Экструдер для переработки биологических материалов

Техническое решение относится к области обработки материалов давлением и может быть использовано при переработке биологических материалов с получением качественной продукции.
Известен экструдер для переработки термопластов (патент UA № 5779, опубл. 15.03.2005, Бюл. №3), выбранный в качестве прототипа. Экструдер содержит корпус, захватное устройство, шнек, зону питания, зону сжатия, которая состоит из барьерной секции и секции декомпрессии, зону дозирования, выполненную из последовательных конической и цилиндрической секции.
Недостатком известной конструкции является то, что в случае переработки биологических материалов, состоящих из вторичного, первичного биологического сырья, наполнителей, красителей и других компонентов, необходимых для биологических материалов (биологическая смесь) необходим комплект дорогостоящего оборудования для предварительной подготовки исходного сырья (смесители, пресса, пластификаторы, грануляторы). Использование же напрямую неподготовленного предварительного сырья для известной конструкции не дает хорошего качества получаемых вторичных изделий из-за недостаточных смесительных способностей конструкции.
Задачей технического решения является усовершенствование экструдера за счет новой конструкции шнека в зоне дозирования для обеспечения качественного смешивания биологического материала повышенной твердости.
Сущность технического решения: экструдер для переработки биологических материалов, включающий корпус, состоящий из зоны питания, зоны сжатия, зоны дозирования, захватное устройство, шнек, выполненный сборным, в зоне питания шнек выполнен в виде конической секции, в зоне сжатия шнек выполнен в виде последовательно расположенных барьерной секции и секции декомпрессии, причем в зоне дозирования шнек выполнен из двух последовательно расположенных конической и смешивающей секции, выполненной с витком лопасти зубчатой формы с полукруглой впадиной, высота зубьев одной ступени, имеют высоту равную глубине канала витка, зубцы другой ступени имеют высоту больше на одну вторую глубины канала витка, выполнены шириной равной трети ширины гребня витка, диаметр полукруглой впадины равен четверти глубины канала витка.
При меньшей высоте и ширине зубьев не обеспечивается равномерное перемешивание крупных фракций биологических материалов, а при большей высоте и ширине зубьев не обеспечивается равномерное перемешивание мелких фракций материала, а также возможно создание застойных зон материала, что может привести к их деструкции. При переходе из барьерной секции 7 и секции декомпрессии 8 происходит уменьшение давления, что способствует эффективному удалению легколетучих соединений. Использование витков лопасти зубчатой формы с полукруглой впадиной смешивания обеспечивает качественное смешивание биологических материалов повышенной твердости за счет создания дополнительной разности давления между зубьями с полукруглой впадиной и корпусом.
Общими с прототипом признаками являются
корпус, состоящий из зоны питания, зоны сжатия, зоны дозирования,
захватное устройство,
шнек, выполненный сборным,
в зоне питания шнек выполнен в виде конической секции,
в зоне сжатия шнек выполнен в виде последовательно расположенных барьерной секции и секции декомпрессии.
Отличительными признаками устройства являются:
в зоне дозирования шнек выполнен из двух последовательно расположенных конической и смешивающей секции с витком лопасти зубчатой формы с полукруглой впадиной,
высота зубьев одной ступени равна глубине канала витка,
высота зубьев другой ступени больше на одну вторую глубины канала витка,
зубцы имеют ширину, равную трети ширине гребня витка,
диаметр полукруглой впадины равен четверти глубины канала витка.
Использование заявленного экструдера при переработке биологических смесей позволяет сочетать подготовительные операции (наполнение, прессование, смешивание, гранулирование) и операцию получения новых качественных изделий методом экструзии и соэкструзии.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства.
На фиг. 2 представлена смешивающая секция зоны дозирования с витком лопасти зубчатой формы с полукруглой впадиной.
Экструдер для переработки биологических материалов (фиг. 1) содержит корпус 1, захватное устройство 2, шнек 3, выполненный в виде сборной конструкции. Корпус состоит из зоны питания 4, зоны сжатия 5, зоны дозирования 6. В зоне питания 4 шнек выполнен в виде конической секции. В зоне сжатия 5 шнек состоит из барьерной секции 7 и секции декомпрессии 8. В зоне дозирования 6 шнек выполнен из двух последовательно расположенных конической 9 и смешивающей 10 секции с витком лопасти зубчатой формы с полукруглой впадиной.
На (фиг. 2) представлена смешивающая секция 10 с витком лопасти зубчатой формы 11 с полукруглой впадиной 12, высота зубьев одной ступени 13 чередуется с высотой зуба другой ступени 14, при этом смесь биологических материалов переходит из входного канала с низкими сдвиговыми деформациями 15, образованный между корпусом и внутренней частью шнека в выходной канал с высокими сдвиговыми деформациями 16, образованный между зубьями витка шнека и корпусом, через зазор между витком и корпусом 17. Отверстие 18 выполненное в секции декомпрессии 8 зоны сжатия 5 для удаления легколетучих соединений, которые содержатся в биологических материалах.
Экструдер для переработки биологических материалов работает следующим образом.
Различные биологические материалы повышенной твердости (первичные и вторичные) одновременно подаются отдельными дозаторами в загрузочное устройство 2, захватывается шнеком 3, который вращается в корпусе 1, в твердом виде транспортируются, смешиваются и уплотняются в зоне питания 4, потом в зоне сжатия 5 в барьерной секции 7 происходит создание давления и продвижение биологической смеси в цилиндрической секции 8 зоны сжатия 5, коническая секция 9 зоны дозирования 6 определяют величину и стабильность давления и производительность, которые развивает экструдер, смешивающая секция 10 зоны дозирования 6 с зубьями, имеющими разную высоту с полукруглой впадиной, обеспечивает равномерное смешивание компонентов в размолотом виде.
Пример. При глубине канала витка шнека в зоне питания 18 мм и ширине гребня витка 15 мм, зубцы одной ступени имеют высоту 18 мм, зубцы другой ступени имеют высоту 27 мм, а ширину равную 5 мм, диаметр полукруглой впадины равен 4,5 мм.
В процессе переработки биологических смесей повышенной твердости, например: виноградная косточка, кореандр, использование в конструкции экструдера, выполненной с витком лопасти зубчатой формы с полукруглой впадиной, обеспечивает качественное смешивание биологического материала за счет увеличения сдвиговых деформаций, а также создания дополнительной разности давления между витком лопасти и корпусом. Эта конструкция обеспечивает увеличение на 42% однородности перемешивания крупных фракций материала повышенной твердости (например: виноградная косточка, кореандр) и увеличение на 10% однородности перемешивания мелких фракций материала повышенной твердости (например: отходы виноградной косточки, отходы кореандра), за счет чего улучшается продвижение биологической смеси в 3,5 раза, а также исключается возможность создания застойных зон материалов, что приводит к улучшению качества продукции в 2 раза.
Использование заявленного экструдера при переработке биологических смесей, позволяет сочетать подготовительные операции (наполнение, смешивание, гранулирование, прессование) и операцию получения новых качественных изделий методом экструзии и соэкструзии.