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Beschreibung
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Pasteurisierung eines flüssigen Produktes
im kontinuierlichen Fluß in
einer Vorrichtung, welche einen regenerativen Teil und einen Pasteurisierungsteil
besitzt, zwischen denen das Produkt geführt wird.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung für die Ausführung des vorstehenden Verfahrens, wobei
die Vorrichtung einen regenerativen Teil und einen Pasteurisierteil
aufweist, zwischen welchen das Produkt geführt wird.
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Bei
der Herstellung von Produkten, welche von Bakterien verunreinigt
werden können,
insbesondere innerhalb der Lebensmittelindustrie, ist es üblicherweise
bekannt, die bakterielle Flora durch Pasteurisierung zu zerstören, welche
eine Wärmebehandlung
ist, welche schädliche
Bakterien abtötet,
indem diese höheren
Temperaturen ausgesetzt werden, als diese vertragen können. Die
Wirkung der Pasteurisierung wird in PU gemessen, und hängt von der
Temperatur ab, welche angewendet wird und von der Zeit, über welche
das Produkt dieser Temperatur ausgesetzt wird.
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Jedoch
wird das Produkt auch durch eine intensive Erwärmung beschädigt, und es werden daher Anforderungen
bezüglich
der Wärmebehandlung
im Hinblick auf die Zeit und die Temperatur gestellt.
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Eine
derartige Pasteurisierung eines kontinuierlichen Flusses eines flüssigen Produktes
ist beispielsweise aus der Brauindustrie in der Form von Bier oder ähnlichen
Produkten, welche später
in Behälter,
wie z. B. in Flaschen, abgefüllt
werden müssen,
bekannt. Das Produkt kann entweder vor seiner Übertragung in kleinere Behälter pasteurisiert
werden, oder nachdem die Behälter
gefüllt
wurden. Die nachstehende Beschreibung befaßt sich nur mit einem Pasteurisierungsprozeß, welcher
stattfindet, bevor das Produkt auf kleinere Behälter übertragen wird, mit einer sogenannten
Platten-Pasteurisierung.
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Der
Produktfluß durch
eine Platten-Pasteurisierungsvorrichtung findet normalerweise in
der nachstehenden Weise statt. Das Produkt fließt in den regenerativen Teil
eines Plattenwärmeaustauschers, wodurch
Energie zwischen dem kalten Produkt auf dem Eintrittsweg und dem
heißen
bereits pasteurisierten Produkt auf seinem Austrittsweg ausgetauscht
wird. Das Produkt wird somit zuerst in dem regenerativen Abschnitt
erhitzt, worauf es in den nächsten
Abschnitt des Wärmetauschers
gepumpt wird, in welchem es auf die Pasteurisierungstemperatur erhitzt
wird.
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Das
Produkt wird nun in ein "Halterohr" geführt, dessen
Länge und
Flußrate
für die
Pasteurisierungszeit bestimmend ist. Aus räumlichen Gründen ist das Halterohr oft
als eine längliche
Spirale ausgebildet. Wenn das Produkt durchgelaufen ist und das Ende
des Halterohrs erreicht, ist das Produkt pasteurisiert worden, und
es wird in eine zweite Kammer in dem regenerativen Teil des Wärmetauschers
eingeführt,
in welchem es auf die Auslaßtemperatur
durch das in den Wärmetauscher
hinein fließende
kalte Produkt abgekühlt
wird.
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Das
pasteurisierte Produkt kann nun in einem Behälter abgefüllt werden. Zur Anpassung an die
Kapazität
zwischen der Abfüllanlage
und der Pasteurisierungsvorrichtung sind oft ein Flußsteuerventil und
ein Puffertank vorgesehen. Ferner kann von einer Kühleinrichtung
gebraucht werden, wenn es erwünscht
ist, die Auslaßtemperatur
weiter zu reduzieren.
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Ein
Produktionsstop kann auftreten, wenn andere Maschinen, wie z. B.
die Abfüllanlage
oder die Flaschenfüllmaschine
gestopt werden. Ein Stop in der Produktionslinie ist ein Problem
für eine
Platten-Pasteurisiervorrichtung, welche von einem kontinuierlichen
Prozeß abhängig ist,
um die korrekte Verarbeitung zu erzielen. Während eines Stops hat das Produkt
in dem Halterohr, welche die Pasteurisierungstemperatur besitzt,
nicht die Möglichkeit
sich abzukühlen.
