Procedimiento y dispositivo para la homogeneización.

Procedimiento para la homogeneización de un producto bombeable,

en el que el producto se somete a presión y se homogeneiza en un dispositivo de homogeneización (12) que está provisto de un accionador (16) y que presenta un rotor accionable, montado de manera giratoria en una carcasa, y un estátor estacionario o accionable en relación con el rotor a una velocidad de rotación relativa regulable, caracterizado porque el producto antes de entrar en el dispositivo de homogeneización (12), se somete a una presión predefinible independientemente del accionamiento del dispositivo de homogeneización (12) mediante un dispositivo de bombeo (8) provisto de un accionador (14) separado, midiéndose la presión existente entre el dispositivo de bombeo (8) y el dispositivo de homogeneización (12) con un sensor de presión (20) y regulándose mediante la regulación del dispositivo de bombeo (8) de tal modo que no se produce cavitación en el dispositivo de homogeneización (12).

Procedimiento y dispositivo para la homogeneización.

La invención se refiere a un procedimiento para la homogeneización de un producto bombeable, en el que el producto se somete a presión y se homogeneiza en un dispositivo de homogeneización que está provisto de un accionador y que presenta un rotor accionable, montado de manera giratoria en una carcasa, y un estátor estacionario o accionable en relación con el rotor a una velocidad de rotación relativa regulable, y se refiere a un dispositivo para la homogeneización de un producto bombeable con un dispositivo de homogeneización que presenta un rotor accionable, montado de manera giratoria en una carcasa, y un estátor estacionario o accionable en relación con el rotor a una velocidad de rotación relativa regulable, y con un dispositivo de bombeo conectado curso arriba del dispositivo de homogeneización, como los conocidos por el documento EP1475143A1.

En el marco de la presente invención, el término “homogeneización” abarca cualquier tipo de incremento de la superficie límite entre al menos dos fases de un medio o producto bombeable, o sea, en particular también una dispersión o emulsificación.

El dispositivo de homogeneización usado en el marco de la invención es del llamado tipo constructivo de rotor y estátor y está compuesto de un elemento estacionario, el estátor, y de un elemento móvil a una velocidad o un número de revoluciones predeterminado, mayormente alto, el rotor. Aunque un estátor constituye, por lo general, un elemento estacionario, la invención comprende también aquellos tipos constructivos, en los que el estátor se acciona asimismo para obtener una velocidad relativa determinada, por ejemplo, para obtener una relación deseada entre el aporte de energía de bombeo y de cizallamiento.

En el caso del dispositivo mencionado al inicio, el producto se somete en un espacio intermedio entre el rotor y el estátor a un cizallamiento muy fuerte que es proporcional a la velocidad de rotación (relativa) (usualmente de 10 a 30 m/s) y a la anchura de ranura (usualmente de 0, 1 a pocos milímetros) . El cizallamiento provoca una desintegración en gotas. Una emulsión obtenida de esta manera se puede estabilizar mediante agentes emulsificantes.

En principio se cumple que a una velocidad de rotación mayor se incrementa el aporte de energía en función del volumen mezclado. En los sistemas de rotor y estátor, la energía usada para ampliar la superficie límite de fase es comparativamente pequeña en relación con el total de la energía aportada, es decir, la eficiencia es en general baja y la mayor parte de la energía se transforma en calor de fricción.

Los homogeneizadores de rotor y estátor son fundamentalmente también bombas radiales y resultan adecuados para generar una ligera presión negativa en el lado de aspiración y una ligera sobrepresión en el lado de salida. Para apoyar el efecto de bombeo se pueden colocar paletas de bombeo adicionales en el lado de aspiración (documento EP0896833) o en el lado de presión (documento DE29606962) . Todos estos sistemas conocidos tienen en común que las paletas de bombeo se encuentran unidas de manera no giratoria al rotor del homogeneizador. Esto provoca que la relación entre la energía de cizallamiento y el flujo volumétrico sea una variable que depende de la geometría del rotor y del estátor, así como del producto y que no puede ser modificada por el operario.

