УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ПРОДУКТОВ ОРГАНИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ И ДРУГИХ МАТЕРИАЛОВ
DEVICE FOR PROCESSING MATERIALS OF ORGANIC PRODUCTS AND OTHER MATERIALS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству для обработки материалов из продуктов органического происхождения и других материалов.
Уровень техники
Многие овощи имеют кожуру, которая не может быть использована в качестве пищи из-за ее трудно перевариваемой сущности. Примерами таких овощей являются тыква и кабачок. Они также имеют центральную часть, содержащую семечки в волокнистом материале. Семечки, кожура и волокна имеют питательную ценность, но в настоящее время их направляют в отходы, поскольку они не поддаются промышленной обработке.
Яблоки и груши имеют кожуру и сердцевину с косточками, которые направляются в отходы, хотя и имеют пищевую ценность. Причина этого также заключается в том, что кожура и сердцевина не могут быть надлежащим образом обработаны в промышленных условиях. Апельсины и грейпфруты являются дополнительными примерами сельскохозяйственных продуктов, имеющих кожуру и семена, которые направляются в отходы, поскольку не могут быть надлежащим образом обработаны в промышленных условиях, даже если они имеют пищевую ценность.
При производстве вина кожуру и косточки винограда направляют в отходы, так как современные методы прессования не позволяют преобразовывать их в такую форму, чтобы они могли быть далее использованы в процессе виноделия.
Помимо очевидного образования отходов из продуктов, имеющих пищевую ценность, существует также проблема утилизации таких отходов. Например, при производстве апельсинового сока необходимо утилизировать многие десятки тысяч тонн кожуры и мякоти. Аналогичным образом, в течение относительно короткого периода сбора винограда приходится иметь дело с огромным количеством кожуры винограда.
В документе WO2012162707 раскрыто устройство, создающее давление в сырье органического происхождения и вызывающее разрыв клеточных стенок. Полученная субстанция имеет пастообразную консистенцию и содержит в доступном виде не только питательные вещества, содержащиеся в тех частях продуктов органического происхождения, которые считаются съедобными, но также и питательные вещества из тех частей продуктов органического происхождения, которые ранее считались непригодными для использования.
Целью настоящего изобретения является создание усовершенствованного устройства для обработки продуктов органического происхождения таким образом, чтобы не допустить образования отходов или по меньшей мере существенно минимизировать отходы и обеспечить большую пищевую ценность сырья органического происхождения.
Предполагается, что предпочтительно обрабатывать целые фрукты или целые овощи, тем не менее, можно удалить те их части, которые по своей сущности съедобны, а обрабатывать только те части, которые в противном случае были бы отправлены в отходы.
В горнодобывающей промышленности минеральная руда измельчается с использованием таких устройств, как шаровые мельницы. Измельченный материал затем обрабатывают, например, кислотой, в процессе, известном как выщелачивание, для отделения минералов от руды. Эффективность процесса выщелачивания зависит от размера частиц измельченной руды. Чем меньше размер частиц, тем эффективнее процесс выщелачивания.
Другой целью настоящего изобретения является создание устройства, уменьшающего размер частиц минералосодержащей руды при подготовке ее к последовательной или параллельной обработке для отделения минерала от породы, в которой он содержится.
Раскрытие изобретения
Согласно одному аспекту настоящего изобретения реализовано устройство для обработки материала из продуктов органического происхождения или другого материала, содержащее проход, имеющий ряд сообщающихся секций, каждая из которых имеет входной конец и выходной конец и расположена под углом к предшествующей секции, отбойную стенку на выходном конце каждой секции и средство для создания давления в материале так, что в процессе обработки материал поступает во входной конец первой секции прохода, выходит из выходного конца первой секции, взаимодействует с отбойной стенкой на выходном конце первой секции, изменяет направление, после чего поступает во вторую секцию.
Предпочтительно секции расположены под прямым углом друг к другу.
