Екструдер з термообробкою для виробництва біополімерів(варіанти) і спосіб екструдування біополімерів з термообробкою(варіанти)

Номер патенту: 48113

Опубліковано: 15.08.2002

Автор: Шааф Хайнц

Є ще 24 сторінки.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Экструдер с термообработкой для производства биополимеров, включающий установленные на цилиндре экструдера загрузочную воронку, по меньшей мере один шнек, а также сопло, отличающийся тем, что имеет, по меньшей мере, один лопаточный насос, расположенный между шнеком и соплом, причем каждый лопаточный насос состоит из одной матрицы или пластины с отверстиями, по меньшей мере, одного связанного с ней лопаточного элемента с лопатками, причем лопаточный элемент вращается по поверхности указанной матрицы или пластины с отверстиями, а лопатки лопаточного элемента установлены под острым углом от 0 до 90°  относительно матрицы или пластины с отверстиями, если смотреть в направлении движения лопаточного элемента, так что обрабатываемый материал подвергается воздействию перекачивания.

2. Экструдер по п. 1, отличающийся тем, что имеет, по меньшей мере, два лопаточных насоса между шнеком и соплом.

3. Экструдер по п. 1, отличающийся тем, что поверхность головки конца шнека, обращенная к соплу, выполнена в форме клина и с возможностью прохождения по пластине с отверстиями.

4. Экструдер по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что лопаточный насос, включающий пластину с отверстиями и лопаточный элемент, установлен на валу, являющемся продолжением шнека.

5. Экструдер по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что лопаточные насосы движутся независимо друг от друга.

6. Экструдер по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что в дополнение к многочисленным отверстиям с хорошими теплопередающими свойствами, выполненными в матрице или в пластинах с отверстиями, пластины имеют каналы для пара или охлаждающей воды или термомасла.

7. Экструдер по любому из пп. 1-6, отличающийся, тем, что поверхности лопатки выполнены прямыми, закругленными или профилированными и вращаются по матрице с отверстиями.

8. Экструдер по п. 7, отличающийся тем, что лопасти лопатки или перемешивающие лопасти, проходящие по поверхности пластин с отверстиями, которые, например размещаются перпендикулярно оси движения компонента лопаточного насоса типа мешалки, имеют круглое поперечное сечение и выполнены в форме цилиндрического или конического валка, сужающегося в наружном направлении.

9. Экструдер по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что поверхность лопатки выполнена максимально возможно гладкой, то есть с минимальным коэффициентом трения, а поверхность матрицы с отверстиями (пластина) является максимально шероховатой, то есть с более высоким коэффициентом трения.

10. Экструдер по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что и указанные узлы экструдера, в особенности цилиндр экструдера и возможно шнек, сопло выполнены из стали, литейного чугуна и любых других материалов, используемых в пищевой промышленности.

11. Экструдер по одному из пп. 1-10, отличающийся тем, что лопаточные насосы выполнены в виде отдельных модулей.

12. Экструдер по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что отдельные лопаточные насосы выполнены с возможностью совмещения в модульной системе.

13. Экструдер по любому из пп. 1-12, отличающийся тем, что матрица с отверстиями со стороны поступления потока выполнена с вогнутой поверхностью, причем соответствующие лопаточные элементы, дополняющие эту вогнутую поверхность, располагаются прямо перед нею и соответствуют ее контуру.

14. Экструдер по одному из пп. 1-12, отличающийся тем, что на продолжении оси шнека, имеющем конец шнека, выполненный в форме лопаточной головки, расположена плоская матрица с отверстиями, отверстия в которой по существу параллельны оси и расширяются в направлении потока.

15. Экструдер по п. 14, отличающийся тем, что за матрицей с отверстиями размещены три дополнительных лопаточных насоса, каждый из которых включает матрицу с отверстиями и один лопаточный элемент, причем лопаточный элемент имеет форму вращающегося воздушного винта.

16. Экструдер по п. 14, отличающийся тем, что после плоской матрицы с отверстиями размещен лопаточный насос, состоящий из лопаточного элемента и цилиндрической матрицы кольцевой формы с отверстиями, расположенными в радиальном направлении, причем вместе они образуют полое лопаточное пространство, в котором   расположен  с  возможностью   вращения лопаточный элемент, проходящий по кольцевой матрице.

17. Экструдер по п. 14, отличающийся тем, что на конце вала размещается коническая матрица с отверстиями, по существу параллельными оси и, возможно, расширяющимися в направлении потока, причем в лопаточном пространстве, образованном полой конической матрицей с отверстиями, расположен лопаточный элемент, заполняющий лопаточное пространство, проходящий над отверстиями матрицы с отверстиями с внутренней стороны.

18. Экструдер по любому из пп. 1-17, отличающийся тем, что соотношение наружного диаметра шнека и диаметра лопаточного элемента и/или матрицы с отверстиями составляет от 1:2,0-3,0.

19. Экструдер по любому из пп. 1-18, отличающийся тем, что элементы, проходящие по пластине с отверстиями, являются коническими элементами, сужающимися от внутренней стороны к наружной, вращающимися вокруг собственной оси, причем матрица с отверстиями, расположенная с их верхней стороны, выполнена как дополняющая, т.е. они расширяются изнутри в наружном направлении.

20. Экструдер полюбому из пп. 1-19, отличающийся тем, что имеет центральный канал для вала(ов), проходящий сквозь матрицу с отверстиями для центровки шнека, причем шнек имеет крайне малую глубину выемки при отношении глубины выемки к диаметру шнека от 1/20 до 1/50.

21. Экструдер по п. 8, отличающийся тем, что цилиндрический валок(ки), особенно на первой ступени, выполнен с возможностью вращения.

22. Экструдер с термообработкой для производства биополимеров,   включающий  установленные  в цилиндре   экструдера     загрузочную   воронку ,  по  меньшей   мере  один  шнек  и сопло , отличающийся тем, что  дополнительно   снабжен    установленной     в  цилиндре   экструдера  между  шнеком и  соплом  последовательностью  лопаточных   насосов ,  каждый  из которых   состоит из  одной  матрицы  с  отверстиями  и одного   соответствующего    лопаточного   элемента    ,  который   установлен  с   возможностью   вращения   вблизи    поверхности  матрицы  с отверстиями  , при этом    экструдер   ориентирован  вертикально.    и его  шнек является   исключительно питающим  шнеком.

 23. Экструдер по п. 22, отличающийся тем, что поверхности лопатки выполнены прямыми, закругленными или профилированными и вращаются по матрице с отверстиями.

24. Экструдер по п. 23, отличающийся тем, что лопасти лопатки или перемешивающие лопасти, проходящие по поверхности пластин с отверстиями, которые, например  размещаются перпендикулярно оси движения компонента лопаточного насоса типа мешалки, имеют круглое поперечное сечение и выполнены в форме цилиндрического или конического валка, сужающегося в наружном направлении.

25. Экструдер по любому из пп. 22-24, отличающийся тем, что поверхность лопатки выполнена максимально возможно гладкой, т.е. с минимальным коэффициентом трения, а поверхность матрицы с отверстиями (пластина) является максимально шероховатой, т.е. с более высоким коэффициентом трения.

26. Экструдер по любому из пп. 22-25, отличающийся тем, что указанные узлы экструдера, в особенности цилиндр экструдера, шнек и сопло выполнены из стали, литейного чугуна и любых других материалов, используемых в пищевой промышленности.

27. Экструдер по одному из пп. 22-26, отличающийся тем, что лопаточные насосы выполнены в виде отдельных моделей.

28. Экструдер по любому из пп. 22-27, отличающийся тем, что отдельные лопаточные насосы выполнены с возможностью совмещения в модульной системе.

29. Экструдер по любому из пп. 22-28, отличающийся тем, что матрица с отверстиями со стороны поступления потока выполнена с вогнутой поверхностью, причем соответствующие лопаточные элементы, дополняющие эту вогнутую поверхность, располагаются прямо перед нею и соответствуют ее контуру.

30. Экструдер по одному из пп. 22-28, отличающийся тем, что на продолжении оси шнека, имеющем конец шнека, выполненный в форме лопаточной головки, расположена плоская матрица с отверстиями, отверстия в которой по существу параллельны оси и расширяются в направлении потока.

31. Экструдер по п. 30, отличающийся тем, что за этой матрицей с отверстиями размещены три дополнительных лопаточных насоса, каждый из которых включает матрицу с отверстиями и один лопаточный элемент, причем лопаточный элемент имеет форму вращающегося воздушного винта.

32. Экструдер по п. 30, отличающийся тем, что после плоской матрицы с отверстиями размещен лопаточный насос, состоящий из лопаточного элемента и цилиндрической матрицы кольцевой формы с отверстиями, расположенными в радиальном направлении, причем вместе они образуют полое лопаточное пространство, в котором вращается лопаточный элемент, проходящий по кольцевой матрице.

33. Экструдер по п. 30, отличающийся тем, что на валу, являющемся  продолжением  оси   шнека,  размещена  коническая матрица с отверстиями,   выполненными  по существу  в осевом  направлении и, возможно, расширяющимися в направлении потока, при этом в лопаточном пространстве, образованном полой конической матрицей с отверстиями, расположен лопаточный элемент, заполняющий лопаточное пространство, проходящий над отверстиями  конической  матрицы  с внутренней стороны.

34. Экструдер по любому из пп. 22-23, отличающийся тем, что соотношение наружного диаметра шнека и диаметра лопаточного элемента и/или матрицы с отверстиями составляет от 1:2,0-3,0.

35. Экструдер по любому из пп. 22-34, отличающийся тем, что элементы, проходящие по пластине с отверстиями, являются коническими элементами, сужающимися от внутренней стороны к наружной, вращающимися вокруг собственной оси, причем матрица с отверстиями, расположенная с их верхней стороны, выполнена как дополняющая, то есть они расширяются изнутри в наружном направлении.

36. Экструдер по любому из пп. 22-35, отличающийся тем, что имеет центральный канал для вала(ов), проходящий сквозь матрицу с отверстиями для центровки шнека, причем шнек имеет чрезвычайно малую глубину выемки при отношении глубины выемки к диаметру шнека от 1/20 до 1/50.

37. Экструдер по п. 24, отличающийся тем, что цилиндрический валок(ки), особенно на первом насосе, выполнен с возможностью вращения.

38. Экструдер с термообработкой для получения биополимеров, включающий установленные в цилиндре экструдера загрузочную воронку, а также сопло, отличающийся тем, что  он ориентирован вертикально   и   выполнен  многоступенчатым,  при  этом  каждая ступень  образована   лопаточным   насосом,  состоящим  из матрицы  с отверстиями  и лопаточного  элемента,  расположенного под углом  относительно поверхности  матрицы  с отверстиями  и диаметр  каждого последующего   лопаточного   элемента   меньше  диаметра  предыдущего   лопаточного  элемента   для  увеличения  сжатия  в направлении  потока  массы.

39. Экструдер с термообработкой для производства биополимеров, включающий установленные в цилиндре экструдера загрузочную воронку и сопло, имеющий одноступенчатую конструкцию, отличающийся тем, что он является пресс-гранулятором, имеющим дополнительные вращающиеся цилиндрические валки, расположенные перпендикулярно к вертикальному валу, причем валки катятся и проходят по матрице с отверстиями и сопло располагается за матрицей с отверстиями таким образом, что тесто сжижается перед валками или другими подобными элементами, в то время как за валками и на стороне вытекания за матрицей с отверстиями возможно испарение и частичное течение в обратном направлении, а также эффективное перекачивание теста в направлении сопла.

40. Способ экструзии с термообработкой биополимеров, отличающийся тем, что давление шнека, направленное вперед, массовый расход материала, подвергаемого экструзии, температура экструдера или внутри его, но в первую очередь давление перед матрицей с отверстиями и за ней или лопаточным элементом, проходящим над ней, подбираются таким образом, что за лопаточным элементом в лопаточной камере образуется зона низкого давления с испарением жидкости, содержащейся в экструдируемой массе, а перед лопаточным элементом в зоне накопления на пластине продавливания происходит повышение давления с ожижением паров жидкости, в частности, водяного пара.

41. Способ по пп. 40, отличающийся тем, что после прохождения сквозь матрицу с отверстиями на лопаточных элементах материал подвергается воздействию давления, сжимающего материал в текучую массу.

42. Способ по п. 41, отличающийся тем, что экструдер обеспечивает перепад давлений 10:1 между зоной, находящейся перед лопаточным элементом или перед поверхностью клина головки шнека, и зоной позади лопаточного элемента, причем зона более низкого давления находится в условиях ниже условий кипения.

43. Способ по одному из пп. 40-42, отличающийся тем, что в лопаточном насосе создается максимально возможная разность давлений с учетом при этом параметров экструдера, а также экструдируемого материала.

44. Способ по одному из пп. 42 или 43, отличающийся тем, что в зоне матрицы с отверстиями сжиженному материалу сообщают колебательное движение.

45. Способ по одному из пп. 40-44, отличающийся тем, что используется при рабочем объеме около 200 куб. см. в лопаточном насосе при массовом расходе от 200 до 350 кг/час и длительности нахождения, равной в результате 2-4 сек.

46. Способ по п. 40, отличающийся тем, что компоновка пластин с отверстиями и элементов лопаточного насоса выполнена таким образом, что лопаточные элементы проходят в каждом случае по поверхности пластины с отверстиями на передней стороне, настолько близко к ней, насколько это технически возможно, но избегая при этом соприкосновения.

47. Способ по одному из пп. 40-46, отличающийся тем, что предусматривает применение лопаточного элемента, диаметр которого настолько больше наружного диаметра шнека экструдера, что в лопаточной камере достигается достаточно низкое давление для осуществления испарения в тесте.

48. Способ по п. 47, отличающийся тем, что используют лопаточный насос, диаметр которого в 2-3 раза больше диаметра шнека экструдера.

49. Способ по любому из пп. 40-48, отличающийся тем, что используют экструдер с двумя шнеками.

50. Способ экструзии с термообработкой биополимеров, предназначенный для производства пищевых гранул, продуктов для сухих завтраков или изделий из дробленого зерна, отличающийся тем, что пищевые продукты пропускают через два лопаточных насоса, каждый из которых состоит из пластины с отверстиями и лопаточного элемента, проходящего по ней.

51. Способ по п. 50, отличающийся тем, что компоновка пластин с отверстиями и элементов лопаточного насоса выполнена таким образом, что лопаточные элементы проходят в каждом случае по поверхности пластины с отверстиями на передней стороне, настолько близко к ней, насколько это технически возможно, но избегая при этом соприкосновения.

52. Способ по одному из пп. 50-51, отличающийся; тем, что предусматривает применение лопаточного элемента, диаметр которого настолько больше наружного диаметра шнека экструдера, что в лопаточной камере достигается достаточно низкое давление для осуществления испарения в тесте.

53. Способ по п. 52, отличающийся тем, что используют лопаточный насос, диаметр которого в 2-3 раза больше диаметра шнека экструдера.

54. Способ по любому из пп. 50-53, отличающийся тем, что используют экструдер с двумя шнеками.

55. Способ экструзии с термообработкой биополимеров, отличающийся тем, что исходные условия, необходимые для экструзии с пропариванием, а именно: давление, температура, ожижение и гомогенизация, создаются исключительно одним или несколькими лопаточными насосами, каждый из которых включает пластину с отверстиями и проходящий по ней лопаточный элемент.

56. Способ по п. 55, отличающийся тем, что используют экструдер с двумя шнеками.

