DE2130134C

DE2130134C - Vorrichtung zum Mischen, Homogeni sieren und Emulgieren

Info

Publication number: DE2130134C
Application number: DE19712130134
Authority: DE
Inventors: Armin 6056 Heusenstamm Schmitt
Original assignee: Maschinenfabrik J S Petzholdt, 6000 Frankfurt
Filing date: 1971-06-18
Publication date: 1973-06-14

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Misehen, Homogenisieren und Emulgieren von Flüssigkeits-Feststoff-Gemischen, die aus mehreren in Strömungsrichtung hintereinandergeschalteten Einzelkammern besteht, die durch Zufuhr- und Abfuhrkanäle miteinander verbunden sind.

Neben einer solchen Vorrichtung, wie sie beispielsweise durch die USA.-Patentschrift 3 417 967 bekanntgeworden ist, sind zum Mischen, Homogenisieren und Emulgieren von Medien flüssiger bis pastenföimiger Konsistenz eine Vielzahl von anderen Mischvorrichtungen bekanntgeworden. Insbesondere haben zum Emulgieren sogenannte Hochdruck-Homogenisiermaschinen eine große Verbreitung gefunden. Die Arbeitsweise dieser Maschinen besteht in der Regel darin, daß eine in einer gesonderten Anlage hergestellte Grobdispersion, bestehend aus den jeweils zu vermischenden Bestandteilen, mit Hilfe einer volumetrisch arbeitenden Pumpe auf einen erhöhten Druck, z.B. 40OkPZCm* gebracht wird.

Unmittelbar danach wird die Dispersion durch einen oder mehrere enge spaltförmige Querschnitte wieder entspannt. Wird beispielsweise ein Wasser-Öl-Gemisch einer solchen Behandlung unterworfen, so entsteht eine mehr oder weniger beständige Emulsion. Die Fett- und Wasserpartikeln werden bei diesem Vorgang so weit deformiert, daß sie sich in einer Anzahl kleiner Kügelchen aufteilen.

Die Emulsion ist um so beständiger, je kleiner die Partikelgröße ist und je enger das Verteilungsspektrum vorliegt.

Homogenisiennaschinen der beschriebenen Art arbeiten erst bei Drücken, die im Bereich von etwa 50 bis mehreren 100 kp/cm² liegen, mit ausreichender Homogenisierwirkung. Da die zur Erzielung der notwendigen Drücke aufzuwendende Energie nicht zurückgewonnen werden kann, sind die laufenden Betriebskosten, die solche Maschinen verursachen, unnötig hoch. Es sind daher zahlreiche andere Konstruktionen entwickelt worden, die nach den verschiedensten Verfahren arbeiten. Die Homogenisierung erfolgt hierbei unter Drücken bis etwa 10 kp/cm². Der Kraftbedarf dieser Maschinen ist entsprechend den kleineren Drücken geringer. Aber auch die Homogenisierwirkung, die bei diesen Konstruktionen ebenfalls im wesentlichen von der Höhe des Druckgefälles abhängig ist, ist geringer. Solche Maschinen können Jäher im allgemeinen nur für Aufgaben verwendet werden, die verhältnismäßig einfach zu lösen sind. Für hohe Anspiüche sind sie ungeeignet.

Beim Mischer nach der USA.-Patentschrift^ 391110 handelt es sich um einen zylindrischen Behälter, der axial über seinem ganzen Querschnitt durchströmt wird, wobei in diesem Behälter kegelförmige Scheiben auf ihren Flächen völlig durchbrochen sind. Vor bzw. hinter jedem Lochkörper spielen sich dabei die gleichen physikalischen Vorgänge ab, wobei hinter jedem Lochkörper eine freie und nicht gerichtete Verwirbelung erzeugt wird, die mit hohen Druckverlusten und Wärmeentwicklung verbunden ist.

Beim Mischer nach der USA.-Patentschrift 3 417 967 sind zwar in Fig. 6 auch Einzelkammern vorgesehen, aber durch deren Geometrie ist ebenfalls keine streng definierbare Strömung zu erzeugen.

Der Erfindung Hegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Nachteile, insbesondere den zu hohen Kraftbedarf, aufwendige und mit schlechtem Wirkungsgrad arbeitende Mittel- oder Hochdruckpumpen und eine vorgeschaltete Vorrichtung zur Erzeugung der Grobdispersion zu vermeiden.

