Результат интеллектуальной деятельности: ТАРЕЛЬЧАТЫЙ СМЕСИТЕЛЬ-ГРАНУЛЯТОР ДЛЯ СМЕШИВАНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ С ДОБАВКАМИ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ

Настоящее изобретение относится к устройству для получения многокомпонентных смесей с добавками вязкой жидкости и может быть использовано в пищевой, фармацевтической, химической и других отраслях промышленности, например для получения «инстант» продуктов в пищевой промышленности.

Известен смеситель (RU 2159147, МПК B01F 7/26, опубл. 20.11.2000) порошкообразных материалов с жидкими добавками. Смеситель состоит из вертикального цилиндрического корпуса с патрубками подвода сыпучих и жидких компонентов и отвода готового продукта, отражателя кольцеобразной формы, приводного вала с роторами, диска-распылителя, выполненного плоским и закрепленного на верхнем роторе, и ножей, закрепленных на нижнем роторе, расположенных один против другого. Отражатель установлен на внутренней поверхности корпуса ниже диска-распылителя. Концы, по крайней мере, одной пары ножей расположены над отражателем, загнуты параллельно его образующим, повторяя форму отражателя, затем вверх параллельно образующим цилиндрического корпуса, с длиной несколько выше плоскости вращения диска-распылителя.

Недостатком известного смесителя является налипание смеси на диск-распылитель при внесении жидкой добавки, что может привести к нарушению работы смесителя.

Известен центробежный смеситель непрерывного действия (RU 2191063, МПК B01F 7/26, опубл. 20.10.2002), включающий вертикальный цилиндрический корпус, состоящий из двух обечаек; крышку с загрузочными патрубками и патрубком подачи жидкой фазы; днище с разгрузочным патрубком; направляющую воронку, установленную в верхней обечайке корпуса; приемно-распределительное устройство, расположенное между обечайками корпуса, и вал. На валу закреплены диск для распыления жидкой фазы, лопасти на уровне приемно-распределительного устройства, ротор, состоящий из диска с двумя полыми усеченными конусами, концентрично установленными на нем меньшими основаниями вниз. Внизу вала установлены разгрузочные лопасти.

Недостатками известного смесителя является сложность приготовления смесей, склонных к слипанию: диск для распыления жидкой фазы может распылять только жидкость невысокой вязкости; сложность конструкции.

Известно устройство для производства пищевой поваренной соли многокомпонентного состава (RU 100365, A23L 1/237, опубл. 20.12.2010), содержащее загрузочный бункер и дозатор для сыпучей поваренной соли, бак для растворов солей с обогащающими добавками, смеситель, расположенный внутри него распылительный аппарат и насос-дозатор, соединяющий бак для растворов с обогащающими добавками с распылительным аппаратом.

Недостатками известного устройства является невозможность внесения добавок вязких жидких компонентов и приготовления многокомпонентных смесей, необходимость введения дополнительной технологической операции - сушки, материало- и энергоемкость процесса.

Известен смеситель-гранулятор (RU 2422194, МПК B01F 7/08, опубл. 27.06.2011), который состоит из корпуса с тремя последовательно расположенными камерами и с соосно установленными внутри них валами с рабочими органами, загрузочного патрубка, форсунок. Быстроходный вал расположен внутри тихоходного вала и проходит через три камеры. Форсунки для подачи жидких и вязких компонентов установлены в торцевой крышке первой камеры. На быстроходном валу в первой камере установлены две очищающие лопасти, а затем - две ленточные спирали разного диаметра с противоположной навивкой. На тихоходном валу во второй камере смонтированы ленточные спирали, приводимые во вращение с помощью конических зубчатых колес от быстроходного вала. Находящийся в третьей камере шнек с переменным шагом витков состоит из трех участков: на первом и третьем участках его витки выполнены сплошными, а на втором - перфорированными. Тихоходный вал приводят во вращение от быстроходного вала с помощью планетарной зубчатой передачи, расположенной в опоре между первой и второй камерами корпуса. В конце корпуса смонтирована матрица с отверстиями в форме усеченного конуса.

