DE10127075C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Emulsionen mittels Membrankörpern - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Emulsionen mittels MembrankörpernInfo
- Publication number
- DE10127075C2 DE10127075C2 DE10127075A DE10127075A DE10127075C2 DE 10127075 C2 DE10127075 C2 DE 10127075C2 DE 10127075 A DE10127075 A DE 10127075A DE 10127075 A DE10127075 A DE 10127075A DE 10127075 C2 DE10127075 C2 DE 10127075C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- membrane
- shaft
- housing
- phase
- emulsion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
- B01F23/40—Mixing liquids with liquids; Emulsifying
- B01F23/43—Mixing liquids with liquids; Emulsifying using driven stirrers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
- B01F23/40—Mixing liquids with liquids; Emulsifying
- B01F23/41—Emulsifying
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/30—Injector mixers
- B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
- B01F25/313—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit
- B01F25/3131—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit with additional mixing means other than injector mixers, e.g. screens, baffles or rotating elements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/30—Injector mixers
- B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
- B01F25/313—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit
- B01F25/3133—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit characterised by the specific design of the injector
- B01F25/31331—Perforated, multi-opening, with a plurality of holes
- B01F25/313311—Porous injectors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/30—Injector mixers
- B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
- B01F25/313—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit
- B01F25/3133—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced in the centre of the conduit characterised by the specific design of the injector
- B01F25/31333—Rotatable injectors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
- B01F27/27—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices
- B01F27/271—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed radially between the surfaces of the rotor and the stator
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
- B01F27/05—Stirrers
- B01F27/051—Stirrers characterised by their elements, materials or mechanical properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
- B01F27/05—Stirrers
- B01F27/11—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers
- B01F27/115—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers comprising discs or disc-like elements essentially perpendicular to the stirrer shaft axis
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
- B01F27/05—Stirrers
- B01F27/11—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers
- B01F27/19—Stirrers with two or more mixing elements mounted in sequence on the same axis
- B01F27/191—Stirrers with two or more mixing elements mounted in sequence on the same axis with similar elements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
- B01F27/21—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders characterised by their rotating shafts
- B01F27/2122—Hollow shafts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Colloid Chemistry (AREA)
- Medicinal Preparation (AREA)
- Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)
- Polymerisation Methods In General (AREA)
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zur Herstellung von Emulsionen
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zur Herstellung von
Emulsionen. Hierzu werden mehrere Membrankörper eingesetzt,
durch die eine disperse Phase eines flüssigen Mediums
in eine kontinuierliche Phase eines anderen flüssigen
Mediums fein verteilt eingebracht wird. Bei einer
Emulsion liegt die disperse Phase in Form feiner
Tropfen in der kontinuierlichen Phase verteilt vor.
In vielen technischen Bereichen, bspw. bei der
Lebensmittelherstellung oder der Produktion
pharmazeutischer Produkte, ist es regelmäßig notwendig,
lipophile und hydrophile Substanzen zu einem Produkt zu
vereinigen. Als Produktform wird hierbei in vielen
Fällen die Emulsion aus einer öligen und einer
wässrigen Phase gewählt.
Industriell werden Emulsionen häufig in Rotor-
Stator-Systemen hergestellt. Beispiele für Rotor-
Stator-Systeme sind einfache Rührwerke, Zahnkranz
dispergiermaschinen und Kolloidmühlen. Bei derartigen
Systemen werden die kontinuierliche und die disperse
Phase in einem Behältnis zusammengebracht und durch den
Betrieb des Rotors unter Bildung einer Emulsion
miteinander vermischt.
Als weitere Systeme zur Herstellung von Emulsionen
sind Hochdruckhomogenisatoren oder die Beaufschlagung
eines Systems aus disperser und kontinuierlicher Phase
mit Ultraschall bekannt.
Der Energieaufwand für den Betrieb dieser Geräte
ist jedoch sehr hoch. Während des Emulgierprozesses
tritt zudem häufig eine starke Wärmeentwicklung ein,
die die Emulsion auf unerwünscht hohe Temperaturen
aufheizen kann. In Abhängigkeit vom eingesetzten
Emulgiergerät liegen die Durchmesser der Emulsions
tröpfchen zwischen 0,1 und 100 µm, wobei in der Regel
eine sehr breite Tröpfchengrößenverteilung vorliegt.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von
Emulsionen setzt eine Membrantechnik zur Erzeugung fein
verteilter Tröpfchen der dispersen Phase in der
kontinuierlichen Phase ein. Die disperse Phase wird
hierbei durch die Poren einer Membran gepresst, so dass
sich an der Oberfläche der Membran Tropfen ausbilden,
die nach Erreichen eines kritischen Tropfendurchmessers
abreißen und von der über die Oberfläche strömenden
kontinuierlichen Phase mitgerissen werden.
