DE832990C

DE832990C - Method and device for homogenizing

Info

Publication number: DE832990C
Application number: DEA11016A
Authority: DE
Original assignee: Separator AB
Current assignee: Alfa Laval Holdings Amsterdam AB
Priority date: 1949-12-01
Filing date: 1950-11-29
Publication date: 1952-03-03

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Homogenisieren Homogenisierung bedeutet im wesentlichen Zerteilung der in einer Flüssigkeit dispergierten (verteilten) Partikel oder Tropfen einer anderen Flüssigkeit in eine größere unzahl kleinerer Einheiten. Eine solche Zerteilung hat die Wirkung, daß die Partikel oder Tropfen aus der Flüssigkeit, in der sie verteilt sind, durch Schwerkraftabsetzen oder Zentrifugalseparierung schwerer wieder ausgeschieden werden können. Der Begriff Homogenisierung schließt ferner eine Mischwirkung ein, eine gleichmäßige Älischung der Flüssigkeit und der Partikel oder Tropfen. Homogenisierte Produkte sind somit dadurch gekennzeichnet, daß fein verteilte Partikel oder Tropfen gleichmäßig mit der Flüssigkeit vermischt sind in der sie suspendiert oder emulgiert sind.Method and device for homogenization means homogenization essentially breaking up of the particles dispersed (distributed) in a liquid or drops of some other liquid in a myriad of smaller units. Such a division has the effect that the particles or drops from the liquid, in which they are distributed, by gravity settling or centrifugal separation harder to be eliminated again. The term homogenization closes furthermore a mixing effect, a uniform mixture of the liquid and the Particles or drops. Homogenized products are thus characterized by that finely divided particles or drops are evenly mixed with the liquid are in which they are suspended or emulsified.

Die Homogenisierung wird in der Weise durchgeführt, daß die die suspendierten oder emulgierten Stoffe enthaltende Flüssigkeit durch ein Homogenisierorgan gepreßt wird. Dadurch werden die in der Flüssigkeit verteilten Stoffe zerstäubt, indem die Partikel oder Tropfen in eine wesentlich größere Anzahl kleinerer Partikel oder Tropfen zerteilt werden. die sich in der Flüssigkeit fein verteilen. The homogenization is carried out in such a way that the suspended or liquid containing emulsified substances pressed through a homogenizer will. As a result, the substances distributed in the liquid are atomized by the Particles or drops in a much larger number of smaller particles or Drops are divided. which are finely distributed in the liquid.

Bisher war es üblich, ein Homogenisierorgan in Form eines federbelasteten Ventils mit Sitz zu verwenden, wohei die Flüssigkeit mit hohem Druck durch eine dünne Spalte gepreßt wird, die sich während des -Ärl'eitsvorganges infolge des Flüssigkeitsdruckes zwischen dem Ventilkörper und dem Sitz bildet, Dadurch werden die Partikel oder Tropfen auseinandergerissen und somit in eine große Anzahl kleinerer Einheiten zerteilt. Um auf diese Weise z. B. Milch homogenisieren zu können, benötigt man jedoch einen sehr hohen Druck, beispielsweise 200 kg/cm2. Dieser hohe Druckerfordert seinerseits Spezialpumpen kostspieliger Ausführung, und der Energieveerbrauch ist im Vergleich zum Homogenisierungsgrad sehr hoch.So far it was common to use a homogenizing element in the form of a spring-loaded one Use valve with seat, where the liquid at high pressure through a thin gap is pressed, which during the -Ärl'eitsvorganges due to the liquid pressure forms between the valve body and the seat, thereby causing the particles or Droplets torn apart and thus divided into a large number of smaller units. In order to z. B. To be able to homogenize milk, however, you need one very high pressure, for example 200 kg / cm2. This high pressure demands his part Special pumps are more expensive and the energy consumption is in comparison very high in relation to the degree of homogenization.