Текст

1 Экструдер с термообработкой для производства биополимеров, включающий установленные на цилиндре экструдера загрузочную воронку, по меньшей мере один шнек, а также сопло, отличающийся тем, что имеет, по меньшей мере, один лопаточный насос, расположенный между шнеком и соплом, причем каждый лопаточный насос состоит из одной матрицы или пластины с отверстиями, по меньшей мере, одного связанного с ней лопаточного элемента с лопатками, причем лопаточный элемент вращается по поверхности указанной матрицы или пластины с отверстиями, а лопатки лопаточного элемента установлены под острым углом от 0 до 90° относительно матрицы или пластины с отверстиями, если смотреть в направлении движения лопаточного элемента, так что обрабатываемый материал подвергается воздействию перекачивания 2 Экструдер по п 1, отличающийся тем, что имеет, по меньшей мере, два лопаточных насоса между шнеком и соплом 3 Экструдер по п 1, отличающийся тем, что поверхность головки конца шнека, обращенная к соплу, выполнена в форме клина и с возможностью прохождения по пластине с отверстиями 4 Экструдер по любому из пп 1-3, отличающийся тем, что лопаточный насос, включающий пластину с отверстиями и лопаточный элемент, установлен на валу, являющемся продолжением шнека 5 Экструдер по любому из пп 1-4, отличающийся тем, что лопаточные насосы движутся независимо друг от друга 6 Экструдер по любому из пп 1-5, отличающийся тем, что в дополнение к многочисленным от верстиям с хорошими теплопередающими свойствами, выполненными в матрице или в пластинах с отверстиями, пластины имеют каналы для пара или охлаждающей воды или термомасла 7 Экструдер по любому из пп 1-6, отличающийся, тем, что поверхности лопатки выполнены прямыми, закругленными или профилированными и вращаются по матрице с отверстиями 8 Экструдер по п 7, отличающийся тем, что лопасти лопатки или перемешивающие лопасти, проходящие по поверхности пластин с отверстиями, которые, например размещаются перпендикулярно оси движения компонента лопаточного насоса типа мешалки, имеют круглое поперечное сечение и выполнены в форме цилиндрического или конического валка, сужающегося в наружном направлении 9 Экструдер по любому из пп 1-8, отличающийся тем, что поверхность лопатки выполнена максимально возможно гладкой, то есть с минимальным коэффициентом трения, а поверхность матрицы с отверстиями (пластина) является максимально шероховатой, то есть с более высоким коэффициентом трения 10 Экструдер по любому из пп 1-9, отличающийся тем, что и указанные узлы экструдера, в особенности цилиндр экструдера и возможно шнек, сопло выполнены из стали, литейного чугуна и любых других материалов, используемых в пищевой промышленности 11 Экструдер по одному из пп 1-10, отличающийся тем, что лопаточные насосы выполнены в виде отдельных модулей 12 Экструдер по любому из пп 1-11, отличающийся тем, что отдельные лопаточные насосы выполнены с возможностью совмещения в модульной системе 13 Экструдер по любому из пп 1-12, отличающийся тем, что матрица с отверстиями со стороны поступления потока выполнена с вогнутой поверхностью, причем соответствующие лопаточные элементы, дополняющие эту вогнутую поверхность, располагаются прямо перед нею и соответствуют ее контуру 14 Экструдер по одному из пп 1-12, отличающийся тем, что на продолжении оси шнека, имеющем конец шнека, выполненный в форме лопа О 00 48113 точной головки, расположена плоская матрица с отверстиями, отверстия в которой по существу параллельны оси и расширяются в направлении потока 15 Экструдер по п 14, отличающийся тем, что за матрицей с отверстиями размещены три дополнительных лопаточных насоса, каждый из которых включает матрицу с отверстиями и один лопаточный элемент, причем лопаточный элемент имеет форму вращающегося воздушного винта 16 Экструдер по п 14, отличающийся тем, что после плоской матрицы с отверстиями размещен лопаточный насос, состоящий из лопаточного элемента и цилиндрической матрицы кольцевой формы с отверстиями, расположенными в радиальном направлении, причем вместе они образуют полое лопаточное пространство, в котором расположен с возможностью вращения лопаточный элемент, проходящий по кольцевой матрице 17 Экструдер по п 14, отличающийся тем, что на конце вала размещается коническая матрица с отверстиями, по существу параллельными оси и, возможно, расширяющимися в направлении потока, причем в лопаточном пространстве, образованном полой конической матрицей с отверстиями, расположен лопаточный элемент, заполняющий лопаточное пространство, проходящий над отверстиями матрицы с отверстиями с внутренней стороны 18 Экструдер по любому из пп 1-17, отличающийся тем, что соотношение наружного диаметра шнека и диаметра лопаточного элемента и/или матрицы с отверстиями составляет от 1 2,0-3,0 19 Экструдер по любому из пп 1-18, отличающийся тем, что элементы, проходящие по пластине с отверстиями, являются коническими элементами, сужающимися от внутренней стороны к наружной, вращающимися вокруг собственной оси, причем матрица с отверстиями, расположенная с их верхней стороны, выполнена как дополняющая, т е они расширяются изнутри в наружном направлении 20 Экструдер по любому из пп 1-19, отличающийся тем, что имеет центральный канал для вала(ов), проходящий сквозь матрицу с отверстиями для центровки шнека, причем шнек имеет крайне малую глубину выемки при отношении глубины выемки к диаметру шнека от 1/20 до 1/50 21 Экструдер по п 8, отличающийся тем, что цилиндрический валок(ки), особенно на первой ступени, выполнен с возможностью вращения 22 Экструдер с термообработкой для производства биополимеров, включающий установленные в цилиндре экструдера загрузочную воронку , по меньшей мере один шнек и сопло , отличающийся тем, что дополнительно снабжен установленной в цилиндре экструдера между шнеком и соплом последовательностью лопаточных насосов , каждый из которых состоит из одной матрицы с отверстиями и одного соответствующего лопаточного элемента , который установлен с возможностью вращения вблизи поверхности матрицы с отверстиями , при этом экструдер ориентирован вертикально и его шнек является исключительно пи тающим шнеком 23 Экструдер по п 22, отличающийся тем, что поверхности лопатки выполнены прямыми, закругленными или профилированными и вращаются по матрице с отверстиями 24 Экструдер по п 23, отличающийся тем, что лопасти лопатки или перемешивающие лопасти, проходящие по поверхности пластин с отверстиями, которые, например размещаются перпендикулярно оси движения компонента лопаточного насоса типа мешалки, имеют круглое поперечное сечение и выполнены в форме цилиндрического или конического валка, сужающегося в наружном направлении 25 Экструдер по любому из пп 22-24, отличающийся тем, что поверхность лопатки выполнена максимально возможно гладкой, т е с минимальным коэффициентом трения, а поверхность матрицы с отверстиями (пластина) является максимально шероховатой, т е с более высоким коэффициентом трения 26 Экструдер по любому из пп 22-25, отличающийся тем, что указанные узлы экструдера, в особенности цилиндр экструдера, шнек и сопло выполнены из стали, литейного чугуна и любых других материалов, используемых в пищевой промышленности 27 Экструдер по одному из пп 22-26, отличающийся тем, что лопаточные насосы выполнены в виде отдельных моделей 28 Экструдер по любому из пп 22-27', отличающийся тем, что отдельные лопаточные насосы выполнены с возможностью совмещения в модульной системе 29 Экструдер по любому из пп 22-28, отличающийся тем, что матрица с отверстиями со стороны поступления потока выполнена с вогнутой поверхностью, причем соответствующие лопаточные элементы, дополняющие эту вогнутую поверхность, располагаются прямо перед нею и соответствуют ее контуру 30 Экструдер по одному из пп 22-28, отличающийся тем, что на продолжении оси шнека, имеющем конец шнека, выполненный в форме лопаточной головки, расположена плоская матрица с отверстиями, отверстия в которой по существу параллельны оси и расширяются в направлении потока 31 Экструдер по п 30, отличающийся тем, что за этой матрицей с отверстиями размещены три дополнительных лопаточных насоса, каждый из которых включает матрицу с отверстиями и один лопаточный элемент, причем лопаточный элемент имеет форму вращающегося воздушного винта 32 Экструдер по п 30, отличающийся тем, что после плоской матрицы с отверстиями размещен лопаточный насос, состоящий из лопаточного элемента и цилиндрической матрицы кольцевой формы с отверстиями, расположенными в радиальном направлении, причем вместе они образуют полое лопаточное пространство, в котором вращается лопаточный элемент, проходящий по кольцевой матрице 33 Экструдер по п 30, отличающийся тем, что на валу, являющемся продолжением оси шнека, размещена коническая матрица с отверстиями, 48113 выполненными по существу в осевом направлении и, возможно, расширяющимися в направлении потока, при этом в лопаточном пространстве, образованном полой конической матрицей с отверстиями, расположен лопаточный элемент, заполняющий лопаточное пространство, проходящий над отверстиями конической матрицы с внутренней стороны 34 Экструдер по любому из пп 22-23, отличающийся тем, что соотношение наружного диаметра шнека и диаметра лопаточного элемента и/или матрицы с отверстиями составляет от 1 2,0-3,0 35 Экструдер по любому из пп 22-34, отличающийся тем, что элементы, проходящие по пластине с отверстиями, являются коническими элементами, сужающимися от внутренней стороны к наружной, вращающимися вокруг собственной оси, причем матрица с отверстиями, расположенная с их верхней стороны, выполнена как дополняющая, то есть они расширяются изнутри в наружном направлении 36 Экструдер по любому из пп 22-35, отличающийся тем, что имеет центральный канал для вала(ов), проходящий сквозь матрицу с отверстиями для центровки шнека, причем шнек имеет чрезвычайно малую глубину выемки при отношении глубины выемки к диаметру шнека от 1/20 до 1/50 37 Экструдер по п 24, отличающийся тем, что цилиндрический валок(ки), особенно на первом насосе, выполнен с возможностью вращения 38 Экструдер с термообработкой для получения биополимеров, включающий установленные в цилиндре экструдера загрузочную воронку, а также сопло, отличающийся тем, что он ориентирован вертикально и выполнен многоступенчатым, при этом каждая ступень образована лопаточным насосом, состоящим из матрицы с отверстиями и лопаточного элемента, расположенного под углом относительно поверхности матрицы с отверстиями и диаметр каждого последующего лопаточного элемента меньше диаметра предыдущего лопаточного элемента для увеличения сжатия в направлении потока массы 39 Экструдер с термообработкой для производства биополимеров, включающий установленные в цилиндре экструдера загрузочную воронку и сопло, имеющий одноступенчатую конструкцию, отличающийся тем, что он является прессгранулятором, имеющим дополнительные вращающиеся цилиндрические валки, расположенные перпендикулярно к вертикальному валу, причем валки катятся и проходят по матрице с отверстиями и сопло располагается за матрицей с отверстиями таким образом, что тесто сжижается перед валками или другими подобными элементами, в то время как за валками и на стороне вытекания за матрицей с отверстиями возможно испарение и частичное течение в обратном направлении, а также эффективное перекачивание теста в направлении сопла 40 Способ экструзии с термообработкой биополимеров, отличающийся тем, что давление шнека, направленное вперед, массовый расход материала, подвергаемого экструзии, температура экструдера или внутри его, но в первую очередь давление перед матрицей с отверстиями и за ней или лопаточным элементом, проходящим над ней, подбираются таким образом, что за лопаточным элементом в лопаточной камере образуется зона низкого давления с испарением жидкости, содержащейся в экструдируемой массе, а перед лопаточным элементом в зоне накопления на пластине продавливания происходит повышение давления с ожижением паров жидкости, в частности, водяного пара 41 Способ по пп 40, отличающийся тем, что после прохождения сквозь матрицу с отверстиями на лопаточных элементах материал подвергается воздействию давления, сжимающего материал в текучую массу 42 Способ по п 41, отличающийся тем, что экструдер обеспечивает перепад давлений 10 1 между зоной, находящейся перед лопаточным элементом или перед поверхностью клина головки шнека, и зоной позади лопаточного элемента, причем зона более низкого давления находится в условиях ниже условий кипения 43 Способ по одному из пп 40-42, отличающийся тем, что в лопаточном насосе создается максимально возможная разность давлений с учетом при этом параметров экструдера, а также экструдируемого материала 44 Способ по одному из пп 42 или 43, отличающийся тем, что в зоне матрицы с отверстиями сжиженному материалу сообщают колебательное движение 45 Способ по одному из пп 40-44, отличающийся тем, что используется при рабочем объеме около 200 куб см в лопаточном насосе при массовом расходе от 200 до 350 кг/час и длительности нахождения, равной в результате 2-4 сек 46 Способ по п 40, отличающийся тем, что компоновка пластин с отверстиями и элементов лопаточного насоса выполнена таким образом, что лопаточные элементы проходят в каждом случае по поверхности пластины с отверстиями на передней стороне, настолько близко к ней, насколько это технически возможно, но избегая при этом соприкосновения 47 Способ по одному из пп 40-46, отличающийся тем, что предусматривает применение лопаточного элемента, диаметр которого настолько больше наружного диаметра шнека экструдера, что влопаточной камере достигается достаточно низкое давление для осуществления испарения в тесте 48 Способ по п 47, отличающийся тем, что используют лопаточный насос, диаметр которого в 2-3 раза больше диаметра шнека экструдера 49 Способ по любому из пп 40-48, отличающийся тем, что используют экструдер с двумя шнеками 50 Способ экструзии с термообработкой биополимеров, предназначенный для производства пищевых гранул, продуктов для сухих завтраков или изделий из дробленого зерна, отличающийся тем, что пищевые продукты пропускают через два лопаточных насоса, каждый из которых состоит из пластины с отверстиями и лопаточного элемента, проходящего по ней 7 48113 8 51 Способ по п 50, отличающийся тем, что компоновка пластин с отверстиями и элементов лопаточного насоса выполнена таким образом, что лопаточные элементы проходят в каждом случае по поверхности пластины с отверстиями на передней стороне, настолько близко к ней, насколько это технически возможно, но избегая при этом соприкосновения 52 Способ по одному из пп 50-51, отличающийся, тем, что предусматривает применение лопаточного элемента, диаметр которого настолько больше наружного диаметра шнека экструдера, что в лопаточной камере достигается достаточно низкое давление для осуществления испарения в тесте 53 Способ по п 52, отличающийся тем, что ис пользуют лопаточный насос, диаметр которого в 2-3 раза больше диаметра шнека экструдера 54 Способ по любому из пп 50-53, отличающийся тем, что используют экструдер с двумя шнеками 55 Способ экструзии с термообработкой биополимеров, отличающийся тем, что исходные условия, необходимые для экструзии с пропариванием, а именно давление, температура, ожижение и гомогенизация, создаются исключительно одним или несколькими лопаточными насосами, каждый из которых включает пластину с отверстиями и проходящий по ней лопаточный элемент 56 Способ по п 55, отличающийся тем, что используют экструдер с двумя шнеками Настоящее изобретение относится к экструдеру с термообработкой, оборудованному загрузочной воронкой, а также одним шнеком и соплом и, согласно варианту реализации, к двухшнековому экструдеру, предназначенному для производства термообработанных пищевых продуктов Кроме того, изобретение относится к процессу экструзии с термообработкой биополимеров, предназначенному для производства термообработанных гранулированных продуктов, продуктов для сухих завтраков, изделий из дробленого зерна или тому подобного Такие экструдеры с термообработкой известны (см например, патент ЕР0221918В1) Общие описания экструдеров с термообработкой можно найти, например, в работе Judson М Harper, "Extrusion of Foods", 1981, CRC Press, Inc Boca Raton, Florida, USA, а также в работе Mercier, Lmco, Harper "Extrusion-Cooking", 1989, American Assotiation of Cereal Chemists, Inc St Paul, Minnesota, USA Требования, предъявляемые к экструдерам с термообработкой, предназначенным для биополимеров, можно суммировать следующим образом высокая производительность в сочетании с высоким качеством продукции, которое определяется постоянством условий протекания процесса, хорошей гомогенизацией (смешивание, поддержание нужной температуры), хорошей формуемостъю тестообразной массы, а также низкие капитальные затраты, низкие затраты на техническое обслуживание и гибкость самого процесса и, наконец, хорошая управляемость при высокой скорости реакции и простоте обращения, в особенности при начале работы, разборке и очистке выполняют механическое срезающее действие и не выполняют функции механического или термодинамического прокачивания Такие приспособления находят применение во многих предметах домашнего обихода В экструдере не осуществляется никакой термообработки После того, как материал покидает сопло, он подвергается дальнейшему процессу формовки, включая обработку паром, печение, жаренье на масле или кипячение Целью изобретения по английскому патенту является то, что в процессе производства уменьшается денатурация рыбной пасты, в то время как экструдер с термообработкой сам по себе часто сочетается с заданным процессом денатурации протеинов, содержащихся в обрабатываемом материале Предварительное тепловое воздействие на материал оказывается нежелательным Требуется (заранее), чтобы отверстия в перегородках не засорялись Угол наклона лезвия относительно поверхности перегородки, составляет от 90° до 180° Из патента GB-PS 2191378 известен экструдер (экструдер без термообработки), работающий при температуре окружающей среды или несколько превышающей ее и предназначенный для получения пасты из морепродуктов Вращающиеся лезвия предусмотрены как требующиеся главным образом для работы смесителя Материалы экструдируются из матриц в перегородках и подвергаются срезающему воздействию Эти элементы Одношнековые экструдеры обладают значительными преимуществами по сравнению с двухшнековыми экструдерами, как уже было показано здесь, поскольку последние имеют сложное устройство, требуют значительно большего количества изнашивающихся деталей и, соответственно, нуждаются в более высоких затратах на техническое обслуживание С другой