-
Hintergrund
der Erfindung
-
Diese
Anmeldung bezieht sich auf ein Verfahren zum Freisetzen und Extrahieren
von intrazellulärem
Material aus Pflanzen-, Pilz-, Tier- und Bakterienzellen.
-
Viele
Pflanzen, Tiere, Bakterien und Pilze weisen in ihren Zellen nützliches
Material auf. Diese Materialien können in Arzneimitteln, Nahrungsmittelzusatzstoffen,
Lotionen und Ähnlichem
nützlich
sein. Andere können
landwirtschaftliche oder industrielle Anwendbarkeit besitzen. In
den Zellen der Kava-Pflanze
gibt es beispielsweise kleine Körnchen von
Kava-Laktonen, die neurologisch aktiv sind. Die Einwohner der Pazifischen
Inseln kultivieren die Kava-Pflanze
und bereiten aus den zerhackten Kava-Kava-Wurzeln einen sedativen
bzw. beruhigenden Tee, der ein Trockengewicht von ungefähr 5 – 15% Kava-Laktonen besitzt.
Ein aus Kava-Pflanzen hergestelltes Pulver wird in Kapselform als
ein Nahrungsmittelzusatz verkauft. Wegen der Dicke der Zellulosewände der
Kava-Pflanzen ist es jedoch schwierig, die Kava-Laktonenkörnchen zu
extrahieren.
-
Alle
Pflanzen- und Pilzzellwände
bestehen primär
aus Zellulose, die im Allgemeinen in Form von langen, vernetzten
Faserbündeln
auftritt. Derartige Zellwände,
die für
Pflanzen und Pilze eine mechanische Stützstruktur liefern, sind notwendigerweise sehr
kräftig
und beständig
gegenüber
leichtem Geöffnet- oder Auseinandergebrochenwerden
durch mechanische oder chemische Verfahren.
-
Ein
Verfahren des Aufbrechens der Zellwände, um inneres Material freizusetzen,
geschieht durch Mahlen oder Zerkleinern des Pflanzen- oder Pilzmaterials.
Viele Zellwände
werden jedoch durch Mahlen oder Zerkleinern nur gequetscht und nicht aufgebrochen.
Viel erstrebenswertes Material kann in der Hülle der gequetschten Zellwände zurückbleiben. Das
Mahlen oder Zerkleinern des Pflanzen- oder Pilzmaterials vermischt
alle Materialien der Zellen miteinander, einschließlich der
Zellulose, was es schwierig macht, das nützliche Material von dem unerwünschten
Abfall bzw. Restmaterial zu trennen. Das gemahlene bzw. zerkleinerte
Produkt ist verunreinigt – das
Produkt enthält
alle Verunreinigungen, die vor dem Mahlen bzw. Zerkleinern in dem
Ausgangsmaterial enthalten waren. Da jede Pflanzenprobe einen unterschiedlichen
Gehalt an Verunreinigungen oder inaktiven Bestandteilen enthalten
kann, kann die Wirksamkeit des gemahlenen oder zerkleinerten Produkts
für den
beabsichtigten Zweck stark variieren.
-
Ein
anderes Verfahren, um Zellulosezellwände zu öffnen, um intrazelluläres Material
zu extrahieren, geschieht mit Chemikalien, die die Zellwände abbauen.
Diese Chemikalien können
Lösungsmittel oder
Säuren
umfassen, welche das erwünschte
Material innerhalb der Zellen kontaminieren können. Zusätzliche Bearbeitung kann erforderlich
sein, um die Chemikalien zu entfernen, was die Kosten des Extraktionsprozesses
erhöht.
Auch können
die Chemikalien das erwünschte
intrazelluläre
Material chemisch verändern,
es abschwächen,
nutzlos oder so gar schädlich
machen.