Nach der Erfindung wird die zu homogenisierende Flüssigkeit durch eine Anzahl aneinanderliegender Kugeln gepreßt. Zwischen ihnen bilden sich Kanäle mit ständig wechselndem Durchströmquerschnitt. Man kann dies auch so ausdrücken, daß die Flüssigkeit durch eine Öffnung, die von drei auf dem gleichen Niveau befindlichen Kugeln gebildet wird, hindurchgepreßt wird, worauf sie in einen erweiterten Raum, den Wirbelraum, eintritt, den die drei genannten Kugeln und eine vierte Kugel bilden, die sich auf dem nächsten Niveau der Kugelansammlung befindet. In dieser Öffnung erhält die Flüssigkeit eine Geschwindigkeit, die dem I>umpendruck entspricht. Da die Kugeln als Maschinenelemente mit sehr hoher Genauigkeit und init außerordentlich guten Flächen hergestellt und für den Zweck der Erfindung Kugellagerkugeln verwendet werden können, ist der Reibungsverlust beim Durchgang der Flüssigkeit durch die Öffnung gering, und die angewandte Energie steht zum größten Teil für die Umwandlung in Turbulenzflüssigkeitsreibung in dem nächsten erweiterten Raum, dem Wirbelraum, zur Verfügung. Ein aus Kugeln aufgebautes Homogenisierorgan hat folglich einen sehr hohen Homogenisierwirkungsgrad. According to the invention, the liquid to be homogenized is through pressed a number of adjacent balls. Channels are formed between them with constantly changing flow cross-section. This can also be expressed as that the liquid through an opening which is located by three on the same level Balls is formed, is pressed through, whereupon they are in an enlarged space, the vortex space, which is formed by the three named spheres and a fourth sphere, which is on the next level of the ball cluster. In this opening the liquid receives a velocity which corresponds to the circulating pressure. Since the balls, as machine elements, have a very high degree of accuracy and initiation is extraordinary produced good surfaces and used ball bearing balls for the purpose of the invention is the friction loss when the liquid passes through the Opening little, and most of the energy used is responsible for the conversion in turbulent fluid friction in the next expanded space, the vortex space, to disposal. A homogenizer made up of spheres consequently has a very high high homogenizing efficiency.

Versuche haben erwiesen, daß ein bestimmter Homogenisierungsgrad bei wesentlich niedrigerem Druck erreicht werden kann als bei dem bisher verwendeten Homogenisierorgan. Um einen Feinverteilungsrad zu erreichen, der bei Verwendung eines bekannten Homogenisierorgans der vorerwähnten Art einen Druck von 200 kg/cm2 erfordert hat, hahen sich jetzt etwa 15 kg/cm2 als genügend erwiesen, wenn man das Produkt durch eine Sammlung von Kugeln geeigneter Größe preßt.Experiments have shown that a certain degree of homogenization at significantly lower pressure can be achieved than with the previously used Homogenizer. To achieve a fine distribution wheel that when using of a known homogenizer of the aforementioned type a pressure of 200 kg / cm2 has required, about 15 kg / cm2 have now proven to be sufficient if you do that Presses product through a collection of appropriately sized balls.

Bei einem Pumpendruck von 15 kg kann man somit normale Vollmilch, die auf 600 C erwärmt worden ist, S so weit homogenisieren, daß der Durchschnittsdurchmesser der Fettkügelchen auf unter I, 4 y heruntergebracht wird, wobei 99% der ganzen Fettmenge der Milch eine Teilgröße von weniger als 2 u hat und die größten Fettpartikel etwa 2,5 6t groß sind. Eine solche Feinverteilung entspricht der Wirkung von normalen Hochdruckhomogenisiermaschinen, die mit einem Druck von 100 bis 200 kg/cm2 arbeiten.With a pump pressure of 15 kg you can use normal whole milk, which has been heated to 600 C, homogenize S so far that the average diameter the fat globule is brought down to under 1.4 y, with 99% of the total amount of fat the milk has a part size of less than 2 u and the largest fat particles about 2.5 6t are tall. Such a fine distribution corresponds to the effect of normal High pressure homogenizing machines that work with a pressure of 100 to 200 kg / cm2.

Die Kugeln können in verschiedener Weise angeordnet sein. Die Kugeln können beispielsweise in einer zylindrischen Hülse eingeschlossen sein, deren beide Enden mittels eines Gitters o. dgl. verschlossen sind, so daß die Lage der Kugeln in der Hülse festliegt. Man kann auch einen kürzeren zvlindrischen Behälter oder einen Behälter anderer Üorm verwenden. Die für den Erfindungszweck am listen geeignete Lagerung der Kugeln, die untereinander genau die gleiche Größe haben sollen, ist diejenige, welche das geringste Volumen einnimmt. The balls can be arranged in various ways. The balls can for example be enclosed in a cylindrical sleeve, both of which Ends by means of a grid or the like. Are closed, so that the position of the balls is fixed in the sleeve. You can also use a shorter cylindrical container or use a container of a different shape. The list most suitable for the purpose of the invention Storage of the balls, which should have exactly the same size as one another, is the one that occupies the least volume.