Demzufolge wird das Produkt überpasteurisiert,
und wird normalerweise vor dem Neustart der Linie verworfen.
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Ein
zweites Problem besteht in der Erzielung der korrekten Temperaturen,
wenn die Linie neu gestartet wird. Der regenerative Abschnitt besitzt
eine mittlere Temperatur zwischen dem kalten und dem heißen Produkt,
während
gleichzeitig die Zuführung von
Wärme zu
dem Erwärmungsabschnitt
abgeschaltet wird. Daher muß das "neue" Produkt verworfen
werden, bis die Temperatur korrekt ist oder es muß durch
Wasser ersetzt werden, welches ebenfalls verworfen wird.
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Diese
Umstände
führen
zu einem Verlust an Ressourcen, und nicht zuletzt zu einer Verzögerung beim
Neustart der Produktion. Daher wird der vorstehend erwähnte Puffertank
oft nach der Platten-Pasteurisierungsvorrichtung eingefügt. Dieser
Puffertank ist normalerweise in der Lage die Produktion von bis zu
einer halben Stunde aufzunehmen, und kann dadurch die Anzahl von
Stockungen der Platten-Pasteurisiervorrichtung reduzieren.
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Eine
weitere Möglichkeit,
in welcher dieses Problem gelöst
werden kann, besteht in der Bereitstellung einer Platten-Pasteurisiervorrichtung
mit einer Umgehungsleitung bzw. einem Bypass. Im Vergleich zu einer
einfachen Platten-Pasteurisiervorrichtung, wird hier ein Zusatzventil
eingefügt,
welches für die
Zirkulation offen sein kann, so daß das pasteurisierte Produkt
wieder als Eingang zu der Platten-Pasteurisiervorrichtung verwendet
werden kann. Die Funktion des Kühlers
in dem Bypass besteht in dem Abkühlen
des pasteurisierten Produktes auf die normale Eingangstemperatur,
so daß das
Temperaturgleichgewicht über
die gesamte Platten-Pasteurisiervorrichtung aufrechterhalten wird.
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Das
Ergebnis besteht darin, daß dasselbe Produkt
noch einmal und noch einmal pasteurisiert und damit überpasteurisiert
wird. Aus diesem Grunde wird die Platten-Pasteurisiervorrichtung oft unmittelbar
vor ihren Übergang
in den Bypass gefüllt.
Vor dem Neustart muß das
Wasser wieder durch das Produkt gesetzt werden. Diese Prozedur erfordert Zeit
und führt
zu einem großen
Verbrauch von Wasser und einer gewissen Produktverschwendung, was bedeutet,
daß ein
großer
Puffertank nach der Platten-Pasteurisierungsvorrichtung
erforderlich ist, um die Anzahl von Produktlinienstops zu reduzieren.
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Die
Verwendung eines Bypasses hat die Folge, daß während eines Stops ein kontinuierlicher
Gebrauch von derselben Energie für
die Erwärmung
wie während
des Betriebs gemacht wird. Ferner wird entsprechende Energie zum
Kühlen
des Produktes oder des Wassers, welches umgepumpt wird, verbraucht.
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WO-A-8809621,
WO-A-9409652 und EP-A-0118134 offenbaren jeweils eine Vorrichtung, welche
eine Haltezelle oder Halterohr umfassen, in welchem das zu behandelnde
Produkt einfach durch den Durchfluß durch dieses bei einer bestimmten Temperatur über der
minimalen Temperatur zum Aufnehmen der PU's pasteurisiert wird. Da keine Möglichkeit
zur Kühlung
des Produktes in dem Halterohr in Falle eines plötzlichen Stops besteht, wird
das Produkt in dem Halterohr überpasteurisiert,
und muß nach
dem Neustart verworfen werden.
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EP-A-0081256
offenbart eine Vorrichtung, in welchem der Pasteurisierungsteil
aus einem Hochtemperaturwärmetauscher
ohne Möglichkeit
einer Kühlung
in dem Pasteurisierungsteil besteht. Daher wird das Produkt des
Pasteurisierungsteils einer Überpasteurisierung
unterworfen, wenn ein plötzlicher
Stop in Produktfluß auftritt.