In einer bekannten Ausführung einer derartigen
Vorrichtung wird eine Rohrmembran eingesetzt, die von
einer kontinuierlichen Phase durchströmt wird. Die
disperse Phase wird von außen durch das poröse System
der Rohrmembran in die innen strömende kontinuierliche
Phase gepresst. Der Fluss der dispersen Phase kommt
aufgrund einer angelegten transmembranen Druckdifferenz
zustande. Der eigentliche Vorgang des Emulgierens, d. h.
die Tropfenbildung, findet an der inneren Oberfläche
der Rohrmembran statt. Die Tropfen wachsen an dieser
Oberfläche solange an, bis die tropfenablösenden Kräfte
größer werden als die Kräfte, die den Tropfen an der
jeweiligen Pore festhalten. Der Tropfen wird dann mit
dem erreichten Durchmesser von der kontinuierlichen
Phase, die die Membranoberfläche überströmt, abgelöst
und von der Strömung mitgerissen. Dadurch können sehr
homogene Emulsionen mit relativ enger Tröpfchengrößen
verteilung erzeugt werden. Um eine ausreichend große
Überströmung der Membranoberfläche durch die
kontinuierliche Phase zu erreichen, muss auch bei
diesen Systemen eine starke Pumpe eingesetzt werden,
die zu einem hohen Energieverbrauch und einer
unerwünschten Erwärmung der erzeugten Emulsion führt.
Die DE 198 23 839 A1 beschreibt eine Vorrichtung
sowie ein Verfahren zum Mischen und Dispergieren zweier
Phasen. Hierbei wird einem scheibenförmigen Porenkörper
über einen Zuführkanal eine erste Phase zugeführt,
während dieser in einer zweiten Phase rotiert. Durch
die Rotation tritt die erste Phase radial aus dem
Probenkörper aus und verteilt sich in der zweiten
Phase. Bei beiden Phasen kann es sich um eine
Flüssigkeit handeln. Bei dieser Vorrichtung handelt es
sich um einen einfachen Rührkessel, in dem es aufgrund
der konstruktiven Gestaltung zu undefinierten
Strömungsausbildungen in der kontinuierlichen Phase
kommt. Daher ist die Herstellung von Emulsionen, die
eine homogene Tröpfchengrößenverteilung aufweisen, mit
dem in dieser Druckschrift beschriebenen Verfahren bzw.
mit der entsprechenden Vorrichtung nicht möglich.
Darüber hinaus beschreibt die US 4,201,691 eine
Vorrichtung zur Generierung und Verteilung einer
Vielphasendispersion in einer Suspensionsphase. Eine
hohle, scheibenförmige Mehrschichtmembran wird in einem
Behälter derart angeordnet, dass die Membran überströmt
werden kann. Da die Membran allerdings nicht
kontinuierlich in Rotation versetzt wird, kann keine
hohe Überströmgeschwindigkeit an der Membranoberfläche
gewährleistet werden.
Weiterhin wird in der WO 01/45830 A1 eine
Vorrichtung mit einem Gehäuse mit Ein- und
Auslassöffnungen für eine kontinuierliche Phase eines
ersten flüssigen Mediums beschrieben, mit der
Emulsionen herstellbar sind. In dem Gehäuse befindet
sich eine rotierend antreibbar angeordnete Welle, in
der ein Zuführkanal für eine disperse Phase eines
zweiten flüssigen Mediums ausgebildet ist. Ferner sieht
die Vorrichtung einen oder mehrere hohl ausgebildete
rohrförmige Membrankörper vor, die an der Welle
befestigt sind, wobei der Zuführkanal über die Welle
mit den hohl ausgebildeten Membrankörpern verbunden
ist, um die Zuführung der dispersen Phase über den
Zuführkanal in den Membrankörper zu ermöglichen.
Nachteilig an der in dieser Druckschrift beschriebenen
Lösung ist allerdings, dass in dem Rührkessel Toträume
bezüglich der Durchmischung bzw. Durchströmung
vorhanden sind. Dies führt zu einer nichthomogenen
Durchmischung der kontinuierlichen Phase und zur Gefahr
der Koagulation, so dass sich auch hier unkontrolliert
große Tröpfchen herausbilden können.
Die JP 58-216 726 A beschreibt ein Rührwerk zur
Herstellung eines Gemisches. Bei diesem Rührwerk werden
die zu mischenden Phasen über einen Einlass in ein
Gehäuse eingebracht, in dem sich eine Welle mit
scheibenförmigen Rotoren dreht. Zur Verstärkung des
Schereffektes ist der in dem Gehäuse befindliche Stator
in seiner Innenform an die Kontur der Rotoren
angepasst, so dass jeweils nur ein geringer
Zwischenraum zwischen den Rotorflächen und dem Stator
entsteht. Diese Vorrichtung stellt ein einfaches
Rührwerk dar, das nach dem Rotor/Stator-Prinzip
arbeitet. Beide Phasen, sowohl die kontinuierliche
als auch die nichtkontinuierliche, werden in das Gehäuse
eingefüllt, wobei der Scheibenrührer ausschließlich der
daran anschließenden Durchmischung dient. Die
beschriebene Vorrichtung zeichnet sich durch einen
hohen Energiebedarf aus und es wird nur ein relativ
schlechtes und vor allem inhomogenes Mischungsergebnis
erzielt.
