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EP-4059607-B1 - COLLOID MILL

EP4059607B1EP 4059607 B1EP4059607 B1EP 4059607B1EP-4059607-B1

Inventors

  • ZENG, YUANTONG
  • PAGGIOS, KONSTANTINOS

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20210318

Claims (11)

  1. Colloid mill for reducing a particle size (100) of particles (101) suspended in a first liquid and/or a droplet size of a second liquid emulsified in a first liquid, wherein the first liquid in particular is a fat-based mass, with at least one rotor (1) and at least one stator (2), which are arranged coaxially one inside the other, wherein preferably the rotor (1) is arranged or can be mounted inside the stator (2), wherein the colloid mill preferably has at least one material inlet for introducing particles, a liquid, a suspension and/or emulsion on a first axial side and at least one product outlet for discharging the suspension or emulsion on a second axial side, wherein the at least one rotor (1) has a rotor grinding surface (3) facing or to be faced towards the stator (2) and/or the at least one stator (2) has a stator grinding surface (4) facing or to be faced towards the rotor (1), wherein, the rotor grinding surface (3) has at least one grinding tooth (5a, 5b) with a shearing surface (6) and/or shearing edge (7), wherein the cross-sectional area (8a) of the grinding tooth (5a, 5b) tapers in a plane perpendicular to the axis of rotation (D) in the radial direction (R) towards the opposing stator grinding surface (4), wherein the cross-sectional area (8a) has a, preferably straight, first leg (14a) which adjoins a base side (11a) of the cross-sectional area (8a) extending in the circumferential direction, which points in the direction of rotation (15) of the rotor (1), and which encloses an angle (α) of 80°-100°, preferably 85°-95°, with the base side (11a), preferably lies on a radial line through the axis of rotation, and/or that the stator grinding surface (4) has at least one grinding tooth (5a, 5b) with a shearing surface (6) and/or shearing edge (7), the cross-sectional area (8b) of which tapers in a plane perpendicular to the axis of rotation (D) in the radial direction (R) towards the opposing rotor grinding surface (3), wherein the cross-sectional area (8b) has a, preferably straight, second leg (14b) which adjoins a base side (11b) of the cross-sectional area (8b) extending in the circumferential direction, wherein the second leg (14b) points counter to the direction of rotation (15) of the rotor (1), and the second leg (14b) encloses an angle (β) of 80°-100°, preferably 85°-95°, with the base side (11b), preferably lies on a radial line through the axis of rotation, and characterized in that the cross-sectional area (8a, 8b) of at least one grinding tooth (5a, 5b) forms a triangle, the tip (9) of which points towards the opposing grinding surface (3, 4) or grinding surface (3, 4) to be arranged opposite, and lies on a shearing edge (7) of the grinding tooth (5a, 5b).
  2. Colloid mill according to claim 1, wherein the cross-sectional area (8a, 8b) of at least one grinding tooth (5a, 5b) forms a polygon, in particular a quadrilateral, which has a longer base side (11a) extending in the circumferential direction and a shorter base side (12a) parallel to the first base side, which in particular lies on a shearing surface (6) of the grinding tooth.
  3. Colloid mill according to one of the preceding claims, wherein the grinding tooth (5a, 5b) is designed as a rib (13) with a constantly sized cross-sectional area (8a, b) along its longitudinal extension.
  4. Colloid mill according to one of the preceding claims, wherein the shortest distance (17) between the rotor grinding surface (3) and the stator grinding surface (4) is between 0.05 mm and 1.2 mm.
  5. Colloid mill according to claim 2, wherein the value of a Shearing Surface Rate (SSR) is less than 0.07, wherein the value of the Shearing Surface Rate (SSR) indicates the product of the proportion of the shorter base sides (12a) of the cross-sectional areas (8a) of grinding teeth (5a) of the rotor grinding surface (3) to the circumference of a circle that a bottom of the rotor grinding surface (3) forms around the axis of rotation, and the proportion of the shorter base sides (12b) of the cross-sectional areas (8b) of grinding teeth (5b) on the stator (2) to the circumference of a circle that a bottom of the stator grinding surface (4) forms around the axis of rotation.