Diese Aufgabe ist mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art der Erfindung dadurch gelöst, daß die Einzelkammern die Form eines Doppelkegelstumpfes aufweisen und daß die Verbindungskanäle tangential in die Einzelkammern ein- bzw. ausmUn-

deßl angebracht sind derart, daß in Strömungsrichtune abwechselnd benachbarte Einzelkammem einmal im Bereich ihrer größten und dann in, Bereich ih kleinsten Querschnitte miteinander verbunden

Durch diese Lösung wird ein mehrfaches Teilen und Neuvereinigen des Mischgutstromes alternieren-Her Zusammensetzung erreicht, und die Homogenitat bzw Mischgüte des Mischgutstromes nimmt pro- «Usiv mit der Anzahl der Teilungen bzw. Neuverrinfeunaen zu, wobei konsequent der physikalische EfXt ausgenutzt ist, daß sowohl in einer Wirbelauelle, als auch in einer Wirbelsenke beachtliche Strömungsverzerrungen auftreten, d.h., es bilden sich Sekundärströmungen, die eine partielle gegen- «■itiee Verlagerung der Mischgutlf iichen zur Folge SK

25

Da ™ kleinerbare Feststoffteilchen bei Pawge der Verneinung insbesondere auch an den Mündungskanten <ler Verbindungskanäle eine Zerkleinerung ao erfahren können, ist es in Rücksicht darauf vorteilhaft du Vorrichtung so auszubilden, daß die Ver-Hindun ^leitungen der Kammern von Leitung zu Leif_ung m ihrem Querschnitt in Durchströmrichtung kleiner oder größer bemessen sind.

Eine Ausbildung der Vorrichtung dahingehend, daß die jeder Kammer folgende Kammer so angeord- Zi ist daß ihr größter taw. kleinster Querschnitt in £ Fbene des kleinsten bzw. größten Querschnittes £ vorhergehenden Kammer liegt, führt vorteilhaft zu e η r sehr engen Anordnungsmöglichkeit der Ein-SkTmmern unl damit zu einer \ehr kompakten Bau« eise der Vorrichtung, die sich in gleichem Sinne auch vorteilhaft so ausbilden läßt, daß die in Reihe Schalteten.Einzelkammern etwa im Kreisverband

Spichst große Durchsätze erzielen zu MischefTektes durch andere äußere LochköφeΓ erwartet werden kann. Beim ^ dungfgegenstand hingegen nimmt die *^nza"ι u Mischgutverzweigungswege mit steigender απ der Einzelkammern nach einer mathematischen Gesetzmäßigkeit zu. Ähnlich verhalt es aßti oe m reits erwähnten Mischer nach der ^Ub^r"£^a V~. 3 417 967, bei dem wiederum freie, :nicht gerιcmeic Turbulenzen entstehen, die mit hohen ^tne^'^cl luster, und Wärmeentwicklung verbunden sma. ftj" hier wird der Verlustfaktor schätzungsweise um mindestens eine Zehnerpotenz höher als beim trnndungsgemäßen Mischer liegen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung w,d nach

folgend an Hand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen naher erläutert. In dieser Darstellung zeigt schematisch

F i g. 1 einen Schnitt durch die Vprnchtiiiig,

Fig. 2 eine Draufsicht au ^d»^e ^Wunt

Fig. 3 einen Schnitt durch die Vorrichtung in an

derer Ausführungsforni, Vorrichtung in einer

F i g. 4 einen Schnitt durch d.e Vorrichtung in einer

weiteren Ausführungsform, , ,

F i g. 5 schematisch eine besondere Anordnung der

Einzelkammem, _cmK„i;rhkeit der

Fig. 6 eine weitere Anordnungsmoghchke.t der

Einzelkammem und Anordnung der

F i g. 7 in Schnitt und Ansicht die Anordnung

Vorrichtung innerhalb «nes Tempene^ehause^ In den F.guren sind mit 1 dieEinze'k^

mit 2 die Verbindungsleuten, m t 3

größten bzW_d k ernsten Qj^^

stumpfe 5 und mit 6 die

Einzelscheiben 7, in d.e ^dl%

Ln 6, 7 buden stape.artig

stehenden Kegelstümpfen gebildet sind.

Auch in konstruktiver und fertigungstechnischer Hinsicht ist die ernndungsgemäße Vorrichtung sehr vorteilhaft, da sie sich so ausbilden laßt daß ehe Wirbelkammer aus einem aus zwischen Abschlußscheiben angeordneten Einzelscheiben bestehenden Säte gebildet ist, wobei in den übereinanderstapelten Einzelscheiben die kegelstumpfformigen Hohlräume und die Verbindungskanäle eingeschnit-"n sind wobei sich auch die⁸ Möglichkeit ergibt, dieses Gehäuse in einem weiteren Gehäuse unterzubringen, wobei der sich zwischen den Gehäusen ergebende Raum mit Zu- und Abflußleitungen fur ein Kühl- oder Heizmedium versehen ist, wodurch je nach den Behandlungserfordernissert der zu mischen-

leitung M wieder verlaßt _{Einzellcammer}n

In den Fig. und 2 sind aie _{Mischgut zu}.

