экструдер

Формула изобретения

Экструдер, содержащий корпус, находящийся внутри него шнек и расположенную в предматричной зоне камеру охлаждения, отличающийся тем, что предматричная зона экструдера содержит последовательно расположенные камеры охлаждения, представляющие собой кольцевые каналы, которые соединены между собой смежными отверстиями одинакового диаметра, смещенными друг относительно друга, а вал шнека в каждой камере охлаждения снабжен наклонными лопатками овальной формы, повторяющими профиль кольцевого канала и жестко закрепленными на поверхности вала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к переработке пищевого сырья и может быть использовано в отраслях пищевой и перерабатывающей промышленности, применяющих экструзию.

Известна многоручьевая экструзионная головка для изготовления профильно-погонажных полимерных изделий с применением ультразвуковых колебаний (пат. 2147989, В 29 С 47/12, 27.04.2000 г.), в которой дорн выполнен разборным крестообразной формы с системой охлаждения, внутри дорна смонтирован магнитострикционный излучатель для наложения ультразвуковых колебаний на массу полимера в зоне формования, причем между дорном и обоймой расположены две полуцилиндрические секции с системой охлаждения, а каналы профильного сечения образованы между полуцилиндрическими секциями и дорном.

Недостатком данного устройства является сложность регулирования количества теплоты, отводимой из предматричной зоны, а следовательно, и величины давления в ней. Это приводит к нестабильности процесса экструзии и в свою очередь ведет к ухудшению качества получаемого продукта. Кроме того, известная установка является узкоспециализированной, предназначенной только для изготовления профильно-погонажных полимерных изделий с применением ультразвуковых колебаний, что ограничивает область ее применения.

Технической задачей изобретения является стабилизация давления в предматричной зоне экструдера при изменении технологических параметров процесса в ходе экструдирования различного исходного сырья за счет регулирования теплоподвода в предматричной зоне, которое осуществляется вследствие использования трехзонной системы охлаждения.

Поставленная задача достигается тем, что в экструдере, содержащем корпус, находящийся внутри него шнек и расположенную в предматричной зоне камеру охлаждения, новым является то, что предматричная зона экструдера содержит последовательно расположенные камеры охлаждения, представляющие собой кольцевые каналы, которые соединены между собой смежными отверстиями одинакового диаметра, смещенными друг относительно друга, а вал шнека в каждой камере охлаждения снабжен наклонными лопатками овальной формы, повторяющими профиль кольцевого канала и жестко закрепленными на поверхности вала.

При нарушении устойчивого режима работы экструдера (пульсации давления, которая может возникнуть, например, при наличии недостаточной однородности состава смеси, изменении режима работы или при смене рецептуры смеси и т.д.) требуется быстрое оперативное вмешательство, направленное на поддержание стабильного давления, посредством отвода части теплоты из предматричной зоны за счет подачи хладагента в камеры охлаждения.

В этом случае в предлагаемом устройстве предусматривается регулирование количества отводимой теплоты расплава экструдата за счет отвода ее из предматричной зоны с помощью трех последовательно расположенных камер охлаждения.

На фиг. 1 изображен разрез рабочей камеры предлагаемого экструдера; на фиг. 2 - поперечный разрез первой камеры охлаждения; на фиг.3 - поперечный разрез второй камеры охлаждения; на фиг.4 - поперечный разрез третьей камеры охлаждения.

Экструдер (фиг.1) содержит корпус 1 с загрузочным патрубком 2, привод 3, станину 4, расположенный в корпусе шнек 5 с винтовой нарезкой и матрицу 9. В предматричной зоне установлены три последовательно расположенные камеры охлаждения 6, 7 и 8. Каждая камера имеет кольцевую форму и снабжена патрубками для подвода исходного хладагента и отвода отработанного хладагента. Поверхность вала шнека 5 в каждой камере охлаждения снабжена наклонными лопатками 10 овальной формы, повторяющими профиль кольцевого канала и жестко закрепленными на поверхности вала. Каждая последующая камера охлаждения соединена с предыдущей с помощью соединительного отверстия 11, выполненного в боковых смежных стенках. Причем все три соединительных отверстия 11 смещены друг относительно друга таким образом, чтобы экструдат перемещался по максимально возможной длине канала, т.е. максимальное время находился в камере.

Угол наклона лопаток 10 овальной формы выбирается таким образом, чтобы обеспечить захват основного потока продукта, перемещение его вдоль кольцевого канала и выдавливание через соединительное отверстие 11 в соседнюю камеру охлаждения (фиг.1).

