Результат интеллектуальной деятельности: Способ смешивания лечебных препаратов, витаминных и минеральных добавок с наполнителем

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, а именно, к способам для приготовления премиксов из лечебных препаратов, витаминных и минеральных добавок с наполнителем.

Известен способ, реализованный в «Установке для приготовления премиксов и кормовых смесей» RU 2289974, С1, А23N17/00, 21.06.2005г. Установка включает два вертикально установленных смесителя, сообщающихся между собой. Смеситель для премиксов представляет собой центрифугу в виде усеченного конуса, его смешивающий рабочий орган имеет вид лопатки, а смеситель для кормовых смесей выполнен с винтовой лопаткой.

Недостатки: смесители в виде центрифуги предназначены для разделения, он приводит к сепарации составляющих, а спирально-винтовой конвейер для транспортирования премикса из малого смесителя в большой также приводит к сегрегации составляющих. Способ сложный, установка металлоемкая.

Известен способ, реализованный в «Установке для приготовления премиксов и кормовых смесей» п. RU 2411884 МПК А 23 N17/00, 2010 г. Способ включает измельчение и смешивание препаратов с наполнителем и смешивание первичных премиксов с наполнителем. Недостатком данного способа является конвективный способ смешивания, что недостаточно эффективно.

Известен «Способ приготовления кормолекарственных смесей» п. RU 2635365, МПК А 23 N17/00. 2017 г., который включает способ получения первичного премикса при одновременном измельчении и смешивании и приготовление кормовой смеси посредством смешивания первичного премикса с наполнителем в смесителе кормолекарственных смесей в режиме псевдоожиженного слоя. Однако, оба эти процесса осуществляются конвективным способом, сопровождаются сегрегацией компонентов.

Наиболее близким по технической сущности предполагаемого изобретения является «Способ приготовления гомогенной смеси лечебных кормов, витаминных термолабильных и минеральных премиксов» RU №2706584, МПК А 23 N17/00, 2019 г., принят за прототип, который включает две стадии измельчения и смешивания в сферических смесителях, но не обеспечен способ устойчивого конвективного смешивания в зонах повышенного давления и вакуума в объемах сферических корпусов, где равнозначные возможности смешивания и сегрегации.

Задача предполагаемого изобретения заключается в повышении однородности смеси путем создания управляемого материально-воздушного потока смеси в объеме сферического корпуса смесителя.

Поставленная задача достигается тем, что способ смешивания лечебных препаратов, витаминных и минеральных добавок с наполнителем осуществляют в два приема: первичный премикс приготавливают в лабораторной мельнице и смешивают в течение 60с конвективным способом при соотношении препарата и наполнителя 1:3; первичный премикс пересыпают в сообщающийся с ней измельчитель-смеситель для вторичных премиксов, добавляют в него 20% установленной дозы наполнителя и смешивают 100-120 с; смешивание одновременно осуществляют двумя способами: способом диффузии при совместном смятии препаратов и наполнителя в зазоре между рабочей гранью лопасти и насечкой по Архимедовой спирали на рабочей стороне диска, для этого плоские лопасти устанавливают широкой стороной по оси вала привода, длинная сторона лопасти параллельная и прилегающая к рабочей поверхности диска с регулируемым зазором 0,6-1,2 мм срезана под углом естественного откоса смеси 23-31°; и конвективным способом в режиме псевдоожиженного слоя в зоне давления у внутренней поверхности шара и зоне вакуума у вертикальной оси шара, создаваемых разделением объема шара сферической поверхностью по нейтральной линии, расположенной на расстоянии 2/3 Rш, от оси радиуса шара и непрерывной устойчивой подачей материально-воздушного потока смеси плоскими, вертикальными лопастями измельчителя-смесителя; лабораторная мельница и измельчитель-смеситель соединены между собой герметично.

Смесители для приготовления комбикормов и лечебных кормов, которые используют в нашей стране и за рубежом работают по принципу конвективного смешивания, при этом коэффициент однородности смешивания составляет 0,80-0,85, а для лечебных кормов по ветеринарным требованиям он равен – 0,95-0,97 (Спесивцев А. Процесс смешивания при производстве комбикормов.//Комбикорма. – 2016 - №3 – С.37-41).

Высший коэффициент однородности смешивания двухфазной неоднородной системы достигается в псевдоожиженном слое (О.М.Тодес, О.Б.Цитович «Аппараты с кипящим зернистым слоем» Ленинград, Химия, 1981 г.). Расчет основных параметров псевдоожижения выполняют по методике (И.П. Мухленов и др. «Расчет препаратов кипящего слоя», Ленинград, Химия, 1986 г.). Процесс смешивания зависит в основном от конструкции смесителя, рабочих органов и режима его работы.

