Спосіб приготування глиняної пасти та пристрій для його здійснення

Изобретение относится к обработке глины, преимущественно монтмориллонитового кристаллического строения с обменными катионами кальция, магния, натрия в структуре, и получению глиняной пасты - геля, которая может быть использована в производстве моющих средств, в качестве адсорбента в винодельческой, пищевой, косметической, фармацевтической, бытовой химии и других отраслях промышленности, а также в медицине и сельском хозяйстве. Наиболее близким к предлагаемому способу является способ приготовления глиняной пасты, включающий увлажнение глины водой или паром, перемешивание и усреднение увлажненной глиняной массы (смеси глины с водой) механической мешалкой, измельчение, перетирание и освобождение от каменистых включений путем продавливания ее через щелевые отверстия фильтрующей решетки, принятый за прототип [Бауман В.А., Клушанцев Б.В., Мартынов Е.Д. Ме ханическое оборудование предприятий строительных материалов. М., Машиностроение. 1981. с. 280-281, рис. 210]. Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками первого изобретения являются: затворение глины водой, перемешивание смеси глины с водой механической мешалкой, измельчение, перетирание и освобождение от каменистых включений путем продавливания (дросселирования) ее через щелевые отверстия фильтрующей решетки. Причинами, препятствующими достижению технического результата первого изобретения (повышения сорбционной способности, повышения способности к геле-образованию, насыщению водой глиняной пасты за счет высокой степени нарушения слоистой структуры частиц глины, в межслойном пространстве которых расположены обменные ионы), являются: низкая эффективность разрушения частиц глины, так как в способе по прототипу действие силами вязкостного трения на глину характеризуется низким коэффициентом внутреннего трения и для него характерны постоянство и однонаправленность сил на частицы деформируемой глины. В основу первого изобретения поставлена задача усовершенствования способа приготовления глиняной пасты, в котором за счет дополнительного воздействия на частицы глины в смеси с водой силами вязкостного трения ортогонально к действующим силам и постоянного изменения направления и величины вектора сил вязкостного трения, действующего на слоистую стр уктур у частиц глины, обеспечивается технический результат и за счет этого обеспечиваются потребительские свойства, высокое качество моющей способности, осветления вина и соков, эффективность глинолечения. Поставленная задача решается тем, что в способе приготовления глиняной пасты, включающем затворение глины водой, перемешивание смеси глины с водой механической мешалкой, измельчение, перетирание и освобождение от каменистых включений путем продавливания (дросселирования) ее через щелевые отверстия фильтрующей решетки согласно изобретению смесь глины с водой при перемешивании насыщают под давлением газом, например, сжатым воздухом, углекислым газом, в герметичной механической мешалке, измельчение, перетирание, дросселирование смеси осуществляют в устройстве для приготовления глиняной пасты, в котором при этом на нее дополнительно действуют силой трения перпендикулярно направлению движения смеси под избыточным давлением. Между совокупностью существенных признаков первого предполагаемого изобретения и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь. Благодаря тому, что смесь глины с водой насыщают газом, например используют сжатый воздух, углекислый газ, и на насыщенную газом смесь дополнительно действуют внешней силой ортогонально направлению движения смеси под давлением, достигается повышение эффективности разрушения и нарушения структуры частиц глины. Коэффициент внутреннего трения насыщенной газом смеси больше, чем ненасыщенной газом, увеличенные вследствие этого силы внутреннего трения обуславливают более интенсивные деформации сдвига слоистой структуры частиц глины, а дополнительные ортогональные силы вязкостного трения, увеличивают вероятность благоприятной ориентации частиц глины и вектора действующей на нее силы для осуществления деформации сдвига в плоскости кристаллической структуры частицы, кроме того пузырьки газа в смеси глины с водой, деформируясь при движении