DE2730241A1

DE2730241A1 - Verfahren zur homogenisierung von massen und dabei zu verwendende vorrichtung

Info

Publication number: DE2730241A1
Application number: DE19772730241
Authority: DE
Inventors: Johannes Henricus Te Riele
Original assignee: REMIA BV
Current assignee: REMIA BV
Priority date: 1976-07-07
Filing date: 1977-07-05
Publication date: 1978-01-19
Also published as: NL7607527A; FR2357298B1; FR2357298A1; GB1580071A; US4141655A; BE856517A

Description

Verfahren_zur_Homogenisierung_von Massen_und_dabei zu verwendende Vorrichtung.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Homogenisierung von Massen, insbesondere von mindestens zwei Substanzen enthaltenden Massen, wobei eine feine Verteilung mindestens einer der Substanzen in die andere durch ein in der zu homogenisierenden Masse vibrierendes Blatt zustande gebracht wird.

Ein solches Verfahren, die sog. lltraschall-Homogenisierung, ist bekannt. Dabei wird das zu verarbeitende Material, nachdem es gegebenenfalls zuerst vorgemischt worden ist, der Homogenisiervorrichtung zugeführt. Dieses Zuführen erfolgt mittels einer Pumpe under Druck (z.B. 10-50 atm) und die Masse wird durch einen in besonderer Weise gebildeten Einlassschlitz über ein in der Homogenisiervorrichtung vorhandenes Blatt oder Messer geführt.

Durch die hohe Geschwindigkeit der aus dem Einlassschlitz austretenden Masse gerät das Blatt in eine Ultraschallschwingung (Eigen-Ultraschall-Resonanzfrequenz). Durch die dabei freiwerdende Kavitationsenergie wird die Masse homogenisiert. Die Kavitationsenergie wird also schliesslich durch die zu homogenisierende Masse geliefert und dadurch ist eine verhältnismässig hohe Pumpenenergie notwendig, weil diese sowohl für den Transport der Masse als auch für deren Pressung durch den verhältnismässig engen Einlassschlitz

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benutzt werden muss.

Erfindungsgemäss wurde gefunden, dass das Homogenisieren sehr wirtschaftlich und unter Anwendung einer wenig komplizierten Vorrichtung dadurch stattfinden kann, dass man, statt die homogenisierende Masse über ein Blatt zu führen, dieses Blatt derart in der Masse bewegt, dass die Vibrationsenergie des Blattes im wesentlichen durch dessen Bewegungsgeschwindigkeit erhalten wird. Dabei ist die Position des Blattes während der Bewegung durch die Masse derart, dass, in der Bewegungsrichtung gesehen, die dünne Seite nach vorn gekehrt ist.

Ein wesentlicher Vorteil, der unter Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens erhalten wird, liegt darin, dass der Energieverbrauch viel geringer ist als bei Anwendung des bekannten Verfahrens. Bei letzterem Verfahren muss ja, zum Erzielen einer ausreichenden Massengeschwindigkeit, die ganze zu homogenisierende Masse durch einen Schlitz gepresst werden. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren ist es nicht notwendig, die Masse durch einen solchen Schlitz zu pressen, weil die Vibrationsenergie nicht durch die Masse, sondern durch die Bewegung des Blattes selbst geliefert wird.

Ein weiterer Vorteil, der bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens erhalten wird, liegt darin, dass die Transportgeschwindigkeit der zu homogenisierenden Masse keinen Einfluss auf das Mass der Homogenisierung derselben hat, weil die Bewegungsenergie der Masse gegenüber dem Blatt nicht durch die Masse, sondern durch das Blatt über eine gesonderte Energiequelle geliefert wird.

Ein noch weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt darin, dass bei dessen Anwendung nicht nur Flüssigkeiten unter sich oder zusammen mit Feststoffen homogenisiert werden können, sondern auch Flüssigkeiten mit Gasen, wie z.B. bei der Herstellung lockerer Massen, z.B. steifgeschlagener Sahne oder Kunstsahne, der Fall ist. Das Homogenisieren von Flüssigkeiten mit Gasen ist bei Anwendung des bekannten Verfahrens nicht oder nur dann möglich, wenn besondere Massnahmen getroffen sind.