Las instalaciones de proceso modernas funcionan frecuentemente al vacío, es decir, por ejemplo, por debajo de 300 mbar. Por lo general, el proceso de homogeneización tiene lugar a temperaturas elevadas. Esto significa que la presión de trabajo puede estar próxima a la presión del vapor de los líquidos que se van a homogeneizar. En esta situación se puede producir localmente una disminución de la presión estática por debajo de la presión del vapor debido a picos de velocidad locales, mayormente en las zonas de las corrientes de retorno de las hojas de pala, de manera que se forman pequeñas burbujas de vapor que vuelven a implosionar en un período de tiempo muy corto y pueden dañar la rueda de bombeo (cavitación) .

Se han utilizado distintas vías para reducir la tendencia a la cavitación. Con la finalidad más bien de lograr un rendimiento elevado en vez de un aumento de la presión estática delante del homogeneizador, el documento EP1475143A1 propone un dispositivo de bombeo acoplado al rotor. Tal medida ha dado en principio buenos resultados, pero resulta desventajosa si un producto se debe transportar o descargar en lo posible sin aporte de energía de cizallamiento, ya que precisamente a esta forma constructiva va asociado siempre un aporte de energía de cizallamiento y de bombeo.

Por el documento EP0845291A1 es conocido un dispositivo de homogeneización con una bomba asignada, en el que se limita la salida del dispositivo de homogeneización para generar una contrapresión (back pressure) . De esta manera se debe impedir la cavitación en el dispositivo de homogeneización. La contrapresión se determina mediante una medición de presión detrás del dispositivo de homogeneización.

El objetivo de la invención consiste en mejorar el procedimiento conocido y el dispositivo conocido para la homogeneización de un producto bombeable al ser posibles, por una parte, aportes máximos de energía de cizallamiento en caso de presiones de trabajo próximas a la presión del vapor y una baja tendencia a la cavitación y al poderse descargar adecuadamente, por la otra parte, el producto en caso necesario, sin un aporte alto de energía de cizallamiento.

En el caso del procedimiento, este objetivo se consigue según la invención al someterse el producto a una presión, predefinible independientemente del accionamiento del dispositivo de homogeneización, delante del dispositivo de homogeneización e independientemente de su accionamiento por medio de un dispositivo de bombeo provisto de un accionador separado, midiéndose la presión existente entre el dispositivo de bombeo y el dispositivo de homogeneización con un sensor de presión y regulándose de tal modo que no se produce una cavitación en el dispositivo de homogeneización.

Aunque como medio de regulación para evitar la cavitación se podrían usar en principio diferentes sensores, por ejemplo, sensores acústicos que detectan tempranamente la presencia de cavitación, ha resultado en particular ventajoso el uso de una regulación controlada por diagrama característico, en la que en una unidad de regulación se encuentran almacenados los parámetros de funcionamiento esenciales, en particular la velocidad de rotación del dispositivo de homogeneización y el tipo de producto procesado en cada caso, y en función de esto se encuentra almacenada la presión necesaria delante del dispositivo de homogeneización y/o la velocidad de rotación necesaria del dispositivo de bombeo que garantiza esta presión para que no se produzca finalmente una cavitación.

El diagrama característico puede estar determinado previamente mediante mediciones o se puede basar en datos que han sido calculados con ayuda de relaciones físicas teóricas. Las propiedades del respectivo producto se pueden tener en cuenta al estar almacenados en el diagrama característico diferentes tipos de producto que se han de seleccionar como tal durante el funcionamiento, por ejemplo, “producto 1”, producto 2”, etc., o al predefinirse en la unidad de regulación una o varias propiedades determinantes del producto, por ejemplo, la viscosidad, o al determinarse por medición durante el funcionamiento para que la unidad de control “sepa” qué tipo de producto se está procesando en ese momento y pueda seleccionar el diagrama característico correspondiente o la zona adecuada del diagrama característico.

Por tanto, está previsto convenientemente que la presión se regule mediante una unidad de regulación controlada por diagrama característico, conteniendo el diagrama característico al menos la velocidad de rotación del dispositivo de homogeneización y el tipo de producto como parámetro de entrada y basándose en datos medidos previamente o en datos calculados. Las variables de medición como información de entrada para la unidad de regulación son al menos la presión delante del dispositivo de homogeneización y propiedades del producto posiblemente medidas, como la viscosidad, la temperatura, el tamaño de las partículas, etc.