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik
besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin,
eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von
Emulsionen anzugeben, die bzw. das eine homogene
Tröpfchengrößenverteilung bei geringem Energieverbrauch
ermöglicht.
Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung und dem
Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 bzw. 3 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung und des
Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Vorrichtung weist ein Gehäuse mit Ein- und
Auslassöffnung für eine kontinuierliche Phase eines
ersten flüssigen Mediums, eine in dem Gehäuse rotierend
antreibbar angeordnete Welle, an oder in der ein
Zufuhrkanal für eine disperse Phase eines zweiten
flüssigen Mediums ausgebildet ist, und
mehrere Membrankörper, die als Membranscheiben
ausgebildet, an entlang der Welle voneinander
beabstandeten Positionen angeordnet und derart an der
Welle befestigt sind, dass die Welle durch deren
Symmetriezentrum verläuft. Der Zufuhrkanal ist bei der
vorliegenden Vorrichtung über die Welle mit den hohl
ausgebildeten Membrankörpern verbunden, um die
Zuführung der dispersen Phase über den Zufuhrkanal in
die Membrankörper zu ermöglichen. Die Vorrichtung
zeichnet sich dadurch aus, dass die Membrankörper hohl
ausgebildet sind und ein aufgrund der beabstandeten
Positionen zwischen den Membrankörpern vorliegender
Zwischenraum durch eine angepasste Innenkontur des
Gehäuses unter Beibehaltung eines geringen Abstandes zu
den Membrankörpern und der Welle ausgefüllt ist.
Beim Betrieb dieser Vorrichtung wird die
kontinuierliche Phase in das Gehäuse eingebracht und
anschließend oder gleichzeitig die disperse Phase über
den Zufuhrkanal an der Welle unter Druck in die hohl
ausgebildeten Membrankörper eingeleitet. Während der
Zuführung der dispersen Phase wird die Welle über einen
Motor, der getrennt von der Vorrichtung vorliegen kann,
rotierend angetrieben, so dass die daran befestigten
Membrankörper in der kontinuierlichen Phase um die
Längsachse der Welle rotieren. Die disperse Phase wird
dabei durch die Poren der Membrankörper in die
kontinuierliche Phase gepresst, wobei die Ablösung der
Tröpfchen wie bei der oben beschriebenen Membrantechnik
erfolgt.
Die vorliegende Vorrichtung und das zugehörige
Verfahren weisen aufgrund ihres Aufbaus und der damit
verbundenen Betriebsweise besondere Vorteile auf. So
ist es durch die Rotation der Membranhohlkörper in der
kontinuierlichen Phase nicht erforderlich, diese Phase
in dem Gehäuse zusätzlich umzupumpen. Die erforderliche
Überströmgeschwindigkeit der kontinuierlichen Phase
über die Membranoberfläche wird bereits durch die
Rotation der Membrankörper erreicht. Auf eine
ausreichend groß dimensionierte Pumpe mit entsprechend
hohem Energieverbrauch kann bei der vorliegenden
Vorrichtung und dem vorliegenden Verfahren daher
verzichtet werden. Selbst wenn die kontinuierliche
Phase zusätzlich in dem Gehäuse umgepumpt wird, ist
dafür eine wesentlich kleiner dimensionierte Pumpe
ausreichend, da diese nicht zur Erzeugung der
erforderlichen Überströmgeschwindigkeiten ausgebildet
sein muss.
Durch die Rotation der Membrankörper in der
kontinuierlichen Phase treten Zentrifugalkräfte auf,
die zusätzlich zum anliegenden Druck auf die disperse
Phase in den Membrankörpern einwirken. Durch diese
zusätzlich wirkenden Zentrifugalkräfte wird ein
größerer Teil der dispersen Phase an den von der Welle
am weitesten entfernt liegenden Bereichen der
Membrankörper in die kontinuierliche Phase austreten,
an denen die Überströmgeschwindigkeit der
kontinuierlichen Phase vorteilhafterweise am höchsten
ist. Dieser Effekt führt zu einer optimalen Ausnutzung
der zur Rotation aufgewendeten Energie für den
Emulgierprozess.
Die an der Welle befestigten hohlen Membrankörper
sind zur Ausnutzung des obigen Effektes als
scheibenförmige Membranhohlkörper augebildet, durch
deren Symmetriezentrum die Welle verläuft. Die
einzelnen Scheiben weisen dabei vorzugsweise den
gleichen Scheibendurchmesser auf und sind in annähernd
konstantem Abstand und parallel zueinander an der Welle
angeordnet. Dies ergibt einen annähernd
zylinderförmigen Rotationsraum, der durch ein
zylinderförmig ausgebildetes Gehäuse umschlossen werden
kann.