Es wird bemerkt, dass in der DT PS 483.569 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Homogenisierung von Flüssigkeiten beschrieben sind, wobei messerartige Organe in einer Richtung parallel zur Messerebene durch die Flüssigkeit bewegt werden. Diese Messer sind jedoch auf zwei Seiten eingeklemmt und können deshalb

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nicht vibrieren, wie die in der erfindungsgemSssen Vorrichtung angewendeten Messer. Der Zweck der in der DT PS 483.569 beschriebenen Vorrichtung ist daher nicht das Mischen von zwei Flüssigkeiten durch Anwendung von Vibrationsenergie, sondern das Herbeiführen einer Homogenisierung unter geringer hydraulischer Beeinflussung der Flüssigkeit in der genannten Vorrichtung. Zu diesem Zweck brauchen die Messer daher nicht zu vibrieren, wie nach der vorliegenden Erfindung.

Bei der Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens wird die zu homogenisierende Masse in Strömen von gesonderten Massen oder gegebenenfalls vorgemischt der erfindungsgemSssen Homogenisiervorrichtung zugeführt. Wenn z.B. zwei Flüssigkeiten zu homogenisieren sind, kann eine Vormischung gewünscht sein. Nenn, wie z.B. beim Steifschlagen von Sahne der Fall ist, in eine fetthaltige Masse Luft dispergiert werden soll, um eine homogene steifgeschlagene Masse zu erhalten, werden vorzugsweise die Luft und die fetthaltige Zusammensetzung in einzelnen Strömen der Homogenisiervorrichtung zugeführt.

Weil die Vibrations- oder Homogenisierungsenergie unabhängig von dem Massenstrom regelbar ist, genügt es im Prinzip, wenn die Masse einmal durch die Homogenisiervorrichtung geführt wird. In besonderen Fällen kann es gewünscht sein, die aus der Homogenisiervorrichtung ausströmende Masse zum Teil abzuzweigen und erneut der Vorrichtung zuzuführen.

Die Bewegung des Blattes oder Messers durch die Masse in der erfindungsgemSssen Homogenisiervorrichtung kann in verschiedenen Weisen durchgeführt werden. Vorzugsweise ist das Blatt oder Messer an einem Blatthalter befestigt und über eine Arm oder eine Scheibe mit einer Welle verbunden, die durch z.B. einen Elektromotor angetrieben werden kann.

Bei dieser Ausführungsform wird die zu homogenisierende Masse vorzugsweise in einer Vorrichtung parallel zur Antriebswelle in die Homogenisiervorrichtung gepumpt, während die homogenisierte Masse die Vorrichtung in einer Richtung verlässt, die nahezu im wesentlichen lotrecht auf die genannte Antriebswelle steht.

Die Abmessungen des in der Homogenisiervorrichtung zv verwendenden Blattes oder Messers müssen derart sein, dass es unter den Gebrauchsbedingungen zur

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Vibration gebracht wird. Dabei wesentliche Faktoren sind die in der zu homogenisierenden Masse vorhandene Oberfläche und die Dicke des Blattes. Geeignete Blätter haben z.B. eine Oberfläche in der zu homogenisierenden Masse

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von 180 mm und eine Dicke von 0,2 mm. Es ist klar, dass je nachdem die Oberfläche, die mit der zu homogenisierenden Masse in Berührung ist, grosser ist, die Dicke des Blattes auch grosser sein kann und umgekehrt.

Die Geschwindigkeit des Blattes wird in Abhängigkeit von einer Anzahl Faktoren geregelt, insbesondere von der Art und der Durchführungsgeschwindigkeit der zu homogenisierenden Masse. Eine Bewegungsgeschwindigkeit (oder Umfangsgeschwindigkeit im Falle eines drehenden Blattes) von 5-10 m/sec. ist geeignet. Bei der Herstellung von steifgeschlagener Kunstsahne, wobei Luft mit einer fetthaltigen Emulsion homogenisiert wird, hat sich eine Umfangsgeschwindigkeit eines drehenden Messers von 6,5 m/sec. bei einer Menge von 100-250 kg/Stunde steifzuschlagender Masse als sehr geeignet erwiesen.

Insbesondere wenn eine weniger viskose Masse oder eine Mischung weniger viskoser Substanzen zu homogenisieren ist, kann es gewünscht sein, die zu homogenisierende Masse durch eine mit Bremsflächen ο.dgl. versehene Platte zu führen, die in der Homogenisiervorrichtung angeordnet ist. Die Lage der Platte wird im allgemeinen derart sein, dass die Bremsflächen im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung der einströmenden Flüssigkeit und im wesentlichen lotrecht auf die Ebene der vibrierenden Blätter oder Messer verlaufen.

