CN100463789C - 带有不平行的锥形收敛螺杆的双螺旋挤出机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一改进的双螺杆挤出机装置(14)，该装置能够生产各种具有很大变化的最终特性的高质量的挤出物，而不需要大型的机器。挤出机(14)包括一圆筒(16)，连同一同步转动的双螺杆组件(22)。组件(22)由一对具有中心的锥形轴(54、56)的螺杆(50、52)制成，轴(54、56)装备有向外延伸螺旋形螺纹(58、60)；螺杆(50、52)呈不平行，并定位成使螺纹(58、60)沿螺杆(50、52)的长度插入。螺纹是特殊的结构，沿螺杆(50、52)的长度成锥形，较佳地螺纹的锥形角不同于轴(54、56)的锥形角；此外，外螺纹表面(70、72)的宽度沿轴(54、56)的长度增加。这种螺杆的几何形状形成一系列的由螺纹(58、60)形成的交替的上和下的狭窄间隙的高压揉捏区域(78)，其用来推动一挤出物向前朝向圆筒(16)的出口端(20)前进。然而，通道(80)和揉捏区域(82)也形成在两个螺杆(50、52)之间，其确保材料的完全混合、剪切和烹制。挤出机装置(14)能够生产高密度的水中下沉的食物，也生产发泡的低密度产品，只要通过改变螺杆(50、52)的转速以及合适的温度控制，即可实现产品的变换。在另一实施例中，设置了一流体萃取挤出机(138)，该挤出机具有一专门化了的挤出机头(140)，该挤出机头包括一外壳(144)和一位于其内部的开有槽的细长套筒(152)。

Description

带有不平行的锥形收敛螺杆的双螺旋挤出机
发明背景
发明领域
本发明一般地涉及改进的高度通用性的双螺旋挤出装置，它不需对机器作大的改动即可用来生产各种变化的密度、烹调价值和发泡率的最终产品。本发明的挤出机包括一具有不平行的逐渐变细的锥形螺杆的双螺旋组件，螺杆的螺纹沿着挤出机筒身的长度插入，以形成狭小间隙的(较佳地为恒定尺寸)交替变化的上、下挤捏区域(nip area)和拖尾的揉捏区域(trailing kneading zone)以及反流通道(reverse flow passageway)；挤捏区域在筒身内形成高压区域，在其内推进材料向前，同时材料被揉捏并在区域和通道内反向流动。在其它实施例中，一无限变化的模具组件包括一可在一废品处置位置和各种挤出位置之间移动的可拆换的杆。还设置有一专用的流体萃取最终挤出机头(fluid extraction final extruder head)，它允许有效地萃取油或其它的流体，尤其是，借助于诸如二氧化碳之类的超临界的萃取剂。
已有技术的描述
挤出炊事设备早就用来制造诸如人类食品和动物饲料之类的各种可食用的和其它的产品。一般来说，这种类型的挤出机包括一瘦长的圆筒和容纳在该圆筒中的一或多个内部螺旋形螺纹的轴向可转动的挤出螺杆。挤出机圆筒的出口装备有小孔挤出模。在使用中，被处理的材料进入通过挤出机的圆筒，并经受水平不断提高的温度、压力和剪切。当材料从挤出机模具出现时，它已完全烹制好和得以成形，并通常可使用一转动的刀组件进行切割。这种类型的传统的挤出机示于美国专利4,763,569，4,118,164和3,117,006。
大部分传统式的当今使用的挤出炊具由一系列互连的管状筒头或段以及也是分段地安装在有动力驱动的转轴上的内部螺纹的螺杆组成。为了实现要求的烹制，已经想到有必要提供相当长的圆筒和相关的螺杆。因此，许多高产量的宠物食品机可具有5至8筒段，其长度是螺杆直径的约10至20倍。可以认识到：这样长的挤出机成本高，并出现诸多与合适地支承筒内的挤出螺杆相关的问题。然而，以前采用相对短的挤出机的种种努力都未获得成功，并遭受烹制不够和/或产量相对低之类问题的困扰。
美国专利5,939,124和5,694,833描述各种长度短和高速烹制的挤出机，它们解决了过度长圆筒和螺杆长度的问题，因此，在本技术领域内代表一显著的进步。这种挤出机以商标名UP/C挤出机由Wenger Manufacturing，Inc.销售，并已获得相当的商业上的成功。
然而，大部分现有技术的挤出机必须设计有特殊用于要求产品的螺杆和筒身段的结构。这就是说，用于高密度水性食品生产的结构通常显著地不同于生产中密度宠物食品或低密度食品所需要的结构。其结果，如果要求改变生产的产品，则挤出机必须拆开并重新构造。而且，在某些情形中，设计来用于某一种类型产品的挤出机不能成功地重新构造以便有效地生产显然不同类型的产品。
传统上，通过机械萃取技术、溶剂萃取和/或超临界流体技术从大豆中萃取诸如大豆油之类的油。对于大规模生产操作，机械萃取机不很有效，萃取的油要求相当地精制。另一方面，超临界流体(例如，CO2)萃取装置对于现存油厂来说显得太昂贵和复杂。使用己烷或其它溶剂的溶剂萃取存在有与处置溶剂相关的环境问题。
因此，在本技术领域内要求有改进的具有巨大灵活性和通用性的设备，它能用来生产不同的产品而不需大的重新构造或对内部挤出机部件进行重新加工；而且，用于萃取高质量油和诸如此类的产品、且同时避免溶剂萃取的诸多问题的改进的设备无疑将是一重要的突破。
发明概要
本发明克服了上述诸问题，并提供一双螺杆挤出机，它具有一带有一材料入口和一通常装备有限制的孔口模(orifice die)的材料出口的瘦长圆筒，连同容纳在筒身内特别构造的挤出螺杆。各螺杆包括一具有一轴前端和一轴后端的细长的中心轴，并具有沿中心轴的长度设置的向外延伸的螺旋形螺纹，以提供一螺纹后端、一螺纹前端以及一与中心轴间隔开的外螺纹表面。中心轴可以有恒定的直径，但较佳地是通过一第一锥度角沿轴的长度从后端到前端逐渐地变小；同样地，螺纹可以有恒定的深度，但较佳地是通过一第二锥度角从后端到前端逐渐地变小。可以任意选择地但不是必须地是：轴和螺纹的锥度角可以不同，后者大于前者。再者，外螺纹表面的宽度从后端到前端可以不变，但较佳地宽度沿螺纹的长度从后端到前端逐渐地变化；还为更佳地是：螺纹的宽度从后端到前端增加，以使邻近前端的外螺纹表面的宽度大于邻近螺纹后端的外螺纹表面的宽度。