Конвективное смешивание в псевдоожиженном слое отличается высокой эффективностью, малым временем смешивания, простой конструкцией, однако при работе смесителя происходит сегрегация смеси – рассортирование компонентов по массе частиц и размерам. Поэтому, для каждого типа смесителя и вида смеси необходимо экспериментально установить режим работы смесителя: соотношение компонентов, число оборотов вала смесителя, время смешивания, степень загрузки емкости смесителя и др.

Диффузионное смешивание осуществляется способом взаимной диффузии компонентов при совместном смятии, в результате из двух гетерогенных (неоднородных компонентов) образуется гомогенный (однородный) продукт – вещества находятся в одном агрегатном состоянии и при последующем смешивании не разделяются. Диффузионное смешивание представляется как процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, что приводит к выравниванию их концентрации по всему занимаемому объему. При этом происходит перенос вещества с мест высокой концентрации в места низкой концентрации и наоборот. Атомы соприкасающихся материалов перемешиваются на границе соприкосновения рабочих органов.

Известно, что самые напряженные и ответственные детали и узлы самолетов, ракет, кораблей и др. в настоящее время изготавливаются из композитных материалов (М.Л. ербер, В.М. Виноградов, Г.С. Головкин «Полимерные композиционные материалы» СПб, 2008 г., С.560). Это достигается путем совместного измельчения состава полимеров до мельчайших частиц и одновременного диффузионного смешивания с последующим нагревом и прессованием, где уже между частицами, составляющих полимеров действуют межмолекулярные силы.

Установка диска из искусственных жерновых камней, закаленного чугуна, песчаников или гранита и других точильных камней с высоким коэффициентом трения (И.В. Крагельский «Коэффициенты трения. Справочное пособие» МАШГИЗ, 1962 г., С.8; Мартенс «Техническая энциклопедия», том 7, 1929 год) обеспечивает процесс смятия, а угол трения α =12-15°, насечка на рабочей поверхности рабочего диска в форме Архимедовой спирали определена из условия сохранения постоянного угла защемления измельчаемых кусочков β=18-20°, по всему диаметру диска (В.П. Горячкин «Собрание сочинений» Москва, издательство «Колос», 1963 г., том 1, С.228-239). Угол трения, угол защемления и зазоры проверены экспериментально и на практике.

Особенность смешивания лечебных препаратов и витаминных термолабильных и минеральных премиксов в том, что размеры частиц солей микроэлементов, используемых в комбикормовом производстве, варьируют в широких пределах – от пылевидных, способных витать в воздухе, до аномально крупных (1,2 мм), ограниченных лишь требованиями ГОСТ 52356-2005 «Премиксы. Номенклатура показателей», что не противоречит действующим нормативным документам.

Если размер компонентов не соответствует нормативам (ГОСТ), то для цыплят-бройлеров норма комбикорма 20 г в сутки, может не попасть нужный элемент, а если в эти 20 г корма попадает лишь одна частичка размером 1,2 мм, то будет перекорм. Применяемые компоненты являются солями тяжелых металлов. Они обладают высокой токсичностью для живых организмов, даже при невысоких превышениях допустимых норм, а также способствуют биоаккумуляции их в организме. Однако, их применение позволяет на треть повысить продуктивность животных и птицы (В.С.Крюков «Производство однородных комбикормов и качество премиксов»//[Электронный ресурс]:URL http://soyanews.info/news/-Proizvodstvo-odnorodnykh-kombikormov-i-kachestvo-.html).

Установлено, что миграционную способность материальных частиц различной плотности в диапазоне крупности от 0,1 до 3 мм, подверженных действию воздушного потока, определяется состоянием равновесия частиц на кривой (наклонной) поверхности и зависит от скорости потока и угла наклона. На сферической поверхности создаются благоприятные условия пересекающихся траекторий движения легких и тяжелых материалов в поле действия аэродинамических, гравитационных и центробежных сил (Филиппов В.Е., Гаврильев Д.М., Лебедев И.Ф. Поведение минеральных частиц в потоке на искривленной поверхности. Горный информационно-аналитический бюллетень. МГГУ-2007-№3, С368-371). Эти принципы приняты за основу процесса смешивания предложенном способе.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется фиг.1 – установка смешивания лечебных препаратов, витаминных и минеральных добавок с наполнителем, фиг.2 – вид А, фиг.1, фиг.3, вид Б, фиг.1.

