ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬ-ЭКСТРАКТОР ДЛЯ РАЗМОЛА МАТЕРИАЛА
GRINDER-EXTRACTOR

Изобретение относится к устройствам для размола частиц средней и малой твердости твердой фазы суспензий, приготовления эмульсий и осуществления экстрагирования веществ и может быть использовано в пищевой, химической и сельскохозяйственной промышленности.
Известен патент на п.м. №8973, М. кл. D21D 1/22, В02С 23/00, 1997 г.) «Коническая мельница для размола материала», содержащая корпус, соосно установленные в нем ротор и статор, состоящие из набора пластин, имеющие размалывающую поверхность, выполненную в виде ножей и канавок между ними, имеющие постоянное живое сечение, при этом канавки на поверхности ротора и статора образуют зигзагообразную линию, при этом канавки между ножами на пластинах ротора и статора выполнены наклонно по отношению к оси мельницы, проходное сечение канавок уменьшается от первого до последнего ряда пластин, наклон канавок на каждой последующей пластине противоположен предыдущей, а также противоположны на пластинах одного уровня ротора и статора, на валу ротора со стороны меньшего основания установлен диск со штырями на концентрических окружностях и имеется аналогичный диск статора и подающая гайка с радиальными канавками.
Однако при измельчении в мельнице такой конструкции наблюдается попадание измельчаемого материала и засорение в зазорах между валом диспергатора и его корпусом, что приводит к быстрому износу уплотняющих устройств и сказывается на эффективности измельчения в целом.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является патент на п.м. №16153, 6 МКИ D21D 1/22, В02С 23/00, 1999 г.) «Коническая мельница для размола материала», содержащая корпус, соосно установленные в нем ротор и статор, состоящие из набора пластин, имеющие размалывающую поверхность, выполненную в виде ножей и канавок между ними, имеющие постоянное живое сечение, при этом канавки на поверхности ротора и статора образуют зигзагообразную линию, при этом канавки между ножами на пластинах ротора и статора выполнены наклонно по отношению к оси мельницы, проходное сечение канавок уменьшается от первого до последнего ряда пластин, наклон канавок на каждой последующей пластине противоположен предыдущей, а также противоположны на пластинах одного уровня ротора и статора, на валу ротора со стороны меньшего основания установлен диск со штырями на концентрических окружностях и имеется аналогичный диск статора и подающая гайка с радиальными канавками между пластинами с канавками и пластинами без них шириной от 1/6 до 1/8 ширины предыдущей пластины, причем ширина каждой пары пластин ротора с канавками и без перекрывает половину ширины противоположной пары пластин статора и наоборот.
Однако при измельчении в мельнице такой конструкции наблюдается попадание измельчаемого материала и засорение в зазорах между валом диспергатора и его корпусом и попадание материала в зону подшипников, что приводит к быстрому износу уплотняющих устройств и к снижению эффективности измельчения, а также функциональные возможности измельчителя ограничены за счет того, что при проведении процессов с биологическими материалами происходит закисание и порча материала в зонах, не доступных для мойки, что также сказывается на качестве готовой продукции и эффективности измельчения в целом как твердого материала, так и эмульгирование жидкостей и процессов экстрагирования.
Решаемой задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности измельчителя-экстрактора и расширение функциональных возможностей путем осуществления качественного мокрого измельчения твердого материала, эмульгирования жидкостей и проведения процессов экстрагирования.
Поставленная задача достигается тем, что в измельчителе-экстракторе, содержащем корпус, соосно установленные в нем статор и ротор, состоящий из набора дисков в виде усеченных конусов, имеющих размалывающую поверхность, выполненную в виде ножей и канавок между ними, на валу ротора со стороны меньшего основания установлена подающая гайка и диск со штырями на концентрических рядах, а также аналогично устроенный диск статора под входным патрубком, канавки на поверхности дисков ротора и статора выполнены с возможностью образования зигзагообразной линии, а канавки между ножами на дисках ротора и статора выполнены наклонно по отношению к оси экстрактора, наклон канавок на каждом последующем диске противоположен предыдущему, статор и ротор установлены с зазором, обеспечивающим заданную степень диспергирования перемещением статора относительно корпуса измельчителя по направляющим болтам и закреплены ими, при этом введена отгонная резьба и букса противодавления для подачи жидкости, причем на валу измельчителя перед уплотняющим узлом выполнена отгонная резьба и в корпусе установлена букса противодавления жидкости для промывки корпуса от засорения и скисания измельчаемого материала, приводимого к износу измельчителя.
