шнековый экструдер

Формула изобретения

Шнековый экструдер, содержащий корпус с загрузочной воронкой, матрицу и полый шнек с наружной нарезкой, отличающийся тем, что на внутренней цилиндрической поверхности шнека выполнена винтовая нарезка того же направления, что и наружная, шаг нарезки и/или глубина винтового канала уменьшаются в направлении выхода продукта, причем концевая часть внутренней цилиндрической поверхности полого шнека выполнена гладкой, внутри шнека установлен полый вал, имеющий возможность вращения, на концевой части вала жестко закреплен цилиндроконический наконечник, имеющий наружную винтовую нарезку, при этом она выполнена в сторону, противоположную нарезкам полого шнека.

Описание изобретения к патенту

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

Наиболее близким по технической сущности является шнековый экструдер (Пат. № 2118258, МКИ⁶ В 29 С 47/64, В 29 С 47/38, опубл. 27.08.1998, БИ № 24), который содержит корпус, загрузочную воронку, экструзионную головку и многозонный полый шнек с наружной нарезкой. В витках шнека установлены штифты, которые выполнены с возможностью радиального перемещения от вала, расположенного внутри полого шнека.

Недостатком известного устройства является невозможность производить экструдированные продукты с начинкой и комбинированные многослойные продукты, а также сложность стабилизации давления потока продукта в предматричной зоне экструдера.

Технической задачей изобретения является расширение ассортимента выпускаемой продукции за счет возможности выпуска комбинированных многослойных продуктов в ходе одновременного экструдирования двух различных исходных смесей, а также стабилизация давления двух потоков продукта в предматричной зоне экструдера.

Поставленная задача достигается тем, что в шнековом экструдере, содержащем корпус с загрузочной воронкой, матрицу и полый шнек с наружной нарезкой, новым является то, что на внутренней цилиндрической поверхности шнека выполнена винтовая нарезка того же направления, что и наружная, шаг нарезки и (или) глубина винтового канала уменьшаются в направлении выхода продукта, причем концевая часть внутренней цилиндрической поверхности полого шнека выполнена гладкой, внутри шнека установлен полый вал, имеющий возможность вращения, на концевой части вала жестко закреплен цилиндроконический наконечник, имеющий наружную винтовую нарезку, при этом она выполнена в сторону, противоположную нарезкам полого шнека.

Шнековый экструдер такого типа позволяет одновременно обрабатывать две исходные смеси с различными реологическими свойствами и получать двухслойные продукты.

На фиг.1 изображен разрез рабочей камеры предлагаемого экструдера, на фиг.2 - поперечный разрез в месте загрузочной горловины второй исходной смеси, на фиг.3 - продольный разрез матричной зоны экструдера.

Шнековый экструдер (фиг.1) содержит цилиндрический корпус 1, полый шнек 2 и матрицу 4. На внутренней цилиндрической поверхности полого шнека 2 выполнена винтовая нарезка. Концевая часть внутренней цилиндрической поверхности полого шнека 2 выполнена гладкой без нарезки. Шаг нарезки и (или) глубина внутреннего винтового канала шнека 2 уменьшаются в направлении выхода продукта.

Внутри полого шнека 2 установлен полый вал 3, имеющий возможность вращения. На концевой части полого вала 3, находящегося в предматричной в зоне концевой части внутренней цилиндрической поверхности полого шнека 2, при помощи шлицов, шпильки 15 и гайки 14 жестко закреплен цилиндроконический наконечник 16, имеющий наружную винтовую нарезку. Шаг и (или) глубина нарезок полого шнека 2 и цилиндроконического наконечника 16 выбираются таким образом, чтобы обеспечить одинаковое давление в предматричной зоне экструдера, где обе исходные смеси начинают совместное течение, а также исходя из требуемой производительности по обеим исходным смесям, так как увеличение производительности по первой исходной смеси будет приводить к увеличению ее доли в площади поперечного сечения готового продукта на выходе из экструдера и наоборот. Направление наружной и внутренней нарезок полого шнека 2 должно быть одинаковым, а направление нарезки цилиндроконического наконечника 16 выполняется в противоположную сторону. Поэтому в процессе работы экструдера направления вращения полого шнека 2 и вала 3 противоположны.

