DE19916053B4 - Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe, die aufweist:
– einen Behälter,
– wenigstens einen diesem Behälter zugeordneten Homogenisator (2) mit einem Einlauf (7) für die Zuführung der Stoffe zum Homogenisator,
– eine Einrichtung zum Zuführen von in den Behälterinhalt einzumischenden pulverförmigen oder flüssigen Substanzen,
dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung eine Zufuhrleitung (4) aufweist, die im Behälterinneren im Bereich des Homogenisatoreinlaufs (7) mündet, wobei die Mündung der Zufuhrleitung (4) auf den Homogenisatoreinlauf (7) zuweist und der auf den Homogenisatoreinlauf (7) gerichtete Endbereich (5) der Zufuhrleitung im wesentlichen konzentrisch zur Homogenisatorachse verläuft.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe, die aufweist:
• – einen Behälter,
• – wenigstens einen diesem Behälter zugeordneten Homogenisator mit einem Einlauf für die Zuführung der Stoffe zum Homogenisator,
• – eine Einrichtung zum Zuführen von in den Behälterinhalt einzumischenden pulverförmigen oder flüssigen Substanzen.
• Bei derartigen fließfähigen Stoffen kann es sich insbesondere um flüssige oder pastöse Stoffe handeln.
• Homogenisierungsmischer werden unter anderem in der pharmazeutischen, kosmetischen, chemischen und Nahrungsmittelindustrie zur Herstellung von Cremes, Salben, Pasten, Mayonnaisen und ähnlichen Produkten verwendet. Sie weisen einen Mischbehälter auf, bei dem üblicherweise am Behälterboden ein Homogenisator 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 Pumpwirkung sein.
• Es ist bekannt, eine Homogenisiervorrichtung so auszubilden, daß die Rückführung des aus dem Ablauf des Homogenisators austretenden Guts in den Mischbehälter entweder in unmittelbarer Nähe des Homogenisators (üblicherweise am Behälterboden) oder über eine sogenannte Umlaufleitung in einem oberen Bereich des Mischbehälters erfolgt ( DE 195 37 303 A1 ). Man spricht hier im ersten Fall von einer sogenannten Homogenisierung im Kessel bzw. Mischbehälter und im zweiten Fall von einer sogenannten Homogenisierung im Umlauf. Eine Homogenisierung im Kessel wird in der Regel dann vorgenommen, wenn flüssige oder niedrigviskose Produkte homogenisiert werden. Bei höherviskosen Produkten wird in der Regel im Umlauf homogenisiert, damit eine regelmäßige Umschichtung des gesamten Kesselinhalts stattfindet und ein sogenannter Produktkurzschluß 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 Homogenisiervorgang zunächst nach Vorlage lediglich eines oder einiger der gewünschten Bestandteile zu beginnen und während des laufenden Homogenisierens weitere Bestandteile entweder in Chargen oder kontinuierlich dem Mischgut hinzuzufügen.
• DE 296 06 962 U1 offenbart eine Vorrichtung zum Homogenisieren von Stoffen, mit einem Behälter, in dessen Bodenbereich eine Homogenisiereinrichtung mit Rotor und Stator vorgesehen ist. Durch die Seitenwand des Stators wird ein Zufuhrrohr geführt, dessen Mündung im Einlaufbereich der Homogenisiervorrichtung oberhalb des Rotors mündet. Das Ansaugrohr weist im Zufuhrbereich einen definierten Leckagespalt zwischen der Druck- und der Saugseite der Homogenisiervorrichtung auf, um Ablagerungen im Zufuhrbereich zu vermeiden, wenn ein Saugventil der Zufuhrrichtung geschlossen ist. Durch dieses Ansaugrohr können Flüssigkeiten, Pulver und dergleichen dem Mischgut zugemischt werden.
• Nachteilig an dieser Vorrichtung ist der hohe konstruktive Aufwand (Führung des Ansaugrohrs durch den Homogenisator mit dem technisch anspruchsvollen Leckagespalt, Saugventile in den Zufuhreinrichtungen) und daß die Vorrichtung nur bei Anliegen eines behälterseitigen unterstützenden Vakuums funktioniert, da der Homogenisator allein nicht das Vakuum aufbauen kann, das notwendig ist, um ein einwandfreies Einsaugen des Additivs zu gewährleisten.
