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DE10127075C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Emulsionen mittels Membrankörpern - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Emulsionen mittels Membrankörpern

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DE10127075C2
DE10127075C2 DE10127075A DE10127075A DE10127075C2 DE 10127075 C2 DE10127075 C2 DE 10127075C2 DE 10127075 A DE10127075 A DE 10127075A DE 10127075 A DE10127075 A DE 10127075A DE 10127075 C2 DE10127075 C2 DE 10127075C2
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DE
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shaft
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Description

Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Emulsionen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zur Herstellung von Emulsionen. Hierzu werden mehrere Membrankörper eingesetzt, durch die eine disperse Phase eines flüssigen Mediums in eine kontinuierliche Phase eines anderen flüssigen Mediums fein verteilt eingebracht wird. Bei einer Emulsion liegt die disperse Phase in Form feiner Tropfen in der kontinuierlichen Phase verteilt vor.
In vielen technischen Bereichen, bspw. bei der Lebensmittelherstellung oder der Produktion pharmazeutischer Produkte, ist es regelmäßig notwendig, lipophile und hydrophile Substanzen zu einem Produkt zu vereinigen. Als Produktform wird hierbei in vielen Fällen die Emulsion aus einer öligen und einer wässrigen Phase gewählt.
Stand der Technik
Industriell werden Emulsionen häufig in Rotor- Stator-Systemen hergestellt. Beispiele für Rotor- Stator-Systeme sind einfache Rührwerke, Zahnkranz­ dispergiermaschinen und Kolloidmühlen. Bei derartigen Systemen werden die kontinuierliche und die disperse Phase in einem Behältnis zusammengebracht und durch den Betrieb des Rotors unter Bildung einer Emulsion miteinander vermischt.
Als weitere Systeme zur Herstellung von Emulsionen sind Hochdruckhomogenisatoren oder die Beaufschlagung eines Systems aus disperser und kontinuierlicher Phase mit Ultraschall bekannt.
Der Energieaufwand für den Betrieb dieser Geräte ist jedoch sehr hoch. Während des Emulgierprozesses tritt zudem häufig eine starke Wärmeentwicklung ein, die die Emulsion auf unerwünscht hohe Temperaturen aufheizen kann. In Abhängigkeit vom eingesetzten Emulgiergerät liegen die Durchmesser der Emulsions­ tröpfchen zwischen 0,1 und 100 µm, wobei in der Regel eine sehr breite Tröpfchengrößenverteilung vorliegt.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Emulsionen setzt eine Membrantechnik zur Erzeugung fein verteilter Tröpfchen der dispersen Phase in der kontinuierlichen Phase ein. Die disperse Phase wird hierbei durch die Poren einer Membran gepresst, so dass sich an der Oberfläche der Membran Tropfen ausbilden, die nach Erreichen eines kritischen Tropfendurchmessers abreißen und von der über die Oberfläche strömenden kontinuierlichen Phase mitgerissen werden.
In einer bekannten Ausführung einer derartigen Vorrichtung wird eine Rohrmembran eingesetzt, die von einer kontinuierlichen Phase durchströmt wird. Die disperse Phase wird von außen durch das poröse System der Rohrmembran in die innen strömende kontinuierliche Phase gepresst. Der Fluss der dispersen Phase kommt aufgrund einer angelegten transmembranen Druckdifferenz zustande. Der eigentliche Vorgang des Emulgierens, d. h. die Tropfenbildung, findet an der inneren Oberfläche der Rohrmembran statt. Die Tropfen wachsen an dieser Oberfläche solange an, bis die tropfenablösenden Kräfte größer werden als die Kräfte, die den Tropfen an der jeweiligen Pore festhalten. Der Tropfen wird dann mit dem erreichten Durchmesser von der kontinuierlichen Phase, die die Membranoberfläche überströmt, abgelöst und von der Strömung mitgerissen. Dadurch können sehr homogene Emulsionen mit relativ enger Tröpfchengrößen­ verteilung erzeugt werden. Um eine ausreichend große Überströmung der Membranoberfläche durch die kontinuierliche Phase zu erreichen, muss auch bei diesen Systemen eine starke Pumpe eingesetzt werden, die zu einem hohen Energieverbrauch und einer unerwünschten Erwärmung der erzeugten Emulsion führt.