Die Kugeln berühren sich dann an so vielen Punkteil wie möglich, und die Kanäle, die sich zwischen ihnen bilden, sind sämtlich gleich und haben im Vergleich zum Kugeldurchmesser den geringstmöglichen Durchströmquerschnitt. Die Kugeln sind dann tetraederförmig geordnet, d. h. ihre Mittelpunkte bilden ein oder mehrere ineinanderliegende Tetraeder. Wie vorstehend erwähnt, sind mindestens vier Kugeln notwendig, und ilire Mittelpunkte bilden ein Tetraeder. Wenn die Kugelansammlung durch weitere Kugeln vergrößert wird, hildet sie, falls diese Bedingung eingehalten wird, ein immer größer werdendes Tetraeder. Diese Ordnung der Kugeln wird am sichersten und einfachsten erzielt, wenn der die Kugelansammlung enthaltende Behälter die Form eines Hohltetraeders hat. Dieses braucht jedoch nicht vollständig zu sein, und tetraederförmige Teile desselben können fehlen. 15 können beispielsweise ein oder mehrere oder alle Ecken des Tetradeders weggeschnitten sein. Zweckmäßig ruiidet man die Innenkanten des Tetraederhohkörers mit einem radius ab. der ungefähr dem Kugelradius entspricht: liei scharfell Kanten ilildeil sich nämlich Kanäle mit weselltlicll größeren Durchströmquerschnitt als zwischen den Kugeln.The balls then touch at as many points as possible, and the channels that form between them are all the same and have a comparison the smallest possible flow cross-section for the ball diameter. The bullets are then ordered tetrahedral, d. H. their midpoints form one or more nested ones Tetrahedron. As mentioned above, at least four balls are necessary, and ilire Centers form a tetrahedron. If the ball accumulation by more balls is increased, it forms, if this condition is met, one and more nascent tetrahedron. This order of the balls will be the safest and easiest achieved when the container containing the ball collection has the shape of a hollow tetrahedron Has. However, this need not be complete, and tetrahedral parts the same can be absent. 15, for example, one or more or all of the corners be cut away from the tetradeader. The inner edges of the Tetrahedral hollow body with a radius. which roughly corresponds to the radius of the sphere: there are sharp edges, namely channels with a significantly larger flow cross-section than between the balls.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstaiiles dargestellt. In the drawing are some exemplary embodiments of the object of the invention shown.

Ahli. t veranschaulicht deii einfachsten Fall, bei dem nur vier Kugeln verwendet werden. Die Flüssigkeit strömt von obell durch die von drei auf einem höheren Niveau liegenden Kugeln gebildete Öffnung in einen Raum. dcr Voll diesen drei Kugeln 1 2 und 3 und einer vierteil. auf einem tieferen Niveau liegenden Kugel 4 gebildet wird. In dem Maße, wie die Kugelsammlung vergrößert wird, bilden sich mehrere parallele Stromwege dieser Art. und die Ströme vereinigen sich und verzweigen sich wieder für jede Kugelebene oder Kugelschicht. Ahli. t illustrates the simplest case in which only four balls be used. The liquid flows from obell through that of three on one higher level balls formed opening into a room. dcr full of these three balls 1 2 and 3 and one four-part. ball lying at a lower level 4 is formed. As the collection of spheres increases, they form several parallel flow paths of this kind. and the flows merge and branch again for each spherical plane or spherical layer.

Abb. 2 zeigt eine größere Ansammlung von Kugeln in einem tetraederförmigen Behälter 5 mit abgerundeten Kanten 6. Die Kugeln 7 werden in ihrer vorgesehenen Lage im Behälter durch ein Gitter 8 festgehalten. Als Strömungsrichtung wird in diesem Fall die mit den Pfeilen angedeutete Richtung angenommen, d. h. voll unten nach oben. Der Zulauf g befindet sich somit unten und der Ablauf oben. Fig. 2 shows a larger collection of spheres in a tetrahedral shape Container 5 with rounded edges 6. The balls 7 are provided in their Position held in the container by a grid 8. The direction of flow is in In this case, assume the direction indicated by the arrows, d. H. full down up. The inlet g is thus at the bottom and the outlet at the top.

Abb. 3 zeigt eineii mit konischem Boden 11 versehnen zylindrischen Behälter 10, der eine Einlage voll Kugeln 12 enthält, die von einem Netz I3 gehalten werden, das voll einem in die Hülse eingeschraubten Ring 14 auf die Oberfläche der Kugeln ausgedrückt wird. Auch in diesem Fall wird angenommen, daß die Flüssigkeit von unten nach oben strömt. Fig. 3 shows a cylindrical with a conical bottom 11 Container 10 containing a liner full of balls 12 held by a net I3 be, the full a screwed into the sleeve ring 14 on the surface of the Balls is expressed. In this case, too, it is assumed that the liquid flows from the bottom up.