f^^^ Querschnitfes 4 in

f^^^SJ^e« _im Bereich des die Kammer 1L eins rom ι un _ße

größten Querschnittes i wieaer vcu

reich des g f^^^äZ im Berlh zelkammer 1 gelangt die es dann kleinsten Querschnittes verlabt usw. "

Verbindungs^itung .sun F, g J verdeuti'cht

Ρ^^^Γ^ _eemäß FTg 1 dadurch, daß die det s,cnj^r der gemab hi|J^ neinander

E.nzelkammern . h«^rbei gewisserm

3 4 der ^benac™^a"

Mische, nach der USA.-Paten.schrift 2 391 110 keine ·, b,.d«.is._tk». Notwendigkeil, die Lochkörper in anderer alssehe.- W a *

angegebenen S.rö- «' ^g _sf_clf _hierbei slär^b ^S d der

Gesamtdurchsalz ist. selbstverständlich größer als der bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 3.

Abgesehen von diesen Varianten der Kammerausbildung und Zuordnung ist es natürlich auch möglich, die Kammern bezüglich ihrer Anordnung im Verband zu variieren.

Im Gegensatz zur Anordnung gemäß Fig. 1 bis 4 sind die Kammern gemäß Fig. 5 in zwei zu den Zu- und Abströmleitungen 13, 14 parallelen Zweigen etwa kreisförmig angeordnet, während sie gemäß Fig. 6 alle etwa im Kreisverband hintereinandergeschaltet sjnd.

Wie erwähnt, wird die Vorrichtung mit ihren Einzelkammern am vorteilhaftesten so verwirklicht, daß man das Gehäuse 8 bzw. 8' aus Einzelscheiben 7 fertigt, in die die Kammerhälften und die Verbindungsleilungen eingeschnitten werden, wonach dann die entsprechend bearbeiteten Einzelscheiben genau fluchtend mit den Abschlußscheiben 6 zusammengestapelt und verspannt werden.

Die Anordnung eines solchen Gehäuses 8 für Temperierzwecke innerhalb eines weiteren Gehäuses 9. das mit Zu- und Ableitungen 11, 12 zum Innenraum 10 versehen ist, ist in Fi g. 7 verdeutlicht.

Außer den genannten Vorteilen, bietet diese Vorrichtung auch die Vorteile eines minimalen Dichtungsaufwandes und einer guten Reinigungsmöglichkeit.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Mischen, Homogenisieren und Emulgieren von Flüssigkeits- und Flüssigkeits-Feststoff-Gemischen, bestehend aus mehreren in Strömungsrichtung hintereinandergeschalteten Einzelkammern, die durch Zufuhr- und Abfuhrkanäle miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelkammern (1) die Form eines Doppelkegelstumpfes aufweisen und daß die Verbindungskanäle (2) tangential in die Einzelkammern ein- bzw. ausmündend angebracht sind, derart, daß in Strömungsrichtung abwechselnd benachbarte Einzelkammern einmal im Bereich ihrer größten und dann im Bereich ihrer kleinsten Querschnitte miteinander verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelkammern (1) in an sich bekannter Weise aus mit ihren kleinsten Querschnitten (4) gegeneinandergerichteten Kegelstümpfen gebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungs- »5 leitungen (2) der Kammern (1) von Leitung zu Leitung in ihrem Querschnitt in Durchströmrichtung kleiner oder größer bemessen sind.

4. Vorrichtung nach jedem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelkammern (1) in an sich bekannter Weise aus mehreren übereinander- und miteinander in Verbindung stehenden Kegelstüropfen (5) gebildet sind.

5. Vorrichtung nach jedem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in Reihe geschalteten Einzelkammern (1) etwa im Kreisverband angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach jedem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie in bekannter Weise aus einem aus zwischen Abschlußscheiben (6) angeordneten Einzelscheiben (7) bestehenden Gehäuse (8) gebildet ist, wobei in den übereinandergestapelten Einzelscheiben (7) die kegelstumpfförmigen Hälften der Kammern (1) und die Verbindungikanäle (2) eingeschnitten sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Einzelscheiben (6, 7) bestehende Gehäuse (8) in einem weiteren Gehäuse (9) untergebracht ist, wobei der sich zwischen den Gehäusen ergebende Raum (10) mit Zu- und AbSußleitungen (11, 12) für ein Kühloder Heizmedium versehen ist.

55