双螺杆以诸轴的中心轴线并列的方式定位，并朝向对方收敛以使这些轴线形成一夹角。此外，轴的螺纹是插入的，较佳地延伸在整个螺纹长度。在此型式中，螺杆沿螺杆组(screw set)的长度合作地形成一系列狭小的间隙，交替的上、下挤捏区域。较佳地，在各个挤捏区域的螺纹间隙沿螺杆组的全长基本上不变，但更一般地来说，挤捏间隙(nip clearance)可以沿螺杆组的长度增加或减小。提供狭小间隙的挤捏区域的螺杆组的设计在挤出机内形成一系列高压区域，它们用来有效地以“脉动”方式向前推动被挤捏的材料。
业已发现：挤出机的设计提供一高度的操作灵活性，这样，挤出机只要通过改变螺杆组件的转速以及其它可能的加工条件的变化(例如，温度和模具的结构)即可用来生产各种产品。业已发现：预处理(preconditioning)周长上的变化较之通用的传统的挤出设备对最终产品具有更加显著的作用。因此，一种简单的改变蒸汽和/或水输入到预处理器内的方法本身可显著地影响最终挤出物的特性。
在本发明的另一方面，提供一种用来从油籽材料中萃取诸如油之类的流体的挤出机设计。这样一种挤出机较佳地但不是必要地包括上述诸特征，但包括一挤出机头(extruder head)部分，它包括一装备有一流体出口的外壳，连同一接纳挤出机螺杆一部分的、内部细长的开槽的套筒。套筒较佳地由一系列细长杆件构成，它们用焊接或其它方式附连在一起以形成一管形套筒，相邻杆件之间具有诸通道。诸通道较佳地呈锥形并在套筒的内部呈现有一较之其外部为较小的开口。在使用中，油籽或其它的材料通过挤出机，这样，在挤出机头部分待回收的流体通过套筒通道而被加压或挤压。通过将诸如二氧化碳或己烷之类的超临界流体注入到挤出机头部分内，可显著地提高流体的萃取。
附图的简要说明
图1是包括根据本发明的改进的挤出机装置的一挤出系统的部分的示意侧视图；
图2是用于挤出机装置内的优选的双挤出螺杆组的立体图；
图3是优选的双螺杆挤出机的局部水平截面图；
图4是双螺杆挤出机的垂直截面图；
图5是双螺杆组件部分的局剖的放大的俯视图，详细示出螺杆螺纹的插入和螺纹之间的狭小间隙的挤捏区域；
图6是图5所示的双螺杆部分的水平截面图；
图7是一局剖的垂直截面图，示出装备有一可变化输出的模具组件(variableoutput die assembly)(处于全打开状态)的根据本发明的挤出机；
图8是沿图7的线″8—8″截取的一局剖的截面图；
图9是一类似于图7的局剖的垂直截面图，但示出模具组件处于分流器状态(diverter condition)；
图10是沿图7的线″10—10″截取的一局剖的截面图；
图11是根据本发明的一挤出机的局剖的垂直截面图，其中，装备有一用来从油籽中萃取油的最终头(final head)；
图12是沿图11的线″12—12″截取的一垂直截面图；
图13是用来构造如图11和12所示的最终头部分的杆件之一的立体图；以及
图14是一对相邻杆件的立体图，示出杆件之间的一油萃取槽。
最佳实施例的详细描述
图1—6的实施例
现转向诸附图，图1示出一由预处理器12和双螺杆挤出机装置14组成的挤出系统10。装置14一般包括一呈现有一入口18和一出口20的分段的圆筒16，筒16内带有特定的双螺杆组件22；组件22通过一齿轮箱传动器24连接到电机26上。
预处理器12设计成在干燥的成分通过之前首先将干燥的成分湿润和部分地预烹制成为一面团或诸如此类的材料，以便进入到装置14的入口18中。为此目的，预处理器12通常呈装备有转动的内部桨叶和用于水和/或蒸汽注入的端口的细长的腔室的形式。在本发明情形中，可使用各种预处理器。然而，尤其较佳地是使用如美国专利4,752,139中所述类型的Wenger DDC的预处理器，本文已援引上述专利以供参考。
所示实施例中的圆筒16由三个端部对端部互连的管形筒头28、30、32组成，各设置有一外套34、36、38，以使循环通过控制挤出机装置温度用的冷却或加热的介质。可以观察到，第一筒头28包括入口18，而最后筒头32设计成能接纳一模具组件40。各个筒头28—32还包括一内部套筒42、44和46，它们在圆筒内互相合作地形成一锥形连续的接纳螺杆组件开孔(screw assembly-receivingopening)48。该开孔48具有一大致的“八字”形，以便容纳螺杆组件22。如图所示，开孔48在筒头28的后端最宽，而朝向筒头32逐渐地和均匀地变小。
螺杆组件22包括第一和第二细长螺杆50、52，如图2和3所清晰可见，它们保持并排的关系。各螺杆50、52包括一细长的中心轴54、56，以及向外延伸的螺旋形螺纹58、60。轴54、56各具有一外表面，它通过一第一锥度角从靠近相应的轴54、56的后端的点62、64到邻近轴的前端的前端点66、68逐渐均匀地变细。该锥度角的变化约0.5-5°，较佳地约1-2.2°。本实施例具有1.3424°的锥度角。
螺纹58、60(在所示的实施例中采用双螺纹，但单一的或多个的螺纹也是可能的)基本上在点62、66和64、68之间的轴52、54的全长上延伸。因此，螺纹58、60从靠近点62、64的后端以连续的方式前进到前端点66、68。此外，在各螺杆50、52上螺纹呈现一外表面70、72，在图6中，宽度用“W”表示，中心轴外表面与螺纹外表面之间的螺纹深度在图6中用“D”表示。螺纹58、60的几何形状：随着螺纹从螺杆50、52的后端前进到前端，螺纹的深度D逐渐均匀地减小。因此，螺纹58、60的外表面70、72也从后端到前端逐渐均匀地变小。螺纹深度和螺纹外表面的第二锥度角的范围在2-6°，较佳地约在2.5-4°。在所示实施例中的精确的第二锥度角是3.304°。
