Planta UHT y procedimiento para el tratamiento térmico de productos alimenticios sensibles a la temperatura.

Planta UHT para el tratamiento térmico de productos alimenticios (P) sensibles a la temperatura, con una zona de precalentamiento

(VZ) que presenta al menos un primer intercambiador de calor de la zona de precalentamiento (100; 100, 100-1, 100-2, ...) que está solicitado, por una parte, con el producto alimenticio (P) a calentar a través de un conducto de producto (L) y, por la otra parte, con un primer medio calefactor (M1), producido de manera regenerativa, a través de un primer conducto de circuito (K1), con una zona de calentamiento elevado (HZ) que se conecta al primer intercambiador de calor de la zona de precalentamiento (100) aguas abajo respecto a la dirección de flujo del producto alimenticio (P) y que presenta al menos un segundo intercambiador de calor de la zona de calentamiento elevado (100+1; 100+2, 100+3, ...) que está solicitado, por una parte, con el producto alimenticio (P) a través del conducto de producto (L) y, por la otra parte, con un segundo medio calefactor (M2) a través de un segundo conducto de circuito (K2), con una primera sección de conducto (L1) que forma una sección del primer conducto de circuito (K1) y que alimenta el primer medio calefactor (M1) al primer intercambiador de calor de la zona de precalentamiento (100) y con una segunda sección de conducto (L2) que forma otra sección del primer conducto de circuito continuo (K1) y que evacua el primer medio calefactor (M1) del primer intercambiador de calor de la zona de precalentamiento (100), estando configurados los intercambiadores de calor, que conducen el producto, de la zona de precalentamiento y de calentamiento elevado (100, 100-1, 100-2, ... y 100+1, 100+2, 100+3, ...) respectivamente como intercambiadores de calor tubulares (100*) con al menos un haz de tubos (100.1, 100.2, ..., 100.i, ..., 100.n) en cada caso y estando compuesto el respectivo haz de tubos (100.i) de un grupo de tubos interiores (300) conectados en paralelo, a través de los que circula internamente el producto, caracterizada por que

• la primera sección de conducto (L1) está guiada a través de un calentador de ajuste (10) calentado con un tercer medio calefactor (M3),

• a partir de la segunda sección de conducto (L2) se ramifica en un punto de ramificación (V1) un conducto de retorno (LR) que respecto a la dirección de flujo del primer medio calefactor (M1) en la primera sección de conducto (L1) desemboca en la primera sección de conducto (L1) aguas arriba del calentador de ajuste (10) en un punto de unión (V2),

• en el conducto de retorno (LR) está situado un segundo dispositivo de transporte (3) que realiza el transporte desde el punto de ramificación (V1) hasta el punto de unión (V2), y

• al menos el primer intercambiador de calor de la zona de precalentamiento (100) de los intercambiadores de calor de la zona de precalentamiento y de calentamiento elevado (100, 100-1, ...; 100+1, 100+2, ...) está configurado de manera que en al menos un haz de tubos (100.i), todos los tubos interiores (300) están dispuestos en forma de anillo circular, en un único círculo (K) y en un canal exterior (200*) configurado como espacio anular, se extienden en su dirección longitudinal y se apoyan por cada extremo en una placa portatubos (700, 800).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/007765.

Solicitante: GEA TDS GmbH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Voss Strasse 11-13 31157 Sarstedt ALEMANIA.

Inventor/es: BUSCH, NORBERT, ZIMMERMANN,DIETRICH, TACKE,LUDGER, SCHWENZOW,UWE, ASSING,HUBERT, SCHLAG,BRIGITTE.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL > INTERCAMBIADORES DE CALOR, NO PREVISTOS EN NINGUNA... > Aparatos cambiadores de calor que tienen conjuntos... > F28D7/16 (estando las canalizaciones situadas paralelamente (F28D 7/02 - F28D 7/10 tienen prioridad))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL > PARTES CONSTITUTIVAS DE APLICACION GENERAL DE LOS... > Carcasas; Cabezales; Soportes auxiliares para elementos;... > F28F9/02 (Tapas; Placas tubulares)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL > INTERCAMBIADORES DE CALOR, NO PREVISTOS EN NINGUNA... > F28D7/00 (Aparatos cambiadores de calor que tienen conjuntos fijos de canalizaciones tubulares para los dos medios que intercambian calor, estando cada uno de los medios en contacto con un lado de la pared de la canalización)

PDF original: ES-2457554_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Planta UHT y procedimiento para el tratamiento térmico de productos alimenticios sensibles a la temperatura

