УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ И ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ПРОДУКТОВ

Полезная модель относится к устройствам для измельчения и перемешивания продуктов в пищевых и сельскохозяйственных производствах, и может быть использована в различных отраслях, например, для измельчения комбикормов в сельском хозяйстве.
Известно электромеханическое устройство для обработки (измельчения и перемешивания) шоколадных масс, включающее вертикальную цилиндрическую емкость, стенки которой образованы из нескольких элементов составляющих постоянный электромагнит, ротор, расположенные внутри емкости измельчающие ферромагнитные элементы в форме шариков, загрузочный и разгрузочные патрубки, при этом в средней части емкости установлена, разделяющая ее на две ступени, решетка из неферромагнитного материала, на роторе установлены прямоугольные лопасти для дополнительной обработки массы, причем лопасть в нижней части емкости перпендикулярна лопасти в верхней части, а измельчающие ферромагнитные элементы выполнены в форме шариков в верхней части емкости большего диаметра, чем в нижней [1].
Недостатком указанного устройства является его низкая производительность, вызванная отсутствием дополнительных обмоток на роторе устройства, что при повышении частоты вращения ротора, нарушает его связь с ферромагнитными элементами, относит их за счет центробежной силы к стенкам емкости, приводит к его размагничиванию, и прекращению создания новых структурных построений, также к недостаткам можно отнести высокую кислотность получаемого продукта, обусловленную окислительными реакциями в процессе обработки, вызванными его активным взаимодействием с окружающим воздухом и низкие дисперсность и гранулометрический состав, обусловленные отсутствием в указанном устройстве возможности регулирования времени обработки продукта.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве
прототипа, является устройство для перемешивания и измельчения какао-продуктов, содержащее вертикальную цилиндрическую емкость, стенки которой образованы из нескольких элементов, составляющих постоянный электромагнит, цилиндрический ротор с установленными на нем лопастями, расположенные внутри емкости ферромагнитные измельчающие элементы в виде правильных призм удлиненной формы, при этом емкость имеет на наружной боковой поверхности в средней ее части по крайней мере один паз, в котором размещена токовая обмотка управления, подключенная к источнику постоянного тока с переменной полярностью и скважностью, а лопасти, выполнены из ферроэласта в форме колец и неподвижно закреплены на роторе со стороны их внутренней поверхности со смещением по вертикали емкости друг относительно друга на 90°, стенка емкости жестко закреплена на стойке. Загрузка и выгрузка шоколадной массы осуществляется через загрузочный и разгрузочный патрубки, выполненные соответственно в верхнем и нижнем основаниях емкости [2].
Недостатком указанного устройства также является его невысокая производительность, окисление продукта воздухом при его переработке, неоднородность гранулометрического состава, вызванная применением, в процессе обработки измельчающих ферромагнитных элементов в виде правильных призм, форма которых, позволяя увеличить предельную величину дисперсности отдельных частиц, в целом приводит к увеличению разброса размеров частиц и в сторону уменьшения, и в сторону увеличения размера, и также к недостаткам относится намол ферромагнитных примесей, связанный с неравномерным распределением нагрузки в измельчающих элементах.
Цель полезной модели повысить производительность устройства, выровнять гранулометрический состав и улучшить качество продукта, снизить степень намола рабочих органов устройства и получить продукт с высокой дисперсностью.
Поставленная цель достигается за счет того, что устройство для перемешивания и измельчения продуктов, содержащее цилиндрическую емкость с загрузочным патрубком в верхнем основании, установленный по ее оси цилиндрический ротор, расположенные внутри емкости ферромагнитные
измельчающие элементы, разгрузочный патрубок, при этом на наружной боковой поверхности емкости выполнен, по крайней мере один паз, в котором, размещена токовая обмотка управления, подключенная к источнику постоянного тока с переменной полярностью и скважностью, а стенки емкости образованы из нескольких элементов, составляющих постоянный электромагнит, согласно изобретению, дополнительно содержит шнековый транспортер-измельчитель, соединенный герметично с бункером для подачи продукта и загрузочным патрубком цилиндрической емкости, а так же фильтрующее устройство, соединенное герметично с разгрузочным патрубком цилиндрической емкости, бункером разгрузки готового продукта и через компрессор с мембранным модулем, баллоном для хранения сжиженного азота, который в свою очередь соединен со шнековым транспортером-измельчителем, цилиндрическая емкость установлена с наклоном, на наружной боковой поверхности цилиндрического ротора выполнен по крайней мере один паз, в котором размещены дополнительные токовые обмотки управления, измельчающие ферромагнитные элементы выполнены в виде сфер, а разгрузочный патрубок размещен на наружной боковой поверхности емкости у ее нижнего основания, при этом шнековый транспортер-измельчитель установлен с углом наклона не менее угла наклона цилиндрической емкости, фильтрующее устройство выполнено в виде расположенных с зазором фильтрующего рукава и окружающего его корпуса.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется на фиг.1, где схематично изображено устройство для перемешивания и измельчения продуктов и фиг.2, где показана частица продукта расположенная на внутренней поверхности корпуса цилиндрической емкости и действующие на нее силы.
