DE805731C - Verfahren und Vorrichtung zur Homogenisierung von Fluessigkeiten - Google Patents

Description

• Aktiebolaget Separator, Stockholm Verfahren und Vorrichtung zur Homogenisierung von Flüssigkeiten Zur menschlichen Ernährung bestimmte Milch wird je nach dem gewünschten Endprodukt auf verschiedene Weise behandelt. Das eine Alal wird sie nur einer Reinigung unterzogen, ein anderes Mal wird sie zur Herstellung eines fettreichen Produkts in Rahm und Alagermilch getrennt. Diese Trennung wird bereits durch einfaches Absetzenlassen, d. h. durch Schwerkraftseparierung, erreicht.
• Um die Wirkung dieses Vorgangs zu erhöhen, verwendet man im allgemeinen Separatoren, bei denen das wirksame Zentrifugalfeld um ein Vielfaches stärker ist als die Schwerkraft. Ferner ist es zuweilen erwünscht, die Zusammensetzung von Milch mit einem bestimmten Fettgehalt konstant zu halten, so daß sich die Milch selbst bei längerem Stehenlassen nicht in ihre verschiedenen Komponenten teilt. Dieses Ziel kann durch Homogenisierung, d. h. durch Feinverteilung des Fettes im Milchserum, erreicht werden. Die genannten Forderungen können auch in bezug auf eine ganze Reihe anderer Produkte aufgestellt werden, die in emulgiertem Zustand vorkommen oder als Emulsion bearbeitet oder verbraucht werden. Den hierzu gewöhnlich verwendeten Maschinen ist gemeinsam, daß sie entweder für den einen oder für den anderen Zweck konstruiert sind; z. B. werden in einem Separator zwei Flüssigkeiten, Fett und Wasser, voneinander geschieden; in einer Homogenisiermaschine werden sie dagegen innig miteinander vermischt.
• Die Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren und zu seiner Durchführung geeignet Vorrichtungen zu schaffen, bei denen die in Rede stehenden verschiedenartigen Maßnahmen und die dazu erforder- lichen technischen Mittel miteinander vereinigt werden. Dies wird mit dem Verfahren gemäß der Erfindung grundsätzlich dadurch erreicht, daß man einen Separator derart mit einer Homogenisiervorrichtung kombiniert, daß das in der rotierenden Separatortrommel herrschende und zum Separarieren dienende Zentrifugalkraftfeld gleichzeitig als Druckquelle für einen Homogenisierapparat ausgenutzt wird. Hierdurch wird nicht nur ein geringerer Materialverbrauch als bei getrennter Ausführung der Apparate, sondern auch ein betriebswirtschaftlicher Vorteil erreicht. Wenn man z. B. homogenisierten Rahm herzustellen wünscht, so leitet man die Vollmilch in den Separator und den ausseparierten Rahm zu einer mit diesem verbundenen Homogenisiervorrichtung, wodurch man das gewünschte Endprodukt durch eine einzige Arbeitsoperation erhält. Wünscht man dagegen homogenisierte Vollmilch herzustellen, so braucht man nur den auf diese Weise homogenisierten Rahm wieder mit der LIagermilch zu vermischen. Werden besonders hohe Ansprüche an die Stabilität des homogenisierten Produktes gestellt, so kann der homogenisierte Rahm vor dem Separator wieder eingeleitet und dort mit der in diesen strömenden Milch gemischt werden. Je nach der Effektivität des benutzten Separators werden aus der in den Separator eingeleiteten Mischung sämtliche, eine bestimmte Größe übersteigenden Fettkügelchen, gleichgültig ob sie von der ursprünglichen noch nicht behandelten Vollmilch oder von dem evtl. noch nicht genügend homogenisierten Rahm herrühren, aussepariert. Dies ermöglicht es, durch Regulierung der Reinentrahmung des Separators auf einfache Art ein Endprodukt zu erhalten, das gewisse Qualitätsansprüche erfüllt, ohne daß man irgendwelche Änderungen an der empfindlicheren und viel schwerer regulierharen Homogenisiervorrichtung vorzunehmen braucht. Außer diesen betriebswirtschaftlichen Vorteilen, die selbst einer kleineren Molkerei mit geringer maschineller Ausrüstung die Herstellung von Endprodukten verschiedener Qualität ermöglichen, hat eine solche Kombination