Otra configuración preferida consiste en controlar la presión mediante un regulador con una unidad de cálculo, calculando la unidad de cálculo la presión sobre la base de relaciones determinadas de manera empírica o teórica entre al menos la velocidad de rotación del dispositivo... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la homogeneización de un producto bombeable, en el que el producto se somete a presión y se homogeneiza en un dispositivo de homogeneización (12) que está provisto de un accionador (16) y que presenta un rotor accionable, montado de manera giratoria en una carcasa, y un estátor estacionario o accionable en relación con el rotor a una velocidad de rotación relativa regulable, caracterizado porque el producto antes de entrar en el dispositivo de homogeneización (12) , se somete a una presión predefinible independientemente del accionamiento del dispositivo de homogeneización (12) mediante un dispositivo de bombeo (8) provisto de un accionador (14) separado, midiéndose la presión existente entre el dispositivo de bombeo (8) y el dispositivo de homogeneización (12) con un sensor de presión (20) y regulándose mediante la regulación del dispositivo de bombeo (8) de tal modo que no se produce cavitación en el dispositivo de homogeneización (12) .

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la presión se regula mediante una unidad de regulación controlada por diagrama característico, donde un diagrama característico contiene al menos la velocidad de rotación del dispositivo de homogeneización y el tipo de producto como parámetros de entrada y se basa en datos medidos previamente o en datos calculados.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la presión se controla mediante un regulador con una unidad de cálculo, calculando la unidad de cálculo la presión sobre la base de relaciones determinadas de manera empírica o teórica entre al menos la velocidad de rotación del dispositivo de homogeneización y al menos una propiedad característica del producto, por una parte, y la presión requerida para evitar la cavitación, por la otra parte.

4. Dispositivo para la homogeneización de un producto bombeable, con un dispositivo de homogeneización (12) que está provisto de un accionador (16) y presenta un rotor accionable, montado de manera giratoria en una carcasa, y un estátor estacionario o accionable en relación con el rotor a una velocidad de rotación relativa regulable, y con un dispositivo de bombeo (8) conectado curso arriba del dispositivo de homogeneización (12) y provisto de un accionador (14) separado, caracterizado porque el dispositivo de bombeo (8) se puede accionar de manera regulada independientemente del dispositivo de homogeneización (12) , estando asignada al dispositivo de bombeo (8) una unidad de regulación que se encuentra conectada a un sensor de presión, para la detección de una presión, dispuesto entre el dispositivo de bombeo (8) y el dispositivo de homogeneización (12) y que está diseñada para regular la presión mediante regulación del dispositivo de bombeo (8) de tal modo que no se produce una cavitación en el dispositivo de homogeneización (12) .

5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque la unidad de regulación está controlada por diagrama característico, con un diagrama característico que contiene al menos la velocidad de rotación del dispositivo de homogeneización y el tipo de producto como parámetros de entrada y se basa en datos medidos previamente o en datos calculados.

6. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque la unidad de regulación presenta una unidad de cálculo que está diseñada para calcular la presión sobre la base de relaciones determinadas de manera empírica

o teórica entre al menos la velocidad de rotación del dispositivo de homogeneización y al menos una propiedad característica del producto, por una parte, y la presión requerida para evitar la cavitación, por la otra parte.

7. Dispositivo según una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque el dispositivo de bombeo (8) y el dispositivo de homogeneización (12) están dispuestos en una carcasa común.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque el dispositivo de bombeo (8) presenta una carcasa de bomba separada.

9. Dispositivo según una de las reivindicaciones 4 a 6 u 8, caracterizado porque el dispositivo de homogeneización (12) y el dispositivo de bombeo (8) están dispuestos separados espacialmente uno de otro y están unidos por un conducto (10) .

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 4 a 9, caracterizado porque el dispositivo de bombeo (8) está dispuesto en vertical por debajo de una caldera de producto (1) .

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 4 a 10, caracterizado porque el dispositivo de bombeo (8) está configurado como bomba axial o radial de una o varias etapas.

12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 4 a 11, caracterizado porque entre el dispositivo de bombeo (8) y el dispositivo de homogeneización (12) está dispuesta al menos una unidad de mando (24) , en particular una válvula.

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones 4 a 12, caracterizado porque el dispositivo de homogeneización

(12) presenta una etapa de bombeo, en particular una rueda de bombeo, que está unida de manera no giratoria al rotor.