CN101528333A - 锥形螺杆搅拌机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锥形螺杆搅拌机(100)，其包括倒置的锥形容器(102)。所述搅拌机还包括进料口(104)、出料口(103)、收纳在所述容器中的从动螺杆(203)、以及至少两个与所述容器连接的非扩散气体喷射管(300)。本发明的锥形螺杆搅拌机不但能用于物料的搅拌，而且还能用于物料的干燥。

Description

锥形螺杆搅拌机

技术领域

本发明涉及一种锥形螺杆搅拌机。

背景技术

在许多食品、饮料和营养或药物产品的生产当中，中间或最终产品可能需要充分的混合和/或干燥。在这些工业当中，重要的是有效而充分的完成混合和/或干燥而不会多余地破坏所混合或干燥的物料。对于那些对热量或水份等因素敏感的物料来说，这些考虑意义特别重大。

比如原生菌，其被定义为活的微生物细胞制剂或微生物细胞配合剂，对接受者的健康和状态具有有意的效果，因为它们对于消费者都具有多种健康方面的益处，所以常被添加至食品或饮料产品。见Salminen S.等人在Trend Food Sci.Technol.10：107-10(1999)中题为“Probiotics：HowShould They Be Defined？”的文章。这些健康方面的益处可以包括抑制细胞性病原体、降低结肠癌风险、刺激免疫反应和降低血清胆固醇水平。在许多情况下，原生菌被加到营养补剂、儿童肠内产品和婴儿乳粉当中。

原生菌受到四种因素的有害影响：光、热量、氧气和水份。原生菌的稳定性通过在生产和贮藏过程中，包括在原生菌被添加到营养或食品中时，尽可能减少这四种因素来实现。这样，用于对含原生菌的物料或其他类似物料进行混合和干燥的方法应努力消除光、热量、氧气和水份。

总的来讲，物料的混合可以通过多种方法实现。比如，可以使用连续混合机或间歇式混合机。连续混合机是一种生产线容器，其被连续地供给正确比例的配料。配料被迅速混合、搅拌并被排放到生产线设备的下一部分。间歇式混合机是一种单机容器，所有配料都加载在其中并被搅拌直到被均匀散开或混合，然后被排出。间歇式混合机非常适合需要高混合精度和确认批与批之间一致性的应用。见Hixon&Ruschmann在Powder and BulkEngr.37-43(Jan.1992)中题为”Using a Conical Screw Mixer for Morethan Mixing”的文章。

最通用的间歇性混合机之一是锥形螺杆混合机，也被叫作竖直绕转螺杆混合机或锥形螺杆搅拌机。这些混合机可以专门处理干燥的配料，例如粉末，也可以处理干燥和液体配料的混合物，例如浆状物或粉状物。锥形螺杆混合机可以设计成在处理大量物料的同时允许配料和添加剂的精确配比。

典型的锥形螺杆混合机具有形似倒置锥形的容器。进料口通常设置在所述容器顶部附近，出料口通常设置在所述容器的底部附近。驱动电机通常安装在所述容器的顶部并连接于所述容器顶部内的轨道臂上。悬臂螺杆安装到所述轨道臂上。所述悬臂螺杆允许将容器内容物在混合之后几近完全排出。所述螺杆还可以被支撑在所述容器底部用于大批量或粘性物料。

在操作中，所述驱动电动机推动所述轨道臂，并且，反过来推动所述螺杆沿所述容器的内壁绕转。当所述螺杆沿所述容器绕转时，它也旋转，向上引导物料。

所述锥形螺杆搅拌机内部物料的各种运动各自为混合效果作出贡献。首先，所述螺杆围绕所述搅拌机自身的轴线旋转并向上推动物料。其次，所述绕转臂使物料在环形运动中被混合。最后，被所述螺杆向上推起的物料通过所述容器的中心缓慢下降，与被所述绕转螺杆向上推起的物料混合。这些不同的运动确保竖直和水平方向上完全的混合。

使用锥形螺杆搅拌机有一定的优点，同时也有缺点。使用锥形螺杆搅拌机的一个主要的缺点是其中盛装的物料上的剪切力作用。剪切力是平行作用于表面的一个力。当剪切力作用于某一区域时，它被称为剪应力。在锥形螺杆搅拌机中，重力将物料向下拖动，由于物料的压实而产生剪应力。剪应力能有害地破坏搅拌机内的物料，尤其所混合的是活的微生物。

