EP0896833A1 - Vorrichtung zum Homogenisieren fliessfähiger Stoffe - Google Patents

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EP0896833A1
EP0896833A1 EP97113845A EP97113845A EP0896833A1 EP 0896833 A1 EP0896833 A1 EP 0896833A1 EP 97113845 A EP97113845 A EP 97113845A EP 97113845 A EP97113845 A EP 97113845A EP 0896833 A1 EP0896833 A1 EP 0896833A1
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gap
homogenizer
mixing container
homogenization
annular gap
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/50—Circulation mixers, e.g. wherein at least part of the mixture is discharged from and reintroduced into a receptacle
    • B01F25/53—Circulation mixers, e.g. wherein at least part of the mixture is discharged from and reintroduced into a receptacle in which the mixture is discharged from and reintroduced into a receptacle through a recirculation tube, into which an additional component is introduced
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/27—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices
    • B01F27/272—Mixers with stator-rotor systems, e.g. with intermeshing teeth or cylinders or having orifices with means for moving the materials to be mixed axially between the surfaces of the rotor and the stator, e.g. the stator rotor system formed by conical or cylindrical surfaces
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    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/80—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
    • B01F27/81—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis the stirrers having central axial inflow and substantially radial outflow
    • B01F27/811—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis the stirrers having central axial inflow and substantially radial outflow with the inflow from one side only, e.g. stirrers placed on the bottom of the receptacle, or used as a bottom discharge pump
    • B01F27/8111—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis the stirrers having central axial inflow and substantially radial outflow with the inflow from one side only, e.g. stirrers placed on the bottom of the receptacle, or used as a bottom discharge pump the stirrers co-operating with stationary guiding elements, e.g. surrounding stators or intermeshing stators

Definitions

  • the invention relates to a device for homogenizing flowable Substances, in particular mayonnaises, emulsions, ointments, Creams and the like, the viscosity of which may change during of homogenization changes, with a mixing container, an am Container arranged homogenizer, an inlet for the feed the substances from the mixing tank to the homogenizer and one Drain from the homogenizer, which is connected to the Mixing container communicates.
  • Generic homogenizers are for example known from DE-PS 28 05 942.
  • the Homogenizer arranged in the bottom area of the mixing container that the inlet and outlet of the homogenizer in the bottom area of the mixing kettle open relatively close together.
  • a circulation line or bypass line is provided, from the drain of the homogenizer in the upper part of the Mixing container leads. The circulation line or bypass line is then executed lockable.
  • homogenizers allow two different homogenizers, known as “homogenizing in the mixing container” and “homogenizing in circulation or during emptying”.
  • the homogenized is returned from the mixture exiting the homogenizer discharge into the mixing container relatively close to the homogenizer feed, especially in the Area of the tank bottom.
  • this is homogenized Well returned to the top of the mixing bowl.
  • this also depends on the degree of filling of the mixing container, up to product viscosities of approximately 5000 mPas homogenization in the mixing container. The viscosity is then still low enough to redeploy the contents of the mixing bowl ensure and avoid that product mixture from the end of the Homogenizer immediately flows back to the inlet (so-called "Product short circuit").
  • Such homogenizers are very different Machine sizes executed; the container contents vary for example between 15 l and 10,000 l. Different machine types have differently powerful homogenizers different geometries. Depending on the line size, number of the bends, valves etc. also vary the delivery resistances the circulation lines. It must always be ensured that the necessary homogenization operation actually takes place, in particular, therefore, that from a certain product viscosity, if the circulation line is opened, product promotion and homogenization actually at least almost exclusively via the circulation line takes place.
  • DE-OS 195 37 303 proposes the annular gap that connects the homogenizer drain and forms the mixing container, also lockable to train.
  • the one has spring-loaded sealing element.
  • the connection as a ring channel between the outlet of the homogenizer and the interior of the mixing container are formed, wherein then the closing device should be a sealing ring which in the Mouth of the ring channel is arranged.
  • the sealing ring is through a spring pushed into its closed position, in which he Closes the circular channel from the drain.
  • the embodiment is the opening, that is, the release of the second Connection for homogenizing in the mixing tank, depending on the spring force.
  • the operating state "homogenization in the circulation process” should also according to DE-OS 195 37 303, can be selected in that the barrier the first connection between the homogenizer drain and Mixing container is opened. As long as the first connection that Circulation line, is open, the second connection through the Closing device must be closed.
  • the locking device switches (by opening) to the wrong homogenization mode just then (in the mixing container) if this is because of the very high viscosity of the mixed material is the least questionable; and the earlier, the lower the spring pressure. So would have to to achieve the goal of DE-OS 195 37 303 at all, the closing device in the second connection, between the homogenizer process and the mixing tank bottom, even at such high Pressures remain closed as they are necessary to the Line resistance in circulation also with highly viscous mix overcome.