Один вариант устройства в соответствии с настоящим изобретением содержит стакан с внутренним ступенчатым отверстием, образующим ориентированные в осевом направлении поверхности, чередующиеся с ориентированными во внутреннем направлении цилиндрическими поверхностями, диаметры которых увеличиваются от одного конца отверстия к другому, и бобину, соответствующую форме этого отверстия и имеющую ориентированные в осевом направлении поверхности, чередующиеся с ориентированными в наружном направлении поверхностями, при этом размеры цилиндрических поверхностей увеличиваются от одного конца бобины к другому и между каждой ориентированной в наружном направлении поверхностью бобины и ориентированной во внутреннем направлении поверхностью стакана имеется кольцевой зазор, расположенный в наружном направлении.
Предпочтительно, чтобы ширина кольцевых зазоров уменьшалась в направлении от концов стакана и бобины меньшего размера к их концам большего размера.
Могут быть предусмотрены такие средства, как пружина, пневматический цилиндр или гидравлический цилиндр для прижимания ориентированных в осевом направлении поверхностей бобины к ориентированным в осевом направлении поверхностям стакана.
Бобина может иметь изолирующий элемент на конце меньшего диаметра, который расположен в выпускном конце прохода, ведущего из камеры, где находится используемый материал под давлением, к выпускному отверстию, которое изолирует этот элемент в одном из своих положений.
Проход может содержать две или более секций, каждая из которых имеет меньшую площадь поперечного сечения, чем предшествующая секция.
Бобина может иметь наклонные канавки на цилиндрической поверхности наибольшего диаметра так, что в процессе обработки материал перемещается в этих канавках, вызывая вращение бобины.
Средство для создания давления в материале может содержать гильзу, поршень в гильзе, средство для обеспечения возвратно-поступательного движения поршня с чередующимися ходами втягивания и ходами нагнетания, при этом во время хода нагнетания материал нагнетается из гильзы в проход через выпускное отверстие.
Предпочтительно впускное отверстие гильзы расположено в боковой стенке гильзы, а выпускное отверстие расположено в концевой стенке гильзы, при этом впускное отверстие находится между выпускным отверстием и поршнем, когда поршень находится в конце хода нагнетания.
Может быть реализован впускной клапан, имеющий открытое положение, при этом органический материал может поступать в гильзу, и закрытое положение, при этом поступление органического материала в гильзу предотвращается, и система управления, удерживающая впускной клапан закрытым до тех пор, пока не начнется ход втягивания поршня.
Средство для обеспечения возвратно-поступательного движения поршня может содержать гидравлический или пневматический цилиндр, в котором имеется приводной поршень, шток поршня, прикрепленный к приводному поршню, проходящий сквозь концевую стенку пневматического или гидравлического цилиндра через отверстие и прикрепленный к поршню в гильзе.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения реализован способ обработки органического материала, включающий в себя нагнетание материала под давлением от 200 до 2000 бар в отверстие так, что скорость на выходе из отверстия составляет от 500 до 6000 км/ч, вызывая перемещение материала из отверстия через проход, содержащий множество секций, каждая из которых имеет входной конец и выходной конец и находится под углом к предшествующей секции так, что материал изменяет направление при перемещении от одной секции к другой, и включающий в себя обеспечение отбойной стенки на выходном конце каждой секции так, что материал на выходе из каждой секции взаимодействует с отбойной стенкой в конце этой секции, изменяет направление и поступает в следующую секцию из этого множества секций.
Предпочтительно давление составляет от 300 до 1600 бар, при этом давление от 350 до 1200 бар обеспечивает получение оптимальных результатов.
Предпочтительно скорость находится в диапазоне от 2000 до 4000 км/ч.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения реализован способ обработки органического материала, включающий в себя нагнетание материала под давлением по меньшей мере 300 бар через отверстие диаметром от 0,05 до 8 мм, вызывающее перемещение материала из отверстия через проход, содержащий множество секций, каждая из которых имеет входной конец и выходной конец и расположена под углом к предшествующей секции так, что материал изменяет направление при перемещении от одной секции к другой, и включающий в себя обеспечение отбойной стенки на выходном конце каждой секции так, что материал на выходе из каждой секции взаимодействует с отбойной стенкой в конце этой секции, изменяет направление и поступает в следующую секцию из этого множества секций.
Предпочтительные диаметры отверстия составляют от 0,1 до 6 мм, а предпочтительное давление составляет от 300 до 1200 бар.
