DE1168869B - Vorrichtung zum Homogenisieren von Fluessigkeiten - Google Patents

Vorrichtung zum Homogenisieren von Fluessigkeiten

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DE1168869B
DE1168869B DEA38772A DEA0038772A DE1168869B DE 1168869 B DE1168869 B DE 1168869B DE A38772 A DEA38772 A DE A38772A DE A0038772 A DEA0038772 A DE A0038772A DE 1168869 B DE1168869 B DE 1168869B
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DE
Germany
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peeling
liquid
resistance element
homogenization
peeling chamber
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Pending
Application number
DEA38772A
Other languages
English (en)
Inventor
Lennart Viktor Samuel Lundahl
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Alfa Laval Holdings Amsterdam AB
Original Assignee
Separator AB
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04BCENTRIFUGES
    • B04B1/00Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • B04B1/20Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles discharging solid particles from the bowl by a conveying screw coaxial with the bowl axis and rotating relatively to the bowl

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  • Dairy Products (AREA)

Description

  • Vorrichtung zum Homogenisieren von Flüssigkeiten Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Homogenisieren von Flüssigkeiten oder Flüssigkeitsgemischen. Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, bei welchen Schälelemente an einer Schälscheibe in einer Zentrifuge befestigt sind. Hierbei wurde eine Homogenisierung erzielt, die, nach dem Farral-Indexverfahren bestimmt, etwa 20 betrug. Dieser Farral-Index gibt ein Maß der Zahl der Fetttröpfchen in verschiedenen Durchmesserstufen, die mit Hilfe eines Mikroskops auf einem bestimmten Flächenbereich einer Probe der Flüssigkeit nach der Homogenisierung gezählt werden kann. In bestimmten Ländern ist es erforderlich, daß unter anderem der Farral-Index niedriger als etwa 15 ist, wenn die Homogenisierung der Milch als zufriedenstellend betrachtet werden soll. Bisher konnte daher dieser Milchhomogenisierungsgrad mit einer Schälscheibe in einer Zentrifuge nicht erreicht werden, sondern die ,Homogenisierung der Milch mußte in besonderen getrennt angetriebenen Homogenisierungsvorrichtungen durchgeführt werden, in welchen die zu homogenisierende Flüssigkeit durch eine Homogenisierdüse gefördert wird. Der Leistungsverbrauch dieser Homogenisiervorrichtungen war jedoch im Vergleich zum Homogenisieren in der Schälscheibe einer Zentrifuge so hoch, daß in vielen Ländern, mit Ausnahme u. a. in den USA, eine Homogenisierung in einer Schälscheibe genehmigt wurde, wobei wie erwähnt ein Farral-Index von etwa 20 erzielt wurde.
  • Die Erfindung geht aus von einer Homogenisiervorrichtung mit rotierender Schälkammer und einem stillstehenden Schälkörper mit nach innen führenden Schälkanälen und ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Schälkammer ein in die Flüssigkeit eintauchendes, in Umfangsrichtung der Schälkammer wirkendes Widerstandselement angeordnet ist.
  • Durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Homogenisierungsgrad bei demselben Kraftverbrauch wesentlich verbessert werden. So wird z. B. bei der Verwendung einer Schälscheibe bestimmten Durchmessers der Homogenisierungsgrad von 20 bis 30 in einem bisher üblichen Zentrifugalseparator durch die vorliegende Erfindung auf 5 bis 10 herabgesetzt, wobei der Homogenisierungsgrad nach der Farral-Index-Methode bestimmt ist. Dies bedeutet eine Verbesserung des Homogenisierungsgrades von etwa 300%.
  • Die Vorrichtung zum Homogenisieren gemäß der Erfindung ist u. a. zur Verwendung in Zentrifugen, z. B. in Milchzentrifugen, geeignet, bei welchen eine disperse Phase, Fetttröpfchen, von einer geschlossenen Phase, Milch, getrennt wird, um eine Flüssigkeit oder Creme von höherer oder geringerer Konzentration zu erzielen, wobei es hinsichtlich des Erfordernisses eines geringen Leistungsverbrauches vorzuziehen ist, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung nur zum Homogenisieren der dispersen Phase verwendet wird.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Behälter, der mit einem Einlaß und einem Auslaß für die Flüssigkeit versehen und so zur Drehung angeordnet ist, daß die Flüssigkeit einen freien Flüssigkeitsspiegel im Behälter bildet und daß die Widerstandselemente, welche mit Bezug auf den Behälter und die Flüssigkeit feststehend sind, unterhalb dieses freien Flüssigkeitsspiegels angeordnet sind.
  • Infolge des Umstandes, daß im Bereich der Widerstandselemente ein hohes Geschwindigkeitsgefälle erzielt werden kann, wird die verbesserte Homogenisierungswirkung erreicht. Wenn der Unterschied in der Geschwindigkeit so groß ist, daß der Druck in der Flüssigkeit niedriger ist als der Dampfdruck bei der Temperatur der Flüssigkeit, verwandelt sich die flüssige Phase in eine gasförmige Phase und tritt eine Kavitation auf, die zu der erforderlichen Homogenisierung der Flüssigkeit beiträgt. Mit Rücksicht hierauf muß die Homogenisierung unterhalb des freien Spiegels der Flüssigkeit stattfinden.
  • Während der Kondensation der gasförmigen Phase, welche während der Kavitation eintritt, wenn der Druck in der Flüssigkeit wieder über den Dampfdruck ansteigt, entstehen sehr hohe Drücke an den Kondensationsstellen, welche ebenfalls zur Homogenisierung beitragen, und zwar infolge des Umstandes, daß die in der- Flüssigkeit oder indem Flüssigkeitsgemisch enthaltenen großen Teilchen geteilt werden oder daß die Haut, welche die Teilchen, z. B. die Fetttröpfchen; umgibt, die zur dispersen Phase, z. B. zum Rahm, gehören, zerrissen wird.