Установка смешивания лечебных препаратов, витаминных и минеральных добавок с наполнителем включает лабораторную мельницу 1 для приготовления первичных премиксов с устройством ввода препаратов 2, бункер для наполнителя 3 с загрузочным шлюзом 4; измельчитель-смеситель 5 для приготовления вторичных премиксов содержит шаровой корпус 6 с обтекателем 7 в верхней части, в нижней цилиндрической части сферического корпуса на раме 8 закреплен рабочий диск 9, с насечкой 16 на рабочей стороне в форме Архимедовой спирали, по центру которого проходит вал привода 10, на нем закреплена двухстороння лопасть 11 (фиг.2, вид А фиг.1), стороны лопастей, прилегающие к рабочей поверхности диска, срезаны по углом естественного откоса смеси α=23-31°; (фиг.3, вид Б, фиг.1), между рабочим диском и двухсторонней лопастью установлены регулировочные прокладки 12; вдоль вертикальной оси шарового корпуса измельчителя-смесителя установлен сферический экран 13 радиусом, образующей ее поверхность (r экр.), равный 2/3радиуса шарового корпуса Rш, (r экр.=2/3 Rш); в нижней части шарового корпуса установлен выгрузной патрубок 14 с заслонкой 15.

Работает установка смешивания лечебных препаратов, витаминных и минеральных добавок с наполнителем следующим образом.

В лабораторную мельницу 1 для приготовления первичных премиксов при открытой крышке и закрытой заслонке с устройства ввода препаратов 2 помещают лечебный премикс, а из бункера 3 добавляют наполнитель в соотношении 1:3. Включают в работу лабораторную мельницу и в течение 60с совместно измельчают и смешивают компоненты. Полученный первичный премикс при открытой заслонке и работающей лабораторной мельнице через шлюз 4 выгружают в измельчитель-смеситель 5 для приготовления вторичного премикса; в него же из бункера 3 добавляют 15-20% от установленной дозы наполнителя в лечебном комбикорме. Включают в работу вал привода 10 измельчителя-смесителя и закрепленную на нем двухстороннюю лопасть 11, сторона его, прилегающая к рабочей поверхности диска 9, закрепленного на раме 8 срезана под углом естественного откоса смеси α=23-31° (фиг.3, вид Б фиг.1); при вращении лопасти смесь зажимается наклонной ее стороной и в зазоре 0,6-1,2 мм, который регулируется прокладками 12, между лезвием лопастей и насечкой на рабочей стороне диска в форме Архимедовой спирали зажимается под постоянным углом защемления β=18-20° (фиг.2, вид А фиг.1) при совместном смятии компонентов происходит процесс взаимной диффузии – механическое вдавливание одного компонента в другой; двухсторонняя лопасть равномерно выбрасывает смесь измельчаемой массы с воздухом на 360° внутренней сферической поверхности корпуса 6 измельчителя-смесителя вторичных премиксов, создается устойчивый поток – псевдоожиженный слой, в режиме повышенного давления, в котором компоненты равномерно распределяются, а обтекатель 7 через кольцевой зазор направляет поток смеси вниз, где в объеме сферического экрана 13 с радиусом r экр. продолжается процесс смешивания в псевдоожиженном слое в режиме пониженного давления и на его вогнутой поверхности, которая через зазор δ направляет поток смеси к оси двухсторонней лопасти, далее в зазор между лезвиями лопастей и насечкой на рабочей стороне диска 9; вакуум в зоне вертикальной оси сферы способствует устойчивой подаче смеси на рабочие органы в зону диффузии; достигается замкнутый устойчивый процесс: одновременного измельчения путем совместного смятия компонентов, смешивания на вогнутой поверхности шара и сферического экрана, а также в их объемах в режиме псевдоожиженного слоя при переменном давлении.

Таким образом, в измельчителе-смесителе установлен сферический экран 13 с окружностью образующей ее поверхность радиусом r экр. равным 2/3 Rш – радиуса шарового корпуса (Rш) разделяет объем смесителя на зоны повышенного и пониженного давления, при этом изменяется траектория движения различных частиц, что способствует равномерному смешиванию компонентов, формирует материально-воздушный поток и направляет его к оси вала привода 10 в зону начала измельчения, в зазор между лезвием двухсторонней лопасти и насечкой на рабочей поверхности диска в зону совместного измельчения препаратов и наполнителя (диффузии); достигается замкнутый управляемый, устойчивый процесс смешивания.