Campo de la técnica La invención se refiere a una planta UHT para el tratamiento térmico de productos alimenticios sensibles a la temperatura, en particular postres o productos de tipo postre, con una zona de precalentamiento que presenta al menos un primer intercambiador de calor que está solicitado, por una parte, con el producto alimenticio a calentar a través de un conducto de producto y, por la otra parte, con un primer medio calefactor, producido de manera regenerativa, a través de un primer conducto de circuito, con una zona de calentamiento elevado que se conecta al primer intercambiador de calor aguas arriba respecto a la dirección de flujo del producto alimenticio y que presenta al menos un segundo intercambiador de calor que está solicitado, por una parte, con el producto alimenticio a través del conducto de producto y, por la otra parte, con un segundo medio calefactor a través de un segundo conducto de circuito, con una primera sección de conducto que forma una sección del primer conducto de circuito y que alimenta el primer medio calefactor al primer intercambiador de calor de la zona de precalentamiento y con una segunda sección de conducto que forma otra sección del primer conducto de circuito continuo y que evacua el primer medio calefactor del primer intercambiador de calor de la zona de precalentamiento, estando configurados los intercambiadores de calor, que conducen el producto, de la zona de precalentamiento y la zona de calentamiento elevado respectivamente como intercambiadores de calor tubulares con al menos un haz de tubos en cada caso y estando compuesto el respectivo haz de tubos de un grupo de tubos interiores conectados en paralelo, a través de los que circula internamente el producto. La invención se refiere además a un procedimiento para el tratamiento térmico de productos alimenticios sensibles a la temperatura del tipo mencionado arriba en una planta UHT.

El documento DE-A1-102005007557 describe una planta UHT con las características del preámbulo de la reivindicación 1.

Estado de la técnica Por procedimiento UHT (UHT: temperatura ultra alta) de calentamiento indirecto del producto por intercambio de calor con un medio portador de calor en una pared se entiende un tratamiento térmico del producto que se denomina también calentamiento aséptico, en el que se destruyen casi todos los microorganismos, como mínimo todos los microorganismos que provocan el deterioro, que pueden crecer durante la fase de almacenamiento del producto a temperatura ambiente. Por consiguiente, se deben destruir todos los microorganismos, exceptuando algunas esporas resistentes al calor que sobreviven eventualmente al proceso de calentamiento. Sin embargo, estas esporas pueden crecer sólo hasta un valor definido durante la fase de almacenamiento a temperatura ambiente.

El calentamiento indirecto del producto por intercambio de calor en una pared se puede llevar a cabo tanto con los llamados intercambiadores de calor de placas como con los llamados intercambiadores de calor tubulares, como en la invención descrita a continuación, en los que la energía térmica se transmite a través de las paredes de los tubos de un grupo de tubos interiores. El producto alimenticio a tratar circula en los tubos interiores, mientras que un medio portador de calor, identificado a continuación también como medio calefactor en el marco de la invención, generalmente agua o vapor, circula a contracorriente en el intersticio anular del tubo envolvente que rodea los tubos interiores conectados en paralelo. Por el documento DE-9403913U1 es conocido en este sentido un intercambiador de calor tubular.

Un conocido dispositivo de calentamiento UHT de uso comercial con calentamiento indirecto del producto para la fabricación de leche UHT contiene un precalentador en una llamada zona de precalentamiento para calentar la leche estandarizada. A continuación, la leche se conduce en la mayoría de los casos a través de un llamado homogeneizador para la distribución uniforme de la grasa y después se sigue precalentando. A esto le sigue un llamado proceso de mantenimiento de calor previo para estabilizar las proteínas de la leche. Después de otro intercambiador de calor, previsto para el proceso posterior de calentamiento de la leche, se lleva a cabo el verdadero calentamiento UHT en una llamada zona de calentamiento con mantenimiento de calor y a continuación se realiza el enfriamiento en una llamada zona de enfriamiento por intercambio de calor con un llamado medio portador de calor

“regenerativo”. En caso de con el dispositivo de calentamiento UHT se fabricara también, por ejemplo, nata UHT, se dispone una zona de post-enfriamiento, no incluida en el intercambio de calor regenerativo, a continuación de la zona de enfriamiento.