最后，螺纹58、60设计成：螺纹的外表面70、72的宽度“W”从螺杆的后端到其前端逐渐均匀地增加。这种结构充分显示在图3和4中，从图中可见，在螺杆50、52的后端宽度W相对较小，但在螺杆的前端则增加为较宽的宽度W。然而，如前所述，宽度W可以在螺杆的整个长度上不变，或可从其后端到前端变窄。因此，各螺杆的前端或输入端宽度与后端或输出端宽度之比的范围约在0.5至5，较佳地约在1至3。
螺杆50、52定向成：它们各自的中心轴线74、76(见图5)彼此相交成一收敛的角，这样，由中心轴线形成一夹角。该夹角范围通常约为1-8°，较佳地约为1.5-5°。在本实施例中夹角是2.3240°。当螺杆50、52如上所述地定向在筒的开孔48内时，各自的螺杆50、52的螺纹58、60是插入的，即，各个螺纹在对应螺杆的后端与前端之间形成一假想的截头锥，且螺纹58、60在相邻的螺杆的假想的截头锥内延伸。
下面请注意图5和6，其详细地示出螺纹58、60的插入。如图所示，凭借合适地选择第一和第二锥度角以及中心轴线74、76之间的夹角，螺纹沿螺杆组件22的长度呈现多个狭窄间隙的挤捏区域78。这些挤捏区域在螺纹58、60之间呈现一间隙，其沿螺杆组件22的长度较佳地大致保持不变。更一般地来说，如果要求的话，这样的挤捏间隙沿组件22的长度可以增加或减小。在实践中，在挤捏区域的间隙范围约为0.010-0.2英寸，较佳地约为0.025-0.1英寸。特别示出的实施例在挤捏区域显示一0.039英寸的制造间隙。除了挤捏区域78，还可看到，组件22还呈现有材料的回流通道80与螺杆50、52之间的揉捏区域82。这些特征对于将描述的用途是十分重要的。
齿轮箱传动器24是一特别设计来容纳非平行轴的装置，它一般包括一适配器外壳84连同一对用来连接到轴54、56的键槽端的连接器86。驱动电机26本身完全是传统的，并确定合适的规格大小来以适当的转速在所加载荷下驱动装置14。
在系统10的操作中可生产各种最终产品，它们具有诸如发泡百分率、密度、烹制百分率和其它参数的多个最终特性。广义上讲，送入和通过系统10的挤捏的混合物较佳地包括含蛋白质和含淀粉材料的对应的量，通常还包括一定量的脂肪和添加的水分。用于挤压的混合物内的典型的谷物类成分选自包括下列谷物的组群：小麦、玉米、燕麦、大麦、黑麦、高粱、大豆、大米和其混合物，而淀粉可取用任何谷类、根或块茎。此外，诸如表面活性剂和惰性填料之类的添加成分可形成挤压的混合物的一部分。大部分有用的可挤压的食品的混合物包含约30-75％总的蛋白质(按重量计)，较佳地约40-65％总的蛋白质(按重量计)；总的淀粉含量0-25％(按重量计)，较佳地约5-20％(按重量计)；以及脂肪含量约4-12％(按重量计)，较佳地约为6-10％(按重量计)。
在典型的挤出操作的第一步中，可挤压的混合物进行干粉混合并送入预处理器18。在预处理过程中，混合物进一步混合，并加入蒸汽和/或水，以便至少部分地预烹制该混合物。尽管预处理器内的条件是变化的，但作为一般的实践，混合物应在预处理器内加热到125-210℉，较佳地约为175-210℉。在预处理器内平均的驻留时间约在15-600秒范围内，较佳地约在120-300秒范围内。
在预处理之后，挤压的混合物通过挤压机装置14。螺杆组件22转动以使螺杆50、52协调地转动，通常速度约在200-1,200转/分钟，较佳地约为400-750转/分钟。挤出机内的压力就在靠近出口模处达到最大，通常约在500-21,000kPa，较佳地约为1,000-10,500kPa。挤出机内的最高温度通常在150-550℉，较佳地约为160-300℉。混合物在挤出机装置内平均驻留时间约为2-25秒，较佳地约为4-15秒，最佳地约为6-10秒。
在装置14内形成的挤压条件应使从挤出机圆筒出现的产品通常具有的含水量约为8-35％(重量湿基(weight wet basis))，较佳地约为15-22％(重量湿基)。含水量来自于各成分内固有的水，在预处理过程中添加的水分和/或在预处理过程中注入到挤出机圆筒内的任何的水分。就发泡来说，发泡率可在0-75％，即，挤出物的直径基本上与模具开口(其膨胀为0％)的直径相同，或直径可放大到模具开口(表示75％膨胀)直径的1.75倍。挤出的产品通常呈现约70-90％淀粉胶凝作用，它是产品烹饪程度的量度；然而，可以认为，蛋白质含量在许多产品中完全没有改变本性，但其取决于挤压的混合物特性和挤出条件。产品的体积密度通常约在24-700克/升，通常较佳地约在290-500克/升。产品也可具有一宽范围的小球耐用指数(pellet durability index)(PDI)，通常约在65-99的量级上，较佳地约为80-97。
在挤出混合物通过圆筒16的过程中螺杆组件22作用在混合物上，连通最末端的模具40形成要求的产品。上述螺杆52、54的特定的结构可产生利用传统的双螺杆挤出机迄今还未发现的条件，即，当混合物沿着协调转动的螺杆52、54的长度前进时，它连续地遇到交替地出现的上和下狭小间隙的挤捏区域78，它们产生相对高的局部压力，用来推动或“泵送”材料向前；同时，随着螺杆的转动，产品在区域82内被揉捏，材料的回流允许通过通道80。结果在筒16内形成强力的混合/剪切和烹制动作。此外，业已发现：只要通过改变螺杆组件22的转速，以及必要的话，筒内的温度条件，则使用本发明的设备可生产出各种产品。例如，利用这里所示的机器结构可以高的产量生产沉水的相当致密的食物；然而，在该同样的设备上也可生产密度轻的鸟食，只是改变一下机器的操作特性而已。这种程度的灵活性和通用型在挤出技术领域内是空前的。
