CN110573331B - 用于处理有机产品和其他材料的设备 - Google Patents

Abstract

一种用于处理有机材料的设备(10)，所述设备将水果和蔬菜的不可食用成分(核、表皮、种籽、木髓材料)分解成具有奶油状稠度的可食用物质。所述设备(10)包括在筒体(13)中的活塞(28)，用于对所述有机材料加压并迫使其通过具有多个彼此成直角的端对端节段的通道。每个节段的末端都有一个撞击面，流动的材料会撞击到所述撞击面上。这些节段可以布置在套筒(74)和梭芯(80)之间，所述套筒具有不同直径的节段，所述梭芯具有阶梯状的外表面以匹配所述套筒(74)的内表面。

Description

用于处理有机产品和其他材料的设备

技术领域

本发明涉及用于处理有机产品和其他材料的设备。

背景技术

许多蔬菜的外皮由于其不易消化的性质而不能用作食品。南瓜和倭瓜是这类蔬菜的例子。它们还具有中央核心，所述中央核包括嵌入细丝材料中的籽。所述籽、外皮和细丝物质均具有营养价值，但由于无法充分地进行商业处理，目前它们通常被丢弃。

苹果和梨具有外皮和核，所述核带有籽，即使外皮和核具有营养价值，它们通常也被丢弃。其原因同样是外皮和核无法获得充分的商业处理。橙子和葡萄柚是另一些农产品的例子，其外皮和种子被丢弃，因为尽管外皮和种子具有营养价值，但它们无法获得充分的商业处理。

在葡萄酒的生产中，葡萄的外皮和籽被丢弃，因为当前的葡萄压榨方法不能将外皮和籽转化为可在葡萄酒酿造工艺中进一步使用的形式。

除了明显浪费具有营养价值的产品之外，这还存在处置废物的问题。例如在橙汁的生产中，数万吨的表皮和果肉必须获得处置。同样地，在相对较短的葡萄采摘期间，大量的葡萄皮必须得到处理。

专利合作条约(PCT)说明书WO2012/162707公开一种对未处理的有机产品加压并引起产品的细胞壁破裂的设备。所获得的产品具有奶油状的稠度，并且以适宜的形式，不仅包含迄今为止一直被认为可食用的有机产品那些部分的营养素，而且还包含先前被认为无法使用的有机产品部分的营养素。

本发明的目标是提供一种改进的设备，所述设备以消除废物或至少从根本上将废物最小化的方式处理有机产品，并使得人们能够获得更多原始产品的营养价值。

尽管人们设想最好是让完整的水果或整个蔬菜都得到处理，但是可能的情况是，人们扔掉了那些本来可以食用的部分，并且仅仅处理没有被丢弃的部分。

在矿物工业中，使用诸如球磨机之类的设备研磨含有矿物的矿石。然后在被称为浸出的过程中，使用譬如酸对磨碎的物料进行处理，以将矿物与矿石分离。浸出过程的效率取决于磨碎矿石的颗粒大小。颗粒越小，浸出过程越高效。

本发明的另一个目标是提供一种设备用于减小含有矿物的矿石的粒度，以准备进一步或同时处理从而将矿物从其散布的岩石中分离。

发明内容

根据本发明的一个方面，本发明提供一种用于处理有机产品或其他材料的设备，所述设备包括通道，所述通道具有一系列相通的节段，每个节段具有入口端和出口端，每个节段相对于其先前的节段倾斜角度；撞击壁，所述撞击壁位于每个节段的出口端；以及用于对所述材料加压的装置，以便在使用中，所述材料流入所述通道的第一节段的入口端，从所述第一节段的出口端冒出，撞击在位于所述第一节段的出口端的撞击壁上，改变方向然后流入所述第二节段。