  • Um die günstigste Homogenisierungswirkung mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung zu erzielen, muß der sogenannte Kavitationskoeffizient, der eine Funktion des statischen Druckes, des Dampfdruckes und der Relativgeschwindigkeit der Flüssigkeit ist, berücksichtigt werden. Der Kavitationskoeffizient zeigt daher die Bedingungen an, die erfüllt werden müssen, wenn eine Verdampfung stattfinden soll, so daß die im Kavitationskoeffizienten enthaltenen Faktoren gegeneinander abgewägt werden müssen, um die höchste Homogenisierung gemäß der Erfindung zu erreichen.
  • Nachfolgend werden in Verbindung mit den Zeichnungen drei Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer Teilhomogenisierungszentrifuge beschrieben, und zwar zeigt F i g. 1 eine Ausführungsform, bei der das Widerstandselement mit Hilfe eines dünnen Armes an der Schälscheibe in der Zentrifuge befestigt ist, F i g. 2 eine Ausführungsform, bei der das Widerstandselement an der Wand der Schälkammer der Zentrifuge befestigt ist und F i g. 3 eine Ausführungsform, bei der das Widerstandselement die Form einer Sägezahnscheibe hat, welche den Deckel der Schälscheibe der Zentrifuge bildet.
  • Wie sich aus F i g. 1 ergibt, wird das Flüssigkeitsgemisch, z. B. Milch, zur Homogenisierung durch ein Einlaßrohr 1 über einen Verteiler 2 den Verteilungsöffnungen 3 im Tellersatz 4 der Zentrifuge zugeführt. In diesem Tellersatz 4 wird die disperse Phase, z. B. der Rahm, zur Mitte des Tellersatzes abgetrennt und über eine Öffnung 5 einer Schälkammer 6 zugeführt. In der Schälkammer 6 wird diese Phase homogenisiert. Hierauf -wird diese Phase mit Hilfe eines Schälelementes 7 zum Verteiler 2 zurückgefördert und nach dem Austritt durch Öffnungen in der Wand des Einlaßrohres 1 oder, wie gezeigt, durch ein unten offenes und zum Rohr 1 konzentrisches Rohr mit dem Flüssigkeitsgemisch gemischt, das durch das Einlaßrohr 1 zugeführt wird. Die Homogenisierung der abgetrennten Phase wird erfindungsgemäß durch ein Widerstandselement 9 verbessert, das völlig unter den freien Flüssigkeitsspiegel 10 untergetaucht ist, der durch, die Drehung der Schälkammer 6 gebildet wird. Dieses Widerstandselement 9 ist am Gehäuse 8 der Schälkammer mit Hilfe eines dünnen Armes 11 befestigt. Dieser Arm kann auch am Auslaß der Schälkammer befestigt sein. Das Widerstandselement 9 ist als schmale, rechteckige Scheibe ausgebildet, die senkrecht zur Relativbewegung der Flüssigkeit angeordnet ist.
  • F i g. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Homogenisierungseinrichtung in der Schälkammer, bei welcher zwei Widerstandselemente 13 ebenso wie bei der Ausführungsform nach F i g. 1 völlig in der fließenden Flüssigkeit untergetaucht sind, die durch eine Öffnung 5 der Schälkammer 6 in der gleichen Weise, wie in F i g. 1 dargestellt ist, zugeführt wird. Bei der Zufuhr durch die Öffnung 5 trifft die Flüssigkeit auf einen feststehenden Schaufelkranz 12 auf, der um die Achse der Zentrifuge herum angeordnet ist und die Strömungsrichtung der Flüssigkeit von einer im wesentlichen tangentialen Richtung in eine im wesentlichen radiale Richtung verändert. Von .der Öffnung 5 erstreckt sich dieser Schaufelsatz 12 radial in die Schälkammer 6. Die Widerstandselemente 13 sind in dem Zwischenraum zwischen dieser Wand und dem Schaufelsatz 12 angeordnet und an der sich drehenden Schälkammer befestigt, wobei sie so angeordnet sind, daß sie nebeneinander längs der inneren Umfangswand der Schälkammer liegen. Infolge des großen Unterschiedes in der Geschwindigkeit zwischen der Flüssigkeit und den Widerstandselementen werden auch in diesem Falle beträchtliche Geschwindigkeitsgradienten erzeugt, was zur Kavitation und damit zur Homogenisierung führt. Die Drehung der Schälkammer wird auf die Flüssigkeit mit Hilfe von in der Kammer angeordneten Mitnehmerflügeln 14 übertragen.
  • F i g. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Widerstandselemente, welche zur Kavitation und damit zur Homogenisierung dienen. Die Widerstandselemente haben in diesem Falle die Form kleiner rechteckiger Flächen 15, die an einer dünnen Scheibe 16 in der gleichen Weise wie die Schneidzähne eines Kreissägeblattes vorgesehen sind, wobei die Scheibe so angeordnet ist, daß sie einen Deckel für die Schälscheibe in der Zentrifuge bildet. Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausbildung sind acht solche Flächen 15 senkrecht zur Strömungsrichtung und in radialen Ebenen mit Bezug auf die Achse der Zentrifuge angeordnet, jedoch kann ihre Zahl größer oder kleiner sein und z. B: zwölf betragen, und sie können eine Breite von etwa 16 mm an einer Scheibe 16 mit einer Dicke von 2 mm haben. Die Flächen 15 können auch wie die verschränkten Zähne eines Kreissägeblattes angeordnet sein. Auf der Seite des Widerstandselementes 15 ist die Kante der Scheibe 16 so ausgebildet, daß sie mit einem weichgerundeten Rückenteil in die benachbarte Fläche 15 übergeht. Die Flüssigkeit strömt mit Bezug auf die Scheibe 16 im Uhrzeigersinn.
  • Alle vorangehend beschriebenen und gezeigten Widerstandselemente 9,13 und 15 für die Homogenisierung sollen eine solche Form haben und in einer solchen Zahl vorgesehen sein, daß sie den geringstmöglichen Strömungswiderstand mit Bezug auf die erforderliche Erhöhung der Homogenisierungswirkung erzeugen.