  • the proposed spring loaded Sealing ring device in the ring channel the corresponding Springs are designed so strong that they are always larger Apply force than is necessary to reduce the line resistance in the To overcome circulation.
  • the device according to DE-OS 195 37 303 can therefore be fundamentally only operate if there are sufficient quantities of mix at high Speed of the homogenizer, i.e. processed at high capacity can be. With increasing product viscosity in mixed operation then there is an increasing increase in resistance in the closing device, which is functionally a throttle gap completely corresponds. Switching inevitably occurs homogenization in circulation, with simultaneous product short-circuit over the second connection.
  • the desired The intended closing device does not achieve the purpose as a rule to significant problems of a different kind that Devices with throttle gap do not occur. In particular this concerns the cleaning of the mixing container. If by distance of the mix and rinsing the container with cleaning solution and the like when the drain is depressurized, the locking device actually closes, as intended, is a complete one It is no longer possible to empty the mixing container after cleaning.
  • the (second) intended connection between the process and The bottom of the container is closed because the homogenizer has no pressure can build more if air is sucked in when largely emptied is so that there is washing water above the locking device accumulates, which the homogenizer cannot pump out. This can result in considerable contamination. That in the DE-OS 195 37 303 provided "cleaning in place", which the The pump effect of the homogenizer should be exploited by the provided locking device made impossible.
  • the invention solves these problems, particularly for generic ones Homogenizers with circulation line, by choosing certain ones Geometries for the annular gap.
  • a generic device is designed that the annular gap has a gap length L and a gap width S has, which are dimensioned so that the ratio L / 4S maximal is about 40 if the gap width S is greater than 0.5 mm and / or the gap length L is greater than 30 mm.
  • ratio L / 4S set a minimum value greater than 15; this concerns also geometries with gap widths S ⁇ 0.5 mm and / or gap lengths L ⁇ 30 mm.
  • the subclaims define advantageous embodiments of the Invention.
  • Such gap geometries are in particular according to the invention preferred, in which the gap width S between 0.55 mm and 1.5 mm, where the gap width is usually between 0.7 mm and will choose 1.5 mm.
  • the gap width S is particularly preferably at about 1 mm.
  • the gap length L can be relatively large, between about 5 mm and about Vary 100 mm; it is not excluded that the gap length can also be larger than 100 mm. But in particular lies the Gap length between 8 mm and 80 mm, preferably between 20 mm and 80 mm. A gap length of is currently particularly preferred about 70 mm.
  • the particularly preferred ratio of L / 4S (i.e. the gap length, divided by four times the gap width) is between 8 and 40 and most preferably around 20.
  • the ratio is L / 4S above 15.
  • the annular gap need not have a constant gap width in the course of the Have gap length. Rather, it is quite advantageous that the gap width changes over the gap length. Through that associated speed changes of the product in the gap can the resistance values and thus the viscosity-dependent Adhesion and flow behavior of the product strongly influenced in the gap and be optimized.
  • the homogenizing mixer 10 shown in FIG. 1 comprises a mixing container 11, on the bottom 11a of a gyro homogenizer 14 with an inlet 12 and an outlet 13 is fixed.
  • the Drain 13 of the gyroscope homogenizer 14 is via a three-way valve 15 with one in the upper region of the mixing container 11 leading circulation line 16 connected.
  • the Drain 13 via the three-way valve 15 with a drain line 17th connected.
  • the outlet 13 of the gyro homogenizer 14 is via an annular gap 18 connected to the mixing container 11. Also closes directly at the outlet 13 to a shut-off valve 19, which means an automatic drive 21, depending on the pressure in the Process 13 is actuated; the pressure is from a sensor 20 detected that protrudes into the process 13. The sensor 20 controls the automatic drive 21.
  • the shut-off valve 19 can also be operated manually be operated.
  • the low-viscosity mix contents are from the gyro homogenizer 14 via the inlet 12 from the mixing container 11 sucked in.
  • the gyro homogenizer 14 conveys this mix, each after the shut-off valve 19 has been set, either via the annular gap 18 back into the bottom area of the mixing container, or over the circulation line 16 in the upper region of the mixing container.
  • the homogenization takes place in the container, whereby the Mixture from the annular gap 18 at a relatively high speed and relatively low throughput.
  • the high exit speed contributes to the intensive mixing of the mixing container contents at. This intensive mixing results even with low filling of the mixing container 11. Because of the relative low throughput results in an intensive mixing and crushing effect in the gyro homogenizer itself.
  • the ratio is total gap length to four times the gap width according to the invention maximum about 40 if the gap width S is greater than 0.5 mm and / or the gap length L is greater than 30 mm.