所述节段优选为彼此成直角。

根据本发明，一种形式的设备包括套筒和梭芯(bobbin)，所述套筒具有内部阶梯孔，以提供交替的轴向面对表面和内向面对表面，所述内向面对表面的尺寸从孔的一端到另一端增大；所述梭芯匹配所述孔的尺寸，并具有交替布置的轴向面对表面和外向面对表面，外向面对表面的尺寸从梭芯的一端到另一端增大，在所述梭芯的每个外向面对表面和所述套筒的内向面对表面之间都有一个环形间隙，所述套筒位于所述环形间隙的外部。

优选地，所述环形间隙的宽度在从套筒和梭芯的较小端朝向其较大端的方向上减小。

可以设置诸如弹簧、气压缸或液压缸之类的装置，用以将所述梭芯的轴向面对表面强压紧靠所述套筒的轴向面对表面。

所述梭芯可在其较小直径的端部具有密封件，所述述较小直径的端部配合进入流动通道的一端，所述流动通道从腔室通向出口端，在使用中的物料在所述腔室被加压，而在所述出口端，密封件在其中一个位置进行密封。

所述流动通道可包括两个或更多个节段，每个节段的横截面积小于其上游节段的横截面积。

所述梭芯在其最大直径的圆柱形表面上可具有偏转的开槽，因而在使用中，流入这些开槽的材料使得所述梭芯转动。

用于对材料加压的装置可以包括：筒体；在所述筒体中的活塞；；用于使活塞以交替的缩回冲程和向前加压冲程进行往复运动的装置，在所述向前加压冲程期间，使得材料从所述筒体受压穿过出口从而推入所述流动通道中。

优选地所述筒体的入口位于所述筒体的侧壁中，所述筒体的出口位于所述筒体的端壁中，当所述活塞处于其加压冲程的末端时，所述入口位于所述出口和所述活塞之间。

所述设备可以具有进给阀和控制系统，所述进给阀具有允许有机产品进入所述筒体的打开位置和禁止有机产品流入所述筒体的关闭位置；所述控制系统保持所述进给阀关闭直到所述活塞已经开始缩回冲程之后。

用于使活塞往复运动的装置可包括液压缸或气压缸，所述液压缸或气压缸中有驱动活塞和附接至所述驱动活塞的活塞杆，所述活塞杆延伸穿过所述气动缸或液压缸的端壁，跨过间隙并附接至所述筒体中的活塞。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种处理有机材料的方法，所述方法包括：在200-2000巴的压力下将所述材料挤压进入孔中，以使其以500-6000kph的速度从所述孔中冒出，促使所述材料从所述孔流过通道，所述通道包括多个节段，每个节段具有入口端和出口端，并且每个节段相对于其先前的节段倾斜角度，使得所述材料在从一个节段流向下一节段时改变方向，并在每个节段的出口端提供撞击壁，使得在所述材料从每个节段冒出时，所述材料撞击在位于该节段出口端的撞击壁上，改变方向并流入该系列节段的下一个节段。

所述压力优选在300-1600巴之间，其中350-1200巴的压力提供最佳的结果。

优选的速度在2000-4000kph的范围内。

根据本发明的另一方面，其提供一种处理有机材料的方法，所述方法包括：以至少300巴的压力迫使所述材料穿过直径在0.05mm至8mm之间的孔，使所述材料从所述孔流动穿过通道，所述通道包括多个节段，每个节段具有入口端和出口端，并且每个节段相对于其先前的节段倾斜角度，使得所述材料从一个节段流动至下一个节段时改变方向，并在每个节段的出口端处提供撞击壁，从而当所述材料从每个节段冒出时，撞击在位于所述节段出口端的撞击壁上，改变方向并流入该系列节段的下一个节段。

优选地，所述孔的直径在0.1mm至6mm之间，并且优选的压力在300-1200巴之间。

优选地，所述孔位于两个首尾相连的节段中，上游节段的直径大于下游节段的直径。

根据本发明的又一方面，其提供一种处理无机材料的方法，所述方法包括将无机材料还原成颗粒形式，将颗粒材料分散在液体中以形成浆料，迫使所述浆料在200-2000巴之间的压力下进入孔中，以使所述浆料以500-6000kph的速度从孔中冒出，促使所述浆料从所述孔流动穿过通道，所述通道包括多个节段，每个节段具有入口端和出口端，并且每个节段相对于其先前的节段倾斜角度，使得所述材料在从一个节段流向下一节段时改变方向，并在每个节段的出口端提供撞击壁，使得在所述浆料从每个节段冒出时，所述浆料撞击在位于该节段所述端的撞击壁上，改变方向并流入该系列节段的下一个节段。