Предпочтительно отверстие имеет две смежные секции, при этом предшествующая секция имеет больший диаметр, чем последующая секция.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения реализован способ обработки неорганического материала, включающий в себя измельчение неорганического материала до пылевидного состояния, диспергирование пылевидного материала в жидкости с образованием суспензии, нагнетание этой суспензии под давлением от 200 до 2000 бар в отверстие так, что скорость на выходе из отверстия составляет от 500 до 6000 км/ч, вызывая перемещение суспензии из отверстия через проход, содержащий множество секций, каждая из которых имеет входной конец и выходной конец и находится под углом к предшествующей секции так, что суспензия изменяет направление при перемещении от одной секции к другой, и включающий в себя обеспечение отбойной стенки на выходном конце каждой секции так, что суспензия на выходе из каждой секции взаимодействует с отбойной стенкой в конце этой секции, изменяет направление и поступает в следующую секцию из этого множества секций.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания настоящего изобретения и для демонстрации его осуществления, в качестве примера, сделана ссылка на приложенные чертежи.
На фиг. 1 представлен осевой разрез устройства, которое в соответствии с настоящим изобретением предназначено для обработки материалов из продуктов органического происхождения и других материалов.
На фиг. 2 представлен осевой разрез в увеличенном масштабе части устройства, показанного на фиг. 1.
На фиг. 3 представлен осевой разрез, дополнительно иллюстрирующий конструкцию впускного клапана.
Осуществление изобретения
Устройство 10, показанное на фиг. 1, содержит гильзу 12, прикрепленную к корпусу 14 устройства. Гильза 12 имеет наружную резьбу, а корпус 14 имеет внутреннюю резьбу, соответствующую внешней резьбе гильзы. Ввиду давления, создаваемого в устройстве, гильза и корпус соединены, например, гайкой и зубчатой пружинной шайбой с внутренним выступом, чтобы предотвратить вращение гильзы. Эти элементы совместно обозначены поз. 16, а паз, по которому скользит выступ пружинной шайбы, имеет обозначение 18. Могут быть использованы любые другие средства, обеспечивающие невозможность смещения корпуса и гильзы друг относительно друга при использовании, например, разъемного зажима.
Гильза изнутри образована цилиндрическим отверстием 24, имеющим постоянный диаметр по всей его длине, за исключением правого конца, как показано на фиг. 1, где оно имеет короткую расширенную часть 26.
Поршень 28 перемещается в отверстии 24. Разнесенные в осевом направлении уплотнительные кольца 30, 32, расположенные в проточках 34, 36, окружают поршень 28. Кольца 30, 32 создают уплотнение между наружной поверхностью поршня 28 и поверхностью отверстия 24.
Приводной шток 38 прикреплен болтом 40 к поршню 28. Приводной шток является штоком гидравлического цилиндра (не показан), который обеспечивает возвратно-поступательное движение поршня 28 в отверстии 24, как описано ниже.
Корпус 14 содержит камеру 42 давления, соосную с отверстием 24 гильзы 12 и образующую его продолжение. Диаметр камеры равен максимальному диаметру расширенной части 26.
В камере 42 имеется впускное отверстие 44. Конструкция клапана, управляющего потоком материала, подлежащего обработке, из впускной трубы (не показана) в камеру 42 описана ниже со ссылкой на фиг. 3.
Блок 46 прикреплен к корпусу 14 расположенными по окружности болтами (не показаны). Блок 46 содержит канал 48, один конец которого сообщается с камерой 42.
На поверхности блока 46, удаленной от камеры 42, сформировано круглое углубление 50 и канал 48 сообщается с этим углублением.
Вкладыш 52 (в частности, см. фиг. 2), содержащий цилиндрический корпус 54 и фланец 56, удерживается на месте круглым фиксатором 58. Фиксатор 58 имеет расположенное по центру ступенчатое отверстие 60, форма которого соответствует форме вкладыша 52. Корпус 54 вкладыша 52 выступает из углубления 50 и расположен в отверстии 62 выпускной конструкции, в целом обозначенной 64. Вкладыш 52 содержит проходящий сквозь него в осевом направлении и соосный ему канал 66, диаметр которого меньше диаметра канала 48.
