Verfahren un (l Vorrichtung zur Homogenisierung von Emulsionen.
Vorstehende Ernndnng betrifft ein Ver fahren und eine Vorrichtung zur Homogeni sierung von Emulsionen. Das Verfahren be- ruht darauf, da? die zu homogenisierende Flüs sigkeit einem Schleuderrad durch einen kon zentriscli dazu in der Nahe von dessen Axe liegenden Düsenkopf unter mässig hohem
Druck zugef hrt wird, welches Schleuderrad zur Erhöhung des Stosseffektes durch einen
Motor in einer Richtung gedreht wird, welche entgegengesetzt ist derjenigen, welche das
Schleuderrad zufolge der dasselbe treffenden
Flüssigkeitsstrahlen annehmen würde.
Die bisher bekannt gewordenen Maschinen zum Homogenisieren von Emulsionen bestehen in der Hauptsache aus einer Mehrzahl neben einanderliegender, hin-und hergehender Kol benpumpen, welche die Flüssigkeit durch Ventile ansaugen und durch den sogenannten Düsenkopf unter sehr hohem Druck von 100 bis 200 AtmosphÏren gegen eine feststehende Wand spritzen, wodurch die Flüssigkeit an der Wand fein zerstäubt wird. Infolge der relativ geringen Umdrehungszahl, welche Flüssigkeits-Kolbenpumpen wegen ihrer Ventile erreichen können, fallen solche Maschinen in der Regel sehr umfangreicli aus und deren Ansehaffurlgs-ulld Aufstellungslçosten sind entsprechend hoch.
Bei der Gegenstand der vorstehenden Er findung bildenden Vorrichtung besitzen die arbeitenden Organe nurrotierendeBewegungen.
Die Vorrichtung ist charakterisiert durch eine
Kombination eines Antriebsmotors, einer Ro- tationspumpe und einer Mischvorrichtung mit
Schaufelrad, welches mit mehr als einem
Sehaufelkranz mit weit voneinander abstehen- den Schaufeln versehen ist, wodurch die Fl s sigkeit von einer Schaufel zur nächsten ver setzten des nächsten Kranzes geschleudert wird. In der Zeichnung ist ein Ausführungs- beispiel der Einrichtung dargestellt, und zwar in Fig. I teilweise im Schnitt, teilweise in Ansicht ; Fig. 2 ist ein Sebnitt durch die Mischvorriehtung der Einrichtung.
In Fig. 1 stellt A die Mischvorrichtung, . M den Antriebsmotor und P die Rotationspumpe dar. Im (ehäuse fil läuft ein zum Beispiel zweikränziges Schaufelrad B um. Innerhalb desselben ist der kreisförmige Verteiler C -Düsenkopf-genannt, welcher mit feinen Düsen versehen ist, untergebracht. Derselbe ist mit GehÏuse A festverschraubt, steht daher still. Die Flüssigkeit wird demselben durch eine zentrale Öffnung zugeführt. Die Düsen D bilden mit dem Umfange des Verteilers den Winkel ss, vergleiche Fig. 2.
Der in dieser Richtung austretende Flüssigkeitsstrahl w rde dem umgebenden Schaufelrad eine Drehung im Sinne des Uhrzeigers geben ; gemäss der Erssndung wird dasselbe aber durch einen besonderen Antriebsmotor III gerade gegen den Uhrzeiger gedreht. Die Schaufel liommt daher dem Strahl entgegen, wodurch der Stosseffekt bedeutend erhöht wird. Sei C1 die Austritts- geschwindigkeit aus der Düse D und Ui die Umfangsgeschwindigkeit der Eintrittskante der Schaufel S1, so ergibt sich die relative Eintrittsgeschwindigkeit in das Rad aus dem Geschwindigkeitsdiagramm zu W1.
Wie man sieht, ist diese Geschwindigkeit grosser als die absolue Eintrittsgeschwindigkeit Ci. Seize der Winkel zwischen dem Einfallslot und der Geschwindigkeit W1, so wird nach bekannten Gesetzen der Strahl unter gleichem Winkel abgelenkt. Er trifft in der Folge auf die Schaufel S2 unter dem Winkel ?2 mit dem Einfallslot ; er verlÏ?t die Schaufel wieder unter dem Winkel ?2 mit der Geschwindig- keit W2.
Die absolute Austrittsgeschwindig keit ergibt sich wieder als Resultierende aus W und Pg (letzteres ist die Umfangsge- schwindigkeit der Schaufel S2) zu C2, und mit dieser Geschwindigkeit endlich gelangt die Flüssigkeit an die Gehäusewand A und läuft lÏngs derselben nach dem Auslass H und von dort in einen Sammelbehälter G, vergleiche Fig. 1.
Aus diesem Sammelbehälter nun saugt die Rotationspumpe P die behandelte Fl ssigkeit an und drückt sie durch die Leitung L in den Verteiler C, von dort durch die Düse D auf die Schaufeln S1 und S2, von wo der Kreislauf wieder von neuem beginnt, bis die gewünschte Homogenisierung erreicht ist.