• In GB 2 132 497 A ist eine Mischvorrichtung beschrieben, bei der die Pulverleitung im oberen Bereich des Mischbehälters weit oberhalb des Homogenisators am Boden mündet. Die Mündungsöffnung liegt außerhalb des Homogenisatoreinlaufs. Deflektoren sind in der Pulverleitung angeordnet, um zu verhindern, daß austretendes Pulver direkt auf den Homogenisator zuströmt.
• FR 921 758 beschreibt eine Mischvorrichtung bei der die Ansaugung von Flüssigkeit aus dem Behälter von unten her erfolgt. Das Zuführen des zusätzlich einzumischenden Stoffes erfolgt in entgegengesetzter Richtung, was ungünstig für die Strömungsverhältnisse im Homogenisatoreinlauf ist.
• GB 2 033 772 A befaßt sich mit der Aufgabe, eine möglichst gute Belüftung von mikrobiologischen Flüssigkulturen, insbesondere bei Fermentationsprozessen zu erreichen. Ausreichende Belüftung der Mikroorganismen in Flüssigkultur stimuliert deren Produktivität. Ein Zuführen von pulverförmigen oder flüs sigen einzumischenden Substanzen ist mit der Vorrichtung nicht möglich.
• 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. Behälterinhalt ermöglicht, insbesondere auch ein sicheres Zuführen von schwer einzumischenden Bestandteilen wie Pulvern, Flüssigkeiten, heißen Fetten, oder dergleichen.
• Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausgesteltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
• Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zwecks Zufuhr dieser Substanzen eine Zufuhrleitung auf, die im Behälterinneren im Bereich des Homogenisatoreinlaufs mündet, wobei die Mündung der Zufuhrleitung auf den Homogenisatoreinlauf zuweist und der auf den Homogenisatoreinlauf gerichtete Endbereich der Zufuhrleitung im wesentlichen konzentrisch zur Homogenisatorachse verläuft.
• Zunächst seien einige im Rahmen der Erfindung verwendeten Begriffe erläutert.
• Im Rahmen der Erfindung ist unter einem Homogenisator jede Einrichtung zu verstehen, die unter Einsatz von Bewegungsenergie eine Misch- und/oder Homogenisierwirkung erzielt. Der Homogenisator kann als Rotor-Stator-Dispergiermaschine ausgebildet sein, der die Bewegungsenergie des Rotors in erster Linie durch eine starke Scher- und Verwirbelungsenergie in Dispergierwirkung umsetzt und so eine intensive Homogenisierung erzielt. Aufgrund dieser Dispergierwirkung erzeugen diese Rotor-Stator-Dispergiermaschinen nur eine verhältnismäßig geringe Pumpwirkung, so daß hohe Antriebsenergien erforderlich 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 Rotors in erster Linie in eine Pumpwirkung und damit in Bewegungsenergie des zu homogenisierenden Guts umsetzt und nur eine geringe Dispergierwirkung durch Verwirbelung hat. Zwischenstufen sind ebenfalls möglich, es ist beispielsweise denkbar, am Rotor einer Rotor-Stator-Dispergiermaschine Zusatzflügel anzubringen, um die Pumpwirkung zu verbessern, wie es für sich genommen aus DE 34 17 242 A1 bekannt ist. Auch die Verwendung eines aus EP 0 290 033 B1 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 einzumischenden Substanzen erlaubt eine solche Zufuhr auch während des Homogenisatorbetriebs, also nach Beginn des Homogenisiervorgangs. 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 Behälterinneren 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 Behälters, sind diese Begriffe nicht beschränkt auf den eigentlichen Kessel, in dem der Mischvorgang durchgeführt wird, sondern schließen auch solche Teile des Behälters bzw. Behälterinnenraums ein, die baulich gebildet werden beispielsweise durch einen Flansch des am Behälterboden angesetzten Homogenisators. 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 Anbauteile des eigentlichen Mischkessels, durch die das Mischgut auf dem Weg zum Homogenisator hindurchströmt, Teile des Behälters bzw. Behälterinnenraums.
• Die Mündungsöffnung liegt im Bereich des Homogenisatoreinlaufs. 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 durchschnittlichen Behälterinnendruck liegt. Bevorzugt ist es, die Mündungsöffnung in unmittelbarer Nähe des Homogenisatoreinlaufs 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 Behälterinnendruck dem Atmosphärendruck entspricht oder darunter liegt.