Die DE 198 23 839 A1 beschreibt eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Mischen und Dispergieren zweier Phasen. Hierbei wird einem scheibenförmigen Porenkörper über einen Zuführkanal eine erste Phase zugeführt, während dieser in einer zweiten Phase rotiert. Durch die Rotation tritt die erste Phase radial aus dem Probenkörper aus und verteilt sich in der zweiten Phase. Bei beiden Phasen kann es sich um eine Flüssigkeit handeln. Bei dieser Vorrichtung handelt es sich um einen einfachen Rührkessel, in dem es aufgrund der konstruktiven Gestaltung zu undefinierten Strömungsausbildungen in der kontinuierlichen Phase kommt. Daher ist die Herstellung von Emulsionen, die eine homogene Tröpfchengrößenverteilung aufweisen, mit dem in dieser Druckschrift beschriebenen Verfahren bzw. mit der entsprechenden Vorrichtung nicht möglich.
Darüber hinaus beschreibt die US 4,201,691 eine Vorrichtung zur Generierung und Verteilung einer Vielphasendispersion in einer Suspensionsphase. Eine hohle, scheibenförmige Mehrschichtmembran wird in einem Behälter derart angeordnet, dass die Membran überströmt werden kann. Da die Membran allerdings nicht kontinuierlich in Rotation versetzt wird, kann keine hohe Überströmgeschwindigkeit an der Membranoberfläche gewährleistet werden.
Weiterhin wird in der WO 01/45830 A1 eine Vorrichtung mit einem Gehäuse mit Ein- und Auslassöffnungen für eine kontinuierliche Phase eines ersten flüssigen Mediums beschrieben, mit der Emulsionen herstellbar sind. In dem Gehäuse befindet sich eine rotierend antreibbar angeordnete Welle, in der ein Zuführkanal für eine disperse Phase eines zweiten flüssigen Mediums ausgebildet ist. Ferner sieht die Vorrichtung einen oder mehrere hohl ausgebildete rohrförmige Membrankörper vor, die an der Welle befestigt sind, wobei der Zuführkanal über die Welle mit den hohl ausgebildeten Membrankörpern verbunden ist, um die Zuführung der dispersen Phase über den Zuführkanal in den Membrankörper zu ermöglichen. Nachteilig an der in dieser Druckschrift beschriebenen Lösung ist allerdings, dass in dem Rührkessel Toträume bezüglich der Durchmischung bzw. Durchströmung vorhanden sind. Dies führt zu einer nichthomogenen Durchmischung der kontinuierlichen Phase und zur Gefahr der Koagulation, so dass sich auch hier unkontrolliert große Tröpfchen herausbilden können.
Die JP 58-216 726 A beschreibt ein Rührwerk zur Herstellung eines Gemisches. Bei diesem Rührwerk werden die zu mischenden Phasen über einen Einlass in ein Gehäuse eingebracht, in dem sich eine Welle mit scheibenförmigen Rotoren dreht. Zur Verstärkung des Schereffektes ist der in dem Gehäuse befindliche Stator in seiner Innenform an die Kontur der Rotoren angepasst, so dass jeweils nur ein geringer Zwischenraum zwischen den Rotorflächen und dem Stator entsteht. Diese Vorrichtung stellt ein einfaches Rührwerk dar, das nach dem Rotor/Stator-Prinzip arbeitet. Beide Phasen, sowohl die kontinuierliche als auch die nichtkontinuierliche, werden in das Gehäuse eingefüllt, wobei der Scheibenrührer ausschließlich der daran anschließenden Durchmischung dient. Die beschriebene Vorrichtung zeichnet sich durch einen hohen Energiebedarf aus und es wird nur ein relativ schlechtes und vor allem inhomogenes Mischungsergebnis erzielt.
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Emulsionen anzugeben, die bzw. das eine homogene Tröpfchengrößenverteilung bei geringem Energieverbrauch ermöglicht.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 bzw. 3 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung und des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Vorrichtung weist ein Gehäuse mit Ein- und Auslassöffnung für eine kontinuierliche Phase eines ersten flüssigen Mediums, eine in dem Gehäuse rotierend antreibbar angeordnete Welle, an oder in der ein Zufuhrkanal für eine disperse Phase eines zweiten flüssigen Mediums ausgebildet ist, und mehrere Membrankörper, die als Membranscheiben ausgebildet, an entlang der Welle voneinander beabstandeten Positionen angeordnet und derart an der Welle befestigt sind, dass die Welle durch deren Symmetriezentrum verläuft. Der Zufuhrkanal ist bei der vorliegenden Vorrichtung über die Welle mit den hohl ausgebildeten Membrankörpern verbunden, um die Zuführung der dispersen Phase über den Zufuhrkanal in die Membrankörper zu ermöglichen. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Membrankörper hohl ausgebildet sind und ein aufgrund der beabstandeten Positionen zwischen den Membrankörpern vorliegender Zwischenraum durch eine angepasste Innenkontur des Gehäuses unter Beibehaltung eines geringen Abstandes zu den Membrankörpern und der Welle ausgefüllt ist.
Beim Betrieb dieser Vorrichtung wird die kontinuierliche Phase in das Gehäuse eingebracht und anschließend oder gleichzeitig die disperse Phase über den Zufuhrkanal an der Welle unter Druck in die hohl ausgebildeten Membrankörper eingeleitet. Während der Zuführung der dispersen Phase wird die Welle über einen Motor, der getrennt von der Vorrichtung vorliegen kann, rotierend angetrieben, so dass die daran befestigten Membrankörper in der kontinuierlichen Phase um die Längsachse der Welle rotieren. Die disperse Phase wird dabei durch die Poren der Membrankörper in die kontinuierliche Phase gepresst, wobei die Ablösung der Tröpfchen wie bei der oben beschriebenen Membrantechnik erfolgt.
Die vorliegende Vorrichtung und das zugehörige Verfahren weisen aufgrund ihres Aufbaus und der damit verbundenen Betriebsweise besondere Vorteile auf. So ist es durch die Rotation der Membranhohlkörper in der kontinuierlichen Phase nicht erforderlich, diese Phase in dem Gehäuse zusätzlich umzupumpen. Die erforderliche Überströmgeschwindigkeit der kontinuierlichen Phase über die Membranoberfläche wird bereits durch die Rotation der Membrankörper erreicht. Auf eine ausreichend groß dimensionierte Pumpe mit entsprechend hohem Energieverbrauch kann bei der vorliegenden Vorrichtung und dem vorliegenden Verfahren daher verzichtet werden. Selbst wenn die kontinuierliche Phase zusätzlich in dem Gehäuse umgepumpt wird, ist dafür eine wesentlich kleiner dimensionierte Pumpe ausreichend, da diese nicht zur Erzeugung der erforderlichen Überströmgeschwindigkeiten ausgebildet sein muss.
Durch die Rotation der Membrankörper in der kontinuierlichen Phase treten Zentrifugalkräfte auf, die zusätzlich zum anliegenden Druck auf die disperse Phase in den Membrankörpern einwirken. Durch diese zusätzlich wirkenden Zentrifugalkräfte wird ein größerer Teil der dispersen Phase an den von der Welle am weitesten entfernt liegenden Bereichen der Membrankörper in die kontinuierliche Phase austreten, an denen die Überströmgeschwindigkeit der kontinuierlichen Phase vorteilhafterweise am höchsten ist. Dieser Effekt führt zu einer optimalen Ausnutzung der zur Rotation aufgewendeten Energie für den Emulgierprozess.
Die an der Welle befestigten hohlen Membrankörper sind zur Ausnutzung des obigen Effektes als scheibenförmige Membranhohlkörper augebildet, durch deren Symmetriezentrum die Welle verläuft. Die einzelnen Scheiben weisen dabei vorzugsweise den gleichen Scheibendurchmesser auf und sind in annähernd konstantem Abstand und parallel zueinander an der Welle angeordnet. Dies ergibt einen annähernd zylinderförmigen Rotationsraum, der durch ein zylinderförmig ausgebildetes Gehäuse umschlossen werden kann.
Das Gehäuse weist eine Innenkontur auf, die an die äußere Form der Membrankörper und der Welle angepasst ist, ohne deren Rotation zu behindern. Zwischen der Innenkontur und der Oberfläche der Membrankörper und der Welle verbleibt dabei ein Zwischenraum, der von der kontinuierlichen Phase ausgefüllt wird. Durch eine derartige Ausgestaltung wird gewährleistet, dass ein großer Volumenanteil der in dem Gehäuse vorliegenden kontinuierlichen Phase mit der Oberfläche der Membrankörper in Kontakt ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Zufuhrkanal nicht als gesonderter Kanal an der Welle befestigt. Die Welle ist vielmehr als Hohlwelle ausgebildet, so dass sie selbst den Zufuhrkanal bildet.
