DE19908035B4

DE19908035B4 - Verfahren zum Betreiben einer Pasteurisierungsanlage

Info

Publication number: DE19908035B4
Application number: DE19908035A
Authority: DE
Inventors: Gisbert Strohn; Ulrich Wiedemann; Bernd Molitor; Falk Dietrich
Original assignee: KHS Maschinen und Anlagenbau AG
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 1999-02-24
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2019-02-25
Also published as: BR0000944B1; ZA200000743B; PT1038451E; DK1038451T3; DE50013140D1; US6374575B1; EP1038451A2; CA2299082A1; DE19908035A1; BR0000944A; EP1038451A3; CA2299082C; ATE332648T1; EP1038451B1

Abstract

Verfahren zur Pasteurisierung von Produkten in Behältern in einem kontinuierlichen Behälterstrom (1) durch ortsfeste, aufeinanderfolgende Abschnitte zum Aufwärmen (2), Pasteurisieren (3) und Abkühlen (4) mit Hilfe von überschüttender Flüssigkeit, wobei die Abschnitte zueinander in ihrer Flüssigkeitstemperatur gestuft sind und zur Wärmerekuperation ablaufende Flüssigkeit einer Zone (5, 6, 7) zum Überschütten in einer Zone (10, 11, 12) und die ablaufende Flüssigkeit dieser Zone (10, 11, 12) zum Überschütten in der Zone (5, 6, 7) gefördert wird und zum Einstellen der Überschüttungstemperatur heißere oder kältere Flüssigkeit in die geförderte Flüssigkeit zugegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Einstellprozess den Zonen zugeführte, im Verfahren überschüssige Flüssigkeit im Abschnitt (2) kaskadenförmig von Zone zu Zone steigender Überschüttungstemperatur und im Abschnitt (4) kaskadenförmig von Zone zu Zone fallender Überschüttungstemperatur überströmt und von der heißesten Zone (7) im Abschnitt (2) in einen warmen Flüssigkeitsspeicher (13) und von der kältesten Zone (12) im Abschnitt (4) in...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Pasteurisierungsanlage zum Pasteurisieren von Produkten in Behältern gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.
In der Getränkeindustrie ist es insbesondere bei leicht verderblichen Gütern üblich, diese zu pasteurisieren. Bei bekannten Pasteurisierungsanlagen werden dabei die Behälter mit den Produkten in praktisch gleichmäßiger Bewegung vom Eingangsbereich zum Ausgangsbereich gefördert. Während dieser Bewegung werden sie aufgeheizt, bis sie die gewünschten Pasteurisierungseinheiten aufgenommen haben, danach gekühlt, womit der Pasteurisierungsvorgang beendet ist. Ein dazu vorgesehener Pasteurisierungstunnel hat demzufolge einen Aufheizabschnitt, einen Überhitzungs- und Pasteurisierungsabschnitt mit einem nachfolgenden Abkühlabschnitt. Die einzelnen Abschnitte können weitere Unterzonen aufweisen. Die dadurch sichergestellte allmähliche Aufheizung und Abkühlung wird insbesondere bei in der Getränkeindustrie verwendeten Glasflaschen vorgezogen, um durch abrupte Temperaturänderungen ein Zerstören der Glasflaschen zu vermeiden. Die Wärmeübertragung auf das in den Behältern enthaltene Produkt geschieht normalerweise durch Besprühen dieser Behälter mit Wasser, die auf einem Förderband, welches die Sprühflüssigkeit nach unten durchtreten läßt, fortbewegt werden. Unter dem Förderband sind Auffangbehälter für die Sprühflüssigkeit angebracht, aus denen die Pumpen für die Besprühung gespeist werden. Zwischen den aufzuheizenden und abzukühlenden Abschnitten kann mit der Sprühflüssigkeit zonenweise Wärme ausgetauscht werden.
Um eine optimale Abstufung der Temperaturen in den einzelnen Abschnitten erreichen zu können, sind diese entsprechend unterteilt. Meist weist der Abschnitt „Aufheizen" drei bis vier einzelne Zonen auf, das Pasteurisierungsgebiet zwei oder drei Zonen, wobei noch eine Überhitzungszone vor der Pasteurisierungszone vorgesehen sein kann. Der anschließende Abschnitt „Abkühlen" weist wiederum drei bis vier Einzelzonen auf, in welchen die Behälter durch eine schrittweise abnehmende Temperatur der Sprühflüssigkeit bis zur gewünschten Ausgangstemperatur abgekühlt werden.
Die jeweils eingestellten Sprühtemperaturen sind genau dem Produkt, den Längen der Zonen und der Geschwindigkeit des Transporteurs angepaßt, damit sichergestellt ist, daß das in den Behältern befindliche Produkt den vorgeschriebenen Pasteurisierungsgrad erreicht.
