TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur aseptischen Erhitzung eines flüssigen Produkts in einer Wärmeaustauschereinheit der Erhitzerzone einer UHT-Anlage, bei dem in der Wärmeaustauschereinheit zwischen dem flüssigen Produkt und einem Heizmedium ein indirekter Wärmeaustausch an einer Wand dadurch stattfindet, dass ein in einem Wärme abgebenden Heizmediumraum strömender Heizmediumstrom im Gegenstrom zu einem in einem Wärme aufnehmenden Produktraum strömenden Produktstrom geführt wird, bei dem der Produktstrom von einer Produkt-Eintrittstemperatur auf eine Produkt-Austritts- temperatur erhitzt wird und bei dem wenigstens die Produkt-Austrittstemperatur und die Heizmedium-Eintrittstemperatur überwacht und geregelt werden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Wärmeaustauschereinheit für eine solche Anordnung. Bei den flüssigen Produkten, die der in Rede stehenden Wärmebehandlung unterzogen werden, kann es sich beispielsweise neben Milchprodukten auch um temperatursensible Lebensmittelprodukte, insbesondere Desserts oder dessertartige Produkte, mit der gesamten Bandbreite möglicher Viskositäten handeln. Die Erfindung entfaltet ihre beabsichtigte Wirkung besonders signifikant in einer Hocherhit- zerzone einer UHT-Anlage. Der Wärmeaustauschereinheit ist in der Regel eine Behandlungszone vorgeordnet, wie beispielsweise eine Vorerhitzerzone, oder nachgeordnet, wie beispielsweise eine Heißhalte- oder Kühlzone.

STAND DER TECHNIK

Unter einem mit der eingangs genannten UHT-Anlage durchgeführten UHT-Ver- fahren (UHT: Ultra-Hoch-Temperatur) mit indirekter Produktbeheizung durch Wärmeaustausch mittels eines Wärmeträger- oder Heizmediums an einer Wand versteht man eine thermische Produktbehandlung, welche auch aseptische Erhit- zung genannt wird, bei der so gut wie alle Mikroorganismen, mindestens jedoch alle zur Verderbnis führenden Mikroorganismen, abgetötet werden, die während der Lagerphase des Produktes bei Raumtemperatur heranwachsen können. Die indirekte Produktbeheizung oberhalb von 100 °C wird besonders vorteilhaft durch einen Wärmeaustausch an einer Wand mit Rohr-Wärmeaustauschern, insbesondere einem sogenannten Rohrbündel-Wärmeaustauscher, durchgeführt. Bei dem letztgenannten wird die Wärmenergie durch die Rohrwände einer Gruppe von parallelen, vorzugsweise horizontal orientierten Innenrohren übertragen. Dabei strömt das zu behandelnde flüssige Produkt in den Innenrohren, während ein Heizmedium, in der Regel durch Wasserdampf erhitztes Wasser, im Ringspaltraum eines Mantelrohres, welches die parallel geschalteten Innenrohre umgibt, im Gegenstrom strömt. Ein diesbezüglicher Rohrbündel-Wärmeaustauscher ist aus der DE 94 03 913 U1 bekannt. Die indirekte Produktbeheizung der vorgenannten Art kann aber auch mit anderen Bauarten von Wärmeaustauschern, wie beispielsweise Platten-Wärmeaustauschern, erfolgen.

Eine bekannte UHT-Erhitzungsvorrichtung mit indirekter Produktbeheizung zur Herstellung einer UHT-Milch (DE 10 2005 007 557 A1) beinhaltet einen Vorwär- mer in einer sog. Vorwärmzone für die Erwärmung der standardisierten Milch. Anschließend wird die Milch über einen sog. Homogenisator zur Fettfeinverteilung geführt und danach weiter vorgewärmt. Es folgt eine sog. Vorheißhaltung zur Stabilisierung der Milchproteine. Nach einem weiteren in der Regel„regenerativ" geführten Wärmeaustauscher, der für den nachfolgenden Milcherhitzungsprozess vorgesehen ist, erfolgt danach die eigentliche UHT-Erhitzung in einer sog. Erhitzerzone mit Heißhaltung, anschließend die Kühlung in einer Abkühlzone unter Wärmeaustausch mit einem„regenerativen" Wärmeträgermedium, in der Regel Wasser. Unter einem„regenerativen" Wärmeträgermedium, mit dem ein„regenerativ" geführter Wärmeaustausch durchgeführt wird, wird ein solches Wärmeträ- germedium verstanden, welches im Kreislauf geführt wird und, bezogen auf die Fließrichtung des zu behandelnden flüssigen Produktes, Wärmeenergie aus dem Produkt in Bereichen hoher Temperatur aufnimmt und diese an das Produkt in Bereichen niedrigerer Temperatur„regenerativ" überträgt. Ein regenerativer Wärmeaustausch der vorgenannten Art soll von der vorliegenden Erfindung ebenfalls umfasst sein, auch wenn sich nachfolgend die Darstellung der Erfindung auf ein Heizmedium beschränkt, das nicht flüssiges Produkt ist. Die in Rede stehende aseptische Erhitzung des flüssigen Produkts wird in einer Wär- meaustauschereinheit der Erhitzerzone einer UHT-Anlage, die insbesondere auch eine Hocherhitzerzone umfassen kann, durch ein Heizmedium, beispielsweise durch Wasserdampf erhitztes Wasser, bewirkt, das notwendigerweise eine Heizmedium-Eintrittstemperatur oberhalb der den aseptischen Erhitzungsprozess kennzeichnenden Produkt-Austrittstemperatur aus der Wärmeaustauschereinheit aufweist. Die aseptische Erhitzung ist produktspezifisch und vollzieht sich im nachfolgenden Ausführungsbeispiel zwischen einer Produkt-Eintrittstemperatur T _PE = 125 °C und einer Produkt-Austrittstemperatur T _PA = 140 °C, wobei die produktbeaufschlagten Wände der Wärmeaustauschereinheit, über die sich der indirekte Wärmeaustausch vollzieht, zur Sicherstellung der notwendigen Triebkräfte für den Wärmeübergang zwischen Wand und flüssigem Produkt und der gebotenen Wirtschaftlichkeit des Wärmeaustauschs eine höhere Temperatur im zugeordneten Temperaturverlauf besitzen müssen. Derart hohe Wandtemperaturen sind problematisch, wie nachfolgend dargelegt wird. Bei dem in Rede stehenden Erhitzungsverfahren kommt es insbesondere im Erhitzerteil und in der nachgeschalteten, nicht von außen beheizten Heißhaltestrecke oder dem Heißhalter zu mehr oder weniger starken Ablagerungen. Hitzeempfindliche bzw. temperatursensible flüssige Produkte, wobei nachfolgend unter diesem Oberbegriff insbesondere ein flüssiges Lebensmittelprodukt verstanden wer- den soll, können relativ viel Proteine, viel Trockenmasse und wenig Wasser enthalten, und sie können die ganze Bandbreite möglicher Viskositäten besitzen. Die diesbezüglichen flüssigen Produkte neigen, vorzugsweise bei Temperaturen über 100 °C, zum Anbrennen, d.h. unter diesen Bedingungen zur Belagbildung an den Wandungen der Wärmeaustauschereinheit. Diese Belagbildung wird auch als Produkt-„Fouling" bezeichnet und kann zu Qualitätsproblemen beim erhitzten flüssigen Produkt, einem End- oder Zwischenprodukt, und/oder zu ernsthaften Reinigungsproblemen führen. Letztere erfordern intensive Reinigungszyklen und damit verkürzte Betriebszeiten der Wärmeaustauschereinheit. Das Produkt-Fouling ver- ringert somit die Standzeit bzw. die Betriebszeit der Wärmeaustauschereinheit zwischen zwei Reinigungszyklen und ist unerwünscht.

In jedem Falle muss angestrebt werden, dass einerseits alle zeitgleich und ande- rerseits alle in zeitlicher Abfolge strömende Teilmengen des zu behandelnden flüssigen Produkts, insbesondere im Hocherhitzerteil und in der Heißhaltung, möglichst der gleichen Verweilzeit unterliegen, da sich unterschiedliche Verweil- und damit Einwirkungszeiten, insbesondere bei hohen Einwirkungstemperaturen, nachteilig in der vorstehend beschriebenen Weise auswirken. Die Belagbildung an den heißen Wandungen während der UHT-Erhitzung kann durch eine geregelte Erhitzung der flüssigen Produkte in der Vorwärmzone mit gewisser Haltezeit deutlich reduziert werden. Daher ist es wichtig, dass die oberstromig der Wärmeaustauschereinheit angeordnete Prozesseinheit das aseptisch zu erhitzende flüssige Produkt mit der erforderlichen Produkt-Eintrittstemperatur T _PE bereitstellt.

Die vorliegende Problematik und die diesbezüglichen Nachteile des Standes der Technik sollen nachfolgend anhand einer bekannten Wärmeaustauschereinheit und eines mit dieser durchführbaren bekannten Verfahrens, von denen die vorliegende Erfindung ausgeht, verdeutlicht werden. Es zeigen

Figur 1 in schematischer Darstellung einen Ausschnitt aus einer UHT-Anlage zur aseptischen Erhitzung eines flüssigen Produkts in einer Wärmeaustauschereinheit der Erhitzer- oder Hocherhitzerzone und

Figur 2 eine qualitative Darstellung der Temperatur-Verläufe des zu erhitzenden flüssigen Produkts und des Wärme abgebenden Heizmediums, wobei die Temperaturen auf der Ordinate und ein variabler Wärmeaustauschweg in einer schematisch dargestellten Wärmeaustauschereinheit auf der Abszisse aufgetragen sind.

Ein Ausschnitt aus einer Anordnung 10 nach dem Stand der Technik (Figur 1), die in ihrer nicht dargestellten Gesamtheit als UHT-Anlage zur aseptischen Erhitzung eines flüssigen Produkts P ausgebildet ist, verfügt in ihrer Erhitzer- oder Hocherhitzerzone über wenigstens eine Wärmeaustauschereinheit 22, der, in Strömungsrichtung des flüssigen Produkts P gesehen, eine vorgeordnete Prozesseinheit 21 , beispielsweise ein Wärmeaustauscher einer Vorerhitzerzone, vorgeordnet und ei- ne nachgeordnete Prozesseinheit 23, beispielsweise eine Heißhaltestrecke in Form eines Heißhalters, nachgeordnet ist. Die schematische Darstellung der Wärmeaustauschereinheit 22 kann für einen Rohr-Wärmeaustauscher, vorzugsweise ein sogenannter Rohrbündel-Wärmeaustauscher, oder aber auch für eine andere Bauart stehen, wobei jede dieser Ausführungsformen in mehrere hintereinander geschaltete Sektionen unterteilt sein können. Entscheidend ist, dass zwischen einem Produkt-Eingang E _P und einem Produkt-Ausgang Ap eines Wärme aufnehmenden Produktraumes 22.1 , der von einem Produktstrom F _P des flüssigen Produkts P, bezogen auf die Zeichnungslage, von rechts nach links durchströmt wird, ein gesamter Wärmeaustauschweg L gebildet wird. Der Produktstrom F _P tritt mit einer Produkt-Eintrittstemperatur T _PE in den Produkt-Eingang E _P ein und mit einer Produkt-Austrittstemperatur TPA aus dem Produkt-Ausgang Ap aus.

