FI74596B - Foerfarande och apparatur foer styrd kristallisationsprocess av fett. - Google Patents

Description

74596

Menetelmä ja laitteisto rasvan kiteytys-prosessin hallitsemiseksi

Keksintö kohdistuu menetelmään rasvan kiteytysproses-5 sin hallitsemiseksi, jossa esim. margariini-, voi- tai suk-laarasvan kiteytyminen alkaa yleensä huomattavan alijääh-tymisen jälkeen yht'äkkisenä tietyssä lämpötilassa, ja jossa kiteytysprosessiin kuuluu ainakin yksi jäähdytys-vaihe rasvan LämpötiLan aientamiseksi kiteytymisen käynnis-10 tämiseksi. Keksintö kohdistuu myös menetelmän toteuttamiseksi tarkoitettuun laitteistoon.

Margariinin valmistuksen päävaihe on rasvaemulsion kiteyttäminen. RasvaemuLsio on reseptin mukainen sekoitus useasta eri aineosasta. Tärkeimmät aineosat ovat erilaiset 15 ravintorasvat.

Rasvaemulsio on juoksevaa ja heLposti pumpattavaa lämpötilan ollessa tyypillisesti 50...60°C. Margariinin valmistuksessa rasvaemulsion valmistuksen jälkeiset laitteet ovat tyypillisesti korkeapainepumppu, moniportainen lämmön-20 siirrin rasvan kiteyttämiseksi ja jäähdyttämiseksi sekä pakkauskoneet.

Rasvaemulsio kiteytetään jäähdytysvaiheen ensimmäisissä lämmönsiirtimissä eLi jäähdyttimissä, joissa vaippatilassa annetaan ammoniakin höyrystyä, jolloin se sitoo virtaavan 25 rasvan lämpöä. Lämmönsiirrin sisältää jäähdytystoiminnan lisäksi voimakkaan rasvaemulsion vaivaamisen ja sekoituksen virtausputkien sisällä. Jälkimmäisillä jäähdyttimillä asetetaan valmiin margariinin viskositeetti sopivaksi. Nämä ovat yleensä myös höyrystinjäähdyttimiä kuten 30 alkuvaiheen jäähdyttimet. Rasvaemulsion jäähtyessä ja kiteytyessä sen viskositeetti nousee voimakkaasti, joi Loin sen kuljettamiseksi kaikkien jäähdyttimien läpi käytetään korkeapainepumppua. Pumppu painaa rasvaemulsion suurimmillaan n.60...70 bar paineessa jäähdytinlinjaan.

35 Valmis margariini muuttuu juoksevaksi usein vasta Lämpötilan noustessa tyypillisesti yli 30°C:een. Samalla 2 74596 rasvaseoksella kiteytyminen alkaa kuitenkin vasta lämpötilan laskiessa tyypillisesti alle 20°C:een. Kiteytyminen alkaa tämän huomattavan alijäähtymisen jälkeen yhtäkkisesti samoissa olosuhteissa aina tarkalleen tietyssä 5 lämpötilassa ja on aluksi melko voimakasta hidastuen sitten, kun huomattava osa rasvaemulsiosta on kiteytynyt.

Kiteytymisen kannalta on erittäin oleellista, että rasvan jäähtyminen ei ole liian nopea kiteytymisen alussa. Jos rasvalle ominainen tietty lämpötila alitetaan nopeasti, 10 jäähtyneen rasvan korkea viskositeetti estää nopean kiteytymisen ja se saattaa kestää satoja kertoja kauemmin kuin optimaalinen kiteytyminen. Tämä hallitsematon kiteytyminen voi ilmetä esimerkiksi siten, että valmiiksi pakatut rasvatuotteet sulavat varastossa kiteytymislämmön 15 vapautuessa. Tähän hallitsemattomaan kiteytymiseen liittyy yleensä myös huono kiderakenne ja vastaavasti optimaalinen, nopea kiteytyminen antaa hyvän kiderakenteen. Optimaalisessa kiteytymisessä useilla rasvasekoituksilla 50...90% kiteytyvästä rasvasta kiteytyy 1...5 minuutin kuluessa, 20 täydellisen kiteytymisen viedessä useita tunteja, jopa vuorokausia.