Da ein solcher Pasteurisierapparat jedoch in einer kompletten Abfüllanlage installiert ist und nur einen Teil dieser Anlage darstellt, treten Störungen bei der kontinuierlichen Zufuhr, also eine Lücke im Behälterstrom, oder Störungen bei der Abfuhr der Behälter, also ein Produktionsstop, mehr oder weniger häufig auf. Die Folge eines Produktionsstops ist, daß die Produkte, die momentan die Pasteurisationstemperatur haben, nach einiger Zeit durch Überpasteurisierung geschmacklich beeinträchtigt werden.
Eine Lücke im Behälterstrom oder auch das Leerfahren der Anlage hat zur Folge, daß das wärmetechnische Gleichgewicht zwischen aufzuheizenden und abzukühlenden Produkten so gestört wird, daß zunächst die Produkte die Anlage mit zu hoher Auslauftemperatur verlassen, später die pasteurisierten Produkte nicht mehr schnell genug abgekühlt werden und schließlich die in den Pasteurisierabschnitt einlaufenden Produkte nicht mehr die erforderliche Pasteurisationstemperatur haben.
Die beschriebenen Folgen einer Produktionsstörung werden durch gezielte Zufuhr oder Abfuhr von Wärmeenergie vermieden. Üblicherweise wird die Wärme entweder indirekt über Wärmeaustauscher dem Prozeß zugeführt oder heißes Wasser wird direkt aus einer zentralen Wärmequelle zugeführt und mit kälterer Temperatur zurückgeleitet. Die Wärmeabfuhr aus dem Prozeß wird bekanntlich durch Zufuhr von kalter Flüssigkeit, die mit höherer Temperatur wieder abgeführt wird, realisiert.
Vereinzelt wurden bereits Vorschläge zur Vermeidung der beschriebenen Folgen von Produktionsstörungen bekannt.
So wurde z.B. mit der US 4,331,629 eine Pasteurisationsanlage vorgestellt, bei welcher durch im Behälterstrom auftretende Lücken bedingte Energieverluste dadurch vermindert werden sollen, dass Flüssigkeiten verschiedener Temperaturen in Tanks zwischengespeichert werden, und nachfolgend, beim Wiederanlauf des Behälterstromes dem Prozess wieder zugeführt werden. Hinsichtlich der zu speichernden Flüssigkeiten wird im Wesentlichen vorgeschlagen, diese zum einen den Vorwärm- und Pasteurisationszonen und zum anderen den Rückkühlzonen zu entnehmen, woraus sich ergibt, dass die gespeicherten Flüssigkeiten jeweils eine Mischtemperatur aufweisen. Dabei liegen diese Mischtemperaturen zwischen den jeweiligen in den einzelnen Zonen herrschenden Temperaturen. Vorschläge zur Optimierung der Temperaturen der gespeicherten Flüssigkeit werden nicht unterbreitet.
Ebenfalls bekannt wurden Vorrichtung entsprechend der JP 10-225503. Auch diese Schrift stellt eine Pasteurisationsanlage vor, bei welcher jeweils ein Speichertank für heißes und kaltes Wasser vorgesehen sind. Im Rahmen dieser Schrift wird vorgeschlagen, im Falle einer Unterbrechung des Behältertransportes zur Vermeidung einer Überpasteurisation aus dem Kaltwassertank entnommenes Wasser in die Pasteurisationszone zu leiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Pasteurisationsanlage vorzuschlagen, mit welchem unter Minimierung der Ressourcen Wasser und Wärme Störungen im Behälterstrom in optimaler Weise bewältigt werden können.
Charakteristisch für den Prozeß ist, daß jede zur Regelung erforderliche Wärmezufuhr zeitlich versetzt eine Wärmeabfuhr (und umgekehrt) in gleicher Größenord nung nach sich zieht. Daher sind Vorschläge zur Speicherung der Wärme naheliegend und bekannt.
Nachteilig ist bei den bekannten Verfahren jedoch, daß durch Sammlung der aus der Anlage überlaufenden Flüssigkeit in einem Kanal oder mehreren Speicherbehältern eine Vermischung der Temperatur so stattfindet, daß die sich im Speicher einstellende Temperatur der Flüssigkeit weder zum gezielten Kühlen noch zum gezielten Heizen verwendbar ist. Weiterhin ist nachteilig, daß zwar auf niedrigem Temperaturniveau Wärme gespeichert wird, jedoch Flüssigkeit zur Kühlung nicht gewonnen werden kann, also eine Wassereinsparung nicht erfolgt.
Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch behoben, daß die durch den Einstellprozeß den Zonen zugeführte, im Verfahren überschüssige Flüssigkeit im Abschnitt „Aufwärmen" (2) kaskadenförmig von Zone zu Zone steigender Überschüttungstemperatur und im Abschnitt „Abkühlen" (4) kaskadenförmig von Zone zu Zone fallender Überschüttungstemperatur überströmt und von der jeweils letzten, also von der heißesten Zone (7) im Abschnitt „Aufwärmen" in einen warmen Flüssigkeitsspeicher (13) überströmt und von der kältesten Zone (10) im Abschnitt „Abkühlen" in einen kalten Flüssigkeitsspeicher (14) überströmt sowie die durch den Einstellprozeß zugeführte, im Verfahren überschüssige Flüssigkeit im Abschnitt „Pasteurisieren" von den Zonen in einen heißen Flüssigkeitsspeicher (15) überströmt.
