ITPR20130062A1 - Impianto e metodo di sterilizzazione istantanea di prodotti alimentari, con successiva sosta in linea e raffreddamento istantaneo mediante espansione sotto vuoto con estrazione forzata in condizioni sterili - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

TITOLO: IMPIANTO E METODO DI STERILIZZAZIONE ISTANTANEA DI PRODOTTI ALIMENTARI, CON SUCCESSIVA SOSTA IN LINEA E RAFFREDDAMENTO ISTANTANEO MEDIANTE

<5>ESPANSIONE SOTTO VUOTO CON ESTRAZIONE FORZATA IN CONDIZIONI STERILI

CAMPO DI APPLICAZIONE DELL’INVENZIONE

Formano oggetto del presente trovato impianto e metodo

<10>per l'estrazione in continuo ed in condizioni sterili di un prodotto alimentare, liquido semiliquido o denso, da un ambiente sotto vuoto spinto.

Più precisamente l'estrazione in continuo ed in condizioni sterili da un ambiente sotto vuoto spinto avviene senza l'ausilio di

<15>un adeguato battente corrispondente alla normale pressione barometrica.

Più precisamente si riferisce ad un impianto e procedimento che comprende soluzioni tecniche, alcune già note ed altre oggetto dell'invenzione; in modo specifico le seguenti:

<20>a) Un metodo di estrazione forzata mediante sistema a cilindro sterile (mantenuto tale da barriere di vapore o condense sterili) che si introduce nel prodotto isolandone completamente una parte dall'ambiente a vuoto spinto e successivamente con l'apertura a valle di una valvola a

<25>membrana asettica posta sulla tubazione prodotto elimina il vuoto dall'interno del cilindro consentendo ad un pistone di spingere a valle il prodotto;

b) Un metodo e un sistema che, oltre alle barriere di vapore sullo stelo pistone, assicura la sterilità nella camera

<5>percorsa dal pistone con una costante pressione positiva di aria sterile garantita da un serbatoio polmone che assorbe o compensa il volume di aria spostato dal pistone nelle fasi di lavoro senza consumo di aria;

c) Un metodo e un sistema che, mediante un gruppo di tre

<10>valvole di ritegno modulanti collegate tra loro regola la contropressione e il flusso del prodotto:

a. nei transitori, verso la vasca polmone, e

b. in continuo, verso la camera ad alto vuoto

garantendo così sia una contropressione adeguata per

<15>la sterilizzazione prodotto, sia un flusso regolare verso la camera ad alto vuoto.

STATO DELL’ARTE

L’invenzione colma un vuoto esistente in una tecnologia attualmente utilizzata solo nella lavorazione di concentrati di

<20>pomodoro e solo per alte produzioni che variano da 15 a 25 Ton/ora.

Tale tecnologia è nota come impianto Flash Cooler, che è uno scambiatore di calore con sezione di sterilizzazione mediante iniezione diretta di vapore e raffreddamento mediante espansione

<25>sotto vuoto.

Fino ad oggi l'attuale sistema prevede impianti con altezze da 15 a 20 metri ed il loro costo non consente economicamente un investimento per produzioni medio-basse da 3 a 8 Ton/ora.

Per tali ragioni verrebbe coperto un segmento di mercato

<5>finora vuoto, vale a dire quello che prevede un impianto di ingombro ridotto con altezza non superiore a sette metri cosicché potrebbe anche essere installato in ambiente protetto con relativi vantaggi economici nell'investimento iniziale e nei successivi costi di gestione

<10>ESPOSIZIONE E VANTAGGI DEL TROVATO

Scopo del presente trovato è quello di ovviare ai sopra lamentati inconvenienti mettendo a disposizione della tecnica un impianto di sterilizzazione istantanea di prodotti alimentari, con successiva sosta in linea e raffreddamento istantaneo mediante

<15>espansione sottovuoto ed in cui il posizionamento della camera sterile di espansione sotto vuoto è ad una altezza molto inferiore a quella che consente il bilanciamento della pressione atmosferica.

Altro scopo è quello di estrarre forzatamente il prodotto dalla suddetta camera di espansione, con un sistema di estrazione

<20>forzata e in condizioni sterili; nel dettaglio ciò avviene con cilindro atto a introdursi nel prodotto ed in grado di isolarne completamente una parte dall'ambiente a vuoto spinto. Tramite valvole di intercettazione fluido poste a valle della tubazione prodotto, il sistema elimina il vuoto dall'interno del cilindro

<25>consentendo ad un relativo pistone di spingere a valle il prodotto.