смеси, первоначально увеличиваясь в объеме и разрываясь при выходе в зону уменьшенного давления вызывают быстрое изменение направления и величины действующи х на частицу глины сил вязкостного трения, способствуя интенсификации процесса нарушения структуры частицы глины, проникновения в межслойное пространство воды и активации обменных катионов. За счет этого повышается сорбционная активность, достигается повышение способности к гелеобразованию и насыщаемости водой глиняной пасты. Известно устройство для переработки керамических масс [Патент РФ №2017611, кл. В 28 С 1 /14,1994], содержащее корпус с фильтрующей щелевой решеткой, рабочий орган, соединенный с приводом, накопитель посторонних включений и связанную с приводом торцевую крышку, поршень-отсекатель с приводом перемещения, накопитель посторонних включений образован стенками корпуса, поршня, поршня-отсекателя и торцевой крышки, имеющей упоры, причем поршень и поршень-отсекатель размещены в корпусе и выполнены по форме прямоугольных цилиндров, в полостях которых расположены приводы их перемещения, при этом размеры щелей (дросселирующих) фильтрующей (дросселирующей) решетки составляют 0.5-0,8 мм, а торцевая крышка и поршень установлены с возможностью возвратно-поступательного перемещения во взаимно перпендикулярных плоскостях. В качестве прототипа принято устройство для измельчения пластичности материала [Авт. св. СССР №1778007, кл. В 28 С 1/14, 1992], содержащее корпус, соединенный с накопителем, вал с подающим шнеком, фильтрующие решетки, и снабженное трех-лепестковыми ножами, каждая режущая кромка которых выполнена по дуге окружности, а фильтрующие решетки выполнены в виде перфорированных дисков, расположенных с зазорами между ножами и смонтированных в накопителе посредством втулок, причем лепестки каждого ножа смещены относительно оси предыдущего. Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предполагаемого второго изобретения являются: наличие в устройстве накопителя (рабочей емкости), в котором размещены вал с лепестковыми ножами, причем лепестки каждого ножа смещены относительно оси предыдущего и фильтрующей, дросселирующей решетки. Причинами, препятствующими достижению технического результата (повышения эффективности силового воздействия на частицы глины и нарушения их кристаллической структуры, исключение заклинивания устройства инородными каменистыми включениями) в прототипе является то, что режущее действие лезвия лепесткового ножа на взвешенную частицу глины размером 0,25-0,10 мм в жидкотекучей среде ничтожно мало, особенно в границах малых скоростей соударения между ними, обусловленных невысокой скоростью вращения вала со шнеком для нагнетания пластичной глиняной смеси; последовательная установка фильтрующих реше ток с перфорацией не обеспечивает в прототипе возможности осуществления способа приготовления адсорбционной пасты: содержимый в глиняной смеси воздух удалится через последующие решетки; отверстия малого диаметра фильтрующей решетки загрязняются обезвоженными, непластичными частицами, накапливающимися на поверхности решетки и у кромок перфорационных отверстий в пределах зазора между плоскостями решетки и лепестками ножа, применение ряда решеток резко снижает надежность устройства и оставляет лишь возможность работы при больших диаметрах фильтр ующи х отверстий решетки, что в свою очередь существенно ослабляет действие сил внутреннего трения на глиняную смесь при ее прохождении через фильтрующие щели решетки. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для приготовления глиняной пасты, в котором на измельчаемую пасту дополнительно действуют внешней силой трения ортогонально направлению движения, обеспечивая тем самым повышение эффективности силового воздействия на частицы глины, нарушение их кристаллической структуры, исключение заклинивания устройства инородными каменистыми включениями, что в свою очередь повышает эксплуатационную надежность. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для приготовления глиняной пасты, включающем рабочую емкость, в которой размещены вал с лепестковыми ножами, причем лепестки каждого ножа смещены относительно оси предыдущее и фильтрующую, дросселирующую решетк у, согласно изобретению фильтрующая, дросселирующая решетка выполнена в виде крышки рабочей емкости, на наружной стороне которой образованы концентричные кольцевые канавки с цилиндрическими боковыми поверхностями, а на внутренней стороне соосно концентричным кольцевым канавкам образованы неполнокольцевые пазы с коническими боковыми поверхностями, сужающимися к наружной стороне крышки и сопрягаемыми с цилиндрическими поверхностями кольцевых канавок, в которых установлены с радиальными зазорами, образующими фильтрующие, дросселирующие щели решетки, закрепленные на валу трубча тые элементы с резьбовыми поверхностями. В трубча тых элементах выполнены радиальные отверстия. Второе изобретение иллюстрируется графическим материалом, где на фиг. 1 изображено устройство для приготовления глиняной пасты; на фиг. 2 - разрез А-А на фи г. 1. Устройство для приготовления глиняной пасты, состоит из рабочей емкости 1, образованной корпусом 2 и крышками 3 и 4. В корпусе 2 имеется входной патрубок 5 для подачи под давлением по трубопроводу насыщенной газом смеси глины с водой из механической мешалки (на фигура х не показана). В корпусе 2 также имеется патрубок-накопитель каменистых включений 6 с пробкой 7. В рабочей емкости 1 смонтирован в подшипниках 8 и 9 вал 10 с установленными на нем одинаковыми двухлепестковыми ножами 11, 12, 13. разделенными друг от др уга и от крышки 3 распорными втулками 14. Ось ножа 12 повернута на 90° относительно параллельных осей ножей 11 и 13. В крышке 3 с наружной стороны емкости 1 выполнены кольцевые концентричные канавки 15, 16 с боковыми цилиндрическими поверхностями, а с внутренней стороны крышки 3 пары неполнокольцевых пазов 17 и 18 с коническими боковыми поверхностями, сужающимися к наружной стороне крышки 3 и сопрягаемыми с соответственными цилиндрическими поверхностями кольцевых канавок 15 и 16. В кольцевых канавках 15 и 16 установлены с боковыми зазорами резьбовые трубчатые элементы 19 и 20, укрепленные посредством диска 21 на валу 10. Радиальные зазоры образуют фильтрующие дросселирующие щели. Направление резьбы трубчатых элементов 19 и 20 совпадает с направлением вращения вала 10. В трубчатых элементах 19 и 20 выполнены радиальные отверстия 2 в качестве окон для прохода приготовляемого продукта. К крышке 3 прикреплен отводящий патрубок 23 для приготовленного продукта. Устройство для приготовления глиняной пасты работает следующим образом. Подлежащая переработке смесь глины. с водой, предварительно насыщенная сжатым воздухом под давлением 0,4-1,0 МПа при перемешивании в механической мешалке (на фигурах не показана) нагнетается в рабочую емкость 1 через входной патрубок 5. При этом валу 10, на котором закреплены лепестковые ножи 11, 12, 13 и диск 21 с трубчатыми резьбовыми элементами 19, 20 сообщают вращение (в направлении стрелки) от двигателя (на фигура х не показан). Поступающая в рабочую емкость 1 смесь, подвергаясь действию вращающи хся ножей 11, 12, 13, интенсивно перемешивается и направляется в сторону крышки 3, заполняя неполнокольцевые пазы 17 и 18 с коническими боковыми поверхностями, как направляющими для смеси, и затем через зазоры, образованные между резьбовыми поверхностями трубчатых элементов 19 и 20 и цилиндрическими поверхностями кольцевых канавок 15 и 16, через отверстия 22 трубчатых резьбовых элементов 19 и 20 перемещается в полость отводящего патрубка 23 и далее к потребителю. Каменистые и другие инородные включения накапливаются в патрубке-накопителе 6 и удаляются при прекращении работы устройства. Между совокупностью существенных признаков второго изобретения и достигаемым техническим результатом существуе т следующая причинно-следственная связь. При переработке глиняной смеси, насыщенной пузырьками сжатого воздуха, прокачиваемая через фильтрующую дросселирующую решетку смесь подвергается более интенсивному воздействию силами внутреннего трения в режиме пограничного слоя за счет пузырьков воздуха в смеси, вращающиеся лепестковые ножи подвергают частицы глины в смеси интенсивному действию силами внутреннего трения и разрушению либо нарушению их кристаллической структуры. Благодаря тому, что фильтрующая дросселирующая решетка выполнена в виде крышки с концентрическими кольцевыми канавками и неполнокольцееыми пазами и установленными в кольцевых канавках резьбовых