Das Gehäuse weist eine Innenkontur auf, die an die
äußere Form der Membrankörper und der Welle angepasst
ist, ohne deren Rotation zu behindern. Zwischen der
Innenkontur und der Oberfläche der Membrankörper und
der Welle verbleibt dabei ein Zwischenraum, der von der
kontinuierlichen Phase ausgefüllt wird. Durch eine
derartige Ausgestaltung wird gewährleistet, dass ein
großer Volumenanteil der in dem Gehäuse vorliegenden
kontinuierlichen Phase mit der Oberfläche der
Membrankörper in Kontakt ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der
Zufuhrkanal nicht als gesonderter Kanal an der Welle
befestigt. Die Welle ist vielmehr als Hohlwelle
ausgebildet, so dass sie selbst den Zufuhrkanal bildet.
Die Verbindung zwischen dem Zufuhrkanal und dem Inneren
der hohlen Membrankörper wird über geeignete Öffnungen
der Hohlwelle bzw. des Zufuhrkanals und der Membran
körper an den entsprechenden Befestigungsstellen der
Membrankörper an der Welle erreicht.
Die vorliegende Vorrichtung kann sowohl für eine
diskontinuierliche als auch für eine kontinuierliche
Herstellung von Emulsionen eingesetzt werden. Bei einer
diskontinuierlichen Herstellung wird die kontinuier
liche Phase zunächst in das Gehäuse eingeleitet.
Anschließend werden die Membrankörper über die Welle in
Bewegung versetzt und die disperse Phase unter Druck in
die Membrankörper eingeführt. Nach einem vorgebbaren
Zeitintervall, das für die Herstellung der gewünschten
Emulsion ausreichend ist, wird diese über die Auslass
öffnung abgezogen und der gesamte Prozess beginnt von
Neuem.
Bei einer kontinuierlichen Betriebsweise wird die
kontinuierliche Phase ständig über die Einlassöffnung
zugeführt und die Emulsion ständig über die Auslass
öffnung abgezogen. Die hierfür erforderliche Pumpe muss
lediglich den Transport des flüssigen Mediums von der
Einlass- zur Auslassöffnung gewährleisten. Die
erforderlichen Überströmgeschwindigkeiten über die
Oberfläche der Membrankörper werden durch die Rotation
der Membrankörper erreicht.
Selbstverständlich werden die Anzahl der Membran
körper sowie die Dimensionen der Membrankörper und des
Gehäuses wie auch der Druck der dispersen Phase in den
Membrankörpern und die Verweilzeit der kontinuierlichen
Phase im Gehäuse vom Fachmann geeignet gewählt, um das
gewünschte Ergebnis in Abhängigkeit von den einge
setzten flüssigen Medien zu erreichen. Das Gleiche gilt
für die Wahl der Materialien der Membrankörper sowie
deren Trenngrenzen. So können neben Keramikmaterialien
für die Membrankörper auch Polymermaterialien oder
andere anorganische Materialien, wie Metalle,
Kohlenstoffe, Gläser, eingesetzt werden. Das Einbringen
der dispersen in die kontinuierliche Phase kann durch
die Wahl von Membranmaterialien mit definierten
Oberflächeneigenschaften verbessert werden. Dabei kann
es von Vorteil sein, die Membranoberfläche hydrophil,
hydrophob bis hin zu oleophob auszustatten. Dies kann
durch die Wahl des Membranmaterials oder durch
zusätzliche Beschichtungen auch bei anorganischen
Materialien erreicht werden. Die Membranen selbst
können als Nanofiltrationsmembranen, Ultrafiltrations
membranen oder Mikrofiltrationsmembranen ausgebildet
sein. Für das Gehäuse wird ein geeignetes Material
gewählt, das mit den verwendeten flüssigen Medien
verträglich ist.
Die vorliegende Vorrichtung sowie das vorliegende
Verfahren werden nachfolgend anhand eines Ausführungs
beispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals
kurz erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 schematisch ein Beispiel für eine
Membrantechnik gemäß dem Stand der
Technik; und
Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer
Vorrichtung gemäß einem Ausführungs
beispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt schematisch die Wirkungsweise der
Membrantechnik zur Herstellung von Emulsionen, wie sie
aus dem Stand der Technik bekannt ist. Hierbei wird
eine Rohrmembran 12 eingesetzt, die von einer
kontinuierlichen Phase 9 durchströmt wird. Von
außerhalb der Rohrmembran 12 wird die disperse Phase 8
durch die Poren 13 der Rohrmembran 12 gepresst, so dass
sich an der inneren Membranoberfläche 14 Tröpfchen 15
bilden, die nach Erreichen einer bestimmten Tröpfchen
größe von der kontinuierlichen Phase 9 mitgerissen
werden, so dass am Austritt aus der Rohrmembran 12 eine
Emulsion 10 vorliegt.