Altro scopo del metodo e sistema ivi rivendicato è quello di assicurare barriera sterile totale, ossia non solo sullo stelo pistone (barriere di vapore) ma anche la sterilità nella camera di estrazione in precedenza descritta, percorsa dal pistone, e con

<5>una costante pressione, positiva, di aria sterile. Tale pressione viene garantita da un serbatoio polmone aggiuntivo, collegato, che assorbe o compensa il volume di aria spostato dal pistone nelle fasi di lavoro senza consumo di aria.

Altro scopo del trovato è quello di mettere a disposizione

<10>della tecnica un sistema che, a mezzo di attuatori elettrici lineari a velocità variabile, consentono nella fase di ritorno di cilindro e pistone di favorire, con variazione della velocità di ritorno del pistone, il riempimento immediato del volume lasciato vuoto dal cilindro.

<15>Non da ultimo, ulteriore scopo del trovato è quello di garantire una contropressione adeguata per la sterilizzazione prodotto e un flusso regolare verso la camera ad alto vuoto mediante un un sistema che, mediante un gruppo di tre valvole di ritegno modulanti collegate tra loro ed atto a regolare la

<20>contropressione e il flusso del prodotto, nei transitori, verso la vasca polmone, e, in continuo, verso la camera ad alto vuoto VANTAGGI

I vantaggi del trovato sono molteplici; i principali sono:

- il posizionamento della camera sterile di espansione sotto

<25>vuoto ad una altezza molto inferiore a quella di bilanciamento della pressione barometrica consente una notevole riduzione del costo impianto a parità di risultato finale in termini di qualità e favorendo applicazioni per produzioni medio-basse;

<5>- per ridotte dimensioni e costo dell’impianto così configurato, sono consentite applicazioni anche con puree o concentrati di frutta ed altri prodotti alimentari, giacché la sterilizzazione ed il raffreddamento istantanei favoriscono il miglioramento della qualità e del colore

<10>finale e quindi con possibile notevole riduzione della percentuale di acido ascorbico e citrico aggiunti.

Detti scopi e vantaggi sono tutti raggiunti dall’impianto e metodo di sterilizzazione istantanea di prodotti alimentari, con successiva sosta in linea e raffreddamento istantaneo mediante

<15>espansione sotto vuoto con estrazione forzata in condizioni sterili, oggetto del presente trovato, che si caratterizza per quanto previsto nelle sotto riportate rivendicazioni.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Questa ed altre caratteristiche risulteranno maggiormente

<20>evidenziate dalla descrizione seguente di alcune forme di realizzazione illustrate, a puro titolo esemplificativo e non limitativo nelle unite tavole di disegno.

- Figura 1: illustra lo schema di impianto, comprendente caratteristiche soluzioni tecniche atte a risolvere gli scopi

<25>prefissati,

- Figura 2: illustra un dettaglio della camera sterile di espansione sotto vuoto, avente una altezza inferiore a quella di bilanciamento della pressione atmosferica,

- Figura 3: illustra un dettaglio del gruppo di tre valvole

<5>di ritegno modulanti collegate tra loro che regolano contropressione e flusso prodotto verso la vasca polmone nei transitori e in continuo verso la camera ad alto vuoto garantendo sia una contropressione adeguata per la sterilizzazione prodotto, sia un flusso regolare verso la camera ad alto vuoto,

<10>- Figura 4: illustra un dettaglio del sistema atto a consentire l'estrazione del prodotto in condizioni sterili da ambiente sotto vuoto spinto pur in mancanza del battente corrispondente alla normale pressione atmosferica della camera di espansione,

<15>- Figura 5: illustra ancora il sistema di estrazione di cui alla figura precedente, con dettaglio dell’annesso serbatoio di aria sterile atto ad assicurare, tramite collegamento, una costante pressione positiva nella camera del cilindro a monte del pistone in area non a contatto diretto con il prodotto nelle fasi di spinta e

<20>ritorno del pistone.

DESCRIZIONE DEL TROVATO

Con particolare riferimento alla figura 1 si indica con 100, nel suo complesso, l’impianto di sterilizzazione istantanea di prodotti alimentari, con successiva sosta in linea e raffreddamento

<25>istantaneo mediante espansione sotto vuoto a battente molto inferiore alla pressione atmosferica con sistema di estrazione forzata di detto prodotto e in condizioni sterili.