стороны, одношнековые устройства считаются менее гибкими и в особенности их критикуют за недостаточную воспроизводимость температурных условий и плохое перемешивание, гомогенизацию Задача, которая стоит перед настоящим изобретением заключается в улучшении эксплуатационных характеристик экструдера с термообработкой как с точки зрения гомогенизации, так и текстуры конечного продукта, который должен быть более однородным, с точки зрения достаточного и контролируемого разбухания, а также с точки зрения контролируемости температуры с использованием взаимозависимости массового расхода и скорости шнека Кроме того, должно быть уменьшено часто отрицательное воздейст 48113 виє на текстуру готовой продукции находящихся в сырьевом материале жира и/или сахара Поставленные задачи решаются тем, что предложен эксрудер с термообработкой, включающий установленные в цилиндрическом корпусе загрузочную воронку, по меньшей мере, однин шнек, а также сопло для получения термообработанных пищевых продуктов и в соответствии с изобретением указанный экструдер имеет, по меньшей мере, однин лопаточный насос, расположенный между шнеком и соплом, причем каждый лопаточный насос состоит из одной матрицы или пластины с отверстиями, по меньшей мере, одного связанного с ней лопаточного элемента, определенного как "лопаточный насос", причем лопаточный элемент вращается по поверхности указанной матрицы или пластины с отверстиями, лопаточный элемент установлен под острым углом от 0 до 900, относительно матрицы или пластины с отверстиями, если смотреть в направлении движения лопаточного элемента, так, что обрабатываемый материал подвергается воздействию перекачивания В случае наличия одного лопаточного насоса концы пера шнека преимущественно одношнекового экструдера выполнены в форме клина с использованием того факта, что шнек может вращаться с небольшим зазором относительно пластины матрицы с отверстиями Эта конфигурация клиновидного конца шнека экструдера соответствует упомянутой выше цели изобретения, в особенности после соединения с пластиной матрицы с отверстиями Желательно, чтобы между шнеком и соплом располагались, по меньшей мере, два таких лопаточных насоса Поразительно, но достигается не только решение упомянутой выше задачи, но и, за счет дополнения обычного экструдера с одним коротким шнеком, например с отношением длины к диаметру, L D, порядка 2 1, головка штека которого уже выполнена в форме лопатки, которая скользит по пластине матрицы с отверстиями, одним или несколькими лопаточными насосами типа, описанного выше, каждый из которых состоит из одного или нескольких лопаточных элементов и одной пластины матрицы с отверстиями, следующие улучшения Улучшается гомогенизация, и текстура конечного продукта становится более однородной Тесто выходит из сопла более равномерно Несмотря на очень небольшое время нахождения (менее 8 секунд), может быть переработано гораздо больше жира и/или сахара при получении достаточного разбухания (обычно присутствие жира и/или сахара ведет к значительному уменьшению разбухания) Значительно повышается контролируемость температуры с помощью взаимозависимости переменных характеристик процесса, массового расхода и скорости шнека, т е более высокая скорость шнека при постоянном массовом расходе ведет к заметному повышению температуры теста по сравнению с аналогичным устройством без дополнительных лопаточных насосов и наоборот при увеличении массового расхода Таким образом, достигается относительное уменьшение 10 удельного расхода механической энергии Соотношение скорости шнека и температуры теста находится в значительной мере в прямо пропорциональной зависимости Производительность с, по меньшей мере, одним дополнительным лопаточным насосом при одинаковом качестве продукции возрастает на 100% по сравнению с устройством без дополнительного лопаточного насоса Благодаря центровке смазочным материалом шнека экструдера в канале матрицы с отверстиями поддерживаются радиально направленные усилия и благодаря улучшению центровки исключается контакт между шнеком и цилиндром экструдера Таким образом, уменьшается износ этих частей Конструкционные элементы для такого лопаточного насоса очень просты по конструкции, могут быть изготовлены при низких затратах и подвержены незначительному износу За счет размещения многих лопаточных насосов одного над другим допускается высокая гибкость регулирования условий процесса, что соответствует требованиям к продукции Сборка, разборка и очистка этих частей осуществляется очень просто и быстро Размещение элементов "головки лопатки" (ширина и относительный угол наклона поверхности лопатки относительно матрицы с отверстиями) и "матрицы с отверстиями" (количество и диаметр отверстий, а также толщина пластин) в соответствии с известными правилами динамики потока ведет к получению бесчисленных вариантов конкретных конфигураций, соответствующих требующимся условиям процесса (влажность исходного материала, температура, вязкость, время пребывания, требуемое давление для прохождения через сопло и т п ) и требованиям к экономичности В частности, лопасти лопатки в лопаточном насосе вращающегося типа, которые скользят по пластине(ам) матрицы с отверстиями и могут отставать или перпендикулярно отставать от оси вращения, имеют круглое поперечное сечение и могут быть выполнены в форме цилиндрических или конических роликов, как будет описано ниже Принцип матрицы с отверстиями предусматривает достижение соприкосновения со средой большой суммарной металлической поверхности По сравнению с возможностями теплопередачи в обычных конструкциях экструдеров (главным образом исключительно через цилиндр экструдера) эта большая поверхность обладает важным преимуществом, связанным с возможностью обеспечить нужный уровень теплопередачи (охлаждения или нагрева), например путем пропуска через каналы, имеющиеся в матрице с отверстиями, пара, охлаждающей воды или теплонесущих масел За счет поразительного действия лопаточного насоса можно показать, что функции шнека экструдера могут быть сведены к простым функциям подающего шнека, предназначенного для предварительного сжатия Можно даже полностью отказаться от шнека экструдера, когда, например, лопаточный экструдер располагается вертикально и сырье поступает напрямую под давлением в многоступенчатый 11 48113 лопаточный насос Лопаточные элементы могут быть соединены друг с другом и посредством общего вала В той степени, в которой характеристики тестообразной массы допускают вращательное уплотнение на конце с более высоким давлением, существует даже возможность обеспечить привод одного или нескольких лопаточных насосов, не зависимых от шнека Любопытно отметить, что экструдер с термообработкой может состоять только из последовательности таких лопаточных насосов, причем лопаточный экструдер должен быть в первую очередь ориентирован вертикально При этом можно полностью отказаться от шнека экструдера Наиболее важное преимущество изобретения заключается втом, что детали экструдера, в частности цилиндр экструдера и, при определенных обстоятельствах, шнек, матрица с отверстиями, элементы лопатки, а также сопло и т п могут быть изготовлены из стали, литейного чугуна или иных подобных, не противопоказанных к применению в контакте с пищевыми продуктами материалов, т е не нуждаются в добавлении обычных тяжелых металлов и добавок, требующихся для упрочнения и повышения износостойкости Связанные с износом изменения размеров оказывают лишь незначительное воздействие на ход процесса, в особенности на его производительность В известных шнековых установках вызванное износом увеличение зазора между шнеком и цилиндром на несколько долей миллиметра может привести к снижению производительности на 30 - 40% или вызвать увеличение подведения энергии к тесту до неприемлемых значений Что касается конкретных решений по реализации изобретения, обеспечивающих решающие преимущества, то матрица(цы) с отверстиями может быть выполнена с вогнутой поверхностью со стороны поступления исходного материала, а соответствующий лопаточный элемент(ы), дополняющий эту вогнутую поверхность, может быть расположен непосредственно перед ней и повторяя ее контур В основе изобретения находится также вышеупомянутый способ, в соответствии с которым, после экструзии поток экструдера перед формовкой в сопле проходит, как минимум, через два лопаточных насоса Предпочтительно существует возможность работать при рабочем объеме, равном всего приблизительно 200куб см на уровне лопаточного насоса при массовом расходе от 200 до 350кг/час и, соответственно, времени пребывания от 2 до 4сек Известны так называемые прессыгрануляторы, которые применяются для прессования материалов, находящихся в форме порошка, гранул или волокон, и получения гранул, т е прессованного гранулированного материала Их уже изготавливают с вращающейся кольцевой матрицей, а также с фиксированной кольцевой матрицей и вращающимся приспособлением или матрицей в форме диска и конусными или цилиндрическими прижимными валками Они, однако, не имеют отношения к области, в которой выполнено изобретение, поскольку целью изобретения не является производство гранул В случае таких 12 прессов-грануляторов прилагаются, естественно, максимальные усилия для того, чтобы избежать нарастания давления после прохождения через первую стадию прессования Целью является получение прессованного гранулята, а не как можно более гомогенной массы, как в случае экструзии с термообработкой, из которой при определенных условиях путем испарения воды получается пористая, хрупкая структура Согласно изобретению, материал после выхода из матрицы подвергают воздействию давления, сжимающего материал в текучую массу Эта масса может затем быть пропущена через следующую лопаточную ступень (из-за высокой текучести материала предпочтительным является термин "насос"), причем этот процесс может быть повторен несколько раз, или для дополнительного перемешивания, или для гомогенизации в процессе обработки или для создания более высокого конечного давления с целью продавливания материала через сопло Действительное значение имеет комбинированное действие двух лопаточных насосов, установленных один за другим, или же выполненного в форме лопаточной головки конца шнека экструдера и матрицы с отверстиями с другим лопаточным насосом Очевидно, что ожиженный материал в области матрицы с отверстиями приводится в колебательное движение Оно достигается за счет того, что после прохождения лопаточного элемента часть сжиженного материала, подвергающегося воздействию высокого давления со стороны выхода, перетекает через матрицу с отверстиями в обратном направлении Такую ситуацию можно наблюдать, по меньшей мере, визуально Преднамеренные изменения давления, вызывающие колебательные движения, могут, естественно, быть вызваны с помощью других средств, таких как мембрана или поршень И, наконец, они могут быть получены с помощью эксцентричного шнека путем применения пульсации или ультразвука Между первой и второй лопаточными ступенями находится все еще сжатый материал, который по своему агрегатному состоянию является "почти текучим" или "текучим", т е может еще включать твердые частицы или их следы, но основной фазой которого является жидкая фаза Обычно более высокое давление нарастает в направлении движения перед вращающейся лопастью лопатки, в то время как позади лопасти лопатки давление ниже Тесто испытывает периодические изменения направленности потока и колебания давления Для этого между первой и второй ступенями поддерживается давление на уровне более Юбар При наличии только одной ступени матрица необязательно совпадает с соплом Для наращивания требующегося давления нужны дополнительные развивающие давление элементы, а также сопло Эти признанные, периодически меняющиеся явления могут быть рациональным образом связаны с требованиями, предъявляемыми к продукции и процессу 14 13 48113 Форма поверхности лопатки она может быть энергии, требующейся для обработки материала прямой, криволинейной или даже цилиндрической Она может также иметь форму одного или неили сферической, или же в форме вращающегося скольких лопаточных насосов, перемещающих, профиля Под термином "вращающийся" может когда это требуется, материал в противоположных подразумеваться вращающееся било, причем, направлениях для смешивания и пластификации например, одна ось била вращается, а сами бьюВ отношении конструкции механические трещие пальцы (перпендикулярные к оси привода) бования, предъявляемые к отдельным элементам также вращаются, например, в форме корпуса ниже, чем к обычным шнекам и втулкам С другой валка стороны, некоторая степень износа не оказывает отрицательного влияния на условия протекания Угол наклона поверхностей лопатки относипроцесса в отличие от обычных экструдеров, в тельно матрицы с отверстиями должен быть которых даже изменения на доли миллиметра меньше 90 градусов и больше 0 градусов При могут оказать значительное влияние на процесс меньшем угле снижается производительность и повышается давление, в то время как увеличение И, наконец, в том, что касается изобретения, угла ведет к повышению производительности и предлагается способ экструзии биополимеров с снижению давления По этой причине поверхность термообработкой для изготовления пищевых гралопатки должна быть для достижения оптимальнул, сухих продуктов для завтраков и изделий из ных показателей перемещения как можно более дробленого зерна, отличающийся тем, что биопогладкой и при определенных условиях даже иметь лимеры пропускаются через две лопаточные ступокрытие За счет этого достигается низкий коэфпени и после наращивания давления перед софициент трения, если даже не проскальзывание плом продавливаются через сопло, причем В отличие от этого, поверхность матрицы с отверпроцесс преимущественно осуществляется в верстиями должна быть как можно более шероховатикальном положении Кардинальное отличие этотой, что ведет к повышению трения Эта цель уже го решения заключается в возможности полнодостигается за счет наличия отверстий, но может стью отказаться от использования шнека быть дополнительно увеличена другими подхоэкструдера дящими средствами Если в приводимом описании отсутствует Толщина пластины или матрицы с отверстияспециальное упоминание вертикальной конструкми в случае выбора более значительной толщиции, то это означает, что оно относится к горизонны увеличивается сопротивление потоку, повытальной конструкции с горизонтально располошается уровень сдвига материала, увеличивается женным цилиндром экструдера рассеивание энергии, а также повышается темпеЛопасти лопаточного элемента могут иметь ратура теста и наоборот круглое поперечное сечение, могут быть неподвижными (лопатка или скребок) или вращаться Количество отверстий увеличение числа отнад матрицей с отверстиями В случае наличия верстий означает снижение сопротивления и помногих ступеней первая ступень может быть обовышение пропускной способности матрицы с отрудована вращающимися валками верстиями Диаметр отверстий увеличение диаметра озЭлементы, скользящие по пластине матрицы начает снижение сопротивления и повышение с отверстиями, могут иметь коническую форму, с пропускной способности Уменьшение диаметра уменьшением в наружном направлении и при опозначает повышение сопротивления, увеличение ределенных условиях могут также вращаться восдвига продукции /гомогенизации/ эффекта смекруг собственной оси, в то время как матрица с шивания на матрице отверстий отверстием имеет дополняющую их форму верхней стороны, т е утолщается в наружном направПоперечное сечение каналов/матрицы с отлении верстиями их изменение по длине в зависимости от обстоятельств также возможно Они могут быть Другое решение предлагается с чрезвычайно коническими, расширяющимися или и тем, и друмалой глубиной витков шнека при отношении глугим Допускаются специальные реологические бины витков к диаметру шнека, составляющем, эффекты Возможна также форма трубки Вентури например, всего от 1 / 20 до 1 /50 Форма пластины матрицы с отверстиями В случае вертикального многоступенчатого форма может быть простейшей, например плоэкструдера с пропариванием, главным образом ской В зависимости от действия лопаточного без шнека, существует возможность использовать элемента и требующегося течения продукта поразличные объемы камеры, соответствующие верхность может также быть профилированной, возрастающему сжатию в направлении течения например сферической или конической, сужаюмассы При этом расположенные здесь лопаточщейся или расширяющейся ные элементы также проектируются имеющими меньшие размеры Угол наклона отверстий они или перпендикулярны, или наклонены по отношению к плоскости Существует также возможность спроектиролопатки, соосны с осью вращения или в заданной вать пресс-гранулятор с вертикальным валом, степени асимметричны, или же наклонены в наперпендикулярным по отношению к вращающимся правлении или против направления вращения цилиндрическим валкам, причем валки катятся или проходят по матрице с отверстиями Кроме Количество ступеней (последовательно растого, сопло этого типа располагается вслед за положенных лопаточных насосов) подбирается в матрицей с отверстиями, так что перед валками зависимости от требующегося давления экструили подобными им элементами происходит ожизии, требующегося или максимально допустимого жение теста под давлением и за валками со стовремени нахождения, подвода механической 16 15 48113 роны выхода из матрицы с отверстиями может на фиг 7 показан пятый вариант реализации быть вызвано испарение изобретения, слева в разрезе (А), справа (В) схематически, Способ можно также описать таким образом, что давление перемещения шнека, массовый расна фиг 8 показана тестообразная масса в соход экструдируемого материала, температура в стоянии экструдирования, экструдере или самого экструдера и, что наиболее на фиг 9 показана деталь конструкции, важно, давление перед матрицей с отверстиями и на фиг 10 показана особая конструкция с чеза ней или скользящий по ней лопаточный элетырьмя плечами, вверху в разрезе, внизу - изомент подбираются таким образом, что позади лображение сверху, паточного элемента в лопаточной камере образуна фиг 11 представлено одноступенчатое реется зона пониженного давления, с испарением шение, жидкости, содержащейся в экструдируемой массе, на фиг 12 показан вариант реализации с раза перед лопаточным элементом на участке высоличным соотношением размеров лопаточного кого давления пластины с отверстиями вызываетэлемента и шнека, ся возрастание давления и ожижение паров жидна фиг 13 разъясняются возможности абсокости, в частности водяного пара лютно нового принципа, Возможно также, что лопаточный элемент, на фиг 14 показана