Недостатками данного технического решения являются: неравномерное распределение жидких и вязких компонентов в смеси; сложность и металлоемкость конструкции; невозможность гибкого управления параметрами процесса; чрезмерное уплотнение и нагрев смеси.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является тарельчатый гранулятор (RU 2209662, МПК B01J 2/14, А23Р 1/02, опубл. 10.08.2003), который состоит из корпуса с крышкой, в котором установлена с возможностью вращения наклонная тарель, привод тарели, загрузочный и разгрузочный патрубки, форсунки, пристенный и донный ножи. В крышке перпендикулярно дну тарели установлен активатор с приводом. Активатор размещен с зазором 5-10 мм относительно дна и борта тарели в зоне между 3-5 ч при условии вращения тарели против часовой стрелки. Отношение диаметра рабочего органа активатора к диаметру тарели равно 1:12- 1:8.

Недостатками известного технического решения являются сложность равномерного внесения добавок вязких компонентов, образование больших агломератов, снижающих качество конечного продукта. Неподвижный донный нож в тарельчатом грануляторе, предназначенный для срезания прилипшего влажного слоя гранулируемого материала ко дну тарели испытывает значительные механические нагрузки и создает дополнительную существенную нагрузку на привод тарели гранулятора.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является усовершенствование работы известного гранулятора (RU 2209662, МПК B01J 2/14, А23Р 1/02, опубл. 10.08.2003) с целью равномерного распределения вязкого жидкого компонента в объеме смеси, предотвращения образования агломератов большого размера.

Техническим результатом, обеспечиваемым данным изобретением, является увеличение выхода требуемых по размеру и плотности фракции гранул, повышение качества, сокращение времени гранулирования и сушки конечного продукта.

Данная задача решается за счет того, что в смесителе-грануляторе установлен вращающийся диск с устройством ввода жидкого компонента, обеспечивающий тонкослойное распределение вязкой жидкой фазы по его поверхности и нож для снятия налипающего материала. Для эффективного разрушения образующихся агломератов лопасти активатора выполнены в виде серповидных ножей.

Классическая схема движения сыпучих материалов при гранулировании методом окатывания [2] направлена на получение гранул достаточно плотной структуры, а для получения «инстант» продуктов, таких как, например, концентраты плодово-ягодных киселей, желательно получение гранул с рыхлой структурой, однородных по составу и небольших по размеру 1÷2,5 мм.

С точки зрения теории и практики дисперсных систем в начальный момент времени смешивания сыпучих материалов происходит образование системы (Т-Г). При внесении добавок жидкости происходит образование агломератов различных размеров, состоящих из частиц твердой фазы, газовой и жидкой фаз (Т-Г-Ж). Процесс роста агломератов над их разрушением будет преобладающим до тех пор, пока в смешиваемой системе имеются «свободные частицы» твердой фазы и некоторый избыток жидкой фазы [1]. Структура такой смеси отличается крайней неоднородностью и состоит из скопления агломератов и сыпучих компонентов. Для обеспечения однородности распределения всех компонентов смеси на макро- и микроуровне необходимо создание значительных градиентов скоростей деформации за счет внешних механических воздействий. На основе исследований структурно-механических свойств агломератов установлено [1], что наиболее оптимальным моментом для их разрушения является начальный момент смешения: до уплотнения структуры и увеличения прочности за счет увеличения числа контактов в единице объема агломерата. Так как неоднородность структуры смеси, заложенная в начальный момент времени, «закрепляется» за счет образования более плотных агрегатов с увеличением времени смешивания.

Кроме этого, неравномерность смеси может быть обусловлена, как правило, невозможностью мелкого диспергирования жидкости, например ввиду повышенной вязкости. Поэтому, для снижения вероятности образования крупных агломератов и обеспечения более равномерного распределения в объеме смеси, при введении добавок вязкой жидкой фазы кроме внешних механических воздействий, необходима оптимизация способа введения добавок жидкости.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено: фиг. 1 - общий вид устройства; фиг. 2 - вид устройства сверху.

