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EP0760254B1 - Vorrichtung zum Homogenisieren fliessfähiger Stoffe - Google Patents

Vorrichtung zum Homogenisieren fliessfähiger Stoffe Download PDF

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Publication number
EP0760254B1
EP0760254B1 EP96113419A EP96113419A EP0760254B1 EP 0760254 B1 EP0760254 B1 EP 0760254B1 EP 96113419 A EP96113419 A EP 96113419A EP 96113419 A EP96113419 A EP 96113419A EP 0760254 B1 EP0760254 B1 EP 0760254B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
container
outlet
homogenizer
connection
homogeniser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP96113419A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0760254A1 (de
Inventor
Erwin Seefried
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vakumix Ruehr- und Homogenisiertechnik AG
Original Assignee
Vakumix Ruehr- und Homogenisiertechnik AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19537303A external-priority patent/DE19537303B4/de
Application filed by Vakumix Ruehr- und Homogenisiertechnik AG filed Critical Vakumix Ruehr- und Homogenisiertechnik AG
Publication of EP0760254A1 publication Critical patent/EP0760254A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0760254B1 publication Critical patent/EP0760254B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/50Circulation mixers, e.g. wherein at least part of the mixture is discharged from and reintroduced into a receptacle
    • B01F25/52Circulation mixers, e.g. wherein at least part of the mixture is discharged from and reintroduced into a receptacle with a rotary stirrer in the recirculation tube
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/80Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
    • B01F27/81Mixers 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
    • B01F27/811Mixers 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/80Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders with stirrers rotating about a substantially vertical axis
    • B01F27/81Mixers 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
    • B01F27/811Mixers 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
    • B01F27/8111Mixers 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

  • Homogenization mixers are used in the pharmaceutical, cosmetic, chemical and food industry for the production of creams, ointments, Pastes, mayonnaises and similar products used. They have a mixing container on, usually at the bottom of the container a homogenizer for homogenizing and circulating the substances is arranged in the mixing container.
  • the homogenizer is often designed as a rotor-stator dispersing machine, but can also be a circulation agitator to achieve a better pumping effect.
  • EP-A 0 036 067 discloses a homogenizer in which the switchover between the two operating modes by means of an axially displaceable relative to the homogenizer Control ring takes place.
  • the ring has two opposing sealing surfaces and closes the in the circulation line in its two axial end positions opening channel or the channel leading directly back to the boiler bottom. The each other channel is released.
  • the Control ring is made by means of a single Hydraulic cylinder not described moved. This hydraulic cylinder must be placed in the area of the mechanically highly stressed homogenizer become.
  • the arrangement of this hydraulic cylinder in the homogenizer and the necessary power transmission means Transferring the movement to the control ring means complication of the homogenizer structure and a weakening of its mechanical Resilience.
  • a generic homogenizing device is known from DE 28 05 942 C2. At this device is the discharge of the homogenizer via a throttle opening Annular gap connected to the bottom of the mixing container. With low viscosity Mixed material is fed back into the boiler through this throttle gap, it finds a place Homogenize in the boiler instead. If the mix has a higher viscosity during the mixing process friction in the throttle gap gradually leads to a blockage this gap, as a result of the then increasing pressure in the outlet, opens a sensor the bypass line, there is now homogenization in circulation.
  • This known device has various disadvantages.
  • the one in the throttle gap Friction occurs increases the energy required for homogenization.
  • a Defined process control is not possible, rather the operating states are established Homogenization in the boiler or homogenization in circulation independently depending on on the viscosity of the mix, transition states are also possible in which both types of homogenization take place simultaneously.
  • the invention has for its object a device of the type mentioned to create, which does not have the disadvantages mentioned or to a lesser extent.
  • the invention solves this problem in a device according to the preamble of the claim 1 in that the second connection has a closing device which when a predetermined pressure in the process is exceeded, this connection is released and it closes again when the pressure falls below a predetermined pressure.
  • the mix is conveyed into the drain.
  • the lockable first connection is closed, the pressure in the drain increases long until a predetermined pressure is exceeded and the closing device second connection, which leads back to the container in a short way. It takes place then the so-called homogenization takes place in the boiler.
  • the second connection is in the Usually end in the bottom of the container, but it can also be in other areas of the container that are located near the homogenizer inlet.
  • the mix can pass through this first Connection returned to the area of the container spaced from the homogenizer become.
  • the pressure in the outlet consequently drops below a predetermined pressure, so that the closing device closes the second connection again. It is now taking place the so-called homogenization in circulation instead.
  • the cross section of the second connection is expedient within the scope of the invention chosen so that the product with a relatively high product viscosity relatively small friction losses flow through this second connection can.
  • the friction losses occurring in the throttle gap in the prior art are avoided. Loss of pressure when passing through the second connection only to a small extent.