-
Etwas
Material kann aus dem Zellinneren extrahiert werden, wie beispielsweise
mit Tee aus Kava-Kava, durch Einweichen des Pflanzen- oder Pilzmaterials
in heißem
oder kochendem Wasser. Dieser Prozess bzw. das Verfahren kann viel
des erwünschten
Materials innerhalb der Zelle zurücklassen. Pflanzen- oder Pilzmaterial
hohen Temperaturen auszusetzen kann das gewünschte Material auch abbauen, es
veranlassen, mit anderem Material innerhalb der Zellen zu reagieren,
oder auf andere Art und Weise seine Wirksamkeit reduzieren.
-
US-A-5,330,913
bezieht sich auf ein Verfahren zum Sprengen der Grünalgen- bzw. Chlorella-Zellwände. Die
Chlorella-Zellen befinden sich in einem dicht abgedichteten Behälter, der
auch Glaskugeln enthält,
um eine Verschiebung von einem Hochdruckzustand zu einem Niederdruckzustand
zu erzeugen.
-
Gemäß DATABASE
WPI Week 198140 Derwent Publications Ltd., London, GB; AN 1981-73136d
XP002157502 &
SU 794 072 A (INST EXPERIMENTALNOI
VETERINAR), wird Biomasse einem Druckabfall von 80 – 100 Atmosphären auf
atmosphärischen
bzw. Umgebungsdruck unterworfen, was in einer Desintegration bzw.
einer Auflösung
der Zellwand resultiert. Insbesondere unterliegt eine Bakteriensuspension
in einem Druckgefäß destruktivem
Zerbersten.
-
GB-A-143,196
bezieht sich auf die Extraktion von Fettstoff aus Abfall und anderer
fetthaltiger Substanz und offenbart, „grünen" Abfall oder andere schmierfett- oder ölhaltigen
Materialien in einen Extraktor zu platzieren und darin einen negativen
Druck zu erzeugen und dann den negativen Druck schnell zu entlasten,
das Material wird dann einem Druck oberhalb des Umgebungsdrucks
ausgesetzt, der für eine
gewisse Zeit aufrechterhalten wird, und zwar abhängig von der Natur des Materials,
und dann wird dieser Druck schnell entlastet. Danach wird das Material
wiederum positivem Druck ausgesetzt und wird veranlasst in einem
Fettlösungsmittel
einzutauchen. Nachdem es für
eine Weile bei diesem Druck eingetaucht bleibt, wird der Druck wesentlich
erhöht
und für
eine Weile aufrechterhalten. Dann wird der Druck entlastet, um darauf
folgend das Lösungsmittel
von der Masse herauszuziehen.
-
Gemäß DATABASE
WPI Week 198745 Derwent Publications Ltd., London, GB; AN 1987-319141d
XP002157500 &
SU 1 292 797 A (VNII
KONSERVNOJ OVOSHCHESUSHIL), wird Pflanzenmaterial in einen Mehrkammer-Extraktor
geladen und wird durch einen Extraktionsmittelgegenstrom extrahiert.
Während
der Extraktion wird die feste Phase periodisch komprimiert. Die
Frequenzen der alternierenden Druckänderungen in den drei Stadien
bzw. Stufen sind 0,2–0,5,
0,5–2,0
bzw. 0,1–0,31 Zyklen
pro Minute. Diese Zyklen sind ziemlich langsam und sanft und nicht
in der Lage, die Zellwände zu öffnen, um
dadurch das intrazelluläre
Material aus den Zellen freizugeben.
-
DATABASE
WPI Week 199225 Derwent Publications Ltd., London, GB; AN 1992-206428 XP002157501 &
SU 1 663 021 A (LVOVSKIJ
POLT INST) be zieht sich auf die Extraktherstellung aus zerkleinertem
Pflanzenmaterial. Sättigungszyklen
von 6–8
sek alternieren mit Kompressionszyklen von 1–3 sek und letztere werden
durchgeführt
bei Druckänderungen
von 500 auf 1100 Pa. Die Zyklen sind ziemlich langsam und nicht
in der Lage, die Zellwände
zu öffnen,
um dadurch das intrazelluläre
Material aus den Zellen freizugeben.