附图的简要描述

为更好地理解本发明，并显示如何实现本发明，现在将以实施例的方式参考附图，其中：

图1是根据本发明的用于处理有机产品和其他材料的设备的轴向剖视图。

图2是图1所示装置的局部轴向放大剖视图；和

图3是进一步显示进给阀结构的轴向剖视图。

附图的详细描述

图1所示的设备10包括筒体12，所述筒体12附接到所述设备的主体14。所述筒体12具有外螺纹，所述主体14具有与所述筒体的外螺纹相配的内螺纹。考虑到所述设备中产生的压力，所述筒体和主体通过譬如螺母和带有内部凸耳的齿形弹簧垫圈连接在一起以防止其旋转。这些组件的附图编号通常被指定为16，弹簧垫圈滑片的凸耳沿着狭槽移动，所述狭槽的附图编号被指定为18。可以使用任何其他的装置(例如分体式夹具)来确保所述主体和筒体在使用中不会相对于彼此移动。

所述筒体在内部形成有圆柱形的孔24，所述孔在其整个长度上具有恒定的直径，除了在图1中所示的右端处，所述孔具有短的扩口部分26。

活塞28在孔24中滑动。定位在凹槽34、36中的轴向隔开的密封环30、32围绕所述活塞28。密封环30、32在所述活塞28的外表面和所述孔24的表面之间密封。

操作杆38通过螺栓40固定至所述活塞28。所述操作杆是液压缸的杆(未示出)，所述液压缸使得所述活塞28在孔24中进行如下所述的往复运动。

主体14限定压力腔42，所述压力腔与筒体12的孔24同轴并形成其的延续。缸的直径等于扩口部分26的最大直径。

压力腔42具有入口44。下面将参照图3描述一个阀结构，所述阀结构控制从入口管(未示出)到压力腔42的待处理材料的流动。

块46通过一圈螺栓(未示出)固定到主体14上。所述块46具有通道48，所述通道的一端与所述压力腔42连通。

在块46的远离压力腔42的表面中形成圆形的凹部50，并且通道48通入所述凹部。

包括圆柱体54和法兰56的插入件52(具体参见图2)由圆形的保持器58固定到位。所述保持器58具有阶梯状的中心开口60，所述中心开口60的形状与插入件52的形状匹配。插入件52的主体54从凹部50突出并且位于出口结构的孔62内，所述出口结构的附图标记通常指定为64。插入件52具有穿过所述插入件的轴向延伸的通道66，所述轴向延伸的通道66具有小于通道48的直径并且与所述通道48轴向对准。

出口结构64包括其中形成有孔62的块68。在所述块68内有圆柱形的中心腔70，所述孔62开放进入所述中心腔70。孔62和腔70是同轴的，并且壁72在所述腔70的一端形成。孔62穿过所述壁72。

在腔70中有一个由硬质耐磨材料制成的套筒74，所述套筒74的一端抵靠在壁72上。

套筒74在内部是阶梯状的，以提供一系列的三个圆形表面76，圆形表面76背对所述壁72，并且与表面76和四个圆柱形表面78依次相接，所述四个圆柱形表面78的直径从左到右逐渐增大。

硬质耐磨材料制成的可自由旋转的梭芯80位于套筒74中。所述梭芯具有与套筒74相匹配的阶梯形状。梭芯80的三个圆形表面在工作状态下压靠在套筒74的对应表面76上。梭芯的四个外圆柱表面位于表面78的径向内侧。因此所述梭芯具有四个节段，如图2所示，四个节段的直径从左向右增大。