  • the closing device can be, for example, a valve that is in the process of a arranged pressure sensor is controlled. In the context of the invention, however, it is preferred that the closing device is acted upon by an external force in the closed position is biased. This external force is preferably a spring force. At a Pressure increase in the drain then the closing device against the spring force in it Open position pressed.
  • the second connection connect the drain of the homogenizer to the tank bottom. It is advantageously avoided that the second connection in the container in the area of the inlet of the homogenizer opens and thereby the inflow into the homogenizer disturbs.
  • the second connection can be, for example, one or more of them Homogenizer housing and / or bore passing through the stator of the homogenizer or bores formed, which are preferably axially (parallel to the axis of rotation of the homogenizer) and the associated closing devices exhibit.
  • this Annular channel between the housing of the homogenizer and the stator or the stator cover be trained.
  • the width of the ring channel is preferably dimensioned so that a low-friction and low-pressure passage even of relatively highly viscous Mixed material is possible.
  • the ring channel opens in the preferred embodiment mentioned between the homogenizer housing and the stator cover in the area of the outer circumference of the homogenizer in the tank bottom, the return of the mixed material in the Containers in this area do not disturb the inflow into the homogenizer.
  • the closing device is preferably as in the Area of the mouth of the ring channel formed in the drain arranged sealing ring, the spring loaded is biased into a closed position in which it is the ring channel sealed against the flow, and that when a predetermined value is exceeded Pressure in the drain against the spring force is movable into an open position in which it opens the ring channel towards the drain.
  • this embodiment of the invention is after closing the shutoff of the first connection and the subsequent pressure increase in the course of the homogenizer, a uniform discharge of mix into the Boiler possible over the entire circumference of the ring channel, so that the container contents is mixed evenly.
  • the first connection is usually designed as a circulation line, which is in the upper area of the container opens into this.
  • This circulation line it is possible, in particular Shift higher-viscosity products in the boiler to ensure that Even with these higher-viscosity products, uniform homogenization takes place.
  • a homogenizer is to be understood as any device a mixing and / or homogenizing effect using kinetic energy achieved.
  • the homogenizer can be designed as a rotor-stator dispersion machine, which the kinetic energy of the rotor primarily through a strong swirl in Implemented dispersing effect and thus achieved an intensive homogenization. Based on these These rotor-stator dispersing machines only produce turbulence in proportion low pumping action, so that high drive energies may be required.
  • a rotor-stator dispersing machine instead to use a so-called circulation agitator as a homogenizer, that the kinetic energy of the rotor primarily in a pumping action and thus in Kinetic energy of the goods to be homogenized and only a low dispersing effect through swirling.
  • Intermediate stages are also possible, for example conceivable to attach additional blades to the rotor of a rotor-stator dispersing machine, in order to improve the pumping action, as taken from DE-A-34 17 242 is known.
  • a homogenizer known from EP-B-0 290 033 is conceivable.
  • a circulation agitator makes it possible to put smaller amounts of powder in the recycle stream suck in and thus feed the material to be homogenized.
  • the device according to the invention basically has a mixing container 1 and one homogenizer 2 driven by a drive 3.
  • the at 4 in the inflow of Products entering the homogenizer can flow out of the homogenizer either through the ring channel to be described in more detail below back into the boiler are performed (homogenization in the boiler, indicated by the arrows at 5), or but led through the external circulation line 6 into the upper region of the mixing container 1 be so that the homogenization indicated by the arrows at 7 in circulation takes place.
  • Shut-off valves 8, 9 are used to open or close the circulation line 6. After the homogenization has been completed, the product from the mixing container 1 to be discharged into a drain via the shut-off valve 10.
  • the structure of the homogenizer 2 can be seen more clearly in FIGS. 2 and 3.
  • the drive 3 drives the shaft 11 with a shaft 12 provided with a hub 12 rotatably connected rotor 13, the two downward concentric to each other Rows of rotor teeth 14 and 15 has.
  • the stator 17 With the homogenizer housing 16, the stator 17 is connected, the two mutually concentric rows of stator teeth 18, 19.
  • a stator cover 20 connected to the stator 17 covers the rotor 13 on its outer circumference and at the same time forms the one labeled 21 Feed of the homogenizer.
  • On the outer circumference of the homogenizer housing 16 is a concentric to the homogenizer shaft 22 is arranged, the drain of the homogenizer. As can be seen in FIG.
  • the channel 22 widens axial direction in the direction of rotation of the rotor 13 up to the connection of the outlet 22 with the circulation line 6.
  • the axial width of the outlet 22 narrows over a short circumferential section Use causes a large part of what is conveyed in the circumferential direction through the outlet 22 Mixed material exits into the circulation line 6 when the shut-off valve 8 and one the valves 9 or 10 are open.
  • the said transition from the peripheral portion large axial width to the peripheral portion small axial width of the drain 22 is in Fig. 2 indicated at 23.
  • this homogenizer corresponds to a conventional rotor-stator dispersion machine the state of the art.
  • an annular channel 24 is provided which Drain 22 connects to the product space of the mixing container 1.
  • One of one indicated at 25 Spring device prestressed sealing ring 26 statically seals the ring channel 24 compared to the drain 22. It lies sealingly on a beveled surface 27 of the homogenizer housing 16.
  • the material contained in the container 1 is fed via the inlet 21 fed to the homogenizer 2.
  • the homogenizer rotor is the product in a known manner with high forces (especially dispersing and Shear forces) and by the stator teeth 18,19 in the concentric to the rotor shaft 11 arranged annular drain channel 22 is pressed.
  • the valve 8 of the circulation line 6 is closed, the pressure in the outlet 22 rises until the Sealing ring 26 is raised against the force of the spring device 25 from its seat 27 is, so that the product from the outlet 22 through the ring channel 24 back into dei Container 1 can flow.
  • the so-called mixing takes place in the Boiler instead (reference number 5 in Fig. 1).
  • valve 9 is closed and the valves 8 and 10 open, the content of the mixing container 1 is then from the homogenizer 2 promoted in the process.
  • FIGS. 4 to 7 A second embodiment of the invention is shown in FIGS. 4 to 7.
  • This embodiment largely corresponds to the first embodiment, therefore they are the same Parts with the same reference numerals. To that extent, the description of the first Embodiment referred.
  • the differences from the first embodiment lie in the training of the homogenizer as a circulation agitator and in training and management the circulation line 6. These differences are described in more detail below.
  • the rotor 13 has conveyor blades 34 which in primarily designed to promote the goods to be homogenized in the drain 22 are and, unlike the first embodiment, only a relatively small one Apply shearing and dispersing action to this material. Accordingly, the rotational energy of the rotor 13 primarily in kinetic energy of the material to be homogenized Guts (pumping effect) implemented.
  • the stator has guide surfaces or blades 35, to achieve a substantially laminar flow of the delivery vanes 34 funded assets are determined. These guide vanes 35 thus serve, unlike in a rotor-stator dispersing machine, not as baffles to achieve a dispersing effect.
  • the homogenizer 2 of this embodiment thus achieves a much higher one Pumping power as the rotor-stator dispersing machine of the first embodiment.
  • Customized the circulation line 6 is also designed differently to this higher pumping capacity (see Figs. 4 and 5). Because of the achievable high circulation speed in the circulation line 6, powder can be sucked into the circulating stream via a valve 29 and so be mixed with the good. Additional liquid can be supplied via a valve 28 become.
  • the valve 30 is open and the valves 31 and 32 closed. By closing the valve 30 and opening the valve 32, the homogenized can Well, for example, can be fed to another mixing container. This is often required when the aqueous phase and the fat phase must first be mixed separately.
  • the high pumping action of the homogenizer 2 also enables CIP cleaning (cleaning in place) of the entire system without the aid of additional pumps.
  • cleaning liquid is introduced into the system and by means of the homogenizer 2 pumped through the circulation line 6.
  • the valve 31 By opening the valve 31, the Cleaning liquid sprayed by means of a spray head 33 in the upper region of the container 1 and so moisten the entire inner surface of the container 1 evenly.
  • the entire pipeline path can also be flushed in circulation.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Erfindung zum Homogenisieren fließfähiger, insbesondere flüssiger oder pastöser Stoffe, die aufweist:
  • einen Behälter,
  • wenigstens einen diesem Behälter zugeordneten Homogenisator,
  • einen Zulauf für die Zuführung der Stoffe zum Homogenisator,
  • einen Ablauf aus dem Homogenisator,
  • eine absperrbare erste Verbindung zwischen dem Ablauf und dem Behälter, mittels der die Stoffe aus dem Ablauf in einen vom Homogenisator beabstandeten Bereich des Behälters rückführbar sind,
  • eine zweite Verbindung zwischen dem Ablauf und dem Behälter, mittels der die Stoffe aus dem Ablauf in einen Bereich des Behälters zurückführbar sind, der einen geringeren Abstand vom Homogenisator aufweist als der Bereich, in dem die erste Verbindung in den Behälter mündet.
Homogenisierungsmischer werden unter anderem in der pharmazeutischen, kosmetischen, chemischen und Nahrungsmittelindustrie zur Herstellung von Cremes, Salben, Pasten, Mayonnaisen und ähnlichen Produkten verwendet. Sie weisen einen Mischbehälter auf, bei dem üblicherweise am Behälterboden ein Homogenisator zum Homogenisieren und Umwälzen der Stoffe im Mischbehälter angeordnet ist. Der Homogenisator ist häufig als Rotor-Stator-Dispergiermaschine ausgebildet, kann aber auch ein Umwälzrührwerk zum Erzielen einer besseren Pumpwirkung sein.