Zum Betrieb einer derartigen Vorrichtung muss
jedoch eine ausreichend hohe Überströmgeschwindigkeit
der kontinuierlichen Phase 9 über die Membranoberfläche
14 erreicht werden, die eine Pumpe mit hohem Energie
verbrauch erfordert.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer
Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die
keinen derart hohen Energieverbrauch zur Erzeugung der
Emulsion aufweist. Die Vorrichtung besteht aus einem
Gehäuse 1 mit einer Einlassöffnung 2 für die
kontinuierliche Phase 9 und einer Auslassöffnung 3 für
die fertige Emulsion. An der Ein- 2 sowie der
Auslassöffnung 3 sind jeweils Ventile 16 vorgesehen, um
den Zufluss bzw. Abfluss der kontinuierlichen Phase 9
bzw. der Emulsion 10 unterbrechen zu können. In dem
Gehäuse ist eine rotierend antreibbare Welle 4
ausgebildet, an der im vorliegenden Beispiel vier
scheibenförmige Membrankörper 6 befestigt sind. Die
Welle 4 ist eine Hohlwelle, die gleichzeitig den
Zufuhrkanal 5 für die disperse Phase 8 bildet. Der
Zufuhrkanal 5 ist an der Befestigung der Membran
scheiben 6 mit der Hohlwelle 4 mit den hohlen
Innenräumen der als Filterelemente ausgebildeten
Membranscheiben 6 verbunden. Die Hohlwelle 4 verläuft
hierbei durch das Symmetriezentrum der einzelnen
Membranscheiben 6, so dass diese um ihre Symmetrieachse
rotierend durch die Hohlwelle 4 angetrieben werden. Das
Gehäuse 1 weist eine Innenkontur 7 auf, die sich an die
Kontur der Membranscheiben 6 und der Hohlwelle 4
anpasst, so dass lediglich geringe Zwischenräume
zwischen der Innenkontur 7 und den Membrankörpern 6
bzw. der Hohlwelle 4 entstehen, wie dies aus der Figur
ersichtlich ist. Diese Zwischenräume 11 bilden den
Feed- bzw. Emulsionsraum, durch den die kontinuierliche
Phase 9 an den Oberflächen der Membrankörper 6
vorbeigeführt wird. Die Hohlwelle 4 ist über ein
entsprechendes Lager 17 innerhalb des Gehäuses 1
gelagert.
In einer beispielhaften Ausbildung dieser
Vorrichtung haben die Membranscheiben 6 einen Durch
messer von ca. 150 mm, das Gehäuse einen Durchmesser
sowie eine Höhe in der Größenordnung von 20 cm. Die
Membranscheiben selbst sind aus einem Keramikmaterial
gebildet.
Beim Betrieb dieser Vorrichtung wird die disperse
Phase 8 unter Druck, der beispielsweise durch eine
Pumpe oder ein durch Druckluft erzeugtes Gaspolster
aufgebracht wird, durch den Zufuhrkanal 5 der Hohlwelle
4 in die Membranscheiben 6 eingeleitet. Die kontinuier
liche Phase 9 wird über das Ventil 16 und die Einlass
öffnung 2 in den Emulsionsraum 11 des Gehäuses 1
geführt. Während der Zufuhr der dispersen Phase 8
werden die Membranscheiben durch rotatorischen Antrieb
der Welle 4 in der kontinuierlichen Phase 9 rotiert.
Durch diese Rotation wird eine Überströmung der
Membranoberflächen mit der kontinuierlichen Phase 9
hervorgerufen, die für die Ablösung der Tröpfchen der
dispersen Phase 8 von der Oberfläche der Membrankörper
6 erforderlich ist. Der Ablösemechanismus erfolgt dabei
in gleicher Weise wie bei der üblichen Membrantechnik
der Fig. 1.
Nach Fertigstellung der Emulsion, d. h. nach dem
Erreichen des gewünschten Dispersphasenanteils, kann
diese durch Öffnen des Ventils 16 an der Auslassöffnung
3 abgelassen werden.
Die Rotation der Welle 4 erfolgt in der Regel
derart, dass Überströmgeschwindigkeiten von 2-5 m/s
an den äußersten Bereichen der Membranscheiben 6
erreicht werden. Selbstverständlich kann mit der in
diesem Ausführungsbeispiel gezeigten Vorrichtung auch
eine kontinuierliche Herstellung der Emulsion erreicht
werden, indem die kontinuierliche Phase 9 kontinuier
lich über die Einlassöffnung 2 zugeführt und die
Emulsion 10 kontinuierlich über die Auslassöffnung 3
abgezogen wird, während die Membranscheiben 6 rotierend
angetrieben werden.
Die folgende Tabelle gibt ein Beispiel für die
Herstellung einer Emulsion mit der vorliegenden
Vorrichtung an, bei der Membranscheiben 6 mit
unterschiedlichem Porendurchmesser eingesetzt wurden.
Als kontinuierliche Phase 9 wurde Wasser, als disperse
Phase MCT (medium chain triglycerides) eingesetzt. In
die kontinuierliche Phase wurden durch die vorliegende
Vorrichtung 5 kg/m2 h disperse Phase eingetragen.