  • the gap width S on average about 1 mm and the gap length L in total about 70 mm.
  • FIG. 2a is the inner surface of the housing provided with annular grooves that cause the annular gap to in the direction of flow, alternately expanded and narrowed again.
  • Figure 2c shows an embodiment in which corresponding grooves, and thus radial steps or shoulders, provided in both components are.
  • the total length of the annular gap consists of several gap length ranges L1, L2 ... in which the gap width S1, S2 ... is different in each case.
  • Such gap geometries are also suitable for devices which the gap width S ⁇ 0.5 mm and / or the gap length L ⁇ 30 mm. However, it is then provided that the relationship L / 4S, possibly composed of parts L1 / 4S1, L2 / 4S2 etc, is greater than 15.
  • the ratio L / 4S is the ratio L / 4S, optionally composed Individual contributions with different gap widths as defined above, around 20 ⁇ 3.
  • the geometry of the annular gap will be coordinated with the other machine parameters. Doing so the mixing tank size, the dimensions of the circulation line (if available), and the performance as well as the geometry of the homogenizer.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe, insbesondere Majonnaisen, Emulsionen, Salben, Crèmes und dergleichen, deren Viskosität sich gegebenenfalls während des Homogenisierens ändert, mit einem Mischbehälter, einem am Behälter angeordneten Homogenisator, einem Zulauf für die Zuführung der Stoffe vom Mischbehälter zum Homogenisator und einem Ablauf aus dem Homogenisator, der über einen Ringspalt mit dem Mischbehälter kommuniziert, bei der der Ringspalt (18) eine Spaltlänge (L) und eine Spaltweite (S) aufweist, die so bemessen sind, daß das Verhältnis L / 4S bei Spaltweiten (S) von mehr als 0,5 mm und / oder Spaltlängen (L) von mehr als 30 mm maximal etwa 40 beträgt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe, insbesondere Majonnaisen, Emulsionen, Salben, Crèmes und dergleichen, deren Viskosität sich gegebenenfalls während des Homogenisierens ändert, mit einem Mischbehälter, einem am Behälter angeordneten Homogenisator, einem Zulauf für die Zuführung der Stoffe vom Mischbehälter zum Homogenisator und einem Ablauf aus dem Homogenisator, der über einen Ringspalt mit dem Mischbehälter kommuniziert.
Gattungsgemäße Homogenisiereinrichtungen sind beispielsweise bekannt aus der DE-PS 28 05 942. Üblicherweise wird dabei der Homogenisator im Bodenbereich des Mischbehälters so angeordnet, daß der Zulauf und der Ablauf des Homogenisators im Bodenbereich des Mischkessels relativ dicht beieinander münden. Zusätzlich wird vorzugsweise eine Umlaufleitung oder Umgehungsleitung vorgesehen, die vom Abfluß des Homogenisators in den oberen Bereich des Mischbehälters führt. Die Umlaufleitung bzw. Umgehungsleitung ist dann absperrbar ausgeführt.
Solche Homogenisiereinrichtungen gestatten zwei verschiedene Homogenisierbetriebe, bekannt als "Homogenisieren im Mischbehälter" und "Homogenisieren im Umlauf oder bei der Entleerung".
Im ersten Fall erfolgt die Rückführung des homogenisierten, aus dem Ablauf des Homogenisators austretenden Mischguts in den Mischbehälter relativ nahe am Homogenisator-Zulauf, insbesondere im Bereich des Behälterbodens. Im zweiten Fall wird das homogenisierte Gut in den oberen Bereich des Mischbehälters zurückgeführt.
Die Wahlmöglichkeit zwischen diesen beiden Betriebsweisen erlaubt es, Einflüsse der Produktviskosität, die sich im Verlauf des Homogenisierens auch stark ändern kann, und auch andere Einflüsse zu berücksichtigen, die sich bei der jeweils konkreten Mischaufgabe stellen.
Bei der Herstellung pastenförmiger Produkte wie Cremes, Lotionen, Salben, Majonnaisen und dergleichen werden meistens die Rohstoffe im flüssigen Zustand vorgelegt; gegebenenfalls werden sie zu diesem Zweck aufgeschmolzen. Diese Ausgangsrohstoffe sind in den meisten Fällen bei erhöhter Temperatur dünnflüssig. Oft müssen sie im dünnflüssigen Zustand mit hoher Mischintensität beaufschlagt werden, um zum Beispiel agglomeratfreie Suspensionen oder auch feinste Emulsionströpfchen zu erzielen. Die Produktviskosität nimmt oft durch die Homogenisierung zu und kann dabei sehr drastisch ansteigen.