  6. Colloid mill according to one of the preceding claims, wherein the colloid mill has a housing, and the stator (2) and the housing are not manufactured from one piece, such that the stator (2) is in particular exchangeable.
  7. Plant (70) for processing food masses, preferably containing fat-based masses, comprising a colloid mill (40) according to one of claims 1-6, which is in particular arranged upstream of a ball mill (50) and/or which is in particular arranged downstream of a mixer (60).
  8. Method for reducing a particle size of particles suspended in a first liquid and/or a droplet size of a second liquid emulsified in a first liquid, wherein the first liquid is in particular a fat mass, in a colloid mill according to one of claims 1-6, wherein material for forming a suspension or emulsion is guided from a first axial end of the colloid mill to the second axial end of the colloid mill between the stator grinding surface and the rotor grinding surface, wherein the temperature of the material increases by less than 40°C on the way through the colloid mill.
  9. Method according to claim 8, wherein the area between the cross-sectional areas of two circumferentially adjacent grinding teeth (5a, 5b) on the stator grinding surface (4) and/or the rotor grinding surface (3) in a plane perpendicular to the axis of rotation provides space for the cross-sectional areas (100) of 3-10 particles (101) and/or droplets.
  10. Rotor for a colloid mill according to one of claims 1-6, wherein the rotor (1) has a rotor grinding surface (3) to be faced towards a stator (2), and wherein the rotor grinding surface (3) has at least one grinding tooth (5a) with a shearing surface (6) and/or shearing edge (7), the cross-sectional area (8a) of which tapers in a plane perpendicular to the axis of rotation (D) in the radial direction (R) towards the opposing stator grinding surface (4), the cross-sectional area (8a) has a, preferably straight, first leg (14a) which adjoins a base side (11a) of the cross-sectional area (8a) extending in the circumferential direction, which points in the direction of rotation (15) of the rotor (1), and which encloses an angle (α) of 85-95° with the base side (11a), and characterized in that the cross-sectional area (8a, 8b) of at least one grinding tooth (5a, 5b) forms a triangle, the tip (9) of which points towards the opposing grinding surface (3, 4) or grinding surface (3, 4) to be arranged opposite, and lies on a shearing edge (7) of the grinding tooth (5a, 5b).
  11. Stator for a colloid mill according to one of claims 1-6, wherein the stator (2) has a stator grinding surface (4) to be faced towards a rotor (1), and wherein the stator grinding surface (4) has at least one grinding tooth (5b) with a shearing surface (6) and/or shearing edge (7), the cross-sectional area (8b) of which tapers in a plane perpendicular to the axis of rotation (D) in the radial direction (R) towards the opposing rotor grinding surface (3), the cross-sectional area (8b) has a, preferably straight, second leg (14b) which adjoins a base side (11b) of the cross-sectional area (8b) extending in the circumferential direction, which points counter to the direction of rotation (15) of the rotor (1), and which encloses an angle (β) of 85-95° with the base side (11b), and characterized in that the cross-sectional area (8a, 8b) of at least one grinding tooth (5a, 5b) forms a triangle, the tip (9) of which points towards the opposing grinding surface (3, 4) or grinding surface (3, 4) to be arranged opposite, and lies on a shearing edge (7) of the grinding tooth (5a, 5b).