Mit der vorliegenden Vorrichtung und dem
zugehörigen Verfahren sind sowohl Öl/Wasser- als auch
Wasser/Öl-Emulsionen und Liposomen herstellbar. Die
Vorrichtung führt zu einer geringen Erwärmung der
Emulsion während des Herstellprozesses, was gerade bei
Einsatz hitzeempfindlicher Substanzen von großem
Vorteil ist. Ebenso wie bekannte Systeme des Standes
der Technik lässt sich mit der vorliegenden Vorrichtung
auch eine sterile Fahrweise ohne Zwischensterilisation
bis zum Endprodukt durchführen.
1
Gehäuse
2
Einlassöffnung
3
Auslassöffnung
4
Welle, Hohlwelle
5
Zufuhrkanal
6
Membrankörper
7
Innenkontur
8
disperse Phase
9
kontinuierliche Phase
10
Emulsion
11
Zwischenraum bzw. Emulsionsraum
12
Rohrmembran
13
Poren
14
Membranoberfläche
15
Tröpfchen
16
Ventil
17
Lager
Claims (5)
1. Vorrichtung zur Herstellung von Emulsionen mit
einem Gehäuse (1) mit Ein- (2) und Auslass öffnung (3) für eine kontinuierliche Phase (9) eines ersten flüssigen Mediums,
einer in dem Gehäuse (1) rotierend antreibbar angeordneten Welle (4), an oder in der ein Zufuhrkanal (5) für eine disperse Phase (8) eines zweiten flüssigen Mediums ausgebildet ist, und
mehreren Membrankörpern (6), die als Membran scheiben ausgebildet, an entlang der Welle (4) voneinander beabstandeten Positionen angeordnet und derart an der Welle befestigt sind, dass die Welle durch deren Symmetriezentrum (4) verläuft, wobei der Zufuhrkanal (5) über die Welle (4) mit den Membrankörpern (6) verbunden ist, um die Zuführung der dispersen Phase über den Zufuhrkanal (4) in die Membrankörper (6) zu ermöglichen,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Membrankörper hohl ausgebildet sind und ein aufgrund der beabstandeten Positionen zwischen den Membrankörpern (6) vorliegender Zwischenraum durch eine angepasste Innenkontur (7) des Gehäuses (1) unter Beibehaltung eines geringen Abstandes zu den Membrankörpern (6) und der Welle (4) ausgefüllt ist.
einem Gehäuse (1) mit Ein- (2) und Auslass öffnung (3) für eine kontinuierliche Phase (9) eines ersten flüssigen Mediums,
einer in dem Gehäuse (1) rotierend antreibbar angeordneten Welle (4), an oder in der ein Zufuhrkanal (5) für eine disperse Phase (8) eines zweiten flüssigen Mediums ausgebildet ist, und
mehreren Membrankörpern (6), die als Membran scheiben ausgebildet, an entlang der Welle (4) voneinander beabstandeten Positionen angeordnet und derart an der Welle befestigt sind, dass die Welle durch deren Symmetriezentrum (4) verläuft, wobei der Zufuhrkanal (5) über die Welle (4) mit den Membrankörpern (6) verbunden ist, um die Zuführung der dispersen Phase über den Zufuhrkanal (4) in die Membrankörper (6) zu ermöglichen,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Membrankörper hohl ausgebildet sind und ein aufgrund der beabstandeten Positionen zwischen den Membrankörpern (6) vorliegender Zwischenraum durch eine angepasste Innenkontur (7) des Gehäuses (1) unter Beibehaltung eines geringen Abstandes zu den Membrankörpern (6) und der Welle (4) ausgefüllt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Welle (4) als Hohlwelle ausgebildet ist,
die den Zufuhrkanal (5) für die disperse Phase (8)
bildet.
3. Verfahren zur Herstellung einer Emulsion mit
einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem
eine kontinuierliche Phase (9) über die
Einlassöffnung (2) in das Gehäuse (1) und eine
disperse Phase (8) unter Druck durch den
Zufuhrkanal (5) der Welle (4) in die Membrankörper
(6) geleitet werden, wobei die Membrankörper (6)
während der Zuführung der dispersen Phase (8) über
die Welle (4) im Gehäuse (1) in Rotation versetzt
werden, so dass die disperse Phase (8) aus den
Membrankörpern (6) austritt und sich mit der
kontinuierlichen Phase (9) unter Bildung einer
Emulsion (10) vermischt.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass nach dem Einleiten der kontinuierlichen Phase
(9) die Ein- (2) und die Auslassöffnung (3) des
Gehäuses (1) geschlossen werden, anschließend die
disperse Phase (8) unter Rotation der
Membrankörper (6) zugeführt und nach einem
definierten Zeitintervall die Emulsion (10) über
die Auslassöffnung (3) abgezogen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die kontinuierliche Phase (9) kontinuierlich
über die Einlassöffnung (2) in das Gehäuse (1)
eingeleitet und die gebildete Emulsion (10)
kontinuierlich über die Auslassöffnung (3)
abgezogen wird.
