier beschriebenen neuen Verfahrens wird der Dampf, der sich in einem oder mehreren der Vakuumgefässe 10, 15 und 21 freigesetzt hat, nicht vor der Sterilisationsstufe aus dem Vakuumgefäss abgesogen, kondensiert und der Milch wieder zugeführt, sondern an Ort und Stelle kondensiert, indem das Gefäss 10 und/oder das Gefäss 15 und/oder das Gefäss 21 mit inneren und/oder äusseren Kühlorganen versehen ist, bzw. sind, die den Dampf kondensieren und das Kondensat wieder der Flüssigkeit im betreffenden Gefäss zuführen können. Wenn solche internen Kühler (die aus der Zeichnung nicht ersichtlich sind) vorgesehen sind, so bleibt das Vakuumgefäss natürlich an die Vakuumpumpe angeschlossen, doch fallen der separate Kondensator und das Rücklaufrohr für das Kondensat weg.
Es ist ferner möglich, eines oder mehrere dieser Gefässe 10, 15 mit äusseren Kühlern auszustatten, wie z. B. mit einem Plattenwärmeaustauscher, wobei das Kondensat in jedem Falle zur Flüssigkeit im betreffenden Gefäss zurückgeführt wird.
PATENTANSPRUCH I
Verfahren zur kontinuierlichen Sterilisierung einer Flüssigkeit, wobei sie indirekt vorgewärmt wird, unter Druck durch indirekte Erwärmung schnell auf die Sterilisationstemperatur erhitzt wird, nach zumindest teilweiser Vorwärmung und vor der Erhitzung auf die Sterilisationstemperatur in ein Gefäss geleitet wird, in dem ein niedrigerer als atmosphärischer Druck herrscht, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit vom daraus freigesetztem Dampf gekühlt und zumindest teilweise entgast wird und der Dampf kondensiert und in die Flüssigkeit zurückgeführt wird.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat vor der Stelle, wo die Flüssigkeit auf die Sterilisationstemperatur erhitzt wird, in die Flüssigkeit zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch I oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sich aus der Flüssigkeit während der Entgasung entwickelte Dampf in dem unter reduziertem Druck stehenden Gefass kondensiert wird und das Kondensat in die Flüssigkeit in diesem Gefäss zurückgeführt wird.
3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der sich aus der Flüssigkeit während der Abkühlung von der Sterilisationstemperatur in einem unter reduziertem Druck stehenden Gefäss entwickelte Dampf in diesem Gefäss kondensiert wird und das Kondensat wieder der Flüssigkeit in diesem Gefäss zugeführt wird.
PATENTANSPRUCH II
Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch ein erstes indirektes Heizmittel zur Vorerwärmung der Flüssigkeit, durch Mittel zur Zufuhr von zu sterilisierender Flüssigkeit zum Heizmittel, durch ein zweites indirektes Heizmittel zur schnellen Erhitzung der Flüssigkeit unter Druck auf die Sterilisationstemperatur, durch ein an eine Vakuumpumpe angeschlossenes Gefäss, wobei das erste und das zweite Heizungsmittel sowie das Vakuumgefäss in Reihe geschaltet sind, durch Mittel zur Beförderung von im Vakuumgefäss entwickeltem Dampf aus diesem Gefäss zu einem Kondensator sowie Mittel zur Beförderung des Kondensats aus dem Kondensator zu einer Stelle, die stromabwärts vom zweiten Heizmittel liegt,
wobei ein an eine Vakuumpumpe angeschlossenes Gefäss in Reihe zwischen das erste und zweite Heizmittel geschaltet ist und durch Mittel zur Beförderung von in diesem Vakuumgefäss entwickeltem Dampf aus diesem Gefäss zu einem Kondensator und zur Beförderung des Kondensats aus dem Kondensator zu einer Stelle, die stromaufwärts vom zweiten Heizmittel liegt.
UNTERANSPRÜCHE
4. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumgefäss stromaufwärts vom zweiten Heizmittel mit inneren und/oder äusseren Kühlmitteln zur Kondensierung des in diesem Gefäss entwickelten Dampfes ausgestattet ist, wodurch das Kondensat zur Flüssigkeit in diesem Gefäss zurückgeführt wird.
5. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumgefäss stromabwärts vom zweiten Heizmittel durch ein indirektes Kühlungsmittel zur schnellen Abkühlung der Flüssigkeit von der Sterilisationstemperatur ersetzt ist.
6. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumgefäss stromabwärts vom zweiten Heizmittel mit internen und/oder äusseren Kühlungsmitteln zur Kondensierung von darin entwikkeltem Dampf versehen ist, wodurch das Kondensat zur Flüssigkeit in diesem Vakuumgefäss zurückgeführt wird.
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