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Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Vermeidung
der Nachteile von Raum benötigenden
Geräten
und Ressourcen erfordernden Prozeduren bereitzustellen und eine
Produktverschwendung durch Überpasteurisierung
zu vermeiden.
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Diese
Aufgabe kann durch ein Verfahren gemäß Anspruch 4 und eine Vorrichtung
gemäß Anspruch
1 gelöst
werden.
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Durch
dieses Verfahren wird sichergestellt, daß die Pasteurisierung ohne
große
Produktverschwendung und Ersetzung durch Wasser und einen hohen
Energieverbrauch während
des Betriebsstops stattfinden kann, indem es während des Stops nicht erforderlich
ist, das Produkt durch Wasser zu ersetzen. Gleichzeitig wird auch
sichergestellt, daß keine Unterpasteurisierung
des Produktes auftritt, und daß eine Überpasteurisierung
im größtmöglichen
Umfang begrenzt wird.
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Das
Verfahren stellt auch sicher, daß die Produktion ohne einen
Puffertank zwischen der Pasteurisierungsvorrichtung und der Abfüllmaschine
stattfinden kann, oder mit einem Puffertank mit sehr kleinem Volumen.
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Diese
Vorrichtung führt
zu einer erheblichen Einsparung an Platz, indem trotz der Einführung eines
weiteres Wärmetauschers
Platz sowohl für
ein Halterohr als auch für
den Puffertank eingespart wird. Ferner wird, da kein kontinuierlicher
Energieverbrauch für die
Erwärmung
und Kühlung
während
eines Produktionstops stattfindet, eine Energieeinsparung erzielt.
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Ferner
wird eine einfachere Reinigung der Vorrichtung, daß heißt, eine
zentrale Vor-Ort-Reinigung
(Central inplace Cleaning – CIP)
dadurch erreicht, daß die
Konstruktion keine zusätzlichen
Rohrschleifen oder Rohrenden ohne Durchfluß enthält. Ferner ist der Puffertank
sehr klein oder kann vollständig
weggelassen werden, was alles in allem große Mengen an CIP-Flüssigkeiten
und CIP-Installationen einspart.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Vorrichtung und des Verfahrens gemäß der Erfindung werden in den
Ansprüchen
2 bis 3, bzw. 5 bis 6 spezifiziert.
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Beschreibung
der Zeichnungsfiguren
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1 stellt ein schematisches
Beispiel einer allgemeinen Ausführungsform
einer Pasteurisierungsvorrichtung für die Pasteurisierung von flüssigen Produkten
in einem kontinuierlichen Fluß dar;
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2 stellt ein schematisches
Beispiel einer Pasteurisierungsvorrichtung gemäß Darstellung in 1, jedoch mit zwei regenerativen
Zonen und drei Pasteurisierungszonen dar, und
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3 stellt ein schematisches
Beispiel einer Pasteurisierungsvorrichtung gemäß Darstellung in 2, jedoch mit Rezirkulation
in dem regenerativen Teil dar.
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Beschreibung
einer Beispielausführungsform
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Insgesamt
gesehen besteht eine Vorrichtung für die Pasteurisierung von flüssigen Produkten
in einem kontinuierlichen Fluß,
wie z. B. von flüssigen
Lebensmitteln und Getränken
aus einem regenerativen Teil 2, in welchem das Produkt
durch eine Zuführungspumpe 1 eingeführt wird.
Nach dem regenerativen Teil 2 wird das Produkt ferner dem
Pasteurisierungsteil 6 zugeführt, welcher nicht nur das
Produkt auf die Pasteurisierungstemperatur erwärmen kann, sondern auch das
Produkt in dem Falle eines Produktionsstops abkühlen kann. Sowohl der regenerative
Teil 2 als auch der Pasteurisierungs teil 6 bestehen
aus Wärmetauschern.
Erwärmung
oder Kühlung findet
statt, indem heißes
oder kaltes Wasser über ein
Mischventil 16 dem Pasteurisierungsteil 6 zugeführt wird.
Temperatursensoren 5, 11 sind vor und nach dem
Pasteurisierungsteil 6 so angeordnet, daß der Pasteurisierungsprozeß gesteuert
werden kann. Zwischen dem regenerativen Teil 2 und dem
Pasteurisierungsteil 6 sind ebenfalls Druckerhöhungspumpen 4, 12 angeordnet,
welche sicherstellen, daß das Produkt
einen konstanten Überdruck
in der Vorrichtung besitzt.