Grundsätzlich erfolgt, allerdings abhängig auch vom Füllungsgrad des Mischbehälters, bis zu Produktviskositäten von circa 5000 mPas das Homogenisieren im Mischbehälter. Die Viskosität ist dann noch niedrig genug, um eine Umschichtung des Mischkesselinhalts zu gewährleisten und zu vermeiden, daß Produktgemisch vom Ablauf des Homogenisators unmittelbar wieder zum Zulauf strömt (sogenannter "Produktkurzschluß").
Bei höheren Viskositäten, aber wiederum auch abhängig vom Füllstand im Mischbehälter, wählt man die Homogenisierung im Umlauf, um eine Umschichtung des gesamten Kesselinhalts zu erzwingen und Produktkurzschlüsse zu vermeiden.
Bei der Homogenisiereinrichtung gemäß DE-PS 28 05 942 weist die "direkte" Verbindung zwischen dem Ablauf des Homogenisators und dem Mischbehälter-Boden einen Ringspalt auf, der im Boden des Mischbehälters eine Drosselöffnung bildet. Beim "Homogenisieren im Mischbehälter" wird das entsprechend niedrigviskose Mischgut, mit entsprechend verhältnismäßig niedrigem Widerstand, durch den Drosselspalt in den Mischbehälter zurückgeführt. Steigt während des Mischens die Produktviskosität an, ergibt sich durch die Anhaftung des Produkts an den Wänden des Drosselspaltes ein entsprechend höherer Widerstand im Spalt. Überschreitet dieser Widerstand einen Grenzwert, der etwa einer Produktviskosität von rund 5000 mPas entspricht, dann wird die sonst abgesperrte Umlaufleitung geöffnet, und das Produkt statt zum Boden des Mischbehälters zu dessen oberem Bereich geführt. Nun erfolgt eine Homogenisierung im Umlaufverfahren, so daß eine vollständige Erfassung des Mischgutes gewährleistet ist. Die Umschaltung auf das Homogenisieren im Umlaufverfahren erfolgt manuell, durch das Öffnen von Ventilen, oder auch druckabhängig durch Sensoren.
Solche Homogenisiervorrichtungen werden mit sehr unterschiedlichen Maschinengrößen ausgeführt; so variieren die Behälter-Nutzinhalte beispielsweise zwischen 15 l und 10.000 l. Verschiedene Maschinentypen weisen unterschiedlich leistungsfähige Homogenisatoren mit unterschiedlichen Geometrien auf. Je nach Leitungsweite, Anzahl der Bögen, Ventile etc. variieren auch die Förderwiderstände in den Umlaufleitungen. Dabei muß stets sichergestellt sein, daß der jeweils notwendige Homogenisierbetrieb auch tatsächlich erfolgt, insbesondere also daß ab einer gewissen Produktviskosität, wenn die Umlaufleitung geöffnet wird, die Produktförderung und Homogenisierung auch tatsächlich wenigstens nahezu ausschließlich über die Umlaufleitung erfolgt.
Um dies zu erreichen, ist in der DE-OS 195 37 303 vorgeschlagen worden, den Ringspalt, der die Verbindung zwischen dem Homogenisatorablauf und dem Mischbehälter bildet, ebenfalls absperrbar auszubilden.
Hierzu wird gemäß der DE-OS 195 37 303 vorzugsweise eine Verschließeinrichtung in der Verbindung vorgesehen, die ein federbeaufschlagtes Dichtelement aufweist. So soll beispielsweise die Verbindung als Ringkanal zwischen dem Ablauf des Homogenisators und dem Inneren des Mischbehälters ausgebildet werden, wobei dann die Verschließeinrichtung ein Dichtring sein soll, der in der Mündung des Ringkanals angeordnet ist. Der Dichtring wird durch eine Feder in seine Schließstellung gedrängt, in welcher er den Ringkanal gegenüber dem Ablauf verschließt. Bei einer solchen Ausführungsform ist das Öffnen, also die Freigabe der zweiten Verbindung für das Homogenisieren im Mischbehälter, abhängig von der Federkraft.
Der Betriebszustand "Homogenisierung im Umlaufverfahren" soll, auch gemäß DE-OS 195 37 303, dadurch wählbar sein, daß die Absperrung der ersten Verbindung zwischen Homogenisatorablauf und Mischbehälter geöffnet wird. Solange die erste Verbindung, die Umlaufleitung, geöffnet ist, soll die zweite Verbindung durch die Verschließeinrichtung geschlossen sein.
