ДИСМЕМБРАТОР ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ГОМОГЕНИЗИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ

Изобретение относится к области измельчения и диспергирования материалов и может быть использовано в горной и строительной промышленности, в энергетике, в технологических схемах обогатительных фабрик, в схемах подготовки твердого топлива для сжигания и в технологических линиях приготовления кормов для сельскохозяйственных животных.

Известен дисмембратор для приготовления гомогенизированных продуктов, содержащий вертикально установленные неподвижный корпус с патрубком отвода измельченного продукта вверх и крышку корпуса с горизонтальным загрузочным патрубком. Внутри корпуса с зазором соосно установлены два диска: неподвижный - статор и снабженный приводом, имеющим, например, электродвигатель, - ротор. На рабочих поверхностях каждого из дисков по концентрическим окружностям выполнены кольцевые выступы и впадины, имеющие в радиальном сечении форму прямоугольников, причем кольцевые выступы ротора соответственно входят в смежные впадины статора. На кольцевых выступах со смещением выполнены сквозные пазы, радиально расположенные проходные сечения которых имеют прямоугольную форму, и зубчатые элементы, которые с кромками смежных выступов образуют режущие элементы, являющиеся рабочей зоной устройства. При этом смещение зубчатых элементов ротора и статора составляет величину, обеспечивающую при вращении ротора перекрытие сквозных проходных сечений между этими зубчатыми элементами, причем расстояние между соседними зубчатыми элементами одного кольцевого выступа меньше или равно ширине зубчатого элемента следующей концентрической окружности в направлении к периферии (патент RU 2124935, МПК⁶ B01F 5/06, B01F 7/10).

Описанный дисмембратор для приготовления гомогенизированных продуктов обладает следующими недостатками:

- невысокая эффективность работы вследствие отсутствия возможности приготовления мелкодисперсного конечного продукта, так как подача жидкости, например, воды в рабочую зону не предусмотрена, что приводит к повышенному трению перерабатываемого продукта при его контакте с рабочими органами устройства и исключает возможность приготовления продукта за счет использования гидравлических ударов, а применительно к кормам снижает их усвояемость и ведет к увеличению затрат на навозоудаление;

- высокая энергоемкость приготовления конечного продукта и производственные затраты, во-первых, вследствие горизонтального расположения вала ротора, что обуславливает загрузку перерабатываемого продукта в горизонтально расположенный загрузочный патрубок и приводит к его сгруживанию на входе в корпус; во-вторых, вследствие осуществления выгрузки конечного продукта вертикально вверх, то есть, при действии веса перерабатываемого продукта против центробежной силы, возникающей при вращении ротора; в-третьих, вследствие присутствия сухого трения перерабатываемого продукта с поверхностями статора и ротора в рабочей зоне;

- повышенные габариты по горизонтали и, соответственно, большая площадь помещения под размещаемое оборудование, также обусловленные горизонтальным расположением ротора, так как необходимую для функционирования устройства загрузочную емкость необходимо прикреплять к патрубку отвода измельченного продукта.

Ближайшим аналогом предлагаемого изобретения по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является дисмембратор для приготовления гомогенизированных продуктов, содержащий корпус с патрубком отвода измельченного продукта и крышку корпуса, оснащенную загрузочным патрубком для подачи перерабатываемого материала. Внутри корпуса горизонтально и соосно установлены верхний диск, являющийся статором, и снабженный приводом нижний диск, являющийся ротором. При этом рабочие поверхности каждого из дисков снабжены кольцевыми концентрично расположенными выступами и впадинами, имеющими в радиальном сечении форму равнобоких трапеций, меньшие основания которых обращены к противоположному диску, причем кольцевые выступы одного из дисков расположены во впадинах между смежными кольцевыми выступами в другом диске. В каждом из кольцевых концентрично расположенных выступов обоих дисков с постоянным шагом выполнены зубчатые элементы и сквозные пазы, радиально расположенные проходные сечения которых образуют с кромками смежных выступов режущие элементы, являющиеся рабочей зоной устройства. Угол наклона кромок режущих элементов к рабочей поверхности дисков равен 90° - α, где α - угол трения измельчаемого материала по материалу выступов (патент на полезную модель RU 49735, МПК⁷ В02С 13/22).