下面的实例阐述使用本发明的双螺杆挤出机装置来生产若干种食品的一系列挤出操作过程。然而，应该理解的是，提供这些实例只是为了说明，其中丝毫没有限制本发明总的范围的含义。
实例1
在此实例中，使用组合有预处理器的一挤出机来以商业化生产率制造高质量的鲑鱼产品。该挤出机是图1所示的由三个筒头组成的类型。具体来说，用于#1-7操作的挤出机结构由下列部件构成(其中，所有零件以Wenger Mfg.Co.的零件号标识)：挤出机型C2TX；挤出机筒-74002-424(头No.1)；两个74002-425(头No.2和3)；头No.1装备有套筒74002-421；头No.2装备有套筒74002-422；头No.3装备有套筒74002-423。最终模具-65534-003NA；53672-003AD；31950-397IN；以及65422-015NA。一转动刀组件定位在模具出口附近，以便将挤出物切割成方便的尺寸。刀组件包括以下零件：19462-015(刀夹持器)和12巴刀片(19430-007)。
应用在这些操作中的预处理器是Wenger型54DDC预处理器，其377结构带有各装备有60搅拌器的左轴和右轴。
在各操作中采用的水性食物配方罗列于表1。
             表1
 
成分 操作#1 操作#2 操作#3 操作#4 操作#5 操作#6 操作#7
鱼粉 ％wt 72.00 78.00 84.00 90.32 98.00 79.80 68.04
  小麦粉(Wenger) ％wt 13.00 10.00 7.00 — — — —
小麦粉(Lasi) ％wt 13.00 10.00 7.00 7.53 — 6.66 —
磷酸二钙 ％wt 1.00 1.00 1.00 1.08 1.00 0.94 1.63
碳酸钙 ％wt 1.00 1.00 1.00 1.08 1.00 0.94 1.63
大豆粗粉 ％wt — — — — — 6.66 —
    大豆浓度(CentralSoya) ％wt — — — — — 5.00 28.70
下表阐明在7个操作中的预处理器和挤出机装置的操作条件。
                       表2
Figure C02814930D00131
**假定45％填充和546克/升体积密度
挤出物产品进行分析，并鉴定工业等级。其结果示于表3。如表3中所采用的，PDI是指“小球耐用指数”。PDI是一种在美国食品协会公司的“食品制造技术IV”1994，第121-122页(及参考资料)中描述的、经认可的耐用性试验技术，本文已援引其以供参考。在这样一耐用性试验中，当小球具有温度为10℉内的室温时，在冷却之后立即获得小球的耐用性。耐用性这样进行确定：将500g的经预筛(以去除细粒)的小球的试样放在一12”×12”×5”的防尘密封的以50rpm转动的容器内持续翻滚5分钟，该容器装备有一2”×9”的内部板，其对称地沿9”的边附连到容器的一12”×12”的板的对角线上。该容器绕一垂直于和对中于其12”边上的一轴线转动。在翻滚之后，细粒通过筛子去除，重新称量小球试样。小球的耐用性定义如下：
耐用性＝翻滚后的小球重量/翻滚前的小球重量×100
工业的鉴定标准根据四个工业目的：(1)PDI95或以上；(2)涂覆后脂肪和蛋白质水平各在35％以上；(3)在最少可能的水分水平上挤压以减小干燥的成本，通常为18-20％；以及(4)通过减小淀粉水平到5-10％使成分的灵活性达到最大。
                       表3
 
试样 ％淀粉 ％脂肪 ％蛋白质     ％小麦粉     ％大豆蛋白质 PDI 体积密度(g/l)   工业界接受度
操作#1 18.2 7.4 46.6 26 0 96.5 484 是
操作#2 14.0 7.9 49.8 20 0 95.9 420 是
操作#3 9.8 8.4 52.8 14 0 95.0 434 是
操作#4 4.9 9.0 55.8 7 0 95.0 491 是
操作#5 0 9.6 59.6 0 0 82.0 444 否
操作#6 4.9 7.9 56.1 7 11.6 91.6 475 否
操作#7 0 6.7 61.4 0 28.7 83.0 437 否
操作#8 0 6.7 61.4 0 28.7 — 560 否
然后，挤出产品用鱼油采取真空喷涂和分析。结果示于表4。
             表4
 
试样 ％淀粉 ％脂肪 ％蛋白质 ％小麦粉     体积密度(g/l)   最大真空脂肪吸收(％) 工业界接受度
操作#1 13.1 33.1 33.6 18.8 671 38.5 是
操作#2 9.2 39.4 32.8 13.2 638 51.9 是
操作#3 6.6 38.3 35.6 9.4 644 48.4 是
操作#4 3.6 32.7 41.2 5.2 664 35.3 是
操作#5 0 34.3 43.3 0 610 37.5 否
操作#6 3.6 32.3 41.3 5.2 645 35.8 否
操作#7 0 32.8 44.2 0 6.6 38.8 否
操作#8 0 20.6 52.2 0 658 17.5 否
实例2
在此实例中，使用如图1所示的组合有预处理器的一挤出机来制造高质量的干的狗食品。