Damit keine Luft in das Gehäuse eintreten kann, was das Produkt allenfalls beeinflussen würde, wird die Stopfbüchse K mittelst einer Sperrfliissigkeit gedichtet. Der Druck derselben wird durch das Ventil A7 eingestellt.
Als Antriebsmotor f r die Homogenisierungsanlage wird mit Vorteil eine Kleiudampfturbine oder auch eine Wasserturbine g deren Drehzahl durch Drosseln bequem reguliert werden kann. An dem der Mischvorrichtung entgegengesetzten Wellenende befindet sieh der entweder durch Zahn- räder oder durch SchneckenrÏder erfolgende Antrieb der Rotationspumpe, wobei die Tourenzahl zweckmässig reduziert wird. Gegen zu hohen Druck schützt ein Sicherheitsventil T7, das durch Uberstromenlassen den Druck ; lion- stant hält.
Der aus den Düsen des Düsenkopfes austretende Strahl wird, wie oben erwähnt, auf eine bewegte Flache und zwar die Fläche der Schaufel S1 geleitet. Die Austrittsge schwindigkeit des Strahls aus den Düsen und die Geschwindigkeit der Schaufeln S, addieren sich daher, wodurch der Stoss ver stärkt wird, gegenüber den früheren, oben beschriebenen Homogenisierungsmasohinen mit Kolbenpumpen.
Nimmt man zum Beispiel an, da? die Austrittsgeschwindigkeit des Strahls direkt tangential gerichtet sei und gleich der Umfangsgeschwindigkeit der Schaufel S1, dann wird der Stosseffekt gerade verdoppelt. Beispielsweise sei der Druck am Düsenkopf 100 Atmosphären, woraus sichdietheoretiseheAus- trittsgeschwindigkeit ergibt aus v =@2 gh =4, 43 @1000 = 140m per Sekunde.
Wenn nun die Austrittsgeschwindigkeit nur halb so gro? sein soll, während das Schaufellad dieselbe entgegengesetzte Ge schwindigkeit hat, so wird v=70m Sekunden und der Druck hinter der Düse nur noch h=v2/2g=702/19,62=4900/19,62=250 m=25 Atm., statt 100 Atm. wie früher, also nur ein Viertel des früheren Druckes. Dabei ist aber erfor derlich, dass das Schaufelrad mit einer Geschwindigkeit von 70 m Sek. in Drehung versetzt wird. Nimmt man den Durchmesser des Schaufelrades zu 250 mm an, so ergibt sich als notwendige Umlaufzahl n =60x70/0,25 @ 5300 per Minute.
Es ist nun praktisch nicht möglich, den Strahl tangential zu führen : ebensowenig kann die Schaufelflache gerade Wege ausführen, da sie sich notgedrungen auf einer Kreislaufbahn bewegt, so da? sich die Ge schwindigkeiten in praxi nicht arithmetiseh addieren werden. Der hierdurch bedingte Fehlbetrag soll nun gemäss der Erfindung dadurch eingebracht werden, da? das Schaufelrad mit mehreren KrÏnzen mit versetzten Schaufeln ausgerüstet wird.
Beistehende Fig. 1 stellt nur ein Ausfüh- rungsbeispiel dar, die Welle kann vertikal sein und statt der radialen Beaufschlagung kann eine axiale gewählt werden, ohne dass das Wesen der Erfindung geändert wird. Der Vorzug vorstehender Ernndung beruht darin, dass man dabei von den anerkannten Vorzügen der rein rotierenden Bewegung und der dabei möglichen hohen Geschwindigkeiten Gebranch macht, wodurch die Vorriehtung klein und billig in der Herstellung wird. Die bei Kolbenpumpen bekannten Nachteile, wie starke Abnützung der Kolben, der Ventile, sowie der gro?e Platzbedarf und Preis werden dadurch in radikaler Weise vermieden.
PATENTANSPRU I. Verfahren zur Homogenisierung von Emul sionen, dadurch gekennzeichnet, dass die zu homogenisierende Flüssigkeit einem
Schleuderrad durch einenkonzentrisch damit, jedoch in der Nähe dessen Axe angeord neten Düsenkopf unter mässig hohem
Druck zugeführt wird, welches Schleuder- rad zur Erhöhung des Stosseffektes durch einen Motor in einer Richtung gedreht wird, die entgegengesetzt derjenigen ist, welche das Schleuderrad unter der Ein- wirkung der Flüssigkeitsstrahlen annehmen w rde.
Method and device for homogenizing emulsions.
The above reading relates to a method and a device for homogenizing emulsions. The procedure is based on the fact that? the liquid to be homogenized is fed to a centrifugal wheel through a concentric nozzle head located close to its axis at a moderately high angle
Pressure is supplied, which impeller to increase the impact effect by a
Motor is rotated in a direction opposite to that in which the
Centrifugal wheel according to the same one
Would accept jets of liquid.
