DE-102023002857-B4 - Homogenisierventil

Abstract

Homogenisierventil, mit einem einen Fluidein- (2) und einen räumlich dazu getrennten Fluidausgang (3) aufweisenden Gehäuse (1) in dem ein Ventilkörper angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper aus einer mit dem Fluidausgang (3) in Verbindung stehenden Hülse (4) besteht, die mindestens einen in der Wandung (5) wendelförmig verlaufenden, in seiner Spalthöhe (h) veränderbaren, radial offenen und an beiden Enden geschlossen Spalt (6) aufweist, wobei zur Veränderung der Spalthöhe (h) ein axial auf die Hülse (4) wirkendes Druckelement (7) vorgesehen ist.

Inventors

• Michael Jarchau

Assignees

• HST MASCHINENBAU GMBH

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20230714

Claims (9)

1. Homogenisierventil, mit einem einen Fluidein- (2) und einen räumlich dazu getrennten Fluidausgang (3) aufweisenden Gehäuse (1) in dem ein Ventilkörper angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , dass der Ventilkörper aus einer mit dem Fluidausgang (3) in Verbindung stehenden Hülse (4) besteht, die mindestens einen in der Wandung (5) wendelförmig verlaufenden, in seiner Spalthöhe (h) veränderbaren, radial offenen und an beiden Enden geschlossen Spalt (6) aufweist, wobei zur Veränderung der Spalthöhe (h) ein axial auf die Hülse (4) wirkendes Druckelement (7) vorgesehen ist.
2. Homogenisierventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass das Druckelement (7) an einer Stirnseite der Hülse (4), diese verschließend, anliegt.
3. Homogenisierventil nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet , dass der Fluidausgang (3) der dem Druckelement (7) gegenüberliegenden Stirnseite der Hülse (4) zugeordnet ist, die sich am Boden des Gehäuses (1) abstützt.
4. Homogenisierventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Fluideingang (2) in den Innenraum des Gehäuses (1) außerhalb der Hülse (4) mündet.
5. Homogenisierventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Spalt (6), mit Ausnahme der vorzugsweise spitz auslaufenden Endbereiche, mit durchgehend gleicher Spalthöhe (h) ausgebildet ist.
6. Homogenisierventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Spalthöhe (h) bei Druckentlastung der Hülse (4) in eine Ausgangshöhe rückführbar ist.
7. Homogenisierventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Spalthöhe (h) radial gleich ist.
8. Homogenisierventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet , dass der Spalt (6) in Strömungsrichtung des Fluids sich verjüngend ausgebildet ist
9. Homogenisierventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet , dass der Spalt (6) in Strömungsrichtung des Fluids zunächst sich verjüngend ausgebildet ist und in einen Bereich mit gleicher Spalthöhe (h) übergeht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Homogenisierventil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Homogenisierventile finden beispielsweise bei Emulgier- und Mischverfahren, insbesondere bei mehrphasigen Fluiden großer Durchflussmengen Verwendung. Dabei werden Emulsionen und Dispersionen über eine Hochdruckpumpe auf einen verfahrensabhängigen Druck im Bereich von typischerweise etwa 50 bis 500 bar gebracht und durch enge Spalten gedrückt. Bei der dabei auftretenden Entspannung wird auf Grund von Turbulenzen und Scherung die gewünschte Zerkleinerung der dispersen Phase erzielt. Angestrebt wird eine möglichst kleine Partikelgröße bei enger Partikelgrößenverteilung und möglichst geringem Energieeinsatz. Homogenisierventile bestehen generell aus einem meist ringförmigen Ventilsitz, der mittig eine Bohrung aufweist und zusammen mit einem zylindrischen Ventil einen Ventilspalt bildet, durch den das Prozessfluid gepresst wird. Die Spalthöhe ist abhängig vom Volumenstrom der Prozessfluide und soll möglichst klein bleiben, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Daher kommen bei größeren