具体来说，用于8个操作中的三头挤出机结构由下列部件构成(其中，所有零件以Wenger Mfg.Co.的零件号标识)：挤出机型C2TX；挤出机筒-74002-424(头No.1)；两个74002-425(头No.2和3)；头No.1装备有套筒74002-421；头No.2装备有套筒74002-422；头No.3装备有套筒74002-423。最终模具-65534-003NA；53672-003AD；31950-397IN；65421-003BH；以及31350-779IN。一转动刀组件定位在模具出口附近，以便将挤出物切割成方便的尺寸。刀组件包括以下零件：19462-015(刀夹持器)和12把刀片(19430-007)。
在操作9的情形中，挤出机结构由下列部件组成：挤出机型C2TX；挤出机筒-74002-424(头No.1)；两个74002-425(头No.2和3)；头No.1装备有套筒74002-421；头No.2装备有套筒74002-422；头No.3装备有套筒74002-423。最终模具-65534-003NA；53672-003AD；31950-400IN；65421-003BH；以及31350-779IN。一转动刀组件定位在模具出口附近，以便将挤出物切割成方便的尺寸。刀组件包括以下零件：19462-015(刀夹持器)和12把刀片(19430-007)。
在操作10的情形中，挤出机结构由下列部件组成：挤出机型C2TX；挤出机筒-74002-424(头No.1)；两个74002-425(头No.2和3)；头No.1装备有套筒74002-421；头No.2装备有套筒74002-422；头No.3装备有套筒74002-423。最终模具-65534-003NA；53672-003AD；31950-399IN；65421-003BH；以及31350-779IN。一转动刀组件定位在模具出口附近，以便将挤出物切割成方便的尺寸。刀组件包括以下零件：19462-015(刀夹持器)和12把刀片(19430-007)。
在操作11的情形中，挤出机结构由下列部件组成：挤出机型C2TX；挤出机筒-74002-424(头No.1)；两个74002-425(头No.2和3)；头No.1装备有套筒74002-421；头No.2装备有套筒74002-422；头No.3装备有套筒74002-423。最终模具-65534-009AD；65134-003BD；53672-003AD；31950-399IN；65421-003BH；以及31350-779IN。一转动刀组件定位在模具出口附近，以便将挤出物切割成方便的尺寸。刀组件包括以下零件：19462-015(刀夹持器)和12把刀片(19430-007)。
用于上述四个结构中的预处理器是Wenger型54DDC预处理器，它具有No.377结构，左轴和右轴各装备有总数为60的搅拌器。
在操作8-11(包括首尾两项)中，开始的配方由以下组成：38.00％玉米(重量计)，18.00％小麦中颗粒(重量计)，16.00％大豆粗粉(重量计)，8.00％玉米麸质(重量计)，以及20.00％肉和肉骨(重量计)。
下表阐明在4个操作中的预处理器和挤出机装置的操作条件。
                       表5
Figure C02814930D00171
实例3
在此实例中，使用组合有预处理器的一挤出机来以商业化生产率制造高质量的水产食品。
该挤出机是图1所示的由三个筒头组成的类型。具体来说，用于操作12的挤出机结构由下列部件构成(其中，所有零件以Wenger Mfg.Co.的零件号标识)：挤出机型C2TX；挤出机筒-74002-424(头No.1)；两个74002-425(头No.2和3)；头No.1装备有套筒74002-421；头No.2装备有套筒74002-422；头No.3装备有套筒74002-423。最终模具-65534-003NA；53672-003AD；31950-397IN；以及65422-015NA。一转动刀组件定位在模具出口附近，以便将挤出物切割成方便的尺寸。刀组件包括以下零件：19462-015(刀夹持器)和12把刀片(19430-007)。
应用在这些操作中的预处理器是Wenger型54DDC预处理器，它具有377结构，带有各包含有60搅拌器的左轴和右轴。
用于操作#12的配方是：72.00％鱼粉(重量计)，26.00％小麦粉(重量计)，1.00％磷酸钙(重量计)，以及1.00％碳酸钙(重量计)。
下表阐明在操作中的预处理器和挤出机装置的操作条件。
                       表6
实例4
在此实例中，使用组合有预处理器的一挤出机来以商业化生产率制造高质量的玉米基的快餐食品。
该挤出机是图1所示的由三个筒头组成的类型。具体来说，用于操作13和14的挤出机结构由下列部件构成(其中，所有零件以Wenger Mfg.Co.的零件号标识)：挤出机型C2TX；挤出机筒-74002-424(头No.1)；两个74002-425(头No.2和3)；头No.1装备有套筒74002-421；头No.2装备有套筒74002-422；头No.3装备有套筒74002-423。最终模具-65534-029AD；31950-399IN；以及74010-959BD。一转动刀组件定位在模具出口附近，以便将挤出物切割成方便的尺寸。刀组件包括以下零件：19462-023(刀夹持器)和5把刀片(19430-007)。
用于操作#12和#13的配方是：100.00％快餐膳食(重量计)。
下表阐明在操作中的预处理器和挤出机装置的操作条件。
                       表7
Figure C02814930D00191
实例5
在此实例中，使用一挤出机来以商业化生产率制造高质量的烹制的谷物(玉米)食品。
