DE19916053A1 - Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe, mit einem Behälter und wenigstens einem diesen Behälter zugeordneten Homogenisator (2) mit einem Einlauf für die Zuführung der Stoffe zum Homogenisator. Erfindungsgemäß ist eine Einrichtung zum Zuführen von in den Behälterinhalt einzumischenden Substanzen vorgesehen, die eine im Behälterinneren im Bereich des Homogenisatoreinlaufs mündende Zufuhrleitung aufweist. Schwer einmischbare Substanzen wie Pulver, Fette oder dergleichen werden erfindungsgemäß unmittelbar vor dem Homogenisatoreinlauf eingespeist, durch den dort herrschenden Unterdruck angesaugt und anschließend im Homogenisator sofort dispergiert und mit dem Behälterinhalt vermischt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähiger, insbesondere flüssiger oder pastöser Stoffe, die aufweist:

• - einen Behälter,
• - wenigstens einen diesem Behälter zugeordneten Homogenisa­ tor mit einem Einlauf für die Zuführung der Stoffe zum Homogenisator,
• - eine Einrichtung zum Zuführen von in den Behälterinhalt einzumischenden Substanzen.

Homogenisierungsmischer werden unter anderem in der pharma­ zeutischen, kosmetischen, chemischen und Nahrungsmittelindu­ strie zur Herstellung von Cremes, Salben, Pasten, Mayonnaisen und ähnlichen Produkten verwendet. Sie weisen einen Mischbe­ hälter auf, bei dem üblicherweise am Behälterboden ein Homo­ genisator zum Homogenisieren und Umwälzen der Stoffe im Mischbehälter angeordnet ist. Der Homogenisator ist häufig als Rotor-Stator-Dispergiermaschine ausgebildet, kann aber auch ein Umwälzrührwerk zum Erzielen einer besseren Pumpwir­ kung sein.

Es ist bekannt, eine Homogenisiervorrichtung so auszubilden, daß die Rückführung des aus dem Ablauf des Homogenisators austretenden Guts in den Mischbehälter entweder in unmittel­ barer Nähe des Homogenisators (üblicherweise am Behälterbo­ den) oder über eine sogenannte Umlaufleitung in einem oberen Bereich des Mischbehälters erfolgt (DE-A-195 37 303). Man spricht hier im ersten Fall von einer sogenannten Homogeni­ sierung im Kessel bzw. Mischbehälter und im zweiten Fall von einer sogenannten Homogenisierung im Umlauf. Eine Homogeni­ sierung im Kessel wird in der Regel dann vorgenommen, wenn flüssige oder niedrigviskose Produkte homogenisiert werden. Bei höherviskosen Produkten wird in der Regel im Umlauf homo­ genisiert, damit eine regelmäßige Umschichtung des gesamten Kesselinhalts stattfindet und ein sogenannter Produktkurz­ schluß über dem Zulauf des Homogenisators vermieden wird.

Häufig werden in dem Behälter sämtliche zu mischenden bzw. homogenisierenden Stoffe vor Beginn des Homogenisiervorgangs vorgelegt. Es kann jedoch erforderlich sein, den Homogeni­ siervorgang zunächst nach Vorlage lediglich eines oder eini­ ger der gewünschten Bestandteile zu beginnen und während des laufenden Homogenisierens weitere Bestandteile entweder in Chargen oder kontinuierlich dem Mischgut hinzuzufügen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein einfaches und sicheres Zumischen von Substanzen zu dem Mischgut bzw. Behäl­ terinhalt ermöglicht, insbesondere auch ein sicheres Zuführen von schwer einzumischenden Bestandteilen wie Pulvern, Flüs­ sigkeiten, heiße Fette, oder dergleichen.

Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zwecks Zufuhr dieser Substanzen eine Zufuhrleitung auf, die im Behälterinneren im Bereich des Homogenisatoreinlaufs mündet.

Zunächst seien einige im Rahmen der Erfindung verwendeten Be­ griffe erläutert.

Im Rahmen der Erfindung ist unter einem Homogenisator jede Einrichtung zu verstehen, die unter Einsatz von Bewegungse­ nergie eine Misch- und/oder Homogenisierwirkung erzielt. Der Homogenisator kann als Rotor-Stator-Dispergiermaschine ausge­ bildet sein, der die Bewegungsenergie des Rotors in erster Linie durch eine starke Scher- und Verwirbelungsenergie in Dispergierwirkung umsetzt und so eine intensive Homogenisie­ rung erzielt. Aufgrund dieser Dispergierwirkung erzeugen die­ se Rotor-Stator-Dispergiermaschinen nur eine verhältnismäßig geringe Pumpwirkung, so daß hohe Antriebsenergien erforder­ lich sein können.

Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, anstelle einer Rotor- Stator-Dispergiermaschine als Homogenisator ein sogenanntes Umwälzrührwerk zu verwenden, das die Bewegungsenergie des Ro­ tors in erster Linie in eine Pumpwirkung und damit in Bewe­ gungsenergie des zu homogenisierenden Guts umsetzt und nur eine geringe Dispergierwirkung durch Verwirbelung hat. Zwi­ schenstufen sind ebenfalls möglich, es ist beispielsweise denkbar, am Rotor einer Rotor-Stator-Dispergiermaschine Zu­ satzflügel anzubringen, um die Pumpwirkung zu verbessern, wie es für sich genommen aus DE-A-34 17 242 bekannt ist. Auch die Verwendung eines aus EP-B-0 290 033 bekannten Homogenisators ist denkbar.

Der Homogenisator weist einen Einlauf auf, durch den die Stoffe in den Homogenisator eintreten, d. h. durch den sie den Pumpflügeln und/oder Dispergiereinrichtungen zugeführt werden.

Die Einrichtung zum Zuführen von in den Behälterinhalt einzu­ mischenden Substanzen erlaubt eine solche Zufuhr auch während des Homogenisatorbetriebs, also nach Beginn des Homogenisier­ vorgangs. Die Einrichtung ermöglicht die kontinuierliche oder chargenweise Zufuhr weiterer einzumischender Substanzen zu dem Behälterinhalt, also zu dem Mischgut. Erfindungsgemäß weist diese Einrichtung eine Zufuhrleitung auf, die im Behäl­ terinneren im Bereich des Homogenisatoreinlaufs mündet. Diese Zufuhrleitung wird von außerhalb des Behälters gespeist (beispielsweise aus einem oder mehreren Vorratsbehältern für die zuzumischenden Substanzen), sie tritt durch eine Wandung des Behälters hindurch, führt durch den Behälterinnenraum und mündet in dem beschriebenen Bereich. Münden bedeutet, daß an der Mündungsöffnung der Zufuhrleitung die dadurch zugeführten Substanzen dem übrigen Behälterinhalt hinzugefügt werden. Wenn in den Ansprüchen und der Beschreibung die Rede ist von dem Behälter, dem Behälterinnenraum und der Wandung des Be­ hälters, sind diese Begriffe nicht beschränkt auf den eigent­ lichen Kessel, in dem der Mischvorgang durchgeführt wird, sondern schließen auch solche Teile des Behälters bzw. Behäl­ terinnenraums ein, die baulich gebildet werden beispielsweise durch einen Flansch des am Behälterboden angesetzten Homoge­ nisators. Ein solcher Flansch kann eine solche freie Länge aufweisen, die ausreichend ist, um die Zufuhrleitung seitlich durch die Flanschwandung in diesen hinein- und dann zum am unteren Ende des Flansches befindlichen Homogenisatoreinlaufs hinzuführen. Im Sinne der Erfindung sind somit auch Anbautei­ le des eigentlichen Mischkessels, durch die das Mischgut auf dem Weg zum Homogenisator hindurchströmt, Teile des Behälters bzw. Behälterinnenraums.

Die Mündungsöffnung liegt im Bereich des Homogenisatorein­ laufs. Dies bedeutet, daß sich die Mündungsöffnung in einem räumlichen Bereich des Behälterinneren befindet, in dem sich während des Homogenisatorbetriebs aufgrund der Saugwirkung des Homogenisators ein Druck einstellt, der unter dem durch­ schnittlichen Behälterinnendruck liegt. Bevorzugt ist es, die Mündungsöffnung in unmittelbarer Nähe des Homogenisatorein­ laufs anzuordnen.

Die Erfindung nutzt den im Bereich des Homogenisatoreinlaufs herrschenden Unterdruck (im Vergleich zum durchschnittlichen Behälterinnendruck) sowie die Injektorwirkung des durch den Einlauf strömenden Behälterinhalts dazu, die einzumischenden Substanzen aus der Mündung der Zufuhrleitung zu saugen. Auf eine separate Förderpumpe für die durch die Zufuhrleitung einzumischenden Stoffe kann in der Regel verzichtet werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn der durchschnittliche Be­ hälterinnendruck dem Atmosphärendruck entspricht oder darun­ ter liegt.