den weiteren Vorteil, eine besondere Druckquelle für die Homogenisierung unnötig zu machen. Bekanntlich sind 5 bei den Homogenisiermaschinen gerade diese Druckquellen, deren Beschaffung in der Praxis die größten Schwierigkeiten bereiten. Bei hohen Ansprüchen in bezug auf das homogenisierte Produkt sind auch bei den bestarbeitenden Homogenisiervorrichtungen Drücke in der Größenordnung von loo bis 300 kg notwendig. Solche Drücke lassen sich eigentlich nur mit Kolbenpumpen erreichen, bei denen jedoch die Ein- und Auslaufventile verhältnismäßig schwer reinzuhalten sind. Diese Pumpen haben außerdem einen komplizierten Bau und sind teuer in der Anschaffung. Falls man, um die Homogenisiervorrichtung zu vereinfachen, an Stelle der Kolbenpumpen Zentrifugal-, Zahnrad-oder Schraubenpumpen als Druckquelle zu verwenden wünscht, muß man den Nachteil eines tieferen, lo bis 15 kg im allgemeinen nicht übersteigenden L)ruckes in Kauf nehmen. Ein solcher Druck genügt indessen nicht, um ein gut homogenisiertes Produkt herzustellen. Bei der Anordnung gemäß der Erfindung wird der in der Separatortrommel vorkommende Druck von ungefähr 40 bis 60 kg gleichzeitig für die Homogenisierung nutzbar gemacht, so daß keine besondere Antriebspumpe erforderlich ist. Für den an und für sich selten vorkommenden Fall, daß ein Druck von etwa 50 kg nicht ausreicht, verfügt man noch über die genannte Möglichkeit, den Separator gleichzeitig zur qualitativen Kontrolle nach der Homogenisierung anzuwenden, d. h. zur Ausseparierung aller nicht genügend feinverteilten Partikeln, die zum Homogenisierorgan zurückgeleitet werden. Auf diese Weise kann man ein Endprodukt von praktisch jeder gewünschten Qualität erhalten.
• Da, wie bekannt, homogenisierte SIilch reichlich Schlamm absetzt, teilt man den Tellersatz der Separatortrommel zweckmäßig in zwei Teile ein, von denen z. B. der am Flüssigkeitseinlauf liegende untere Teil mit einem sog. Konzentratortellersatz zur Entrahmung und der andere mit einem Klarifikatortellersatz zur Reinigung versehen ist. Die Abteilungen sind voneinander durch eine Zwischenwand geschieden, die als Oberteller für die Entrahmungsabteilung dient und so ausgeführt ist, daß sie den ausseparierten Rahm zwingt, abwärts- und nach den Homogenisiermundstücken hinauszuströmen. Auf der anderen Seite dient die ZuTlischenwand als Unterteller oder Verteiler für den Klarifikatortellersatz. Die hlagermilch kann an der Wand der Trommel frei an dieser Zwischenwand vorbeiströmen und von außen in den oberen Tellersatz eintreten sowie schließlich durch die normale Ablaufleitung den Separator verlassen. Der ausseparierte Schlamm setzt sich an der Trommelwand ab.
• Die Vorrichtung nach der Erfindung ist im nachstehenden an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das auf der Zeichnung in senkrechtem mittlerem Längsschnitt dargestellt ist und an dem auch das Verfahren nach der Erfindung veranschaulicht wird.
• Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Zentrifugentrommel mit einem darin eingebauten Homogenisierorgan. Der im äußeren Teil der Trommel während des Betriebes herrschende Überdruck wird dazu ausgenutzt, die im Separierraum der Trommel abgeschiedene leichtere Komponente durch das Homogenisierorgan zu drücken.
• Für dieses Organ ist deshalb der Ablauf außerhalb der Trommel in einem Raum des Zentrifugenstativs angeordnet. Der Ablauf der leichteren Separierkomponente von der Trommel ist also nach diesem Raum verlegt worden.