Через загрузочную горловину 5, размещенную на корпусе 1, подается первая исходная смесь. Матрица 4 накручивается на корпус 1 по резьбе.

Шнек 2 установлен в корпусе 1 на подшипниках 6, 7 и 8. Вращающий момент на шнек 2 передается через зубчатое колесо 9.

Полый вал 3 установлен на подшипниках 10 и 11. Вращающий момент на вал 3 передается через шкив ременной передачи 12.

Через загрузочную горловину 13 подается вторая исходная смесь. Для улучшения загрузки под горловиной 13 полый вал 3 имеет конусность в направлении движения продукта.

Внутри полого вала 3 установлена шпилька 15 для жесткого крепления цилиндроконического наконечника 16 на валу 3.

Предлагаемый экструдер работает следующим образом:

Включается привод, первая и вторая исходные смеси загружаются в экструдер через загрузочные горловины 5 и 13, затем последовательно перемещаются через зоны загрузки, смешивания, гомогенизации и дозирования. Полый шнек 2 захватывает и перемещает первую исходную смесь наружной винтовой нарезкой, а вторую исходную смесь - внутренней винтовой нарезкой. 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 заданного значения, происходит окончательное расплавление мелких включений и образуется расплав, однородный по структуре и температуре. При одновременном экструдировании двух исходных смесей с различными реологическими свойствами давление расплавов первой и второй исходных смесей в предматричной зоне может быть различно. Для выравнивания давления расплавов первой и второй исходных смесей в предматричной зоне на концевой части вала 3 жестко закреплен цилиндроконический наконечник 16, имеющий наружную винтовую нарезку. Изменяя частоту вращения вала 3 через шкив ременной передачи 12, можно в заданных пределах регулировать давление и производительность продукта, получаемого из второй исходной смеси. Так при увеличении частоты вращения вала 3 цилиндроконический наконечник 16 вращается быстрее, что приводит к увеличению давления и производительности, соответственно уменьшение частоты вращения вала 3 приводит к их снижению. Максимальная частота вращения вала 3 определяется условием неразрывности движения второй смеси в зоне ее перехода из винтовой нарезки, выполненной на внутренней цилиндрической поверхности полого шнека 2, в винтовую нарезку цилиндроконического наконечника 16. Минимальная же частота вращения вала 3 выбирается таким образом, чтобы избежать остановки движения смеси и закупорки проходного канала нарезки.

Это позволяет для нормальной работы экструдера иметь одинаковое давление расплава первой и второй исходных смесей. Равенство давлений обеспечивает плавное параллельное течение расплавов в предматричной зоне. Затем комбинированный экструдат выходит из экструдера через выходное отверстие цилиндрической формы в матрице 4.

В случае использования двух исходных смесей с различными реологическими свойствами для перехода в расплав обоих смесей может требоваться подвод различного количества тепла к этим смесям. Для нагрева первой смеси, движущейся по наружным виткам полого шнека 2, могут использоваться ТЭНы (не показаны), а для нагрева второй смеси, движущейся по винтовой нарезке, выполненной на внутренней цилиндрической поверхности полого шнека 2, используется вращение вала 3, так как в результате трения продукта о поверхность вала 3 при его вращении выделяется необходимое количество теплоты.

Варьируя частоту вращения вала 3, можно в заданных пределах регулировать давление второй смеси, а также подводить к ней различное количество теплоты.

Таким образом, использование изобретения позволит расширить ассортимент комбинированных многослойных продуктов, получаемых за счет одновременной экструзии двух исходных смесей с различными реологическими свойствами; оптимизировать процесс экструдирования различных исходных смесей за счет подвода требуемого количества теплоты вследствие варьирования частоты и направления вращения вала; стабилизировать давление двух потоков продукта в предматричной зоне экструдера за счет регулирования давления второй исходной смеси путем изменения частоты и направления вращения вала.