БАРАБАННЫЙ ВИБРОГРАНУЛЯТОР
DRUM VIBRATION GRANULATOR

Изобретение относится к устройствам для гранулирования и может быть использовано в пищевой, химической и смежных отраслях промышленности при переработке сыпучих материалов в гранулированные.
Известен гранулятор сыпучих материалов [1], который содержит цилиндрический корпус, установленный внутри него центральный вал и полый вал, штифты и средство для перемещения штифтов вдоль корпуса. Полый вал установлен концентрично на центральный вал посредством шлицевых соединений. Средство для перемещения штифтов содержит втулку со штифтами на наружной поверхности и внутренней резьбой, укрепленную на полый вал посредством подшипника гайку, взаимодействующую с втулкой, укрепленную на центральный вал посредством подшипников и соединенную с приводом осевого перемещения.
Известный гранулятор сыпучих материалов имеет следующий недостаток: при наличие зазора между корпусом и штифтами возможно образование налипания материала на внутреннюю стенку корпуса гранулятора, а форма и размеры штифтов не позволяют полностью очистить внутреннюю поверхность корпуса.
Наиболее близким из числа известных аналогов является барабанный гранулятор, приведенный в книге П.В. Классена и др. «Гранулирование», М.: Химия, 1991. с. 157-158, рис. 9.4.
Известный комбинированный виброгранулятор [2] представляет собой комбинацию из виброформователя и виброокатывателя. Рабочим органом виброформователя является лоток прямоугольной формы, который установлен на вибраторе дебалансового типа с приводом от электродвигателя через клиноременную передачу и эластичную муфту. Амплитуду прямолинейных колебаний вибратора регулируют набором съемных дебалансов. Исходная смесь через секторный питатель поступает в лоток, на поверхности которого образуется виброкипящий слой. Из капельницы через капиллярные отверстия на слой исходной смеси поступает связующая жидкость. Через эластичный рукав гранулы поступают в виброокатыватель, в котором гранулы принимают правильную сферическую форму.
К недостаткам данного комбинированного виброгранулятора можно отнести малую производительность по готовому продукту, большое содержание мелкодисперсной фракции вследствие того, что в виброкипящем слое происходит активное истирание только что сформированных гранул. Возможно прилипание продукта на лоток виброформователя и на внутреннюю поверхность виброокатывателя.
Предлагаемый барабанный виброгранулятор предназначен для работы, преимущественно, с пищевыми продуктами для получения гранулированных быстрорастворимых напитков из натуральных материалов, характеризующихся большей склонностью к налипанию на рабочие поверхности и присутствием неоднородности свойств исходных компонентов. В данном барабанном виброгрануляторе становится возможным предотвратить налипание материала на внутренние рабочие поверхности машины, получать гранулы стабильного гранулометрического состава.
Технический результат достигается за счет того, что виброформователь и виброокатыватель совершают колебания разной частоты и амплитуды, а ленточные мешалки вращаются с разными частотами, что позволяет увеличить прочность гранул и создать более правильную сферическую форму.
Кроме того, в виброформователе и виброокатывателе установленны ленточные мешалки с лопатками, совершающие вращательное движение в сторону, противоположную направлению движения частиц, что увеличивает время нахождения продукта в барабанном виброгрануляторе, а приведение сыпучего продукта в виброожиженное состояние приводит к тому, что крупные сформированные частицы поднимаются наверх, в свою очередь мелкие частицы, обладающие большей активностью, занимают положение при котором происходят минимальные затраты потенциальной энергии. Высота поперечного сечения ленты и количество загружаемого продукта подбирается таким образом, чтобы ленточная мешалка оказывалась погружена в продукт и перемещала не сформированные гранулы в верхний слой, тем самым увеличивая контакт между сыпучим продуктом и формируемыми гранулами.
Для предотвращения налипания материала ленточная мешалка скользит но внутренней поверхности корпуса, при этом снижение трения достигается за счет изготовления ленточной мешалки из фторопласта.
В результате описанного выше конструктивного выполнения предложенный барабанный виброгранулятор характеризуется высокой производительностью по готовому продукту, минимальным содержанием не сформированных гранул, стабильностью гранулометрического состава, отсутствием налипания материала на внутреннюю поверхность корпуса.
Предлагаемое устройство схематично изображено на чертеже, где на фиг. 1 представлен общий вид барабанного виброгранулятора.
Барабанный виброгранулятор содержит корпус виброформователя 1, приводной вал 2, подшипниковый узел 3, загрузочную воронку 4, форсунку капельного типа 5, пружины сжатия 6, ленточную мешалку 7, вибровозбудитель дебалансового типа со сменными дебалансами 8, стержни 9, лопатки 10, патрубок отвода сформированных гранул 11, подшипниковый узел 12, шлюзовой питатель 13, патрубок отвода теплоносителя 14, подшипниковый узел 15, коллектор отвода теплоносителя 16, лопатки 17, стержни 18, пружины сжатия 19, вибровозбудитель дебалансового типа со сменными дебалансами 20, ленточную мешалку 21, корпус виброокатывателя 22, шлюзовой питатель 23, разгрузочный патрубок 24, патрубок подачи теплоносителя 25, подшипниковый узел 26, приводной вал виброокатывателя 27.
