DE1197849B

DE1197849B - Homogenisiereinrichtung

Info

Publication number: DE1197849B
Application number: DEA38485A
Authority: DE
Inventors: Willi Loeliger; Rudolf Schmied
Original assignee: Alpura AG
Current assignee: Alpura AG
Priority date: 1961-10-03
Filing date: 1961-10-05
Publication date: 1965-08-05

Description

Homogenisiereinrichtung Die Erfindung betrifft eine aus Hochdruckpumpe und Entspannungsvorrichtung bestehende Homogenisiereinrichtung für Flüssigkeiten.
Man ist heute in der Lage, Milch und andere Flüssigkeiten durch sehr kurze Erhitzung auf Temperaturen im Bereich von 1500 C ohne Beeinträchtigung ihrer Eigenschaften keimfrei zu machen. Wird auf geeignete Weise derart behandelte Milch unter sterilen Verhältnissen in geschlossene Behälter oder Packungen abgefüllt, läßt sich die Milch ohne weiteres längere Zeit bei Raumtemperaturen lagern; allerdings ist neben einer völligen Vernichtung aller in der Rohmilch vorhandenen Keime eine sehr sorgfältige Homogenisierung nötig. Insbesondere soll die Homogenisierung eine derart weitgehende Zertrümmerung der Fetteilchen herbeiführen, daß auch während längerer Lagerung kein Aufrahmen eintritt.
Die Arbeitsweise der heute üblichen Homogenisiereinrichtungen besteht in der Regel darin, daß die Milch mit Hilfe einer volumetrisch arbeitenden Pumpe auf erhöhten Druck, z. B. 200 kg/cm2 gebracht und unmittelbar anschließend durch einen oder mehrere enge, spaltförmige Strömungsquerschnitte wieder entspannt wird. In der Regel sind diese Spaltquerschnitte durch Sitz und Ventilkörper einer ventilartigen Einrichtung gebildet, wobei der Ventilkörper mit einstellbarem Federdruck gegen den Ventilsitz gepreßt wird. Der Homogenisationseffekt ist hierbei im wesentlichen abhängig vom Druck vor dem entstehenden Spaltquerschnitt, und die Zertrümmerung der einzelnen Fetteilchen beruht auf der Einwirkung von Reibungs- und Schubkräften und von Kavitationserscheinungen.
Die Anordnung und der Betrieb von Homogenisiereinrichtungen im Strömungsweg von Flüssigkeiten, die auf geschilderte Weise keimfrei gemacht wurden, bietet allerdings namhafte Schwierigkeiten und Nachteile, soweit die Homogenisierung auf bisher übliche Art vorgenommen wird. So war es bisher üblich, zur Leistungsanpassung entspannte Flüssigkeit aus dem Strömungsweg nach der Entspannungsvorrichtung in die Saugleitung der Hochdruckpumpe zurückzuführen. Eine solche Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß die zurückgeführte Flüssigkeitsteilmenge ein zweites oder sogar mehrere Male durch die Homogenisiereinrichtung strömt, wobei schädliche Veränderungen der Eigenschaften der Flüssigkeit eintreten können. Bei Milch agglomerieren z. B. Proteinteilchen zusammen mit dem Milchfett in solchem Maße, daß ein unerwünschter »mehliger« Geschmack entsteht.
Weiter wurde erkannt, daß bei den zur Druck- erhöhung verwendeten Hochdruckhubkolbenpumpen der Druck der Flüssigkeit vor den Homogenisierventilen Schwankungen unterliegt, die durch die ungleichmäßige Förderung während eines Hubes bedingt sind. Diese Druckschwankungen verhindern eine gleichmäßige Homogenisierwirkung, was sich insbesondere bei längerer Lagerung von keimfrei gemachter Milch nachteilig auswirkt.
Die Erfindung ermöglicht, die geschilderten Nachteile und Schwierigkeiten weitgehend auszuschalten und darüber hinaus weitere Vorteile zu erzielen. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Strömungsweg zwischen Pumpe und Entspannungsvorrichtung eine zur Saugseite der Pumpe rückführende Abzweigleitung vorgesehen ist, welche mit einem Drosselorgan von einstellbarem Durchflußquerschnitt versehen ist.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung ist ein mehrmaliges Durchströmen der Flüssigkeit durch das als Entspannungseinrichtung dienende Homogenisierventil vermieden. Es können also keine damit zusammenhängenden schädlichen Veränderungen, z. B. der für Milch erwähnte »mehlige« Geschmack, auftreten. Es läßt sich so auf einfache Weise eine Leistungsanpassung der Homogenisiereinrichtung an die nachgeschalteten Abfuliraschinen erzielten. Weiter erhält man mit Hilfe der erfindungsgemäßen Rückführung eine weitgehende Glättung des Druckverlaufes vor der Entspannungsvorrichtung und damit auch eine gleichmäßigere Homogenisierung der zu behandelnden Flüssigkeit.