梭芯80的最小直径部分通过圆锥体82向左延伸，圆锥体82的顶点形状与通道66的端部形状相匹配。

所述梭芯的最大直径部分在其表面上具有偏转的开槽84。这些开槽的功能将在下面描述。如图2所示，所述梭芯的较大直径部分通过圆柱体86延伸到右侧，所述圆柱体86具有穹顶形的自由端。

所述梭芯80每个节段的直径小于其装配进入的套筒74部分的直径。因此，在每个梭芯节段和插入件的圆柱形表面之间存在一个环形间隙，所述环形间隙在所述节段的径向外侧。如图所示，所述环形间隙的宽度从左到右减小。因此，所述梭芯的最小直径节段和位于其径向外侧的圆柱表面之间的间隙大于下一部分和位于其径向外侧的圆柱表面之间的间隙，以此类推。

套筒74通过管子88保持在适当的位置，所述管子88通过端板90保持在适当的位置，所述端板90通过螺栓(未示出)固定在块68上。附图标记92示出用于容纳螺栓头的一个凹槽。

承载有弹簧的杆94穿过端板90进入所述腔70。杆94的位于所述腔中的端部缩小尺寸并套有螺纹，圆柱形的轴承壳体96被拧到所述杆94的端部上。推力轴承98位于壳体96中螺纹部分的端部，杆94拧入所述螺纹部分的端部。所述推力轴承的右侧座圈是固定的，其左侧座圈可自由转动。插入件52的圆柱体86的穹顶与推力轴承98的可旋转座圈接触。承载所述杆94的弹簧可以由气压缸或液压缸代替。

所述杆94带有止动件(未示出)，所述止动件与固定的支座配合以限制所述杆向右侧的移动。所述杆94只能移动一定的距离，而所述距离足以打开通道66的出口，并使梭芯80的多个节段的轴向面对表面与所述套筒74的多个表面76分开。

人们将理解，腔70在一方面的管88以及另一方面由其承载的杆94和部件之间形成环形出口腔。块68的出口100与所述腔70连通。

尽管在本发明的优选形式中，所述套筒74和梭芯80是圆柱形的，但是也可以使用其他的形状。例如，所述节段的截面可以是正方形或三角形。

所述入口44和待处理的有机材料源之间的球阀结构具有打开位置和关闭位置。当球阀打开时，切碎的有机材料块被泵入压力腔。在特定的时间间隔之后，球阀关闭从而以将所述压力腔42与有机材料源隔离。

活塞28在图3中显示为处于其完全缩回的位置。所述阀结构打开，待处理的有机材料此时被泵送到压力腔42中。通道48、66中没有压力，因此，作用在杆94上的弹簧或压力缸迫使圆锥体82的顶点进入通道66的出口端。

一旦压力腔42被充满，所述阀结构的阀关闭，活塞28开始向右移动，使得腔42中的压力平稳地增加。所述活塞28向右的移动受到限制，使得右侧密封环30始终位于所述扩口部分26的左侧(如图1所示)。

所述腔42中的压力促使有机产物沿通道48、66流向圆锥体82，所述圆锥体82在此阶段关闭通道66的出口端。压力在通道66的出口端累积，直到其克服弹簧或圆柱体施加的闭合力为止。然后，所述梭芯80向右移动，打开通道66的出口端，并将梭芯的圆形表面与套筒74的被弹簧挤压的那些表面分开。

有机材料从通道48流入较窄的通道66，有机材料的流动速度相应增加。速度可以在500-6000kph之间，并且优选在2000-4000kph的范围内。处于高压和高速状态下的有机材料通过圆锥体82扩散，从而使有机材料在所有方向上径向地向外流动，进入在所述梭芯80的最小节段和所述套筒74的最小内向面对表面之间的环形间隙。所述环形间隙构成第一节段的入口端。所述材料撞击在圆形冲击表面上，所述圆形冲击表面位于梭芯的最小节段和所述梭芯的相邻节段之间，因此其位于所述第一节段的出口端。然后，所述材料再次向外流动，撞击在环绕所述梭芯的第二小节段的套筒74的表面上。当所述材料从一个节段移动到另一个节段时，它会多次撞击所述梭芯和套筒的表面，直到它流入由腔体70构成的出口腔为止。所述材料从出口腔流过所述出口100。