Dadurch wird vermieden, dass durch die drehenden Blätter die Masse in Drehung versetzt wird, was zu Energie- oder GeschwindigkeitsVerlusten der Blätter gegenüber der zu homogenisierenden Masse führt.

Wie eher bemerkt, ist das Blatt oder Messer in einer erfindungsgemässen Vorrichtung an einem Blatthalter befestigt.

Dieser Blatthalter kann z.B. solche Stromlinienform haben, dass die Masse ohne grosse Reibungsverluste an dem Messer und dem Blatthalter entlangströmen kann. Auch kann das Blatt zwischen zwei Blöcken eingeklemmt sein, die eine Öffnung aufweisen, und zwar derart, dass beim Betrieb der Vorrichtung die zu homogenisierende Masse durch die Öffnung in dem Blatthalter bewegen kann.

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Bei dieser letztgenannten Ausführungsfonn kann, wenn die Blätter an einer Drehwelle befestigt sind, die Länge der Homogenisiervorrichtung in axialer Richtung beschränkt gehalten werden.

Unter Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens können zahllose Zusammensetzungen homogenisiert werden. Ein Beispiel aus der Margarineindustrie ist die Herstellung fetthaltiger Emulsionen, Margarinen, Kunstsahnen, Salatsossen, Halvarinen o.dgl. Ein Beispiel aus der kosmetischen Industrie ist die Herstellung kosmetischer Cremen oder Zahnpasten, während ein Beispiel aus der Farbindustrie die Herstellung von Farbdispersionen ist.

Andere Anwendungen sind das Ultraschall ( Kälte)-Sterilisieren, das Ultraschallreinigen usw.

Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt einer Homogenisiervorrichtung;

Fig. 2 eine obere Ansicht von Blättern in einer Homogenisiervorrichtung;

Fig. 3 einen Querschnitt eines Blattes in einer Vorrichtung wie wiedergegeben in Fig. 2;

Fig. 4 einen Querschnitt einer Homogenisiervorrichtung mit zwei Blättern;

Fig. 5 eine Variantausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 4, in der einer der Blätter tragenden Arme durch einen Pumpenfächer ersetzt ist;

Fig. 6 nine Homogenisiervorrichtung, versehen mit in einer Anzahl parallel zueinander verlaufender Ebenen liegenden Blättern und Bremsflächen;

Fig. 7 eine obere Ansicht von an Armen befestigten Blatthaltern; und Fig. 8 einen Querschnitt eines mit einer Öffnung versehenen Blatthalters.

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In Fig. 1 ist mit 1 das Gehäuse der Homogenisiervorrichtung angegeben. Die zu homogenisierende Masse wird bei 2 eingeführt und die homogenisierte Masse verlässt die Vorrichtung nach dem Pfeil 3.

An der mit einem (nicht gezeichneten) Motor o.dgl. verbundenen Welle 4 ist eine Scheibe o.dgl. 5 befestigt, die Blatthalter 6 mit Blättern 7 (Fig. 2) trägt. Wie in Fig. 7 wiedergegeben, können die Blätter und Blatthalter statt an einer Scheibe 5 an Armen 16 o.dgl. befestigt sein. Eine mit Offnungen versehene Bremsfläche 12 befindet sich zwischen der Einlassöffnung 2 und dem Blatthalter 6.

Im Betriebszustand wird die Welle 4 und also der Blatthalter 6 mit dem Blatt in Drehung versetzt. Der Raum in der Homogenisiervorrichtung wird mit der zu homogenisierenden Masse gefüllt, die bei 2 eingeführt wird.

Die Bremsfläche 12 verhindert, dass die zu homogenisierende Masse durch die drehende Welle 4 in Drehung versetzt wird.

Die homogenisierte Masse verlässt die Vorrichtung bei 3, und falls erwünscht, kann ein Teil dieser Masse wieder zu der Einlassöffnung 2 zurückgeführt werden.