иная конструкция, подобимеющий круглую форму или форму металличеная изображенной на фиг 13, ской пластины, установленной острой кромкой на на фиг 15 показано изменение соотношений поверхности матрицы с отверстиями, располагапо сравнению с предшествующими чертежами, и ется так близко, как это технически возможно, к на фиг 16 показано схематическое изображекаждой передней и задней поверхности каждой ние в поперечном разрезе двухшнекового экструлопаточной камеры, образуемой поверхностью дера пластины с отверстиями Кроме того, зазор между На фиг 1 (наиболее предпочтительный варилопаточными элементами и находящейся перед ант реализации) загрузочная воронка 1, цилиндр ними матрицей с отверстиями может быть меньше экструдера 2 и несущий шнек 3 являются уже супо сравнению с зазором относительно матрицы с ществующими деталями обычного экструдера 4, отверстиями, расположенной сзади, в направлеоднако далее будет показано, что согласно изонии течения массы, для повышения трения на бретению шнеку присвоено выполнение иных матрице с отверстиями впереди и, таким образом, функций, чем те, которые предусматриваются увеличения эффективности переноса на стадии существующими техническими решениями На лопаточного насоса продолжении оси шнека 3 располагается вал 5, на котором установлена матрица 6 с отверстиями и Изобретение относится также к использовалопаточный элемент 7 Каждый узел, состоящий нию решений, соответствующих описанным выше, из лопаточного элемента 7 и матрицы 6 с отверв двухшнековых экструдерах Такие экструдеры стиями, будет называться "лопаточный насос" или могут получить гораздо более короткими и, следо"лопаточная ступень" Первая ступень может расвательно, проще и экономичнее При этом можно сматриваться как состоящая из несущего шнека 3 отказаться от сложных пастеризующих и гомогеи матрицы 6 отверстий, причем головка шнека низирующих элементов Такой двухшнековый эксвыполнена в форме конуса с углом от 0 до 90 гратрудер должен обеспечивать, в результате, подусов вышение гомогенизации, более равномерные сдвиг и распределение тепла, повышение износоВ данном примере отверстия в матрице 6 в стойкости и повышение контролируемости целом являются прямыми Лопаточный элемент 7 состоит из деталей, напоминающих пропеллер и И, наконец, изобретение относится также к размещенных под углом приблизительно 60 граспособу экструзии биополимеров с термообработдусов относительно поверхности матрицы 6 с откой, в соответствии с которым необходимые условерстиями, будучи расположенным на технически вия для экструзии с термообработкой, такие как приемлемом расстоянии перед матрицей 6 с отдавление, температура, ожижение и гомогенизаверстиями За каждой матрицей 6, создается опция, создаются в конечном счете одной или неределенное давление Сопло 8 действует, в райсколькими ступенями лопаточного насоса оне своих направляющих стенок, как прессующий Пример реализации настоящего изобретения элемент, до тех пор пока в конечном счете не описывается далее со ссылкой на прилагаемые происходит экструзии из отверстия 9 сопла 8 чертежи На чертежах на фиг 1 схематически показан в продольном Согласно второму варианту реализации, покаразрезе первый вариант реализации изобретения, занному на фиг 2 и 3, детали с одинаковыми функциями обозначены одинаковыми числовыми на фиг 2 схематически показан в продольном позициями Загрузочная воронка 1, шнек 3 и циразрезе второй вариант реализации изобретения, линдр 2 являются такими же, как и на фиг 1 И в на фигЗ показан разрез ступени лопаточного этом случае вал 10 размещен на продолжении оси насоса, несущего шнека 3 на котором, однако, теперь расна фиг 4 схематически показан в продольном полагаются матрица 11с отверстиями и лопаточразрезе третий вариант реализации изобретения, ный элемент приемлемой длины, способный к на фиг 5 показан разрез ступени лопаточного вращению Он проходит по цилиндрической матнасоса с фиг 4, рице с отверстиями 12 (в форме шляпы), отверна фиг 6 показан четвертый вариант реализастия в которой располагаются не в осевом, как в ции изобретения, слева в разрезе (А), справа (В) случае матрицы с отверстиями 11, а в радиальном схематически, 18 17 48113 направлении За счет этого после выхода из матпроисходящее очень близко в направлении перерицы с отверстиями в промежуточном пространмещения, больше чем на обратной стороне Даже стве 13 (канале) создается нужное давление Макруглый стержень мешалки, при использовании в териал при этом преобразуется (уменьшение соответствии с изобретением, осуществляет не поперечного сечения) под воздействием одновретолько перемешивание, но и функции перемещеменного сжимания, в зоне 14 перед соплом 8, пения и придания текучести реходя в вязкое или текучее состояние перед выЧрезвычайно важен упомянутый выше переходом из экструдера через отверстие 9 сопла, пад давлений перед вращающимся элементом, после чего он разбухает проходящим над матрицей с отверстиями и за ним, поскольку от него зависит достижение соотЛопаточный элемент 15 детально изображен ношений давления таким образом, чтобы за счет на фигЗ где, имея форму воздушного винта, он колебаний обратного течения происходило испавключает четыре лопасти 16, снабженные ответврение воды лениями 17 Лопасти шнека последовательно перемещаются над отверстиями в цилиндрической Что касается вариантов реализации с нематрице с отверстиями 12 Показано направление сколькими ступенями лопаточных насосов, то вращения лопаточного элемента Фактическая можно обоснованно предположить, что одна или установка лопаточного элемента не имеет ренесколько лопаточных ступеней не имеют своей шающего значения Что касается нужного давлезадачей испарение воды, но исключительно спония на другой стороне матрицы с отверстиями, то собствуют наращиванию давления или, например, достаточно иметь возможность наклона поверхноотрабатыванию в направлении, противоположном сти до тех пор, пока она проходит над поверхнонаправлению перемещения материала, при констью матрицы с отверстиями кретной цели создания перепадов давления между многочисленными лопаточными ступенями На фиг 4 и 5 показан третий возможный вариант реализации, в котором вторая матрица 18 с На фиг 6 и 7 показаны дополнительные приотверстиями в форме полого конуса и лопаточный меры реализации изобретения, причем на каждом элемент 19, расположенный внутри лопаточного из них с правой стороны (В) чертежа указаны распространства 20 образуют совместно лопаточную ход и соотношения давления Каналы в матрицах ступень в форме конуса Лопасти 21 лопаточного с отверстиями, на обоих чертежах отмечены позиэлемента несколько наклонены относительно оси циями 33 и 34, имеют расширение на входе пото22 (максимальный угол наклона приблизительно ка Цилиндрические элементы 25 скользят по мат30 градусов относительно центральной оси 22) В рице с отверстиями, и из них около четырех приведенном примере отверстия 23 в матрице 11, располагаются перпендикулярно к валу 26, и котак же как отверстия в матрице 18, проходят пряторые подобно мешалке движутся в направлении мо и параллельно оси Продавливание через отвращения 27 Участок с высоким давлением и выверстия 23 происходит с преодолением давления сокой температурой обозначен позицией Н, а учав коническом пространстве 24, до того как матесток с низким давлением и низкой температурой риал перемещается дальше, будучи сжатым напозицией N Высокое давление существует перед клонными стенками отверстия 9 сопла цилиндрическим элементом 25, который вызывает ожижение теста и продавливает его через каналы Благодаря конусности камеры, сужающейся в матрицы 33 с отверстиями За счет давления и направлении, противоположном направлению трения температура на участке Н значительно движения, на решетке или пластине с отверстиявозрастает Основное направление течения масми развивается давление в сочетании с трением сы обозначено позицией 28 Между стороной вхопродукта, за счет чего материал продавливается да и стороной выхода О (направление потока через отверстия в решетке массы) конструкция и технологический процесс Для того, чтобы получить предпочтительные обеспечивают значительное снижение давления условия реализации изобретения (достаточный Таким образом, давление на стороне выхода из перепад давлений для того, чтобы добиться перед матрицы с отверстиями оказывается ниже, и еще элементом ожижения теста, а за элементом - понемного ниже позади цилиндрического элемента стоянного испарения и отвердевания теста), на25 (фиг 7) За счет более низкого давления и бопример в одноступенчатом варианте только с одлее низкой температуры там происходит частичной матрицей с отверстиями, можно использовать ное испарение жидкости, в частности воды или одно из двух следующих решений Или расход другой среды для разведения, вызывая, таким массы, перемещаемой шнеком, должен быть наобразом, обратный поток и связанную с таким столько низким, что на стороне низкого давления движением в высшей степени желательную гомолопаточного элемента имело бы место испарение генизацию теста Головной конец шнека 29 (пиводы (может быть достигнуто только при очень таемого из загрузочной воронки 30) также изгонизкой производительности), или же лопаточному товлен в форме лопатки В ходе технологического элементу должны быть приданы такие физические процесса тесто испытывает, кроме всего прочего, размеры, которые позволяют добиться соотношеперемещение в направлении сопла 31 Это поканий давления, допускающих испарение воды зано на чертеже в левой части его В данном слуВ большинстве конструкций используется чае мы имеем конструкцию экструдера с одним транспортный эффект любого имеющего симметшнеком 29, в котором, кроме головки, выполненричную форму элемента, если только он вращаетной в форме лопатки, имеются также матрицы 32, ся и идет над пластиной матрицы с отверстиями 33 с отверстиями Пространство О типа, описанноПри этом создается транспортный эффект, когда го ранее, располагается между первой матрицей трение теста о пластину матрицы с отверстиями, 19 48113 32 с отверстиями и второй матрицей 33 с отверстиями, причем на второй матрице с отверстиями вращается цилиндрический элемент 25 типа мешалки с лопастями в форме круглых стержней Испарение здесь происходит в форме крупных пузырьков, консистенция ожиженного теста показана мелкими точками Таким образом, этот экструдер является двухступенчатым, причем первой ступенью является головка шнекового пресса в форме лопатки и расположенная за ней матрица 32 с отверстиями, а вторая образована перемешивающим цилиндрическим элементом 25 и второй матрицей 33 с отверстиями Каналы со стороны входа всегда шероховаты и значительно расширены, образуя увеличенную контактную поверхность трения В этом варианте реализации, как и в большинстве других вариантов, зазор между перемешивающим элементом и соответствующей расположенной за ним матрицей с отверстиями невелик, а зазор между этим элементом и стороной выхода первой матрицы 32 с отверстиями несколько больше Для того, чтобы достичь разницы в трении и повышения эффективности перемещения лопаточных насосов, вал 34 пропускают сквозь первую пластину матрицы 32, но не через вторую Сквозное размещение вала способствует также центровке шнека Хотя элемент кругл и располагается перпендикулярно к поверхности матрицы с отверстиями, за счет сужения пространства в направлении, противоположном движению, наряду с разницей в трении продукта в матрице с отверстиями развивается давление, продавливающее материалы через отверстия Противоположно направленное давление поддерживается соплом или на сопле За счет изменения толщины пластин матрицы 32, 33 с отверстиями, так же как и количества и размеров отверстий, можно целенаправленно влиять на соотношения давлений, причем расширение отверстий в направлении лопаточного элемента и адгезия или трение массы на поверхности пластины матрицы с отверстиями оказывает дальнейшее воздействие Решающей является линеаризация хода процесса, являющегося предметом изобретения, причем эта линеаризация наблюдается при всех вариантах реализации На фиг 7 показана сходная конструкция, оборудованная довольно длинным лопаточными элементами 35Элемент располагается под углом (относительно поверхности второй матрицы с отверстиями), причем угол меньше 90 градусов Участок высокого давления (Н) и низкого давления (N) показаны как и ранее Направление вращения перемешивающего элемента показано стрелкой 36 Чертеж конструкции (слева) показан сходно с фиг 6 Вновь показано состояние сжатия (мелкие точки), т е высокое давление, высокая температура, например ожиженное тесто, а низкое давление показано пузырьками, причем жидкость испаряется и таким образом перетекает из пространства позади второй матрицы с отверстиями (пространство, ведущее к пластине сопла) обратно в пространство между матрицами с отверстиями, за счет чего достигается превосходная гомогенизация 20 Одинаковыми позициями обозначены одинаковые компоновки Это касается сходных двухступенчатых конструкций На фиг 8 подробно показано, что происходит на матрице 11с отверстиями на участках высокого давления и низкого давления (Н и N) Цилиндрический элемент 37 вращается по матрице 1 1 с отверстиями и в данном примере имеет только два плеча Элемент может также иметь любую форму и только для простоты показан как включающий два плеча На участке высокого давления Н, перед лопаточным элементом (направление вращения указано стрелкой), тесто сжимается, водяной пар конденсируется, температура повышается На участке низкого давления N вода испаряется, тесто разбухает и за счет этого приобретает температуру, в томности соответствующую абсолютному давлению в этой точке За счет более низкой температуры, а также разбухания тесто приобретает более высокую вязкость В связи с этим возникает сопротивление материалу, перетекающему в обратном направлении через матрицу с отверстиями в зону низкого давления, из-за чего в зоне высокого давления сквозь матрицу с отверстиями проходит больше материала, чем возвращается обратно в зону низкого давления На этом рисунке показано соотношение в тесте, а не отверстий в матрице На фиг 9 показана пластина с отверстиями или, иначе, пластина матрицы 11 продавливания с равномерно распределенными отверстиями 38 и каналами для увлажнения 39 Направление потока жидкости указано стрелкой (вход-выход) В изображенной конструкции все матрицы с отверстиями или лишь немногие из матриц с отверстиями могут быть снабжены такими каналами для увлажнения 39 На фиг 10 показана еще одна модификация, в том числе А - изображение сверху - и В - в разрезе через пластину матрицы 11с отверстиями Можно предполагать расширение отверстий (в направлении входа), однако оно не показано Отличительной особенностью конструкции является то, что валки, установленные перпендикулярно к оси 40, являются коническими при уменьшении поперечного сечения в направлении от внутреннего к наружному концу В то же время профиль пластины матрицы 1 1 с отверстиями тоже, как показано на чертеже, имеет дополняющую коническую форму (с увеличением, как показано на позиции 41, его толщины по направлению от центра к наружному краю), так что конические валки без проблем могут катиться по коническому профилю 41 Валки, которые размещены на плечах мешалки и являются в данном случае коническими, а в других конструкциях, например, цилиндрическими, могут быть выполнены таким образом, что они сами также катятся (стрелка 42) В таком случае валки 43 вращаются вокруг собственной оси С другой стороны мешалка вращается сама в направлении, указанном на фиг 10, стрелкой 44 Вращательные движения во взаимно перпендикулярных направлениях накладываются одно на другое На фиг 11 показана одноступенчатая горизонтальная конструкция с концом шнека 45 в форме 22 21 48113 лопатки В соответствующей пластине матрицы 46 сопла 70 Направление перемещения массового с отверстиями предусмотрено отверстие для вала потока показано белой стрелкой 47, предназначенное для центровки шнека ВажНа фиг 15 показана одноступенчатая вертиное значение имеет геометрическая форма шнекальная конструкция, сходная с пресска как показано, шнек имеет чрезвычайно малую гранулятором, со вращающимися цилиндрическиглубину витков (позиция 48) по сравнению с изми валками 71, питателем 72, вертикальным вавестными конструкциями, предназначенными для лом 73, на котором установлены валки, например оптимизации производительности Такая глубина перпендикулярно Валки 71 катятся по матрице 74 витков, чрезвычайно неблагоприятная для того, с отверстиями Конструкция, хотя и похожая на чтобы обеспечивать перемещение, в то же время пресс-гранулятор, согласно изобретению снабжеспособствует созданию достаточного низкого давна соплом на выходе Кроме всего прочего, развиления на стороне низкого давления лопаточного вается давление Как и во всех описанных вариэлемента, что гарантирует испарение воды Наантах реализации, давление таково, что перед пример, отношение величины глубины витков к валками, наклонными элементами или тому подиаметру может составлять от 1 / 20 до 1 / 50 добным происходит ожижение теста, а за валками имеет место испарение и частичное течение в На фиг 12 показана конструкция с лопаточным обратном направлении элементом 49 и матрицей 50 с отверстиями, диаметры которых значительно больше диаметра На фиг 16 показан двухшнековый экстру дер шнека Так, например, отношение диаметра лопаЛопаточный элемент 76, 77 скользит по каждой из точного элемента или матрицы с отверстиями к матриц 78, 79 с отверстиями Подшипник размедиаметру шнека может составлять от 2,0 до 3,0 щен в общем гнезде 79 Преимущество такого 1 Возможно достижение гораздо более высокой варианта заключается в меньшей длине конструктранспортной способности за счет применения ции, которую за счет этого можно сделать более шнеков с более значительной глубиной витков простой и экономичной Это позволяет обойтись (хотя на чертеже показана небольшая глубина без сложных перемешивающих и гомогенизируювитков) При такой конструкции поддерживается щих элементов Как и в одношнековом устройстве, достаточно низкое давление на участке входа пегомогенизация улучшается, сдвиг и распределеред матрицей 50 с отверстиями и в направлении ние тепла становятся более равномерными, надвижения лопаточного элемента 49, позади лопаблюдается улучшение показателей при износе, точного элемента, а также на стороне выхода из повышается управляемость матрицы 50 и в камере 51, прилегающей к соплу Таким образом, в общем, согласно изобрете31, что способствует испарению воды нию суспензии, перемешанные массы, пасты и На фиг 13 изображена конструкция совершенно иного типа, и к тому же вертикальная В этом вертикальном трехступенчатом экструдере с пропариванием