Вышеописанный дисмембратор для приготовления гомогенизированных продуктов имеет следующие недостатки:

- пониженная эффективность работы вследствие отсутствия возможности приготовления мелкодисперсного конечного продукта без применения жидкости, что не позволяет использовать разрушение материала за счет энергии вихря;

- повышенные энергоемкость приготовления конечного продукта и производственные затраты вследствие существования сухого трения перерабатываемого материала с поверхностями верхнего и нижнего горизонтальных дисков, так как подача жидкости, например воды, в рабочую зону не предусмотрена;

- отсутствие возможности обеспечения высокой усвояемости конечного продукта при его использовании в качестве корма для животных вследствие того, что исходный материал подвергается в рабочей зоне исключительно измельчению с невысокой дисперсностью в присутствии сухой среды.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности работы устройства за счет увеличения дисперсности измельчения, уменьшение энергоемкости приготовления конечного продукта, снижение производственных затрат и улучшение усвояемости конечного продукта при его использовании в качестве корма для животных.

Для решения поставленной задачи в дисмембраторе для приготовления гомогенизированных продуктов, содержащем корпус с патрубком отвода измельченного продукта и крышку, оснащенную загрузочным патрубком для подачи перерабатываемого материала, внутри которых горизонтально и соосно установлены верхний диск, являющийся статором, и снабженный приводом нижний диск, являющийся ротором, при этом рабочие поверхности каждого из дисков снабжены кольцевыми концентрично расположенными с постоянным шагом выступами, оснащенными зубчатыми элементами, и впадинами, имеющими в радиальном сечении форму равнобоких трапеций, меньшие основания которых обращены к противоположному диску, причем кольцевые выступы одного из дисков расположены во впадинах между смежными кольцевыми выступами в другом диске, согласно изобретению между впадинами и боковыми поверхностями зубчатых элементов выполнены рабочие радиально расположенные проходные сечения в виде фигурных отверстий. Радиусы кривизны этих отверстий в пределах каждого кольцевого выступа выполнены одинаковыми, а в пределах смежных кольцевых выступов верхнего и нижнего дисков - разными. Зазор между боковыми стенками смежных зубчатых элементов выполнен постоянным и равным 0,1 - 0,3 мм, глубина фигурных отверстий установлена меньше высоты кольцевых выступов на 1,5 - 2,0 мм, а загрузочный патрубок предназначен также для подачи жидкости в корпус.

Радиально расположенные проходные сечения между впадинами и боковыми поверхностями зубчатых элементов могут быть выполнены цилиндрической формы.

Радиусы кривизны фигурных отверстий в пределах смежных кольцевых выступов верхнего и нижнего дисков могут быть выполнены сначала уменьшающимися по направлению от загрузочного патрубка к патрубку отвода измельченного продукта до среднего по диаметру из указанных выше кольцевых выступов, снабженных зубчатыми элементами, а затем возрастающими в этом же направлении.

В радиальном направлении от загрузочного патрубка к патрубку отвода измельченного продукта центры фигурных отверстий могут быть расположены по криволинейной траектории, в качестве которой использована спиральная траектория выполнения профиля лопатки рабочего колеса лопастной машины.