Priority Applications (7)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10127075A DE10127075C2 (de) | 2001-06-02 | 2001-06-02 | Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Emulsionen mittels Membrankörpern |
DK02011487T DK1262225T3 (da) | 2001-06-02 | 2002-05-24 | Indretning og fremgangsmåde til fremstilling af emulsioner |
AT02011487T ATE342765T1 (de) | 2001-06-02 | 2002-05-24 | Vorrichtung und verfahren zur herstellung von emulsionen |
EP02011487A EP1262225B1 (de) | 2001-06-02 | 2002-05-24 | Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Emulsionen |
PT02011487T PT1262225E (pt) | 2001-06-02 | 2002-05-24 | Dispositivo e processo para produzir emulsões |
DE50208468T DE50208468D1 (de) | 2001-06-02 | 2002-05-24 | Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Emulsionen |
ES02011487T ES2273944T3 (es) | 2001-06-02 | 2002-05-24 | Dispositivo y procedimiento para la preparacion de emulsiones. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10127075A DE10127075C2 (de) | 2001-06-02 | 2001-06-02 | Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Emulsionen mittels Membrankörpern |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10127075A1 DE10127075A1 (de) | 2002-12-12 |
DE10127075C2 true DE10127075C2 (de) | 2003-04-10 |
Family
ID=7687130
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10127075A Expired - Fee Related DE10127075C2 (de) | 2001-06-02 | 2001-06-02 | Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Emulsionen mittels Membrankörpern |
DE50208468T Expired - Fee Related DE50208468D1 (de) | 2001-06-02 | 2002-05-24 | Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Emulsionen |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE50208468T Expired - Fee Related DE50208468D1 (de) | 2001-06-02 | 2002-05-24 | Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Emulsionen |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1262225B1 (de) |
AT (1) | ATE342765T1 (de) |
DE (2) | DE10127075C2 (de) |
DK (1) | DK1262225T3 (de) |
ES (1) | ES2273944T3 (de) |
PT (1) | PT1262225E (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004040735A1 (de) * | 2004-08-23 | 2006-03-09 | ETH-Zürich, Institut für Lebensmittelwissenschaft, Laboratorium für Lebensmittelverfahrenstechnik | Verfahren zur mechanisch schonenden Erzeugung von fein dispersen Mikro-/Nano-Emulsionen mit enger Tropfengrößenverteilung und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10306259A1 (de) * | 2003-02-14 | 2004-09-02 | Ferrero Ohg Mbh | Auf Milchbestandteilen basierende Süßware mit definierten Speisefettagglomeraten, sowie Verfahren und Vorrichtung zu ihrer Herstellung |
DE102005008868A1 (de) * | 2005-02-24 | 2006-08-31 | Basf Ag | Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Polymerisatdispersion |
MY149295A (en) | 2006-07-17 | 2013-08-30 | Nestec Sa | Cylindrical membrane apparatus for forming foam |
WO2010072230A1 (de) * | 2008-12-22 | 2010-07-01 | Kmpt Ag | Verfahren und vorrichtung zum herstellen von emulsionen und/oder suspensionen |
WO2010072237A1 (de) * | 2008-12-23 | 2010-07-01 | Kmpt Ag | Verfahren und vorrichtung zum behandeln von fluiden |
EP2260917A1 (de) * | 2009-05-29 | 2010-12-15 | Novoflow GmbH | Filtriersystem und Verfahren zur Optimierung der Filtrierleistung |
US8771778B2 (en) | 2010-09-09 | 2014-07-08 | Frito-Lay Trading Company, Gmbh | Stabilized foam |
GB2505160A (en) * | 2012-07-06 | 2014-02-26 | Micropore Technologies Ltd | Dispersion apparatus with membrane |
RU2015141069A (ru) | 2013-02-27 | 2017-04-05 | Ром Энд Хаас Компани | Эмульгирование с очисткой мембраны |
AU2019270458A1 (en) | 2018-05-17 | 2020-09-24 | Csl Behring Ag | Method and system of protein extraction |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4201691A (en) * | 1978-01-16 | 1980-05-06 | Exxon Research & Engineering Co. | Liquid membrane generator |
JPS58216726A (ja) * | 1982-06-10 | 1983-12-16 | Toshio Araki | エマルジヨン流体の製造装置 |
DE19823839A1 (de) * | 1998-05-29 | 1999-12-09 | Franz Durst | Verfahren und Vorrichtung zum Mischen und Dispergieren mindestens zweier Phasen |
WO2001045830A1 (en) * | 1999-12-22 | 2001-06-28 | University Of Leeds | Rotating membrane |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2146867B2 (de) * | 1971-09-20 | 1975-06-26 | Hoechst Ag, 6000 Frankfurt | Schelbendrehfiner |
JPH082416B2 (ja) * | 1988-09-29 | 1996-01-17 | 宮崎県 | エマルションの製造方法 |
DE4329077C1 (de) * | 1993-08-30 | 1994-07-14 | Chmiel Horst | Konzentrisch angeordnete mikroporöse Zylinder zum Stoffaustausch in feinkörnigen Schüttungen, konzentrierten Suspensionen oder Emulsionen |