The previously known machines for homogenizing emulsions consist mainly of a plurality of reciprocating piston pumps lying next to one another, which suck the liquid through valves and through the so-called nozzle head under very high pressure of 100 to 200 atmospheres against a stationary wall splash, which finely atomizes the liquid on the wall. As a result of the relatively low number of revolutions which liquid piston pumps can achieve because of their valves, such machines are usually very extensive and their viewing costs and installation costs are correspondingly high.
In the device forming the subject of the above invention, the working organs have only rotating motions.
The device is characterized by a
Combination of a drive motor, a rotary pump and a mixing device with
Paddle wheel, which with more than one
Sehaufelkranz is provided with widely spaced blades, whereby the liquid is thrown from one blade to the next offset of the next ring. The drawing shows an exemplary embodiment of the device, namely in FIG. 1 partly in section, partly in view; Figure 2 is a sectional view of the mixing apparatus of the device.
In Fig. 1, A represents the mixing device,. M represents the drive motor and P the rotary pump. A double-ringed impeller B rotates in the housing fil. Inside it, the circular distributor C - called the nozzle head - is housed, which is provided with fine nozzles. The same is screwed to the housing A, The liquid is fed to the same through a central opening. The nozzles D form the angle ss with the circumference of the distributor, see FIG.
The jet of liquid emerging in this direction would give the surrounding paddle wheel a clockwise rotation; according to the invention, however, it is rotated counterclockwise by a special drive motor III. The shovel therefore faces the jet, which significantly increases the impact effect. If C1 is the exit speed from the nozzle D and Ui is the circumferential speed of the leading edge of the blade S1, the relative entry speed into the wheel results from the speed diagram for W1.
As you can see, this speed is greater than the absolute entry speed Ci. If the angle between the normal of incidence and the velocity W1, the beam is deflected at the same angle according to known laws. It then hits the blade S2 at the angle? 2 with the perpendicular; it leaves the blade again at the angle? 2 with the speed W2.
The absolute exit speed is the result of W and Pg (the latter is the peripheral speed of the blade S2) to C2, and with this speed the liquid finally reaches the housing wall A and runs along the same to the outlet H and from there into a collecting container G, see FIG. 1.
The rotary pump P sucks in the treated liquid from this collecting tank and presses it through the line L into the distributor C, from there through the nozzle D onto the blades S1 and S2, from where the cycle begins again until the desired one Homogenization is achieved.
So that no air can enter the housing, which might affect the product, the stuffing box K is sealed by means of a barrier fluid. The pressure of the same is adjusted by the valve A7.
A steam turbine or a water turbine, the speed of which can be conveniently regulated by throttling, is advantageously used as the drive motor for the homogenization system. At the end of the shaft opposite the mixing device, the rotary pump is driven either by gear wheels or by worm wheels, the number of revolutions being appropriately reduced. A safety valve T7 protects against excessively high pressure by releasing the pressure; lion-stant holds.
As mentioned above, the jet emerging from the nozzles of the nozzle head is directed onto a moving surface, namely the surface of the blade S1. The Ausittsge speed of the jet from the nozzles and the speed of the blades S, therefore add up, whereby the shock is strengthened compared to the earlier, above-described homogenization machines with piston pumps.
For example, do you suppose that? the exit speed of the jet is directed tangentially and equal to the peripheral speed of the blade S1, then the impact effect is just doubled. For example, let the pressure at the nozzle head be 100 atmospheres, from which the theoretical exit velocity results from v = @ 2 gh = 4.43 @ 1000 = 140 m per second.
If now the exit speed is only half as great? should be while the bucket load has the same opposite speed Ge, then v = 70m seconds and the pressure behind the nozzle only h = v2 / 2g = 702 / 19.62 = 4900 / 19.62 = 250 m = 25 atm. , instead of 100 atm. as before, so only a quarter of the previous pressure. But it is necessary that the paddle wheel is set in rotation at a speed of 70 m sec. Assuming the diameter of the paddle wheel to be 250 mm, the necessary number of revolutions is n = 60x70 / 0.25 @ 5300 per minute.
It is now practically impossible to guide the jet tangentially: just as little can the blade surface make straight paths, since it is forced to move on a circular path, so that? In practice, the speeds will not add up arithmetically. According to the invention, the resulting shortfall should now be brought in because? the paddle wheel is equipped with several rings with staggered blades.
The accompanying FIG. 1 shows only one exemplary embodiment, the shaft can be vertical and instead of the radial application, an axial one can be selected without changing the essence of the invention. The advantage of the above design is based on the fact that one makes use of the recognized advantages of the purely rotating movement and the high speeds possible with it, which makes the device small and cheap to manufacture. The known disadvantages of piston pumps, such as heavy wear on the pistons and valves, as well as the large space requirement and price, are thereby radically avoided.
PATENT claim I. A method for homogenizing emulsions, characterized in that the liquid to be homogenized is a
Centrifugal wheel through a nozzle head arranged concentrically with it but in the vicinity of its axis under a moderately high
Pressure is supplied, which centrifugal wheel is rotated by a motor to increase the impact effect in a direction which is opposite to that which the centrifugal wheel would assume under the action of the liquid jets.