Повышение эффективности работы дисмембратора достигается за счет одновременной реализации в предлагаемом техническом решении трех процессов: измельчения, нагрева и смешивания продукта. Измельчение материала происходит за счет того, что, во-первых, в фигурных отверстиях между впадинами и боковыми поверхностям зубчатых элементов материал попадает под действие режущих элементов, являющихся рабочей зоной устройства; во-вторых, разрушение обрабатываемого материала происходит вследствие образования и действия на материал циклического и пульсирующего изменения давления, то есть вихря, который формируется в рабочих радиально расположенных проходных сечениях, расположенных между впадинами и боковыми поверхностями зубчатых элементов и выполненных в виде фигурных отверстий. Кроме того, интенсивность разрушающего действия вихря еще больше возрастает в связи с тем, что радиус кривизны проходных сечений этих фигурных отверстий в пределах смежных концентрических кольцевых выступов выполнен переменным, например, сначала уменьшающимся по направлению от загрузочного патрубка к патрубку отвода измельченного продукта в пределах смежных кольцевых выступов в сочетании с вращением нижнего диска, до среднего по диаметру из указанных выше кольцевых выступов, снабженных зубчатыми элементами, а затем возрастающим в этом же направлении. Это позволяет воздействовать на материал, находящийся в замкнутой цилиндрической рабочей зоне устройства многочисленными кратковременными и постоянно меняющими свой знак импульсами, то есть вихрями давления, от пика давления до вакуума. От такого сочетания действий обрабатываемый материал испытывает разрыв потока, нарушение его сплошности течения. Это приводит к разрушению обрабатываемого материала и сопровождается его нагревом и увеличением дисперсности измельчения, то есть, применительно к кормлению животных, - улучшением усвояемости. Повышению эффективности работы дисмембратора способствует также и то, что центры фигурных отверстий, выполненных на кольцевых концентрично расположенных выступах, расположены по криволинейной траектории, например, по спиралям, подобно спиралям, по которым выполнены профили лопаток рабочих колес лопастных машин - насосов или вентиляторов. Это в свою очередь способствует постепенному увеличению давления, оказываемого на материал по мере его перемещения от загрузочного патрубка к патрубку отвода измельченного продукта. Таким образом, на материал, находящийся в замкнутой цилиндрической рабочей зоне устройства, наряду с многочисленными кратковременными и постоянно меняющими свой знак импульсами, то есть вихрями давления, накладывается постепенное увеличение давления, оказываемого спиралевидной формой расположения центров отверстий.

Уменьшение энергоемкости приготовления конечного продукта и снижение производственных затрат достигаются обеспечением возможности подачи жидкости, например воды, в рабочую зону устройства к рабочим поверхностям верхнего и нижнего дисков при отсутствии сухого трения перерабатываемого материала с поверхностями этих дисков.

Улучшение усвояемости конечного продукта при его использовании в качестве корма для животных достигается за счет увеличения степени измельчения и подогрева.

Исследования заявителя показали, что минимальное энергопотребление предложенного устройства достигается при зазорах между боковыми стенками смежных зубчатых элементов, имеющих в радиальном сечении форму равнобоких трапеций, постоянных и равных 0,1-0,3 мм. При таком зазоре происходит более интенсивный нагрев материала, что применительно к кормам позволяет уничтожать грибки и плесени. Все это позволяет при приготовлении кормов экономить до 35% энергии. При зазоре менее 0,1 мм и более 0,3 мм возрастает потребляемая мощность и время нагрева продукта.

Выполнение глубины фигурных отверстий меньше, чем высота кольцевых концентрических выступов на 1,5-2,0 мм, также способствует пульсации давления, воздействующего на материал, при его перемещении от одного кольцевого выступа к другому и является оптимальным, при высоте выступов менее 1.5 мм и более 2,0 мм также возрастает потребляемая мощность и время нагрева продукта.

Предложенное устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид дисмембратора для приготовления гомогенизированных продуктов; на фиг.2 - ротор, вид сверху; на фиг.3 - статор, вид сверху; на фиг.4 - разрез фиг.3 по линии А-А.

Дисмембратор для приготовления гомогенизированных продуктов содержит корпус 1 с патрубком 2 отвода измельченного продукта и крышку 3 с загрузочным патрубком 4 для подачи перерабатываемого материала и жидкости в корпус. Внутри корпуса 1 с крышкой горизонтально с зазором и соосно установлены верхний диск 5, являющийся статором, и снабженный приводом нижний диск 6, являющийся ротором. Поверхности каждого из дисков снабжены кольцевыми концентрично расположенными с постоянным шагом выступами 7, снабженными зубчатыми элементами 8, и впадинами 9, имеющими в радиальном сечении форму равнобоких трапеций 10, меньшие основания которых обращены к противоположным дискам, причем кольцевые выступы одного из дисков расположены во впадинах между смежными кольцевыми выступами в другом диске. Так, меньшие основания трапеций 10 на рабочих поверхностях диска 5 обращены к рабочей поверхности диска 6, а меньшие основания трапеций 10 на рабочих поверхностях диска 6 обращены к рабочей поверхности диска 5. Кольцевые выступы на рабочих поверхностях диска 5 расположены во впадинах между смежными кольцевыми выступами на рабочих поверхностях диска 6, а кольцевые выступы на рабочих поверхностях диска 6 расположены во впадинах между смежными кольцевыми выступами на рабочих поверхностях диска 5.

