Комбинированный пресс-гранулятор для удаления жидкой фазы - воды из свекловичного жома
COMBINED GRANULATOR PRESS FOR REMOVING THE LIQUID PHASE - WATER FROM BEET PULP

Изобретение относится к оборудованию для прессования высоковлажных материалов (свекловичного жома), в частности, к пресс-грануляторам, используемым в сахарной промышленности, или для производства гранулированных комбикормов в комбикормовой промышленности.
Известен шнековый пресс (Патент РФ № 2720942. В02В 9/12, В02В 15/00. Шнековый пресс. Ганими Яссар (АТ). – Заявитель АНДРИТЦ АГ (АТ). – № 2019101920. – Заявл. 23.05.2017; Опубл. 14.05.2020; Бюл. № 14), содержащий шнековый вал со спиралеобразно расположенной на нем подающей спиралью и охватывающую спираль оболочку кожуха. Между шнековым валом, подающей спиралью и оболочкой образован транспортировочный зазор. По меньшей мере на одном участке поверхности шнекового вала в транспортировочном зазоре закреплен с замыканием материалом композитный материал, содержащий частицы твердого вещества. Упомянутые частицы погружены в матричный компонент с образованием поверхностной шероховатости.
Недостатком шнекового пресса является сложность поддержания заданного изменения давления, что существенно снижает эффективность отжатия жидкой фазы.
Известен гранулирующий шнековый пресс (Патент РФ № 2601004. В28В 3/22, В29С 43/00. Гранулирующий шнековый пресс. Логинов В.Я., Равичев Л.В., Беспалов А.В., Гордеева Ю.Л. – Заявитель ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева». – № 2014116043. – Заявл. 22.04.2014; Опубл. 27.10.2015; Бюл. № 30), включающий шнек, многоканальный пресс-инструмент и корпус, содержащий втулку. На внутренней поверхности втулки изготовлены рифы сноповидной формы с широким трапециевидным основанием на дне рифа и наружной расширяющейся частью со скругленными боковыми стенками и регулируемым радиусом сопряжения. В рифах размещены съемные упругие вкладыши, изготовленные без полостей, однополостные или многополостные с постоянной или переменной площадью сечения полостей в поперечном и/или в продольном направлении.
Недостатком шнекового пресса является отсутствие регулирования давления, что существенно снижает эффективность отжатия жидкой фазы.
Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому эффекту является матрица пресс-гранулятора (Патент РФ № 1253489. А01F 15/00, В30В 3/06. Матрица пресс-гранулятора. Подкользин Ю.В., Рузгас С-Н. Э., Коршунов В.И. – Заявитель Головной экспериментально-конструкторский институт по машинам для переработки травы и соломы. – № 3867911. – Заявл. 02.01.1985; Опубл. 30.08.1986; Бюл. № 26), содержащая корпус с цилиндрическими прессовальными каналами, на входе каждого из которых выполнено углубление в виде конуса, радиус основания которого равен расстоянию от оси канала до точки, равноудаленной от осей трех соседних каналов. Ось конуса со стороны основания наклонена относительно оси прессовального канала по направлению подачи материала на 10°.
Существенным недостатком данной матрицы пресса-гранулятора является сложность изготовления цилиндрических прессовальных каналов, ступенчатое изменение диаметра прессовальных каналов вызовет резкое увеличение давления, что приведет к быстрому износу рабочих поверхностей матрицы и снижению эффективности ее работы.
Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности процесса отжатия (удаления) жидкой фазы (воды) из высоковлажных материалов (свекловичного жома), повышения долговечности матрицы пресса-гранулятора, снижении удельных энергозатрат при прессовании высоковлажных материалов.
Достигаемый положительный эффект по стабильному поддержанию заданной величины давления прессования высоковлажных материалов (свекловичного жома), можно обосновать следующим образом. Наличие трех зон в рабочей камеры наклонного шнекового пресса с изменяющимися диаметром, шагом и толщиной витков, а также наклонных плоской матрицы и роликов – прессующих вальцов позволят повысить степень отжатия жидкой фазы из высоковлажного материала, тем самым увеличить производительность пресса-гранулятора. Наличие на наружной поверхности роликов (прессующих вальцов) продольных шлицов, форма и размеры которых определяются структурно-механическими, физико-химическими и адгезионными свойствами прессуемых материалов, обеспечит наилучший захват частиц прессуемого материала.