-
DATABASE
WPI Week 198736 Derwent Publications Ltd., London, GB; AN 1987-256045 XP002157515 &
SU 1 286 232 A (INST TEKHN
TEPLOFIZIKI AN USSR) bezieht sich auf die Extraktion von Feststoffmaterialien,
wie beispielsweise Belladonna-Blätter,
wobei der Feststoff mit einem Lösungsmittel
in Kontakt gebracht wird bei reduziertem und erhöhtem Druck. Der erhöhte Druck
wird erzeugt, indem man die zuvor erwärmte Lösung innerhalb des geschlossenen
Volumens aufkochen lässt. Während der
Phase mit reduziertem Druck wird das Überhitzen um 5-15°C ab dem
Siedepunkt gehalten, während
die Druckfrequenz innerhalb der Grenzen von 0,1–2 Hz geändert wird. Genauer gesagt,
wird das System auf 80°C
erwärmt
und 2 Minuten lang bei dieser Temperatur gehalten, während der
Gasraum mit der Atmosphäre
verbunden wird. Dann lässt
man die Lösung
1 Minute lang kochen und der Druck ändert sich mit einer Frequenz
von 1 Hz zwischen einem Vakuum von 30 kPa und Atmosphärendruck. Die
Druckänderungen
sind ziemlich langsam und sanft und sind nicht in der Lage, die
Zellwände
zu öffnen,
um dadurch das intrazelluläre
Material aus den Zellen freizugeben.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Gemäß einem
Aspekt sieht die Erfindung ein mechanisches Verfahren zum Freisetzen
eines intrazellulären
Materials aus biologischem Material, das Zellen mit Zellwänden besitzt,
vor. Das Verfahren schließt
ein, dass Stücke
biologischen Materials schnell abwechselnden ansteigenden und abfallenden
Drücken
ausgesetzt werden, die Stoß-
bzw. Schockwellen umfassen können,
und das Öffnen
der Zellwände
mit den Druckanstiegen und -abfällen. Dies setzt
das intrazelluläre
Material aus den Zellen frei und erzeugt eine heterogene Mischung,
die aus Zellwandfragmenten und dem intrazellulären Material besteht. Man nimmt
an, dass die sich schnell abwechselnden Drücke bewirken, dass die Elastizitätsgrenze
der Interzellularbindung überschritten
wird, wodurch diese Bindungen zerbrochen werden und die Zellen voneinander
getrennt werden. Die Elastizitätsgrenze
der Zellwände
wird auch überschritten, wodurch
die Zellwände
nachgeben, zerreißen,
platzen, oder sich auf andere Art und Weise öffnen und weiter zerfallen,
wodurch das intrazelluläre
Material freigesetzt wird. Das Verfahren ist besonders nützlich zum
Freisetzen von intrazellulärem
Material aus Pflanzen- und Pilzsubstanz, die primär aus Zellulose gebildete
Zellwände
besitzt.
-
Gemäß weiterer
Merkmale dieses Verfahrens, werden aus den Zellen mit Druckanstiegen
und -abfällen
freigesetztes Wasser und flüchtige
Bestandteile verdampft, und zwar derart dass die Mischung einen
niedrigeren Wassergehalt und einen niedrigeren Gehalt an flüchtigen
Verbindungen besitzt als das biologische Material. Die schnellen Druckanstiege
und -abfälle
können
das biologische Material auch derart erwärmen, dass die Mischung mit
einer Temperatur hergestellt wird, die über einer anfänglichen
Umgebungstemperatur liegt, die von dem Material und den Betriebsbedingungen
abhängt.