Sono quindi numerati in ordine cronologico i seguenti componenti dell’impianto 100:

<5>- con 1 si identifica nel suo complesso un gruppo vasca polmone per ricevimento prodotto di capacità adeguata con agitatore che mantiene uniforme la temperatura del prodotto ed evita flussi preferenziali verso lo scarico, indicato con 1B;

<10>- con 2 è indicata una pompa volumetrica con variatore di velocità atta a ricevere il prodotto dallo scarico 1B e alimentarlo verso un sistema di sterilizzazione ad iniezione diretta di vapore, di tipo noto, e preferibilmente realizzato in due fasi in

<15>linea e con due miscelatori statici per rendere uniforme la temperatura prima della sosta termica; - con 3 infatti è indicato un gruppo di sosta termica tubolare, in linea;

- con 10 si identifica un sistema di valvole asettiche

<20>modulanti poste a valle del gruppo 3 e idonee a regolare il flusso del prodotto verso

- una camera 4 di espansione ad alto vuoto; la camera 4 di espansione ad alto vuoto è mantenuta sterile da barriere di vapore o condense di vapore

<25>ed è posta ad un’altezza tale per cui il livello medio del prodotto si trova normalmente in un intervallo compreso tra 4 e 6 metri di altezza e preferibilmente circa 5 metri rispetto alla linea di terra, in ogni caso al di sotto del battente, indicato

<5>nella figura con 50, corrispondente alla normale pressione barometrica; si osserva tra l’altro che la camera 4 in questo impianto 100 ha un alta capacità di aspirazione mancando buona parte del battente 50 corrispondente alla normale pressione

<10>barometrica,

- con 5 si identifica un eiettore di vapore, posto all'esterno dell'ambiente di lavoro, atto a creare un alto vuoto nella camera 4 di espansione ed assicurare inoltre la sterilità della camera in quanto

<15>il vuoto è creato da un flusso continuo di vapore verso un condensatore a superficie, indicato con 6; specificamente il condensatore a superficie è a circolazione di acqua da torre e assicura la condensazione di tutto il vapore e l'eliminazione dei

<20>gas incondensabili,

- con 7 si identifica nel suo complesso il sistema che consente l'estrazione del prodotto in condizioni sterili da ambiente sotto vuoto spinto pur in mancanza del battente corrispondente alla normale

<25>pressione atmosferica,

- con 8 si identifica un dispositivo di accumulo o serbatoio di aria sterile, collegato al sistema 7 di estrazione forzata in condizioni sterili; il serbatoio 8 è atto ad assicurare, mediante collegamenti 8B e

<5>8C una pressione positiva e costante nella camera 11 del cilindro 12, vale a dire camera 11 (a monte del pistone 13) non a contatto diretto con il prodotto, occupante area 14) nelle fasi di spinta e ritorno del pistone;

<10>- si identifica con il riferimento 9 un sistema, noto, costituito da valvole, riduttori di pressione, filtri e tubazioni varie; detto sistema 9 è atto a distribuire il vapore al gruppo di sterilizzazione prodotto, all'eiettore vapore per vuoto e a tutte le barriere di

<15>vapore.

DESCRIZIONE DEL SISTEMA DI ESTRAZIONE

Il sistema 7 di estrazione è posizionato al di sotto della camera 4 di espansione o per meglio dire è unito all’estremità della relativa colonna 15 di contenimento prodotto mediante

<20>flangia 16 di attacco.

Il sistema 7 comprende almeno due cilindri atti a intersecare l’uscita del prodotto e più precisamente ciascuna uscita del prodotto è definita da una prima camera di ricezione prodotto, indicata con 18 e contenuta all’interno della struttura 17; detta

<25>prima camera avente estensione tale da protendersi verso il basso secondo la direzione della colonna 15 superiore (quindi verticalmente)

Una seconda camera 14 è situata dal lato prodotto e comunica con la camera 18; detta camera 14 è ricavata all’interno

<5>di un cilindro 12.

Il cilindro 12 è a sua volta inserito e libero di scorrere all’interno di una struttura identificata con 19, fissa.

La struttura 19 è ortogonale alla già citata struttura 17 così da avere per l’appunto le due camere 14 e 18 sono così

<10>comunicanti.

Un pistone 13 è scorrevole all’interno di ciascun cilindro 12, precisamente in senso ortogonale all’uscita prodotto, quindi nello specifico in senso orizzontale.

Il pistone 13 suddivide il cilindro in due aree identificate con

<15>11 e 14, la camera 11 a monte del pistone 13 non è a contatto diretto con il prodotto mentre la camera 14 ovviamente si.