除了锥形螺杆搅拌机内产生的剪应力以外，混合过程还产生大量的摩擦。这种高水平的摩擦升高了所混合物料的温度。这也会对原生菌等热敏物料有害。

除混合之外，锥形搅拌机还可以用作颗粒和生物培养基的干燥。真空泵或热空气进口等一些配合件可以附加至锥形混合机以便使其起到干燥设备的作用。然而，真空泵的生产、操作和维护天生就很昂贵，并且经常难以控制真空干燥器中产品的温度。真空干燥器同样需要长时间才能使物料达到一个高干燥度，因此没有使传统锥形搅拌机作为一个干燥器而为人们所完全接受。具有同样缺点的热空气驱动锥形混合机会对原生菌等热敏物料有害。

现有技术并没有提供有效减少剪切力并避免在所搅拌的物料中产摩擦和热量的锥形螺杆搅拌机。所以，有益的是提供一种有益于干燥物料同时又减少容器内剪应力和摩擦的锥形螺杆搅拌机。

发明内容

所以，简单地讲，本发明涉及一种锥形螺杆搅拌机。所述搅拌机可以包括倒置的锥形容器，进料口，出料口，收纳在所述容器中的从动螺杆，以及至少两个与所述容器连接的非扩散气体喷射管。

在另一个实施倒中，本发明包括干燥热敏物料的一种方法。所述方法包括将热敏物料引入上述的搅拌机，搅拌所述热敏物料，以及以使所述物料形成局部喷射床运动的速率向所述搅拌器引入至少两股净化剂流。

本发明所获得的一些优点包括它在干燥和混合物料的同时限制那些物料上的剪应力、摩擦和热量。本发明对于干燥或混合热敏物料特别有效。

附图说明

为了更全面地理解本发明，现在参见下面结合附图所做的说明。

图1示出锥形螺杆搅拌机实施例的剖面图，其中螺杆被悬臂支撑；

图1a示出锥形螺杆搅拌机实施例的剖面图，其中螺杆被支撑在容器的底部；

图2示出锥形螺杆搅拌机实施例的剖面图，其中螺杆直接连接到驱动机构并且竖直设置于容器内。

图3示出锥形螺杆搅拌机实施例的剖面图，其中容器盛装有螺杆和带子，它们都竖直设置于容器中。

图4示出锥形螺杆搅拌机组件实施例的局部剖面图。

具体实施方式

现在详细参见本发明的实施例，下面描述了其一个或多个实例。每个实例以对本发明进行说明的方式提供，而不是对本发明的限制。事实上，本领域的技术人员清楚，可以对本发明进行多种改进和变化而不偏离本发明的范围和精神。比如，作为一个实施例的一部分而描述或说明的特征可以用在另一实施例中以产生又一实施例。

所以，本发明意味着覆盖这样的改进和变化，使其落入所附权利要求及其对等物的范围内。本发明的其它目标、特征和方面公开在下面的详细说明中或从中可以显而易见。本领域普通技术人员可以理解，现在的讨论仅是对示例性实施例的说明，而不是旨在限制本发明更宽的方面。

在实施例中，本发明涉及一种这里所述的锥形搅拌机。本发明的锥形螺杆搅拌机有益于在对物料混合或干燥的同时限制在干燥或混合过程中产生光、热量、氧气或水份。本发明对于原生菌等热敏物料的混合或干燥特别有效。

本发明由于在处理过程中向容器喷入净化剂而特别有效。即便有限地暴露在氧气当中也会降低食物、饮料、营养、或医药产品的各种成分的品质。为此，本发明中使用净化剂流而不是氧气流。术语“净化剂”限定为任何可以去除和置换容纳区域中氧气的惰性气体。本领域中任何已知的净化剂都可以使用。在一个具体实施例中，净化剂从包括氮气和二氧化碳的组中选出。

因为热量同样可能对产品成分具有有害影响，在一些实施例中净化剂会有低的温度。比如，净化剂会以低于约25℃的温度进入容器。在另外的实施例中，净化剂会以低于约20℃的温度进入容器。在别的实施例中，净化剂会以约10℃的温度进入容器。在还有的实施例中，净化剂会以约0℃的温度进入容器。净化剂的压力为约1个大气压，但其它压力也是有益的。