Por medio portador de calor “regenerativo”, con el que se ejecuta un llamado intercambio de calor “regenerativo”, se entiende en adelante un llamado medio portador de calor que se conduce en el circuito y que, con respecto a la dirección de flujo del producto alimenticio a tratar, absorbe la energía térmica del producto por detrás de un dispositivo de mantenimiento de calor y la transmite de manera “regenerativa” al producto delante del dispositivo de mantenimiento de calor. En relación con la clasificación “regenerativo” se omiten a continuación las comillas. Por lo general, como medio portador de calor se utiliza básicamente el agua que circula en el circuito y que calienta la leche en contracorriente según el perfil de temperatura-tiempo al avanzar la leche a mayor temperatura y enfría la leche asimismo en contracorriente al retornar la misma. En el caso de este intercambio de calor se puede recuperar hasta el 90% de la energía aplicada. A este respecto, el dispositivo de calentamiento UHT se excluye de este intercambio de calor regenerativo y el calentamiento restante necesario se lleva a cabo aquí por calentamiento indirecto con la desviación del circuito de agua (Principio FINNAH, Ahaus; H. G. KESSLER, Molkereiverfahrenstechnik, München-Weihenstephan, tercera edición, 1988) .

El documento DE102005007557A1 describe un procedimiento y una planta UHT para la fabricación de leche de larga duración destinada al consumo, una llamada leche ESL (vida útil extendida) , presentando esta planta UHT las características de una planta comercial UHT, esbozadas brevemente arriba, para la fabricación de leche UHT. En este sentido sólo se ha de señalar que un intercambiador de calor regenerativo de la zona de calentamiento sigue primero a los intercambiadores de calor regenerativo de la zona de precalentamiento y a un dispositivo de mantenimiento de calor previo, antes de tratarse la leche en los intercambiadores de calor no regenerativos de la zona de calentamiento UHT. Dado que la leche ESL se produce en un perfil de nivel de temperatura menor en total que la leche UHT, se proponen medidas para la reducción selectiva de la superficie activa del dispositivo de calentamiento UHT y para la reducción de la potencia frigorífica en la zona de enfriamiento mediante la conducción en derivación de la leche en estas zonas a fin de controlar la potencia calorífica en el lado de los medios portadores de calor y, por tanto, para adaptar la temperatura en el lado del producto entre la zona de precalentamiento y la zona de calentamiento elevado, así como en la zona de enfriamiento.

Los productos alimenticios particularmente sensibles a la temperatura, como los postres o los productos de tipo postre, en particular con alta viscosidad y, dado el caso, con ingredientes que contienen sólidos, como trozos enteros, pulpas o fibras, requieren una adaptación exacta... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Planta UHT para el tratamiento térmico de productos alimenticios (P) sensibles a la temperatura, con una zona de precalentamiento (VZ) que presenta al menos un primer intercambiador de calor de la zona de precalentamiento (100; 100.

10. 1.

10. 2, …) que está solicitado, por una parte, con el producto alimenticio (P) a calentar a través de un conducto de producto (L) y, por la otra parte, con un primer medio calefactor (M1) , producido de manera regenerativa, a través de un primer conducto de circuito (K1) , con una zona de calentamiento elevado (HZ) que se conecta al primer intercambiador de calor de la zona de precalentamiento (100) aguas abajo respecto a la dirección de flujo del producto alimenticio (P) y que presenta al menos un segundo intercambiador de calor de la zona de calentamiento elevado (100+1; 100+2, 100+3, …) que está solicitado, por una parte, con el producto alimenticio (P) a través del conducto de producto (L) y, por la otra parte, con un segundo medio calefactor (M2) a través de un segundo conducto de circuito (K2) , con una primera sección de conducto (L1) que forma una sección del primer conducto de circuito (K1) y que alimenta el primer medio calefactor (M1) al primer intercambiador de calor de la zona de precalentamiento (100) y con una segunda sección de conducto (L2) que forma otra sección del primer conducto de circuito continuo (K1) y que evacua el primer medio calefactor (M1) del primer intercambiador de calor de la zona de precalentamiento (100) , estando configurados los intercambiadores de calor, que conducen el producto, de la zona de precalentamiento y de calentamiento elevado (100.

10. 1.

10. 2, … y 100+1, 100+2, 100+3, …) respectivamente como intercambiadores de calor tubulares (100*) con al menos un haz de tubos (100.1, 100.2, …, 100.i, …, 100.n) en cada caso y estando compuesto el respectivo haz de tubos (100.i) de un grupo de tubos interiores (300) conectados en paralelo, a través de los que circula internamente el producto,

caracterizada por que

• la primera sección de conducto (L1) está guiada a través de un calentador de ajuste (10) calentado con un tercer medio calefactor (M3) ,

• a partir de la segunda sección de conducto (L2) se ramifica en un punto de ramificación (V1) un conducto de retorno (LR) que respecto a la dirección de flujo del primer medio calefactor (M1) en la primera sección de conducto (L1) desemboca en la primera sección de conducto (L1) aguas arriba del calentador de ajuste (10) en un punto de unión (V2) ,

• en el conducto de retorno (LR) está situado un segundo dispositivo de transporte (3) que realiza el transporte desde el punto de ramificación (V1) hasta el punto de unión (V2) , y

• al menos el primer intercambiador de calor de la zona de precalentamiento (100) de los intercambiadores de calor de la zona de precalentamiento y de calentamiento elevado (100.