Per poter consentire le fasi di spinta e ritorno del pistone 13 il dispositivo di accumulo 8 è previsto nell’impianto ed è collegato al sistema 7, per meglio dire alla camera 13, mediante

<20>collegamenti 8B e 8C atti a mantenere e compensare una pressione positiva e costante nella camera 11 del cilindro 12.

Ciascun cilindro 12 è comandabile in avanzamento mediante mezzi 20 di azionamento.

Anche ciascun pistone 13, è comandabile,

<25>indipendentemente dal cilindro 12, in avanzamento mediante mezzi 21.

La direzione di scorrimento di cilindri e pistoni è sostanzialmente ortogonale alla direzione di caduta del prodotto all’interno della camera 18.

<5>Il cilindro 12 può avanzare all’interno della camera 18 fino a raggiungere la parete opposta della struttura 17; una volta arrivata a contatto, la camera 18 viene suddivisa in una camera 18B e 18C e il prodotto isolato dalla sovrastante camera di espansione 4 può essere spinto verso una uscita 22 e proseguire

<10>verso la linea a valle dell’impianto.

Per l’azione di spinta si utilizza il pistone 13 e relativo mezzo 21 di azionamento, oltre all’azionamento del serbatoio 8 che durante la fase di avanzamento (ossia verso la camera 18) provvede al mantenimento della pressione come prima indicato.

<15>Detti mezzi di azionamento 20 e 21 sono ad esempio attuatori elettrici lineari a velocità variabile, che consentono, nella fase di ritorno dei cilindri e dei pistoni, di favorire, con una variazione della velocità di ritorno dei pistoni, il riempimento immediato del volume lasciato vuoto dai cilindri.

<20>Come detto in precedenza l’impianto comprende inoltre almeno un gruppo di tre valvole di ritegno modulanti collegate tra loro che regolano contropressione e flusso prodotto verso la vasca polmone nei transitori e in continuo verso la camera ad alto vuoto garantendo sia una contropressione adeguata per la

<25>sterilizzazione prodotto, sia un flusso regolare verso la camera ad alto vuoto.

Le valvole sono indicate in figura 3 e indicate con i riferimenti 31, 32, 33

La valvola 31 e la 32 sono in comunicazione tra loro,

<5>condotto 27, e anche in derivazione con la linea 28 in arrivo dal gruppo 3 di sosta termica.

La valvola 33 è in linea e a valle della valvola 32, ad essa collegata mediante condotto 26. La valvola 33 è a sua volta collegata con il serbatoio 4 così da inviare il prodotto verso

<10>quest’ultimo mediante condotto 35.

Le valvole lavorano in sinergia: durante il funzionamento, nel caso in cui il livello di prodotto all’interno della camera 4 superi quello stabilito, si dovrà ridurre tale livello e per fare questo si deve ridurre la portata di prodotto entrante chiudendo la

<15>valvola 32 e aprendo, proporzionalmente, la valvola 31 la cui uscita 36 lo rimette in vasca.

Durante il funzionamento normale la prima valvola 31 è chiusa, ovvero impedisce il ritorno in vasca, e le 32 e 33 sono aperte; in tal caso la valvola 33 è parzialmente chiusa così da

<20>mantenere in pressione il prodotto nel condotto a monte (condotto 26) in quanto a valle c’è il vuoto dato per l’appunto dalla camera 4.

In tal caso, la terza valvola 33, è quella che gestendo l’apertura come sopra indicato garantisce un flusso e una

<25>contropressione costante del prodotto.

Il metodo di sterilizzazione istantanea di prodotti alimentari, con successiva sosta in linea e raffreddamento istantaneo mediante espansione sotto vuoto si caratterizza perciò dal fatto che prevede di:

<5>a. eseguire detto raffreddamento istantaneo mediante espansione sotto vuoto ad una altezza inferiore a quella di bilanciamento della pressione atmosferica

b. estrarre forzatamente, e in condizioni sterili, il prodotto ottenuto in prossimità della uscita dalla camera sterile di