In Fig. 2 und 3 sind vier Messer oder Blätter 7 gezeichnet, die an einer Platte befestigt sind und auf diese Weise mit einer Welle verbunden sind.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemässen Homogenisiervorrichtung. An den Wellen 8 bzw. 9, die unabhängig voneinander drehbar sind, ist die Scheibe 5 befestigt, welche die Blatthalter 6 mit den (nicht wiedergegebenen) Blättern 7 trägt. Weil die Wellen unabhängig voneinander drehbar sind, können sie eine gegenläufige Drehrichtung haben, wodurch Drehung der zu homogenisierenden Masse vermieden werden kann. Bei dieser Ausführungsform ist eine Bremsfläche 12, wie in Fig. 1 wiedergegeben, nicht notwendig. Die zu homogenisierende Masse wird durch die hohle Welle 9 in die Vorrichtung gepumpt und verlässt die Vorrichtung durch die Öffnung 10.

Es ist klar, dass die zu homogenisierende Masse auch durch einen anderen Einlass in die Vorrichtung eingeführt werden kann, z.B. längs der Welle oder durch einen am Gehäuse befestigten Einlass.

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In Fig. 5 ist eine Variantausführungsform einer Homogenisiarvorrichtung nach Fig. 4 wiedergegeben. Bei dieser Ausführungsfortp ist eine der Scheiben 5, die den Blatthalter 6 trägt, durch einen Pumpenfächer 11 ersetzt. Die Funktion dieses Fächers ist die Verhinderung der Drehung der sich innerhalb des Gehäuses 1 befindenden, zu homogenisierenden Masse. Der Pumpenfächer 11 kann jedoch an sich auch eine Transportfunktion haben, was insbesondere möglich ist, wenn leicht verpumpbare Massen homogenisiert werden müssen.

In Fig. 6 schliesslich ist eine Vorrichtung wiedergegeben, in der an einer Welle 13 eine Anzahl Arme 5 mit Blatthaltern 6 und Bremsflächen 12 befestigt sind. Bei dieser Vorrichtung wird die zu homogenisierende Masse bei 14 in die Vorrichtung gepumpt. Die homogenisierte Masse verlässt die Vorrichtung bei 15. Von der Ausführungsform, wie in Fig. 6 gezeichnet, sind mehrere Varianten möglich. So kann die Welle 13 geteilt ausgebildet sein und können die einzelnen Wellenteile unabhängig voneinander angetrieben werden. Bei einer solchen Ausführungsform können mehrere Blatthalter 6 mit den Blättern 7 in entgegengesetzter Richtung drehen, so dass eine Anzahl Bremsflächen 12 nicht notwendig ist.

Fig. 8 zeigt einen Querschnitt eines mit einer Öffnung versehenen Blatthalters. Bei dieser Ausführungsform bewegt beim Betrieb der Vorrichtung die zu homogenisierende Masse (ein Teil derselben) durch die Öffnung in dem Blatthalter.

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Claims

ANSPROCHE

1. Vorfahren zur Homogenisierung von Massen, insbesondere vcn mindestens zwei Substanzen enthaltenden Massen, wobei eine feine Verteilung mindestens einer der Substanzen in die andere durch mindestens ein in der zu homogenisierenden Masse vibrierendes Blatt zustande gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Blatt derart in der Masse bewegt wird, dass die Vibrationsenergie des Blattes im wesentlichen durch dessen Bewegungsgeschwindigkeit erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Blatt oder die Blätter in der Masse einer Drehbewegung unterworfen werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit des Blattes gegenüber der Flüssigkeit ^r>-10 m/sec. beträgt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend eine Zufuhrleitung für die zu homogenisierende Masse, einen Raum, in dem das Homogenisieren stattfindet und eine Abfuhrleitung für die homogenisierte Masse, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Homogenisierraum mindestens ein unabhängig von der Bewegungsrichtung und/oder Geschwindigkeit der Masse bewegbares Blatt vorhanden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Blatt oder die Blätter mit einer drehbaren Welle verbunden sind.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Mündung der Zufuhrleitung in dem Homogenisierraum eine mit Bremsflächen o.dgl. und mit Offnungen für die zu homogenisierende Masse versehene Platte o.dgl. derart angeordnet ist, dass die Bremsflächen im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung der einströmenden Flüssigkeit verlaufen und im wesentlichen lotrecht auf die Ebene der vibrierenden Blätter stehen.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4-6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Homogenisierraum mindestens zwei in entgegengesetzter Richtung drehbare Blätter vorhanden sind.

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ORIGINAL INSPECTED

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Homogenisierraum ein an einer drehbaren Welle befestigter Pumpenfächer sowie eine unabhängig von diesem drehbare Welle, an der mindestens ein Blatt befestigt ist, vorhanden sind.

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