Смеситель-гранулятор состоит из наклонной тарели 1 диаметра D_тар, находящегося в пределах 450-7000 мм, с регулируемым углом наклона к горизонту от 40° до 60°, привода с возможностью регулирования частоты вращения n от 4 до 25 об/мин в зависимости от диаметра тарели, большие значения частоты вращения соответствуют меньшим значениям диаметра. Перпендикулярно дну тарели, во второй ее четверти, установлен активатор с серповидными ножами 4, вращающийся от собственного привода с частотой n₂ в направлении противоположном вращению тарели, а также в зоне 12 ч диск 3 размером от 0,50D_тар до 0,55D_тap, то есть от 225 мм до 3850 мм, с острой кромкой. В верхней части кромка диска отстоит от борта тарели с минимальным зазором, величина которого определяется диаметром получаемого гранулята и составляет 1-4 мм. Отбойный нож 2 и устройство для подачи жидкости 5 находятся над плоскостью диска. Высота установки диска от дна тарели задает толщину слоя гарнисажа на дне тарели срезанием острой режущей кромкой вращающегося диска излишков налипающего на дно материала. Высота установки диска от дна тарели зависит от диаметра получаемых гранул, составляет от 4d_rpaн до 6d_гран и принимает значения 4-24 мм. Активатор отстоит от дна с учетом возможной толщины образующегося гарнисажа (не касаясь слоя гарнисажа). Вращение диска производится от собственного привода с регулируемой частотой вращения n₁ в направлении, совпадающем с вращением активатора и противоположном вращению тарели. Устройство для подачи вязкой жидкости размещено перпендикулярно поверхности диска перед отбойным ножом по ходу вращения на минимальном расстоянии от поверхности.

Работает устройство следующим образом. В наклонную тарель смесителя-гранулятора 1 загружают дозированное количество смеси сыпучих компонентов, например смесь порошка крахмала и сахарной пудры. Тарель приводится во вращение приводом против часовой стрелки с заданной угловой скоростью ω. Через устройство 5 на вращающийся по часовой стрелке диск 3 с частотой n₁ вводится дозированное количество вязкой жидкости (концентрат сока). Жидкость распределяется по поверхности диска в виде тонкого слоя, на которую налипают частицы перекатывающейся смеси порошков. Образующийся слой, состоящий из крахмала, сахарной пудры и концентрата сока, срезается отбойным ножом 2 и отбрасывается в зону работы высокоскоростного активатора 4, где происходит усреднение состава смеси за счет интенсивного смешивания с остальной массой материалов. Работа активатора с серповидными ножами способствует равномерному смешиванию и препятствует образованию крупных агломератов.

Известно [2], что в тарельчатом грануляторе гранулируемый материал имеет сегрегацию по высоте динамического слоя, в котором в нижних слоях (у дна тарели) преобладает наиболее мелкий материал с минимальной влажностью. Обычное форсуночное распыление идет как на недоувлаженный материал, так и на сформировавшиеся гранулы, переувлажняя их, что приводит к образованию гранул не однородных по размеру. Предлагаемое устройство ввода вязкой жидкости 5 осуществляет подачу в самый нижний слой - наиболее выгодное место для подачи жидкости.

После достижения равномерного распределения концентрата сока в объеме смеси, ее, при необходимости, доувлажняют путем обычного форсуночного распыления, например, воды или раствора лимонной кислоты до рабочей влажности гранулирования. Образованию крупных гранул препятствует работа активатора 4. Образующиеся гранулы размером 1÷2,5 мм выгружают из гранулятора для сушки.

Таким образом, предложенное устройство для смешивания вязкой жидкости и сыпучих компонентов позволяет повысить степень однородности смеси и, как следствие, повысить качество и однородность по размеру получаемых гранул.

Литература

1. Урьев Н.В. Физико-химические основы технологии дисперсных систем и материалов. - М.: Химия, 1988, с. 256.

2. Классен П.В. Основы техники гранулирования (Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии) / П.В. Классен, И.Г. Гришаев. - М.: Химия, 1982. - 272 с., ил.