Ferner sorgt die Zufuhr der einzumischenden Substanzen unmit­ telbar vor dem Homogenisator dafür, daß sofort nach dem In- Kontaktbringen des Behälterinhalts mit diesen Substanzen eine intensive Durchmischung und Homogenisierung erfolgt. Es wird vermieden, daß sich in dem Behälter Nester schwer einmischba­ rer Stoffe wie beispielsweise Pulver bilden, die die weitere Zufuhr einzumischender Substanzen behindern können.

Vorzugsweise weist die Mündung der Zufuhrleitung auf den Ho­ mogenisatoreinlauf zu. Dies bedeutet, daß die aus der Zufuhr­ leitung austretenden Substanzen ohne wesentliche Richtungsän­ derung in den Einlauf strömen können. Besonders bevorzugt ist es, daß der auf den Homogenisatoreinlauf gerichtete Endbe­ reich der Zufuhrleitung im wesentlichen parallel zur Homoge­ nisatorachse verläuft. Der Begriff "Homogenisatorachse" be­ zeichnet die Rotationsachse des Homogenisatorrotors. Vorzugs­ weise verläuft dieser Endbereich im wesentlichen konzentrisch zur Homogenisatorachse.

Bei dieser Ausführungsform verläuft demnach ein auf den Ein­ lauf zuweisender Teil der Zufuhrleitung in der Mitte des Be­ hälterinneren auf die Homogenisatorachse zu. Da der Homogeni­ sator in der Regel im oder unter dem Behälterboden angeordnet ist und seine Achse senkrecht steht, verläuft der genannte Endabschnitt ebenfalls senkrecht.

Einige Homogenisatoren weisen im Bereich des Einlaufs eine Rotornabe auf, die die übrigen Bauteile des Homogenisators überragt und im montierten Zustand des Homogenisators (im Be­ hälterboden) in den Behälterinnenraum (ggf. auch den Innen­ raum des eigentlichen Mischkessels) hineinragt. Es kann dann vorgesehen sein, daß der Mündungsbereich der Zufuhrleitung einen Teilbereich dieser Homogenisatornabe umschließt. Der Mündungsbereich muß zu diesem Zweck einen Durchmesser aufwei­ sen, der größer ist als der Durchmesser des zu umschließenden Nabenbereichs. Ggf. kann sich zu diesem Zweck der Durchmesser der Zufuhrleitung in deren Endbereich auf die Mündung zu ver­ größern.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist wenigstens der im Behälterinneren verlaufende Abschnitt der Zufuhrleitung eine Wärmeisolierung auf. Diese Ausführungsform bietet besondere Vorteile dann, wenn oberhalb Raumtemperatur schmelzende Fette in einer wäßrigen Phase emulgiert werden sollen. Man kann dann die wäßrige Phase kalt in dem Behälter vorlegen, erwärmt die Fettphase außerhalb des Behälters bis oberhalb ihres Schmelzpunktes und führt das erwärmte Fett durch die isolierte Zufuhrleitung bei laufendem Homogenisator kontinuierlich zu. Das vorgeschmolzene Fett wird im Bereich des Homogenisatoreinlaufs in die kalte Wasserphase eingesaugt und sofort im Homogenisator emulgiert, bevor es seine Schmelzwärme an das kalte Wasser abgeben und erstarren kann. Erfindungsgemäß ist die Herstellung von Fett-in- Wasseremulsionen möglich, ohne die wäßrige Phase zuvor auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Fettphase zu erwärmen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zwei oder mehr Zufuhr­ leitungen zur getrennten Zufuhr einzumischender Substanzen aufweisen, die sämtlich im Bereich des Homogenisatoreinlaufs münden. Die Zufuhrleitungen verlaufen vorzugsweise im Behäl­ terinneren parallel zueinander, es kann sich beispielsweise um ein Rohrbündel, um ein kreissegmentförmig unterteiltes Rohr oder um mehrere konzentrisch ineinanderlaufende Rohre handeln. Die Zufuhrleitungen können im Behälterinneren von einer gemeinsamen Wärmeisolierung umgeben sein. Wenn einige Substanzen mit einer etwa der Temperatur des Behälterinhalts entsprechenden Temperatur und andere Substanzen mit einer da­ von abweichenden Temperatur zugeführt werden sollen, kann es zweckmäßig sein, eine oder mehrere dieser Zufuhrleitungen so­ wohl gegenüber dem Behälterinneren als auch gegenüber den üb­ rigen Zufuhrleitungen zu isolieren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an­ hand der Zeichnung erläutert. Diese zeigt in einer schemati­ schen Darstellung einen Querschnitt durch eine erfindungsge­ mäße Vorrichtung.

Ein Mischbehälter oder Kessel weist im Bereich seines Bodens einen schematisch bei 2 angedeuteten Homogenisator auf, der am unteren Ende eines Flansches 1 angeordnet ist. Ein solcher Homogenisator ist dem Fachmann geläufig und bedarf hier kei­ ner näheren Beschreibung. Der Rotor des Homogenisators weist einen Nabe 3 auf. Eine Zufuhrleitung 4 dient zum Einmischen zusätzlicher Substanzen in den vorgelegten Inhalt des Behäl­ ters. Sie führt durch eine Seitenwand des Flansches 1 in das Behälterinnere hinein (der Flansch ist Teil des Behälters im Sinne der Begriffsdefinition der Erfindung), ihr auf den Ho­ mogenisatoreinlauf weisender Endbereich 5 verläuft konzen­ trisch zu der bei 6 angedeuteten Achse des Homogenisators 2. Der Endbereich 5 der Zufuhrleitung 4 erweitert sich, um­ schließt einen Teil der Rotornabe 3 und mündet dann im Be­ reich des Einlaufs 7 des Homogenisators 2 unmittelbar über den bei 8 angedeuteten Pumpflügeln des Homogenisators. Eine Isolierung 9 umgibt einen wesentlichen Teil des im Inneren des Homogenisators 2 verlaufenden Abschnitts der Zufuhrlei­ tung 4.

Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden zu­ nächst Teile des herzustellenden Produktes (wie Flüssigkei­ ten, Gele, geschmolzene Fette oder dergleichen) im Mischbe­ hälter vorgelegt. Der Homogenisator 2 wird in Betrieb genom­ men und mischt diese vorgelegten Bestandteile, soweit dies erforderlich ist. Während des Betriebs entsteht im Bereich 7 des Homogenisatoreinlaufs ein Unterdruck relativ zu dem durchschnittlichen Behälterinnendruck.

Anschließend werden bei laufendem Homogenisator 2 weitere zu­ zuführende Substanzen über die Zufuhrleitung 4 eingespeist. Der Unterdruck und der strömende Behälterinhalt im Bereich 7 saugen diese Substanzen aus dem Endbereich 5 der Zufuhrlei­ tung 4 heraus. Sofort nach dem In-Berührungbringen dieser Substanzen mit dem vorgelegten Behälterinhalt trifft das Ge­ misch auf die Pumpflügel 8 des Homogenisators, anschließend wird es durch die in der Zeichnung nicht dargestellten Rotor- und Statorverzahnungen dispergiert. Durch die Erfindung wird ein praktisch vollständiges Einmischen der zuzuführenden Sub­ stanzen bewirkt, bevor diese Gelegenheit bekommen, Nester oder Klümpchen, Einschlüsse oder dergleichen im Behälterin­ halt zu bilden, die sich anschließend nur schwer wieder ein­ homogenisieren lassen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe, die aufweist:

• - einen Behälter,
• - wenigstens einen diesem Behälter zugeordneten Homoge­ nisator (2) mit einem Einlauf (7) für die Zuführung der Stoffe zum Homogenisator,
• - eine Einrichtung zum Zuführen von in den Behälterin­ halt einzumischenden Substanzen,

dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung eine Zu­ fuhrleitung (4) aufweist, die im Behälterinneren im Be­ reich des Homogenisatoreinlaufs (7) mündet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündung der Zufuhrleitung (4) auf den Homogenisa­ toreinlauf (7) zuweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der auf den Homogenisatoreinlauf (7) gerichtete Endbe­ reich (5) der Zufuhrleitung (4) im wesentlichen parallel zur Homogenisatorachse verläuft.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der auf den Homogenisatoreinlauf (7) gerichtete Endbe­ reich (5) der Zufuhrleitung im wesentlichen konzentrisch zur Homogenisatorachse verläuft.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mündungsbereich (5) der Zufuhrleitung (4) einen Teil­ bereich der Homogenisatornabe umschließt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein im Behälterinneren verlaufender Ab­ schnitt der Zufuhrleitung (4) eine Wärmeisolierung (9) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie zwei oder mehr Zufuhrleitungen (4) aufweist, die im Behälterinneren im Bereich des Homogeni­ satoreinlaufs (7) münden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrleitungen (4) im Behälterinneren parallel ver­ laufen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrleitungen (4) im Behälterinneren von einer ge­ meinsamen Wärmeisolierung (9) umgeben sind.