Такое конструктивное выполнение измельчителя-экстрактора способствует измельчению твердой фазы суспензии, эмульгированию жидкостей и проведению процессов экстракции первоначально многократным соударением со штырями дисков ротора и статора, затем резанием ножами, касательными напряжениями в зазоре ротора и статора и кавитацией в жидкости, что позволяет достичь устойчивой работы измельчителя-экстрактора с получением высокой степени измельчения, приготовления стабильных эмульсий из материалов с различными физико-механическими свойствами, а также экстрагирования полезных веществ из диспергируемых материалов.
Для предотвращения попадания диспергируемого материла в зону уплотнений вала, подшипникового узла и отложений в недоступных местах на валу имеется отгонная резьба, откидывающая материал обратно в зону измельчения, и имеется букса противодавления, в которую подается жидкость, вымывающая материал от зоны уплотнения и недоступных мест.
Для пояснения сущности рассмотрим чертежи. На фиг.1 представлен продольный разрез предлагаемого измельчителя-экстрактора, где
1 - корпус измельчителя
2 - ротор
3 - статор
4 - диски ротора в виде усеченного конуса
5 - диски статора
6 - ножи дисков ротора и статора
7 - канавки
8 - диск
9 - штыри в виде концентрических рядов
10 - подающая гайка
11 - кольцевой диск со штырями
12 - ряды штырей
13 - входной партрубок
14 - выходной патрубок
15 - колесо ротора с лопатками
16 - направляющие болты
17 - букса противодавления жидкости
18 - патрубок
19 - отгонная резьба
20 - уплотняющий узел
21 - подшипники
22 - зазор
Измельчитель-экстрактор состоит из корпуса 1 и соосно установленных в нем ротора 2 и статора 3. Ротор выполнен в виде усеченного конуса дисков 4. Статор 3 также состоит из набора дисков 5. Диски 4 ротора 2 и 5 статора 3 имеют на рабочей поверхности ножи 6 и канавки между ними 7. Канавки 7 выполнены наклонно по отношению к оси измельчителя и на каждом последующем диске 4 ротора 2 и 5 статора 3 наклонены в противоположную сторону по отношению к предыдущему диску. Такое расположение канавок 7 обуславливает то, что канавки на поверхности ротора 2 и статора 3 образуют зигзагообразную линию. Ширина канавок 7 дисков 4 и 5 уменьшается от первого ряда дисков до последнего.
На валу ротора со стороны меньшего основания установлены диск 8 со штырями 9, расположенными концентрическими рядами, и подающая гайка 10, статор под входным патрубком снабжен кольцевым диском 11 со штырями 12, установленными на его поверхности концентрическими кругами, причем ряды штырей 12 на статоре установлены между концентрическими рядами диска 8 ротора. Измельчитель-экстрактор снабжен входным 13 и выходным 14 патрубками. Со стороны большего основания ротора расположено колесо ротора 15 с лопатками, отбрасывающее измельченный материал в выходной патрубок. Статор 3 имеет возможность перемещаться в корпусе измельчителя-экстрактора 1 в продольном направлении измельчителя, изменяя зазор 22 между измельчающей гарнитурой измельчителя, по направляющим болтам 16, которые позволяют регулировать его в зависимости от свойств диспергируемых материалов и степени износа ножей дисков ротора и статора.
На валу измельчителя-экстрактора перед зоной уплотнения 20 и подшипников 21 имеется отгонная резьба 19 и букса противодавления 17, в которую подается жидкость через патрубок 18.