Bei Produkten mit hoher Viskosität, für die das Homogenisieren im Umlaufverfahren ja gerade erforderlich ist, muß im Ablauf des Homogenisators ein so hoher Druck anstehen, daß die Leitungswiderstände im Umlauf überwunden werden. Ist der Druck im Ablauf zu niedrig, wirken die Leitungswiderstände im Umlauf wie die Absperrung, d.i. die erste Verbindung ist effektiv geschlossen. Nun sind die Leitungswiderstände im Umlauf durchaus erheblich. Bei hohen Produktviskositäten, oberhalb 5000 und bis etwa 100000 mPas, ergeben sich durch Ventile, Rohrbögen, Leitungsquerschnitte, aber auch durch die erhebliche Haftung des Produktes an Rohrwandungen, große Leitungswiderstände. Der Leitungswiderstand im Umlauf kann ohne weiteres 2 Bar Überdruck entsprechen. Die Verschließeinrichtung schaltet (durch Öffnen) also gerade dann auf den falschen Homogenisierbetrieb (im Mischbehälter) um, wenn dies wegen der sehr hohen Viskosität des Mischgutes am wenigsten in Frage kommt; und zwar umso früher, je niedriger der Federdruck ist. Also müßte, um das Ziel der DE-OS 195 37 303 überhaupt zu erreichen, die Verschließeinrichtung in der zweiten Verbindung, zwischen dem Homogenisatorablauf und dem Mischbehälterboden, auch bei so hohen Drücken noch geschlossen bleiben, wie sie nötig sind, um den Leitungswiderstand im Umlauf auch bei hochviskosem Mischgut zu überwinden. Beispielsweise müßten bei der vorgeschlagenen federbeaufschlagten Dichtringeinrichtung im Ringkanal die entsprechenden Federn so stark ausgelegt werden, daß sie immer eine größere Kraft aufbringen als nötig ist, um den Leitungswiderstand im Umlauf zu überwinden. Damit ergibt sich jedoch zwangsläufig, daß die andere Betriebsart, nämlich das Homogenisieren im Mischkessel, nur bei abgesperrtem Umlauf möglich ist, weil hierzu die geschlossene Verschließeinrichtung in der zweiten Verbindung gegen diesen hohen Federdruck geöffnet werden müßte. Auch dann ist noch, zusätzlich, eine sehr hohe Pumpleistung des Homogenisators erforderlich, um die Verschließeinrichtung zu öffnen.
Dies macht es beim Arbeiten mit geringer Drehzahl des Homogenisators, und entsprechend geringem Druckaufbau im Ablauf, aber unmöglich, die Vorrichtung zu betreiben. Zum Beispiel lassen sich schäumende Produkte, bei denen keine Luft einhomogenisiert werden soll, dann überhaupt nicht mehr verarbeiten.
Verringert man jedoch die Federkraft, um diesem Problem auszuweichen, kommt es nicht mehr zum Schließen der Verschließeinrichtung. Die Anordnung aus Dichtring und Richtkanal entspricht dann funktionsmäßig dem aus der DE-OS 28 05 942 bekannten Drosselspalt.
Die Vorrichtung gemäß DE-OS 195 37 303 läßt sich also grundsätzlich nur betreiben, wenn ausreichende Mengen Mischgut bei hoher Drehzahl des Homogenisators, d.i. bei hoher Förderleistung verarbeitet werden können. Bei im Mischbetrieb steigender Produktviskosität ergibt sich dann eine zunehmende Erhöhung des Widerstandes in der Verschließeinrichtung, die ja funktionsmäßig einem Drosselspalt völlig entspricht. Es kommt zwangsläufig zum Umschalten auf die Homogenisierung im Umlaufbetrieb, bei gleichzeitigem Produktkurzschluß über die zweite Verbindung.
Während also die Vorrichtung gemäß DE-OS 195 37 303 den angestrebten Zweck im Regelfall nicht erreicht, führt die vorgesehene Verschließeinrichtung zu erheblichen Problemen anderer Art, die bei Vorrichtungen mit Drosselspalt nicht auftreten. Inbesondere betrifft dies die Reinigung des Mischbehälters. Wenn nach Entfernung des Mischgutes und Spülen des Behälters mit Reinigungslösung und dergleichen beim drucklosen Zustand des Ablaufes die Schließeinrichtung tatsächlich schließt, wie vorgesehen, ist eine völlige Entleerung des Mischbehälters nach der Reinigung nicht mehr möglich. Die (zweite) vorgesehene Verbindung zwischen Ablauf und Behälterboden ist geschlossen, weil der Homogenisator keinen Druck mehr aufbauen kann, wenn bei weitgehender Entleerung Luft angesaugt wird, so daß sich oberhalb der Schließeinrichtung Waschwasser ansammelt, welches der Homogenisator nicht abpumpen kann. Daraus können erhebliche Verkeimungen resultieren. Das in der DE-OS 195 37 303 vorgesehene "cleaning in place", welches die Pumpwirkung des Homogenisators ausnutzen soll, wird durch die vorgesehene Verschließeinrichtung unmöglich gemacht.