трубча тых элементов с зазорами, как дросселирующими щелями, глиняная смесь дополнительно подвержена действию сил внутреннего трения вращающимися поверхностями в направлении, перпендикулярном движению смеси под нагнетающим гидравлическим давлением. При этом повышается эффективность воздействия на частицы глины, нарушается их кристаллическая структура, при этом исключается засорение дросселирующи х щелей, самоочищающихся резьбовыми поверхностями. Устройство исключает заклинивание кусковых каменистых материалов размерами менее 10 мм, за счет расположения лепестковых ножей. Способ осуществляется следующим образом. Глина засыпается в герметичную механическую мешалку и заливается водой, в результате чего превращается в тестообразную массу. Затем смесь глины с водой перемешивают в механической мешалке до исчезновения неоднородности. В процессе перемешивания добавляется вода. Продолжают перемешивание глиняной смеси, одновременно насыщая ее газом. Микропузырьки газа, как упругие элементы с большим запасом потенциальной энергии распределяются по всему объему перемешиваемой массы, деформируются с перемещением относительно частиц глины и способны при расширении и при относительном перемещении в смеси выполнить работу по нарушению слоистой структуры частиц глины. Перемешиваемая глиняная смесь по герметичному тр убопроводу пропускается через рабочую емкость и дросселирующую фильтрующую решетку устройства для приготовления глиняной пасты, где она измельчается, перетирается с нарушением слоистой структуры частиц под действием переменных по величине и направлению векторов сил внутреннего трения. А при выходе насыщенной газом глиняной смеси в атмосферу через фильтрующие дросселирующие щели, обеспечивающие силовое воздействие на смесь, пузырьки газа резко расширяются, обуславливая дополнительное интенсивное силовое действие на частицы глины, нарушение структуры и разрушение частиц, обеспечивая в конечном итоге образование гелеобразного продукта с высокой адсорбцией. При этом за счет насыщения глиняной смеси углекислым газом снижается показатель pH продукта. Каменистые включения впоследствии удаляются. Пример 1. Ископаемая порода бентонитовой глины (монтмориллонитового строения с обменными катионами кальция, магния, натрия) Кудринского, месторождения в Крыму (ОСТ 18-49-71 показатель pH исходного продукта 7,3-7,5, предварительно дробленная до получения кусковой фракции не более 10 мм при естественном уровне влажности 10-20% засыпается в камеру герметичной бетономешалки с горизонтальным лопастным валом и заливается водой по ГОСТ 2874-82, очищенной от растворимых примесей железа и нерастворимых примесей ультрафильтрацией до степени очистки 99,8%), Смесь глины с водой (массовое процентное содержание чистой глины в смеси 30%, воды - 70%) выдерживают в камере мешалке 30 мин, затем перемешивают в течение 45 мин при одновременном насыщении смеси воздухом за счет сообщения камеры мешалки с источником сжатого воздуха постоянного избыточного давления 0,4 МПа. Насыщенная сжатым воздухом смесь глины с водой нагнетается по герметичному трубопроводу в рабочую емкость устройства для осуществления способа и производится подвержение смеси действию сил внутреннего трения вращающимися ножами и дросселированием через щели решетки с вращающимися трубчатыми резьбовыми элементами. Приготовленный продукт собирается и хранится в емкостях из нержавеющей стали. pH полученной глиняной пасты остается в пределах 7,3-7,5. Массовая доля связанной влаги определялась методом высушивания навеска до постоянного веса при температуре 110±2°С по ТУ 10321097-03-90 и составила 65-68%. Пример 2. Приготовление глиняной пасты аналогично примеру 1 при следующем отличии, насыщение производилось сжатым углекислым газом. Массовая доля связанной влаги глиняной смеси составила 67-70%, но pH ниже: 6,0-6,6, что обусловлено кислой средой, создаваемой углекислым газом. Пример 3. Приготовление глиняной смеси осуществляли из того же исходного продукта при тех же условиях, но по способу прототипа. pH составил 7,3-7,5, а массовая доля связанной влаги составила 51-55%. Водопоглотительная способность смеси, как критерий оценки адсорбционной способности, по прототипу ниже, чем пасты, приготовленной по предполагаемому способу.