• Ferner sorgt die Zufuhr der einzumischenden Substanzen unmittelbar 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 einmischbarer Stoffe wie beispielsweise Pulver bilden, die die weitere Zufuhr einzumischender Substanzen behindern können.
• Die Mündung der Zufuhrleitung weist auf den Homogenisatoreinlauf zu. Dies bedeutet, daß die aus der Zufuhrleitung austretenden Substanzen ohne wesentliche Richtungsänderung in den Einlauf strömen können. Der auf den Homogenisatoreinlauf gerichtete Endbereich der Zufuhrleitung verläuft im wesentlichen konzentrisch Homogenisatorachse. Der Begriff "Homogenisatorachse" bezeichnet die Rotationsachse des Homogenisatorrotors.
• Demnach verläuft ein auf den Einlauf zuweisender Teil der Zufuhrleitung in der Mitte des Behälterinneren auf die Homogenisatorachse zu. Da der Homogenisator 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 Behälterboden) in den Behälterinnenraum (ggf. auch den Innenraum 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 aufweisen, 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 vergrößern.
• 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 Zufuhrleitungen zur getrennten Zufuhr einzumischender Substanzen aufweisen, die sämtlich im Bereich des Homogenisatoreinlaufs münden. Die Zufuhrleitungen verlaufen vorzugsweise im Behälterinneren 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 davon abweichenden Temperatur zugeführt werden sollen, kann es zweckmäßig sein, eine oder mehrere dieser Zufuhrleitungen sowohl gegenüber dem Behälterinneren als auch gegenüber den übrigen Zufuhrleitungen zu isolieren.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Diese zeigt in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße 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 keiner näheren Beschreibung. Der Rotor des Homogenisators weist einen Nabe 3 auf. Eine Zufuhrleitung 4 dient zum Einmischen zusätzlicher Substanzen in den vorgelegten Inhalt des Behälters. 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 Homogenisatoreinlauf weisender Endbereich 5 verläuft konzentrisch zu der bei 6 angedeuteten Achse des Homogenisators 2. Der Endbereich 5 der Zufuhrleitung 4 erweitert sich, umschließt 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 Zufuhrleitung 4.
• Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden zunächst Teile des herzustellenden Produktes (wie Flüssigkeiten, Gele, geschmolzene Fette oder dergleichen) im Mischbehälter vorgelegt. Der Homogenisator 2 wird in Betrieb genommen 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 zuzuführende Substanzen über die Zufuhrleitung 4 eingespeist. Der Unterdruck und der strömende Behälterinhalt im Bereich 7 saugen diese Substanzen aus dem Endbereich 5 der Zufuhrleitung 4 heraus. Sofort nach dem In-Berührungbringen dieser Substanzen mit dem vorgelegten Behälterinhalt trifft das Gemisch 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 Substanzen bewirkt, bevor diese Gelegenheit bekommen, Nester oder Klümpchen, Einschlüsse oder dergleichen im Behälterinhalt zu bilden, die sich anschließend nur schwer wieder einhomogenisieren lassen.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe, die aufweist: – einen Behälter, – wenigstens einen diesem Behälter zugeordneten Homogenisator (2) mit einem Einlauf (7) für die Zuführung der Stoffe zum Homogenisator, – eine Einrichtung zum Zuführen von in den Behälterinhalt einzumischenden pulverförmigen oder flüssigen Substanzen, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einrichtung eine Zufuhrleitung (4) aufweist, die im Behälterinneren im Bereich des Homogenisatoreinlaufs (7) mündet, wobei die Mündung der Zufuhrleitung (4) auf den Homogenisatoreinlauf (7) zuweist und der auf den Homogenisatoreinlauf (7) gerichtete Endbereich (5) der Zufuhrleitung im wesentlichen konzentrisch zur Homogenisatorachse verläuft.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mündungsbereich (5) der Zufuhrleitung (4) einen Teilbereich der Homogenisatornabe umschließt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein im Behälterinneren verlaufender Abschnitt der Zufuhrleitung (4) eine Wärmeisolierung (9) aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei oder mehr Zufuhrleitungen (4) aufweist, die im Behälterinneren im Bereich des Ho mogenisatoreinlaufs (7) münden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrleitungen (4) im Behälterinneren parallel verlaufen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrleitungen (4) im Behälterinneren von einer gemeinsamen Wärmeisolierung (9) umgeben sind.