US6386751B1 (en) * | 1997-10-24 | 2002-05-14 | Diffusion Dynamics, Inc. | Diffuser/emulsifier |
-
2001
- 2001-06-02 DE DE10127075A patent/DE10127075C2/de not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-05-24 PT PT02011487T patent/PT1262225E/pt unknown
- 2002-05-24 DE DE50208468T patent/DE50208468D1/de not_active Expired - Fee Related
- 2002-05-24 EP EP02011487A patent/EP1262225B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2002-05-24 AT AT02011487T patent/ATE342765T1/de not_active IP Right Cessation
- 2002-05-24 ES ES02011487T patent/ES2273944T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2002-05-24 DK DK02011487T patent/DK1262225T3/da active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4201691A (en) * | 1978-01-16 | 1980-05-06 | Exxon Research & Engineering Co. | Liquid membrane generator |
JPS58216726A (ja) * | 1982-06-10 | 1983-12-16 | Toshio Araki | エマルジヨン流体の製造装置 |
DE19823839A1 (de) * | 1998-05-29 | 1999-12-09 | Franz Durst | Verfahren und Vorrichtung zum Mischen und Dispergieren mindestens zweier Phasen |
WO2001045830A1 (en) * | 1999-12-22 | 2001-06-28 | University Of Leeds | Rotating membrane |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004040735A1 (de) * | 2004-08-23 | 2006-03-09 | ETH-Zürich, Institut für Lebensmittelwissenschaft, Laboratorium für Lebensmittelverfahrenstechnik | Verfahren zur mechanisch schonenden Erzeugung von fein dispersen Mikro-/Nano-Emulsionen mit enger Tropfengrößenverteilung und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens |
DE102004040735B4 (de) * | 2004-08-23 | 2006-11-23 | ETH-Zürich, Institut für Lebensmittelwissenschaft, Laboratorium für Lebensmittelverfahrenstechnik | Verfahren zur mechanisch schonenden Erzeugung von fein dispersen Mikro-/Nano-Emulsionen mit enger Tropfengrößenverteilung und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
ES2273944T3 (es) | 2007-05-16 |
DE50208468D1 (de) | 2006-11-30 |
EP1262225A3 (de) | 2003-05-02 |
EP1262225A2 (de) | 2002-12-04 |
PT1262225E (pt) | 2007-02-28 |
DE10127075A1 (de) | 2002-12-12 |
DK1262225T3 (da) | 2007-02-19 |
ATE342765T1 (de) | 2006-11-15 |
EP1262225B1 (de) | 2006-10-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1781402B1 (de) | Vorrichtung zur mechanisch schonenden erzeugung von fein dispersen mikro-/nano-emulsionen mit enger tropfengrössenverteilung | |
DE112020000173T5 (de) | Supergravitations-nano-mikro-blasen-generierungsvorrichtung und reaktionssystem | |
DE69124571T2 (de) | Emulgierverfahren und -vorrichtung | |
EP1171227B1 (de) | Verfahren und mikrovermischer zur herstellung einer dispersion | |
EP2403633B1 (de) | Koaxialer kompaktstatikmischer sowie dessen verwendung | |
EP2285476B1 (de) | Rotor-stator-system und verfahren zum herstellen von dispersionen | |
DE69917433T2 (de) | Verfahren und vorrichtung zum herstellen von flüssigdispersen systemen in flüssigkeiten | |
DE3486197T2 (de) | Filtrierverfahren und Vorrichtung. | |
DE10127075C2 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Emulsionen mittels Membrankörpern | |
DE2139497B2 (de) | Emulgier- und Dispergiervorrichtung | |
DE3728946C2 (de) | ||
DE2339530A1 (de) | Misch- und emulgiervorrichtung | |
DE2627600C2 (de) | Vorrichtung zum diskontinuierlichen Mischen von mindestens zwei Stoffen | |
WO2010072230A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum herstellen von emulsionen und/oder suspensionen | |
EP0158358A2 (de) | Vorrichtung zum Dispergieren bzw. Emulgieren einer aus wenigstens zwei Produkten bestehenden Menge | |
DE102007005622A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Mischung aus wenigstens zwei fließfähigen Phasen | |
DE3517655A1 (de) | Vorrichtung zum mischen und dispergieren mindestens zweier medien | |
DE10361411B4 (de) | Mischervorrichtung und Verfahren zum Mischen von zumindest zwei Flüssigkeiten | |
EP2129454B1 (de) | Strahldispergator | |
DE441194C (de) | Vorrichtung zum Zerstaeuben von Fluessigkeiten | |
DE249827C (de) | ||
EP0572610B1 (de) | Verfahren zum dispergieren, vermischen bzw. homogenisieren von mischungen sowie vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens | |
DE204062C (de) | ||
DE102004034798B4 (de) | Rührsystem für Glasschmelzen | |
EP2662131B1 (de) | Emulgiervorrichtung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8304 | Grant after examination procedure | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |