EP0760254A1 - Vorrichtung zum Homogenisieren fliessfähiger Stoffe - Google Patents

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EP0760254A1
EP0760254A1 EP96113419A EP96113419A EP0760254A1 EP 0760254 A1 EP0760254 A1 EP 0760254A1 EP 96113419 A EP96113419 A EP 96113419A EP 96113419 A EP96113419 A EP 96113419A EP 0760254 A1 EP0760254 A1 EP 0760254A1
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EP
European Patent Office
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outlet
homogenizer
container
connection
designed
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EP96113419A
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English (en)
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Erwin Seefried
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Vakumix Ruehr- und Homogenisiertechnik AG
Original Assignee
Vakumix Ruehr- und Homogenisiertechnik AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • 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
    • B01F25/52—Circulation 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
    • 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
    • B01F27/80—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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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

  • Homogenizing mixers are used in the pharmaceutical, cosmetic, chemical and food industries, among others, for the production of creams, ointments, pastes, mayonnaises and similar products. They have a mixing tank in which a homogenizer for homogenizing and circulating the substances in the mixing tank is usually arranged on the tank bottom.
  • the homogenizer is often designed as a rotor-stator dispersing machine, but can also be a circulation stirrer to achieve a better pumping effect.
  • a generic homogenizing device is known from DE 28 05 942 C2.
  • the discharge of the homogenizer is connected to the bottom of the mixing container via an annular gap designed as a throttle opening.
  • this is returned to the boiler through this throttle gap, and homogenization takes place in the boiler. If the material to be mixed becomes more viscous in the course of the mixing process, the friction in the throttle gap gradually clogs this gap, as a result of the then increasing pressure in the outlet, a sensor opens the bypass line, and the circulation is now homogenized.
  • This known device has various disadvantages.
  • the friction occurring in the throttle gap increases the energy required for homogenization.
  • a defined process control is not possible, rather the operating states homogenization in the boiler or homogenization in circulation are set automatically depending on the viscosity of the mixture, in addition transition states are possible in which both types of homogenization take place simultaneously.
  • the invention has for its object to provide a device of the type mentioned, 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 claim 1 in that the second connection has a closing device which releases this connection when a predetermined pressure is exceeded and closes it 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 outlet rises until a predetermined pressure is exceeded and the closing device releases the second connection, which leads back to the container via a short path.
  • the so-called homogenization then takes place in the boiler.
  • the second connection will usually open into the bottom of the container, but it can also open into other areas of the container that are close to the homogenizer inlet.
  • the mix can be returned through this first connection to the area of the container spaced from the homogenizer.
  • the pressure in the outlet consequently drops below a predetermined pressure, so that the closing device closes the second connection again.
  • homogenization is now taking place in circulation.
  • the cross section of the second connection is expediently chosen within the scope of the invention so that the product can flow through this second connection with relatively low friction losses even with a relatively high product viscosity.
  • the friction losses occurring in the throttle gap in the prior art are thus avoided.
  • Pressure losses when passing through the second connection only occur to a small extent.
  • the closing device can be a valve, for example, which is controlled by a pressure sensor arranged in the outlet. In the context of the invention, however, it is preferred that the closing device is biased into the closed position by an external force. This external force is preferably a spring force. If the pressure in the drain increases, the closing device is then pressed into its open position against the spring force.
  • the second connection will connect the outlet of the homogenizer to the tank bottom.
  • the second connection opens in the container in the area of the inlet of the homogenizer and thereby interferes with the inflow into the homogenizer.
  • the second connection can be formed, for example, as one or more bores or bores penetrating the homogenizer housing and / or the stator of the homogenizer, which preferably extend axially (parallel to the axis of rotation of the homogenizer) and each have associated locking devices.
  • this ring 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 such that a passage with low friction and low pressure loss is also possible for relatively highly viscous mix.
  • the ring channel opens between the homogenizer housing and the stator cover in the region of the outer circumference of the homogenizer in the container bottom, the return of the mixed material into the container in this region does not disturb the inflow into the homogenizer.
  • the closing device is preferably designed as a sealing ring arranged in the region of the mouth of the ring channel, which is spring-biased into a closed position in which it closes the ring channel from the outlet and which counteracts when a predetermined pressure in the outlet is exceeded the spring force can be moved into an open position in which it opens the ring channel towards the outlet.
  • the mixture after closing the shut-off of the first connection and the subsequent pressure increase in the outlet of the homogenizer, it is possible for the mixture to exit the boiler uniformly over the entire circumference of the annular channel, so that the contents of the container are mixed uniformly.
  • the first connection is usually designed as a circulation line, which opens into the upper region of the container. With the help of this circulation line, it is possible to shift in particular higher-viscosity products in the boiler and thus to ensure that even these higher-viscosity products are uniformly homogenized.
  • a homogenizer is to be understood as any device that achieves a mixing and / or homogenizing effect using kinetic energy.
  • the homogenizer can be designed as a rotor-stator dispersing machine which primarily converts the kinetic energy of the rotor into a dispersing effect by means of strong turbulence and thus achieves intensive homogenization. Because of this turbulence, these rotor-stator dispersing machines produce only a relatively small pumping action, so that high drive energies may be required.
  • a so-called circulation agitator instead of a rotor-stator dispersing machine as a homogenizer, which primarily converts the kinetic energy of the rotor into a pumping action and thus into kinetic energy of the material to be homogenized and only has a low dispersing effect Has turbulence.
  • Intermediate stages are also possible; for example, it is conceivable to attach additional vanes to the rotor of a rotor-stator dispersing machine in order to improve the pumping effect, as it is known from DE-A-34 17 242 is known.
  • the use of a homogenizer known from EP-B-0 290 033 is also conceivable.
  • a homogenizer with a higher pumping effect has various advantages compared to a rotor-stator dispersing machine with a low pumping effect. Due to the high pumping speed of the circulation agitator, CIP cleaning of the entire device can be carried out without the aid of additional pumps.
  • the good pumping action allows the material to be conveyed out of the mixing device according to the invention into a second mixing container, while both the mixing device according to the invention and the second mixing container are under reduced pressure or vacuum. If there is only one rotor-stator dispersing machine with low pumping action, it may be necessary to aerate the mixing device from which it is to be discharged in order to support the discharge. This in turn can lead to undesirable air pockets in the product to be homogenized.
  • the possible high circulation speed when homogenizing in circulation using a circulation agitator makes it possible to draw smaller amounts of powder into the circulation flow and thus to feed the material to be homogenized.
  • the device according to the invention basically has a mixing container 1 and a homogenizer 2 driven by a drive 3.
  • the products entering the inlet of the homogenizer at 4 can be fed back out of the homogenizer outlet either through the ring channel to be described in more detail below (homogenization in the boiler, indicated by the arrows at 5), or through the external circulation line 6 in the upper region of the mixing container 1, so that the homogenization indicated by the arrows at 7 takes place in circulation.
  • Shut-off valves 8, 9 are used to open or close the circulation line 6. After the homogenization has been completed, the product can be conveyed out of the mixing container 1 via the shut-off valve 10 into a drain.
  • the structure of the homogenizer 2 can be seen more clearly in FIGS. 2 and 3.
  • the drive 3 drives, via a shaft 11 provided with a hub 12, the rotor 13 which is connected to this shaft 11 in a rotationally fixed manner and which has two rows of rotor toothings 14 and 15 which are concentric and point downward.
  • the stator 17 is connected to the homogenizer housing 16 and has two rows of stator toothings 18, 19 which are concentric with one another.
  • a stator cover 20 connected to the stator 17 covers the rotor 13 on its outer circumference and at the same time forms the inlet of the homogenizer, designated 21.
  • the channel 22 widens in the axial direction in the direction of rotation of the rotor 13 up to the connection of the outlet 22 to the circulation line 6.
  • the axial width narrows of the outlet 22 on a short circumferential section, this use causes a large part of the mixed material conveyed in the circumferential direction through the outlet 22 to exit into the circulation line 6 when the shut-off valve 8 and one of the valves 9 or 10 are open.
  • the aforementioned transition from the large axial width to the peripheral portion having a small axial width of the outlet 22 is indicated in FIG. 2 at 23.
  • this homogenizer corresponds to a conventional rotor-stator dispersion machine of the prior art.
  • an annular channel 24 is now provided between the homogenizer housing 16 and the stator cover 20, which connects the outlet 22 to the product space of the mixing container 1.
  • the material contained in the container 1 is fed to the homogenizer 2 via the inlet 21.
  • high forces in particular dispersion and shear forces
  • the stator toothings 18, 19 press it into the annular outlet channel 22 arranged concentrically with the rotor shaft 11. If the valve 8 of the circulation line 6 is closed, the pressure in the outlet 22 rises until the sealing ring 26 is lifted against its force against the force of the spring device 25 from its seat surface 27, so that the product returns from the outlet 22 through the annular channel 24 can flow into the container 1.
  • the so-called mixing takes place in the boiler (reference number 5 in FIG. 1).
  • valve 9 After completion of the homogenization, the valve 9 is closed and the valves 8 and 10 opened, the content of the mixing container 1 is then conveyed into the drain by the homogenizer 2.
  • 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 the same parts are designated by the same reference numerals.
  • the differences from the first embodiment lie in the design of the homogenizer as a circulation agitator and in the design and management of the circulation line 6. These differences are described in more detail below.
  • the rotor 13 has conveyor blades 34 which are primarily designed to convey the material to be homogenized into the outlet 22 and, in contrast to the first embodiment, only a relatively low shear rate. and have a dispersing effect on this material. Accordingly, the rotational energy of the rotor 13 is primarily converted into kinetic energy of the material to be homogenized (pumping action).
  • the stator has guide surfaces or blades 35 which are designed to achieve an essentially laminar flow of the material conveyed by the conveyor blades 34. 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 significantly higher pumping power than the rotor-stator dispersion machine of the first embodiment.
  • the circulation line 6 is also adapted 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 circulation flow via a valve 29 and thus mixed with the material. Additional liquid can be supplied via a valve 28.
  • valve 30 In normal circulation operation, valve 30 is open and valves 31 and 32 are closed. By closing the valve 30 and opening the valve 32, the homogenized material can be fed to another mixing container, for example. This is often necessary if the aqueous phase and the fat phase are first mixed separately when producing an emulsion.
  • 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 pumped through the circulation line 6 by means of the homogenizer 2.
  • the cleaning liquid can be sprayed in the upper region of the container 1 by means of a spray head 33 and thus uniformly wet the entire inner surface of the container 1.
  • the entire pipeline path can also be flushed in circulation.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Homogenisieren fließfähiger Stoffe. Am Boden eines Mischbehälters ist ein Homogenisator angeordnet. Dieser Homogenisator fördert über einen Zulauf (21) eintretendes Mischgut in einen Ablauf (22), aus dem es wahlweise über ein Umlaufleitung zurück in den oberen Bereich des Mischbehälters oder über einen Ringkanal (24) in den Bodenbereich dieses Behälters rückgeführt werden kann. Die Umlaufleitung ist über Ventile absperrbar. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß ein mit einer Federeinrichtung (25) vorgespannter Dichtring (26) den Ringkanal (24) gegenüber dem Ablauf (22) verschließ. Bei geöffneten Ventilen wird daher das Mischgut über die Umlaufleitung umgewälzt. Werden die Ventile geschlossen, steigt der Druck im Homogenisatorablauf (22), so daß der Dichtring (26) gegen die Kraft der Federeinrichtung (25) angehoben wird und das Mischgut aus dem Ablauf (22) über den Ringkanal (24) zurück in den Behälter strömen kann. <IMAGE>

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.
  • 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 den 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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