净化剂通过至少两个气体喷射管喷入本发明的锥形搅拌机中。在一些实施例中，使用了三个气体喷射管。

在一个实施例中，多个气体喷射管可以设置在容器内的不同高度。在本实施例中，一个气体喷射管可以设置在容器的底部，第二处气体喷射管设置在容器自其底部量起的高度的约六分之一处，第三气体喷射管设置在容器自其底部量起的高度的三分之一处。

在另一实施例中，多个气体喷射管沿所述搅拌机周边设置在不同位置处。在一个具体实施例中，气体喷射管等间距设置。

通过向锥形搅拌机的容器引入几股净化剂流，所述装置在混合、干燥、减小剪应力、减少摩擦和从容器内的大气内去除氧气等方面变得极其有效。具有至少两个气体喷射管的锥形螺杆搅拌机优于只具有一个气体喷射管的搅拌机，其原因有几个。

首先，引入几股净化剂流在容器内更有效、更有力地混合物料。在一个实施例中，设置在容器底部的第一气体喷射管将提供一个向上的初始推力，设置在第一气体喷射管之上不同高度的第二和甚至第三气体喷射管然后将继续向上传送所述物料。这样，多个气体喷射管可以比只具有一个气体喷射管的装置更加迅速地将位于所述搅拌机底部的物料推到一个更高的水平。附加的气体喷射管为所述装置提供了附加的运动维度，其有助于混合和干燥。

因为配料被更加有效地混合，容器中的每一颗粒更有可能反复地接触净化剂，从而更有效地减小颗粒的水含量。比如，在只有一个气体喷射管的搅拌机中，气体喷射管给物料提供一个向上的初始推力，但颗粒然后必须依靠螺杆的作用以将其继续向上传送。相比之下，本发明能够通过螺杆和多个气体喷射管的联合作用推动物料向上运动。

其次，使用多个气体喷射管减小物料上的高保压应力和剪应力。通常，搅拌机内的重力迫使物料向下运动并将其压在一起，产生可以破坏活的微生物或其他敏感物料的应力。沿搅拌机周边的不同高度和位置设置多个气体喷射管减小了保压应力和剪应力。

第三，引入几股净化剂流有效地置换搅拌机内的空气并将气体环境变成一个更加少氧的环境。许多微生物，包括原生菌，都是厌氧性的。所以，从搅拌机去除氧气可以防止许多活的微生物的死亡。

最后，使用多个气体喷射管降低物料的温度。过多的摩擦造成搅拌机内温度的升高，这反过来会破坏物料的活性。所以，多根净化剂管减少整个搅拌机的摩擦，从而降低搅拌机内的温度并延长含原生菌混合物的保存期。

在一个实施例中，净化剂引入的速度可足以将所混合物料向上移动并形成局部喷射床运动。喷射床系统以非常有效的颗粒混合器身份出现，多应用在化学和生物化学工业中。在喷射床系统中，气体被以射流的形式引入，使颗粒以规则的形式循环流动。

净化剂可以约1到10标准立方英尺每米(SCFM)的速率引入。在其它实施例中，净化剂的引入速率可以在约3到7SCFM之间。在一些实施例中，净化剂可以约5SCFM的速率引入。

在本发明的一个实施例中，搅拌机并不是完全密封和加压的，而是处于正常大气压之下。当净化剂进入所述搅拌机时，它置换并排出搅拌机中的氧气。

在一些已知的传统混合机中，在容器和进气口之间使用孔板以扩散进入混合机的气流。由于空气流被扩散，在所述混合机中不能形成喷射床。这降低了混合和干燥过程的效率。在本发明中，进气口或喷气管可以是非扩散的，意味着在喷射管与容器之间不存在孔板。这允许进气口在容器内形成喷射床，有助于热敏物料的混合和干燥。

搅拌机可适于通过将容器装入一个封套而对盛装于其中的物料进行冷却。然后，所述封套被注入冷却介质，如制冷剂冷却盐水。在本实施例中，可以使用本领域中任何已知的封套。例如，所述封套可以是迷宫环式封套或分管环式封套。