• Die Zulaufleitung 21 der Zentrifuge ist, wie üblich, dicht an die Trommelspindel 22 angeschlossen. Letztere ist hohl und bildet einen Zulaufkanal zur Trommel. Der Kanal in der Trommelspindel führt durch den Bodenteil 23 der Trommel zu einem Einsatz von konischen Tellern 24. Die von der Spindel 22 ausströmende Flüssigkeit wird im Tellersatz in eine schwerere und eine leichtere Komponente aufgeteilt. Die leichtere Komponente strömt einwärts nach einem Raum 25, der durch die Kanäle 26 und 27 zu einem im äußeren Bodenteil 29 der Trommel angeordneten Homogenisierorgan 28 führt. Der Kanal 27 kann zweckmäßig als Nute oder Zwischenraum zwischen dem Bodenteil 29 und einem Unterteller 30 ausgebildet sein. Der Ablauf 3I des Homogenisierorgans liegt außerhalb der Trommel in einem Sammelraum 32 des Zentrifugenstativs. Dieser Raum ist mittels eines Kanals 33 mit der Zulaufleitung 21 verbunden. Der Kanal 33 mündet in eine Verengung 34 der Leitung 2I.
• Infolge der erhöhten Geschwindigkeit an der Verengung ist der Flüssigkeitsdruck an dieser Stelle entsprechend niedriger, so daß eine Pumpenwirkung in Richtung vom Raume 32 nach der Verengung 34 entsteht. Man kann dadurch einen niedrigeren Druck im Raume 32 erreichen. Die Zentrifugentrommel ist nach oben gegen das Zentrifugenstativ mittels einer Packung 35 abgedichtet, die die atmosphärische Luft am Zutritt zum Innern des Stativs und damit zum Raume 32 hindert.
• Die im Tellersatz 24 abgeschiedene schwerere Komponente strömt in den Schlammraum 36 und von diesem in einen Tellersatz 37, der über dem Tellersatz 24 angeordnet und von diesem durch einen konusförmigen Teil 38 abgetrennt ist. Im Tellersatz 37 werden ühriggebliebene schwerere Verunreinigungen aussepariert. Die gereinigte Flüssigkeit strömt nach innen in einen Raum 39 im Mittelteil der Trommel und wird von da durch einen Ablauf 40 in der Trommel und durch eine an diesen dicht angeschlossene feste --Äblaufleitung 4I abgeleitet.
• Die beschriebene Vorrichtung arheitet erfindungsgemäß folgendermaßen: Es wird angenommen, daß die zu behandelnde Flüssigkeit Vollmilch ist. Diese wird durch die Einlaufleitung 21 und die Trommelspindel 22 in den unteren Tellersatz 24 eingeleitet, wo Fettkügelchen von für Vollmilch normaler Größe ahgesnhieden und von dort mit einem Teil des Nfilchserums als Rahm nach dem zentral angeordneten Raum 25 abgehen, um von hier nach dem Homogenisierraum 28 zu gelangen, wo sie in wesentlich kleinere Einheiten zerteilt werden. Man hat auf diese Weise homogenisierten Rahm erhalten. der in den Raum 32 hinausgeschleudert wird. Dieser Rahm, der natürlich auch so verwendet werden kann, wie er ist, und in diesem Falle aus dem Raum 32 durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten Ablauf abgeleitet werden kann, wird bei Herstellung homogenisierter Vollmilch durch den Kanal 33 zur Leitung 21 zurückgeleitet und dort dem Milchstrom beigemengt. Vom I Homogenisierorgan 28 kommende, eine gewisse Größe übersteigende Fettpartikelchen werden aufs neue im Tellersatz 24 aussepariert und zum Organ 28 zwecks weiterer Zerteilung zurückgeleitet. Die Fettpartikel, die klein genug sind, strömen mit dem Milchserumstrom in den Raum 36 und weiter durch den Tellersatz 37 zur Ablaufleitung 41. Das Kraftfeld im Tellersatz 24 hindert alle Fettpartikel über einer gewissen Größe, dem Milchstrom durch den Raum 36 nach dem Ablauf 41 zu folgen. Dies gewährleistet ein homogenisiertes Produkt mit der gewünschten Feinverteilung der Fettpartikel.
• Die eigentliche Homogenisiervorrichtung kann auf verschiedene Weise ausgeführt sein. Entweder kann sie die von der Hochdruck-Homogenfisiermaschine bekannte Teller- oder Konusform, möglicherweise mit Absätzen, haben, oder sie kann vorteilhaft so ausgebildet sein, daß die Flüssigkeit durch ein Mundstück gedrückt und ihr dadurch eine hohe Geschwindigkeit erteilt wird. In einem anschließenden Wirbelraum kann diese Geschwindigkeit so vollständig wie möglich in Flüssigkeitsreibung umgewandelt werden. Um den Wirkungsgrad einer solchen Vorrichtung, die eine Homogenisierung mit höchstmöglicher Turbulenz unter Vermeidung von Reibung an den die Flüssigkeit umgebenden Wänden bezweckt, noch weiter zu steigern, kann man die Flüssigkeit in einem vor dem Alundstück liegenden Raum in Rotation versetzen. Hierbei soll zur Vermeidung einer Drehung der Rotationsrichtung die Rotationsachse des Flüssigkeitswirbels zweckmäßig parallel zur Rotationsachse des Separators sein. Um die Wirkung noch weiter zu erhöhen, kann der Wirbel raum mit besonderen Einsätzen versehen werden, die strömungstechnisch besonders ungünstig geformt und z. B. mit scharfen Spitzen und Kanten versehen sind. Dadurch. daß sich eine große Anzahl neuer Wirl>el bildet. wird die Turbulenz der Strömung erhöht.