Выпускная конструкция 64 содержит блок 68, в котором выполнено отверстие 62. Внутри блока 68 имеется цилиндрическая центральная полость 70, сообщающаяся с отверстием 62. Отверстие 62 и полость 70 расположены соосно и имеется стенка 72, формирующая один конец полости 70. Отверстие 62 проходит сквозь стенку 72.
В полости 70 находится стакан 74 из твердого износостойкого материала, при этом один конец стакана 74 примыкает к стенке 72.
Внутренность стакана 74 имеет ступенчатую форму, образующую ряд из трех круглых поверхностей 76, обращенных от стенки 72, и чередующихся с поверхностями 76 четырех цилиндрических поверхностей 78, диаметр которых увеличивается слева направо.
В стакане 74 расположена свободно вращающаяся бобина 80 из твердого износостойкого материала. Бобина имеет ступенчатую форму, соответствующую форме стакана 74. В одном рабочем состоянии три круглые поверхности бобины 80 прижаты к соответствующим поверхностям 76 стакана 74. Четыре внешние цилиндрические поверхности бобины расположены радиально во внутреннем направлении от поверхностей 78. Таким образом, бобина имеет четыре части, диаметр которых увеличивается слева направо, как показано на фиг. 2.
Часть бобины 80 наименьшего диаметра выступает влево в виде конуса 82, форма вершины которого соответствует форме конца канала 66.
Часть бобины наибольшего диаметра имеет на поверхности наклонные канавки 84. Их функция описана ниже. Часть бобины большего диаметра выступает вправо, как показано на фиг. 2, в виде цилиндра 86, имеющего куполообразный свободный конец.
Каждая часть бобины 80 имеет меньший диаметр, чем часть стакана 74, в которую она входит. Следовательно, между каждой частью бобины и цилиндрической поверхностью стакана имеется кольцевой зазор, расположенный радиально в наружном направлении от этой части. Ширина кольцевых зазоров уменьшается слева направо, как показано на чертеже. Таким образом, зазор между частью бобины наименьшего диаметра и цилиндрической поверхностью, расположенной радиально в наружном направлении от нее, больше, чем зазор между следующей частью и поверхностью, расположенной радиально в наружном направлении от нее, и так далее.
Стакан 74 удерживается на месте трубой 88, а труба 88 удерживается на месте с помощью концевой пластины 90, прикрепленной болтами (не показаны) к блоку 68. Одно из углублений для головки болта обозначено поз. 92.
Подпружиненный шток 94 проходит сквозь концевую пластину 90 и входит в полость 70. Конец штока 94, находящийся в полости, заужен и на нем нарезана резьба, а цилиндрический корпус 96 подшипника навинчен на конец штока. Упорный подшипник 98 расположен в корпусе 96 на конце резьбовой части, в которую ввинчен шток 94. Правая дорожка качения подшипника зафиксирована, а левая дорожка качения свободно вращается. Купол цилиндрической части 86 вкладыша 52 находится в контакте с вращающейся дорожкой качения упорного подшипника 98. Пружина, нагружающая шток 94, может быть заменена пневматическим или гидравлическим цилиндром.
На штоке 94 установлен стопор (не показан), взаимодействующий с неподвижным упором для ограничения перемещения штока вправо. Шток 94 может перемещаться только на расстояние, достаточное для того, чтобы открыть выход из канала 66 и отделить ориентированные в осевом направлении поверхности части бобины 80 от поверхностей 76 стакана 74.
Должно быть понятно, что полость 70 образует кольцевую выпускную камеру между трубой 88, с одной стороны, и штоком 94 с частями, прикрепленными к нему, с другой. Выпускное отверстие 100 блока 68 сообщается с полостью 70.
Несмотря на то, что в предпочтительном варианте изобретения стакан 74 и бобина 80 являются цилиндрическими, можно использовать и другие формы. Например, их части могут быть квадратными или треугольными.
Конструкция шарового клапана, расположенного между впускным отверстием 44 и источником обрабатываемого органического материала предусматривает наличие открытого и закрытого положения клапана. Когда клапан открыт, частицы нарезанного органического материала закачиваются в камеру давления. По истечении определенного времени клапан закрывается, прекращая подачу органического материала в камеру 42 давления.