Im Stand der Technik finden sich keine eindeutigen Aussagen, die die Geometrie des Ringspaltes bei solchen Homogenisiervorrichtungen mit der Produktviskosität und dem Fließverhalten korrelieren. Bei den Vorrichtungen gemäß DE-PS 28 05 942, die bisher gebaut worden sind, beträgt zum Beispiel die Spaltweite circa 0,5 mm und die Spaltlänge circa 30 mm.
Vor diesem Hintergrund ist es eine wesentliche Aufgabe der Erfindung, gattungsgemäße Homogenisiervorrichtungen so auszugestalten, daß sie mit einfachen Mitteln auch bei ganz unterschiedlichen Maschinengrößen, Homogenisatorleistungen usw. die definitive Einstellung des jeweils erforderlichen Homogenisierbetriebs gestatten.
Insbesondere ist es eine wesentliche Aufgabe der Erfindung, gattungsgemäße Homogenisiervorrichtungen mit einfachen Mitteln so auszugestalten, daß auch bei hohen Produktviskositäten sichergestellt ist, daß bei geöffneter Umlaufleitung die Produktförderung und Homogenisierung wenigstens nahezu ausschließlich über die Umlaufleitung erfolgt.
Die Erfindung löst diese Aufgaben, insbesondere für gattungsgemäße Homogenisiervorrichtungen mit Umlaufleitung, durch Wahl bestimmter Geometrien für den Ringspalt.
So wird erfindungsgemäß eine gattungsgemäße Vorrichtung so ausgestaltet, daß der Ringspalt eine Spaltlänge L und eine Spaltweite S aufweist, die so bemessen sind, daß das Verhältnis L / 4S maximal etwa 40 beträgt, wenn die Spaltweite S größer als 0,5 mm und / oder die Spaltlänge L größer als 30 mm ist.
In einer anderen Definition der Erfindung ist für das Verhältnis L / 4S ein Minimalwert von mehr als 15 festgelegt; dies betrifft auch Geometrien mit Spaltweiten S ≤ 0,5 mm und / oder Spaltlängen L ≤ 30 mm.
Die Unteransprüche definieren vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. Insbesondere sind erfindungsgemäß solche Spaltgeometrien bevorzugt, bei denen die Spaltweite S zwischen 0,55 mm und 1,5 mm liegt, wobei man meistens die Spaltweite zwischen 0,7 mm und 1,5 mm wählen wird. Besonders bevorzugt liegt die Spaltweite S bei etwa 1 mm.
Die Spaltlänge L kann relativ stark, zwischen etwa 5 mm und etwa 100 mm variieren; es ist nicht ausgeschlossen, daß die Spaltlänge auch noch größer sein kann als 100 mm. Insbesondere aber liegt die Spaltlänge zwischen 8 mm und 80 mm, vorzugsweise zwischen 20 mm und 80 mm. Gegenwärtig besonders bevorzugt ist eine Spaltlänge von etwa 70 mm.
Das besonders bevorzugte Verhältnis von L / 4S (also der Spaltlänge, geteilt durch die vierfache Spaltweite) liegt zwischen 8 und 40 und ganz besonders bevorzugt bei etwa 20.
Sofern die Spaltweite nicht mehr als 0,5 mm oder die Spaltlänge nicht mehr als 30 mm betragen muß, liegt das Verhältnis L / 4S oberhalb 15.
Der Ringspalt muß keine gleichbleibende Spaltweite im Verlauf der Spaltlänge aufweisen. Vielmehr ist es durchaus vorteilhaft, daß sich die Spaltweite über die Spaltlänge ändert. Durch die damit verbundenen Geschwindigkeitsänderungen des Produktes im Spalt können die Widerstandswerte und damit das viskositätsabhängige Haft- und Fließverhalten des Produkts im Spalt stark beeinflußt und optimiert werden.
Beispielsweise läßt sich dies dadurch realisieren, daß, wie erfindungsgemäß bevorzugt wird, im Bereich des Ringspalts an wenigstens einem der den Ringspalt definierenden Bauteile radiale Stufen oder Schultern vorgesehen sind, die über die Spaltlänge des Ringsspalts verteilte Bereiche unterschiedlicher Spaltweite definieren. Es folgen also Abschnitte, in denen die den Spalt definierenden Wände einander radial näher sind, auf Bereiche, in denen diese Wände weiter voneinander entfernt sind, so daß sich über die Länge des Ringspalts Kammern größeren Volumens und Verengungsstellen abwechseln, in denen das Produkt deutlich schneller fließen muß, und stärker geschert wird.