Устройство для перемешивания и измельчения продуктов содержит, установленную под углом к горизонтали, цилиндрическую емкость 1, с загрузочным и разгрузочным патрубками, соответственно 2 и 3, расположенные на цилиндрической емкости 1, в пазах 4, токовые обмотки управления 5, цилиндрический ротор 6, с размещенными в его пазах 7, дополнительными обмотками управления 8. Цилиндрическая емкость 1 заполнена измельчающими, в виде сфер, ферромагнитными элементами 9. К цилиндрическому корпусу
емкости 1, посредством загрузочного патрубка 2, герметично присоединен корпус шнекового транспортера-измельчителя 10, со шнеком 11. К загрузочному патрубку 12 шнекового транспортера-измельчителя 10, присоединен загрузочный бункер 13 для исходного сырья. К разгрузочному патрубку 3 цилиндрической емкости 1 герметично присоединен цилиндрический корпус фильтрующего устройства 14, с размещенным в нем, с зазором, фильтрующим рукавом 15. К нижней части корпуса 14 герметично присоединен бункер для готового продукта 16, в который заведен нижний конец фильтрующего рукава 15. На боковой поверхности корпуса фильтрующего устройства 14 выполнено отверстие, в которое установлен отводящий штуцер 17. К отводящему штуцеру 17, посредством трубопровода подсоединен компрессор 18, в свою очередь соединенный трубопроводом с мембранным модулем 19. В мембранном модуле 19 выполнены два открытых патрубка для выпуска ненужных компонентов 20 и отводной трубопровод до баллона хранения сжиженного азота 21. От баллона 21 отходит трубопровод присоединенный к штуцеру 22 корпуса шнекового транспортера-измельчителя 10.
Устройство работает следующим образом: продукт непрерывным потоком подается в приемный бункер 13, откуда через загрузочный патрубок 12, попадает в корпус шнекового транспортера-измельчителя 10. В корпусе 10 продукт, предварительно, измельчается и перемещается шнеком 11 в сторону загрузочного патрубка 2, цилиндрической емкости 1, причем использование шнека обеспечивает равномерную загрузку цилиндрической емкости 1, а подача через штуцер 22 в корпус шнекового транспортера-измельчителя 10 сжиженного азота обеспечивает равномерное охлаждение, повышение хрупкости продукта и инертную атмосферу, которые обеспечивается превращением жидкого азота в пар и охлаждением продукта до минусовых температур, использование герметичного соединения загрузочного патрубка 2 с корпусом 10 предотвращает окисление продукта наружным воздухом. Причем частицы продукта, измельченные в инертной среде, которая препятствует окислению продукта, получаются с более высоким качеством (технология продуктов детского питания и лекарственных препаратов). Хрупкие, от воздействия минусовых температур,
тр
m
частицы сырья оказавшись в расположенном под углом к горизонтали цилиндрическом корпусе емкости 1, по мере поступления нового продукта и силы тяжести перемещается в зону работы измельчающих феромагнитных элементов 9, подвергаясь интенсивной обработке с их стороны, причем примененная сферическая форма измельчающих феромагнитных элементов обеспечивает наилучшее распределение контурных давлений при ударных нагрузках между элементами, что значительно сокращает вредную в пищевом и сельскохозяйственном производстве величину намола рабочих органов и увеличивает срок их службы. Далее подается питание на токовые обмотки управления 5 и дополнительные обмотки управления 8, обеспечивающие наиболее полное взаимодействие ротора и измельчающих элементов, что превращает ферромагнитную цилиндрическую стенку корпуса 1 и ротор 6 в постоянные электромагниты, между которыми образуются напряженные силовые линии. Прямолинейно силовым линиям стремятся выстроиться намагниченные, измельчающие ферромагнитные элементы 9, вместе образующие структурные построения в виде цепочек. Построившись в виде многочисленных цепочек измельчающих ферромагнитных элементов 9 и заполнив вдоль силовых линий поперечное сечение цилиндрического корпуса 1, цепочки недолго сохраняют свое положение. Вращение ротора 6 вызывает их растяжение и постоянное перестроение, вызывая множество сдвиговых и ударных нагрузок приложенных к находящимся в тех же точках частицам сырья. Частицы измельченного продукта, подталкиваемые вновь поступающим продуктом, приводятся в движение непрерывным воздействием измельчающих ферромагнитных элементов. Частицы, обладая начальной скоростью, получают в наклонном корпусе цилиндрической емкости 1 дополнительное ускорение, сущность которого поясняется на фиг.2. На частицу продукта на наклонной плоскости действуют следующие силы: F.