该挤出机是图1所示的由三个筒头组成的类型。具体来说，用于操作14-18的挤出机结构由下列部件构成(其中，所有零件以Wenger Mfg.Co.的零件号标识)：挤出机型C2TX；挤出机筒-74002-424(头No.1)；两个74002-425(头No.2和3)；头No.1装备有套筒74002-421；头No.2装备有套筒74002-422；头No.3装备有套筒74002-423。操作15和16使用最终模具-74002-527NA；31950-399IN；65421-001BH；以及31350-895IN。操作17和18最终模具-74002-527NA；31950-356IN；65421-001BH；以及31350-895IN。一转动刀组件定位在模具出口附近，以便将挤出物切割成方便的尺寸。刀组件包括以下零件：19462-015(刀夹持器)和12把刀片(19430-007)。
应用在这些操作中的预处理器是Wenger型54DDC预处理器，它具有377结构，带有各包含有60搅拌器的左轴和右轴。
用于操作#15-#18的谷物是玉米。
下表阐明在操作中的挤出机装置的操作条件。
                       表8
Figure C02814930D00201
实例6
在此实例中，使用一挤出机来以商业化生产率制造高质量的烹制的谷物(一般/混合)食品。
该挤出机是图1所示的由三个筒头组成的类型。具体来说，用于19和20操作的挤出机结构由下列部件构成(其中，所有零件以Wenger Mfg.Co.的零件号标识)：挤出机型C2TX；挤出机筒-74002-424(头No.1)；两个74002-425(头No.2和3)；头No.1装备有套筒74002-421；头No.2装备有套筒74002-422；头No.3装备有套筒74002-423。最终模具-74002-527NA；31950-356IN；65421-001BH；以及31350-895IN。一转动刀组件定位在模具出口附近，以便将挤出物切割成方便的尺寸。刀组件包括以下零件：19462-015(刀夹持器)和12把刀片(19430-007)。
应用在这些操作中的预处理器是Wenger型54DDC预处理器，它具有377结构，带有各包含有60搅拌器的左轴和右轴。然后干燥挤出的产品。
下表阐明在操作中的挤出机装置的操作条件。
                       表9
Figure C02814930D00211
Figure C02814930D00221
                     实例7
实例7
在此实例中，使用一挤出机来以商业化生产率制造高质量的鸟食品。
该挤出机是图1所示的由三个筒头组成的类型。具体来说，用于#21-28操作的挤出机结构由下列公共部件构成(其中，所有零件以Wenger Mfg.Co.的零件号标识)：挤出机型C2TX；挤出机筒-74002-424(头No.1)；两个74002-425(头No.2和3)；头No.1装备有套筒74002-421；头No.2装备有套筒74002-422；头No.3装备有套筒74002-423。操作所采用的最终模具组件由下表示出(其中，所有零件以Wenger Mfg.Co.的零件号标识)：
            表10
 
操作#21-#22      操作#23 操作#24-#25      操作#26 操作#27-#28     
最终模 74002-527NA31950-356IN65422-097BD 74002-527NA65534-029AD65421-001BH74010-587NA31950-356IN  74002-527NA65534-029AD31950-399IN65421-001BH 74002-527NA31950-597IN65421-001BH65534-029AD            74002-527NA31950-597IN65422-001BD
一转动刀组件定位在模具出口附近，以便将挤出物切割成方便的尺寸。刀组件包括以下零件：19462-015(刀夹持器)和12把刀片(19430-007)。
应用在这些操作中的预处理器是Wenger型54DDC预处理器，其具有377结构，带有各包含有60搅拌器的左轴和右轴。然后干燥挤出的产品。
下表阐明在操作中的挤出机装置的操作条件。
                       表11
Figure C02814930D00251
实例8
在此实例中，使用一挤出机来以商业化生产率制造高质量的狗食品。
该挤出机是图1所示的由三个筒头组成的类型。具体来说，用于29-31操作的挤出机结构由下列部件构成(其中，所有零件以Wenger Mfg.Co.的零件号标识)：挤出机型C2TX；挤出机筒-74002-424(头No.1)；两个74002-425(头No.2和3)；头No.1装备有套筒74002-421；头No.2装备有套筒74002-422；头No.3装备有套筒74002-423。最终模具-74002-527NA；65534-029AD；31950-399IN；以及65422-199BD。一转动刀组件定位在模具出口附近，以便将挤出物切割成方便的尺寸。刀组件包括以下零件：19462-023(刀夹持器)和10把刀片(19430-007)。
应用在这些操作中的预处理器是Wenger型54DDC预处理器，它具有377结构，带有各包含有60搅拌器的左轴和右轴。然后干燥操作29和30挤出的产品。
下表阐明在操作中的挤出机装置的操作条件。
                       表12
Figure C02814930D00261
Figure C02814930D00271
图7—10的实施例