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Das
Produkt wird nun dem regenerativen Teil 2 zurückgeführt, wo
es seine Wärme
an das Produkt in dem Einlaß überträgt. Hierin
nachstehend wird das Produkt zu einem Auslaß 18 geführt, wo
beispielsweise eine (nicht dargestellte) Abfüllanlage angeordnet sein kann.
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Die
Vorrichtung kann in mehreren Konfigurationen, abhängig von
den Erfordernissen bezüglich Temperaturen
und Pasteurisierung hergestellt werden. Die nachstehend verwendeten
Temperaturen sind deshalb nur Beispiele, da jedes Produkt seine
eigenen spezifischen Temperaturanforderungen hat.
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Die
hier als Ausgangspunkt verwendete Vorrichtung (siehe 2) ist für die Pasteurisierung von Bier
gedacht. Die Vorrichtung besteht aus zwei Hauptwärmetauschern, daß heißt, einen
regenerativen Wärmetauscher,
welcher in zwei Zonen 2, 3 unterteilt ist, und
einen Pasteurisierungswärmetauscher,
welcher in drei Zonen 6, 8, 10 unterteilt
ist.
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Das
Produkt wird in die regenerative Zone 2 mittels einer Zuführungspumpe 1 eingeführt, in
welcher das Produkt von 2°C
auf 33°C
erhitzt wird. Das Produkt wird nun weiter der zweiten regenerativen Zone 3 zugeführt, wo
es auf 65°C
erhitzt wird. Eine Druckerhöhungspumpe 4 und 12 stellt
sicher, daß ein Überdruck
teilweise in dem Pasteurisierungswärmetauscher 6, 8, 10 und
teilweise in dem Kühlteil
des regenerativen Wärmetauschers 12, 3 vorliegt.
Dieser Überdruck
stellt sicher, daß im
Fall einer möglichen Leckage
weder Luft noch Fluid in das Rohrsystem hinein, sondern nur heraus
kommt. Auf diese Weise wird vermieden, daß überlebensfähige Bakterien auf das pasteurisierte
Produkt übertragen
werden.
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Ein
Temperatursensor 5 ist vor dem Einlaß zu dem Pasteurisierungswärmetauscher
vorgesehen.
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Ein
Ventil 21 (siehe 3)
ist so nahe wie möglich
an dem Pasteurisierungswärmetauscher
angeordnet. Während
des normalen Betriebs stellt dieses Ventil 21 sicher, daß der Einlaß und der
Auslaß aus
dem regenerativen Wärmetauscher 3 auf
der nicht-pasteurisierten
Seite getrennt gehalten werden. Während eines Produktionsstops
wird das Ventil 21 geöffnet,
wodurch eine Rezirkulation in dieser Seite des regenerativen Wärmetauschers 3 ermöglicht wird.
Dieses Ventil ist optional und wird in den Fällen/Konfigurationen nicht
verwendet, in welchen die Auslaßtemperatur
aus dem Wärmetauscher 3 unterhalb
der Temperaturgrenze für
die Aufzeichnung von PU liegt.
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Bei
dem Einlaß zur
ersten Zone 6 des Pasteurisierungswärmetauschers wird das Produkt
bei 65°C
auf der primären
Seite auf 72°C
erhitzt, wobei diese Temperatur über
die Zonen 8 und 10 beibehalten wird.
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Ein
Ventil 22 ist so nahe wie möglich nach dem Pasteurisierungswärmetauscher
angeordnet. Im normalen Betrieb muß dieses Ventil sicherstellen, daß der Einlaß und Auslaß aus dem
regenerativen Wärmetauscher 3 auf
der pasteurisierten Seite getrennt gehalten werden. Während eines
Produktionsstops wird das Ventil geöffnet, wodurch eine Rezirkulation
in dieser zweiten Seite des regenerativen Wärmetauschers 3 ermöglicht wird.