Claims (7)

  1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Homogenisieren von Flüssigkeiten, bestehend aus einer rotierenden, mit Mitnehmerrippen versehenen Schälkammer und einem stillstehenden Schälkörper mit vom Umfang des Schälkörpers nach innen führenden Schälkanälen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schälkammer (6) ein in die Flüssigkeit eintauchendes, in Umfangsrichtung der Schälkammer wirkendes Widerstandselement (9 bzw.13) angeordnet ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement (9 bzw. 13) als schmale rechteckige, senkrecht zur Richtung der Relativbewegung gegenüber der Flüssigkeit gerichtete .Scheibe ausgebildet ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement (9) mittels eines Armes (11) am Schälkörper (8) befestigt ist (F i g.1).
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandselement (13) an der rotierenden Schälkammer (6) befestigt ist und sich außerhalb eines feststehenden .Schaufelkranzes (12) befindet, aus dem die Flüssigkeit radial austritt (F i g. 2).
  5. 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Widerstandselemente (9 bzw. 13) in der Schälkammer (6) angeordnet sind.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandselemente als Zahnflächen (15) einer Zahnscheibe (16) ausgebildet sind, wobei die Zahnrücken strömungsgerecht abgerundet sind (F i g. 3).
  7. 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Anwendung bei einer Teilhomogenisierungszentrifuge (F i g.1). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 971187; Chemiker-Zeitung; 74 (1950), S. 721.
DEA38772A 1960-12-10 1961-11-07 Vorrichtung zum Homogenisieren von Fluessigkeiten Pending DE1168869B (de)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018074779A3 (ko) * 2016-10-18 2018-08-09 주식회사 엘지화학 고압 균질화 장치 및 이를 이용한 그래핀의 제조방법

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DE971187C (de) * 1950-05-12 1958-12-24 Separator Ab Homogenisiervorrichtung

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