Der Produktraum 22.1 steht im indirekten Wärmeaustausch mit einem Wärme ab- gebenden Heizmediumraum 22.2, der zwischen einem Heizmedium-Eingang E _M und einem Heizmedium-Ausgang A _M von einem Heizmediumstrom F _M eines Heizmediums M im Gegenstrom zum Produktstrom F _P durchströmt ist. Der Heizmediumstrom FM tritt mit einer Heizmedium-Eintrittstemperatur T _M E in den Heizmedium-Eingang E _M ein und mit einer Heizmedium-Austrittstemperatur T _MA aus dem Heizmedium-Ausgang A _M aus. Zwischen Heizmediumraum 22.2 und Produktraum 22.1 wird ein Wärmestrom Q ausgetauscht. Die vorstehend mit ,,-strom" bezeichneten Größen sind als zeitbezogene physikalische Größen zu verstehen, nämlich Masse/Zeit (Kilogramm/Sekunde; kg/s) oder Volumen/Zeit (Liter/Sekunde; dm ³ /s) und Wärmemenge/Zeit (Joule/Sekunde = Watt; J/s = W).

Eine Messeinrichtung für Produktstrom 26 misst den Produktstrom F _P , eine Messeinrichtung für Produkt-Eintrittstemperatur 28.1 misst die Produkt-Eintrittstemperatur Tp _E und eine Messeinrichtung für Produkt-Austrittstemperatur 28.2 misst die Produkt-Austrittstemperatur T _PA , eine Messeinrichtung für Heizmedium- ström 29 misst den Heizmediumstrom F _M und eine Messeinrichtung für Heizmedium-Eintrittstemperatur 30.1 misst die Heizmedium-Eintrittstemperatur TME-

Die vorstehend aufgelisteten Messgrößen Fp, T _P E, T _PA , F _m und T _M E werden an eine Steuerungs- und Regelungseinheit 24 übermittelt, die an einem Ausgang für Soll-Medium-Eintrittstemperatur 31.1 ein Steuersignal für eine Soll-Medium- Eintrittstemperatur T _ME * und an einem Ausgang für Soll-Heizmediumstrom 31.2 ein Steuersignal für einen Soll-Heizmediumstrom F _M ^* bereitstellt, wobei beide Steuersignale im Heizmedium-Eingang E _M für das Heizmedium M wirksam wer- den.

Über die Betriebszeit einer Wärmeaustauschereinheit 22 der in Rede stehenden Art, wobei die Betriebszeit in der Regel der sogenannten Standzeit zwischen zwei notwendigen Reinigungszyklen entspricht, werden in der Praxis die in Figur 2 dargestellten Temperaturverläufe Tp(l _x ) und T _M (I _X ) beobachtet. Zugeordnete Produkt-Temperaturen T _P und zugeordnete Heizmedium-Temperaturen T _M (beide der Ordinate zugeordnet, z.B. in Grad Celsius (°C)) sind hier über einem variablen Wärmeaustauschweg l _x (Abszisse) aufgetragen. Der variable Wärmeaustauschweg l _x hat seinen Ursprung (l _x = 0) im Produkt-Eingang Ep, und er endet im Pro- dukt-Ausgang A _P nach Vollzug des gesamten Wärmeaustauschweges L (l _x = L).

Mit Tp(l _x ) ist der produktspezifische Temperaturverlauf des zu behandelnden und vorgegebenen und Wärme aufnehmenden Produktstroms F _P zwischen der durch die vorgeordnete Prozesseinheit 21 bereitgestellten Produkt-Eintrittstemperatur TPE (z.B. 125 °C) und der zur Sicherstellung einer hinreichenden aseptischen Erhitzung notwendigen Produkt-Austrittstemperatur T _PA (z.B. 140 °C) bezeichnet. Mit T _M (I _X ) sind zwei heizmediumspezifische Temperaturverläufe des Wärme abgebenden Heizmediumstroms F _M bezeichnet. Der, bezogen auf die Zeichnungslage, untere Temperaturverlauf zwischen einer ersten Heizmedium-Eintrittstemperatur T _M E(1 ) (Z.B. 140,9 °C) und einer ersten Heizmedium-Austrittstemperatur T _MA (1) (z.B. 130,6 °C) liegt zu Beginn der Betriebszeit vor, wenn die Wärmeaustauschereinheit 22 produktseitig noch frei von jeglichen Ablagerungen (Produkt-Fouling) ist.

Die Temperaturdifferenz TME(1 ) - TMA(1 ) resultiert aus der nachfolgenden Bilanz- gleichung (1 ):

Q = FpCptTp _A - T _PE ) = F _M c _M {T _ME {l) - T _MA {1)) = A k ΔΤ _Τ (1 ) wobei mit A eine gesamte Wärmeaustauschfläche der Wärmeaustauschereinheit 22, mit k eine Wärmedurchgangszahl (siehe Figur 1 ), mit AT _m die mittlere logarithmische Temperaturdifferenz (siehe Figur 2), mit Cp eine spezifische Wärmekapazität des flüssigen Produkts P und mit C eine spezifische Wärmekapazität des Heizmediums M bezeichnet ist.

Für Gegenstrom am Anfang der Betriebszeit (Kennzeichnung (1 ) in Figur 2) gilt für die in Gleichung (1 ) enthaltene mittlere logarithmische Temperatur-Differenz ÄT _m nach Gleichung (2.1 ) mit der ersten Heizmedium-Eintrittstemperatur T _M E(1 ) und der ersten Heizmedium-Austrittstemperatur TMA(1 ) eine erste mittlere logarithmische Temperatur-Differenz AT _m (1 ), wobei sich der letzte Term der Gleichung (2.1 ) mit den üblichen Abkürzungen ΔΤ _9ΙΌ β(1 ) und AT _k iein(1 ) für die jeweiligen end- seitigen Temperaturdifferenzen ergibt:

(T _MA (i)- 7 _E )-(r _ME (i)- T _PA )

(2.1 ) l _n ^T MAW~ ^T PE ^T gro&M

Im Verlauf der Betriebszeit wachsen die Ablagerungen produktseitig stetig auf und die Wärmedurchgangszahl k vermindert sich dadurch ebenfalls stetig. Die zu Anfang der Betriebszeit bereitgestellten Temperaturdifferenzen zwischen flüssigem Produkt P und Heizmedium M reichen dann nicht mehr aus, um den notwendigen Wärmestrom Q zur Erhitzung des Produktstromes F _P auf die notwendige Produkt- Austrittstemperatur TPA zu übertragen. Am Ende der Betriebszeit, nach beispielsweise 12 Stunden, hat die Steuerungs- und Regelungseinheit 24 die Heizmedium- Eintrittstemperatur TME so weit angehoben, dass nunmehr am Heizmedium-Ein- gang E _M eine zweite Heizmedium-Eintrittstemperatur T _ME (2) (z.B. 144,5 °C) notwendig ist, aus der nach Gleichung (1 ) eine zweite Heizmedium- Austrittstemperatur T _M A(2) (Z.B. 134,2 °C) resultiert.

Für das Ende der Betriebszeit (Kennzeichnung (2) in Figur 2) ergibt sich nach Gleichung (2.2), analog zu Gleichung (2.1 ), mit der zweiten Heizmedium- Eintrittstemperatur T E(2) und der zweiten Heizmedium-Austrittstemperatur T A(2) und den vorstehend eingeführten und entsprechend angepassten Abkürzungen (ΔΤ _9ΓΟ β(2), AT _k iein(2)) eine zweite mittlere logarithmische Temperatur-Differenz AT _m (2):

_{Λ Τ Λ} _ (Τ _ΜΑ (2)- 7 _Ε )-(Γ _ΜΕ (2)- Τ _ΡΑ _ AT _groti {2)- AT _klein

T _M E(2)- T _PA ^T _klein (i

Die sich am Heizmedium-Ausgang AM zwangsläufig einstellende zweite Heizmedium-Austrittstemperatur T _MA (2) ist, wie aus Gleichung (1) mit entsprechenden Größen ableitbar ist, im Wesentlichen abhängig von einem zweiten Massenstrom- verhältnis f(2), gebildet als Quotient aus einem zweiten Heizmediumstrom F _M (2) und dem Produktstrom Fp einerseits (f(2) = F _M (2)/F _P ; allgemein: f = F _M /Fp), den jeweiligen spezifischen Wärmekapazitäten c _M des Heizmediums M und Cp des flüssigen Produkts P sowie von den durch die aufwachsenden Ablagerungen auch beeinflussten Wärmedurchgangsbedingungen (gekennzeichnet durch die Wärmedurchgangszahl k) an den Wänden der Wärmeaustauschereinheit 22, an denen sich der Wärmeaustausch vollzieht. Im vorliegenden Falle wird, um sicher zu gehen, dass die notwendige Produkt-Austrittstemperatur T _PA unter allen Betriebsbedingungen sichergestellt ist, die Wärmeaustauschereinheit 22 über die gesamte Betriebszeit - dies gilt somit auch für den sich am Anfang der Betriebszeit einstellenden unteren heizmediumspezifischen Temperaturverlauf mit einem ersten Heizmediumstrom F _M (1 ), d.h. mit f(1 ) = F _M (1 )/F _P - mit einem konstanten Massenstrom-Verhältnis f gefahren, wobei der Heizmediumstrom F _M den Produktstrom F _P um fast 50 % übersteigt (f = f(1 ) = f(2) = 1 ,43 = konstant; Figur 2).

Eine weitere Steigerung der Heizmedium-Eintrittstemperatur T _M E ist nicht weiter möglich, weil die Heizleistung über das Heizmedium M nicht weiter gesteigert werden kann oder darf und/oder weil der produktseitige Druckverlust durch die aufgewachsenen Ablagerungen ein zulässiges Maß übersteigt.

Die über die Betriebszeit aufgewachsenen Ablagerungen erkennt der Fachmann auch an der mittleren logarithmischen Temperaturdifferenz ÄT _m , die nach Gleichung (1 ) erforderlich ist, um den Wärmestrom Q im jeweiligen Beladungszustand der Wärmeaustauschereinheit 22 mit diesen Ablagerungen zu übertragen. Im vor- liegenden Falle ist zu Beginn der Betriebszeit die erste mittlere logarithmische Temperaturdifferenz AT _m (1 ) = 2,6 °C und zum Ende der Betriebszeit ist die zweite mittlere logarithmische Temperaturdifferenz ÄT _m (2) = 6,6 °C. Wie Figur 1 zeigt, werden an der Wärmeaustauschereinheit 22 in der Anordnung 10 nach dem Stand der Technik notwendigerweise die Produkt-Eintrittstemperatur Tp _E , die Produkt-Austrittstemperatur T _PA , die Heizmedium-Eintrittstemperatur T _ME sowie der Produktstrom Fp und der Heizmediumstrom F _M an dem jeweils zugeordneten Produkt-Eingang Ep- bzw. dem Produkt-Ausgang A _P bzw. dem Heizme- dium-Eingang E _M gemessen und zur Steuerung bzw. Regelung herangezogen. Temperaturen T _P des Produktstroms F _P innerhalb des Wärme aufnehmenden Produktraumes 22.1 und Temperaturen T _M des Heizmediumstroms F _M innerhalb und in der Erstreckungsrichtung des Wärme abgebenden Heizmediumraumes 22.2 werden nicht erfasst, sodass die tatsächlichen Temperaturverläufe im Verlauf der Betriebszeit mit Ausnahme der vorstehend genannten Randtemperaturen Tp _A , Tp _E und TME nicht bekannt sind.