Предлагаемый экструдер работает следующим образом.

Исходный продукт загружается в экструдер через загрузочный патрубок 2. Включается привод 3 и шнек 5 начинает захватывать и перемещать продукт. Затем продукт последовательно перемещается через зоны загрузки, смешивания, гомогенизации и дозирования при помощи вращающегося шнека 5. По мере продвижения продукт перемешивается в зоне смешивания, нагревается и размягчается. Далее в зоне гомогенизации происходит превращение размягченных гранул в однородный расплав за счет возрастания давления. Давление расплава продукта в зоне дозирования достигает желаемого значения, происходит окончательное расплавление мелких включений и образуется расплав однородный по структуре и температуре. Это позволяет для нормальной работы экструдера иметь заданную, однородную по сечению температуру расплава продукта.

Затем он попадает в предматричную зону, проходит через первое соединительное отверстие 11 в первую камеру охлаждения 6. Под действием лопаток 10 экструдат перемещается по кольцевому каналу камеры и через второе соединительное отверстие 11 выдавливается во вторую камеру охлаждения 7, аналогичным образом перемещается в ней и выдавливается в третью камеру охлаждения 8, из которой он нагнетается через соединительное отверстие 11 в предматричное пространство и выходит через выходные отверстия в матрице 9 из экструдера. Подобным образом экструдер работает при давлении продукта в предматричной зоне, не превышающем заданного оптимального значения (фиг.1). Это необходимо, так как величина давления однозначно определяет температуру обработки продукта, от которой в свою очередь зависит качество готового продукта [1. Термопластическая экструзия: научные основы, технология, оборудование / Под ред. А. Н. Богатырева, В.П. Юрьева. - М.: Ступень, 1994. - 200 с. 2. Груздев Н.Э., Мирзоев Р.Г., Янков В.И. Теория шнековых устройств. - Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1978. - 144 с.].

В случае повышения давления расплава продукта в предматричной зоне при попадании продукта в первую камеру охлаждения 6 в ее охладительную рубашку подается хладагент (ледяная вода, рассол, воздух и т.п.), который интенсивно охлаждает наружную поверхность. Продукт, перемещаясь по кольцевому каналу камеры 6 (фиг.2), контактирует с охлаждаемой поверхностью, в результате чего его температура понижается. Так как процесс экструдирования является адиабатическим (т. е. протекающим при постоянном объеме), то это в свою очередь снижает величину давления экструдата. Охлажденный в камере 6 продукт через второе соединительное отверстие 11 выдавливается во вторую камеру охлаждения 7 (фиг.3). Если этого снижения давления оказывается недостаточно и оно продолжает увеличиваться в предматричной зоне, т.е. если экструдат недостаточно охладился в первой камере 6, то тогда аналогичным образом он охлаждается во второй камере 7. Если и этого оказывается недостаточно, то до оптимальной температуры обработки он доводится в третьей камере охлаждения 8 (фиг.4). Таким образом, обеспечивается снижение давления в предматричной зоне.

Пределы регулирования темпа охлаждения в каждой из трех камер 6, 7 и 8 регулируются видом теплоносителя (вода, рассол, воздух и т.п.), его температурой, величиной подачи, размерами подводящих каналов, расположением отверстий 11, геометрическими размерами камер 6, 7, 8, лопаток 10 и реологическими свойствами перерабатываемого сырья.

В случае обработки тугоплавких материалов камеры охлаждения могут быть использованы и для дополнительного нагрева продукта. В этом случае в качестве теплоносителя в них могут быть использованы пар, горячая вода и т.п.

Диаметр отверстий 11 должен быть одинаковым для обеспечения непрерывности обработки и повышения коэффициента наполнения шнеков и устранения пульсации давления в предматричной зоне (фиг.2-4).

Таким образом, использование изобретения позволит:

- оптимизировать процесс экструдирования различного исходного сырья за счет поддержания оптимального давления вследствие регулирования величины температуры продукта в предматричной зоне;

- расширить область применения за счет достигнутой универсализации механизма стабилизации давления;

- получать экструдаты высокого качества благодаря решению проблемы стабилизации давления, а следовательно, и температуры обработки.

Применение предложенной конструкции камер охлаждения 6, 7, 8 и шнека 5 в экструдерах также позволит повысить коэффициент наполнения шнеков в предматричной зоне и тем самым улучшить качество экструдатов за счет устранения пульсации давления в предматричной зоне, столь характерного для данного типа машин.