Поставленная задача достигается тем, что в комбинированном пресс-грануляторе для удаления жидкой фазы – воды из свекловичного жома, новым является то, что он включает последовательно соединенные наклонный шнековый пресс и гранулятор с плоской матрицей, причем рабочая камера наклонного шнекового пресса состоит из трех зон, в первой зоне рабочей камеры шнековый вал имеет постоянный диаметр с постоянно уменьшающимся шагом витков, во второй зоне рабочей камеры шнековый вал является коническим, при этом его диаметр увеличивается по направлению от первой зоны к третьей зоне рабочей камеры, с постоянно уменьшающимся шагом витков, а в третьей зоне рабочей камеры шнековый вал имеет постоянный диаметр с увеличивающейся толщиной витков шнека, нижняя часть рабочей камеры выполнена перфорированной для сбора и удаления жидкой фазы – воды, в грануляторе плоская матрица и ролики – прессующие вальцы выполнены наклонными, а наружная поверхность роликов – прессующих вальцов изготавливается с продольными шлицами, в плоской матрице выполнены цилиндроконические отверстия, в которых закреплены перфорированные цилиндроконические втулки и перфорированные цилиндроконические фильтрующие элементы, в нижней части матрицы выполнен канал для сбора и последующего удаления жидкой фазы – воды.
На фиг. 1 приведен общий вид комбинированного пресс-гранулятора для удаления жидкой фазы – воды из свекловичного жома; на фиг. 2 – продольный разрез плоской матрицы гранулятора с роликом – прессующим вальцом; на фиг. 3 – продольный разрез объемного изображения ролика – прессующего вальца.
Комбинированный пресс-гранулятор для удаления жидкой фазы – воды из свекловичного жома (фиг. 1) состоит из последовательно соединенных наклонного шнекового пресса и гранулятора с плоской матрицей. Наклонный шнековый пресс включает в себя электродвигатель 1, станину 2, ременную передачу 3, подшипниковую опору 4, шнековый вал 5, загрузочный бункер 6 и матрицу 26. Рабочая камера наклонного шнекового пресса состоит из трех зон 7, 8 и 9, через которые проходит шнековый вал 5.
В первой зоне 7 рабочей камеры шнековый вал 5 имеет постоянный диаметр с постоянно уменьшающимся шагом витков. Во второй зоне 8 рабочей камеры шнековый вал 5 является коническим, при этом его диаметр увеличивается по направлению от первой зоны 7 к третьей зоне 9 рабочей камеры, с постоянно уменьшающимся шагом витков. В третьей зоне 9 рабочей камеры шнековый вал 5 имеет постоянный диаметр с увеличивающейся толщиной витков шнека.
Соотношение размеров диаметров в первой 7, во второй 8 и третьей зонах 9 рабочей камеры определяется количеством отжатой жидкой фазы. Например, если в первой зоне 7 рабочей камеры с большим диаметром отжимается около 20 % жидкой фазы, то объем второй части 8 рабочей камеры должен быть на 20 % меньше. Соответственно изменится диаметр вала 5.
Нижняя часть в трех зонах частях рабочей камеры выполнена перфорированной для сбора и удаления жидкой фазы и снабжено двутельным корпусом 15 – для сбора и удаления отжатой из материала жидкой фазы из наклонного шнекового пресса.
Матрица 26 представляет собой большое кольцо, по диаметру которого расположены сквозные отверстия специальной формы. На боковых поверхностях матрицы 26 расположены отверстия для крепления матрицы к корпусу рабочей камеры наклонного шнекового пресса.
В состав гранулятора с плоской матрицей входят: привод 10 с вертикальным валом 11, на конце которого установлена коническая зубчатая шестерня, ролики – прессующие вальцы 12, плоская матрица 13, патрубок для удаления гранулированного жома 14. Ролики – прессующие вальцы 12 изготовлены не только с возможностью вращения вокруг наклонной оси с помощью вертикального вала 11, но и с возможностью вращения корпуса вокруг вертикальной оси корпуса гранулятора с плоской матрицей (фиг. 3).
В грануляторе плоская матрица 13 и ролики – прессующие вальцы 12 выполнены наклонными, а их наружная поверхность изготавливается с продольными шлицами. В плоской матрице 13 выполнены цилиндроконические отверстия, в которых закреплены втулки 16 и перфорированные цилиндроконические фильтрующие элементы 17, а в нижней части матрицы 13 выполнен канал 19 для сбора и последующего удаления жидкой фазы (фиг. 2). Втулки 16 обеспечивают центрирование перфорированных цилиндроконических фильтрующих элементов 17.