Es ist zwar für eine Niederdruck-Homogenisiereinrichtung bereits eine Anordnung bekannt, bei welcher die Flüssigkeit mit Hilfe einer Niederdruckpumpe auf einen Druck von 10 bis 12 kg/cm2 gebracht und dann durch ein speziell ausgebildetes Homogenisierorgan geleitet wird. Für die Niederdruckpumpe kann dann eine Umführungsleitung mit Abschlußorgan vorgesehen sein, die es ermöglichen soll, einen Teil der geförderten Flüssigkeitsmenge wieder auf die Saugseite zurückzuführen. Man erhält so eine Mengenregulierung, wie sie bei Pumpanlagen weit verbreitet ist. Im Gegensatz dazu ist aber für Hochdruck-Homogenisiereinrichtungen einzig bekannt gewesen, eine allfällige Rückführung von Flüssigkeit mit Hilfe einer Umführungsleitung vorzunehmen, die - in Strömungsrichtung gesehen - an einer nach der Entspannungseinrichtung befindlichen Stelle der Druckleitung abzweigt und zur Saugseite zurückführt. Diese Anordnung scheint auf den ersten Blick ganz wesentliche Vorteile gegenüber der erfindungsgemäßen Ausführungsform zu bringen, handelt es sich bei der zurückgeführten Flüssigkeit doch um weitgehend oder vollständig entspannte Flüssigkeit, während es sich bei der Erfindung um Flüssigkeit handelt, die auf den Höchstdruck, und zwar auf 200 at oder darüber, komprimiert ist und deshalb zu ihrer Rückführung Leitungen mit entsprechend bemessenen Anschlüssen, Dichtungen und Drosselstellen bedarf. Darüber hinaus dienen bei den bekannten Homogenisiereinrichtungen für Milch - und das ist auch das Hauptanwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung - solche Umführungsleitungen in der Regel einzig zu Anfahrzwecken; die Pumpen arbeiten praktisch immer auf Zwischenbehälter und benötigen deshalb keine laufende Mengenregulierung.
Damit steht fest, daß - ausgehend von der bekannten Anordnung der Umführungsleitung bei Hochdruck-Homogenisiereinrichtungenbisher praktiscld kein Anlaß zu einer Anwendung der bei Niederdrucksystemen aus anderen Gründen bereits bekannten schaltungsmäßigen Anordnung nach der Erfindung vorlag, und daß im Gegenteil ganz erhebliche Hemmungen überwunden werden mußten, um von der bekannten Abzweigung hinter dem Homogenisierventil auf eine Abzweigung vor diesem Ventil überzugehen. Es sei auch festgehalten, daß bei Niederdruck-Homogenisiersystemen gerade Milch vielmals durch die Pumpe und das Homogenisierorgan strömen kann, ohne jeglichen Schaden zu nehmen.
Schließlich ermöglicht die erfindungsgemäße Abzweigleitung auch eine verbesserte Anfangssterilisierung des ganzen Strömungsweges. Besonders auf der Druckseite der Pumpe treten strömungsarme Bereiche auf, die bei der anfänglichen Durchleitung von Heißwasser oder Heißdampf vor der Inbetriebsetzung nur ungenügend oder überhaupt nicht erhitzt werden.
Wird die Abzweigleitung an solche strömungsarmen Stellen angeschlossen, ergibt sich ein wirksamer Durchfluß des zur Anfangssterilisierung benützten Wärmeträgers und damit eine sichere Vernichtung allfällig vorhandener Keime.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Drosselorgan eine venturiartige Querschnittsverengung auf. Weiter kann zweckmäßig die Abzweigleitung auf der Druckseite der Pumpe an strömungsarmen Stellen, z. B. am Manometeranschluß, abgeleitet sein Die Erfindung und weitere mit ihr zusammenhängende Merkmale sind nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt Fig. 1 im Schnitt die Hochdruckpumpe und das Homogenisierventil einer Homogenisiereinrichtung, F i g. 2 ein einstellbares Drosselorgan mit venturiartiger Querschnittsverengung und Fig. 3 die Abzweigung der Umführleitung aus einer strömungsarmen Stelle auf der Druckseite einer mit drei Kolben arbeitenden Pumpe.