Volumenströmen sogenannte Mehrspaltventile zum Einsatz, in denen der Gesamtdurchfluss auf einzelne Spalte parallel aufgeteilt wird, die durch mehrere Ventilscheiben gebildet werden. In der EP 0 034 675 B1 sind, insbesondere in Bezug auf einen möglichst niedrigen Energieaufwand, optimale Spalthöhen von 30-50 µm angegeben. Handelt es sich bei den Fluiden um Aerosole, deren feste Bestandteile in unterschiedlichen Größen vorliegen, wird das Homogenisierprinzip durch einen Sieb- bzw. Trennprozess verwirklicht. Der besteht darin, dass das Fluid bei geringerem Druck zwischen etwa 2 - 10 bar durch Siebelemente mit kurzen geraden oder gewundenen Öffnungen mit geringer, nicht verstellbarer Spalthöhe gefördert wird, so dass die Größenverteilung des Feststoffanteils zu kleineren mittleren Partikelgrößen verschoben oder der Feststoffanteil generell reduziert wird. Mehrspaltventile finden unter anderem in der Pharma- und Kosmetikindustrie Verwendung, insbesondere in der Lebensmittelindustrie, hier beispielsweise bei der Verarbeitung von Milchprodukten oder Fruchtsäften sowie beispielsweise in der Faserverarbeitung. Dazu verwendete Mehrspaltventile sind u.a. in der US 5 749 650 A, der WO 01 / 003 818 A1, der WO 01 / 003 819 A1 sowie der WO 2012 / 084 986 A1 offenbart. Bei diesen Konstruktionen sind mehrere ringförmige Ventilscheiben gestapelt und derart konfiguriert, dass sich zwischen zwei aufeinander liegenden Ventilscheiben ein Spalt bildet. Mittels Federelementen können die Spalte geöffnet werden, um eine drucklose Reinigung in betriebsbereiter Stellung zu ermöglichen. In Funktion des Ventils strömt der Volumenstrom des Fluids vom Fluideingang zentral in die Ventilscheiben und durchströmt radial die Spalten unter Aufteilung in radial fließende Einzelvolumenströme. Diese werden anschließend umgelenkt und wieder zusammengeführt und durch ein zweites Ventil auf einen Rückdruck entspannt. Allerdings sind die bekannten Ventile und Siebelemente sowohl hinsichtlich ihrer Bauart wie auch hinsichtlich ihres Betriebs mit erheblichen Nachteilen behaftet. Die große Anzahl an erforderlichen Bauteilen führt zu erheblichen Herstellungskosten ebenso wie zu einer erhöhten Störanfälligkeit, die wiederum eine Betriebsunterbrechung zur Folge hat. Gleichfalls ergeben sich Nachteile aus die Produktqualität beeinflussenden Toleranzen von Führungsflächen, möglicher Ungleichheit der Spalthöhen, Schwingungsanfälligkeit, erhöhtem Reinigungsaufwand durch Kontaktflächen und Spalte, hoher Ersatzteilbedarf, Montage- und Wartungsaufwand, Fehleranfälligkeit generell sowie erhöhter Aufwand bei Beschaffung und Lagerhaltung durch Teilevielfalt. So müssen beispielsweise die Ventilscheiben jeweils aus einem harten, verschleißbeständigen, rostfreien Werkstoff hergestellt sein, was mit hohen Kosten der Materialbeschaffung und Bearbeitung verbunden ist. Hohe Kosten ergeben sich auch daraus, dass zur Zentrierung der Ventilscheiben, beispielsweise bei dem aus der US 5 749 650 A bekannten Ventil, Federelemente vorgesehen sind. Dies erfordert einen entsprechend großen radialen Bauraum, was zu einer Gesamtgröße des Ventils führt, die den Forderungen nach einer auch maßlich optimierten Raumform entgegensteht. Weiterhin wird durch den für die Federn erforderlichen Einbauraum die Reinigungsfähigkeit des Ventils eingeschränkt, was für den Einsatz z. B. in der Lebensmittelindustrie von großem Nachteil ist, da hier eine sogenannte CIP-Reinigung (CIP = Cleaning In Place) ohne Demontage der Komponenten erforderlich ist. Der jeweilige Spalt mit einer vorgegebenen Tiefe zwischen den Ventilscheiben ist nur mit einem entsprechend großen Schleifaufwand bei der Fertigung der Ventilscheiben einbringbar. Überdies bereitet die Anpassung der Ventile herkömmlicher Bauart Probleme bei der Abstimmung der Spalthöhe auf den Volumenstrom bei einem vorgegebenem Homogenisierdruck. Die Spalthöhe ist durch einen f