Besonders vorteilhaft ist der Einsatz dieser Maßnahmen bei solchen Homogenisiereinrichtungen, die eine absperrbare Umlauf- oder Umgehungsleitung aufweisen, wobei das Absperrventil in Abhängigkeit vom Druck im Ablauf sensorgesteuert automatisch betätigbar ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Abbildung näher erläutert. Darin zeigen:
Figur 1
einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Homogenisiervorrichtung, ausgehend von der in der DE-PS 28 05 942 beschriebenen Vorrichtung, und
Figuren 2a bis 2c
verschiedene erfindungsgemäße Spaltgeometrien.
Der in Figur 1 gezeigte Homogenisiermischer 10 umfaßt einen Mischbehälter 11, an dessen Boden 11a ein Kreiselhomogenisator 14 mit einem Zulauf 12 und einem Ablauf 13 fest angeordnet ist. Der Ablauf 13 des Kreiselhomogenisators 14 ist über einen Dreiwegehahn 15 mit einer in den oberen Bereich des Mischbehälters 11 führenden Umlaufleitung 16 verbunden. Andererseits ist der Ablauf 13 über den Dreiwegehahn 15 mit einer Abflußleitung 17 verbunden.
Der Ablauf 13 des Kreiselhomogenisators 14 ist über einen Ringspalt 18 mit dem Mischbehälter 11 verbunden. Außerdem schließt unmittelbar am Ablauf 13 ein Absperrventil 19 an, das mittels eines automatischen Antriebs 21, in Abhängigkeit vom Druck im Ablauf 13 betätigbar ist; der Druck wird von einem Sensor 20 erfaßt, der in den Ablauf 13 ragt. Der Sensor 20 steuert den automatischen Antrieb 21. Das Absperrventil 19 kann auch manuell betätigt werden.
Im Betrieb werden die dünnflüssigen Mischgutanteile vom Kreiselhomogenisator 14 über den Zulauf 12 aus dem Mischbehälter 11 angesaugt. Der Kreiselhomogenisator 14 fördert dieses Mischgut, je nach Stellung des Absperrventils 19, entweder über den Ringspalt 18 zurück in den Bodenbereich des Mischbehälters, oder über die Umlaufleitung 16 in den oberen Bereich des Mischbehälters.
Solange die Viskosität des Mischgutes dies zuläßt, d.i. niedrig genug ist, erfolgt das Homogenisieren im Behälter, wobei das Mischgut aus dem Ringspalt 18 mit relativ hoher Geschwindigkeit und relativ geringem Durchsatz austritt. Die hohe Austrittsgeschwindigkeit trägt zur intensiven Durchmischung des Mischbehälterinhalts bei. Diese intensive Durchmischung ergibt sich auch bei geringer Füllung des Mischbehälters 11. Wegen des relativ geringen Durchsatzes ergibt sich eine intensive Misch- und Zerkleinerungswirkung im Kreiselhomogenisator selbst.
Beim Ringspalt 18 gemäß Figuren 1 und 2 liegt das Verhältnis der gesamten Spaltlänge zur vierfachen Spaltweite erfindungsgemäß bei maximal etwa 40, wenn die Spaltweite S größer als 0,5 mm und / oder die Spaltlänge L größer als 30 mm ist. Bei solchen Ausführungsformen ist insbesondere die Spaltweite S im Durchschnitt etwa 1 mm und die Spaltlänge L insgesamt etwa 70 mm.
Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist der Ringspalt definiert von der Außenwand des Homogenisator-Stators einerseits, und dem Homogenisatorgehäuse andererseits, welches hier einstückig am Behälterboden 11a ansetzt. Bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß Figur 2a ist die Innenfläche des Gehäuses mit Ringnuten versehen, die dazu führen, daß der Ringspalt sich, in Durchströmungsrichtung, abwechselnd erweitert und wieder verengt.
Bei Figur 2b sind diese Nuten statt dessen an der Außenseite des Stators vorgesehen, haben aber genau den gleichen Effekt.
Figur 2c zeigt eine Ausführungsform, bei der entsprechende Nuten, und damit radiale Stufen oder Schultern, in beiden Bauteilen vorgesehen sind.
In den genannten Fällen gemäß Figuren 2a bis 2c besteht die Gesamtlänge des Ringspaltes aus mehreren Spaltlängenbereichen L1, L2 ..., in denen die Spaltweite S1, S2 ... jeweils unterschiedlich ist. Für die Bemessung des Verhältnisses von Spaltlänge zu Spaltweite im erfindungsgemäßen Sinne gilt dann, daß die Spaltlänge sich aus allen Spaltlängenbereichen addiert, wobei gilt: L / 4S = (L1 / 4S1 + L2 / 4S2 + ...).
Solche Spaltgeometrien eignen sich auch für Vorrichtungen, bei denen die Spaltweite S ≥ 0,5 mm und / oder die Spaltlänge L ≥ 30 mm ist. Allerdings ist dann vorgesehen, daß das Verhältnis L / 4S, gegebenenfalls zusammengesetzt aus Anteilen L1 / 4S1, L2 / 4S2 etc, größer als 15 ist.