шнек не предусмотрен Объемы камер G, N, К, W уменьшаются в направлении сжатия из порошка в текучий материал (направление течения массы) Предусматриваются три ступени с уменьшающимися объемами камер, и соответствующие лопаточные элементы 52, 53, 54 также выполнены меньших размеров В данном случае мы рассматриваем лопаточные элементы, подобные изображенным на фиг 7 Пластины матриц 55, 56 и 57 с отверстиями также соответственно меньше Цилиндрическое пространство уменьшается соответственно по ступеням вплоть до сопла 58 В соответствии со схемой отверстия наклонены таким образом, что поток массы плавно поступает даже в наименьшую камеру W перед соплом через отверстия в матрицах 55, 56 и 57, которые расширяются Вал 59 вращается также вокруг вертикальной оси На фиг 14 изображен четырехступенчатый вертикальный экструдер с термообработкой 60, отличительной особенностью которого, среди других, является применение на первой ступени цилиндрических валков, которые сами могут вращаться Направление вращения вала 61, на котором установлены лопаточные элементы, обозначено таким же образом, как и направление вращения цилиндрических валков на первой ступени Первый валок 62 катится как каландр по первой матрице 63 с отверстиями, остальные валки 64, 65, 66 скользят по соответствующим матрицам 67, 68, 69 с отверстиями перед достижением теста могут перемещаться сквозь матрицы с отверстиями с помощью лопастей, скользящих по матрице с отверстиями Перенос происходит из-за повышенного давления на переднем конце (в направлении движения) скользящей лопасти Величина давления зависит от формы скользящей лопасти (стержень, расположенная определенным образом лопатка и т п) и от расстояния лопасти от матрицы с отверстиями Конструкция должна быть подобрана таким образом, чтобы давление перед скользящей лопастью оказалось достаточным для преодоления потерь давления на отверстиях матрицы Преимущества скользящей лопасти в сравнении с наращиванием давления исключительно с помощью шнека заключаются в следующем 1 Давление на конкретных участках возрастает на нескольких отверстиях 2 Лопаточный насос приобретает особое значение в тех случаях, когда (как при многих видах паст) следует ожидать поведения при течении, зависящего от интенсивности и степени сдвига (структур но-вяз костное поведение) Интенсивные перемешивание и сдвиг лопаткой уменьшают инерцию пасты и требуют, таким образом, лишь незначительного снижения давления при прохождении через отверстия "Ожижение" пасты может быть внутренней характеристикой материала (внутренне присущим структурой и вязкостью) В случае содержащих воду суспензий и тестообразных масс этого явления можно также ожидать, когда параметры состояния (давление и температура) окажутся близкими к параметрам точки кипения 23 48113 а Если параметры состояния соответствуют точке кипения, присутствующая вода частично будет находиться в форме пара Тогда тесто образует пену с относительно высокой вязкостью При сжатии скользящей лопастью водяной пар конденсируется, тесто сжижается и может довольно интенсивно продавливаться через отверстия После прохождения тесто затвердевает, что позволяет избежать течения в обратном направлении за скользящей лопастью Таким образом, возникает также возможность перемещения при относительно высоком противодавлении б Если параметры состояния несколько ниже, чем в точке кипения, то вода остается в жидком состоянии (с отсутствием пены) Путем процесса обработки на стороне высокого давления производится подвод энергии (энергия упругого сжатия и рассеянная энергия сдвига) Рассеянная энергия сдвига вызывает местное повышение температуры На задней стороне лопасти наблюдается низкое давление, что ведет к испарению части жидкости и образованию за счет этого пены в тесте При охлаждении или повышении давления водяной пар конденсируется (кавитация) 3 При описанных выше условиях оборудование служит насосом и позволяет добиться повышения давления за счет применения многоступенчатой конструкции При многоступенчатой конструкции следует обеспечить "асимметрию" с учетом эффекта накачивания, т е насосы должны указывать направление перемещения Это направление перемещения можно установить, с одной стороны, путем задачи угла в направлении перемещения и, с другой стороны, за счет различия расстояний между скользящей лопастью и верхней и нижней пластинами матрицы с отверстиями, или же за счет различных характеристик поверхности (коэффициент трения) При полной геометрической симметричности и одинаковом коэффициенте трения к лопаточному насосу должно быть приложено внешнее давление "Лопаточный насос" действует в этом случае только в качестве "ожижителя" Задачи, которые решаются с помощью мер, соответствующих изобретению, или его преимущества могут быть суммированы следующим образом - повышение производительности, достигающее 100% - повышение качества продукции за счет большей равномерности потока и однородной текстуры - превосходные возможности для управления процессом - большое удобство обращения с деталями - экономичные приспособления - значительное снижение затрат, связанных с износом деталей - нечувствительность к колебаниям в составе сырья - значительное расширение свободы в области составления рецептуры - улучшение поведения на входе сырья в форме порошка Благодаря принятию мер, соответствующих 24 настоящему изобретению, "изношенные" шнековые экструдеры, соответственно шнек экструдера, могут быть оборудованы повторно и их срок службы может быть таким образом значительно продлен ПРИМЕР Четырехвитковый шнек известного устройства с обычным шнековым профилем продолжен в головной части адаптером, проходящим через первую пластину матрицы, которая располагается, как обычно, перед имеющей форму лопатки поверхностью головки шнека и используется для установки лопаточного элемента Этот элемент скользит по второй пластине матрицы и образует, таким образом, вторую лопаточную ступень Обычные пластины сопла завершают систему Обе пластины матрицы образуют лопаточную камеру, в которой вращается лопаточный элемент Лопаточный элемент с круглым поперечным сечением лишь немногим уже лопаточного пространства, образуемого двумя пластинами матриц На соотношение давлений могут оказывать определенное воздействие толщина пластин матриц и количество, и размеры отверстий Вид конических расширений отверстий в направлении лопаточного элемента оказывает влияние на адгезию или трение массы на поверхности пластины с отверстиями и, таким образом, ее транспортных характеристик Если осознать сущность мероприятий, связанных с изобретением, то можно добиться превосходных результатов с бывшими в употреблении шнеками, причем зазор между шнеком и втулкой равен приблизительно 1,6мм Если привести лопаточный элемент в движение, это может привести к созданию зоны повышенного давления перед лопаточным элементом в направлении вращения и зону пониженного давления позади лопаточного элемента, если наблюдать с той стороны, куда направлено вращение В случае, если температура теста в зоне пониженного давления составляет 140 градусов С, а давление - ниже 3,5бар, вода начинает испаряться, а объем теста увеличивается В этом состоянии (смесь пузырьков пара и жидкости) тесто обладает гораздо более высокой вязкостью по сравнению с полностью ожиженной формой При такой форме возникает более сильное сопротивление приближающейся лопатке, в результате чего давление возрастает, водяные пары конденсируются и энергия конденсации вновь вызывает разогрев теста и так далее Непрерывное чередование высокого и низкого давления, вызываемое лопаточным элементом при температуре ниже точки кипения воды или жидкости, создает очень большой эффект гомогенизации в тесте и обеспечивает чрезвычайно эффективный обмен энергии, не допуская таким образом частичного перегрева, создавая таким образом наиболее, вероятно, главную основу для поразительно удачного перекачивания на лопаточной ступени Благодаря непрерывно чередующимся расширению и сжатию значительно улучшается перенос тепла в рамках системы с конечным положительным воздействием на характеристики текучести смеси пищевых продуктов Хотя настоящее изобретение было раскрыто и 48113 25 описано со ссылкой на определенные его воплощения, специалистам будет ясно, что в нем можно сделать различные изменения без отступления от 26 существа и объема изобретения, определяемых прилагаемой формулой изобретения 17 16 ФИГ. 3 3 2 ФИГ.1 Ж г- U * I ./. ../ 3 П /, 15 10 19 20 ФИГ. 4 ФИГ. 2 27 48113 21 21 Фиг 8 ФИГ, 5 Фиг 6 Фиг. 9 29 ЗО 48113 5t Фиг 12 Фиг 10 Фиг Л 3 ФИГ. 11 31 48113 32 7 4 ФИГ 15 70 Фиг. 14 Фиг. 16 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71 УКРАЇНА (19) иА (11,48113 (із) С2 (51)6 В30В11/22, В29С47/00, А23Р1/12 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС ДО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД (54) ЕКСТРУДЕР З ТЕРМООБРОБКОЮ ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА БЮПОЛІМЕРІВ(ВАРІАНТИ) І СПОСІБ ЕКСТРУДУВАННЯ БІОПОЛІМЕРІВ З ТЕРМООБРОБКОЮ(ВАРІАНТИ) (21)96010279 (22)20 07 1994 (24)15 08 2002 (86) РСТ/ЕР94/02402, 20 07 1994 (31)Р4325514 0 (32)29 07 1993 (33) DE (46) 15 08 2002, Бюл №8, 2002р (72)ШаафХайнц, DE (73) ШААФ ТЕХНОЛОГ! ГМБХ, DE (56) SU 772 882 А 23 10 1980 ЕР 221 918 А 09 08 1989 (57) 1 Экструдер с термообработкой для производства биополимеров, включающий установленные на цилиндре экструдера загрузочную воронку, по меньшей мере один шнек, а также сопло, отличающийся тем, что имеет, по меньшей мере, один лопаточный насос, расположенный между шнеком и соплом, причем каждый лопаточный насос состоит из одной матрицы или пластины с отверстиями, по меньшей мере, одного связанного с ней лопаточного элемента с лопатками, причем лопаточный элемент вращается по поверхности указанной матрицы или пластины с отверстиями, а лопатки лопаточного элемента установлены под острым углом от 0 до 90° относительно матрицы или пластины с отверстиями, если смотреть в направлении движения лопаточного элемента, так что обрабатываемый материал подвергается воздействию перекачивания 2 Экструдер по п 1, отличающийся тем, что имеет, по меньшей мере, два лопаточных насоса между шнеком и соплом 3 Экструдер по п 1, отличающийся тем, что поверхность головки конца шнека, обращенная к соплу, выполнена в форме клина и с возможностью прохождения по пластине с отверстиями 4 Экструдер по любому из пп 1-3, отличающийся тем, что лопаточный насос, включающий пластину с отверстиями и лопаточный элемент, установлен на валу, являющемся продолжением шнека 5 Экструдер по любому из пп 1-4, отличающийся тем, что лопаточные насосы движутся независимо друг от друга 6 Экструдер по любому из пп 1-5, отличающийся тем, что в дополнение к многочисленным от верстиям с хорошими теплопередающими свойствами, выполненными в матрице или в пластинах с отверстиями, пластины имеют каналы для пара или охлаждающей воды или термомасла 7 Экструдер по любому из пп 1-6, отличающийся, тем, что поверхности лопатки выполнены прямыми, закругленными или профилированными и вращаются по матрице с отверстиями 8 Экструдер по п 7, отличающийся тем, что лопасти лопатки или перемешивающие лопасти, проходящие по поверхности пластин с отверстиями, которые, например размещаются перпендикулярно оси движения компонента лопаточного насоса типа мешалки, имеют круглое поперечное сечение и выполнены в форме цилиндрического или конического валка, сужающегося в наружном направлении 9 Экструдер по любому из пп 1-8, отличающийся тем, что поверхность лопатки выполнена максимально возможно гладкой, то есть с минимальным коэффициентом трения, а поверхность матрицы с отверстиями (пластина) является максимально шероховатой, то есть с более высоким коэффициентом трения 10 Экструдер по любому из пп 1-9, отличающийся тем, что и указанные узлы экструдера, в особенности цилиндр экструдера и возможно шнек, сопло выполнены из стали, литейного чугуна и любых других материалов, используемых в пищевой промышленности 11 Экструдер по одному из пп 1-10, отличающийся тем, что лопаточные насосы выполнены в виде отдельных модулей 12 Экструдер по любому из пп 1-11, отличающийся тем, что отдельные лопаточные насосы выполнены с возможностью совмещения в модульной системе 13 Экструдер по любому из пп 1-12, отличающийся тем, что матрица с отверстиями со стороны поступления потока выполнена с вогнутой поверхностью, причем соответствующие лопаточные элементы, дополняющие эту вогнутую поверхность, располагаются прямо перед нею и соответствуют ее контуру 14 Экструдер по одному из пп 1-12, отличающийся тем, что на продолжении оси шнека, имеющем конец шнека, выполненный в форме лопа О 00 48113 точной головки, расположена плоская матрица с отверстиями, отверстия в которой по существу параллельны оси и расширяются в направлении потока 15 Экструдер по п 14, отличающийся тем, что за матрицей с отверстиями размещены три дополнительных лопаточных насоса, каждый из которых включает матрицу с отверстиями и один лопаточный элемент, причем лопаточный элемент имеет форму вращающегося воздушного винта 16 Экструдер по п 14, отличающийся тем, что после плоской матрицы с отверстиями размещен лопаточный насос, состоящий из лопаточного элемента и цилиндрической матрицы кольцевой формы с отверстиями, расположенными в радиальном направлении, причем вместе они образуют полое лопаточное пространство, в котором расположен с возможностью вращения лопаточный элемент, проходящий по кольцевой матрице 17 Экструдер по п 14, отличающийся тем, что на конце вала размещается коническая матрица с отверстиями, по существу параллельными оси и, возможно, расширяющимися в направлении потока, причем в лопаточном пространстве, образованном полой конической матрицей с отверстиями, расположен лопаточный элемент, заполняющий лопаточное пространство, проходящий над отверстиями матрицы с отверстиями с внутренней стороны 18 Экструдер по любому из пп 1-17, отличающийся тем, что соотношение наружного диаметра шнека и диаметра лопаточного элемента и/или матрицы с отверстиями составляет от 1 2,0-3,0 19 Экструдер по любому из пп 1-18, отличающийся тем, что элементы, проходящие по пластине с отверстиями, являются коническими элементами, сужающимися от внутренней стороны к наружной, вращающимися вокруг собственной оси, причем матрица с отверстиями, расположенная с их верхней стороны, выполнена как дополняющая, т е они расширяются изнутри в наружном направлении 20 Экструдер по любому из пп 1-19, отличающийся тем, что имеет центральный канал для вала(ов), проходящий сквозь матрицу с отверстиями для центровки шнека, причем шнек имеет крайне малую глубину выемки при отношении глубины выемки к диаметру шнека от 1/20 до 1/50 21 Экструдер по п 8, отличающийся тем, что цилиндрический валок(ки), особенно на первой ступени, выполнен с возможностью вращения 22 Экструдер с термообработкой для производства биополимеров, включающий установленные в цилиндре экструдера загрузочную воронку , по меньшей мере один шнек и сопло , отличающийся тем, что дополнительно снабжен установленной в цилиндре экструдера между шнеком и соплом последовательностью лопаточных насосов , каждый из которых состоит из одной матрицы с отверстиями и одного соответствующего лопаточного элемента , который установлен с возможностью вращения вблизи поверхности матрицы с отверстиями , при этом экструдер ориентирован вертикально и его шнек является исключительно пи тающим шнеком 23 Экструдер по п 22, отличающийся тем, что поверхности лопатки выполнены прямыми, закругленными или профилированными и вращаются по матрице с отверстиями 24 Экструдер по п 23, отличающийся тем, что лопасти лопатки или перемешивающие лопасти, проходящие по поверхности пластин с отверстиями, которые, например размещаются перпендикулярно оси движения компонента лопаточного насоса типа мешалки, имеют круглое поперечное сечение и выполнены в форме цилиндрического или конического валка, сужающегося в наружном направлении 25 Экструдер по любому из пп 22-24, отличающийся тем, что поверхность лопатки выполнена максимально возможно гладкой, т е с минимальным коэффициентом трения, а поверхность матрицы с отверстиями (пластина) является максимально шероховатой, т е с более высоким коэффициентом трения 26 Экструдер по любому из пп 22-25, отличающийся тем, что указанные узлы экструдера, в особенности цилиндр экструдера, шнек и сопло выполнены из стали, литейного чугуна и любых других материалов, используемых в пищевой промышленности 27 Экструдер по одному из пп 22-26, отличающийся тем, что лопаточные насосы выполнены в виде отдельных моделей 28 Экструдер по любому из пп 22-27', отличающийся тем, что отдельные лопаточные насосы выполнены с возможностью совмещения в модульной системе 29 Экструдер по любому из пп 22-28, отличающийся тем, что матрица с отверстиями со стороны поступления потока выполнена с вогнутой поверхностью, причем соответствующие лопаточные элементы, дополняющие эту вогнутую поверхность, располагаются прямо перед нею и соответствуют ее контуру 30 Экструдер по одному из пп 22-28, отличающийся тем, что на продолжении оси шнека, имеющем конец шнека, выполненный в форме лопаточной головки, расположена плоская матрица с отверстиями, отверстия в которой по существу параллельны оси и расширяются в направлении потока 31 Экструдер по п 30, отличающийся тем, что за этой матрицей с отверстиями размещены три дополнительных лопаточных насоса, каждый из которых включает матрицу с отверстиями и один лопаточный элемент, причем лопаточный элемент имеет форму вращающегося воздушного винта 32 Экструдер по п 30, отличающийся тем, что после плоской матрицы с отверстиями размещен лопаточный насос, состоящий из лопаточного элемента и цилиндрической матрицы кольцевой формы с отверстиями, расположенными в радиальном направлении, причем вместе они образуют полое лопаточное пространство, в котором вращается лопаточный элемент, проходящий по кольцевой матрице 33 Экструдер по п 30, отличающийся тем, что на валу, являющемся продолжением оси шнека, размещена коническая матрица с отверстиями, 48113 выполненными по существу в осевом направлении и, возможно, расширяющимися в направлении потока, при этом в лопаточном пространстве, образованном полой конической матрицей с отверстиями, расположен лопаточный элемент, заполняющий лопаточное пространство, проходящий над отверстиями конической матрицы с внутренней стороны 34 Экструдер по любому из пп 22-23, отличающийся тем, что соотношение наружного диаметра шнека и диаметра лопаточного элемента и/или матрицы с отверстиями составляет от 1 2,0-3,0 35 Экструдер по любому из пп 22-34, отличающийся тем, что элементы, проходящие по пластине с отверстиями, являются коническими элементами, сужающимися