Es ist bereits bekannt, eine Homogenisiervorrichtung so auszubilden, daß die Rückführung des aus dem Ablauf des Homogenisators austretenden Guts in den Mischbehälter entweder in unmittelbarer Nähe des Homogenisators (üblicherweise am Behälterboden) oder über eine sogenannte Umlaufleitung in einem oberen Bereich des Mischbehälters erfolgt. Man spricht hier im ersten Fall von einer sogenannten Homogenisierung im Kessel bzw. Mischbehälter und im zweiten Fall von einer sogenannten Homogenisierung im Umlauf. Eine Homogenisierung im Kessel wird in der Regel dann vorgenommen, wenn flüssige oder niedrigviskose Produkte homogenisiert werden. Bei höherviskosen Produkten wird in der Regel im Umlauf homogenisiert, damit eine regelmäßige Umschichtung des gesamten Kesselinhalts stattfindet und ein sogenannter Produktkurzschluß über dem Zulauf des Homogenisators vermieden wird.
In EP-A 0 036 067 wird ein Homogenisator offenbart, bei dem die Umschaltung zwischen den beiden Betriebsarten mittels eines relativ zum Homogenisator axial verschieblichen Steuerrings erfolgt. Der Ring weist zwei gegenüberliegende Dichtflächen auf und verschließt in seinen beiden axialen Endpositionen den in die Umlaufleitung mündenden Kanal bzw. den direkt zum Kesselboden zurückführenden Kanal. Der jeweils andere Kanal wird freigegeben. Der Steuerring wird mittels eines einzelnen nicht beschriebenen Hydaulikzylinders verschoben. Dieser Hydraulikzylinder muß im Bereich des mechanisch hoch belasteten Homogenisators angeordnet werden. Die Anordnung dieses Hydraulikzylinders im Homogenisator sowie die erforderlichen Kraftübertragungsmittel zur Übertragung der Bewegung auf den Steuerring bedeuten eine Verkomplizierung des Homogenisatoraufbaus sowie eine Schwächung dessen mechanischer Belastbarkeit.
Aus DE 28 05 942 C2 ist eine gattungsgemäße Homogenisiervorrichtung bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist der Ablauf des Homogenisators über einen als Drosselöffnung ausgebildeten Ringspalt mit dem Boden des Mischbehälters verbunden. Bei niedrigviskosem Mischgut wird dieses durch diesen Drosselspalt in den Kessel zurückgeführt, es findet ein Homogenisieren im Kessel statt. Wenn das Mischgut im Laufe des Mischvorgangs höherviskos wird, kommt es durch die Reibung im Drosselspalt nach und nach zu einer Verstopfung dieses Spalts, in Folge des dann ansteigenden Drucks im Ablauf öffnet ein Sensor die Umgehungsleitung, es findet jetzt ein Homogenisieren im Umlauf statt.
Diese bekannte Vorrichtung weist verschiedene Nachteile auf. Die in dem Drosselspalt auftretende Reibung erhöht den zum Homogenisieren erforderlichen Energiebedarf. Eine definierte Prozeßführung ist nicht möglich, vielmehr stellen sich die Betriebszustände Homogenisieren im Kessel bzw. Homogenisieren im Umlauf selbsttätig in Abhängigkeit von der Viskosität des Mischguts ein, zudem sind Übergangszustände möglich, in denen beide Homogenisierarten gleichzeitig stattfinden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die genannten Nachteile nicht oder in geringerem Maße aufweist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch, daß die zweite Verbindung eine Verschließeinrichtung aufweist, die beim Überschreiten eines vorbestimmten Drucks im Ablauf diese Verbindung freigibt und sie beim Unterschreiten eines vorbestimmten Drucks wieder schließt.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wie folgt:
Während des Betriebs des Homogenisators wird das Mischgut in den Ablauf gefördert. Wenn die absperrbare erste Verbindung geschlossen ist, steigt der Druck im Ablauf so lange an, bis ein vorbestimmter Druck überschritten ist und die Verschließeinrichtung die zweite Verbindung, die auf kurzem Wege in den Behälter zurückführt, freigibt. Es findet dann das sogenannte Homogenisieren im Kessel statt. Die zweite Verbindung wird in der Regel im Behälterboden münden, sie kann jedoch auch in anderen Bereichen des Behälters münden, die sich in der Nähe des Homogenisatorzulaufs befinden.