Измельчитель-экстрактор работает следующим образом: перерабатываемая суспензия с твердой фазой или грубая смесь жидкостей поступает через входной патрубок 13 в рабочую полость измельчителя, где благодаря подающей гайке 10 меняет свое направление и отбрасываются штыри 9 и 12 дисков ротора 8 и статора 11, при этом диспергируется при многократном соударении с ними, далее диспергируемый материал захватывается канавками 7 первого диска 4 ротора 2 и попадает в зазор между рабочими поверхностями ротора 2 и статора 3. За счет центробежного эффекта диспергируемые фазы отбрасываются из канавок 7 ротора 2 в канавки статора 3, при этом пересекают режущие кромки ножей 6 ротора и статора, где диспергируются резанием и разрывающими касательными напряжениями в зазоре. При подходе суспензии или эмульсии к концу диска 5.происходит уменьшение живого сечения потока из-за изменения размеров канавок последующих дисков, и материал переходит в канавки 7 ротора 2 следующего ряда дисков 4. Во время перехода опять осуществляется процесс резания. Далее цикл повторяется на последующих рядах дисков до выхода суспензии или эмульсии из измельчителя. Канавки 7 дисков 4 и 5 имеют зигзагообразный вид, благодаря этому увеличивается длина режущей кромки и время нахождения материала в зоне диспергирования.
Конструктивное выполнение ротора 2 и статора 3 с зигзагообразной поверхностью канавок создает при работе периодически возникающие области повышенного и пониженного давления, что приводит к возникновению в суспензии кавитации. Поэтому, кроме резания и измельчения касательными напряжениями, диспергирование материала осуществляется также кавитацией. Области перепадов давления образуются во время перекрытия проходного сечения перехода из канавок 7 статора 3 в канавки 7 ротора 2 или в обратном направлении соответствующими ножами при вращении ротора 2. В области пониженного давления происходит разрыв сплошности жидкости с образованием множества кавитационных пузырьков. При схлопывании этих пузырьков в области повышенного давления образуется местный скачок давления, разрушающий твердую фазу суспензии или приготовление эмульсий, а также способствует ускорению проведения процессов экстрагирования.
В процессе диспергирования происходит износ измельчающей гарнитуры измельчителя-эмульгатора, что приводит к увеличению величины зазора между ротором и статором. Увеличенный зазор приводит к уменьшению эффективности диспергирования материала за счет проскока материала сквозь измельчитель без воздействия резанием, уменьшение величины касательных напряжений, а также интенсивности кавитационного воздействия. При получении экстракта трав увеличение зазора между гарнитурой ротора и статора с 0,05 до 0,5 мм приводит к снижению величины сухого экстракта в растворе с 4 до 0,5%.
Для предотвращения попадания измельчаемого материала в зону уплотнения 20 и подшипникового узла 21, приводящего к быстрому их выходу из строя, отгонная резьба вала 19 отбрасывает его обратно в зону измельчения, одновременно в зону вала между зоной уплотнения и измельчения, через патрубок 18 подается жидкость к буксе противодавления 17, которая вытесняет диспергируемый материал обратно в зону измельчения и не дает ему скопиться в труднодоступных местах измельчителя-экстрактора. Отсутствие скопления биологического материала в этих местах препятствует его закисанию и порче и способствует получению готовой продукции высокого качества и устойчивой работе измельчителя-эмульгатора
Технико-экономические преимущества
По сравнению с известными аналогами в предложенной конструкции измельчителя достигается устойчивая работа измельчителя-экстрактора с получением высокой степени измельчения, приготовление стабильных эмульсий из материалов с различными физико-механическими свойствами, экстрагирование полезных веществ из диспергируемых материалов, а также предотвращается попадание материла в зону уплотнений вала, подшипникового узла и отложения его в недоступных местах, что в целом ведет к повышению эффективности измельчителя-экстрактора и расширению функциональных возможностей его.