In eigenständiger Ausbildung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, daß die im kalten Flüssigkeitspeicher (14) enthaltene Flüssigkeit zwangsgesteuert zum Kühlen mindestens der Zonen im Abschnitt „Kühlen" und im Abschnitt „Pasteurisieren", die im warmen Flüssigkeitsspeicher (13) enthaltene Flüssigkeit zwangsgesteuert zum Heizen mindestens der Zonen im Abschnitt „Aufwärmen" oder zum Kühlen der Zonen im Abschnitt „Pasteurisieren" und die im heißen Flüssigkeitsspeicher enthaltene Flüssigkeit nach Zufuhr von Wärmeenergie zwangsgesteuert zum Heizen mindestens der Zonen im Abschnitt „Pasteurisieren" verwendbar ist.
Weitere Merkmale der Erfindung ergehen aus den Unteransprüchen sowie dem Vorrichtungsanspruch.
Durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung wird das kalte Wasser am Anfangsbereich des Aufwärmabschnitts allmählich auf die jeweils höhere Betriebstemperatur der nachfolgenden Zonen erwärmt und das im Abkühlabschnitt eingesetzte Wasser wiederum allmählich entsprechend der Temperatur der Einzelzonen heruntergekühlt, was zu einem besonders vorteilhaften Energieeinsatz führt. Darüber hinaus kann bei Eintreten eines Störfalles die jeweils in den Behältern gehaltene Wassermenge zum schnellen Abkühlen der kritischen Zonen wie auch zum schnellen Aufwärmen dieser und der weiteren Zonen in Anspruch genommen werden, wodurch beispielsweise der Frischwasserverbrauch erheblich vermindert wird.
Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, besteht die Pasteurisierungsanlage aus einem in Durchlaufrichtung der jeweiligen Behälter 1 im Anfangsbereich angeordneten Aufwärmabschnitt 2, der wiederum aus einer Vielzahl von Einzelzonen 5-7 bestehen kann, wobei die Aufwärmphase entsprechend schonend vorgenommen wird. Diesem Aufwärmabschnitt 2 schließt sich eine Überhitzungszone 8 an, dieser folgt die eigentliche Pasteurisierzone 9. Anschließend beginnt der Bereich des Abkühlabschnitts 4, der, wie auch bei den anderen Abschnitten, aus einer größeren Anzahl von Einzelzonen 10-12 bestehen kann.
Das Betriebsprogramm einer solchen Pasteurisierungsanlage wird zunächst für den Pasteurisierungsbetrieb unter optimalen Bedingungen ausgelegt. So ist beispielsweise vorgesehen, daß die erste Aufwärmzone 5 eine Besprühungstemperatur von 18°C aufweist. Entsprechend ist die Ausgangstemperatur der pasteurisierten Produkte mit einer Besprühungstemperatur von etwa 17°C vorgesehen. Die zweite Aufwärmzone 6 weist eine Besprühungstemperatur von geringfügig oberhalb 24°C auf, wobei die damit kommunizierende Abkühlzone wiederum etwas geringer bei 23°C liegen kann. Am Beispiel dieser beiden Zonen ist erkennbar, daß das Wasser aus den Zonen „Abkühlen" 4 jeweils der Zone im Abschnitt „Aufwärmen" 2 zugeleitet wird, deren gewollte Aufheiztemperatur der gewollten Abkühltemperatur am nächsten kommt. Zur Ausgleichung der jeweiligen Temperaturdifferenz wird dem Wasser aus dem Abkühlabschnitt 4 vorzugsweise Wasser aus dem ersten Tank 13 in geringfügigen Mengen zugegeben, dessen Wasser höherer Temperatur aus der letzten Station 7 des Aufwärmabschnitts 2 stammt. Im Anschluß an diesen Aufwärmabschnitt befindet sich die Überhitzungszone 8, deren Temperatur wiederum höher als die der Temperatur der letzten Aufwärmzone 7 ist und aus einem zweiten Behälter 15 mit gegenüber dem ersten Behälter 13 höhere Temperatur gespeist wird. Dem zweiten Behälter 15 ist ein dritter Behälter 16 zugeordnet, dem das Überschußwasser des Behälters 15 zugeleitet wird. Dieser dritte Behälter 16 wird zudem mittels einer Aufheizeinrichtung auf einer vorbestimmbaren höheren Temperatur gehalten. Aus diesem Behälter 16 wird auch die Überhitzungs- und Pasteurisierungszone 8, 9 beaufschlagt, wobei die ablaufende heiße Wassermenge in dem zweiten Behälter 15 gesammelt und mit dem Heißwasser des dritten Behälters 16 vermischt wird.
Bei einer auftretenden Störung, beispielsweise hervorgerufen durch einen Behälterrückstau in der Pasteurisierungsanlage, wird durch eine nicht weiter dargestellte Steuereinrichtung eine sofortige Ansteuerung bestimmter Ventile vorgenommen, so daß beispielsweise das Wasser geringerer Temperatur aus dem ersten Behälter 13 der Überhitzungs- und/oder Pasteurisierungszone 8, 9 zugeführt wird. Den anderen Abschnitten 2, 4 kann ebenfalls Wasser geringerer Temperatur, beispielsweise aus einem weiteren vierten Behälter 14 zugegeben werden.