Wird die absperrbare erste Verbindung geöffnet, kann das Mischgut durch diese erste Verbindung in den vom Homogenisator beabstandeten Bereich des Behälters zurückgeführt werden. Der Druck im Ablauf sinkt infolgedessen unter einen vorbestimmten Druck, so daß die Verschließeinrichtung die zweite Verbindung wieder schließt. Es findet jetzt das sogenannte Homogenisieren im Umlauf statt. Erfindungsgemäß ist es somit möglich, durch einfaches Öffnen oder Schließen der Absperrung der ersten Verbindung definierte Betriebszustände der Homogenisiervorrichtung herzustellen, so daß eine exakte Prozeßführung möglich ist. Da das Öffnen bzw. Schließen der Absperrung in der Regel einen verhältnismäßig großen Druckabfall bzw. -anstieg im Homogenisatorablauf bewirkt, stellt sich stets ein definierter Betriebszustand der Vorrichtung ein, bei dem entweder über die erste oder über die zweite Verbindung das Mischgut umgewälzt wird.
Der Querschnitt der zweiten Verbindung wird im Rahmen der Erfindung zweckmäßigerweise so gewählt, daß auch bei verhältnismäßig hoher Produktviskosität das Produkt mit verhältnismäßig geringen Reibungsverlusten durch diese zweite Verbindung hindurchströmen kann. Die im Stand der Technik auftretenden Reibungsverluste im Drosselspalt werden so vermieden. Druckverluste beim Durchtritt durch die zweite Verbindung treten nur in geringem Maße auf.
Die Verschließeinrichtung kann beispielsweise ein Ventil sein, das von einem im Ablauf angeordneten Drucksensor gesteuert wird. Bevorzugt ist im Rahmen der Erfindung jedoch, daß die Verschließeinrichtung von einer Fremdkraft beaufschlagt in die Schließstellung vorgespannt wird. Diese Fremdkraft ist bevorzugt eine Federkraft. Bei einem Druckanstieg im Ablauf wird dann die Verschließeinrichtung gegen die Federkraft in ihre Öffnungsstellung gedrückt.
Verschiedene Ausbildungen der zweiten Verbindung sind denkbar. In der Regel wird die zweite Verbindung den Ablauf des Homogenisators mit dem Behälterboden verbinden. Vorteilhafterweise wird dabei vermieden, daß die zweite Verbindung im Behälter im Bereich des Zulaufs des Homogenisators mündet und dadurch den Einstrom in den Homogenisator stört. Die zweite Verbindung kann beispielsweise als eine oder mehrere das Homogenisatorgehäuse und/oder den Stator des Homogenisators durchsetzende Bohrung bzw. Bohrungen ausgebildet sein, die sich bevorzugt axial (parallel zur Drehachse des Homogenisators) erstrecken und die jeweils zugehörige Verschließeinrichtungen aufweisen. Besonders bevorzugt ist es jedoch, die zweite Verbindung als den Ablauf mit dem Behälterinnern verbindenden Ringkanal auszubilden. Beispielsweise kann dieser Ringkanal zwischen dem Gehäuse des Homogenisators und dem Stator bzw. der Statorabdeckung ausgebildet sein. Die Weite des Ringkanals wird vorzugsweise so bemessen, daß ein reibungs- und druckverlustarmer Durchtritt auch von verhältnismäßig hochviskosen Mischgut möglich ist. Der Ringkanal mündet bei der genannten bevorzugten Ausbildung zwischen Homogenisatorgehäuse und Statorabdeckung im Bereich des Außenumfangs des Homogenisators in den Behälterboden, die Rückführung des Mischguts in den Behälter in diesen Bereich stört den Einstrom in den Homogenisator nicht.
Bei der genannten Ausführungsform ist die Verschließeinrichtung vorzugsweise als im Bereich der Mündung des Ringkanals in den Ablauf angeordneter Dichtring ausgebildet, der federbeaufschlagt in eine Schließstellung vorgespannt ist, in der er den Ringkanal gegenüber dem Ablauf verschließt, und der beim Überschreiten eines vorbestimmten Drucks im Ablauf gegen die Federkraft in eine Öffnungsstellung bewegbar ist, in der er den Ringkanal zum Ablauf hin öffnet. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist nach einem Schließen der Absperrung der ersten Verbindung und dem nachfolgenden Druckanstieg im Ablauf des Homogenisators ein gleichmäßiger Austritt von Mischgut in den Kessel über den gesamten Umfang des Ringkanals möglich, so daß der Behälterinhalt gleichmäßig durchmischt wird.
Die erste Verbindung ist in der Regel als Umlaufleitung ausgebildet, die im oberen Bereich des Behälters in diesen mündet. Mit Hilfe dieser Umlaufleitung ist es möglich, insbesondere höherviskose Produkte im Kessel umzuschichten und so sicherzustellen, daß auch bei diesen höherviskosen Produkten eine gleichmäßige Homogenisierung erfolgt.