• Die zu homogenisierende Flüssigkeitskomponente kann dabei entweder in eine einzige Homogenisieranordnung eingeleitet werden, oder diese kann aus mehreren parallel arbeitenden Vorrichtungen bestehen. Letzteres hat den Vorteil, daß die umlaufende Trommel besser ausbalanciert ist und die Beanspruchung des Antriebsmechanismus verringert werden. Beim Ausströmen der Flüssigkeit aus der Homogenisieranordnung der Trommel in den Aufnahmeraum des Gestells und schließlich in die Zulaufleitung hat sie eine Ausströmgeschwindigkeit, die al>hängig ist von ihrem radialen Abstand von der Rotationsachse und der Geschrvindigkeit der Trommel.
• Je nachdem ob man lediglich den Kraftverbrauch des Separators niedrig halten oder aber die Möglichkeiten einer mehr oder weniger starken Nachhomogenisierung ausnutzen will, wird der Flüssigkeitsstrom von der Homogenisieranordnung, in der Rotationsrichtung gesehen, entweder schräg rückwärts oder gegen die Wände bzw. den Boden des Sammelraumes gerichtet zwecks Umsetzung der Geschwindigkeit in Turbulenz, oder es werden in diesen Aufnahmeräumen besondere Stoßbleche angeordnet, gegen die die Flüssigkeit prallt und welche den Aufnahmeraum in kleinere Wirbelräume unterteilen. Schaumbildung ist im allgemeinen der Haltbarkeit der fertigen Emulsion abträglich. Sie kann durch besondere Maßnahmen gemindert bzw. ganz verhindert werden. Bei Flüssigkeiten, die die Eigenschaft besitzen, Luft zu lösen, genügt es schon, wenn das Separatorstativ gänzlich geschlossen ausgeführt wird, so daß keine neue Luft während des Betriebes eindringen kann.
• Man erhält dann nach anfänglicher kurzdauernder Schaumbildung bald ganz schaumfreie Flüssigkeit.
• Gibt die Flüssigkeit selber Luft ab, kann auch das Separatorstativ unter Unterdruck gesetzt werden.
• Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung können auch zur Behandlung anderer Dispersionen angewendet werden. Zum Beispiel lassen sie sich bei der Raffinierung von Pflanzenölen mittels alkalischer Lösungen und von Mineralprodukten mit Schwefelsäure oder anderen unorganischen Reaktionsmitteln verwenden. Letztere müssen zwecks einer schnellen und vollständigen Reaktion sowie Minimalverbrauchs von Reaktionsmitteln äußerst fein eingemischt werden und die Ausseparierung schon nach wenigen Sekunden erfolgen, wenn die Mischung intensiv genug gewesen ist. Ferner kann die Erfindung mit Vorteil bei allen Homogenisierproblemen verwendet werden, bei denen an die Haltbarkeit des Endproduktes außerordentliche Ansprüche gestellt werden.
• PATF.NTANSPROCHE: I. Verfahren zur Homogenisierung von Milch und anderen Dispersionen, dadurch gekennzeichnet, daß das in einem rotierenden Behälter entstehende Zentrifugalkraftfeld sowohl zur Scheidung der Flüssigkeitskomponenten als auch zur Homogenisierung einer der Komponenten ausgenutzt wird.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flüssigkeitsgemisch, das im Zentrum der rotierenden Separatortrommel eines Zentrifugalseparators eingeleitet wird, in zwei oder mehrere Teilströme aufgeteilt wird, deren jeder die betreffende Flüssigkeitskomponente in angereicherter Form enthält, und daß einer der Teilströme einer mit der Trommel rotierenden Homogenisiervorrichtung zugeleitet wird, die eine Zone hohen Druckes mit einem außerhalb der Trommel im Separatorstativ befindlichen Raum verbindet.