Ein in Figur 2 mit T _P (I _X )' bezeichneter produktspezifischer Grenz-Temperatur- Verlauf des Produktstroms F _P ist hinsichtlich seines linearen Verlaufs zwischen Produkt-Eintrittstemperatur T _P E und Produkt-Austrittstemperatur T _PA , ebenso wie ein nicht dargestellter linearer Temperaturverlauf im Heizmediumstrom FM, theoretischer Natur. Diese linearen Verläufe träten nur ein, wenn die spezifische Wärmekapazitäten c _P und CM von Produkt P bzw. Heizmedium M sowie die den Wärmedurchgang, gekennzeichnet durch die Wärmedurchgangszahl k, bestimmenden physikalischen Größen von der Temperatur unabhängig wären und eine quantitativ und qualitativ gleichmäßige Belagbildung über die gesamte Wärmeaustauscherfläche A stattfände, was in der Praxis nicht der Fall ist. Gleichwohl ist es im Rahmen der zur Verfügung stehenden Einflussgrößen erstrebenswert, den tatsächlichen produktspezifischen Temperatur-Verlauf T _P (I _X ) und den heizmedium- spezifischen Temperatur-Verlauf T _M (I _X ) so nah wie möglich an den jeweiligen linearen Grenztemperatur-Verlauf heranzuführen, weil dadurch der quantitative Wärmeaustausch über den gesamten Wärmeaustauschweg L hinweg gleichmäßiger wird. Anhand des Fallbeispiels nach Figur 2 und den diesem zugrundeliegenden Auslegungsdaten zeigt sich durch Messung im Produktstrom F _P) dass nach einem diskreten Wärmeaustauschweg l _x = l _x1 , etwa bereits zu Beginn des letzten Drittels des gesamten Wärmeaustauschwegs L, eine diskrete Temperatur des flüssigen Produkts T _P (l _x i) vorliegt, die nahezu der erst am Produkt-Ausgang Ap geforderten Produkt-Ausgangstemperatur T _PA entspricht. Dieser Sachverhalt ist ohne diskrete Messung bei der Auslegung der Wärmeaustauschereinheit 22 und bei der Festlegung der Betriebsdaten nicht so ohne Weiteres vorhersehbar, zumal die Wärmeaustauschereinheit 22 aus Sicherheitsgründen mit dem vorstehend erwähnten Massenstrom-Verhältnis f = 1 ,43 betrieben wird. Darüber hinaus werden in einer Anordnung 10 der in Rede stehenden Art unterschiedlichste flüssige Produkte P mit unterschiedlichsten Rezepturen wärmebehandelt, wobei unterschiedlichste Rohstoffvoraussetzungen, Viskositäten, Qualitätskriterien und Produktionsbedingungen zu berücksichtigen sind. Es ist davon auszugehen, dass der vorgenannte Sachverhalt, der im Endergebnis bedeutet, dass die Wärmeaustauschereinheit 22 entweder überdimensioniert ist oder nicht optimal betrieben wird, unter den erwähnten, zu erfüllenden Randbedingungen kein Einzelfall ist.

Aus dem dargestellten Fallbeispiel sind noch weitere Nachteile ersichtlich, die eine Undefinierte Verweilzeit des flüssigen Produkts P auf dem Niveau der Produkt- Austrittstemperatur Tp _A und das Maß und die Verteilung der Belagbildung, jeweils in der Wärmeaustauschereinheit 22, betreffen.

Es ist bekannt, dass die Neigung zur Belagbildung und die Geschwindigkeit des Belagaufbaus nicht nur von der Höhe der Temperatur der Wärme abgebenden Wand an sich, sondern entscheidend auch von der Differenz zwischen der Wandtemperatur und der Temperatur des flüssigen Produkts P an dieser Stelle signifikant beeinflusst wird. Im Fallbeispiel nach Figur 2 sind am Produkt-Ausgang Ap bzw. Heizmedium-Eingang E _M die Produkt-Temperatur T _P und damit zwangsläufig auch die Heizmedium-Temperatur T _M jeweils am höchsten, wobei zu Beginn der Betriebszeit die notwendige Temperaturdifferenz zwischen der ersten Heizmedium-Eintrittstemperatur T _M E(1 ) und der Produkt-Eintrittstemperatur T _PE möglichst klein gehalten wird (im Fallbeispiel ist T _M E(1 ) - T _PA = AT _k i _e in(1) = 0,9 °C). Am Produkt-Eingang E _P bzw. Heizmedium-Ausgang A _M sind die Produkt-Eintrittstemperatur TPE und damit auch die Heizmedium-Austrittstemperatur T _M A naturgemäß am niedrigsten, wobei zu Beginn der Betriebszeit nach Gleichung (1 ) die Änderung der Heizmedium-Temperatur TM zwischen Heizmedium-Eingang EM und -Ausgang A _M nicht nur von der notwendigen Temperaturdifferenz zwischen der Produkt-Austrittstemperatur T _PA und der Produkt-Eintrittstemperatur Tp _E , sondern auch von dem Massenstrom-Verhältnis f = f(1 ) = 1 ,43 abhängt. Im Fallbeispiel ist TMA(1 ) - Tp _E = AT _gr0 ß(1 ) = 5,6 °C. Die Temperaturdifferenz T _M - Tp steigt somit in der sauberen, nicht von Produkt-Fouling belegten Wäimeaustauschereinheit 22 vom Produkt-Ausgang Ap mit AT _k i _e in(1) = 0,9 °C zum Produkt-Eingang E _P mit ΔΤ _9ΓΟ β(1 ) = 5,6 °C (Faktor 6,2) stetig an, wodurch im Laufe der Betriebszeit zur durch den produktspezifischen Temperaturverlauf T _P (I _X ) bedingten Belagbildung ein weiterer Aufwuchs an Belag hinzukommt, der näherungsweise proportional zur Temperaturdifferenz T _M - T _P ist und am Anfang der Betriebszeit um Faktor 6,2 ge- spreizt ist.

Am Ende der Betriebszeit ergibt sich im Fallbeispiel TME(2) - TPA = AT _k i _e i _n (2) = 4,5 °C und T _M A(2) - T _PE = AT _groß (2) = 9,2 °C (etwa Faktor 2). Insgesamt gesehen stellt man über die Betriebszeit fest, dass der Belag überall auf dem gesamten Wärmeaustauschweg L kontinuierlich aufwächst, wobei die Belagdicke vom Produkt-Ausgang A _P zum Produkt-Eingang E _P zunimmt, weil in dieser Richtung und zu allen Zeiten die Temperaturdifferenzen zwischen Heizmedium M und damit der Wand und flüssigem Produkt P zunehmen. Der Belag hat signifikanten Einfluss auf den produktseitigen Wärmeübergang und damit auf die Wärmedurchgangs- zahl k. Da die Wärmeaustauschereinheit 22 über die gesamte Betriebszeit mit einem konstanten Massenstrom-Verhältnis f = f ( 1 ) = f(2) = 1 ,43 betrieben wird, kann der Anstieg der Temperaturdifferenz von AT _k i _e in(1 ) = 0,9 °C auf ÄT _k i _e in(2) = 4,5 °C am Produkt-Ausgang A _P und von AT _gr0ß (1 ) = 5,6 °C auf AT _gr0ß (2) = 9,2 °C am Produkt-Eingang E _P nur durch die Änderung der Stärke des Belags zum Einen und zum Anderen durch den Anstieg der Belagdicke zum Produkt-Eingang Ep hin und damit im Wesentlichen durch die Änderung der Wärmedurchgangszahl k in Abhängigkeit vom Wärmeaustauschweg l _x und von der Betriebszeit erklärt werden. Bei der gegenwärtigen Betriebsweise der Wärmeaustauschereinheit 22 sind zu- sammengefasst folgende Nachteile festzustellen:

• Nach Anfahren der sauberen Wärmeaustauschereinheit 22 und dem Einstellen einer stationären Produkt-Eintrittstemperatur TPE und einer stationären Pro- dukt-Austrittstemperatur Tp _A ist nicht erkennbar, ob letztere bereits vor dem Produkt-Austritt A _P erreicht ist und damit die Wärmeaustauschereinheit 22 optimal betrieben wird.

• Für den Fall, dass die Produkt-Austrittstemperatur TPA oder eine davon geringfügig abweichende bereits vor dem Produkt-Ausgang Ap, beispielsweise an der Stelle l _x = l _x1 < L erreicht wird, wirkt die verbleibende Strecke L - l _x i als Heißhaltestrecke in der Wärmeaustauschereinheit 22, und das flüssige Produkt P erfährt dadurch bereits eine Undefinierte und unerwünschte Verweilzeit, die sich nachteilig auf seine Qualität auswirken kann.

• Durch das hohe und über die gesamte Betriebszeit gleichbleibende Massen- Stromverhältnis f = (f(1 ) = f(2) = konstant wird ein unwirtschaftlicher Betrieb, zumindest im ersten Teil der Betriebszeit, in Kauf genommen.

• Durch die signifikante Vergrößerung der Temperaturspreizung über den gesamten Wärmeaustauschweg L von ÄT _k i _e in(1 ) auf ÄT _gr0 ij(1 ) (Faktor 6,2) am Anfang der Betriebszeit und bis zum Ende der Betriebszeit dann noch von AT _k iein(2) auf AT _gr0 ß(2) (etwa Faktor 2) ergibt sich, über die gesamte Wärmeaustauschfläche A gesehen, durch das Produkt-Fouling insgesamt eine Beladungsmenge, die generell und besonders im Bereich des Produkt-Eingangs E _P größer ist als sie wäre, wenn die vorstehende Vergrößerung der Temperaturdifferenzen, die grundsätzlich und tendenziell über die Betriebszeit hinweg hinzunehmen ist, geringer wäre.

• Die sich ansammelnde Beladungsmenge bestimmt die Standzeit der Wärmeaustauschereinheit 22 in der Hocherhitzerzone der Anordnung 10, d.h. die mögliche Betriebszeit als Zeit zwischen zwei erforderlichen Reinigungszyklen. Die bei der bisherigen Betriebsweise der Wärmeaustauschereinheit 22 beo- bachtete Belagbildung und die daraus resultierende Beladungsmenge nach Maß und Verteilung führt zu einer Reduzierung der Standzeit. In der WO 2014/191062 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Grades der Wärmebehandlung eines flüssigen Produkts in einem Verarbeitungssystem für flüssige Produkte beschrieben, wobei sich dieses bekannte Verfahren vorzugsweise auf die Pasteurisierung dieser flüssigen Produkte im Temperaturbereich von 10 bis 100 °C bezieht und keinen Hinweis auf eine Übertragung auf eine Erhitzung oder Hocherhitzung in UHT-Verfahren enthält. Bei dem ermittelten Grad der Wärmebehandlung handelt es sich um einen sog. Wärmebehandlungsindexwert, vergleichbar mit sog. Pasteurisierungseinheiten, den der Fachmann aus einem für das jeweilige flüssige Produkt an sich bekannten mathematischen Zusammen- hang, in den die dem flüssigen Produkt im Laufe seiner Wärmebehandlung in bestimmten Zeitabschnitten aufgeprägten Temperaturen eingehen, bestimmen kann.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art, eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens sowie eine Wärmeaustau- schereinheit für diese Anordnung zu schaffen, die bei der Behandlung von flüssigen Produkten, insbesondere temperatursensiblen Lebensmittelprodukten der eingangs genannten Art, das Produkt-Fouling in den dem Produkt-Eingang der Wärmeaustauschereinheit benachbarten Bereichen und darüber hinaus insgesamt vermindern und damit die Standzeit der Wärmeaustauschereinheit deutlich ver- längern.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen der Nebenansprüche 1 oder 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der zugeordneten Unteransprüche. Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs 7. Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung sind in den zugeordneten Unteransprüchen beschrieben. Eine Wärmeaustauschereinheit für ei- ne Anordnung nach Anspruch 7 ist Gegenstand des Anspruchs 10. Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wärmeaustauschereinheit ist Gegenstand des zugeordneten Unteranspruchs. Die Erfindung geht verfahrenstechnisch aus von einem Verfahren zur aseptischen Erhitzung eines flüssigen Produkts, wie beispielsweise temperatursensible Lebensmittelprodukte, insbesondere Milchprodukte, Desserts oder dessertartige Produkte, mit der gesamten Bandbreite möglicher Viskositäten, in einer Wärme- austauschereinheit der Erhitzer- oder Hocherhitzerzone einer Anordnung in einer UHT-Anlage. Dabei findet in der Wärmeaustauschereinheit zwischen dem flüssigen Produkt und einem Heizmedium ein indirekter Wärmeaustausch an einer Wand dadurch statt, dass ein in einem Wärme abgebenden Heizmediumraum strömender Heizmediumstrom im Gegenstrom zu einem in einem Wärme aufneh- menden Produktraum strömenden Produktstrom geführt wird. Der Produktstrom wird von einer Produkt-Eintrittstemperatur auf eine Produkt-Austrittstemperatur erhitzt und es werden dabei wenigstens die Produkt-Austrittstemperatur und die Heizmedium-Eintrittstemperatur überwacht und geregelt, wobei im Rahmen einer besonders sicheren Prozessführung auch die Produkt-Eintrittstemperatur über- wacht und ggf. über ein der Wärmeaustauschereinheit vorgeordnetes Prozessaggregat geregelt wird.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird nach einem ersten Verfahren gelöst, wenn bei dem Verfahren der gattungsgemäßen Art die nachstehenden Verfahrensschritte (A ), (B1 ), (C), (D1 ), (E) und (F) vorgesehen sind.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird nach einem zweiten Verfahren gelöst, wenn bei dem Verfahren der gattungsgemäßen Art die folgenden Verfahrensschritte (A2), (B2), (C), (D2), (E) und (F) vorgesehen sind:

Dabei besteht bei beiden Verfahren der erfinderische Grundgedanke darin, dass zur Lösung der gestellten Aufgabe die Sicherstellung eines optimalen produktspezifischen und optimalen heizmediumspezifischen Temperatur-Verlaufs über die gesamte Betriebszeit der Wärmeaustauschereinheit erforderlich ist und dies nur dann gelingen kann, wenn wenigstens Informationen über die Temperatur des Produktstroms, zumindest in einem Bereich oberstromig des Produkt-Ausganges, vorliegen, die eine geeignete Steuerung und Regelung des Heizmediumstromes ermöglichen. Mit diesen Informationen und den vorgeschlagenen Verfahrens- schritten wird das Produkt-Fouling in der Wärmeaustauschereinheit insgesamt und vor allem in den dem Produkt-Ausgang benachbarten Bereichen vermindert.

Erstes Verfahren

(A1 ) Einstellen eines nicht bekannten produktspezifischen Temperatur-Verlaufs zwischen der Produkt-Eintrittstemperatur und der Produkt-Austrittstemperatur mit Hilfe einer Zufuhr des erforderlichen Heizmediumstroms mit der erforderlichen Heizmedium-Eintrittstemperatur an einem Heizmedium- Eingang in den Heizmediumraum. Dieses Einstellen wird durch Messen diskreter Produkt-Temperaturen an vorgegebenen Messstellen im Produktstrom begleitet, wobei zumindest die Produkt-Austrittstemperatur und in der Regel auch die Produkt-Eintrittstemperatur über weitere vorgegebene Messstellen erfasst werden. Der sich aus diesen Messungen ergebende produktspezifische Temperatur-Verlauf wird zur Weiterverarbeitung gemäß Verfahrensschritt (D1 ) bereitgestellt.

Der Verfahrensschritt (A1) kommt zur Anwendung, wenn noch keine hinreichenden Erfahrungswerte für das flüssige Produkt vorliegen und lediglich die Endpunkte des Temperaturverlaufs, nämlich die Produkt-Eintrittstemperatur und die Pro- dukt-Austrittstemperatur, notwendigerweise vorgegeben sind. Der Verfahrensschritt Zufuhr des Heizmediumstromes mit der Heizmedium-Eintrittstemperatur ist so zu verstehen, dass zunächst Minimalwerte sowohl für die Heizmedium-Eintrittstemperatur als auch für den Heizmediumstrom gewählt werden, mit denen das Erreichen und das Halten der Produkt-Austrittstemperatur und der Produkt-Eintritts- temperatur gerade sichergestellt ist. Es wird demzufolge nicht, wie bisher, mit einem aus Sicherheitsgründen über die gesamte Betriebszeit hohen Massenstrom- verhältnis (= Heizmediumstrom/Produktstrom) gefahren, das in dieser Höhe für das Ende der Betriebszeit hinreichend ist, sondern mit einem deutlich kleineren. (B1 ) Vorgeben der Produkt-Eintrittstemperatur an einem Produkt-Eingang in den und der Produkt-Austrittstemperatur an einem Produkt-Ausgang aus dem Produktraum und Bereitstellen der Heizmedium-Eintrittstemperatur und des Heizmediumstroms. Die Verfahrensschritte Vorgeben und Bereitstellen sind so zu verstehen, dass diese quantitativen Anweisungen in Verbindung mit den notwendigen Steuerungsalgorithmen in einer Steuerungs- und Regelungseinheit hinterlegt sind. (C) Messen eines produktspezifischen Temperatur-Verlaufs zwischen dem Produkt-Ausgang und dem Produkt-Eingang an den vorgegebenen Messstellen.

Dieser Verfahrensschritt ist so zu verstehen, dass im Verlauf der Betriebszeit, wenn die Belagbildung fortschreitet, und zwar nach dem Einstellen des nicht bekannten produktspezifischen Temperatur-Verlaufs nach Verfahrensschritt (A1 ), der jeweils vorliegende produktspezifische Temperatur-Verlauf gemessen und zur Weiterverarbeitung gemäß dem nachfolgenden Verfahrensschritt (D1 ) bereitgestellt wird.

(D1 ) Vergleichen der Temperaturverläufe der Verfahrensschritte (A1 ) und (C) und Berechnen jeweiliger Temperatur-Abweichungen an den vorgegebenen Messstellen. Dieser Verfahrensschritt liefert infolge des aufwachsenden Belags ggf. Veränderungen des produktspezifischen Temperaturverlaufs nach oben oder unten, die sich durch die ermittelte jeweilige Temperatur-Abweichung ausdrückt, wobei ein „Durchsacken" der Produkt-Austrittstemperatur um beispielsweise 3 °C bedeuten kann, dass das flüssige Produkt die Wärmeaustauschereinheit nicht mehr asep- tisch verlässt. Die ermittelte Temperatur-Abweichung kann positiv oder negativ sein.

(E) Vorgeben einer zulässigen Temperatur-Abweichung. Diese Vorgabe ist vom flüssigen Produkt und von der jeweiligen Rezeptur abhängig und wird in der Steuerungs- und Regelungseinheit zur Weiterverarbeitung hinterlegt. Sie ist, wegen der möglichen positiven oder der negativen Temperatur- Abweichung, positiv und negativ, und ggf. betragsmäßig unterschiedlich. (F) Verändern der Heizmedium-Eintrittstemperatur auf eine Soll-Heizmedium- Eintrittstemperatur bei Überschreiten der zulässigen Temperatur-Abweichung durch die berechnete Temperatur-Abweichung. Der Verfahrensschritt Verändern ist so zu verstehen, dass bei Überschreiten der zulässigen Temperatur-Abweichung nach oben oder unten in der Steuerungs- und Regelungseinheit eine Vorschrift bzw. ein Algorithmus hinterlegt ist, nach dem zunächst nur die Soll-Heizmedium-Eintrittstemperatur geändert wird, mit der das produktspezifische Temperaturprofil in den Bereich der zulässigen Temperatur- Abweichung zurückgeführt wird. Es werden zweckmäßig die einander entsprechenden Beträge der infrage kommenden Abweichungen miteinander verglichen.

Zweites Verfahren

Bei dem erfindungsgemäßen zweiten Verfahren kann sich die Erörterung auf die Verfahrensschritte (A2) und (B2) beschränken, da die weiteren Verfahrensschritte (C), (D2), (E) und (F) mit den entsprechenden Verfahrensschritten (C), (D1 ), (E) und (F) inhaltlich identisch sind:

(A2) Einstellen eines bekannten produktspezifischen Soll-Temperatur-Verlaufs mit Hilfe des Messens diskreter Produkt-Temperaturen an vorgegebenen

Messstellen im Produktstrom und mit Hilfe einer Zufuhr des erforderlichen Heizmediumstroms mit der erforderlichen Heizmedium-Eintrittstemperatur an einem Heizmedium-Eingang in den Heizmediumraum. Dieser Verfahrensschritt Einstellen ist so zu verstehen, dass ein in der Steuerungs- und Regelungseinheit hinterlegter, bekannter produktspezifischen Soll- Temperatur-Verlauf mit Hilfe des Messens diskreter Produkt-Temperaturen an vorgegebenen Messstellen im Produktstrom gesteuert und justiert wird, wobei zumindest die Produkt-Austrittstemperatur und in der Regel auch die Produkt-Ein- trittstemperatur über weitere vorgegebenen Messstellen erfasst werden. Dieser eingestellte und vermessene und weitestgehend dem vorgegebenen bekannten produktspezifischen Temperatur-Verlauf entsprechende Temperaturverlauf wird zur Weiterverarbeitung gemäß Verfahrensschritt (D2) bereitgestellt. Der Verfahrensschritt kommt zur Anwendung, wenn hinreichenden Erfahrungswerte für das zu erhitzende flüssige Produkt aus früheren Erhitzungsprozessen vorliegen und damit ein realisierbarer produktspezifischer Soll-Temperatur-Verlauf vorliegt, der die notwendigerweise vorzugebenden Endpunkte des Temperaturver- laufs, nämlich die Produkt-Eintrittstemperatur und die Produkt-Austrittstemperatur, einschließt.

Der Verfahrensschritt Zufuhr des Heizmediumstromes mit der Heizmedium-Eintrittstemperatur ist so zu verstehen, dass diese Betriebsdaten bekannt sind und bereitgehalten werden, mit denen das Erreichen und das Halten des bekannten produktspezifischen Soll-Temperatur-Verlaufs sichergestellt ist. Es wird demzufolge nicht, wie bisher, mit einem aus Sicherheitsgründen über die gesamte Betriebszeit hohen Massenstromverhältnis gefahren, sondern diese Betriebsdaten sind zumindest für den Anfang der Betriebszeit im Sinne der erfindungsgemäßen Aufgabenstellung minimiert bzw. optimiert.

(B2) Vorgeben des bekannten produktspezifischen Soll-Temperatur-Verlaufs, der die Produkt-Eintrittstemperatur an einem Produkt-Eingang in den und die Produkt-Austrittstemperatur an einem Produkt-Ausgang aus dem Pro- duktraum einschließt, und Bereitstellen einer hinterlegten Zufuhr des Heizmediumstroms mit der Heizmedium-Eintrittstemperatur.

Die Verfahrensschritte Vorgeben und Bereitstellen sind so zu verstehen, dass diese quantitativen Anweisungen in Verbindung mit den notwendigen Steuerungsal- gorithmen in der Steuerungs- und Regelungseinheit hinterlegt sind.

Durch den Aufwuchs des Belages muss die Heizmedium-Eintrittstemperatur, über die Betriebszeit gesehen, verändert, d.h. angehoben werden, um den sich verschlechternden Wärmedurchgang zu kompensieren. Dies wird gemäß einem Vor- schlag dadurch erreicht, dass das Verändern der Heizmedium-Eintrittstemperatur auf die jeweils erforderliche Soll-Heizmedium-Eintrittstemperatur entweder in Temperaturstufen, die vorzugsweise sehr klein ausgeführt sein können, oder durch eine stetige Temperaturänderung erfolgt. In beiden Fällen kann eine sehr feinfühlige Temperaturregelung realisiert werden. Das Anheben der Heizmedium-Eintrittstemperatur findet seine Grenze einerseits durch die in der Prozessanlage vorhandenen Möglichkeiten, diese Temperaturen darzustellen, und andererseits durch Wirtschaftlichkeitsüberlegungen. Eine weite- re Begrenzung der Heizmedium-Eintrittstemperatur ist durch Geschwindigkeit des Temperaturanstieges, d.h. durch die Temperaturänderung in einer vorgegebenen Zeitspanne, gegeben. Dieser Temperatur-Gradient, beispielsweis in Grad Celsius/Stunde (°C/h), liefert einen Hinweis auf die Aufwuchsgeschwindigkeit des Belages und damit auf die verfügbare Standzeit der Wärmeaustauschereinheit.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens, die sowohl auf das erste als auch auf das zweite Verfahren gleichermaßen Anwendung findet, sieht folgende Verfahrensschritte vor:

(G) Ermitteln eines zeitlichen Temperatur-Gradienten aus einer Änderung der Heizmedium-Eintrittstemperatur in einer vorgegebenen Zeitspanne.

(H) Vorgeben eines Referenz-Gradienten für einen zulässigen Temperaturanstieg der Heizmedium-Eintrittstemperatur in der Zeitspanne.

(I) Vergleichen der Ergebnisse des Verfahrensschrittes (G) mit der Vorgabe nach Verfahrensschritt (H).

(J) Verändern des Heizmediumstroms auf einen Soll-Heizmediumstrom bei Überschreiten des Referenz-Gradienten durch den ermittelten zeitlichen Temperatur-Gradienten.

Da das erste und das zweite Verfahren mit einem gerade notwendigen Massen- strorriverhältnis zu Beginn der Betriebszeit gestartet wird, bestehen im Rahmen der Ressourcen der Prozessanlage und der gebotenen Wirtschaftlichkeit noch bis zum Ende der Betriebszeit signifikante mengenbezogene Steigerungen beim Heizmediumstrom, die etwa dort ihre Grenze finden, wo das bekannte Verfahren aus Sicherheitsüberlegungen heraus am Anfang der Betriebszeit startet.

Mit Blick auf die Veränderung des Heizmediumstroms sieht eine Ausgestaltung des Verfahrens vor, dass das Verändern des Heizmediumstroms auf den jeweils erforderlichen Soll-Heizmediumstrom entweder durch eine stufenweise oder eine stetige Erhöhung erfolgt. In beiden Fällen kann dadurch, bei entsprechender Aus- legung, einerseits eine feinfühlige Regelung der Medium-Eintrittstemperatur unterstützt und andererseits erreicht werden, dass eine Temperaturspreizung zwischen Produkt- und Heizmedium-Temperatur in Richtung zum Produkt-Eingang bzw. zum Heizmedium-Ausgang hin auf das gerade notwendige Maß beschränkt wird. Diese Maßnahme sorgt dafür, dass die durch die Temperaturspreizung forcierte Neigung zur verstärkten Belagbildung minimiert wird.

Ein Hinweis auf den fortschreitenden Aufwuchs des Belages wird durch eine andere Ausgestaltung des Verfahrens zusätzlich dadurch gegeben, dass am Produkt- Eingang ein Produkt-Eintrittsdruck und am Produkt-Ausgang ein Produkt- Austrittsdruck gemessen werden.

Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geht aus von einer bekannten UHT-Anlage mit einer Wärmeaustau- schereinheit in der Erhitzerzone, die, in Strömungsrichtung eines indirekt zu erhitzenden flüssigen Produkts gesehen, zwischen einer vorgeordneten Prozesseinheit und einer nachgeordneten Prozesseinheit angeordnet ist. Die Wärmeaustauschereinheit weist einen durchströmbaren, Wärme aufnehmenden Produktraum und einen durchströmbaren, Wärme abgebenden Heizmediumraum auf. Weiterhin ist wenigstens eine Messeinrichtung für Produktstrom, eine Messeinrichtung für Produkt-Eintrittstemperatur, eine Messeinrichtung für Produkt-Austrittstemperatur, eine Messeinrichtung für Heizmediumstrom und eine Messeinrichtung für Heizmedium-Eintrittstemperatur vorgesehen. Diese Messeinrichtungen stehen mit einer Steuerungs- und Regelungseinheit in Verbindung, die in Abhängigkeit von diesen Messeinrichtungen einen an der Steuerungs- und Regelungseinheit vorgesehenen Ausgang für Soll-Heizmedium-Eintrittstemperatur und einen Ausgang für Soll- Heizmediumstrom steuert.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, ausgehend von der vorstehend angegebenen bekannten Anordnung, dass im Produktraum der Wärmeaustauschereinheit, ober- stromig eines Produkt-Ausgangs und diesem im definierten Abstand benachbart, wenigstens eine Temperatur-Messstelle vorgesehen ist, die über eine jeweils zugeordnete Messeinrichtung für diskrete Produkt-Temperatur zur Messung diskreter Produkt-Temperaturen mit der Steuerungs- und Regelungseinheit verbunden ist. Mit dieser wenigstens einen Temperatur-Messstelle werden Informationen über den produktspezifischen Temperatur-Verlauf innerhalb des Produktraumes, und zwar in einem dem Produkt-Ausgang benachbarten Bereich, gewonnen. Dieser Bereich besitzt in jedem Falle einen definierten Abstand vom Produkt- Ausgang; vorzugsweise ist dieser Abstand dem Produkt-Ausgang unmittelbar benachbart.

Der produktspezifische Temperatur-Verlauf wird in dem in Rede stehenden Bereich nach einem Vorschlag umso exakter erfasst, wenn mehr als eine Tempera- tur-Messstelle vorgesehen ist. In diesem Falle sind diese Temperatur-Messstellen, entgegen der Strömungsrichtung des flüssigen Produkts, in Reihe zueinander und voneinander definiert beabstandet angeordnet.

Es hat sich gezeigt, dass es hinreichend ist, wenn die wenigstens eine Tempera- tur-Messstelle wenigstens im letzten Drittel des durchströmten Produktraumes angeordnet ist/sind. Dadurch kann dieser Bereich detektiert werden, aus dem erkennbar ist, ob die Wärmeaustauschfläche der Wärmeaustauschereinheit optimal und damit wirtschaftlich ausgenutzt und ob die Qualität des flüssigen Produkts durch eine in diesem Bereich bereits stattfindende Heißhaltung mit Undefinierter Verweilzeit gefährdet ist.

Eine erfindungsgemäße Wärmeaustauschereinheit, die für eine aseptische Erhitzung in einer Erhitzerzone einer Anordnung in einer UHT-Anlage im Sinne der erfindungsgemäßen Aufgabenstellung geeignet ist, ist in mehrere in Reihe miteinan- der geschaltete Sektionen unterteilt. Dabei sind benachbarte Sektionen produkt- seitig jeweils über ein vom flüssigen Produkt durchströmtes erstes Verbindungsglied und heizmediumseitig über ein zweites Verbind ungglied miteinander verbunden. Im ersten Verbindungsglied ist die jeweilige Temperatur-Messstelle vorgesehen. Durch den sektionsweisen Aufbau der Wärmeaustauschereinheit ist ein denkbar einfacher Zugang zu dem in Rede stehenden Bereich des Wärme aufnehmenden Produktraumes oberstromig des Produkt-Ausganges möglich. Eine sehr einfache Anordnung einer Temperatur-Messstelle ist in jedem dieser dem Bereich zugeordneten ersten Verbindungsglieder gegeben, ohne dass dabei auf komplizierte Weise in den Produktraum, in dem sich der Wärmeaustausch vollzieht, selbst eingegriffen werden muss.

Besonders einfach und zielführend gestalten sich nach einem weiteren Vorschlag die vorstehenden Maßnahmen, wenn die Wärmeaustauschereinheit als Rohr- Wärmeaustauscher ausgeführt ist und wenn die einzelne Sektion des Rohr- Wärmeaustauschers produktseitig jeweils als ein vom flüssigen Produkt durch- strömtes Monorohr oder als ein Rohrbündel mit einer Anzahl von vom flüssigen Produkt parallel durchströmten Innenrohren ausgebildet ist. Dabei ist das erste Verbindungsglied vorzugsweise jeweils als Verbindungsbogen oder als Verbindungsarmatur ausgebildet.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Eine eingehendere Darstellung der Erfindung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren der Zeichnung sowie aus den Ansprüchen. Während die Erfindung in den verschiedensten Ausgestaltungen eines ersten und eines zweiten Verfahrens der gattungsgemäßen Art, den verschiedensten Ausführungsformen einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens und den verschiedensten Ausführungsformen einer Wärmeaustauschereinheit für eine solche Anordnung realisiert ist, werden nachfolgend anhand der Zeichnung die beiden Verfahren, ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung, die eine erfindungsgemäße Wärmeaustauschereinheit aufnimmt, und zwei vorteilhafte Ausführungsformen der Wärmeaustauschereinheit beschrieben. Es zeigen

Figur 3 ein Flussdiagramm eines ersten und eines zweiten Verfahrens;

Figur 4 in schematischer Darstellung eine Anordnung mit einer Wärmeaustauschereinheit zur Durchführung der beiden Verfahren gemäß Figur 3;

Figur 5 ein Diagramm zur Darstellung der Temperaturverläufe in der Wär- meaustauschereinheit gemäß Figur 4;

Figur 6 die Vorderansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Wärmeaustauschereinheit gemäß Figur 4;

Figur 6a in schematischer und vergrößerter Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel der Wärmeaustauschereinheit gemäß Figur 6 anhand einer dort mit„Z" gekennzeichneten Einzelheit in Bezug auf die Ausformung des Wärme aufnehmenden Produktraumes und

Figur 6b in schematischer und vergrößerter Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel der Wärmeaustauschereinheit gemäß Figur 6 anhand ei- ner dort mit„Z" gekennzeichneten Einzelheit in Bezug auf die Ausformung des Wärme aufnehmenden Produktraumes.

Eine erfindungsgemäße Anordnung 20 (Figur 4), die einen Ausschnitt aus einer UHT-Anlage darstellt, ist in ihrem Grundaufbau weitestgehend identisch mit der vorstehend bereits beschriebenen Anordnung 10 nach dem Stand der Technik (Figur 1 ). Auf eine diesbezügliche neuerliche Beschreibung wird daher verzichtet. Der Unterschied zwischen der bekannten Anordnung 1 0 und der erfindungsgemäßen Anordnung 20 besteht darin, dass im Produktraum 22.1 der Wärmeaustauschereinheit 22, oberstromig des Produkt-Ausgangs A _P und diesem benachbart, wenigstens eine Temperatur-Messstelle 22.3 vorgesehen ist. Die wenigstens eine Temperatur-Messstelle 22.3 besitzt im Ausführungsbeispiel einen Abstand vom Produkt-Eingang Ep, der mit einem diskreten Wärmeaustauschweg l _x i bezeichnet ist, und somit vom Produkt-Ausgang A _P nach Maßgabe eines gesamten Wärmeaustauschweges L einen definierten Abstand L-I _x i besitzt. Die Temperatur- Messstellen 22.3 sind, entgegen der Strömungsrichtung des flüssigen Produkts P, in Reihe zueinander und voneinander in einem definierten Messstellenabstand ΔΙ beabstandet angeordnet. Jede dieser Messstellen 22.3 ist über eine jeweils zugeordnete Messeinrichtung für diskrete Produkt-Temperatur 25 zur Messung diskreter Produkt-Temperaturen T _P bzw. T _P1 bis T _Pn mit der Steuerungs- und Rege- lungseinheit 24 verbunden. Darüber hinaus ist vorgesehen, dass eine Messeinrichtung für Produkt-Eintrittsdruck 27.1 einen Produkt-Eintrittsdruck p _E und eine Messeinrichtung für Produkt-Austrittsdruck 27.2 einen Produkt-Austrittsdruck PA misst. Eine nicht notwendigerweise vorzusehende Messeinrichtung für Heizmedium-Austrittstemperatur 30.2 misst die Heizmedium-Austrittstemperatur T _M A-

Die in Figur 2 (Stand der Technik) enthaltenen Merkmale und Bezugsgrößen, die vorstehend definiert und erläutert wurden, finden sich auch identisch oder in lediglich bezeichnungsmäßig modifizierter Form teilweise in Figur 3 und überwiegend in den Figuren 5 und 6 wieder. Auch diesbezüglich wird nachfolgend auf eine neuerliche Definition und Erläuterung verzichtet. In Bezug auf den Erfindungsgegenstand werden nur die zusätzlichen Merkmale und Bezugsgrößen eingeführt und erläutert. In Figur 3 sind das erste und das zweite erfindungsgemäße Verfahren, jeweils in Verbindung mit einer für beide Verfahren vorteilhaften weiteren Ausgestaltung, in Form eines Flussdiagramms über der nach unten aufgetragenen Zeit t (vertikale Achse) veranschaulicht.

Erstes Verfahren

Das erste Verfahren geht aus von dem bekannten Verfahren zur aseptischen Erhitzung eines flüssigen Produkts P in einer Wärmeaustauschereinheit 22 der Erhitzerzone einer Anordnung 20 in einer UHT-Anlage, bei dem in der Wärmeaus- tauschereinheit 22 zwischen dem flüssigen Produkt P und einem Heizmedium M ein indirekter Wärmeaustausch an einer Wand dadurch stattfindet, dass ein in einem Wärme abgebenden Heizmediumraum 22.2 strömender Heizmediumstrom F _M im Gegenstrom zu einem in einem Wärme aufnehmenden Produktraum 22.1 strömenden Produktstrom F _P geführt wird, bei dem der Produktstrom Fp von einer Produkt-Eintrittstemperatur TPE auf eine Produkt-Austrittstemperatur Tp _A erhitzt wird und bei dem wenigstens die Produkt-Austrittstemperatur TPA und die Heizmedium-Eintrittstemperatur T _ME überwacht und geregelt werden,

Das erste Verfahren ist durch folgende Verfahrensschritte (A1 ), (B1 ), (C), (D1 ), (E) und (F) gekennzeichnet, die in ihrem Bedingungszusammenhang und ihrer Bedeutung in Figur 3 grafisch veranschaulicht sind:

(A1 ) Einstellen eines nicht bekannten produktspezifischen Temperatur-Verlaufs Π ^" ρ(Ιχ)]ρΕ-ΡΑ zwischen der Produkt-Eintrittstemperatur TPE und der Produkt- Austrittstemperatur TPA mit Hilfe einer Zufuhr des erforderlichen Heizmedi- umstroms F _M mit der erforderlichen Heizmedium-Eintrittstemperatur T _M E an einem Heizmedium-Eingang E _M in den Heizmediumraum 22.2 und Messen diskreter Produkt-Temperaturen T _P bzw. T _P i bis T _Pn an vorgegebenen Messstellen 22.3 im Produktstrom F _P . (B1 ) Vorgeben der Produkt-Eintrittstemperatur TPE an einem Produkt-Eingang E _P in den und der Produkt-Austrittstemperatur T _PA an einem Produkt- Ausgang A _P aus dem Produktraum 22.1 und Bereitstellen der Heizmedium- Eintrittstemperatur T E und des Heizmediumstroms FM- (C) Messen eines produktspezifischen Temperatur-Verlaufs Tp(l _x ) zwischen dem Produkt-Ausgang A _P und dem Produkt-Eingang E _P an den vorgegebenen Messstellen 22.3.

(D1 ) Vergleichen der Temperaturverläufe der Verfahrensschritte (A1 ) und (C) und Berechnen jeweiliger Temperatur-Abweichungen ΔΤ _Ρ an den vorgege- benen Messstellen 22.3.

(E) Vorgeben einer zulässigen Temperatur-Abweichung [ΔΤρ] ₀ .

(F) Verändern der Heizmedium-Eintrittstemperatur TME auf eine Soll-Heizmedium-Eintrittstemperatur TME* bei Überschreiten der zulässigen Temperatur-Abweichung [ΔΤρ] ₀ durch die berechnete Temperatur-Abweichung ΔΤ _Ρ .

Zweites Verfahren

Das zweite Verfahren geht ebenfalls aus von dem vorbeschriebenen bekannten Verfahren und ist durch folgende Verfahrensschritte (A2), (B2), (C), (D2), (E) und (F) gekennzeichnet, wobei die Verfahrensschritte (C), (E) und (F) mit den gleichnamigen Verfahrensschritten des ersten Verfahrens identisch sind. Auch die Verfahrensschritte des zweiten Verfahrens sind in ihrem Bedingungszusammenhang und ihrer Bedeutung ebenfalls in Figur 3 grafisch veranschaulicht:

(A2) Einstellen eines bekannten produktspezifischen Soll-Temperatur-Verlaufs [Tp(l _x )]o mit Hilfe des Messens diskreter Produkt-Temperaturen Tp bzw. T _P i bis Tp _n an vorgegebenen Messstellen 22.3 im Produktstrom F _P und mit Hilfe einer Zufuhr des erforderlichen Heizmediumstroms FM mit der erforderlichen Heizmedium-Eintrittstemperatur T _M E an einem Heizmedium-Eingang E _M in den Heizmediumraum 22.2.

(B2) Vorgeben des produktspezifischen Soll-Temperatur-Verlaufs ΓΤρ(Ι _χ )] _ΟΙ der die Produkt-Eintrittstemperatur T _P E an einem Produkt-Eingang E in den und die Produkt-Austrittstemperatur T _PA an einem Produkt-Ausgang Ap aus dem Produktraum 22.1 einschließt, und Bereitstellen einer hinterlegten Zu- fuhr des Heizmediumstroms F mit einer Heizmedium-Eintrittstemperatur T E-

Messen eines produktspezifischen Temperatur-Verlaufs T _P (I _X ) zwischen dem Produkt-Ausgang A _P und dem Produkt-Eingang E _P an den vorgegebenen Messstellen 22.3.

Vergleichen der Temperaturverläufe der Verfahrensschritte (A2) und (C) und Berechnen jeweiliger Temperatur-Abweichungen ΔΤρ an den vorgegebenen Messstellen 22.3.

Vorgeben einer zulässigen Temperatur-Abweichung [ΔΤ _Ρ ] ₀ .

Verändern der Heizmedium-Eintrittstemperatur T _M E auf eine Soll-Heizmedium-Eintrittstemperatur TME ^* bei Überschreiten der zulässigen Temperatur-Abweichung [ΔΤ _Ρ ] ₀ durch die berechnete Temperatur-Abweichung ΔΤ _Ρ .

Sowohl das erste als auch das zweite Verfahren können vorteilhaft jeweils mit weiteren Verfahrensschritten (G), (H), (I) und (J) ausgestaltet werden, die ebenfalls in ihrem Bedingungszusammenhang und ihrer Bedeutung in Figur 3 grafisch veranschaulicht sind:

(G) Ermitteln eines zeitlichen Temperatur-Gradienten ΔΤ Ε ΔΙ aus einer Änderung der Heizmedium-Eintrittstemperatur T _M E in einer vorgegebenen Zeitspanne Δΐ.

(H) Vorgeben eines Referenz-Gradienten [AT _ME /At] ₀ für einen zulässigen Temperaturanstieg der Heizmedium-Eintrittstemperatur T _ME in der Zeitspanne Δί.

(I) Vergleichen der Ergebnisse des Verfahrensschrittes (G) mit der Vorgabe nach Verfahrensschritt (H).

(J) Verändern des Heizmediumstroms FM auf einen Soll-Heizmediumstrom FM* bei Überschreiten des Referenz-Gradienten [ΔΤΜΕ Δ^ _Ο durch den ermittelten zeitlichen Temperatur-Gradienten ΔΤ _Μ ε/Δί.

Analog zur Darstellung in Figur 2 werden über die Betriebszeit der Wärmeaustauschereinheit 22 die in Figur 5 dargestellten Temperatur-Verläufe T _P (I _X ) und T _M (I _X ), aufgetragen über dem variablen Wärmeaustauschweg l _x , beobachtet. Mit T _P (I _X ) ist wiederum der produktspezifische Temperatur-Verlauf im zu behandelnden und vorgegebenen und Wärme aufnehmenden Produktstrom F _P zwischen der durch die vorgeordnete Prozesseinheit 21 bereitgestellten Produkt-Eintrittstemperatur Tp _E (z.B. 125 °C) und der zur Sicherstellung einer hinreichenden aseptischen Erhitzung notwendigen Produkt-Austrittstemperatur T _PA (z.B. 140 °C) bezeichnet. Mit T _M (I _X ) sind zwei heizmediumspezifische Temperatur-Verläufe im Wärme abgeben- den Heizmediumstrom F _M gekennzeichnet. Der, bezogen auf die Zeichnungslage, untere Temperaturverlauf zwischen einer dritten Heizmedium-Eintrittstemperatur T _E (3) (z.B. 141 ,7 °C) und einer dritten Heizmedium-Austrittstemperatur T _MA (3) (z.B. 128,8 °C) liegt zu Beginn der Betriebszeit vor, wenn die Wärmeaustauschereinheit 22 produktseitig noch frei von jeglichen Ablagerungen (Produkt-Fouling) ist.

Am Ende der Betriebszeit, nach beispielsweise 12 Stunden, hat die Steuerungsund Regelungseinheit 24 die Heizmedium-Eintrittstemperatur TME SO weit angehoben, dass nunmehr am Heizmedium-Eingang E _M eine vierte Heizmedium-Eintrittstemperatur T _M E(4) (Z.B. 144 °C) notwendig ist. Die sich zu Beginn der Betriebszeit am Heizmedium-Ausgang A _M zwangsläufig einstellende dritte Heizmedium- Austrittstemperatur T _M A(3) ist im Wesentlichen abhängig von einem dritten Mas- senstromverhältnis f(3), gebildet als Quotient aus einem dritten Heizmediumstrom F _M (3) und dem Produktstrom F _P einerseits (f(3) = F (3)/F _p = 1 ,14) und den weiteren vorstehend im Zusammenhang mit Figur 2 genannten Einflussgrößen.

Eine sich am Ende der Betriebszeit am Heizmedium-Ausgang A _M zwangsläufig einstellende vierte Heizmedium-Austrittstemperatur TMA(4) (Z.B. 134,6 °C) ist im Wesentlichen abhängig von einem vierten Massenstromverhältnis f(4), gebildet als Quotient aus einem vierten Heizmediumstrom FM(4) und dem Produktstrom F _P ei- nerseits (f(4) = F _M (4)/F _P = 1 ,57) und den weiteren vorstehend im Zusammenhang mit Figur 2 genannten Einflussgrößen.

Die Erfindung sieht vor, dass zu Beginn der Betriebszeit die Wärmeaustauschereinheit 22 mit einem Minimalwert für den dritten Heizmediumstrom F (3) gefahren wird, mit dem in Verbindung mit einem Minimalwert für die dritte Heizmedium-Eintrittstemperatur T _ME (3) das Erreichen und das Halten der Produkt-Austrittstemperatur Tp _A und der Produkt-Eintrittstemperatur T _P E sichergestellt ist. Im Rahmen der Steigerung der Heizmedium-Eintrittstemperatur von T E(3) auf TME(4) wird, im Gegensatz zum bekannten Verfahren, der Heizmediumstrom F von dem Minimalwert F _M (3) auf den Maximalwert F _M (4) schrittweise oder stufenlos angehoben. Im Ergebnis ergibt sich dadurch eine deutlich geringere Temperatur- spreizung zwischen der Produkt-Temperatur Tp und der Heizmedium-Temperatur T _M zum Produkt-Eingang E _P bzw. Heizmedium-Ausgang AM hin als beim bekannten Verfahren. Die diesbezüglichen Vorteile hinsichtlich eines geringeren Aufwuchses zum Produkt-Eingang E _P hin wurden vorstehend im Zusammenhang mit Figur 2 bereits beschrieben.

Die über die Betriebszeit aufgewachsene Belegung mit Produkt-Fouling erkennt der Fachmann, wie vorstehend ebenfalls dargelegt, an der mittleren logarithmischen Temperaturdifferenz AT _m . Im vorliegenden Falle ergibt sich erfindungsgemäß zu Beginn der Betriebszeit eine dritte mittlere logarithmische Temperaturdiffe- renz AT _m (3) = 2,6 °C und zum Ende der Betriebszeit eine vierte mittlere logarithmische Temperaturdifferenz AT _m (4) = 6,4 °C. Insoweit entsprechen diese Werte etwa jenen beim Verfahren nach dem Stand der Technik.

Aus den Gleichungen (2.1 ) und (2.2) mit entsprechend abgewandelten Größen re- sultierend ergibt sich im Unterschied zum bekannten Verfahren durch die signifikante Verringerung der Temperaturspreizung über den gesamten Wärmeaustauschweg L von AT _k iein(3) = 1 ,7 °C auf AT _gr0ß (3) = 3,8 °C (Faktor 2,2) vom Anfang der Betriebszeit an und bis zum Ende der Betriebszeit dann noch von AT _k i _e j _n (4) = 4 °C auf AT _groß (4) = 9,6 °C (Faktor 2,4) am Ende der Betriebszeit durch das Pro- dukt-Fouling, über die gesamte Wärmeaustauschfläche A gesehen, insgesamt eine geringere Beladungsmenge als beim bekannten Verfahren. Dieser Sachverhalt ist insbesondere dem Sachverhalt zu Beginn und in der ersten Hälfte der Betriebszeit geschuldet, wo die Temperaturspreizung, d.h. das Verhältnis von ΔΤ _9ΓΟβ (3)= 3,8 °C zu AT _k ,ein(3) = 1 ,7 °C, lediglich Faktor 2,2 beträgt, während sie sich beim bekannten Verfahren mit AT _gr0 ß(1 ) = 5,6 °C zu AT _k i _e i _n (1 ) = 0,9 °C mit Faktor 6,2 auf das Produkt-Fouling auswirkt. Eine Gegenüberstellung der relevanten Daten des Wärmeaustauschs beim bekannten Verfahren gemäß Figur 2 und des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Figur 5 zeigt die nachfolgende Tabelle:

Tabelle

Ein in Figur 5 wiederum mit T _P (I _X )' bezeichneter produktspezifischer Grenz-Tem- peratur-Verlauf des Produktstroms Fp ist hinsichtlich seines linearen Verlaufs zwischen Produkt-Eintrittstemperatur T E und Produkt-Austrittstemperatur T _PA , ebenso wie ein nicht dargestellter linearer Temperaturverlauf im Heizmediumstrom F _M , theoretischer Natur, wie vorstehend im Zusammenhang mit dem bekannten Verfahren bereits angegeben. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist es im Rahmen der zur Verfügung stehenden Einflussgrößen gelungen, wie Figur 5 zeigt, den tatsächlichen Temperaturverlauf im Produkt P und im Heizmedium M näher zusammenzuführen als beim bekannten Verfahren.

Figur 5 zeigt auch anschaulich die Verfahrensschritte D1 bzw. D2 und E und F. Eine zulässige Temperatur-Abweichung nach unten ist mit -[ΔΤ _Ρ ] ₀ und eine nach oben ist mit +[ΔΤρ] ₀ bezeichnet. Daraus ergeben sich ein unterer Grenztemperatur-Verlauf UP(I _X )]* und ein oberer Grenztemperatur-Verlauf ΓΤ _Ρ (Ι _Χ )]**. Der produkt- spezifische Temperatur-Verlauf T _P (I _X ) wird im Bereich nahe dem Produkt-Ausgang Ap durch die erfindungsgemäße Anordnung der Temperatur-Messstellen 22.3 über die diskreten Temperaturen T _P gemessen. Dabei ist die erste Produkt-Temperatur Tpi an dem diskreten Wärmeaustauschweg l _x i verortet (T _P (l _x i)) und die zweite Produkt-Temperatur T _P2 und die dritte Produkt-Temperatur T _P3 werden, in Strömungsrichtung des flüssigen Produkts P, in Reihe zueinander und voneinander um jeweils den Messstellenabstand ΔΙ beabstandet gemessen. Bricht der produktspezifische Temperatur-Verlauf T _P (I _X ) insbesondere aus diesem Bereich aus, dann wird erfindungsgemäß, wie vorstehend beschrieben und in Figur 3 verdeutlicht, durch die Einflussgrößen Soll-Heizmedium-Eintrittstemperatur TM ^* und Soll- Heizmedium-Strom FM* gegengesteuert.

Die erfindungsgemäße Wärmeaustauschereinheit 22 ist, wie in Figur 6 dargestellt, in mehrere in Reihe miteinander geschaltete Sektionen 22a unterteilt. Benachbar- te Sektionen 22a sind dabei produktseitig jeweils über ein vom flüssigen Produkt P durchströmtes erstes Verbindungsglied 32 und heizmediumseitig über ein zweites Verbindungglied 33 miteinander verbunden, wobei im Bedarfsfalle in einer notwendigen Anzahl erster Verbindungsglieder 32 die jeweilige Temperatur- Messstelle 22.3 vorgesehen ist.

Die apparative Ausgestaltung der Wärmeaustauschereinheit 22 nach der Erfindung gestaltet sich besonders einfach, wenn diese als Rohr-Wärmeaustauscher ausgeführt ist (Figur 6), bei der der Wärme aufnehmende Produktraum 22.1 und der Wärme abgebende Heizmediumraum 22.2, der den Produktraum 22.1 außen- seits umschließt, jeweils vorzugsweise die Form einer geraden Rohrstrecke aufweisen. Die Aufteilung der Rohrstrecke in Abschnitte gleicher oder auch unterschiedlicher Länge ergibt die Sektionen 22a. Hier gibt es zwei sich grundsätzlich unterscheidende Ausführungsformen, nämlich eine erste, bei der die einzelne Sektion 22a des Rohr-Wärmeaustauschers 22 produktseitig jeweils als vom flüssi- gen Produkt P durchströmtes Monorohr 22.1* ausgebildet ist, das von dem Heizmediumraum 22.2 in Form eines rohrförmigen Außenmantels konzentrisch umschlossen ist (Figur 6a). Bei der zweiten Ausführungsform, einem sogenannten Rohrbündel-Wärmeaustauscher 22, ist die einzelne Sektion 22a als Rohrbündel 22.1** mit einer Anzahl von vom flüssigen Produkt P parallel durchströmten Innenrohren 22.1* ^** (Figur 6b) ausgebildet. Dabei sind diese Innenrohre 22.1 ^* * ^* nicht nur, wie vereinfachend in Figur 6b gezeigt, in der Meridianebene des Heizmediumraumes 22.2 angeordnet, der die Innenrohre 22.1*** insgesamt als rohrförmiger Außenmantel umschließt, sondern sie verteilen sich möglichst gleichmäßig über den gesamten Querschnitt dieses Außenmantels. Wie Figur 6 zeigt, ist das erste Verbindungsglied 32 jeweils vorzugsweise als Verbindungsbogen, beispielsweise als 180-Grad Rohrbogen, oder als Verbindungsarmatur mit anderer geometrischer Form, die notwendigerweise einen Innendurchgang sicherstellt, ausgebildet. Das zweite Verbindungsglied 33 ist beispielsweise in Form eines kurzen Rohrstutzens ausgeführt, der benachbarte Au- ßenmäntei des Heizmediumraumes 22.2, jeweils in ihrem Endbereich, miteinander verbindet.

Durch die vorstehend aufgezeigte Ausgestaltung der Wärmeaustauschereinheit 22 in Form eines in Sektionen 22a unterteilten Rohr- oder Rohrbündel-Wärmeaustau- schers 22 ist die Anordnung der notwendigen Temperatur-Messstellen 22.3 sehr einfach möglich, weil der Zugang zum Produktstrom F _P in definierten Messstellen- abständen ΔΙ jeweils über das erste Verbindungsglied 32 unmittelbar gegeben ist, ohne dass in die Sektion 22a selbst und auf komplizierte Weise durch den Heizmediumraum 22.2 hindurch eingegriffen werden muss. An den Temperatur- Messstellen 22.3 lassen sich im Ausführungsbeispiel durch die jeweilige Messeinrichtung für diskrete Produkt-Temperatur 25 die erste, die zweite und die dritte Produkt-Temperatur Tpi bzw. Tp2 bzw. T _P3 , gewinnen. Die Anordnung der zugeordneten Temperatur-Messstellen 22.3 ist im Ausführungsbeispiel in Anlehnung an Figur 4 derart getroffen, dass sie, in Strömungsrichtung des flüssigen Produkts P gesehen, oberstromig des Produkt-Ausgangs Ap und in definiertem Abstand von diesem und zwangsläufig in Reihe zueinander und voneinander definiert beabstandet, nämlich im Abstand der vorzugsweise gleichen jeweiligen Länge der Sektion 22a, angeordnet sind. BEZUGSZEICHENLISTE DER VERWENDETEN ABKÜRZUNGEN

Figuren 1 und 2 (Stand der Technik)

10 Anordnung nach dem Stand der Technik

21 vorgeordnete Prozesseinheit

22 Wärmeäustauschereinheit

22.1 Wärme aufnehmender Produktraum

22.2 Wärme abgebender Heizmediumraum 23 nachgeordnete Prozesseinheit

24 Steuerungs- und Regelungseinheit

26 Messeinrichtung für Produktstrom (Fp)

28.1 Messeinrichtung für Produkt-Eintrittstemperatur (T _PE ) 28.2 Messeinrichtung für Produkt-Austrittstemperatur (T _PA )

29 Messeinrichtung für Heizmediumstrom (F _M )

30.1 Messeinrichtung für Heizmedium-Eintrittstemperatur (T _ME ) 31.1 Ausgang für Soll-Medium-Eintrittstemperatur (TME*)

31.2 Ausgang für Soll-Heizmediumstrom (F _M ^* )

A Wärmeaustauschfläche (der Wärmeaustauschereinheit 22) A _M Heizmedium-Ausgang

A _P Produkt-Ausgang

E Heizmedium-Eingang

E _P Produkt-Eingang F _M Heizmediumstrom - in z.B. kg/s

F _M ^* Soll-Heizmediumstrom

F _M (1 ) erster Heizmediumstrom

FM(2) zweiter Heizmediumstrom

Fp Produktstrom - in z.B. kg/s L gesamter Wärmeaustauschweg

M Heizmedium

P flüssiges Produkt

Q Wärmestrom in z.B. W = J/s

T _M Heizmedium-Temperatur

TM(I _x ) heizmediumspezifischer Temperatur-Verlauf, allgemein

TMA Heizmedium-Austrittstemperatur, allgemein

TMA(1 ) erste Heizmedium-Austrittstemperatur

TMA(2) zweite Heizmedium-Austrittstemperatur

TME Heizmedium-Eintrittstemperatur, allgemein

T E* Soll-Heizmedium-Eintrittstemperatur, allgemein

T E(1 ) erste Heizmedium-Eintrittstemperatur

T _ME (2) zweite Heizmedium-Eintrittstemperatur

Tp Produkt-Temperatur

Tp(l _x ) produktspezifischer Temperatur-Verlauf, allgemein

Tp(l _x )' produktspezifischer Grenztemperatur-Verlauf

Tp(l _x i) diskrete Temperatur des flüssigen Produkts

Tp _A Produkt-Austrittstemperatur

Tp _E Produkt-Eintrittstemperatur

AT _gr0 ß(1 ) erste große Temperaturdifferenz

AT _gr0 ß(2) zweite große Temperaturdifferenz

ΔΤκΐβίπ(1 ) erste kleine Temperaturdifferenz

AT _k iein(2) zweite klein Temperaturdifferenz

AT _m mittlere logarithmische Temperatur-Differenz, allgemein

AT _m (1 ) erste mittlere logarithmische Temperatur-Differenz

AT _m (2) zweite mittlere logarithmische Temperatur-Differenz

C spezifische Wärmekapazität des Heizmediums (M) - in z.B. J/(kgK) c _P spezifische Wärmekapazität des flüssigen Produkts (P) - z.B. J/(kgK) Massenstrom-Verhältnis, allgemein

f(1 ) erstes Massenstrom-Verhältnis

f(2) zweites Massenstrom-Verhältnis k Wärmedurchgangszahl in z.B. W/(m ² K) = J/(m ² sK)

Ix variabler Wärmeaustauschweg

1x1 diskreter Wärmeaustauschweg (an der Stelle l _x i )

Figur 3

A1 Einstellen eines nicht bekannten produktspezifischen Temperatur- Verlaufs P ^" p(l _x )]p _E- PA

A2 Einstellen eines bekannten produktspezifischen Soll-Temperatur- Verlaufs [Tp(l _x )]o

B1 Vorgeben der Produkt-Eintrittstemperatur T _PE und der Produkt-Austrittstemperatur Tp _A und Bereitstellen der Heizmedium-Eintrittstemperatur T _M E und des Heizmediumstroms F _M

B2 Vorgeben des bekannten produktspezifischen Soll-Temperatur- Verlaufs [Tp(l _x )]o und Bereitstellen des Heizmediumstroms F _M mit einer Heizmedium-Eintrittstemperatur TME

Messen eines produktspezifischen Temperatur-Verlaufs Tp(l _x )

D1 Vergleichen der Temperaturverläufe der Verfahrensschritte

(A1) und (C) und Berechnen von Temperaturabweichungen ΔΤρ

D2 Vergleichen der Temperaturverläufe der Verfahrensschritte

(A2) und (C) und Berechnen von Temperaturabweichungen ΔΤ _Ρ

E Vorgeben einer zulässigen Temperatur-Abweichung [ΔΤ _Ρ ] ₀

F Verändern der Heizmedium-Eintrittstemperatur T _M E

G Ermitteln eines zeitlichen Temperatur-Gradienten ΔΤΜΕ ΔΪ

H Vorgeben eines Referenz-Gradienten [ΔΤΜΕ/ΔΪ] ₀

Vergleichen der Ergebnisse des Verfahrensschrittes (G) mit der Vorgabe nach Verfahrensschritt (H);

Verändern des Heizmediumstroms F _M Figuren 4 bis 6, 6a, 6b

20 Anordnung

22a Sektion

22.1* Monorohr

22.1** Rohrbündel

22.1*** Innenrohre

22.3 Temperatur-Messstelle 25 Messeinrichtung für diskrete Produkt-Temperatur T _P ; T _P i bis T _Pn

27.1 Messeinrichtung für Produkt-Eintrittsdruck (p _E )

27.2 Messeinrichtung für Produkt-Austrittsdruck (p _A ) 30.2 Messeinrichtung für Heizmedium-Austrittstemperatur (T _M A)

32 erstes Verbindungsglied

33 zweites Verbindungsglied

F _M (3) dritter Heizmediumstrom

F _M (4) vierter Heizmediumstrom

T _MA (3) dritte Heizmedium-Austrittstemperatur

T A(4) vierte Heizmedium-Austrittstemperatur

T E(3) dritte Heizmedium-Eintrittstemperatur

TME(4) vierte Heizmedium-Eintrittstemperatur

T _P diskrete Produkt-Temperatur, allgemein

T _P1 erste Produkt-Temperatur

T _P2 zweite Produkt-Temperatur

TP3 dritte Produkt-Temperatur

T _Pi ite-Produkt-Temperatur

T _n nte Produkt-Temperatur UP(I _X )] _PE - _PA nicht bekannter produktspezifischer Temperatur-Verlauf zwischen der Produkt-Eintrittstemperatur T _PE und der Produkt-Austrittstemperatur Tp _A

[Tp(l _x )]o bekannter produktspezifischer Soll-Temperatur-Verlauf

[Τρ(Ιχ)] ^* unterer Grenztemperatur-Verlauf

[Τρ(Ιχ)] ^* * oberer Grenztemperatur-Verlauf

ΔΤ _ΜΕ /Δΐ zeitlicher Temperatur-Gradient

[ΔΤ _ΜΕ /Δί] ₀ Referenz-Gradient

AT _m (3) dritte mittlere logarithmische Temperatur-Differenz

AT _m (4) vierte mittlere logarithmische Temperatur-Differenz

ΔΤ _9ΓΟ β(3) dritte große Temperaturdifferenz

AT _gr0ß (4) vierte große Temperaturdifferenz

ΔΤκι _β (η(3) dritte kleine Temperaturdifferenz

ΔΤκι _β ίη(4) vierte kleine Temperaturdifferenz

±ΔΤ _Ρ Temperatur-Abweichung (+: nach oben; -: nach unten)

±[ΔΤρ] ₀ zulässige Temperatur-Abweichung (+: nach oben; -: nach unten) f(3) drittes Massenstrom-Verhältnis

f(4) viertes Massenstrom-Verhältnis ΔΙ Messstellenabstand

P _A Produkt-Austrittsdruck

P _E Produkt-Eintrittsdruck t Zeit

Ai Zeitspanne