Die in F i g. 1 gezeichnete Homogenisiereinrichtung dient insbesondere zur Behandlung von MiIch, welche durch eine nicht gezeichnete Zuführleitung in den Raum 11 der Hochdruckpumpe 12 geleitet werden kann. Diese besitzt das Saugventil 13, das Druckventil 14 und den Pumpenkolben 15, der durch einen nicht gezeichneten Kurbeltrieb in Richtung des Pfeiles 16 hin- und herbewegt werden kann. Die Feder 17 dient zum Zusammendrücken der Packung 18. Auf der Druckseite strömt die Milch durch die Bohrung 19 in das als Ganzes mit 20 bezeichnete Homogenisierventil. Letzteres besteht im wesentlichen aus dem Ventilkörper 21, der mit dem Ventilsitz 22 zusammenarbeitet. Auf den Ventilkörper 21 wirkt die Kraft der Feder 23, welche mit Hilfe des Handgriffes 24 eingestellt werden kann. Im Betrieb der Einrichtung strömt die Milch mit hoher Geschwindigkeit durch den zwischen Ventilsitz 22 und Ventilkörper 21 entstehenden engen Spalt und wird hernach aus dem Raum 25 durch eine nicht gezeichnete Leitung, z B. in einen Kühler, und dann in eine Abfüllmaschine geleitet.
Erfindungsgemäß zweigt eine Leitung 26 aus der zwischen Pumpe und Entspannungsvorrichtung befindlichen Bohrung 19 ab und mündet in den Raum 11. Diese Leitung dient zum Abzweigen einer Flüssigkeitsteilmenge von der Druckseite auf die Sangseite der Pumpe. Zur Aufrechterhaltung des Druckgefälles zwischen Saug- und Druckseite der Pumpe ist in der Leitung 26 ein Drosselorgan angeordnet, das als venturiartige Querschnittsverengung 27 ausgebildet ist. Es ist möglich, das Drosselorgan27 gegen ein anderes mit größerem oder kleinerem engstem Querschnitt auszuwechseln, und zwar je nach dem gewünschten Verhältnis der abzuzweigenden Flüssigkeitsteilmenge und der in das Homogenisierventil 20 weiterströmenden Menge Es wäre aber auch möglich, ein Drosselorgan mit einstellbarem Durchflußquerschnitt gemäß Fig. 2 zu benutzen. Bei dieser Ausführungsform ist der Einlauf der Querschnittsverengung 32 ventilartig ausgebildet, und es kann eine Ventilnadel 33 gegen den engsten Querschnitt bzw. von diesem weg bewegt werden.
Fig. 3 zeigt ein Pumpengehäuse 41 mit den drei Pumpenzylindern 42 a, 42 b und 42c. Die Milch bzw. die zu behandelnde Flüssigkeit strömt durch die Lei tung 43 in die dem Raum 11 in F i g. 1 entsprechende Bohrung 44 und wird bei laufender Pumpe in die Bohrung 45, d. h. auf die Druckseite der Pumpe gedrückt. Die Flüssigkeit strömt dann über das Homogenisierventil 46 und die Leitung 47 ab.
Zur Anfangssterilisierung der geschilderten Einrichtung wird z. B. bei laufender Pumpe Heißwasser unter Druck mit einer Temperatur von beispielsweise 1500 C durch die Leitung 43 zugeführt. Dieses Heißwasser nimmt den gleichen Weg wie später die zu behandelnde Flüssigkeit, und es ist ersichtlich, daß der in das Manometer 48 führende Teil 45 a der Bohrung45 sowie die Bohrung 49 hierbei nur ungenügend bzw. nicht vom Heißwasser bespült und erhitzt wird.
Wird nun zum erfindungsgemäßen Abzweigen einer Flüssigkeitsteilmenge von der Druckseite auf die Saugseite der Pumpe die Abzweigleitung 50 an diese strömungsarme Stelle, d. h. an die Bohrung 49 vor dem Manometer 48 angeschlossen, fließt beim Anfangssterilisieren eine Teilmenge des benutzen Wärmeträgers durch den Teil 45 a der Bohrung45 und durch die Bohrung 49, womit auch an diesen strömungsarmen Stellen eine sichere Vernichtung allfällig vorhandener Keime gewährleistet ist.
Die Erfindung ist nicht auf die geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr könnten auch andere Ausführungsformen für Hochdruckpumpe und Entspannungsvorrichtung benutzt werden, z. B. ein Homogenisierventil mit zweistufiger Entspannung.
Patentansprüche: 1. Aus Hochdruckpumpe und Entspannungsvorrichtung bestehende Homogenisiereinrichtung für Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichn e t, daß auf dem Strömungsweg (19) zwischen Pumpe (12) und Entspannungsvorichtung (20) in bei Niederdruck-Homogenisiereinrichtungen bekannter Weise eine zur Saugseite der Pumpe (12) rücktährende Abzweigleitung (26) vorgesehen ist, welche mit einem Drosselorgan (27) von einstellbarem Durchflußquerschnitt versehen ist.

Claims

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan (27) eine venturiartige Querschnittsverengung aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigleitung (26) auf der Druckseite der Pumpe (12) an strömungsarmen Stellen, z. B. am Manometeranschluß, abgeleitet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 558 640; französische Patentschrift Nr. 971617; USA.-Patentschrift Nr. 2832573.