Ролики 12 предназначены для того, чтобы поданный в камеру грануля-тора высоковлажный материал (свекловичный жом), затягивался между матрицей 13 и прессующими роликами – вальцами 12 и продавливался в цилиндроконические отверстия фильтрующих элементов 17. Для этого внутрь роликов 12 запрессовываются подшипники 22, распорная втулка 23, а с торцевых сторон роликов 12 закрепляются крышки 24 и 20 с помощью болтов 21 (фиг. 3). Подшипники 22 в свою очередь запрессовываются на ось 25, которая приводится во вращение с помощью конических зубчатых шестерен (на фиг. не показаны) от вертикального вала 11.
Наружная поверхность роликов – прессующих вальцов 12 изготавливаются с продольными шлицами 18, форма которых обеспечивает наилучший захват частиц прессуемого материала (фиг. 2). Шлицы 18 могут иметь в поперечном сечении треугольную, прямоугольную, круглую (фиг. 2) или другую сложную комбинированную форму. Выбор формы, шага расположения и глубины шлицов 18 будут определяться гранулометрическим составом, структурно-механическими и физико-химическими свойствами частиц прессуемого материала.
Комбинированный пресс-гранулятор работает следующим образом. Исходный высоковлажный материал (например, свекловичный жом с начальной влажностью 85-90 %) подается через загрузочный бункер 6 внутрь рабочей камеры наклонного шнекового пресса. Одновременно включается электродвигатель 1, который приводит во вращение шнековый вал 5, который перемещает исходный высоковлажный материал вдоль рабочей камеры. Высоковлажный материал внутри рабочей камеры движется по сложной траектории, при этом увеличивается степень сжатия, которая определяется отношением площади рабочего канала к суммарной площади фильер на выходе материала из матрицы 26. При этом постепенно отжимается влага из высоковлажного материала (например, для свекловичного жома до влажности 68-76 %) за счет постепенного плавного увеличения давления, обусловленного конструктивными особенностями трех зон рабочей камеры и шнекового вала 5 наклонного шнекового пресса.
Прессуемый высоковлажный материал перемещается шнеком 5 к матрице 26 и под давлением выпрессовывается через ее отверстия. Величина давления в значительной мере обусловлена сопротивлением отверстий матрицы 26 и структурно-механическими свойствами обрабатываемой массы.
Затем включается привод 10, приводя в поступательное движение вращающиеся вальцы 12, конструкция которых такова, что они не только вращаются вокруг вертикального вала 11, но и с помощью подшипников 22 вращаются вокруг своей оси.
Предварительно отжатые в наклонном шнековом прессе гранулы, выходящие из матрицы 26, сверху падают в зазор между внутренней поверхностью матрицы 13 и вращающимися роликами 12.
Наклонное положение плоской матрицы 13 и вращающихся роликов – прессующих вальцов 12 обеспечивает постепенное плавное увеличение давления в прессуемых гранулах. Ролики – прессующие вальцы 12 с продольными шлицами 18 захватывают при вращении частицы прессуемого материала и запрессовываются в перфорированные цилиндроконические фильтрующие элементы 17, где под действием большого давления формируются гранулы с конечной влажностью (например, для свекловичного жома до влажности 64-69 %).
Под действием непрерывно поступающего в гранулятор свекловичного жома, он постепенно продвигается вдоль цилиндроконических отверстий цилиндроконических фильтрующих элементов 17. При этом за счет увеличения давления из гранул выдавливается жидкая фаза, которая проходит через боковые перфорированные стенки элементов 17, поступает в канал 19 и удаляется из гранулятора. А полностью отжатые гранулы выходят из отверстий цилиндроконических фильтрующих элементов 17 наружу, попадают в патрубок 14 и выгружаются из комбинированного пресса-гранулятора.
Предлагаемый комбинированный пресс-гранулятор для удаления жидкой фазы – воды из свекловичного жома имеет следующие преимущества:
– более высокую производительность вследствие лучшего захвата частиц прессуемого высоковлажного материала продольными шлицами 18 на роликах – прессующих вальцах 12;
− повышение износостойкости, надежности работы и долговечности рабочих поверхностей матрицы 26, шнекового вала 5 и роликов 12 комбинированного пресс-гранулятора;
– получение прессованных гранул с более низкой влажностью, что позволит существенно сократить энергозатраты при их дальнейшей сушке;
– повышение эффективности процесса отжатия (удаления) жидкой фазы (воды) из высоковлажных материалов (свекловичного жома)
– снижение удельных энергозатрат при прессовании высоковлажных материалов.