от внутренней стороны к наружной, вращающимися вокруг собственной оси, причем матрица с отверстиями, расположенная с их верхней стороны, выполнена как дополняющая, то есть они расширяются изнутри в наружном направлении 36 Экструдер по любому из пп 22-35, отличающийся тем, что имеет центральный канал для вала(ов), проходящий сквозь матрицу с отверстиями для центровки шнека, причем шнек имеет чрезвычайно малую глубину выемки при отношении глубины выемки к диаметру шнека от 1/20 до 1/50 37 Экструдер по п 24, отличающийся тем, что цилиндрический валок(ки), особенно на первом насосе, выполнен с возможностью вращения 38 Экструдер с термообработкой для получения биополимеров, включающий установленные в цилиндре экструдера загрузочную воронку, а также сопло, отличающийся тем, что он ориентирован вертикально и выполнен многоступенчатым, при этом каждая ступень образована лопаточным насосом, состоящим из матрицы с отверстиями и лопаточного элемента, расположенного под углом относительно поверхности матрицы с отверстиями и диаметр каждого последующего лопаточного элемента меньше диаметра предыдущего лопаточного элемента для увеличения сжатия в направлении потока массы 39 Экструдер с термообработкой для производства биополимеров, включающий установленные в цилиндре экструдера загрузочную воронку и сопло, имеющий одноступенчатую конструкцию, отличающийся тем, что он является прессгранулятором, имеющим дополнительные вращающиеся цилиндрические валки, расположенные перпендикулярно к вертикальному валу, причем валки катятся и проходят по матрице с отверстиями и сопло располагается за матрицей с отверстиями таким образом, что тесто сжижается перед валками или другими подобными элементами, в то время как за валками и на стороне вытекания за матрицей с отверстиями возможно испарение и частичное течение в обратном направлении, а также эффективное перекачивание теста в направлении сопла 40 Способ экструзии с термообработкой биополимеров, отличающийся тем, что давление шнека, направленное вперед, массовый расход материала, подвергаемого экструзии, температура экструдера или внутри его, но в первую очередь давление перед матрицей с отверстиями и за ней или лопаточным элементом, проходящим над ней, подбираются таким образом, что за лопаточным элементом в лопаточной камере образуется зона низкого давления с испарением жидкости, содержащейся в экструдируемой массе, а перед лопаточным элементом в зоне накопления на пластине продавливания происходит повышение давления с ожижением паров жидкости, в частности, водяного пара 41 Способ по пп 40, отличающийся тем, что после прохождения сквозь матрицу с отверстиями на лопаточных элементах материал подвергается воздействию давления, сжимающего материал в текучую массу 42 Способ по п 41, отличающийся тем, что экструдер обеспечивает перепад давлений 10 1 между зоной, находящейся перед лопаточным элементом или перед поверхностью клина головки шнека, и зоной позади лопаточного элемента, причем зона более низкого давления находится в условиях ниже условий кипения 43 Способ по одному из пп 40-42, отличающийся тем, что в лопаточном насосе создается максимально возможная разность давлений с учетом при этом параметров экструдера, а также экструдируемого материала 44 Способ по одному из пп 42 или 43, отличающийся тем, что в зоне матрицы с отверстиями сжиженному материалу сообщают колебательное движение 45 Способ по одному из пп 40-44, отличающийся тем, что используется при рабочем объеме около 200 куб см в лопаточном насосе при массовом расходе от 200 до 350 кг/час и длительности нахождения, равной в результате 2-4 сек 46 Способ по п 40, отличающийся тем, что компоновка пластин с отверстиями и элементов лопаточного насоса выполнена таким образом, что лопаточные элементы проходят в каждом случае по поверхности пластины с отверстиями на передней стороне, настолько близко к ней, насколько это технически возможно, но избегая при этом соприкосновения 47 Способ по одному из пп 40-46, отличающийся тем, что предусматривает применение лопаточного элемента, диаметр которого настолько больше наружного диаметра шнека экструдера, что в лопаточной камере достигается достаточно низкое давление для осуществления испарения в тесте 48 Способ по п 47, отличающийся тем, что используют лопаточный насос, диаметр которого в 2-3 раза больше диаметра шнека экструдера 49 Способ по любому из пп 40-48, отличающийся тем, что используют экструдер с двумя шнеками 50 Способ экструзии с термообработкой биополимеров, предназначенный для производства пищевых гранул, продуктов для сухих завтраков или изделий из дробленого зерна, отличающийся тем, что пищевые продукты пропускают через два лопаточных насоса, каждый из которых состоит из пластины с отверстиями и лопаточного элемента, проходящего по ней 7 48113 8 51 Способ по п 50, отличающийся тем, что компоновка пластин с отверстиями и элементов лопаточного насоса выполнена таким образом, что лопаточные элементы проходят в каждом случае по поверхности пластины с отверстиями на передней стороне, настолько близко к ней, насколько это технически возможно, но избегая при этом соприкосновения 52 Способ по одному из пп 50-51, отличающийся, тем, что предусматривает применение лопаточного элемента, диаметр которого настолько больше наружного диаметра шнека экструдера, что в лопаточной камере достигается достаточно низкое давление для осуществления испарения в тесте 53 Способ по п 52, отличающийся тем, что ис пользуют лопаточный насос, диаметр которого в 2-3 раза больше диаметра шнека экструдера 54 Способ по любому из пп 50-53, отличающийся тем, что используют экструдер с двумя шнеками 55 Способ экструзии с термообработкой биополимеров, отличающийся тем, что исходные условия, необходимые для экструзии с пропариванием, а именно давление, температура, ожижение и гомогенизация, создаются исключительно одним или несколькими лопаточными насосами, каждый из которых включает пластину с отверстиями и проходящий по ней лопаточный элемент 56 Способ по п 55, отличающийся тем, что используют экструдер с двумя шнеками Настоящее изобретение относится к экструдеру с термообработкой, оборудованному загрузочной воронкой, а также одним шнеком и соплом и, согласно варианту реализации, к двухшнековому экструдеру, предназначенному для производства термообработанных пищевых продуктов Кроме того, изобретение относится к процессу экструзии с термообработкой биополимеров, предназначенному для производства термообработанных гранулированных продуктов, продуктов для сухих завтраков, изделий из дробленого зерна или тому подобного Такие экструдеры с термообработкой известны (см например, патент ЕР0221918В1) Общие описания экструдеров с термообработкой можно найти, например, в работе Judson М Harper, "Extrusion of Foods", 1981, CRC Press, Inc Boca Raton, Florida, USA, а также в работе Mercier, Lmco, Harper "Extrusion-Cooking", 1989, American Assotiation of Cereal Chemists, Inc St Paul, Minnesota, USA Требования, предъявляемые к экструдерам с термообработкой, предназначенным для биополимеров, можно суммировать следующим образом высокая производительность в сочетании с высоким качеством продукции, которое определяется постоянством условий протекания процесса, хорошей гомогенизацией (смешивание, поддержание нужной температуры), хорошей формуемостъю тестообразной массы, а также низкие капитальные затраты, низкие затраты на техническое обслуживание и гибкость самого процесса и, наконец, хорошая управляемость при высокой скорости реакции и простоте обращения, в особенности при начале работы, разборке и очистке выполняют механическое срезающее действие и не выполняют функции механического или термодинамического прокачивания Такие приспособления находят применение во многих предметах домашнего обихода В экструдере не осуществляется никакой термообработки После того, как материал покидает сопло, он подвергается дальнейшему процессу формовки, включая обработку паром, печение, жаренье на масле или кипячение Целью изобретения по английскому патенту является то, что в процессе производства уменьшается денатурация рыбной пасты, в то время как экструдер с термообработкой сам по себе часто сочетается с заданным процессом денатурации протеинов, содержащихся в обрабатываемом материале Предварительное тепловое воздействие на материал оказывается нежелательным Требуется (заранее), чтобы отверстия в перегородках не засорялись Угол наклона лезвия относительно поверхности перегородки, составляет от 90° до 180° Из патента GB-PS 2191378 известен экструдер (экструдер без термообработки), работающий при температуре окружающей среды или несколько превышающей ее и предназначенный для получения пасты из морепродуктов Вращающиеся лезвия предусмотрены как требующиеся главным образом для работы смесителя Материалы экструдируются из матриц в перегородках и подвергаются срезающему воздействию Эти элементы Одношнековые экструдеры обладают значительными преимуществами по сравнению с двухшнековыми экструдерами, как уже было показано здесь, поскольку последние имеют сложное устройство, требуют значительно большего количества изнашивающихся деталей и, соответственно, нуждаются в более высоких затратах на техническое обслуживание С другой стороны, одношнековые устройства считаются менее гибкими и в особенности их критикуют за недостаточную воспроизводимость температурных условий и плохое перемешивание, гомогенизацию Задача, которая стоит перед настоящим изобретением заключается в улучшении эксплуатационных характеристик экструдера с термообработкой как с точки зрения гомогенизации, так и текстуры конечного продукта, который должен быть более однородным, с точки зрения достаточного и контролируемого разбухания, а также с точки зрения контролируемости температуры с использованием взаимозависимости массового расхода и скорости шнека Кроме того, должно быть уменьшено часто отрицательное воздейст 48113 виє на текстуру готовой продукции находящихся в сырьевом материале жира и/или сахара Поставленные задачи решаются тем, что предложен эксрудер с термообработкой, включающий установленные в цилиндрическом корпусе загрузочную воронку, по меньшей мере, однин шнек, а также сопло для получения термообработанных пищевых продуктов и в соответствии с изобретением указанный экструдер имеет, по меньшей мере, однин лопаточный насос, расположенный между шнеком и соплом, причем каждый лопаточный насос состоит из одной матрицы или пластины с отверстиями, по меньшей мере, одного связанного с ней лопаточного элемента, определенного как "лопаточный насос", причем лопаточный элемент вращается по поверхности указанной матрицы или пластины с отверстиями, лопаточный элемент установлен под острым углом от 0 до 900, относительно матрицы или пластины с отверстиями, если смотреть в направлении движения лопаточного элемента, так, что обрабатываемый материал подвергается воздействию перекачивания В случае наличия одного лопаточного насоса концы пера шнека преимущественно одношнекового экструдера выполнены в форме клина с использованием того факта, что шнек может вращаться с небольшим зазором относительно пластины матрицы с отверстиями Эта конфигурация клиновидного конца шнека экструдера соответствует упомянутой выше цели изобретения, в особенности после соединения с пластиной матрицы с отверстиями Желательно, чтобы между шнеком и соплом располагались, по меньшей мере, два таких лопаточных насоса Поразительно, но достигается не только решение упомянутой выше задачи, но и, за счет дополнения обычного экструдера с одним коротким шнеком, например с отношением длины к диаметру, L D, порядка 2 1, головка штека которого уже выполнена в форме лопатки, которая скользит по пластине матрицы с отверстиями, одним или несколькими лопаточными насосами типа, описанного выше, каждый из которых состоит из одного или нескольких лопаточных элементов и одной пластины матрицы с отверстиями, следующие улучшения Улучшается гомогенизация, и текстура конечного продукта становится более однородной Тесто выходит из сопла более равномерно Несмотря на очень небольшое время нахождения (менее 8 секунд), может быть переработано гораздо больше жира и/или сахара при получении достаточного разбухания (обычно присутствие жира и/или сахара ведет к значительному уменьшению разбухания) Значительно повышается контролируемость температуры с помощью взаимозависимости переменных характеристик процесса, массового расхода и скорости шнека, т е более высокая скорость шнека при постоянном массовом расходе ведет к заметному повышению температуры теста по сравнению с аналогичным устройством без дополнительных лопаточных насосов и наоборот при увеличении массового расхода Таким образом, достигается относительное уменьшение 10 удельного расхода механической энергии Соотношение скорости шнека и температуры теста находится в значительной мере в прямо пропорциональной зависимости Производительность с, по меньшей мере, одним дополнительным лопаточным насосом при одинаковом качестве продукции возрастает на 100% по сравнению с устройством без дополнительного лопаточного насоса Благодаря центровке смазочным материалом шнека экструдера в канале матрицы с отверстиями поддерживаются радиально направленные усилия и благодаря улучшению центровки исключается контакт между шнеком и цилиндром экструдера Таким образом, уменьшается износ этих частей Конструкционные элементы для такого лопаточного насоса очень просты по конструкции, могут быть изготовлены при низких затратах и подвержены незначительному износу За счет размещения многих лопаточных насосов одного над другим допускается высокая гибкость регулирования условий процесса, что соответствует требованиям к продукции Сборка, разборка и очистка этих частей осуществляется очень просто и быстро Размещение элементов "головки лопатки" (ширина и относительный угол наклона поверхности лопатки относительно матрицы с отверстиями) и "матрицы с отверстиями" (количество и диаметр отверстий, а также толщина пластин) в соответствии с известными правилами динамики потока ведет к получению бесчисленных вариантов конкретных конфигураций, соответствующих требующимся условиям процесса (влажность исходного материала, температура, вязкость, время пребывания, требуемое давление для прохождения через сопло и т п ) и требованиям к экономичности В частности, лопасти лопатки в лопаточном насосе вращающегося типа, которые скользят по пластине(ам) матрицы с отверстиями и могут отставать или перпендикулярно отставать от оси вращения, имеют круглое поперечное сечение и могут быть выполнены в форме цилиндрических или конических роликов, как будет описано ниже Принцип матрицы с отверстиями предусматривает достижение соприкосновения со средой большой суммарной металлической поверхности По сравнению с возможностями теплопередачи в обычных конструкциях экструдеров (главным образом исключительно через цилиндр экструдера) эта большая поверхность обладает важным преимуществом, связанным с возможностью обеспечить нужный уровень теплопередачи (охлаждения или нагрева), например путем пропуска через каналы, имеющиеся в матрице с отверстиями, пара, охлаждающей воды или теплонесущих масел За счет поразительного действия лопаточного насоса можно показать, что функции шнека экструдера могут быть сведены к простым функциям подающего шнека, предназначенного для предварительного сжатия Можно даже полностью отказаться от шнека экструдера, когда, например, лопаточный экструдер располагается вертикально и сырье поступает напрямую под давлением в многоступенчатый 11 48113 лопаточный насос Лопаточные элементы могут быть соединены друг с другом и посредством общего вала В той степени, в которой характеристики тестообразной массы допускают вращательное уплотнение на конце с более высоким давлением, существует даже возможность обеспечить привод одного или нескольких лопаточных насосов, не зависимых от шнека Любопытно отметить, что экструдер с термообработкой может состоять только из последовательности таких лопаточных насосов, причем лопаточный экструдер должен быть в первую очередь ориентирован вертикально При этом можно полностью отказаться от шнека экструдера Наиболее важное преимущество изобретения заключается втом, что детали экструдера, в частности цилиндр экструдера и, при определенных обстоятельствах, шнек, матрица с отверстиями, элементы лопатки, а также сопло и т п могут быть изготовлены из стали, литейного чугуна или иных подобных, не противопоказанных к применению в контакте с пищевыми продуктами материалов, т е не нуждаются в добавлении обычных тяжелых металлов и добавок, требующихся для упрочнения и повышения износостойкости Связанные с износом изменения размеров оказывают лишь незначительное воздействие на ход процесса, в особенности на его производительность В известных шнековых установках вызванное износом увеличение зазора между шнеком и цилиндром на несколько долей миллиметра может привести к снижению производительности на 30 - 40% или вызвать увеличение подведения энергии к тесту до неприемлемых значений Что касается конкретных решений по реализации изобретения, обеспечивающих решающие преимущества, то матрица(цы) с отверстиями может быть выполнена с вогнутой поверхностью со стороны поступления исходного материала, а соответствующий лопаточный элемент(ы), дополняющий эту вогнутую поверхность, может быть расположен непосредственно перед ней и повторяя ее контур В основе изобретения находится также вышеупомянутый способ, в соответствии с которым, после экструзии поток экструдера перед формовкой в сопле проходит, как минимум, через два лопаточных насоса Предпочтительно существует возможность работать при рабочем объеме, равном всего приблизительно 200куб см на уровне лопаточного насоса при массовом расходе от 200 до 350кг/час и, соответственно, времени пребывания от 2 до 4сек Известны так называемые прессыгрануляторы, которые применяются для прессования материалов, находящихся в форме порошка, гранул или волокон, и получения гранул, т е прессованного гранулированного материала Их уже изготавливают с вращающейся кольцевой матрицей, а также с фиксированной кольцевой матрицей и вращающимся приспособлением или матрицей в форме диска и конусными или цилиндрическими прижимными валками Они, однако, не имеют отношения к области, в которой выполнено изобретение, поскольку целью изобретения не является производство гранул В случае таких 12 прессов-грануляторов прилагаются, естественно, максимальные усилия для того, чтобы избежать нарастания давления после прохождения через первую стадию прессования Целью является получение прессованного гранулята, а не как можно более гомогенной массы, как в случае экструзии с