- сила трения (учитывается сила трения между частицами, с поверхностью, и измельчающими ферромагнитными элементами), N - сила реакции опоры и F - сила тяжести. Совокупное действие прилагаемых сил образует результирующую силу, направленную вдоль оси корпуса емкости 1. Результирующая сила, выраженная через α - (ускорение)
будет зависеть от угла наклона корпуса емкости 1 и силы трения (принятой для начальной скорости продукта, на выходе его из шнекового транспортера-измельчителя). В случае положительного значения результирующей силы, скорость будет возрастать вместе с ростом сопротивления. В определенный момент скорость установится и продукт будет равномерно перемещаться к разгрузочному патрубку без дополнительных воздействий. При нулевом ускорении продукта, скорость его частиц, вдоль оси корпуса рабочей камеры, можно принять равной его скорости на выходе из шнекового транспортера-измельчителя. Измельченный продукт, переместившийся к разгрузочному патрубку 3 и герметично с ним соединенному корпусу 14 фильтрующей системы, попадает внутрь фильтрующего рукава 15, расположенного в них с зазором, откуда далее в бункер для готового продукта 16. Пары азоты, легко проникая через ткань фильтрующего рукава отсасываются компрессором 18 и, очищаясь в мембранном модуле 19 от посторонних примесей, вновь сжижаются в баллоне для хранения сжиженного азота 21, откуда в виде жидкости повторно поступают в корпус шнекового транспортера-измельчителя 10, что обеспечивает экономию по производимому азоту.
Величина индукции в корпусе цилиндрической емкости 1, имеющая линейную зависимость (до достижения состояния насыщения ферромагнитных материалов устройства) от величины тока в токовых обмотках управления 5 и дополнительных токовых обмотках управления 8, определяет степень усилий, с которыми измельчающие элементы 9 взаимодействуют между собой, поверхностью корпуса цилиндрической емкости 1 и поверхностью ротора 6, а, следовательно, и степень воздействия на обрабатываемый продукт.
Величина индукции и частота вращения ротора являются определяющими факторами интенсивности и эффективности проведения процессов измельчения и перемешивания продуктов в данном устройстве. Регулирование величины индукции в корпусе цилиндрической емкости 1 осуществляется просто и надежно путем регулирования тока в токовых обмотках управления 5 и дополнительных токовых обмотках управления 8. Регулирование величины индукции и частоты вращения ротора легко подлежит автоматизации, а это в
свою очередь, позволяет подчинить работу устройства техническим требованиям обработки продукта.
Технико-экономическая эффективность предложенного устройства заключается в том, что оно обеспечивает низкий разброс дисперсности готового измельченного продукта, взятого на выходе из измельчителя. Продукт, поступающий на дальнейшее производство, будет обладать более стабильной дисперсностью и однородностью, отсутствием окислительных реакций в продукте и низкой величиной намола рабочих органов, что повышает качество готового изделия.
Устройство позволяет автоматически поддерживать заданную дисперсность продукта при заданной производительности.
Литература
1. А.с. СССР №1729383 "Электромеханическое устройство для обработки шоколадных масс", опубл. 30.04.92, Бюл. №16
2. Свидетельство на полезную модель №653, Россия "Устройство для перемешивания и измельчения какао-продуктов", опубл. 16.08.1995.