一旦活塞28到达其行程的终点，就不可能再加压，并且所述活塞会回缩(至左侧，如图1所示)。仅仅当所述活塞已经开始回缩，并且所述压力腔42中的压力得到释放后，在入口中的阀结构的球才旋转以打开入口，并允许下一次填充的有机材料流入压力腔42中。

沿着开槽84流动的正在处理的材料使得所述梭芯80以几(例如2或3)rpm的转速转动。实验工作已经表明，这可以避免所述梭芯上的不均匀磨损。

压力、流速和尺寸参数如下：-

压力腔中的最大压力–200至2000巴，优选300-1600巴，更优选350-1200巴。

通道66的直径–0.05mm至8mm，优选为0.1至6mm。

所述梭芯80和插入件之间的环形间隙为72–100微米，100微米，75微米，50微米，25微米。

所述梭芯的最大移动量为100微米。

通过适当选择所讨论的参数，所述设备可以处理粘度高达250000厘泊的有机材料。

为了处理含有金属的矿石，首先将矿石压碎，然后在球磨机或类似装置中还原成颗粒形式。将颗粒分散在惰性液体(例如水)中以形成浆料，然后将所述浆料投放至如上所述的设备中。也可以将颗粒分散在浸出酸中，从而在减小粒径的同时进行提取过程。

Claims (20)

1.一种用于处理材料的设备，所述设备包括：通道，所述通道具有一系列相通的节段，至少包括第一节段和第二节段，每个节段具有入口端和出口端，每个节段相对于其先前的节段倾斜角度；撞击壁，所述撞击壁位于每个节段的出口端；以及往复式活塞，所述往复式活塞用于对所述材料加压，以便在使用中，所述材料流入所述通道的第一节段的入口端，从所述第一节段的出口端冒出，撞击在位于所述第一节段的出口端的撞击壁上，改变方向然后流入所述第二节段；

所述设备包括限定表面的套筒和限定与所述套筒的表面相对应的表面的梭芯，所述通道形成于所述套筒和所述梭芯的所述相对应的表面之间的间隙，所述设备进一步包括促使所述梭芯朝向所述套筒的弹簧、气压缸或者液压缸。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述节段彼此成直角。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述套筒具有内部阶梯孔，以提供交替的轴向面对表面和径向内向面对圆柱形表面，所述径向内向面对圆柱形表面的尺寸从所述孔的一端到另一端增大；其中所述梭芯匹配所述孔的尺寸，并且所述梭芯具有与圆柱形表面交替的轴向面对表面，所述圆柱形表面的尺寸从所述梭芯的一端到另一端增大，在所述梭芯的每个圆柱形表面和所述套筒的圆柱形表面之间都有环形间隙，所述套筒位于所述环形间隙的径向外部。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述环形间隙的宽度在从所述套筒和梭芯的较小端朝向它们较大端的方向上减小。

5.根据权利要求3所述的设备，其中所述弹簧、气压缸或者液压缸用以将所述梭芯的轴向面对表面强压紧靠所述套筒的轴向面对表面。

6.根据权利要求3所述的设备，其中所述梭芯在其较小直径的端部具有密封件，所述较小直径的端部配合进入通道的出口端，所述通道通往给所述材料加压的装置，所述密封件在其中一个位置密封所述出口端。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述通道包括两个或更多个节段，每个节段的横截面积小于其上游节段的横截面积。

8.根据权利要求3所述的设备，其中所述梭芯在其最大直径的圆柱形表面上具有偏转的开槽，因而在使用中，流入这些开槽的材料使得所述梭芯转动。

9.根据权利要求1所述的设备，其中所述往复式活塞布置在具有端壁和侧壁的筒体中，用于使所述活塞以交替的向前加压冲程和缩回冲程进行往复运动的装置，使得所述材料从所述筒体受压穿过出口进入所述通道的第一节段。