图7—10示出如上所述的组合有改进的模具组件88的双螺杆挤出机14，该模具组件88安装在筒头32的前面。一般来说，组件88包括一管形筒90，它呈现有一内部通道91、一向外展开的输出开口92以及一对同心的相对的上下延伸的管形延伸部94、96。如图7和9清晰地所示，筒90的后端成突缘，以与筒部分32的端部匹配，以及采用螺栓98来将筒体连接到一定的位置上。如图8所示，一传统的开孔模板100通常横贯输出开口92固定在筒90的前端上。
组件88还包括一位于延伸部94、96内并横贯通道91延伸的可垂直移动的阀杆102。杆102包括一中心通孔104，其尺寸做成：使当杆如图7所示定位时，开孔104与通道91同心，并与通道91同直径。此外，杆具有一与上开口108连通的向下延伸的管形腿106，当杆位于如图9所示的位置时，其尺寸与通道91相匹配。杆102装备有一位于开孔104上方的向上延伸的圆柱形块部分110。该块部分110支承一导向件112，并在其上端附近具有一中心的螺纹孔114。如图7和9清晰地所示，延伸部94、96邻近其外端处具有传统的0形环密封件116、118，以在延伸部和杆102之间提供一密封。
杆102设置一驱动组件120，并包括一定位在块部分110上方的活塞和气缸单元122。该气缸单元122包括一装备有开孔的顶壁和底壁123a、123b的气缸123以及一可伸展的活塞杆124，后者通过导向件112旋入到块部分110内。单元122由螺栓连接而支承在一对直立的侧壁126、128上(见图10)，后者固定到延伸部94上。为了帮助确定杆102的位置，活塞杆124的外端具有一指示器130，且一刻度尺132固定在顶壁123a上。借助于板112来引导杆102作上下往复运动，所述板112可滑动地接纳在连接到延伸部94和板123a上的两个直立板134、136之间。
在组件88使用中，杆102通过活塞和气缸单元122进行无限制地调整。在稳态挤出运行过程中，杆102可位于图7中的位置，即开孔104与通道91同心。这种定向对通过挤出机的材料流动的约束最小。然而，如果要求有更多的背压，则杆102可略微地提升或下降，以实现开孔104的局部阻塞。此外，在开始操作或在挤出机配方之间发生变化的过程中，可要求从挤出机筒中倾倒材料。这可通过将杆102提升到图9的位置来实现，其中，开口108处于完全与通道91连通。在此情形中，碎料通过管形腿106向下分流。一旦形成可接受的产品，则杆102当然下降到图7的位置或某些中间位置，这视要求的运行条件而定。
图11—14的实施例
图11—14示出特别设计来从油籽中萃取油的本发明的一实施例，例如，从全脂的大豆粗粉或大豆中萃取大豆油。在此例子中，挤出机138是如上所述的挤出机14那样的三机头的设计。此外，除了最终机头32，挤出机138与挤出机14相同，且在图11中采用相同的标号。更一般地说，在本发明的这方面，利用类似于最终机头32的一个或多个萃取头。尽管在图中没有示出，但组件88较佳地安装在挤出机筒的外端附近。
参照图11和12，由图可见，挤出机138具有一修改的第三或最终机头140，其通过螺栓142连接到机头30上。机头140包括一具有最下面的管形流体出口146的外圆形壳144；壳144由间隔的头板(head plate)148、150支承。此外，机头140包括一位于其内部的开槽的萃取套筒152，它由一系列互连的对齐的杆件组成(见图13)。套筒152成锥形结构，并分别安装在形成在头板148和150上的大致椭圆形开口156、158内。套筒152的内表面160沿水平延伸，大致为“八字”形设计，并从板148到板150成锥形，以便容纳双螺杆组件122部分。
套筒152由杆件154形成，各杆件具有一内表面162、一外表面164、一前连接块166、一后连接块168以及一在块体166、168之间的凹陷170。远离凹陷170的杆件154的表面169在杆件的整个长度上呈平面。可以观察到：各杆件的内表面162在长度上短于对应的外表面164，即表面162的曲率半径小于外表面164的曲率半径。图14示出一对并排的杆件154a和154b，它们采用焊接或其它的连接方法互连在块体166a、166b和168a、168b的区域。然而，由于形成在杆件154a内的凹陷170a以及相邻的平表面169b，所以，在杆件154a和54b之间形成一穿通的通道172。
如上所指出的，全部套筒152由带有在相邻杆件之间的穿通的通道的杆件组成。杆件构造成：穿通的通道从套筒152的内表面160到其外表面呈锥形。在一实施例中，邻近套筒内表面的通道的宽度近似为0.003英寸(范围应约为0.001-0.065英寸)。这样，萃取的流体可通过通道，但几乎没有或没有固体材料可通过该通道。如图12清晰地所示，在套筒152的上部和下部中心区域174的杆件基本上是等厚度的，而在套筒侧边弧形部分176的杆件本身是锥形的。挤出机138的外端包括一具有一通孔180的中间板178，以及一呈现有一向外展开的开口184的模具安装板182。板178、182借助于螺栓186固定在板150上。尽管图中未予示出，应该认识到：一开孔的模具板可横贯开口184(或较佳地模具组件88)附连在板182的外表面上。
在挤出机138的使用中，被脱脂的材料通过挤出机138，其中，在第一两个头28和30内经受增加的温度、压力和剪切。当材料进入到第三机头140时，螺杆增加128的作用致使油籽材料内的油被压出或挤出到设置在相邻杆件154之间的通道172内。该油被收集在壳144内并通过出口146排出，用于下游加工(downstream processing)(例如，闪蒸和萃取)。当然，其中也可与出口146连接一可操作的合适的泵。在脱油材料通过套筒152之后，它移动通过开口180、184(和一模具板或组件88(如有的话))。