Tunnetun tekniikan mukaan margariinin valmistuksessa kiteytysprosessin säätö suoritetaan käsin ohjaamalla ammoniakin poistoventtiiliä ja siten höyrynpainetta jäähdyt-25 timessä. Höyrynpaine ja toisinsanoen höyrystyslämpötila ohjaa jäähdytystehoa. Käsisäätö perustuu silmämääräiseen arvioon valmistuneen margariinin laadusta. Käsisäädössä on yleensä muutaman minuutin viive ennenkuin virheellinen asetus voidaan korjata. Kiteytymisprosessia ei ole tarkasti 30 tunnettu, jonka takia minkäänlaista automatisointia ei ole pystytty järjestämään. Käytännössä suurin vaikeus liittyy rasvan lämpötilan mittaukseen. Jos kiteytyminen pääsee alkamaan ennen mittauskohtaa, mittaustulokseen vaikuttaa myös vapautunut kiteytyslämpö.

35 On tunnettua sinänsä, että raaka-aineen lämpötilan vaih telu on erityisesti margariinin valmistuksessa kriittinen. Kiteytymisen hallitsemiseksi on tärkeätä pitää rasvavirran 3 74596 lämpötila jopa 0,1°C tarkkuudella vakiona. Prosessin hallitsemisen vaikeutta lisää tarvittava jäähdytyksen nopeus; kiteytymisen kannalta tärkein jäähdytysvaihe kestää vain n. 10 sekuntia. Jäähdyttimestä ulostuleva rasvavirta saat-5 taa olla lisäksi epähomogeenista huolimatta voimakkaasta vaivaamisesta. Edellä mainituista syistä johtuen toistettavan ja luotettavan mittauksen aikaansaaminen jäähdyttimen jälkeen ei ole onnistunut.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä, 10 jolla voidaan automaattisesti hallita rasvan kiteytyspro- sessi luotettavasti ja tehokkaasti. Tämä aikaansaadaan patenttivaatimuksessa 1 esitetyin keinoin. Lämpötilan mittaus jäähdyttimen jälkeen muodostaa suuren teknisen ongelman. Patenttivaatimuksessa 2 on esitetty menetelmän parannus, 15 joka mahdollistaa kiteytysprosessin hallinnan teknisen toteutuksen tavanomaisin komponentein. Pelkän lämpötilan mittaus rasvavirrasta edellyttää sen tarkkaa jatkuvaa seurantaa prosessin käynnistymisestä alkaen. Sanottu tietty lämpötila saattaa toteutua häiriötilanteessa, jolloin kitey-20 tyminen alkaa ennen mittauskohtaa ja kiteytymislämpö nostaa lämmön sanottuun tiettyyn lämpötilaan. Tämä hankaLa seurantaongelma vältetään patenttivaatimuksessa 3 esitetyn menetelmän parannuksen avulla. Rasvaemulsion tiheys tunnetaan ja mahdollinen kiteytyminen havaitaan selvänä 25 tiheyden muutoksena. Näin tiheysmittauksella voidaan varmistua, ettei kiteytyminen ole päässyt alkamaan mittauskohdassa. Patenttivaatimuksessa 4 esitetty menetelmän parannus varmistaa edeLleen kiteytymisprosessin hallinnan. Kiteytymisen käynnistyttyä voimakkaasti lämpötilamittaus-30 kohtien välissä, havaitaan tällöin lämpötilaero, joka johtuu kiteytyslämmon vapautumisesta rasvavirtaan. Tämä huomattavasti kiteytyneen rasvavirran lämpötilan mittaus ei ole teknisesti enää niin suuri ongelma kuin ensimmäinen mittaus ja voidaan mitata suoraan päävirrasta tavanomaisilla ; 35 mittalaitteilla.

Patenttivaatimuksissa 6-8 on esitetty keksinnön mukaisen menetelmän ja sen parannusten toteuttamiseksi tarkoitetut laitejärjestelyt.

4 74596

Seuraavassa keksintöä havainnollistetaan sovellutus-simerkkien avulla.

‘'UVSI 1 p · i

Ku triiaiSia kiteytymiskäyriä ^2 KiteytySprosessin periaatteellinen laitejärjestely Kuva ·} v · *- o MteytySprosessin hallinnan mahdollistava eräs laitejärjestely

Kuvassa l on esitetty erään rasvasekoituksen kiteytymis-^a yrΐ" a> rasvavirtaa jäähdytetään vaiheittain. Käyrä

Edustaa ideaalista kiteytymistä, jota nopeammin löytyminen ei ole mahdollista. Paras kiderakenne on ^in saavutettavissa. Tämän keksinnön avulla voidaan kit eyttäminen jatkuvasti ja hallitusti ohjata tapahtuvaksi es käyrän A mukaan. Käyrä C esittää tapausta, jossa p q ^ Van lämpötila on liian nopeasti alennettu sanotun tietyn lämpötilan alapuolelle, jolloin kiteytyminen hidastuu ^•lmeisesti rasvan viskositeetin noustua liian korkeaksi: Kiteytyminen ei tällöin tapahdu hallitusti ja kestää jopa tuhansia kertoja kauemmin kuin ideaalinen kiteytyminen. Myös kiderakenne jää tällöin huonoksi puutteellisen 20 vaivaamisen vuoksi.