термообработкой, из которой при определенных условиях путем испарения воды получается пористая, хрупкая структура Согласно изобретению, материал после выхода из матрицы подвергают воздействию давления, сжимающего материал в текучую массу Эта масса может затем быть пропущена через следующую лопаточную ступень (из-за высокой текучести материала предпочтительным является термин "насос"), причем этот процесс может быть повторен несколько раз, или для дополнительного перемешивания, или для гомогенизации в процессе обработки или для создания более высокого конечного давления с целью продавливания материала через сопло Действительное значение имеет комбинированное действие двух лопаточных насосов, установленных один за другим, или же выполненного в форме лопаточной головки конца шнека экструдера и матрицы с отверстиями с другим лопаточным насосом Очевидно, что ожиженный материал в области матрицы с отверстиями приводится в колебательное движение Оно достигается за счет того, что после прохождения лопаточного элемента часть сжиженного материала, подвергающегося воздействию высокого давления со стороны выхода, перетекает через матрицу с отверстиями в обратном направлении Такую ситуацию можно наблюдать, по меньшей мере, визуально Преднамеренные изменения давления, вызывающие колебательные движения, могут, естественно, быть вызваны с помощью других средств, таких как мембрана или поршень И, наконец, они могут быть получены с помощью эксцентричного шнека путем применения пульсации или ультразвука Между первой и второй лопаточными ступенями находится все еще сжатый материал, который по своему агрегатному состоянию является "почти текучим" или "текучим", т е может еще включать твердые частицы или их следы, но основной фазой которого является жидкая фаза Обычно более высокое давление нарастает в направлении движения перед вращающейся лопастью лопатки, в то время как позади лопасти лопатки давление ниже Тесто испытывает периодические изменения направленности потока и колебания давления Для этого между первой и второй ступенями поддерживается давление на уровне более Юбар При наличии только одной ступени матрица необязательно совпадает с соплом Для наращивания требующегося давления нужны дополнительные развивающие давление элементы, а также сопло Эти признанные, периодически меняющиеся явления могут быть рациональным образом связаны с требованиями, предъявляемыми к продукции и процессу 14 13 48113 Форма поверхности лопатки она может быть энергии, требующейся для обработки материала прямой, криволинейной или даже цилиндрической Она может также иметь форму одного или неили сферической, или же в форме вращающегося скольких лопаточных насосов, перемещающих, профиля Под термином "вращающийся" может когда это требуется, материал в противоположных подразумеваться вращающееся било, причем, направлениях для смешивания и пластификации например, одна ось била вращается, а сами бьюВ отношении конструкции механические трещие пальцы (перпендикулярные к оси привода) бования, предъявляемые к отдельным элементам также вращаются, например, в форме корпуса ниже, чем к обычным шнекам и втулкам С другой валка стороны, некоторая степень износа не оказывает отрицательного влияния на условия протекания Угол наклона поверхностей лопатки относипроцесса в отличие от обычных экструдеров, в тельно матрицы с отверстиями должен быть которых даже изменения на доли миллиметра меньше 90 градусов и больше 0 градусов При могут оказать значительное влияние на процесс меньшем угле снижается производительность и повышается давление, в то время как увеличение И, наконец, в том, что касается изобретения, угла ведет к повышению производительности и предлагается способ экструзии биополимеров с снижению давления По этой причине поверхность термообработкой для изготовления пищевых гралопатки должна быть для достижения оптимальнул, сухих продуктов для завтраков и изделий из ных показателей перемещения как можно более дробленого зерна, отличающийся тем, что биопогладкой и при определенных условиях даже иметь лимеры пропускаются через две лопаточные ступокрытие За счет этого достигается низкий коэфпени и после наращивания давления перед софициент трения, если даже не проскальзывание плом продавливаются через сопло, причем В отличие от этого, поверхность матрицы с отверпроцесс преимущественно осуществляется в верстиями должна быть как можно более шероховатикальном положении Кардинальное отличие этотой, что ведет к повышению трения Эта цель уже го решения заключается в возможности полнодостигается за счет наличия отверстий, но может стью отказаться от использования шнека быть дополнительно увеличена другими подхоэкструдера дящими средствами Если в приводимом описании отсутствует Толщина пластины или матрицы с отверстияспециальное упоминание вертикальной конструкми в случае выбора более значительной толщиции, то это означает, что оно относится к горизонны увеличивается сопротивление потоку, повытальной конструкции с горизонтально располошается уровень сдвига материала, увеличивается женным цилиндром экструдера рассеивание энергии, а также повышается темпеЛопасти лопаточного элемента могут иметь ратура теста и наоборот круглое поперечное сечение, могут быть неподвижными (лопатка или скребок) или вращаться Количество отверстий увеличение числа отнад матрицей с отверстиями В случае наличия верстий означает снижение сопротивления и помногих ступеней первая ступень может быть обовышение пропускной способности матрицы с отрудована вращающимися валками верстиями Диаметр отверстий увеличение диаметра озЭлементы, скользящие по пластине матрицы начает снижение сопротивления и повышение с отверстиями, могут иметь коническую форму, с пропускной способности Уменьшение диаметра уменьшением в наружном направлении и при опозначает повышение сопротивления, увеличение ределенных условиях могут также вращаться восдвига продукции /гомогенизации/ эффекта смекруг собственной оси, в то время как матрица с шивания на матрице отверстий отверстием имеет дополняющую их форму верхней стороны, т е утолщается в наружном направПоперечное сечение каналов/матрицы с отлении верстиями их изменение по длине в зависимости от обстоятельств также возможно Они могут быть Другое решение предлагается с чрезвычайно коническими, расширяющимися или и тем, и друмалой глубиной витков шнека при отношении глугим Допускаются специальные реологические бины витков к диаметру шнека, составляющем, эффекты Возможна также форма трубки Вентури например, всего от 1 / 20 до 1 /50 Форма пластины матрицы с отверстиями В случае вертикального многоступенчатого форма может быть простейшей, например плоэкструдера с пропариванием, главным образом ской В зависимости от действия лопаточного без шнека, существует возможность использовать элемента и требующегося течения продукта поразличные объемы камеры, соответствующие верхность может также быть профилированной, возрастающему сжатию в направлении течения например сферической или конической, сужаюмассы При этом расположенные здесь лопаточщейся или расширяющейся ные элементы также проектируются имеющими меньшие размеры Угол наклона отверстий они или перпендикулярны, или наклонены по отношению к плоскости Существует также возможность спроектиролопатки, соосны с осью вращения или в заданной вать пресс-гранулятор с вертикальным валом, степени асимметричны, или же наклонены в наперпендикулярным по отношению к вращающимся правлении или против направления вращения цилиндрическим валкам, причем валки катятся или проходят по матрице с отверстиями Кроме Количество ступеней (последовательно растого, сопло этого типа располагается вслед за положенных лопаточных насосов) подбирается в матрицей с отверстиями, так что перед валками зависимости от требующегося давления экструили подобными им элементами происходит ожизии, требующегося или максимально допустимого жение теста под давлением и за валками со стовремени нахождения, подвода механической 16 15 48113 роны выхода из матрицы с отверстиями может на фиг 7 показан пятый вариант реализации быть вызвано испарение изобретения, слева в разрезе (А), справа (В) схематически, Способ можно также описать таким образом, что давление перемещения шнека, массовый расна фиг 8 показана тестообразная масса в соход экструдируемого материала, температура в стоянии экструдирования, экструдере или самого экструдера и, что наиболее на фиг 9 показана деталь конструкции, важно, давление перед матрицей с отверстиями и на фиг 10 показана особая конструкция с чеза ней или скользящий по ней лопаточный элетырьмя плечами, вверху в разрезе, внизу - изомент подбираются таким образом, что позади лображение сверху, паточного элемента в лопаточной камере образуна фиг 11 представлено одноступенчатое реется зона пониженного давления, с испарением шение, жидкости, содержащейся в экструдируемой массе, на фиг 12 показан вариант реализации с раза перед лопаточным элементом на участке высоличным соотношением размеров лопаточного кого давления пластины с отверстиями вызываетэлемента и шнека, ся возрастание давления и ожижение паров жидна фиг 13 разъясняются возможности абсокости, в частности водяного пара лютно нового принципа, Возможно также, что лопаточный элемент, на фиг 14 показана иная конструкция, подобимеющий круглую форму или форму металличеная изображенной на фиг 13, ской пластины, установленной острой кромкой на на фиг 15 показано изменение соотношений поверхности матрицы с отверстиями, располагапо сравнению с предшествующими чертежами, и ется так близко, как это технически возможно, к на фиг 16 показано схематическое изображекаждой передней и задней поверхности каждой ние в поперечном разрезе двухшнекового экструлопаточной камеры, образуемой поверхностью дера пластины с отверстиями Кроме того, зазор между На фиг 1 (наиболее предпочтительный варилопаточными элементами и находящейся перед ант реализации) загрузочная воронка 1, цилиндр ними матрицей с отверстиями может быть меньше экструдера 2 и несущий шнек 3 являются уже супо сравнению с зазором относительно матрицы с ществующими деталями обычного экструдера 4, отверстиями, расположенной сзади, в направлеоднако далее будет показано, что согласно изонии течения массы, для повышения трения на бретению шнеку присвоено выполнение иных матрице с отверстиями впереди и, таким образом, функций, чем те, которые предусматриваются увеличения эффективности переноса на стадии существующими техническими решениями На лопаточного насоса продолжении оси шнека 3 располагается вал 5, на котором установлена матрица 6 с отверстиями и Изобретение относится также к использовалопаточный элемент 7 Каждый узел, состоящий нию решений, соответствующих описанным выше, из лопаточного элемента 7 и матрицы 6 с отверв двухшнековых экструдерах Такие экструдеры стиями, будет называться "лопаточный насос" или могут получить гораздо более короткими и, следо"лопаточная ступень" Первая ступень может расвательно, проще и экономичнее При этом можно сматриваться как состоящая из несущего шнека 3 отказаться от сложных пастеризующих и гомогеи матрицы 6 отверстий, причем головка шнека низирующих элементов Такой двухшнековый эксвыполнена в форме конуса с углом от 0 до 90 гратрудер должен обеспечивать, в результате, подусов вышение гомогенизации, более равномерные сдвиг и распределение тепла, повышение износоВ данном примере отверстия в матрице 6 в стойкости и повышение контролируемости целом являются прямыми Лопаточный элемент 7 состоит из деталей, напоминающих пропеллер и И, наконец, изобретение относится также к размещенных под углом приблизительно 60 граспособу экструзии биополимеров с термообработдусов относительно поверхности матрицы 6 с откой, в соответствии с которым необходимые условерстиями, будучи расположенным на технически вия для экструзии с термообработкой, такие как приемлемом расстоянии перед матрицей 6 с отдавление, температура, ожижение и гомогенизаверстиями За каждой матрицей 6, создается опция, создаются в конечном счете одной или неределенное давление Сопло 8 действует, в райсколькими ступенями лопаточного насоса оне своих направляющих стенок, как прессующий Пример реализации настоящего изобретения элемент, до тех пор пока в конечном счете не описывается далее со ссылкой на прилагаемые происходит экструзии из отверстия 9 сопла 8 чертежи На чертежах на фиг 1 схематически показан в продольном Согласно второму варианту реализации, покаразрезе первый вариант реализации изобретения, занному на фиг 2 и 3, детали с одинаковыми функциями обозначены одинаковыми числовыми на фиг 2 схематически показан в продольном позициями Загрузочная воронка 1, шнек 3 и циразрезе второй вариант реализации изобретения, линдр 2 являются такими же, как и на фиг 1 И в на фигЗ показан разрез ступени лопаточного этом случае вал 10 размещен на продолжении оси насоса, несущего шнека 3 на котором, однако, теперь расна фиг 4 схематически показан в продольном полагаются матрица 11с отверстиями и лопаточразрезе третий вариант реализации изобретения, ный элемент приемлемой длины, способный к на фиг 5 показан разрез ступени лопаточного вращению Он проходит по цилиндрической матнасоса с фиг 4, рице с отверстиями 12 (в форме шляпы), отверна фиг 6 показан четвертый вариант реализастия в которой располагаются не в осевом, как в ции изобретения, слева в разрезе (А), справа (В) случае матрицы с отверстиями 11, а в радиальном схематически, 18 17 48113 направлении За счет этого после выхода из матпроисходящее очень близко в направлении перерицы с отверстиями в промежуточном пространмещения, больше чем на обратной стороне Даже стве 13 (канале) создается нужное давление Макруглый стержень мешалки, при использовании в териал при этом преобразуется (уменьшение соответствии с изобретением, осуществляет не поперечного сечения) под воздействием одновретолько перемешивание, но и функции перемещеменного сжимания, в зоне 14 перед соплом 8, пения и придания текучести реходя в вязкое или текучее состояние перед выЧрезвычайно важен упомянутый выше переходом из экструдера через отверстие 9 сопла, пад давлений перед вращающимся элементом, после чего он разбухает проходящим над матрицей с отверстиями и за ним, поскольку от него зависит достижение соотЛопаточный элемент 15 детально изображен ношений давления таким образом, чтобы за счет на фигЗ где, имея форму воздушного винта, он колебаний обратного течения происходило испавключает четыре лопасти 16, снабженные ответврение воды лениями 17 Лопасти шнека последовательно перемещаются над отверстиями в цилиндрической Что касается вариантов реализации с нематрице с отверстиями 12 Показано направление сколькими ступенями лопаточных насосов, то вращения лопаточного элемента Фактическая можно обоснованно предположить, что одна или установка лопаточного элемента не имеет ренесколько лопаточных ступеней не имеют своей шающего значения Что касается нужного давлезадачей испарение воды, но исключительно спония на другой стороне матрицы с отверстиями, то собствуют наращиванию давления или, например, достаточно иметь возможность наклона поверхноотрабатыванию в направлении, противоположном сти до тех пор, пока она проходит над поверхнонаправлению перемещения материала, при констью матрицы с отверстиями кретной цели создания перепадов давления между многочисленными лопаточными ступенями На фиг 4 и 5 показан третий возможный вариант реализации, в котором вторая матрица 18 с На фиг 6 и 7 показаны дополнительные приотверстиями в форме полого конуса и лопаточный меры реализации изобретения, причем на каждом элемент 19, расположенный внутри лопаточного из них с правой стороны (В) чертежа указаны распространства 20 образуют совместно лопаточную ход и соотношения давления Каналы в матрицах ступень в форме конуса Лопасти 21 лопаточного с отверстиями, на обоих чертежах отмечены позиэлемента несколько наклонены относительно оси циями 33 и 34, имеют расширение на входе пото22 (максимальный угол наклона приблизительно ка Цилиндрические элементы 25 скользят по мат30 градусов относительно центральной оси 22) В рице с отверстиями, и из них около четырех приведенном примере отверстия 23 в матрице 11, располагаются перпендикулярно к валу 26, и котак же как отверстия в матрице 18, проходят пряторые подобно мешалке движутся в направлении мо и параллельно оси Продавливание через отвращения 27 Участок с высоким давлением и выверстия 23 происходит с преодолением давления сокой температурой обозначен позицией Н, а учав коническом пространстве 24, до того как матесток с низким давлением и низкой температурой риал перемещается дальше, будучи сжатым напозицией N Высокое давление существует перед клонными стенками отверстия 9 сопла цилиндрическим элементом 25, который вызывает ожижение теста и продавливает его через каналы Благодаря конусности камеры, сужающейся в матрицы 33 с отверстиями За счет давления и направлении, противоположном направлению трения температура на участке Н значительно движения, на решетке или пластине с отверстиявозрастает Основное направление течения масми развивается давление в сочетании с трением сы обозначено позицией 28 Между стороной вхопродукта, за счет чего материал продавливается да и стороной выхода О (направление потока через отверстия в решетке массы) конструкция и технологический процесс Для того, чтобы получить предпочтительные обеспечивают значительное снижение давления условия реализации изобретения (достаточный Таким образом, давление на стороне выхода из перепад давлений для того, чтобы добиться перед матрицы с отверстиями оказывается ниже, и еще элементом ожижения теста, а за элементом - понемного ниже позади цилиндрического элемента стоянного испарения и отвердевания теста), на25 (фиг 7) За счет более низкого давления и бопример в одноступенчатом варианте только с одлее низкой температуры там происходит частичной матрицей с отверстиями, можно использовать ное испарение жидкости, в частности воды или одно из двух следующих решений Или расход другой среды для разведения, вызывая, таким массы, перемещаемой шнеком, должен быть наобразом, обратный поток и связанную с таким столько низким, что на стороне низкого давления движением в высшей степени желательную гомолопаточного элемента имело бы место испарение генизацию теста Головной конец шнека 29 (пиводы (может быть достигнуто только при очень таемого из загрузочной воронки 30) также изгонизкой производительности), или же лопаточному товлен в форме лопатки В ходе технологического элементу должны быть приданы такие физические процесса тесто испытывает, кроме всего прочего, размеры, которые позволяют добиться соотношеперемещение в направлении сопла 31 Это поканий давления, допускающих испарение