Die Verbindung zwischen dem Zufuhrkanal und dem Inneren der hohlen Membrankörper wird über geeignete Öffnungen der Hohlwelle bzw. des Zufuhrkanals und der Membran­ körper an den entsprechenden Befestigungsstellen der Membrankörper an der Welle erreicht.
Die vorliegende Vorrichtung kann sowohl für eine diskontinuierliche als auch für eine kontinuierliche Herstellung von Emulsionen eingesetzt werden. Bei einer diskontinuierlichen Herstellung wird die kontinuier­ liche Phase zunächst in das Gehäuse eingeleitet. Anschließend werden die Membrankörper über die Welle in Bewegung versetzt und die disperse Phase unter Druck in die Membrankörper eingeführt. Nach einem vorgebbaren Zeitintervall, das für die Herstellung der gewünschten Emulsion ausreichend ist, wird diese über die Auslass­ öffnung abgezogen und der gesamte Prozess beginnt von Neuem.
Bei einer kontinuierlichen Betriebsweise wird die kontinuierliche Phase ständig über die Einlassöffnung zugeführt und die Emulsion ständig über die Auslass­ öffnung abgezogen. Die hierfür erforderliche Pumpe muss lediglich den Transport des flüssigen Mediums von der Einlass- zur Auslassöffnung gewährleisten. Die erforderlichen Überströmgeschwindigkeiten über die Oberfläche der Membrankörper werden durch die Rotation der Membrankörper erreicht.
Selbstverständlich werden die Anzahl der Membran­ körper sowie die Dimensionen der Membrankörper und des Gehäuses wie auch der Druck der dispersen Phase in den Membrankörpern und die Verweilzeit der kontinuierlichen Phase im Gehäuse vom Fachmann geeignet gewählt, um das gewünschte Ergebnis in Abhängigkeit von den einge­ setzten flüssigen Medien zu erreichen. Das Gleiche gilt für die Wahl der Materialien der Membrankörper sowie deren Trenngrenzen. So können neben Keramikmaterialien für die Membrankörper auch Polymermaterialien oder andere anorganische Materialien, wie Metalle, Kohlenstoffe, Gläser, eingesetzt werden. Das Einbringen der dispersen in die kontinuierliche Phase kann durch die Wahl von Membranmaterialien mit definierten Oberflächeneigenschaften verbessert werden. Dabei kann es von Vorteil sein, die Membranoberfläche hydrophil, hydrophob bis hin zu oleophob auszustatten. Dies kann durch die Wahl des Membranmaterials oder durch zusätzliche Beschichtungen auch bei anorganischen Materialien erreicht werden. Die Membranen selbst können als Nanofiltrationsmembranen, Ultrafiltrations­ membranen oder Mikrofiltrationsmembranen ausgebildet sein. Für das Gehäuse wird ein geeignetes Material gewählt, das mit den verwendeten flüssigen Medien verträglich ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Vorrichtung sowie das vorliegende Verfahren werden nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 schematisch ein Beispiel für eine Membrantechnik gemäß dem Stand der Technik; und
Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungs­ beispiel der vorliegenden Erfindung.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt schematisch die Wirkungsweise der Membrantechnik zur Herstellung von Emulsionen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Hierbei wird eine Rohrmembran 12 eingesetzt, die von einer kontinuierlichen Phase 9 durchströmt wird. Von außerhalb der Rohrmembran 12 wird die disperse Phase 8 durch die Poren 13 der Rohrmembran 12 gepresst, so dass sich an der inneren Membranoberfläche 14 Tröpfchen 15 bilden, die nach Erreichen einer bestimmten Tröpfchen­ größe von der kontinuierlichen Phase 9 mitgerissen werden, so dass am Austritt aus der Rohrmembran 12 eine Emulsion 10 vorliegt.
Zum Betrieb einer derartigen Vorrichtung muss jedoch eine ausreichend hohe Überströmgeschwindigkeit der kontinuierlichen Phase 9 über die Membranoberfläche 14 erreicht werden, die eine Pumpe mit hohem Energie­ verbrauch erfordert.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die keinen derart hohen Energieverbrauch zur Erzeugung der Emulsion aufweist. Die Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse 1 mit einer Einlassöffnung 2 für die kontinuierliche Phase 9 und einer Auslassöffnung 3 für die fertige Emulsion. An der Ein- 2 sowie der Auslassöffnung 3 sind jeweils Ventile 16 vorgesehen, um den Zufluss bzw. Abfluss der kontinuierlichen Phase 9 bzw. der Emulsion 10 unterbrechen zu können. In dem Gehäuse ist eine rotierend antreibbare Welle 4 ausgebildet, an der im vorliegenden Beispiel vier scheibenförmige Membrankörper 6 befestigt sind. Die Welle 4 ist eine Hohlwelle, die gleichzeitig den Zufuhrkanal 5 für die disperse Phase 8 bildet. Der Zufuhrkanal 5 ist an der Befestigung der Membran­ scheiben 6 mit der Hohlwelle 4 mit den hohlen Innenräumen der als Filterelemente ausgebildeten Membranscheiben 6 verbunden. Die Hohlwelle 4 verläuft hierbei durch das Symmetriezentrum der einzelnen Membranscheiben 6, so dass diese um ihre Symmetrieachse rotierend durch die Hohlwelle 4 angetrieben werden. Das Gehäuse 1 weist eine Innenkontur 7 auf, die sich an die Kontur der Membranscheiben 6 und der Hohlwelle 4 anpasst, so dass lediglich geringe Zwischenräume zwischen der Innenkontur 7 und den Membrankörpern 6 bzw. der Hohlwelle 4 entstehen, wie dies aus der Figur ersichtlich ist. Diese Zwischenräume 11 bilden den Feed- bzw. Emulsionsraum, durch den die kontinuierliche Phase 9 an den Oberflächen der Membrankörper 6 vorbeigeführt wird. Die Hohlwelle 4 ist über ein entsprechendes Lager 17 innerhalb des Gehäuses 1 gelagert.
In einer beispielhaften Ausbildung dieser Vorrichtung haben die Membranscheiben 6 einen Durch­ messer von ca. 150 mm, das Gehäuse einen Durchmesser sowie eine Höhe in der Größenordnung von 20 cm. Die Membranscheiben selbst sind aus einem Keramikmaterial gebildet.
Beim Betrieb dieser Vorrichtung wird die disperse Phase 8 unter Druck, der beispielsweise durch eine Pumpe oder ein durch Druckluft erzeugtes Gaspolster aufgebracht wird, durch den Zufuhrkanal 5 der Hohlwelle 4 in die Membranscheiben 6 eingeleitet. Die kontinuier­ liche Phase 9 wird über das Ventil 16 und die Einlass­ öffnung 2 in den Emulsionsraum 11 des Gehäuses 1 geführt. Während der Zufuhr der dispersen Phase 8 werden die Membranscheiben durch rotatorischen Antrieb der Welle 4 in der kontinuierlichen Phase 9 rotiert. Durch diese Rotation wird eine Überströmung der Membranoberflächen mit der kontinuierlichen Phase 9 hervorgerufen, die für die Ablösung der Tröpfchen der dispersen Phase 8 von der Oberfläche der Membrankörper 6 erforderlich ist. Der Ablösemechanismus erfolgt dabei in gleicher Weise wie bei der üblichen Membrantechnik der Fig. 1.
Nach Fertigstellung der Emulsion, d. h. nach dem Erreichen des gewünschten Dispersphasenanteils, kann diese durch Öffnen des Ventils 16 an der Auslassöffnung 3 abgelassen werden.
Die Rotation der Welle 4 erfolgt in der Regel derart, dass Überströmgeschwindigkeiten von 2-5 m/s an den äußersten Bereichen der Membranscheiben 6 erreicht werden. Selbstverständlich kann mit der in diesem Ausführungsbeispiel gezeigten Vorrichtung auch eine kontinuierliche Herstellung der Emulsion erreicht werden, indem die kontinuierliche Phase 9 kontinuier­ lich über die Einlassöffnung 2 zugeführt und die Emulsion 10 kontinuierlich über die Auslassöffnung 3 abgezogen wird, während die Membranscheiben 6 rotierend angetrieben werden.