Bei den am meisten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt das Verhältnis L / 4S, gegebenenfalls zusammengesetzt aus Einzelbeiträgen bei unterschiedlicher Spaltweite wie oben definiert, etwa bei 20 ±3. Beispielsweise liegt es bei einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform, mit einer Spaltweite von etwa 1 mm und einer Spaltlänge von etwa 70 mm, bei 17,5.
In der Praxis wird man die Geometrie des Ringspaltes in Abstimmung mit den übrigen Maschinenparametern festlegen. Dabei lassen sich die Mischbehältergröße, die Dimensionierungen der Umlaufleitung (wenn vorhanden), und die Leistungsfähigkeit wie auch die Geometrie des Homogenisators berücksichtigen.
Es ist dabei durchaus vorgesehen, bereits vorhandene Maschinen entsprechend nachzurüsten.

Claims (11)

  1. Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe, insbesondere Majonnaisen, Emulsionen, Salben, Crèmes und dergleichen, deren Viskosität sich gegebenenfalls während des Homogenisierens ändert, mit einem Mischbehälter, einem am Behälter angeordneten Homogenisator, einem Zulauf für die Zuführung der Stoffe vom Mischbehälter zum Homogenisator und einem Ablauf aus dem Homogenisator, der über einen Ringspalt mit dem Mischbehälter kommuniziert,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (18) eine Spaltlänge (L) und eine Spaltweite (S) aufweist, die so bemessen sind, daß das Verhältnis L / 4S bei Spaltweiten (S) von mehr als 0,5 mm und / oder Spaltlängen (L) von mehr als 30 mm maximal etwa 40 beträgt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltweite (S) zwischen 0,55 mm und 2,5 mm, vorzugsweise zwischen 0,7 mm und 1,5 mm liegt und besonders bevorzugt etwa 1 mm beträgt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltlänge (L) zwischen 5 mm und 100 mm, insbesondere zwischen 8 mm und 80 mm und vorzugsweise zwischen 20 mm und 80 mm und besonders bevorzugt bei etwa 70 mm liegt.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis L / 4S zwischen 8 und 40 liegt und vorzugsweise etwa 20 ist.
  5. Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe, insbesondere Majonnaisen, Emulsionen, Salben, Crèmes und dergleichen, deren Viskosität sich gegebenenfalls während des Homogenisierens ändert, mit einem Mischbehälter, einem am Behälter angeordneten Homogenisator, einem Zulauf für die Zuführung der Stoffe vom Mischbehälter zum Homogenisator und einem Ablauf aus dem Homogenisator, der über einen Ringspalt mit dem Mischbehälter kommuniziert,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (18) eine Spaltlänge (L) und eine Spaltweite (S) aufweist, die so bemessen sind, daß das Verhältnis L / 4S bei Spaltweiten (S) größer als 15 ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß L / 4S etwa 20 ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (18) wenigstens zwei Spaltlängenbereiche (L1, L2 ...) mit unterschiedlicher Spaltweite (S1, S2 ...) aufweist, wobei gilt: L / 4S = (L1 / 4S1 + L2 / 4S2 + ...).
  8. Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe, insbesondere Majonnaisen, Emulsionen, Salben, Crèmes und dergleichen, deren Viskosität sich gegebenenfalls während des Homogenisierens ändert, mit einem Mischbehälter, einem am Behälter angeordneten Homogenisator, einem Zulauf für die Zuführung der Stoffe vom Mischbehälter zum Homogenisator und einem Ablauf aus dem Homogenisator, der über einen Ringspalt mit dem Mischbehälter kommuniziert,
    dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Ringspalts (18) an wenigstens einem der den Ringspalt (18) definierenden Bauteile radiale Stufen oder Schultern vorgesehen sind, die über die Spaltlänge (L) des Ringspalts (18) verteilte Bereiche unterschiedlicher Spaltweite definieren.
  9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine absperrbare Abflußleitung für die Stoffe aus der Vorrichtung vorgesehen ist, wobei der Ablauf aus dem Homogenisator mit der Abflußleitung (17) verbindbar ist und die Absperrung der Abflußleitung (17) durch ein in dieser angeordnetes Absperrventil (19) erfolgt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine Umgehungsleitung (16) einen Endes mit der Abflußleitung (17) nach dem Absperrventil (19) und anderen Endes mit dem oberen Bereich des Mischbehälters (11) verbunden ist und dazwischen ein Dreiwegeventil (15) oder entsprechende einzelne Absperrventile angeordnet sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil (19) mittels eines von einem Sensor (20) gesteuerten automatischen Antriebes (21) in Abhängigkeit von der Viskosität des Produktes im Ablauf (13) betätigbar ist.
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