<10>espansione, isolandone completamente una parte dall'ambiente a vuoto spinto

c. mantenere e compensare una pressione positiva e costante nella camera di estrazione.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto 100 di sterilizzazione istantanea di prodotti alimentari, con successiva sosta in linea e raffreddamento istantaneo mediante espansione sotto vuoto caratterizzato <5>dal fatto che prevede il posizionamento di almeno una camera 4 sterile di espansione sotto vuoto con battente 50 ad una altezza inferiore a quella di bilanciamento della pressione atmosferica.
2. 2. Impianto, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal <10>fatto che prevede un sistema 7 di estrazione forzata in prossimità della uscita del prodotto dalla camera sterile di espansione, isolandone completamente una parte dall'ambiente a vuoto spinto; l'apertura alternata di rispettive valvole poste su un condotto in derivazione in <15>uscita, eliminano il vuoto dall'interno del sistema 7 consentendo la fuoriuscita del prodotto.
3. 3. Impianto, secondo la rivendicazione 1 e 2, caratterizzato dal fatto che prevede un serbatoio 8 polmone di aria sterile volto ad assicurare una costante pressione positiva nelle <20>camere dei cilindri a monte dei pistoni in aree non a diretto contatto con il prodotto nelle due fasi di spinta e ritorno dei pistoni.
4. 4. Impianto, secondo la rivendicazione 1, 2 e 3, caratterizzato dal fatto che prevede un gruppo di tre valvole (31, 32, 33) <25>di ritegno modulanti collegate tra loro che regolano contropressione e flusso prodotto verso la vasca polmone nei transitori e in continuo verso la camera ad alto vuoto garantendo sia una contropressione adeguata per la sterilizzazione prodotto, sia un flusso regolare verso la <5>camera ad alto vuoto.
5. 5. Impianto, secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che le valvole la valvola 31 e la 32 sono in comunicazione tra loro, condotto 27, e anche in derivazione con la linea 28 in arrivo dal gruppo 3 di sosta termica; la <10>valvola 33 è in linea e a valle della valvola 32, ad essa collegata mediante condotto 26; la valvola 33 è a sua volta collegata con il serbatoio 4 così da inviare il prodotto verso quest’ultimo mediante condotto 35; durante il funzionamento normale dell’impianto la prima valvola 31 è <15>chiusa, impedendo il ritorno in vasca e le 32 e 33 sono aperte; la valvola 33 è parzialmente chiusa così da mantenere in pressione il prodotto nel condotto 26 e garantisce un flusso e una contropressione costante del prodotto. <20>
6. 6. Impianto secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che detto sistema 7 di estrazione è posizionato al di sotto della camera 4 di espansione, unito all’estremità della relativa colonna 15 di contenimento prodotto mediante flangia 16 di attacco; il sistema 7 comprende almeno due <25>cilindri atti a intersecare l’uscita del prodotto e più precisamente ciascuna uscita del prodotto è definita da una prima camera di ricezione prodotto, indicata con 18 e contenuta all’interno della struttura 17; detta prima camera avente estensione tale da protendersi verso il basso <5>secondo la direzione della colonna 15 superiore; una seconda camera 14 è situata dal lato prodotto e comunica con la camera 18; detta camera 14 è ricavata all’interno di un cilindro 12; detto cilindro 12 è a sua volta inserito e libero di scorrere all’interno di una struttura identificata con <10>19, fissa; un relativo pistone 13 è scorrevole all’interno di ciascun cilindro 12 cosicché il pistone 13 suddivide il cilindro in due aree identificate con 11 e 14, la camera 11 a monte del pistone 13 non è a contatto diretto con il prodotto;
7. 7. Impianto secondo la rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto <15>che cilindro 12 e pistone 13 sono comandabili in avanzamento ed indipendentemente mediante mezzi 20 e 21 di azionamento; il cilindro 12 può avanzare all’interno della camera 18 fino a raggiungere la parete opposta della struttura 17; una volta arrivata a contatto, la camera 18 <20>viene suddivisa in una camera 18B e 18C e il prodotto isolato dalla sovrastante camera di espansione 4 può essere spinto verso una uscita 22 e proseguire verso la linea a valle dell’impianto.
8. 8. Impianto secondo la rivendicazione 3 caratterizzato dal fatto <25>che il dispositivo di accumulo 8 reca collegamenti 8B e 8C atti a mantenere e compensare una pressione positiva e costante nella camera 11 del cilindro 12.
9. 9. Metodo sterilizzazione istantanea di prodotti alimentari, con successiva sosta in linea e raffreddamento istantaneo <5>mediante espansione sotto vuoto caratterizzato dal fatto che prevede di: a. eseguire detto raffreddamento istantaneo mediante espansione sotto vuoto ad una altezza inferiore a quella di bilanciamento della pressione atmosferica <10>b. estrarre forzatamente, e in condizioni sterili, il prodotto ottenuto in prossimità della uscita dalla camera sterile di espansione, isolandone completamente una parte dall'ambiente a vuoto spinto c. mantenere e compensare una pressione positiva e <15>costante nella camera di estrazione.