Keksinnön mukaan on tärkeätä, että kiteytymisen alkuvaihe, kuvan 1 esimerkin mukaan kiteytyminen 30% saakka tapahtuu jäähdyttämättömällä virtausosuudella.

Käyrä B edustaa jotain välimuotoa tapausten A ja C

25 väliltä.

Kuva 2 esittää margariinin valmistuksen kiteytyspro-sessin laitteita. Rasvaemulsio tulee pumpun 2 imupuolelle 1 tyypillisesti n.50°C lämpötilassa. Korkeapainepumppu 2 painaa rasvaemulsion ja kiteytyneen rasvan jäähdyttimien 30 3 ja 11 läpi pakkauskoneelle. Koko kiteytymisprosessin kannalta tärkein vaihe on jäähdytysvaihe juuri ennen kiteytymistä oli jäähdytys tyypillisesti n. 20°C:een. Jäähdytin 3 on ammoniakkihöyrystin, jossa rasvaemulsio jäähtyy virtausputkessa 4 lämmön siirtyessä höyrystyvään 35 ammoniakkiin. Jäähdytystehoa voidaan säätää höyrystys- painetta säätämälLä venttiilin 6 avulla.

Virtausputkissa 4 on voimakas sekoitus ja muokkaus.

5 74596

Ammoniakin nestepinta säädetään jäähdyttimessä sopivalle kohtaa uimuriventtiilin 5>12 avulla.

Hallittu kiteytyminen saadaan aikaan säätämällä rasva-emulsion lämpötila jäähdyttimen 3 jälkeen kiteytymisen alku-5 lämpötilaan, jolloin kiteytymisen voimakas alkuvaihe tapahtuu jäähdyttämättömällä putken osalla 10. Tämän jälkeen rasvan viskositeetti voidaan säätää halutuksi jäähdyttimen 11 avulLa.

Lämpötilan säätö suoritetaan periaatteessa mittaamalle la jäähdyttimestä 3 ulos tulevan rasvavirran lämpötila sopivalla anturilla 9 ja ohjaamalla sen perusteella säätölaitteen 8 avulla ammoniakkihöyryn poistoventtiiliä 6.

LämpötiJamittauksen teknillisessä suorituksessa on vaikeuksia. Nämä vaikeudet voidaan välttää kuvan 3 mukai-15 sessa suoritusmuodossa, jossa lämpötila mitataan jäähdyttimen jälkeen takaisinkierrätettävästä sivuvirrasta. Päävirta-putkea 10 ohuempi putki 13 on yhdistetty välittömästi jäähdyttimen 3 jälkeiseen kohtaan ja toisesta päästään pumpun 2 imupuolelle. Sivuvirta putkessa 13 pyritään 20 vakioimaan.

Lämpötila-anturin 9 yhteyteen on asennettu myös rasvan tiheyttä mittaava anturi 14· Tämä on yhdistetty näyttö- ja hälytinlaitteeseen 15· Hälytinrajaksi asetetaan pieni poikkeama arvosta, joka vastaa rasvaemulsion tiheyttä sanotussa 25 tietyssä lämpötilassa. Jos kiteytyminen pääsee jostain syystä alkamaan jo jäähdyttimessä 3> hälytinLaite 15 antaa tästä ilmoituksen. Kiteytyneen rasvan tiheys on oleellisesti pienempi kuin rasvaemulsion.

Toinen kiteytysprosessia valvova järjestelmä muodostuu 30 lämpötilamittausanturista 16 lähettimineen ja näyttö-ja hälytinlaitteesta 17. Jos kiteytyminen tapahtuu normaalisti ja siis kiteytymisen voimakas alku osuu putken 10 osalle, havaitaan rasvavirran lämpötilassa selvä nousu putken 10 matkalla. Hälytysrajaksi voidaan asettaa 35 prosessista ja raaka-aineesta riippuva lämpötila.