Im Rahmen der Erfindung ist unter einem Homogenisator jede Einrichtung zu verstehen, die unter Einsatz von Bewegungsenergie eine Misch- und/oder Homogenisierwirkung erzielt. Der Homogenisator kann als Rotor-Stator-Dispergiermaschine ausgebildet sein, der die Bewegungsenergie des Rotors in erster Linie durch eine starke Verwirbelung in Dispergierwirkung umsetzt und so eine intensive Homogenisierung erzielt. Aufgrund dieser Verwirbelungen erzeugen diese Rotor-Stator-Dispergiermaschinen nur eine verhältnismäßig geringe Pumpwirkung, so daß hohe Antriebsenergien erforderlich sein können.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, anstelle einer Rotor-Stator-Dispergiermaschine als Homogenisator ein sogenanntes Umwälzrührwerk zu verwenden, daß die Bewegungsenergie des Rotors in erster Linie in eine Pumpwirkung und damit in Bewegungsenergie des zu homogenisierenden Guts umsetzt und nur eine geringe Dispergierwirkung durch Verwirbelung hat. Zwischenstufen sind ebenfalls möglich, es ist beispielsweise denkbar, am Rotor einer Rotor-Stator-Dispergiermaschine Zusatzflügel anzubringen, um die Pumpwirkung zu verbessern, wie es für sich genommen aus DE-A-34 17 242 bekannt ist. Auch die Verwendung eines aus EP-B-0 290 033 bekannten Homogenisators ist denkbar.
Die Verwendung eines Homogenisators mit höherer Pumpwirkung (Umwälzrührwerk) hat im Vergleich zu einer Rotor-Stator-Dispergiermaschine mit geringer Pumpwirkung verschiedene Vorteile. Aufgrund der hohen Umpumpgeschwindigkeit des Umwälzrührwerks kann eine CIP-Reinigung der gesamten Vorrichtung ohne Zuhilfenahme von Zusatzpumpen durchgeführt werden. Die gute Pumpwirkung erlaubt das Abfördern des Guts aus der erfindungsgemäßen Mischvorrichtung in einen zweiten Mischbehälter, während sowohl die erfindungsgemäße Mischvorrichtung als auch der zweite Mischbehälter unter vermindertem Druck bzw. Vakuum stehen. Wenn lediglich eine Rotor-Stator-Dispergiermaschine mit geringer Pumpwirkung vorhanden ist, kann es erforderlich sein, zum Unterstützen des Abförderns die Mischvorrichtung, aus der abgefördert werden soll, zu belüften. Dies wiederum kann zu unerwünschten Lufteinschlüssen in dem zu homogenisierenden Produkt führen.
Die mögliche hohe Umwälzgeschwindigkeit beim Homogenisieren im Umlauf unter Verwendung eines Umwälzrührwerks macht es möglich, kleinere Pulvermengen in den Umlaufstrom einzusaugen und so dem zu homogenisierenden Gut zuzuführen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1
eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Fig. 2
einen Querschnitt durch einen Teil des Mischbehälters und den Homogenisator;
Fig. 3
in einem vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2 einen teilweisen Querschnitt durch den als Rotor-Stator-Dispergiermaschine ausgebildeten Homogenisator;
Fig. 4
eine Fig. 1 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung
Fig. 5
einen Querschnitt durch einen Teil des Mischbehälters und des Homogenisators dieser Ausführungsform;
Fig. 6
in einem vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 5 einen teilweisen Querschnitt durch den als Umwälzrührwerk ausgebildeten Homogenisator;
Fig. 7
einen Querschnitt durch Rotor und Stator dieser Ausführungsform senkrecht zur Rotationsachse.
Zunächst wird die erste Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist grundsätzlich einen Mischbehälter 1 und einen von einem Antrieb 3 angetriebenen Homogenisator 2 auf. Die bei 4 in den Zulauf des Homogenisators eintretenden Produkte können aus dem Ablauf des Homogenisators entweder durch den unten noch näher zu beschreibenden Ringkanal zurück in den Kessel geführt werden (Homogenisieren im Kessel, durch die Pfeile bei 5 angedeutet), oder aber durch die externe Umlaufleitung 6 in den oberen Bereich des Mischbehälters 1 geführt werden, so daß das durch die Pfeile bei 7 angedeutete Homogenisieren im Umlauf stattfindet. Absperrventile 8, 9 dienen dem Öffnen bzw. Schließen der Umlaufleitung 6. Nach dem Abschluß des Homogenisierens kann das Produkt aus dem Mischbehälter 1 über das Absperrventil 10 in einen Ablaß abgefördert werden.