Барабанный виброгранулятор работает следующим образом. Исходная смесь сыпучих компонентов через загрузочную воронку 4 подается в корпус виброформователя 1 установленный на четырех пружинах сжатия 6 и наклоненный к горизонтальной плоскости под углом 3°. Под воздействием вибрации, которая сообщается корпусу виброформователя 1 от вибровозбудителя дебалансового типа с набором сменных дебалансов 8, смесь сыпучих компонентов и формирующихся гранул в виде виброожиженного слоя перемещается в сторону патрубка отвода 11. На поверхность виброожиженного слоя подается связующий раствор через форсунку капельного типа 5, под действием вибрационного поля происходят соударения частиц исходной смеси со связующим раствором и между собой, что приводит к формированию гранул. В виброожиженом поле частицы больших размеров поднимаются на поверхность образовавшегося слоя, а частицы меньшего размера, обладая большей подвижностью, стремятся занять положение, соответствующее минимуму потенциальной энергии, то есть подсыпаться под сформированные более крупные гранулы.
Крутящий момент с приводного вала 2, установленного в подшипниковых узлах 3 и 12, передается через стержни 9 на ленточную мешалку 7, имеющую лопатки 10 прямоугольного сечения, расположенные по нормали к рабочей поверхности с шагом 45°. Ленточная мешалка 5 погружена в нижние слои виброожиженого материала, таким образом, чтобы захватывать мелкие частицы не сформированных гранул и перемещать их по периферии внутренней поверхности корпуса 1 наверх. Частицы, соскальзывая в верхней точке с лопаток 10 ленточной мешалки 7 попадают в зону сформированных гранул тем самым увеличивая вероятность их соударений и формирования гранул больших размеров, что приводит к меньшему количеству не сформированного материала и более стабильному гранулометрическому составу. При перемещении ленточная мешалка 7 скользит по внутренней поверхности корпуса виброформователя 1 препятствуя налипанию на нее, для уменьшения сил трения лента мешалки 7 изготавливается из фторопласта.
Через патрубок отвода сформированных гранул 11 и шлюзовой питатель 13, предназначенный для предотвращения попадания теплоносителя в зону виброформователя, сформированные гранулы поступают в корпус виброокатывателя 22, где под воздействием вибрационного поля создаваемого вибровозбудителем дебалансового типа с набором сменных дебалансов 20, сформированные гранулы перемещаются в сторону разгрузочного патрубка 24. Аналогично процессу в виброформователе крупные гранулы занимают верхнее положение, а меньшие, соответственно, нижнее, где их захватывают ленточная мешалка 21, имеющая лопатки 17 прямоугольного сечения, расположенные по нормали к рабочей поверхности с шагом 45°, установленная в подшипниковых узлах 15, 26 получающая вращательное движение от приводного вала виброокатывателя 27 и соединенная с ним посредством стержней 18, погружена в объем гранул, таким образом, чтобы захватывать мелкие сформированные гранулы и перемещать их по периферии внутренней поверхности корпуса 22 наверх, при этом гранулы, соскальзывая в верхней точке с лопаток 17 ленточной мешалки 21 попадают в зону более крупных гранул тем самым увеличивая вероятность их соударений и формирования гранул более правильной сферической формы.
Теплоноситель подается через патрубок 25 установленный тангенциально к корпусу виброокатывателя 22 и по спиралеобразной траектории перемещается в зону коллектора отвода теплоносителя 16, где через патрубок 14, также расположенный тангенциально к корпусу отводится отработанный теплоноситель. При этом за счет перемещения гранул с нижней точки в верхнюю и ссыпания их с лопаток ленточной мешалки 21 наблюдается увеличение контакта теплоносителя и гранул, это приводит к ускорению процесса сушки сформированных окатанных гранул. Сформированные и окатанные гранулы выводятся из корпуса виброокатывателя 22 через патрубок отвода гранул 24 и шлюзовой питатель 23.
Благодаря данному техническому решению увеличивается качество готовых гранул, а именно прочность гранул и сферичность формы. Снижается количество не сформированных гранул за счет развитой поверхности контакта гранул с исходной смесью и связующим раствором. Стабилизируется гранулометрический состав получаемого продукта. Исключается налипание материала на внутренние поверхности барабанного виброгранулятора.
Литература
1. Патент SU №1408597 МПК B01J 2/10 Гранулятор сыпучих материалов / А.И. Казаков: заявитель и патентообладатель Дзержинский филиал Ленинградского научно-исследовательского и конструкторского института химического машиностроения, заявка: 3680092/26, 27.12.1983; опубл.: 10.03.1995.
2. Классен, П.В. Гранулирование / П.В. Классен, И.Г. Гришаев, И.П. Шомин. - М.: Химия, 1991. - 240 с: ил.