Lämpötilan säädön tarkkuusvaatimus on erittäin suuri. Käytännössä on havaittu ammoniakin syöttöpuolen häiriöiden välittyvän koko prosessiin. Paineen säätölaitteella 19, 74596 joka ohjaa venttiiliä 18, saadaan nämä häviöt eliminoitua; vakioimalla tulopaine pinnankorkeuden säätöventtiilille 5· Kuvan 3 laitejärjestelyillä voidaan myös hakea tuntemattoman rasvasekoituksen kiteyttämisen säätöarvot. Tämä 5 voi tapahtua esimerkiksi seuraavasti. Lämpötilan säätölaitteen 8 asetusarvoa lasketaan esimerkiksi 2°C kerrallaan kunnes tiheysmittalaitteet 14 ja 15 osoittavat kiteytymis-kohdan löytyneen. Käyttäen pienempiä asetusarvon muutoksia haetaan sitten tarkka lopullinen lämpötilan asetusarvo 10 siten, että etsitään maksimi lämpötilaero putken 10 matkalla seuraamalla lämpötila-anturien 14 ja 16 näyttölaitteita.

Mikäli tietty lämpötila tunnetaan, voidaan se pistää suoraan lämpötilasäätimen 8 asetusarvoksi. Hienosäätö on mahdollisesti tehtävä kuitenkin edellä kerrotulla 15 tavalla.

Claims (9)

1. Menetelmä rasvan kiteytysprosessin hallitsemiseksi, 5 jossa esim. margariini-, voi- tai suklaarasvan kiteytyminen alkaa yleensä huomattavan alijäähtymisen jälkeen yhtäkkisenä tietyssä lämpötilassa, ja jossa kiteytysprosessiin kuuluu ainakin yksi jäähdytin (3) rasvan lämpötilan alentamiseksi kiteytymisen käynnistämiseksi, 10 tunnettu siitä, että kiteytymisen alkuvaihe pääasiassa ajoitetaan tapahtuvaksi jäähdytysvaiheen (4) jälkeen jäähdyttä-mättömällä virtauso suude 11 a (10) säätämällä lämpötila heti jäähdyttimen (3) jälkeen sanotuksi tietyksi lämpötilaksi siten, että mitataan tämä lämpötila tai vastaava suure, jonka perus- 15 teella ohjataan (6) jäähdyttimen (3) jäähdytystehoa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpötilan tai vastaavan suureen 20 mittaus (9) tapahtuu sanotun jäähdyttimen (3) jälkeen takaisin-kierrätettävästä sivuvirrasta (13).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, 25 tunnettu siitä, että rasvan lämpötilan mittauksen (9) ohella mitataan (14) oleellisesti samasta kohtaa rasvan tiheys.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, 30 tunnettu siitä, että rasvan lämpötila mitataan (16) päävirrasta ajallisesti ensimmäisen mittauksen (9) jälkeen, esim. margariinirasvan kyseessä ollen 0,1...60 sekuntia sivuvirtausmittauksen (9) jälkeen kiteytymisen aiheuttaman lämpötilaeron havaitsemiseksi. 35

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, jossa jäähdytys tapahtuu jäähdyttimessä (3) höyrystämällä ammoniakkia tai vastaavaa, 8 74596 tunnettu siitä, että välillisenä ohjaussuureena käytetään ammoniakin tai vastaavan höyrynpainetta.

6. Patenttivaatimuksen 2 mukaisen menetelmän toteutta miseksi tarkoitettu laitteisto, jossa on korkeapainepumppu (2) rasvaemulsion ja kiteytyneen rasvan kuljettamiseksi putkiston läpi ja jossa on yksi tai useampivaiheinen ammoniakki- tai vastaava höyrystinjäähdyttäjä (3, 11), 10 tunnettu siitä, että laitteistoon kuuluu päävirtausput-kesta (1, 10) haarautuva sivuvirtaputki (13), jonka toinen pää on liitetty välittömästi kiteytymisen käynnistävän jäähdyttimen (3) jälkeiseen kohtaan ja toinen pää pumpun (2) imupuolelle (1), ja sivuvirtaputkeen (13) liitetty lämpötilan tai vastaavan 15 suureen mittauslaite (9), ja säätölaite (8), joka sivuvirran (13) lämpötilan tai vastaavan mittaustuloksen perusteella ohjaa jäähdyttäjän (3) ammoniakkivirtauksen poistoventtiliä (6) lämpötilan pitämiseksi sanottuna tiettynä arvona. 20

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että laitteistoon kuuluu sivuvirtaputkeen (13) oleellisesti samaan kohtaan lämpötilamittausanturin kanssa asennettu tiheysmittausanturi (IA). 25

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että, päävirtausputkeen (10) huomattavasti sivuvirtaputken (13) liitoksen jälkeen kuitenkin ennen 30 seuraavaa jäähdytintä (11) on asennettu toinen lämpötilamit-tausanturi (16), joka on sovitettu mittaamaan normaalisti huomattavasti kiteytyneen rasvan lämpötilaa. 35

9 Patentkrav 74 5 96