   3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der homogenisierte Teilstrom als Endprodukt für sich allein behandelt oder mit einer oder mehreren der ausströmenden Komponenten bzw. mit dem einströmenden Hauptstrom zwecks Kontrolle des erreichten Homogenisierungsgrades gemischt wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstrom, der einer Homogenisierung unterworfen werden soll, auf zwei oder mehrere in die Trommel eingebaute parallel arbeitende Homogenisiervorrichtungen verteilt wird.

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit, mit der die Flüssigkeit infolge der Rotation der Trommel aus der Homogenisiervorrichtung abgeleitet wird, für eine Nachhomogenisierung im Separatorstativ ausgenutzt wird.

   6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zentrifugalseparator derart mit einer Homogenisiervorrichtung verbunden ist, daß dieser der im Zentrifugalkraftfeld des Separators entstehende Flüssigkeitsdruck als Druckquelle zugeleitet wird.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Homogenisiervorrichtung, wenn sie nicht in der Separatortrommel direkt in der Zone für die zu homogenisierende Phase angeordnet ist und keine Flüssigkeit direkt von dort zugeleitet werden kann, durch gegen die umgebende Flüssigkeit abgeschlossene Kanäle mit jenem Raum in der Trommel in Verbindung steht, in dem sich die zu homogenisierende Phase befindet.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle rohrförmig sind.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung durch Spalte, die zwischen übereinanderliegenden Flächen gebildet werden, hergestellt wird.

   IO. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Homogenisiervorrichtung mit ihren verschiedenen Konstruktionsteilen ganz oder teilweise in die Flächen eingebaut ist, die zur Einleitung der Flüssigkeit in den Apparat dienen.

   II. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Homogenisierung im wesentlichen ein Wirbelraum von hoher Turbulenz vorgesehen ist, in den die Flüssigkeit durch ein Mundstück aus einem mit tangentialem Einlauf versehenen Vorraum geleitet wird, wobei diese Teile eine konstruktive Einheit bilden, die als solche in verschiedenen Größen für verschiedene Leistungen in der Trommel angebracht werden kann.

   I2. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis II, gekennzeichnet durch einen Zyklon, in dem die Rotationsachse der Flüssigkeit beim Betrieb parallel zur Rotationsachse der Trommel steht.

   13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Sammelraum des Separatorstativs besondere Vorrichtungen zur Nachhomogenisierung vorhanden sind, z. B. in Form von Blechen, die den Raum in kleinere Wirbelräume aufteilen bzw. gegen die die Flüssigkeit prallt.

   14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis I3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaufrichtung für die aus der Homogenisiervorrichtung in den Sammelraum strömende Flüssigkeit so verläuft, daß der Kraftverbrauch des Separators so niedrig wie möglich und/oder daß die Wirkung der Nachhomogenisierung im Sammelraum so groß wie möglich wird.

   15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis I3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelraum im Stativ des Separators von der äußeren Atmosphäre abgesperrt ist.

   I6. Vorrichtung nach Anspruch I5, dadurch gekennzeichnet, daß der von der äußeren Atmosphäre abgesperrte Sammelraum im Stativ unter Unterdruck steht.

   17. Vorrichtung nach Anspruch I6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Unterdruckes ein Diffusor vorgesehen ist, der den homogenisierten Rahm mit der zuströmenden 5milch mischt.

   I8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Tellersatz des Separators in zwei üI,ereinanderliegende Abteilungen eingeteilt ist, von denen die eine zur Entrahmung, die andere zur Reinigulag der abgehenden homogenisierten und entrahmten Ätilch eingerichtet ist.