Der Aufbau des Homogenisators 2 ist in den Fig. 2 und 3 genauer zu erkennen. Der Antrieb 3 treibt über eine mit einer Nabe 12 versehene Welle 11 den mit dieser Welle 11 drehfest verbundenen Rotor 13 auf, der zwei nach unten weisende zueinander konzentrische Reihen von Rotorverzahnungen 14 und 15 aufweist. Mit dem Homogenisatorgehäuse 16 ist der Stator 17 verbunden, der zwei zueinander konzentrische Reihen von Statorverzahnungen 18, 19 aufweist. Eine mit dem Stator 17 verbundene Statorabdeckung 20 deckt den Rotor 13 an seinem Außenumfang ab und bildet gleichzeitig den mit 21 bezeichneten Zulauf des Homogenisators. Am Außenumfang des Homogenisatorgehäuses 16 ist ein zur Homogenisatorwelle konzentrischer Kanal 22 angeordnet, der den Ablauf des Homogenisators bildet. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, erweitert sich der Kanal 22 in axialer Richtung in der Drehrichtung des Rotors 13 bis hin zur Verbindung des Ablaufs 22 mit der Umlaufleitung 6. In Drehrichtung kurz hinter der Verbindung mit der Umlaufleitung 6 verengt sich die axiale Weite des Ablaufs 22 auf einem kurzen Umfangsabschnitt, diese Verendung bewirkt, daß ein großer Teil des in Umfangsrichtung durch den Ablauf 22 geförderten Mischguts in die Umlaufleitung 6 austritt, wenn das Absperrventil 8 sowie eines der Ventile 9 oder 10 geöffnet sind. Der genannte Übergang von dem Umfangsabschnitt große axiale Weite zu dem Umfangsabschnitt geringe axialer Weite des Ablaufs 22 ist in Fig. 2 bei 23 angedeutet.
Soweit bisher beschrieben, entspricht dieser Homogenisator einer üblichen Rotor-Stator-Dispergiermaschine des Standes der Technik. Erfindungsgemäß ist nun zwischen Homogenisatorgehäuse 16 und Statorabdeckung 20 ein Ringkanal 24 vorgesehen, der den Ablauf 22 mit dem Produktraum des Mischbehälters 1 verbindet. Ein von einer bei 25 angedeuteten Federeinrichtung vorgespannter Dichtring 26 dichtet den Ringkanal 24 statisch gegenüber dem Ablauf 22 ab. Er liegt abdichtend an einer abgeschrägten Fläche 27 des Homogenisatorgehäuses 16 an.
Beim Betrieb des Homogenisators 2 wird das im Behälter 1 enthaltene Gut über den Zulauf 21 dem Homogenisator 2 zugeführt. Durch die Rotation des Homogenisatorrotors wird das Produkt in bekannter Weise mit hohen Kräften (insbesondere Dispergier- und Scherkräften) beaufschlagt und durch die Statorverzahnungen 18,19 in den konzentrisch zur Rotorwelle 11 angeordneten ringförmigen Ablaufkanal 22 gedrückt. Sofern das Ventil 8 der Umlaufleitung 6 geschlossen ist, steigt der Druck im Ablauf 22 so lange an, bis der Dichtring 26 entgegen der Kraft der Federeinrichtung 25 von seiner Sitzfläche 27 abgehoben wird, so daß das Produkt aus dem Ablauf 22 durch den Ringkanal 24 zurück in dei Behälter 1 strömen kann. In diesem Betriebszustand findet das sogenannte Mischen im Kessel statt (Bezugszeichen 5 in Fig. 1).
Wenn die Ventile 8 und 9 geöffnet werden, kann das Produkt aus dem Ablauf 22 in die Umlaufleitung 6 austreten. Der Druck im Ablauf 22 sinkt so weit ab, daß die Federeinrichtung 25 den Dichtring 26 auf seine Sitzfläche 27 zurückdrückt und den Ringkanal 24 gegenüber dem Ablauf 22 verschließt. Das Produkt wird jetzt durch die Umlaufleitung 6 gepumpt, es findet das in Fig. 1 mit 7 angedeutete Homogenisieren im Umlauf statt.
Nach dem Abschluß des Homogenisierens wird das Ventil 9 geschlossen und die Ventile 8 und 10 geöffnet, der Inhalt des Mischbehälters 1 wird dann von dem Homogenisator 2 in den Ablauf gefördert.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 4 bis 7 dargestellt. Diese Ausführungsform entspricht in weiten Teilen der ersten Ausführungsform, daher sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Insoweit wird auf die Beschreibung der ersten Ausführungsform verwiesen. Die Unterschiede zur ersten Ausführungsform liegen in der Ausbildung des Homogenisators als Umwälzrührwerk und in der Ausbildung und Führung der Umlaufleitung 6. Diese Unterschiede werden nachfolgend näher beschrieben.
In den Fig. 6 und 7 ist zu erkennen, daß der Rotor 13 Förderschaufeln 34 aufweist, die in erster Linie zur Förderung des zu homogenisierenden Guts in den Ablauf 22 ausgebildet sind und, anders als bei der ersten Ausführungsform, nur eine verhältnismäßig geringe Scher- und Dispergierwirkung auf dieses Gut ausüben. Dementsprechend wird die Rotationsenergie des Rotors 13 in erster Linie in Bewegungsenergie des zu homogenisierenden Guts (Pumpwirkung) umgesetzt. Der Stator weist Leitflächen oder Schaufeln 35 auf, die zur Erzielung einer im wesentlichen laminaren Strömung des von den Förderschaufeln 34 geförderten Guts bestimmt sind. Diese Leitschaufeln 35 dienen also, anders als bei einer Rotor-Stator-Dispergiermaschine, nicht als Prallflächen zur Erzielung einer Dispergierwirkung.
Der Homogenisator 2 dieser Ausführungsform erzielt somit eine wesentlich höhere Pumpleistung als die Rotor-Stator-Dispergiermaschine der ersten Ausführungsform. Angepaßt an diese höhere Pumpleistung ist auch die Umlaufleitung 6 anders ausgebildet (siehe Fig. 4 und 5). Aufgrund der erzielbaren hohen Umlaufgeschwindigkeit in der Umlaufleitung 6 kann über ein Ventil 29 Pulver in den Umlaufstrom eingesaugt werden und so mit dem Gut vermischt werden. Über ein Ventil 28 kann zusätzliche Flüssigkeit zugeführt werden. Im normalen Umlaufbetrieb ist das Ventil 30 geöffnet und die Ventile 31 und 32 geschlossen. Durch Schließen des Ventils 30 und Öffnen des Ventils 32 kann das homogenisierte Gut beispielsweise einem weiteren Mischbehälter zugeführt werden. Dies ist häufig dann erforderlich, wenn bei der Herstellung einer Emulsion die wäßrige Phase und die Fettphase zunächst getrennt angemischt werden.
Die hohe Pumpwirkung des Homogenisators 2 ermöglicht ferner eine CIP-Reinigung (cleaning in place) der gesamten Anlage ohne Zuhilfenahme zusätzlicher Pumpen. Zu diesem Zweck wird Reinigungsflüssigkeit in das System eingebracht und mittels des Homogenisators 2 durch die Umlaufleitung 6 gepumpt. Durch Öffnen des Ventils 31 kann die Reinigungsflüssigkeit mittels eines Sprühkopfs 33 im oberen Bereich des Behälters 1 versprüht werden und so die gesamte Innenfläche des Behälters 1 gleichmäßig benetzen. Die gesamten Rohrleitungswege können ebenfalls im Umlauf gespült werden.
Da auf gesonderte CIP-Anlagen und Pumpen verzichtet werden kann, ermöglicht diese Ausführungsform der Erfindung eine ganz erhebliche Kostenersparnis.

Claims (8)

  1. Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe, die aufweist:
    einen Behälter (1),
    wenigstens einen diesem Behälter (1) zugeordneten Homogenisator (2) mit einem Zulauf (21) für die Zuführung der Stoffe zum Homogenisator (2),
    einen Ablauf (22) aus dem Homogenisator (2),
    eine absperrbare erste Verbindung (6) zwischen dem Ablauf (22) und dem Behälter (1), mittel der die Stoffe aus dem Ablauf (22) in einen vom Homogenisator (2) beabstandeten Bereich des Behälters (1) rückführbar sind,
    eine zweite Verbindung (24) zwischen dem Ablauf (22) und dem Behälter (1), mittels der die Stoffe aus dem Ablauf (22) in einen Bereich des Behälters (1) rückführbar sind, der einen geringeren Abstand vom Homogenisator (2) aufweist als der Bereich, in dem die erste Verbindung (6) in den Behälter (1) mündet,
    dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verbindung (24) eine Verschließeinrichtung (25,26) aufweist, die beim Überschreiten eines vorbestimmten Drucks im Ablauf (22) diese Verbindung (24) freigibt und sie beim Unterschreiten eines vorbestimmten Drucks wieder schließt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschließeinrichtung (25,26) von einer Fremdkraft beaufschlagt in die Schließstellung vorgespannt wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Fremdkraft eine Federkraft ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verbindung als den Ablauf (22) mit dem Inneren des Behälters (1) verbindender Ringkanal (24) ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschließeinrichtung als im Bereich der Mündung des Ringkanal (24) in den Ablauf (22) angeordneter Dichtring (26) ausgebildet ist, der federbeaufschlagt in eine Schließstellung vorgespannt ist, in der er den Ringkanal (24) gegenüber dem Ablauf (22) verschließt, und der beim Überschreiten eines vorbestimmten Drucks im Ablauf (22) gegen die Federkraft in eine Öffnungsstellung bewegbar ist, so daß sich der Ringkanal (24) zum Ablauf (22) hin öffnet.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbindung als Umlaufleitung (6) ausgebildet ist, die im oberen Bereich des Behälters (1) in diesem mündet.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Homogenisator (2) als Rotor-Stator-Dispergiermaschine ausgebildet ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Homogenisator (2) als Umwälzrührwerk ausgebildet ist.
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