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 конструкция шнека в зоне дозирования, путем увеличения однородности перемешивания крупных и мелких фракций материала, при этом улучшается продвижение биологической смеси, а также исключается возможность создания застойных зон материалов, что улучшает качество продукции.
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 с одноступенчатым выступом с полукруглой впадиной на боковой поверхности шнека в смешивающей секции, выступ имеет высоту и ширину, равную высоте гребня витка, впадина имеет диаметр, равный поливине высоты гребня витка. При меньшей высоте и ширине одноступенчатого выступа не обеспечивается равномерное перемешивание крупных фракций биологических материалов, а при большей высоте и ширине одноступенчатого выступа не обеспечивается равномерное перемешивание мелких фракций материала, а также возможно создание застойных зон материала, что может привести к его деструкции. При переходе из барьерной секции 7, которая обеспечивает повышение давления, и секции декомпрессии 8 происходит уменьшение давления, что способствует эффективному удалению легколетучих соединений. Использование одноступенчатого выступа с полукруглой впадиной на боковой поверхности шнека обеспечивает качественное смешивание биологической смеси за счет создания дополнительной разности давления между выступом и корпусом. При меньшем диаметре полукруглой впадины на выступе не обеспечивается равномерное перемешивание биологического материала, а при большем диаметре на боковой поверхности шнека возможно создание критических скоростей и деформаций сдвига материала, что может привести к его разрушению.
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 одноступенчатым выступом с полукруглой впадиной на боковой поверхности шнека,
выступ имеет высоту и ширину, равную высоте гребня витка,
впадина имеет диаметр, равный поливине высоты гребня 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 одноступенчатым выступом с полукруглой впадиной на боковой поверхности шнека.
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 одноступенчатым выступом с полукруглой впадиной на боковой поверхности шнека. На (фиг. 2) представлена смешивающая секция 10 с одноступенчатым выступом 11 на боковой поверхности шнека, размещенные под углом 90° к витку 13 на поверхности шнека 3,содержащем полукруглую впадину 12, при этом смесь биологических материалов переходит из входного канала с низкими сдвиговыми деформациями 14 между корпусом и внутренней частью выступа 11 по ходу вращения шнека, в выходной канал с высокими сдвиговыми деформациями 15 между корпусом и наружной частью выступа 11 по ходу вращения шнека, через зазор между максимально высокой частью выступа 11 и корпусом 16. Отверстие 17 выполнено 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 подаются отдельными дозаторами в захватное 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 и в барьерной секции 7 происходит создание давления, и продвижение биологической смеси в цилиндрической секции  8 зоны и сжатия 5, коническая секция 9 зоны дозирования 6 определяют величину и стабильность давления и производительности, которые развивает экструдер, смешивающая секция 10 зоны дозирования 6 с одноступенчатым выступом с полукруглой впадиной на боковой поверхности шнека обеспечивает равномерное смешивание компонентов.
Пример выполнения размеров гребня витка и одноступенчатым выступом с полукруглой впадиной. При высоте гребня витка шнека в зоне питания 6 мм, одноступенчатый выступ имеет высоту и ширину 6 мм, полукруглая впадина на выступе имеет диаметр 3 мм. Конструктивные размеры шнека будут измеряться цифровым штангенциркулем с точностью измерения 0,01 мм.
Пример реализации устройства.
В процессе переработки биологических смесей на основе метода экструзионного выдавливания использование в конструкции экструдера одноступенчатого выступа с полукруглой впадиной на боковой поверхности шнека обеспечивает качественное смешивание биологического материала за счет увеличения сдвиговых деформаций, а также создания дополнительной разности давления между одноступенчатым выступом и корпусом. Эта конструкция обеспечивает увеличение на 50% однородности перемешивания крупных фракций материала и увеличение на 10% однородности перемешивания мелких фракций материала по отношению к известным, за счет чего улучшается продвижение биологической смеси в 3,5 раза, а также исключается возможность создания застойных зон материалов, что приводит к ухудшению качества продукции в 3 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.