10.根据权利要求9所述的设备，其中所述筒体具有定位于所述筒体的侧壁中的入口，并且其中所述出口位于所述筒体的端壁中，当所述活塞处于其加压冲程的末端时，所述入口位于所述出口和所述活塞之间。

11.根据权利要求10所述的设备，所述设备包括进给阀和控制系统，所述进给阀具有允许有机产品进入所述筒体的打开位置和禁止有机产品流入所述筒体的关闭位置；所述控制系统保持所述进给阀关闭直到所述活塞已经开始缩回冲程之后。

12.根据权利要求9所述的设备，其中用于使所述活塞往复运动的所述装置包括从液压缸或气压缸选择的缸，所述液压缸或气压缸中有驱动活塞和附接至所述驱动活塞的活塞杆，所述活塞杆延伸穿过所述缸的端壁，跨过间隙并附接至所述筒体中的活塞。

13.一种处理有机材料的方法，所述方法包括在200-2000巴的压力下将所述材料压入孔中，以使所述材料以500-6000kph的速度从所述孔中冒出，促使所述材料从所述孔流过通道，所述通道包括多个相通的节段，每个节段具有入口和出口，并且每个节段相对于其先前的节段倾斜角度，使得所述材料在从一个节段流向下一所述通道的节段时改变方向，并在每个节段的出口端提供撞击壁，使得在所述材料从每个节段冒出时，所述材料撞击在位于该节段的所述端的撞击壁上，改变方向并流入该系列节段的下一个所述通道的节段；

所述通道限定在限定表面的套筒和限定与所述套筒的表面相对应的表面的梭芯的相对应的表面之间的间隙，所述方法还包括使用弹簧、气压缸或者液压缸促使所述梭芯朝向所述套筒。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述压力在300-1600巴之间。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述压力在350-1200巴之间。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述速度在2000-4000kph之间。

17.一种处理有机材料的方法，所述方法包括以至少200巴的压力迫使所述材料穿过直径在0.05mm至8mm之间的孔，使所述材料从所述孔流动穿过通道，所述通道包括多个节段，每个节段具有入口和出口，并且每个节段相对于其先前的节段倾斜角度，使得所述材料从一个节段流动至下一个所述通道的节段时改变方向，并在每个节段的出口端处提供撞击壁，从而当所述材料从每个节段冒出时，撞击在位于该节段所述端的撞击壁上，改变方向并流入该系列节段的下一个所述通道的节段；

所述通道限定在限定表面的套筒和限定与所述套筒的表面相对应的表面的梭芯的相对应的表面之间的间隙，并且所述方法还包括使用弹簧、气压缸或者液压缸促使所述梭芯朝向所述套筒。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述材料被强压通过具有两个首尾相连的节段的孔，上游节段的直径大于下游节段的直径。

19.根据权利要求16所述的方法，其中所述孔的直径在0.1mm至8mm之间。

20.一种处理无机材料的方法，所述方法包括将所述无机材料还原成颗粒形式，将所述颗粒材料分散在液体中以形成浆料，迫使所述浆料在200-2000巴之间的压力下进入孔中，以使所述浆料以500-6000kph的速度从所述孔中冒出，促使所述浆料从所述孔流动穿过通道，所述通道包括多个节段，每个节段具有入口端和出口端，并且每个节段相对于其先前的节段倾斜角度，使得所述浆料在从一个节段流向下一所述通道的节段时改变方向，并在每个节段的出口端提供撞击壁，从而在所述浆料从每个节段冒出时，所述浆料撞击在位于该节段所述端的撞击壁上，改变方向并流入该系列节段的下一个所述通道的节段；

所述通道限定在限定表面的套筒和限定与所述套筒的表面相对应的表面的梭芯的相对应的表面之间的间隙，并且所述方法还包括使用弹簧、气压缸或者液压缸促使所述梭芯朝向所述套筒。

Images