10. 1, …; 100+1, 100+2, …) está configurado de manera que en al menos un haz de tubos (100.i) , todos los tubos interiores (300) están dispuestos en forma de anillo circular, en un único círculo (K) y en un canal exterior (200*) configurado como espacio anular, se extienden en su dirección longitudinal y se apoyan por cada extremo en una placa portatubos (700, 800) .

2. Planta UHT de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que el haz de tubos (100.1, 100.2, …, 100.i, …, 100.n) presenta respectivamente el canal exterior (200*) , diseñado en forma de espacio anular y rodeado por una envoltura exterior (200.1) , para el primer medio calefactor regenerativo (M1) o el segundo medio calefactor (M2) , por que está prevista una cantidad N de tubos interiores (300) que se extienden en paralelo al eje respecto a la envoltura exterior (200) a través del canal exterior (200*) y forman conjuntamente un canal interior (300*) y por que para todos los tubos interiores (300) está prevista una entrada de producto (E) o salida de producto (A) común configurada en una primera brida de intercambiador (500) , por una parte, y una salida de producto (A) o entrada de producto (E) común configurada en una segunda brida de intercambiador (600) , por la otra parte, para el producto alimenticio (P) .

3. Planta UHT de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que los tubos interiores

(300) del haz de tubos (100.1, 100.2, …, 100.i, …, 100.n) están dispuestos en la mayor zona periférica posible de la placa portatubos (700, 800) .

4. Planta UHT de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que los tubos interiores (300) del haz de tubos (100.1, 100.2, …, 100.i, …, 100.n) están repartidos a la misma distancia en la periferia del círculo (K) .

5. Planta UHT de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el canal exterior (200*) , configurado como espacio anular, está delimitado internamente por una envoltura interior (200.2) en forma de un tubo interior (200.2a) que se apoya por el lado extremo respectivamente en la placa portatubos (700; 800) .

6. Planta UHT de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por que el canal exterior (200*) , configurado como espacio anular, está delimitado internamente por una envoltura interior (200.2) en forma de una barra interior (200.2b) que se apoya por el lado extremo respectivamente en la placa portatubos (700; 800) .

7. Planta UHT de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizada por que la brida de intercambiador (500; 600) presenta un orificio de conexión (500a; 600a) en su lado opuesto a la placa portatubos asignada (700; 800) , por que este orificio se abre en la brida de intercambiador (500; 600) con simetría axial mediante una zona de transición (500b; 600b) hasta una sección transversal de paso ampliada (500c; 600c) que está prevista en el lado extremo y por que en sentido coaxial al orificio de conexión (500a; 600a) y de manera concéntrica a la placa

portatubos (700; 800) está previsto un cuerpo de desplazamiento (11; 12) de simetría axial que se encuentra unido fijamente a la misma y que configura un canal anular (500d; 600d) con un contorno interior (Ki; Ki*) formado por el orificio de conexión (500a; 600a) , la zona de transición (500b; 600b) y la sección transversal de paso ampliada (500c; 600c) .

8. Planta UHT de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizada por que el canal anular (500d; 600d) se amplía continuamente en su respectiva sección transversal de paso de intersticio anular desde el orificio de conexión (500a; 600a) hacia la placa portatubos (700; 800) .

9. Planta UHT de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, caracterizada por que el cuerpo de desplazamiento (11; 12) está configurado en forma de hongo y compuesto de un elemento delantero (11a; 12) y un elemento trasero (11b; 12b) que finaliza en un pie de desplazamiento (11c; 12c) , formando ambos en su sección transversal de unión un diámetro exterior máximo (dmax) común en forma de un punto de ruptura de flujo definido (11d; 12d) , y por que el pie de desplazamiento (11c; 12c) finaliza directamente en la placa portatubos (700; 800) .

10. Planta UHT de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 9, caracterizada por que los tubos interiores (300) desembocan por el lado extremo respectivamente en y a ras de un fondo (700b; 800b) de una acanaladura de entrada (700a; 800a) que por el lado de la brida de intercambiador (500; 600) engrana en la placa portatubos (700; 800) en forma de una depresión anular y por que el fondo (700b; 800b) está separado de la superficie frontal de la placa portatubos (700; 800) en una entalladura (r) .