Die folgende Tabelle gibt ein Beispiel für die Herstellung einer Emulsion mit der vorliegenden Vorrichtung an, bei der Membranscheiben 6 mit unterschiedlichem Porendurchmesser eingesetzt wurden. Als kontinuierliche Phase 9 wurde Wasser, als disperse Phase MCT (medium chain triglycerides) eingesetzt. In die kontinuierliche Phase wurden durch die vorliegende Vorrichtung 5 kg/m2 h disperse Phase eingetragen.
Mit der vorliegenden Vorrichtung und dem zugehörigen Verfahren sind sowohl Öl/Wasser- als auch Wasser/Öl-Emulsionen und Liposomen herstellbar. Die Vorrichtung führt zu einer geringen Erwärmung der Emulsion während des Herstellprozesses, was gerade bei Einsatz hitzeempfindlicher Substanzen von großem Vorteil ist. Ebenso wie bekannte Systeme des Standes der Technik lässt sich mit der vorliegenden Vorrichtung auch eine sterile Fahrweise ohne Zwischensterilisation bis zum Endprodukt durchführen.
Bezugszeichenliste
1
Gehäuse
2
Einlassöffnung
3
Auslassöffnung
4
Welle, Hohlwelle
5
Zufuhrkanal
6
Membrankörper
7
Innenkontur
8
disperse Phase
9
kontinuierliche Phase
10
Emulsion
11
Zwischenraum bzw. Emulsionsraum
12
Rohrmembran
13
Poren
14
Membranoberfläche
15
Tröpfchen
16
Ventil
17
Lager

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Herstellung von Emulsionen mit
einem Gehäuse (1) mit Ein- (2) und Auslass­ öffnung (3) für eine kontinuierliche Phase (9) eines ersten flüssigen Mediums,
einer in dem Gehäuse (1) rotierend antreibbar angeordneten Welle (4), an oder in der ein Zufuhrkanal (5) für eine disperse Phase (8) eines zweiten flüssigen Mediums ausgebildet ist, und
mehreren Membrankörpern (6), die als Membran­ scheiben ausgebildet, an entlang der Welle (4) voneinander beabstandeten Positionen angeordnet und derart an der Welle befestigt sind, dass die Welle durch deren Symmetriezentrum (4) verläuft, wobei der Zufuhrkanal (5) über die Welle (4) mit den Membrankörpern (6) verbunden ist, um die Zuführung der dispersen Phase über den Zufuhrkanal (4) in die Membrankörper (6) zu ermöglichen,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Membrankörper hohl ausgebildet sind und ein aufgrund der beabstandeten Positionen zwischen den Membrankörpern (6) vorliegender Zwischenraum durch eine angepasste Innenkontur (7) des Gehäuses (1) unter Beibehaltung eines geringen Abstandes zu den Membrankörpern (6) und der Welle (4) ausgefüllt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (4) als Hohlwelle ausgebildet ist, die den Zufuhrkanal (5) für die disperse Phase (8) bildet.
3. Verfahren zur Herstellung einer Emulsion mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine kontinuierliche Phase (9) über die Einlassöffnung (2) in das Gehäuse (1) und eine disperse Phase (8) unter Druck durch den Zufuhrkanal (5) der Welle (4) in die Membrankörper (6) geleitet werden, wobei die Membrankörper (6) während der Zuführung der dispersen Phase (8) über die Welle (4) im Gehäuse (1) in Rotation versetzt werden, so dass die disperse Phase (8) aus den Membrankörpern (6) austritt und sich mit der kontinuierlichen Phase (9) unter Bildung einer Emulsion (10) vermischt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einleiten der kontinuierlichen Phase (9) die Ein- (2) und die Auslassöffnung (3) des Gehäuses (1) geschlossen werden, anschließend die disperse Phase (8) unter Rotation der Membrankörper (6) zugeführt und nach einem definierten Zeitintervall die Emulsion (10) über die Auslassöffnung (3) abgezogen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kontinuierliche Phase (9) kontinuierlich über die Einlassöffnung (2) in das Gehäuse (1) eingeleitet und die gebildete Emulsion (10) kontinuierlich über die Auslassöffnung (3) abgezogen wird.