使用挤出机138的一特别优选的萃取技术是超临界萃取，其中，一诸如二氧化碳或己烷的萃取剂或其混合物通过注入器(未示出)注入到机头140中(或沿其上游进入机头28或30)，其中，萃取剂在超临界的温度/压力条件下注入。这样的超临界萃取导致效率的提高，因为超临界的萃取剂更容易乳化油并降低油的粘度，以使它更容易通过套筒152而驱散。此外，脱脂的粗粉具有较高的质量，因为使用超临界流体降低粗粉的温度以防止其过分加热。因为大量缺氧，所以，这种效应也阻止萃取的油的氧化。
在需要超临界萃取的场合下，通常有效地附连一压力调整阀到输出口146上，以便在机头32内保持压力条件(当然，通过套筒152的材料的“堵头”会阻止超临界流体从套筒向后或向前地放出)。仅是为了说明，这里采用二氧化碳作为超临界萃取剂，套筒152内的压力条件可保持在约1500磅/英寸2的水平上，而在壳144内压力可保持在1000磅/英寸2的量级上(即，横贯套筒152具有一约500磅/英寸2的压降)。此外，可设想附连一系列间隔的压力调整阀到出口146上，以便在不同的连续的低压下喷流而下地回收不同的产品。
尽管挤出机138能特别良好地应用于油的萃取，但其也可用于特定的茶或药草材料的萃取。

Claims (18)

1.一种双螺杆食物挤出机，包括：
一细长的筒，在其出口端处具有一限制的孔口模；
第一和第二细长的螺杆，各自具有一中心轴和一纵向轴线，沿中心轴的长度的向外延伸的螺旋形螺纹，而且螺纹具有邻近后方诸点的螺纹后端、邻近前方诸点的螺纹前端、一与中心轴间隔开的外表面，并且在螺纹外表面与中心轴之间限定一螺纹深度，所述第一和第二螺杆以并排的关系相邻地定位，各自定向成相对于相邻螺杆成一角度，这样，第一和第二螺杆的纵轴线形成一个1至8度的夹角，所述第一和第二螺杆被构造成共同转动，
各所述轴沿其长度通过一第一锥度角从邻近轴后端的点到邻近轴前端的点逐渐变小，这样，邻近轴后端的轴的直径大于邻近轴前端的轴的直径，
在各轴上的螺纹深度通过一第二锥度角沿轴的长度从靠近螺纹后端的部位到靠近螺纹前端的部位逐渐变小，这样，邻近螺纹后端的螺纹深度大于邻近螺纹前端的螺纹深度。
2.如权利要求1所述的挤出机，其特征在于，所述夹角在1.5至5度之间。
3.如权利要求1所述的挤出机，其特征在于，各所述中心轴沿其长度通过一第一锥度角从邻近轴的后端的点到邻近轴的前端的点逐渐地变小，这样，邻近轴后端的轴的直径大于邻近轴前端的轴的直径。
4.如权利要求3所述的挤出机，其特征在于，所述第一锥度角在1至2.2度之间。
5.如权利要求1所述的挤出机，其特征在于，在各轴上的螺纹深度通过一第二锥度角沿轴的长度从邻近螺纹后端的点到邻近螺纹前端的点逐渐地变小，这样，邻近螺纹后端的螺纹深度大于邻近螺纹前端的螺纹深度，所述第二锥度角大于所述第一锥度角。
6.如权利要求5所述的挤出机，其特征在于，所述第二锥度角在2.5至4度之间。
7.如权利要求1所述的挤出机，其特征在于，各螺杆的外螺纹表面的宽度沿螺杆的长度从邻近螺纹后端的点到邻近螺纹前端的点逐渐地增加。
8.如权利要求1所述的挤出机，其特征在于，第一螺杆的螺纹沿第一和第二螺杆的长度插入第二螺杆的螺纹，第一和第二螺杆的所述插入的螺纹协调地呈现有多个沿螺杆长度的挤捏区域。
9.如权利要求8所述的挤出机，其特征在于，第一和第二螺杆的所述插入的螺纹之间的间隙在所述挤捏区域处为0.010-0.2英寸。
10.一种使用在食物挤出机中的双螺杆挤出机组，包括：
第一和第二细长的螺杆，各自具有一中心轴和一纵向轴线，沿中心轴的长度的向外延伸的螺旋形螺纹，而且螺纹具有邻近后方诸点的螺纹后端、邻近前方诸点的螺纹前端、一与中心轴间隔开的外表面，并且在螺纹外表面与中心轴之间限定一螺纹深度，所述第一和第二螺杆以并排的关系相邻地定位，各自定向成相对于相邻螺杆成一角度，这样，第一和第二螺杆的纵轴线形成一个1至8度的夹角，所述第一和第二螺杆被构造成共同转动，
各所述轴沿其长度通过一第一锥度角从邻近轴后端的点到邻近轴前端的点逐渐变小，这样，邻近轴后端的轴的直径大于邻近轴前端的轴的直径，
在各轴上的螺纹深度通过一第二锥度角沿轴的长度从靠近螺纹后端的部位到靠近螺纹前端的部位逐渐变小，这样，邻近螺纹后端的螺纹深度大于邻近螺纹前端的螺纹深度。
11.如权利要求10所述的螺杆组，其特征在于，所述夹角在1.5至5度之间。
12.如权利要求10所述的螺杆组，其特征在于，各所述中心轴沿其长度通过一第一锥度角从邻近轴的后端的点到邻近轴的前端的点逐渐地变小，这样，邻近轴后端的轴的直径大于邻近轴前端的轴的直径。
13.如权利要求12所述的螺杆组，其特征在于，所述第一锥度角在1至2.2度之间。
14.如权利要求10所述的螺杆组，其特征在于，在各轴上的螺纹深度通过一第二锥度角沿轴的长度从邻近螺纹后端的点到邻近螺纹前端的点逐渐地变小，这样，邻近螺纹后端的螺纹深度大于邻近螺纹前端的螺纹深度，所述第二锥度角大于所述第一锥度角。
15.如权利要求14所述的螺杆组，其特征在于，所述第二锥度角在2.5至4度之间。
16.如权利要求10所述的螺杆组，其特征在于，各螺杆的外螺纹表面的宽度沿螺杆的长度从邻近螺纹后端的点到邻近螺纹前端的点逐渐地增加。
17.如权利要求10所述的螺杆组，其特征在于，第一螺杆的螺纹沿第一和第二螺杆的长度插入第二螺杆的螺纹，第一和第二螺杆的所述插入的螺纹协调地呈现有多个沿螺杆长度的挤捏区域。
18.如权利要求17所述的挤出机，其特征在于，第一和第二螺杆的所述插入的螺纹之间的间隙在所述挤捏区域处为0.010-0.2英寸。
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