Между впадинами 9 и боковыми поверхностями зубчатых элементов 8 выполнены рабочие радиально расположенные проходные сечения 11 в виде фигурных отверстий. Радиусы кривизны этих отверстий в пределах каждого кольцевого выступа 7 выполнены одинаковыми, а в пределах смежных кольцевых выступов 7 верхнего диска 5 и нижнего диска 6 - разными. Так, например, радиусы кривизны фигурных отверстий в пределах смежных кольцевых выступов 7 верхнего диска 5 и нижнего диска 6 выполнены сначала уменьшающимися по направлению от загрузочного патрубка 4 к патрубку 2 отвода измельченного продукта до среднего по диаметру из указанных выше кольцевых выступов, снабженных зубчатыми элементами 8, а затем возрастающими в этом же направлении.

Зазор 12 между боковыми стенками смежных зубчатых элементов 8 выполнен постоянным и равным 0,1-0,3 мм. Глубина фигурных отверстий установлена меньше высоты кольцевых выступов 7 на 1,5-2,0 мм.

В радиальном направлении центры проходных сечений 11 в виде фигурных отверстий расположены по криволинейной траектории 13, в качестве которой использована спиральная траектория выполнения профиля лопатки рабочего колеса лопастных машин - насосов или вентиляторов.

Радиально расположенные проходные сечения 11 между впадинами 9 и боковыми поверхностями зубчатых элементов 8 могут быть выполнены в виде фигурных отверстий, представляющих собой цилиндрические линейчатые поверхности. Этот вид поверхностей объединяет большое разнообразие частных форм, ибо, как известно, цилиндрические линейчатые поверхности по способу формирования относятся к кинематическим поверхностям, образуемым в результате перемещения прямой линии (образующей) относительно неподвижной (направляющей) кривой. В качестве направляющих кривых может выступать окружность. Тогда, конфигурация фигурных отверстий будет представлять цилиндрическую поверхность. Кроме того, направляющей кривой может служить овал для овальной линейчатой поверхности и многоугольник - для многоугольной линейчатой поверхности. Возможны и другие конфигурации направляющих кривых.

Дисмембратор для приготовления гомогенизированных продуктов работает следующим образом. Перерабатываемый материал, например, кормовое сырье, вместе с жидкостью загружаются в загрузочный патрубок 4 и за счет веса и действия центробежных сил горизонтальных дисков 5 и 6 поступают в корпус 1 в виде жидкой суспензии, то есть пульпы. В зазоре 12, то есть в рабочей зоне между вращающимися дисками 5 и 6, за счет использования пульсаций давления и завихрений происходит приготовление мелкодисперсного конечного продукта, в частности, легкоусвояемого животными. Это приводит к разрушению перерабатываемого материала, что сопровождается его нагревом и увеличением дисперсности измельчения, то есть, применительно к кормлению животных, - улучшением усвояемости.

Выгрузка готового продукта осуществляется через патрубок 2 отвода измельченного продукта.

Таким образом, предложенный дисмембратор позволяет экономить до 35% энергии при производстве гомогенизированных продуктов, в частности при использовании конечного продукта в качестве кормов для сельскохозяйственных животных, обеспечивает повышение эффективности работы за счет увеличения дисперсности измельчения и снижение производственных затрат на приготовление гомогенизированного продукта, в частности, кормов для сельскохозяйственных животных, при улучшении усвояемости этого гомогенизированного корма.