Nachdem jeweiligen Zweck der llomogenisierung hat man zwischen Zerteilungs- und Mischwirkung zu unterscheiden. Falls es sich hauptsächlich darum handelt, die Partikel oder Tropfen zu zerteilen, ist es am vorteilhaftesten, die gesamte zur Verfügung stehende Druckenergie in einer ellizigen Stufe zu verbrauchen. In der Praxis hat es sich jedoch erwiesen. daß es. besonders bei der iloniogeilisierung von Milch, vorteilhaft ist, eine gewisse Anzahl, und zwar mindestens zwei Stufen zu verwenden; hierbei werden in der oder den letzten Stufen die fein verteilten, dispergierten Partikel aus der ersten Stufe wirksam in die kontinuierliche Phase eingemischt, wodurch die sonst bei der Homogenisierung sehr leicht entstehenden Agglomerate von mit den Membranhäuten zusammenklebellden Partikeln vermieden werden. Depending on the purpose of the homogenization, one has to choose between and to distinguish between mixing effects. If it is mainly the To break up particles or droplets, it is most beneficial to use the whole To consume available pressure energy in an ellizigen stage. In the In practice, however, it has been proven. that it. especially with iloniogeilisierung of milk, is beneficial to one certain number, at least to use two stages; in this case, the last stage or stages are fine distributed, dispersed particles from the first stage effectively into the continuous one Phase mixed in, as a result of which the otherwise very easily produced during homogenization Agglomerates of particles sticking together with the membrane skins are avoided.

Wie zu Abb. 1 erwähnt wurde, bilden sich in dem Maße, wie die Kugel zahl vergrößert wird, mehrere parallele Strömungswege, welche sich in jeder Kugelebene oder Kugelschicht vereinigen und wieder verzweigen. Dies führt zu einer äußerst starken Mischwirkung, die je nach der Anzahl der durchströmten Kugelschichten gesteigert wird. In solchen Homogenisierungsfällen, wo eine hohe Mischwirkung erzielt werden soll, kann man daher zweckmäßig einen rohrförmigen Behälter verwenden, in dem die Strömung in der Längsrichtung des Rohres erfolgt. Die Kugeln werden dann am lxsten in einer zu der Längsrichtung des Rohres rechtwinkligen Schicht geordnet. Je größere Rohrlänge und je mehr Schichten man wählt, um so größer wird die SIischwirkung. As mentioned in Fig. 1, they form to the same extent as the sphere number is increased, several parallel flow paths, which are in each spherical plane or unite spherical layer and branch again. This leads to an extremely strong mixing effect, which increases depending on the number of spherical layers flowed through will. In those homogenization cases where a high mixing effect can be achieved should, you can therefore use a tubular container in which the Flow occurs in the longitudinal direction of the pipe. The balls then become lxest arranged in a layer perpendicular to the longitudinal direction of the pipe. The bigger Pipe length and the more layers you choose, the greater the mixing effect.

PATENTANSPRUCIIF : : 1. Verfahren zum Homogenisieren von Milch und anderen Dispersionen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gut durch eine Sammlung aneinanderliegender Kugeln gepreßt wird, wobei der Querschnitt der Kugelsammlung in der Strömungsrichtung zunimmt und möglichst sämtliche Kugeln den gleichen Durchmesser haben. PATENT CLAIMS:: 1. Method for homogenizing milk and other dispersions, characterized in that the material is obtained by collecting contiguous Balls is pressed, the cross-section of the collection of balls in the direction of flow increases and as many balls as possible have the same diameter.

2. Vorrichtung zur Ausführung des Verfah- 2. Device for carrying out the process

Claims

rens according to claim I, characterized in that a with and Drain provided container includes a collection of balls, the cross section of which increases in the direction of flow.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that approximately all balls are exactly the same size.

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the balls are arranged in relation to each other like a tetrahedron, so that the ball collection occupies the smallest possible volume and the balls meet each other at as many points as possible.

5. Apparatus according to claim 2 and 4, characterized in that the container (5) has the shape of a tetrahedron.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that tetrahedral Corners or other parts of the tetrahedral shape of the container are cut away.

7. Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the inner edges of the tetrahedral container are rounded with a radius, which corresponds approximately to the radius of the sphere.

8. Device according to one of claims 2 or 3, characterized in that that the container (IO) is cylindrical, for example tubular, and at the inlet end has a conical wall (11) for the liquid.

9. Device according to one of claims 2 to 8, characterized in that that a grid (8) or net (I3) the balls (7 or I2) in the desired positions in the container (5 or lo) fixes and holds.