11. Planta UHT de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizada por que la acanaladura de entrada (700a; 800a) se estrecha continuamente y de manera simétrica hacia el diámetro exterior del respectivo tubo interior (300) .

12. Planta UHT de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, caracterizada por que el respectivo tubo interior (300) se aloja en un taladro de conexión (700d; 800d) en el fondo (700b; 800b) , que está realizado en forma de un embudo de entrada (700c; 800c) que engrana en la acanaladura de entrada (700a; 800a) y se estrecha continuamente hacia el tubo interior (300) .

13. Planta UHT de acuerdo con una de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizada por que la sección transversal de paso ampliada (500c; 600c) se transforma a ras y continuamente con su diámetro interior (D1) en un flanco exterior y el pie de desplazamiento (11c; 12c) se transforma a ras y continuamente con su diámetro exterior (d1) , configurado en el lado extremo, en un flanco interior de la acanaladura de entrada (700a; 800a) .

14. Planta UHT de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 13, caracterizada por que las zonas extremas del intercambiador de calor tubular (100*) están configuradas de manera especular con una forma idéntica y con las mismas dimensiones al menos en la unión con el canal exterior (200*) respectivamente.

15. Procedimiento para el tratamiento térmico de productos alimenticios sensibles a la temperatura en una planta UHT (1) de acuerdo con la reivindicación 1, con un precalentamiento (VE) y un calentamiento elevado siguiente (HE) del producto alimenticio (P) a calentar, con un primer medio calefactor (M1) para el precalentamiento (VE) producido de manera regenerativa y conducido en un primer circuito (KL1) a través de la planta UHT (1) y con un segundo medio calefactor (M2) para el calentamiento elevado (HE) conducido en un segundo circuito (KL2) ,

caracterizado por que

• una temperatura de entrada del producto alimenticio (P) se adapta a los requisitos del calentamiento elevado (HE) antes de entrar en el calentamiento elevado (HE) mediante el calentamiento adicional del primer medio calefactor (M1) con un tercer medio calefactor (M3) ,

• el calentamiento adicional del primer medio calefactor (M1) se realiza antes de entrar en el precalentamiento (VE) ,

• el primer medio calefactor (M1) se transporta en la zona de su calentamiento adicional y su utilización siguiente en el precalentamiento (VE) con un flujo volumétrico (Q) que es elevado respecto al primer flujo volumétrico (Q1) del primer medio calefactor (M1) presente en todo el primer circuito (KL1) de la planta UHT (1) , y

• todas las cantidades parciales del producto alimenticio (P) , que se ramifican y se unen respectivamente en el precalentamiento (VE) y en el calentamiento elevado siguiente (HE) , experimentan el mismo tiempo de permanencia al menos en el precalentamiento (VE) .

16. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado por que el calentamiento adicional del primer medio calefactor (M1) está limitado en tiempo o se pueda controlar de manera limitable en tiempo.

17. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15 o 16, caracterizado por que la utilización del primer medio calefactor (M1) calentado de manera adicional está limitada a una zona parcial del precalentamiento (VE) dispuesta directamente aguas arriba del calentamiento elevado (HE) .

18. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 15 a 17, caracterizado por que el flujo volumétrico

(Q) es casi igual a un segundo flujo volumétrico (Q2) del segundo medio calefactor (M2) del calentamiento elevado (HE) .

19. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 15 a 18, caracterizado por que las condiciones de transferencia térmica en la zona del precalentamiento (VE) sometida al calentamiento adicional del primer medio calefactor (M1) están adaptadas de manera correspondiente en el lado del producto alimenticio (P) a las condiciones de transferencia térmica en el lado del primer medio calefactor (M1) .

20. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 15 a 19, caracterizado por que la respectiva velocidad de flujo del producto alimenticio (P) se varía continua y suavemente en las zonas de flujo no ramificadas y ramificadas, por que en el transcurso de la preparación de la ramificación, el flujo se retarda primero de un valor inicial del flujo no ramificado, o sea, la primera velocidad de flujo v0, a un valor mínimo del flujo no ramificado, o sea,

la segunda velocidad de flujo v1, y a continuación, el flujo se acelera en el desarrollo de su ramificación a un valor máximo, o sea, la tercera velocidad de flujo v, por que la tercera velocidad de flujo v es mayor que la primera velocidad de flujo v0 y por que la unión de las cantidades parciales del producto alimenticio (P) se realiza a la inversa de manera análoga.

21. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 15 a 20, caracterizado por que el producto alimenticio (P) es un postre o un producto de tipo postre.

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