参见附图，本发明的搅拌机100包括倒置的锥形容器102。所述容器顶部可以有盖101，进料口104可以设置于所述盖101之中。出料口103可以设置在所述容器102的底部或靠近所述容器102的底部。

驱动机构200，其可以是本领域中任何已知的用以驱动轨道臂、螺杆或带子的机构，它可以设置在所述容器102之中。更具体地讲，所述驱动机构200可以锚固于所述盖101或所述容器102的上部。所述驱动机构可以连接于轨道臂201的第一端。所述轨道臂201的第二端可以连接于螺杆203，为所述螺杆203提供悬臂支撑(如图1所示)。在其它实施例中，所述驱动机构200可以直接连接于所述螺杆203(如图2所示)。所述螺杆203可以有螺旋叶片204。在一个实施例中，所述螺杆203可以有支撑机构206，将其连接于所述容器102的底部(如图1a所示)。所述支撑机构206可以是任何机构，其能够通过将所述螺杆203连接于所述容器102的底部以支撑螺杆203，并允许所述螺杆203围绕其轴线和沿所述容器102的周边旋转。

在其它实施例中，所述容器102可以包含螺杆203和带子205(如图3所示)。在这一实施例中，所述带子205可以连接于所述驱动机构200上。其可以围绕所述螺杆203的轴线旋转，提供附加的混合和干燥维度。

至少两个气体喷射管300连接于所述容器102并且能够向所述容器102的内部喷射净化剂。在一些实施例中，有三个气体喷射管300。如上所述，气体喷射管300可以设置于容器102内的不同高度。在图1所示的实施例中，一个气体喷射管设置于所述容器102的底部，第二气体喷射管设置于容器102自其底部量起的高度的六分之一处，以及第三气体喷管设置于容器102自其底部量起的高度的三分之一处。如图1所示，气体喷射管300可以设置于所述容器102周边的不同位置。

在不同的实施例中，气体喷射管300包含一个防止他们被所述容器102内混合或干燥的物料堵塞的机构。在一个实施例中，蝶阀设置于所述气体喷射管300内，靠近所述容器102的内表面。所述蝶阀可以防止容器内盛装的物料的进入。蝶阀是一种流控制装置，在本实施例中用于使气体开始或停止通过所述气体喷射管300流动。

所述容器102可以由本领域中任何已知的能够经受物料混合或干燥所需处理条件的材料构成。在一个实施例中，所述容器102包括钢。在本实施例中，所述容器102可以包括低碳钢或不同等级的不锈钢。

所述气体喷射管300可以由本领域任何已知的能够经受物料混合或干燥所需处理条件的材料构成。在一个实施例中，所述材料可以是橡胶或合适的聚合物。

要使用本发明的装置，所述盖101可以被移开，各种物料可能被装入所述容器102。所述盖101然后应该被放回到所述容器102上。在一个可选方案中，物料可以通过进料口104加到所述容器102中。

要开始混合过程，应起动所述驱动机构200。所述驱动机构200然后可以推动轨道臂201，其反过来推动所述螺杆203沿所述容器的内壁105绕转。当所述螺杆沿绕所述容器102绕转时，所述螺杆203的螺旋叶片204也围绕所述螺杆203的轴线旋转，将所述容器201内盛装的物料向上引导。

要帮助所述混合过程和开始所述干燥过程，所述气体喷射管300然后可以被加压和打开，迫使净化剂进入所述容器102。然后，绕转与旋转螺杆203和可以沿容器102周边设置于不同高度和位置的气体喷射管300的动作启动并传播有效的物料混合和干燥。在混合和/或干燥过程中，可以通过进料口104向所述容器102加入附加的配料或物料。

一旦物料被充分混合和/或干燥，物料可以通过出料口103从所述容器102中取出。所述驱动机构200可以继续工作以帮助从所述容器102取出物料。如果需要的话，所述气体喷射管300可以继续工作以在物料取出过程中向所述容器102喷入净化剂。

如图4所示，在一个实施例中本发明还涉及锥形螺杆搅拌机组件700。所述锥形螺杆搅拌机组件700可以包括前述的搅拌机100。所述组件700还可以包括球阀301，其设置于每个气体喷射管300上，靠近所述气体喷射管300进入所述容器102的进口。所述组件700还可以包括一个结合件302，其将所述气体喷射管300连接到一个单管。这一单管可能连接于压力调节器400、流量计500和盛装有净化剂的槽600。