DE10127075A 2001-06-02 2001-06-02 Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Emulsionen mittels Membrankörpern Expired - Fee Related DE10127075C2 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004040735A1 (de) * 2004-08-23 2006-03-09 ETH-Zürich, Institut für Lebensmittelwissenschaft, Laboratorium für Lebensmittelverfahrenstechnik Verfahren zur mechanisch schonenden Erzeugung von fein dispersen Mikro-/Nano-Emulsionen mit enger Tropfengrößenverteilung und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10306259A1 (de) * 2003-02-14 2004-09-02 Ferrero Ohg Mbh Auf Milchbestandteilen basierende Süßware mit definierten Speisefettagglomeraten, sowie Verfahren und Vorrichtung zu ihrer Herstellung
DE102005008868A1 (de) * 2005-02-24 2006-08-31 Basf Ag Verfahren zur Herstellung einer wässrigen Polymerisatdispersion
MY149295A (en) 2006-07-17 2013-08-30 Nestec Sa Cylindrical membrane apparatus for forming foam
WO2010072230A1 (de) * 2008-12-22 2010-07-01 Kmpt Ag Verfahren und vorrichtung zum herstellen von emulsionen und/oder suspensionen
WO2010072237A1 (de) * 2008-12-23 2010-07-01 Kmpt Ag Verfahren und vorrichtung zum behandeln von fluiden
EP2260917A1 (de) * 2009-05-29 2010-12-15 Novoflow GmbH Filtriersystem und Verfahren zur Optimierung der Filtrierleistung
US8771778B2 (en) 2010-09-09 2014-07-08 Frito-Lay Trading Company, Gmbh Stabilized foam
GB2505160A (en) * 2012-07-06 2014-02-26 Micropore Technologies Ltd Dispersion apparatus with membrane
US9393532B2 (en) 2013-02-27 2016-07-19 Dow Global Technologies Llc Swept membrane emulsification
PL3794013T3 (pl) 2018-05-17 2024-06-24 Csl Behring Ag Sposób i układ ekstrakcji białka

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4201691A (en) * 1978-01-16 1980-05-06 Exxon Research & Engineering Co. Liquid membrane generator
JPS58216726A (ja) * 1982-06-10 1983-12-16 Toshio Araki エマルジヨン流体の製造装置
DE19823839A1 (de) * 1998-05-29 1999-12-09 Franz Durst Verfahren und Vorrichtung zum Mischen und Dispergieren mindestens zweier Phasen
WO2001045830A1 (en) * 1999-12-22 2001-06-28 University Of Leeds Rotating membrane

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2146867B2 (de) * 1971-09-20 1975-06-26 Hoechst Ag, 6000 Frankfurt Schelbendrehfiner
JPH082416B2 (ja) * 1988-09-29 1996-01-17 宮崎県 エマルションの製造方法
DE4329077C1 (de) * 1993-08-30 1994-07-14 Chmiel Horst Konzentrisch angeordnete mikroporöse Zylinder zum Stoffaustausch in feinkörnigen Schüttungen, konzentrierten Suspensionen oder Emulsionen
US6386751B1 (en) * 1997-10-24 2002-05-14 Diffusion Dynamics, Inc. Diffuser/emulsifier

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4201691A (en) * 1978-01-16 1980-05-06 Exxon Research & Engineering Co. Liquid membrane generator
JPS58216726A (ja) * 1982-06-10 1983-12-16 Toshio Araki エマルジヨン流体の製造装置
DE19823839A1 (de) * 1998-05-29 1999-12-09 Franz Durst Verfahren und Vorrichtung zum Mischen und Dispergieren mindestens zweier Phasen
WO2001045830A1 (en) * 1999-12-22 2001-06-28 University Of Leeds Rotating membrane

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004040735A1 (de) * 2004-08-23 2006-03-09 ETH-Zürich, Institut für Lebensmittelwissenschaft, Laboratorium für Lebensmittelverfahrenstechnik Verfahren zur mechanisch schonenden Erzeugung von fein dispersen Mikro-/Nano-Emulsionen mit enger Tropfengrößenverteilung und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens
DE102004040735B4 (de) * 2004-08-23 2006-11-23 ETH-Zürich, Institut für Lebensmittelwissenschaft, Laboratorium für Lebensmittelverfahrenstechnik Verfahren zur mechanisch schonenden Erzeugung von fein dispersen Mikro-/Nano-Emulsionen mit enger Tropfengrößenverteilung und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens

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