Claims

Verfahren zur Pasteurisierung von Produkten in Behältern in einem kontinuierlichen Behälterstrom (1) durch ortsfeste, aufeinanderfolgende Abschnitte zum Aufwärmen (2), Pasteurisieren (3) und Abkühlen (4) mit Hilfe von überschüttender Flüssigkeit, wobei die Abschnitte zueinander in ihrer Flüssigkeitstemperatur gestuft sind und zur Wärmerekuperation ablaufende Flüssigkeit einer Zone (5, 6, 7) zum Überschütten in einer Zone (10, 11, 12) und die ablaufende Flüssigkeit dieser Zone (10, 11, 12) zum Überschütten in der Zone (5, 6, 7) gefördert wird und zum Einstellen der Überschüttungstemperatur heißere oder kältere Flüssigkeit in die geförderte Flüssigkeit zugegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Einstellprozess den Zonen zugeführte, im Verfahren überschüssige Flüssigkeit im Abschnitt (2) kaskadenförmig von Zone zu Zone steigender Überschüttungstemperatur und im Abschnitt (4) kaskadenförmig von Zone zu Zone fallender Überschüttungstemperatur überströmt und von der heißesten Zone (7) im Abschnitt (2) in einen warmen Flüssigkeitsspeicher (13) und von der kältesten Zone (12) im Abschnitt (4) in einen kalten Flüssigkeitsspeicher (14) überströmt sowie die durch den Einstellprozess den Zonen zugeführte, im Verfahren überschüssige Flüssigkeit im Abschnitt (3) in einen heißen Flüssigkeitsspeicher (15) überströmt.
Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im kalten Flüssigkeitsspeicher (14) enthaltene Flüssigkeit zum Kühlen der Zonen (10, 11, 12, 8, 9) im Abschnitt (4) und im Abschnitt (3), die im warmen Flüssigkeitsspeicher (13) enthaltene Flüssigkeit zum Heizen mindestens der Zonen (5, 6, 7) im Abschnitt (2) oder zum Kühlen der Zonen (8, 9) im Abschnitt (3) und die im heißen Flüssigkeitsspeicher (15) enthaltene Flüssigkeit nach Zufuhr von Wärmeenergie zum Heizen der Zonen (8, 9) im Abschnitt (3) verwendbar ist.
Verfahren gemäß den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der kalte Flüssigkeitsspeicher (14) in den warmen Flüssigkeitsspeicher (13) überströmt.
Verfahren gemäß den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der heiße Flüssigkeitsspeicher (15) in den warmen Flüssigkeitsspeicher (13) überströmt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Förderer und mehreren aufeinander folgenden Behandlungsabschnitten in einem Tunnelpasteur, dadurch gekennzeichnet, dass ein Behälter (13) als warmer Flüssigkeitsspeicher, ein Behälter (15) als heißer Flüssigkeitsspeicher und ein Behälter (14) als kalter Flüssigkeitsspeicher vorgesehen sind, wobei die Behälter (13) und (15) in Strömungsrichtung unterteilt sind und dem Behälter (13) ein verbundener Behälter (17) und dem Behälter (15) ein verbundener Behälter (16) zugeordnet sind.