实例1

本实例描述了含有原生菌的婴儿乳粉的混合与干燥。容器的盖被移开，1000千克

基粉加入到容器中。基粉的配料组成在表1中列出。

基粉含有大约2.0％的水份。

表1：基粉的配料组成

成份，单位	每100千克基粉
		淀粉糖浆干粉，千克	43.135
棕榈油，千克	16.2
		改性玉米淀粉，千克	16.143
椰子油，千克	7.2
		豆油，千克	7.2
高脂葵花油，千克	5.4
		磷酸氢钙，千克	2.286
柠檬酸钾，千克	0.87
		氯化钾，千克	0.66
柠檬酸钙，千克	0.614
		氯化胆碱，千克	0.154
轻质氧化镁，千克	0.118
		左旋肉碱，克	19.8
碘化钠，克	0.119

所述容器盖然后被放回原处并且所述驱动机构起动。所述气体喷射管被连接到加压氮气瓶，并且氮气以约5SCFM的速率喷射进所述容器。然后，175千克淀粉糖浆干粉在所述驱动机构和气体喷射管都工作时被加入所述容器。淀粉糖浆干粉含有约1.7％的水份。此后，240千克水解蛋白通过进料口被加入所述容器。水解蛋白含有2.1％的水份。上述配料被加入所述搅拌机之后，一定量的乳酸菌GG被加入所述容器以便制备含约6.25×10⁸cfu/g产品的混合物。配料被搅拌约15分钟。然后，所述驱动机构和气体喷射管被关闭。出料口打开，最后混合物排出所述容器。然后在大气条件下采用Aqualab水活度仪测量所述混合物的水含量与水活度。所述混合物的水含量被测定为2.0％，水活度被测定为约0.14。

本说明书中的所有引文，包括但不限于，所有论文、出版物、专利、专利申请、说明书、教科书、报告、手稿、手册、书籍、互联网记录、杂志文章、期刊等等，都以参见的形式整体引入本说明书中。这里对引文的讨论仅在于总结其作者的主张而并非承认引文构成了现有技术。申请人保留置疑引文正确性和相关性的权利。

虽然对本发明的最佳实施例采用了具体的术语、装置和方法进行描述，但这种描述仅是为了说明起见。所用的文字是说明性而非限定性。可以理解，本领域的普通技术人员可以在不偏离本发明由下面权利要求限定的精神或范围的情况下进行修改和变化。此外，应该理解，不同实施例的方面可以全部或部分互换。比如，虽然举例说明了根据那些方法制得的商用无菌液体营养补剂的生产方法，但其它应用也是可以预期的。所以，所附权利要求的精神和范围不应限于这里对最佳形式的说明。

Claims (10)

1、锥形螺杆搅拌机，包括：

a)倒置的锥形容器；

b)所述容器的进料口；

c)所述容器的出料口；

d)收纳在所述容器中的从动螺杆；以及

e)至少两个与所述容器连接的非扩散气体喷射管。

2、根据权利要求1所述的搅拌机，包括至少三个气体喷射管。

3、根据权利要求2所述的搅拌器，其中：

a)第一气体喷射管设置在所述容器的底部附近；

b)第二气体喷射管设置在所述容器自其底部量起的高度的大约六分之一位置处；以及

c)第三气体喷射管设置在所述容器自其底部量起的高度的大约三分之一位置处。

4、根据权利要求3所述的搅拌机，其中所述气体喷射管围绕所述容器周边等间距设置。

5、根据权利要求1所述的搅拌机，其中所述气体喷射管沿所述容器的高度设置在不同高度。

6、根据权利要求1所述的搅拌机，其中至少一个气体喷射管设置在所述容器的底部附近。

7、根据权利要求1所述的搅拌机，其中所述气体喷射管适于将净化剂喷入所述容器。

8、根据权利要求7所述的搅拌机，其中所述净化剂从包括氮气和二氧化碳的组中选出。

9、根据权利要求1所述的搅拌机，其中所述进料口设置在所述容器顶部附近。

10、根据权利要求1所述的搅拌机，其中所述出料口设置在所述容器底部附近。

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