Поршень 28 на фиг. 3 показан в полностью втянутом положении. Клапан находится в открытом положении и в это время обрабатываемый органический материал закачивается в камеру 42 давления. В каналах 48, 66 отсутствует давление, и, следовательно, пружина или цилиндр под давлением, воздействующий на шток 94, вдавливает вершину конуса 82 в выходной конец канала 66.
Когда камера 42 давления заполнена, клапан переходит в закрытое положение и поршень 28 начинает перемещаться вправо и давление в камере 42 постоянно увеличивается. Движение поршня 28 вправо ограничено так, что правое уплотнительное кольцо 30 всегда находится слева от расширяющейся части 26 (как показано на фиг. 1).
Давление в камере 42 вызывает перемещение продукта органического происхождения по каналам 48, 66 к конусу 82, который на этом этапе закрывает выходной конец канала 66. В выходном конце канала 66 создается давление до тех пор, пока оно не преодолеет закрывающее усилие, создаваемое пружиной или цилиндром. Затем бобина 80 перемещается вправо, открывая выходной конец канала 66 и отделяя круглые поверхности бобины от тех поверхностей стакана 74, к которым они были прижаты пружиной.
Органический материал поступает из канала 48 в более узкий канал 66 с соразмерным увеличением скорости его перемещения. Эта скорость может составлять от 500 до 6000 км/ч, предпочтительно от 2000 до 4000 км/ч. Материал под высоким давлением и с высокой скоростью распределяется конусом 82 так, что он перемещается радиально во все стороны в наружном направлении в кольцевой зазор между частью бобины 80 наименьшего диаметра и ориентированной во внутреннем направлении поверхностью стакана 74 также наименьшего диаметра. Этот зазор образует входной конец первой секции. Материал взаимодействует с круглой отбойной поверхностью, расположенной между частью бобины наименьшего размера и смежной с ней частью бобины и, следовательно, находится на выходном конце первой секции. Затем материал снова перемещается в наружном направлении, взаимодействуя с поверхностью стакана 74, окружающей часть бобины со следующим наименьшим диаметром. Материал несколько раз взаимодействует с поверхностями бобины и стакана при перемещении из секции в секцию, пока не попадет в выпускную камеру, образованную полостью 70. Из этой камеры он выходит через выпускное отверстие 100.
Как только поршень 28 достиг конца своего хода, дальнейшее повышение давления становится невозможным и поршень втягивается (влево, как показано на фиг. 1). Только после того, как поршень начал втягиваться и давление в камере 42 давления снизилось, шар клапана во впускном отверстии поворачивается, открывая впуск и давая возможность следующей порции органического материала попасть в камеру давления.
Обрабатываемый материал, перемещающийся по канавкам 84, вызывает вращение бобины 80 со скоростью в несколько оборотов в минуту (например, 2 или 3 об/мин). Экспериментальная работа показала, что это позволяет избежать неравномерного износа бобины.
Параметры давления, расхода и размеров.
Максимальное давление в камере давления от 200 до 2000 бар, предпочтительно от 300 до 1600 бар, более предпочтительно от 350 до 1200 бар.
Диаметр канала 66 составляет от 0,05 до 8 мм, предпочтительно от 0,1 до 6 мм.
Кольцевые зазоры между бобиной 80 и стаканом 74 составляют 100 мкм, 100 мкм, 75 мкм, 50 мкм, 25 мкм.
Максимальное перемещение бобины составляет 100 мкм.
Соответствующий выбор указанных параметров позволяет обрабатывать органический материал с вязкостью до 250000 сантипуаз.
При обработке металлосодержащих руд сначала дробят руду, а затем измельчают ее до пылевидного состояния в шаровой мельнице или в другом подобном оборудовании. Частицы диспергируют в инертной жидкости, такой как вода, с образованием суспензии, которую затем пропускают через устройство, как описано выше. Также возможно диспергировать частицы в выщелачивающей кислоте так, чтобы процесс экстракции происходил одновременно с уменьшением размера частиц.