воды зано на чертеже в левой части его В данном слуВ большинстве конструкций используется чае мы имеем конструкцию экструдера с одним транспортный эффект любого имеющего симметшнеком 29, в котором, кроме головки, выполненричную форму элемента, если только он вращаетной в форме лопатки, имеются также матрицы 32, ся и идет над пластиной матрицы с отверстиями 33 с отверстиями Пространство О типа, описанноПри этом создается транспортный эффект, когда го ранее, располагается между первой матрицей трение теста о пластину матрицы с отверстиями, 19 48113 32 с отверстиями и второй матрицей 33 с отверстиями, причем на второй матрице с отверстиями вращается цилиндрический элемент 25 типа мешалки с лопастями в форме круглых стержней Испарение здесь происходит в форме крупных пузырьков, консистенция ожиженного теста показана мелкими точками Таким образом, этот экструдер является двухступенчатым, причем первой ступенью является головка шнекового пресса в форме лопатки и расположенная за ней матрица 32 с отверстиями, а вторая образована перемешивающим цилиндрическим элементом 25 и второй матрицей 33 с отверстиями Каналы со стороны входа всегда шероховаты и значительно расширены, образуя увеличенную контактную поверхность трения В этом варианте реализации, как и в большинстве других вариантов, зазор между перемешивающим элементом и соответствующей расположенной за ним матрицей с отверстиями невелик, а зазор между этим элементом и стороной выхода первой матрицы 32 с отверстиями несколько больше Для того, чтобы достичь разницы в трении и повышения эффективности перемещения лопаточных насосов, вал 34 пропускают сквозь первую пластину матрицы 32, но не через вторую Сквозное размещение вала способствует также центровке шнека Хотя элемент кругл и располагается перпендикулярно к поверхности матрицы с отверстиями, за счет сужения пространства в направлении, противоположном движению, наряду с разницей в трении продукта в матрице с отверстиями развивается давление, продавливающее материалы через отверстия Противоположно направленное давление поддерживается соплом или на сопле За счет изменения толщины пластин матрицы 32, 33 с отверстиями, так же как и количества и размеров отверстий, можно целенаправленно влиять на соотношения давлений, причем расширение отверстий в направлении лопаточного элемента и адгезия или трение массы на поверхности пластины матрицы с отверстиями оказывает дальнейшее воздействие Решающей является линеаризация хода процесса, являющегося предметом изобретения, причем эта линеаризация наблюдается при всех вариантах реализации На фиг 7 показана сходная конструкция, оборудованная довольно длинным лопаточными элементами 35 Элемент располагается под углом (относительно поверхности второй матрицы с отверстиями), причем угол меньше 90 градусов Участок высокого давления (Н) и низкого давления (N) показаны как и ранее Направление вращения перемешивающего элемента показано стрелкой 36 Чертеж конструкции (слева) показан сходно с фиг 6 Вновь показано состояние сжатия (мелкие точки), т е высокое давление, высокая температура, например ожиженное тесто, а низкое давление показано пузырьками, причем жидкость испаряется и таким образом перетекает из пространства позади второй матрицы с отверстиями (пространство, ведущее к пластине сопла) обратно в пространство между матрицами с отверстиями, за счет чего достигается превосходная гомогенизация 20 Одинаковыми позициями обозначены одинаковые компоновки Это касается сходных двухступенчатых конструкций На фиг 8 подробно показано, что происходит на матрице 11с отверстиями на участках высокого давления и низкого давления (Н и N) Цилиндрический элемент 37 вращается по матрице 1 1 с отверстиями и в данном примере имеет только два плеча Элемент может также иметь любую форму и только для простоты показан как включающий два плеча На участке высокого давления Н, перед лопаточным элементом (направление вращения указано стрелкой), тесто сжимается, водяной пар конденсируется, температура повышается На участке низкого давления N вода испаряется, тесто разбухает и за счет этого приобретает температуру, в томности соответствующую абсолютному давлению в этой точке За счет более низкой температуры, а также разбухания тесто приобретает более высокую вязкость В связи с этим возникает сопротивление материалу, перетекающему в обратном направлении через матрицу с отверстиями в зону низкого давления, из-за чего в зоне высокого давления сквозь матрицу с отверстиями проходит больше материала, чем возвращается обратно в зону низкого давления На этом рисунке показано соотношение в тесте, а не отверстий в матрице На фиг 9 показана пластина с отверстиями или, иначе, пластина матрицы 11 продавливания с равномерно распределенными отверстиями 38 и каналами для увлажнения 39 Направление потока жидкости указано стрелкой (вход-выход) В изображенной конструкции все матрицы с отверстиями или лишь немногие из матриц с отверстиями могут быть снабжены такими каналами для увлажнения 39 На фиг 10 показана еще одна модификация, в том числе А - изображение сверху - и В - в разрезе через пластину матрицы 11с отверстиями Можно предполагать расширение отверстий (в направлении входа), однако оно не показано Отличительной особенностью конструкции является то, что валки, установленные перпендикулярно к оси 40, являются коническими при уменьшении поперечного сечения в направлении от внутреннего к наружному концу В то же время профиль пластины матрицы 1 1 с отверстиями тоже, как показано на чертеже, имеет дополняющую коническую форму (с увеличением, как показано на позиции 41, его толщины по направлению от центра к наружному краю), так что конические валки без проблем могут катиться по коническому профилю 41 Валки, которые размещены на плечах мешалки и являются в данном случае коническими, а в других конструкциях, например, цилиндрическими, могут быть выполнены таким образом, что они сами также катятся (стрелка 42) В таком случае валки 43 вращаются вокруг собственной оси С другой стороны мешалка вращается сама в направлении, указанном на фиг 10, стрелкой 44 Вращательные движения во взаимно перпендикулярных направлениях накладываются одно на другое На фиг 11 показана одноступенчатая горизонтальная конструкция с концом шнека 45 в форме 22 21 48113 лопатки В соответствующей пластине матрицы 46 сопла 70 Направление перемещения массового с отверстиями предусмотрено отверстие для вала потока показано белой стрелкой 47, предназначенное для центровки шнека ВажНа фиг 15 показана одноступенчатая вертиное значение имеет геометрическая форма шнекальная конструкция, сходная с пресска как показано, шнек имеет чрезвычайно малую гранулятором, со вращающимися цилиндрическиглубину витков (позиция 48) по сравнению с изми валками 71, питателем 72, вертикальным вавестными конструкциями, предназначенными для лом 73, на котором установлены валки, например оптимизации производительности Такая глубина перпендикулярно Валки 71 катятся по матрице 74 витков, чрезвычайно неблагоприятная для того, с отверстиями Конструкция, хотя и похожая на чтобы обеспечивать перемещение, в то же время пресс-гранулятор, согласно изобретению снабжеспособствует созданию достаточного низкого давна соплом на выходе Кроме всего прочего, развиления на стороне низкого давления лопаточного вается давление Как и во всех описанных вариэлемента, что гарантирует испарение воды Наантах реализации, давление таково, что перед пример, отношение величины глубины витков к валками, наклонными элементами или тому подиаметру может составлять от 1 / 20 до 1 / 50 добным происходит ожижение теста, а за валками имеет место испарение и частичное течение в На фиг 12 показана конструкция с лопаточным обратном направлении элементом 49 и матрицей 50 с отверстиями, диаметры которых значительно больше диаметра На фиг 16 показан двухшнековый экстру дер шнека Так, например, отношение диаметра лопаЛопаточный элемент 76, 77 скользит по каждой из точного элемента или матрицы с отверстиями к матриц 78, 79 с отверстиями Подшипник размедиаметру шнека может составлять от 2,0 до 3,0 щен в общем гнезде 79 Преимущество такого 1 Возможно достижение гораздо более высокой варианта заключается в меньшей длине конструктранспортной способности за счет применения ции, которую за счет этого можно сделать более шнеков с более значительной глубиной витков простой и экономичной Это позволяет обойтись (хотя на чертеже показана небольшая глубина без сложных перемешивающих и гомогенизируювитков) При такой конструкции поддерживается щих элементов Как и в одношнековом устройстве, достаточно низкое давление на участке входа пегомогенизация улучшается, сдвиг и распределеред матрицей 50 с отверстиями и в направлении ние тепла становятся более равномерными, надвижения лопаточного элемента 49, позади лопаблюдается улучшение показателей при износе, точного элемента, а также на стороне выхода из повышается управляемость матрицы 50 и в камере 51, прилегающей к соплу Таким образом, в общем, согласно изобрете31, что способствует испарению воды нию суспензии, перемешанные массы, пасты и На фиг 13 изображена конструкция совершенно иного типа, и к тому же вертикальная В этом вертикальном трехступенчатом экструдере с пропариванием шнек не предусмотрен Объемы камер G, N, К, W уменьшаются в направлении сжатия из порошка в текучий материал (направление течения массы) Предусматриваются три ступени с уменьшающимися объемами камер, и соответствующие лопаточные элементы 52, 53, 54 также выполнены меньших размеров В данном случае мы рассматриваем лопаточные элементы, подобные изображенным на фиг 7 Пластины матриц 55, 56 и 57 с отверстиями также соответственно меньше Цилиндрическое пространство уменьшается соответственно по ступеням вплоть до сопла 58 В соответствии со схемой отверстия наклонены таким образом, что поток массы плавно поступает даже в наименьшую камеру W перед соплом через отверстия в матрицах 55, 56 и 57, которые расширяются Вал 59 вращается также вокруг вертикальной оси На фиг 14 изображен четырехступенчатый вертикальный экструдер с термообработкой 60, отличительной особенностью которого, среди других, является применение на первой ступени цилиндрических валков, которые сами могут вращаться Направление вращения вала 61, на котором установлены лопаточные элементы, обозначено таким же образом, как и направление вращения цилиндрических валков на первой ступени Первый валок 62 катится как каландр по первой матрице 63 с отверстиями, остальные валки 64, 65, 66 скользят по соответствующим матрицам 67, 68, 69 с отверстиями перед достижением теста могут перемещаться сквозь матрицы с отверстиями с помощью лопастей, скользящих по матрице с отверстиями Перенос происходит из-за повышенного давления на переднем конце (в направлении движения) скользящей лопасти Величина давления зависит от формы скользящей лопасти (стержень, расположенная определенным образом лопатка и т п) и от расстояния лопасти от матрицы с отверстиями Конструкция должна быть подобрана таким образом, чтобы давление перед скользящей лопастью оказалось достаточным для преодоления потерь давления на отверстиях матрицы Преимущества скользящей лопасти в сравнении с наращиванием давления исключительно с помощью шнека заключаются в следующем 1 Давление на конкретных участках возрастает на нескольких отверстиях 2 Лопаточный насос приобретает особое значение в тех случаях, когда (как при многих видах паст) следует ожидать поведения при течении, зависящего от интенсивности и степени сдвига (структур но-вяз костное поведение) Интенсивные перемешивание и сдвиг лопаткой уменьшают инерцию пасты и требуют, таким образом, лишь незначительного снижения давления при прохождении через отверстия "Ожижение" пасты может быть внутренней характеристикой материала (внутренне присущим структурой и вязкостью) В случае содержащих воду суспензий и тестообразных масс этого явления можно также ожидать, когда параметры состояния (давление и температура) окажутся близкими к параметрам точки кипения 23 48113 а Если параметры состояния соответствуют точке кипения, присутствующая вода частично будет находиться в форме пара Тогда тесто образует пену с относительно высокой вязкостью При сжатии скользящей лопастью водяной пар конденсируется, тесто сжижается и может довольно интенсивно продавливаться через отверстия После прохождения тесто затвердевает, что позволяет избежать течения в обратном направлении за скользящей лопастью Таким образом, возникает также возможность перемещения при относительно высоком противодавлении б Если параметры состояния несколько ниже, чем в точке кипения, то вода остается в жидком состоянии (с отсутствием пены) Путем процесса обработки на стороне высокого давления производится подвод энергии (энергия упругого сжатия и рассеянная энергия сдвига) Рассеянная энергия сдвига вызывает местное повышение температуры На задней стороне лопасти наблюдается низкое давление, что ведет к испарению части жидкости и образованию за счет этого пены в тесте При охлаждении или повышении давления водяной пар конденсируется (кавитация) 3 При описанных выше условиях оборудование служит насосом и позволяет добиться повышения давления за счет применения многоступенчатой конструкции При многоступенчатой конструкции следует обеспечить "асимметрию" с учетом эффекта накачивания, т е насосы должны указывать направление перемещения Это направление перемещения можно установить, с одной стороны, путем задачи угла в направлении перемещения и, с другой стороны, за счет различия расстояний между скользящей лопастью и верхней и нижней пластинами матрицы с отверстиями, или же за счет различных характеристик поверхности (коэффициент трения) При полной геометрической симметричности и одинаковом коэффициенте трения к лопаточному насосу должно быть приложено внешнее давление "Лопаточный насос" действует в этом случае только в качестве "ожижителя" Задачи, которые решаются с помощью мер, соответствующих изобретению, или его преимущества могут быть суммированы следующим образом - повышение производительности, достигающее 100% - повышение качества продукции за счет большей равномерности потока и однородной текстуры - превосходные возможности для управления процессом - большое удобство обращения с деталями - экономичные приспособления - значительное снижение затрат, связанных с износом деталей - нечувствительность к колебаниям в составе сырья - значительное расширение свободы в области составления рецептуры - улучшение поведения на входе сырья в форме порошка Благодаря принятию мер, соответствующих 24 настоящему изобретению, "изношенные" шнековые экструдеры, соответственно шнек экструдера, могут быть оборудованы повторно и их срок службы может быть таким образом значительно продлен ПРИМЕР Четырехвитковый шнек известного устройства с обычным шнековым профилем продолжен в головной части адаптером, проходящим через первую пластину матрицы, которая располагается, как обычно, перед имеющей форму лопатки поверхностью головки шнека и используется для установки лопаточного элемента Этот элемент скользит по второй пластине матрицы и образует, таким образом, вторую лопаточную ступень Обычные пластины сопла завершают систему Обе пластины матрицы образуют лопаточную камеру, в которой вращается лопаточный элемент Лопаточный элемент с круглым поперечным сечением лишь немногим уже лопаточного пространства, образуемого двумя пластинами матриц На соотношение давлений могут оказывать определенное воздействие толщина пластин матриц и количество, и размеры отверстий Вид конических расширений отверстий в направлении лопаточного элемента оказывает влияние на адгезию или трение массы на поверхности пластины с отверстиями и, таким образом, ее транспортных характеристик Если осознать сущность мероприятий, связанных с изобретением, то можно добиться превосходных результатов с бывшими в употреблении шнеками, причем зазор между шнеком и втулкой равен приблизительно 1,6мм Если привести лопаточный элемент в движение, это может привести к созданию зоны повышенного давления перед лопаточным элементом в направлении вращения и зону пониженного давления позади лопаточного элемента, если наблюдать с той стороны, куда направлено вращение В случае, если температура теста в зоне пониженного давления составляет 140 градусов С, а давление - ниже 3,5бар, вода начинает испаряться, а объем теста увеличивается В этом состоянии (смесь пузырьков пара и жидкости) тесто обладает гораздо более высокой вязкостью по сравнению с полностью ожиженной формой При такой форме возникает более сильное сопротивление приближающейся лопатке, в результате чего давление возрастает, водяные пары конденсируются и энергия конденсации вновь вызывает разогрев теста и так далее Непрерывное чередование высокого и низкого давления, вызываемое лопаточным элементом при температуре ниже точки кипения воды или жидкости, создает очень большой эффект гомогенизации в тесте и обеспечивает чрезвычайно эффективный обмен энергии, не допуская таким образом частичного перегрева, создавая таким образом наиболее, вероятно, главную основу для поразительно удачного перекачивания на лопаточной ступени Благодаря непрерывно чередующимся расширению и сжатию значительно улучшается перенос тепла в рамках системы с конечным положительным воздействием на характеристики текучести смеси пищевых продуктов Хотя настоящее изобретение было раскрыто и 48113 25 описано со ссылкой на определенные его воплощения, специалистам будет ясно, что в нем можно сделать различные изменения без отступления от 26 существа и объема изобретения, определяемых прилагаемой формулой изобретения 17 16 ФИГ. 3 3 2 ФИГ.1 Ж г- U * I ./. ../ 3 П /, 15 10 19 20 ФИГ. 4 ФИГ. 2 27 48113 21 21 Фиг 8 ФИГ, 5 Фиг 6 Фиг. 9

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Extruder with thermal treatment for bio-polymers production (versions) and method of bio-polymers extruding with thermal treatment (versions)

Назва патенту російською

Экструдер с термообработкой для производства биополимеров(варианты) и способ экструдирования биополимеров с термообработкой(варианты)

МПК / Мітки

МПК: B30B 11/22, B29C 47/00, A23P 1/10

Мітки: екструдер, виробництва, спосіб, термообробкою(варіанти, біополімерів, термообробкою, екструдування, біополімерів(варіанти

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/32-48113-ekstruder-z-termoobrobkoyu-dlya-virobnictva-biopolimerivvarianti-i-sposib-ekstruduvannya-biopolimeriv-z-termoobrobkoyuvarianti.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Екструдер з термообробкою для виробництва біополімерів(варіанти) і спосіб екструдування біополімерів з термообробкою(варіанти)</a>

Подібні патенти