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Wenn
das Produkt die letzte Pasteurisierungszone 10 verläßt, wird
es über
die Druckerhöhungspumpe 12 in
den Kühlteil
des regenerativen Teils 3 gepumpt und auf etwa 40°C abgekühlt, und weiter
in die letzte regenerative Zone 2, in welcher das Produkt
auf 9°C
abgekühlt
wird. Ein Flußsteuerungsventil 13 kann
nach dem regenerativen Teil angeordnet sein. Danach strömt das Produkt
durch einen Kühler 14 und
ferner zu einem Auslaß 18,
wo ein möglicher
Puffertank und/oder eine Flaschenabfüll- oder Behälterabfüllanlage
angeordnet ist. Bei einer Ausführungsform
mit einem minimalen Puffertank stellt das Strömungssteuerventil 13 sicher,
daß der Puffertank
nicht überfüllt wird,
das heißt,
daß der Fluß durch
den Pegel in dem Puffertank gesteuert wird.
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In
einer Vorrichtung ohne Puffertank ist es die (nicht dargestellte)
Abfüllanlage,
welche den Fluß durch
die Vorrichtung bestimmt.
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Der
Kühler 14 wird
nur verwendet, wenn die Auslaßtemperatur
des Produktes z. B. als Folge eines Betriebsstops und eines anschließenden Neustarts
zu hoch wird.
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Ein
Temperatursensor 7, 9, 11 ist hinter
jedem Pasteurisierungsteil 6, 8, 10 angeordnet.
Ein Temperatursensor 15 ist auch hinter dem Kühler 14 angeordnet.
Diese Sensoren erfassen, ob die notwendigen Temperaturen erreicht
worden sind oder nicht, so daß die
Erwärmung
und Kühlung
dementsprechend auf der sekundären
Seite des Pasteurisierungswärmetauschers 6, 8, 10 gesteuert
werden kann.
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Die
Erwärmung/Kühl-Quellen
in dem regenerativen Teil 2, 3 bestehen aus dem
Produkt selbst (deshalb regenerativ) und in dem Pasteurisierungsteil 6, 8, 10 aus
heißem
bzw. kaltem Wasser 19, 20, wobei die Menge des
Wassers durch Signale aus den Temperatursensoren 7, 9, 11 in
den einzelnen Pasteurisierungszonen 6, 8, 10 bestimmt
wird. Die Regelung der Wasserversorgung selbst wird in einem Mischventil 16 eines
allgemein bekannten Typs ausgeführt.
Das Rücklaufwasser
aus der sekundären Seite
des Pasteurisierungswärmetauschers
wird über
ein Rücklaufrohr 17 möglicherweise
zur Erwärmung
im Hinblick auf die Wiederverwertung in dem Wärmetauscher abgeleitet.
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Nachstehendes
ist eine Beschreibung der Vorrichtung während eines Produktionsstops.
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Der
regenerative Wärmetauscher
kann in zwei Zonen 2 und 3 gemäß Darstellung unterteilt werden,
oder nur eine einzige Zone bilden. In dem Falle eines Produktionsstops
bleibt das Temperaturprofil in der ersten Zone für die ersten Minuten konstant,
worauf die Temperatur sich langsam der mittleren Temperatur für den Wärmetauscher
annähert.
In der zweiten Zone, oder wenn nur eine einzige Zone vorhanden ist,
ist die Temperatur in dem letzten Teil des Tauschers und in den
Rohrverbindungen dazu so hoch, daß PU aufgezeichnet wird. Um
dieses zu vermeiden, findet eine Rezirkulation sowohl in den regenerativen
Zonen, als auch Rohrverbindungen statt, bis eine konstante mittlere
Temperatur unter der Temperaturgrenze für die Aufzeichnung von PU (z.
B. 52°C)
erzielt wird. Die Rezirkulation wird durch Öffnen der Ventile 21 und 22 bewirkt.
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Die
Pasteurisierungszonen 6, 8, 10 werden während eines
Produktionsstops auf 56°C
abgekühlt, so
daß die
Aufzeichnung von PU gestopt wird.
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Nachstehendes
ist eine Beschreibung der Vorrichtung, wenn sie nach einem Produktionsstop wieder
gestartet wird.
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Nach
einem Produktionsstop werden alle Pasteurisierungszonen wieder auf
die normalen Temperaturen erhitzt, um sicherzustellen, daß keine Unterpasteurisierung
erfolgt, und auch das eine Überpasteurisierung
soweit wie möglich
begrenzt wird.
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Wenn
eine Vorrichtung ohne Puffertank neu gestartet wird, wird der Prozeß gesteuert,
indem die Temperatur auf der sekundären Seite des Pasteurisierungswärmetauschers 6, 8, 10,
abhängig
von der Strömungsgeschwindigkeit
angehoben wird.