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolloidmühle, eine Anlage zur Verarbeitung von fettbasierten Massen, ein Verfahren zur Verringerung einer Teilchengröße von in einer ersten Flüssigkeit suspendierten Feststoffen und/oder einer Tröpfchengröße in einer ersten Flüssigkeit emulgierten zweiten Flüssigkeit, einen Rotor und einen Stator. Aus dem Stand der Technik sind Kolloidmühlen bekannt, um feste und flüssige Stoffe durch eine mechanische Kraft in den Kolloidmühlen in kolloidaler Feinheit zu dispergieren oder Flüssigkeiten in Flüssigkeiten zu emulgieren. Zum Beispiel werden feste Stoffe, wie Zucker, Milchpulver, Nüsse, Früchte oder Kerne in fetthaltigen Massen, beispielweise enthaltend Kakaobutter, fein verteilt. Die der Kolloidmühle zugefügten festen und flüssigen Stoffe werden im Rahmen dieser Anmeldung mit Material bezeichnet. Bekannte Kolloidmühlen umfassen im Wesentlichen ein zylindrisches oder konisches Gehäuse mit einer vertikalen Achse. Sie weisen einen Materialeinlass an einer axialen Seite und einen Produktauslass an der gegenüberliegenden axialen Seite auf. Kolloidmühlen umfassen einen zylindrischen oder konischen Stator, der typischerweise auf der Innenwandoberfläche des Gehäuses gelagert oder einstückig damit ausgebildet ist, und einen koaxial angeordneten Rotor, typischerweise innerhalb des Stators mit eine vertikalen rotierende Welle, die drehbar von dem Gehäuse getragen wird und den Rotor fest und koaxial stützt. Im Rahmen dieser Erfindung beziehen sich die Begriffe "radial", "axial", "Drehrichtung" und "in Umfangsrichtung" auf die Drehachse des Rotors der Kolloidmühle. Die Aussenfläche des Rotors und die Innenfläche des Stators sind jeweils mit einander gegenüberliegenden als Rippen ausgeführten Mahlzähnen versehen, die mit abwechselnd dazwischenliegenden Mulden durchsetzt sind, wobei sich die Rippen und Mulden im Wesentlich in axialer Richtung erstrecken und im Querschnitt im Wesentlichen eine rechteckige Formen aufweisen. Ein mit einer solchen Geometrie ausgebildeter Pulverisierer ist beispielsweise als Stand der Technik in EP0122608A2 gezeigt. Um den Durchsatz und die Zerkleinerungsleistung zu verbessern, wurden Kolloidmühlen mit Mahlzähnen versehen, deren Querschnitt in einer Ebene senkrecht zur Drehachse sägezahnförmig ist, also einen in etwa trapezförmigen oder dreieckigen Querschnitt aufweist. Mahlvorrichtungen mit derartigen Geometrien sind beispielsweise in CN207805709U, CN 2291205Y, EP0775526A1, EP0605169 A1, EP0497526 A2 und EP0122608A2 offenbart. Die im Vergleich zur der rechteckigen Form flachen Flanken der Mahlzähne bieten mehr Platz für das Produkt und können daher zu einem erhöhten Durchsatz führen. Es hat sich gezeigt, dass es bei der Bearbeitung in einer Kolloidmühle zu einer erheblichen Erwärmung des bearbeiteten Materials kommt, was sich negativ auf das Produkt auswirken kann, insbesondere, wenn es sich um ein wärmeempfindliches Lebensmittelprodukt oder ein pharmakologisches Produkt handelt. Es besteht daher die Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Bekannten zu überwinden und insbesondere eine Kolloidmühle, eine Anlage, ein Verfahren, einen Rotor und einen Stator bereit zu stellen, die eine effiziente Zerkleinerung unter einer möglichst geringen Temperaturerhöhung erlauben. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch eine Kolloidmühle, eine Anlage, ein Verfahren, einen Rotor und einen Stator nach den unabhängigen Patentansprüchen. Die erfindungsgemässe Kolloidmühle dient zur Verringerung einer Teilchengröße von in einer ersten Flüssigkeit suspendierten Partikeln und/oder zur Verringerung einer Tröpfchengröße in einer ersten Flüssigkeit emulgierten zweiten Flüssigkeit, wobei die erste Flüssigkeit insbesondere eine fettbasierte Masse ist. Bei der fettbasierten Masse kann es sich um Fett oder Öl handeln. Die fettbasierte Masse enthält insbesondere Kakaobutter. Bei den Partikeln kann es sich um Feststoffe wie Zuckerpartikel, Nüsse, Früchte und/oder Kerne handeln. Die Partikel erfahren in der Kolloidmühle eine Nassvermahlung. Die Partikel können derart fetthaltig sein, dass keine Flüssigkeit hinzugefügt werden muss, und die kleiner werdenden Partikel in dem eigenen Fett, das als erste Flüssigkeit betrachtet werden kann, emulgiert werden. Die Kolloidmühle weist mindestens einen Rotor und mindestens einem Stator auf, die koaxial ineinander angeordnet sind. Vorzugsweise ist der Rotor innerhalb des Stators angeordnet oder kann innerhalb des Rotors angebracht werden. Alternativ ist auch denkbar, dass sich der Rotor um den Stator dreht. Der Rotor kann eine drehbare Welle aufweisen oder mit einer drehbaren Welle verbindbar sein, die von einer Antriebseinrichtung in Rotation versetzt wird. Die Kolloidmühle besitzt bevorzugt mindestens einen Materialeinlass zum Einführen von Partikeln, einer Flüssigkeit, einer Suspension und/oder Emulsion an einer ersten axialen Seite und mindestens einen Produktauslass zum Wegführen der Suspension oder Emulsion an einer zweiten axialen Se