-
Eine
Mühle,
um das biologische Material den Druckänderungen auszusetzen, kann
ein Gehäuse umfassen,
das durch Folgendes gekennzeichnet ist: ein erstes Ende, welches
einen Eingang aufweist, der geeignet ist, um biologisches Material
in das Gehäuse
einzuführen,
ein zweites Ende, das einen Ausgang umfasst, der zum Entfernen der
Mischung geeignet ist, und sich längs erstreckende Innenseiten, die
dort, wo sie sich treffen, sich längs erstreckende Innenecken
bilden. Eine Rotoranordnung innerhalb des Gehäuses ist durch eine drehbare
Welle gekennzeichnet, die sich längs
durch das Gehäuse
zwischen den ersten und zweiten Enden erstreckt, und durch eine
Vielzahl von Rotoren, die mit der Welle zur Drehung damit gekoppelt
sind. Rotoren der Vielzahl von Rotoren weisen jeweils eine Rotorplatte
auf mit einer Umfangskante, die eine Vielzahl von Scheiteln bilden,
und Schaufeln auf einer Seite der Rotorplatte, die sich annähernd radial
von den entsprechenden Scheiteln erstrecken. Eine Zumessplatte ist
zwischen benachbart angeordneten Paaren der Vielzahl von Rotoren
positioniert. Jede Zumessplatte erstreckt sich nach innen von der
Innenseite des Gehäuses
zu einer Mittelöffnung,
die eine Zumessöffnung
um die Welle herum vorsieht. Jede der Mittelöffnungen ist kleiner als die
Rotorplatten des entsprechenden Paares von Rotoren. Umfangsmäßig beabstandete
Glieder oder Pfosten sind nahe jedem der Rotoren angeordnet. Diese
Glieder erstrecken sich nach innen von den Ecken des Gehäuses zu
den Rotoren, so dass die Schaufeln dicht an den Gliedern vorbeilaufen, wenn
sich die Rotoranordnung dreht.
-
Das
biologische Material wird in den Eingang eingespeist bzw. gefüllt, während sich
die Rotoranordnung dreht, typischerweise bei Geschwindigkeiten über ungefähr 2500
Upm, und zwar derart, dass das biologische Material in einer Coanda-Strömung durch
das Gehäuse
mitgerissen wird. Das Aussetzen des biologischen Materials gegenüber abwechselnd ansteigenden
und abfallenden Drücken
schließt
ein, dass das biologische Material veranlasst wird, in einem abwechselnd
auswärts
und einwärts
gerichteten Fluss bzw. Strömung
um die Umfangskanten der Rotorplatten herum und durch die Zumessöffnungen hindurch
zu fließen.
Der Druck auf das biologische Material wird abwechselnd erhöht und abgesenkt während die
Strömung
durch jede Zumessöffnung hindurchgeht
und sich in dem Raum unter bzw. hinter jeder Zumessplatte ausdehnt.
Kompression und Dekompression treten in der Strömung auch auf, wenn die Schaufeln
an den flachen Seiten und den offenen Ecken der Gehäuseseiten
vorbeilaufen und auch, wenn die Schaufeln dicht an den sich nach
innen erstreckenden Gliedern vorbeilaufen. Diese Kompressionen und
Dekompressionen können
von unterschiedlichen Größen und
Zeitspannen sein. Die Coanda-Strömung
erfolgt im Wesentlichen ohne Stöße des biologischen
Materials unter großem
Winkel auf die Rotoranordnung, die Zumessplatten oder die Innenseiten
des Gehäuses.
-
Die
Rotoren können
winkelmäßig zueinander
versetzt sein, so dass die Kompressionen und Dekompressionen nicht
synchronisiert sind. Eine Serie von Kompressionen und Dekompressionen
wird aufgebaut bei Frequenzen, die von der Zahl der Rotoren, der
Anzahl der Scheitel auf jedem Rotor, der Anzahl der Seiten in dem
Gehäuse
und der Anzahl der sich einwärts
erstreckenden Glieder abhängt.
Die Druckänderungsfrequenzen
können
so eingestellt sein, dass sie mit einem bestimmten Material resonieren
und dadurch effektiver unterschiedliche Materialien aufgeschlossen
bzw. desintegriert werden. Daher kann hier auf diesen Mühlentyp
als eine Resonanz-Desintegrations(RD)-mühle Bezug genommen werden.
-
Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Freisetzen eines intrazellulären Harzmaterials
aus Zellen von pflanzlicher Rohstoffmasse Folgendes: das Aussetzen
der Pflanzenrohstoffmasse gegenüber schnellen
Druckanstiegen und -abfällen
und Öffnen der
Zellwände
durch die Druckanstiege und -abfälle, hierdurch
Freisetzen des Harzmaterials aus den Zellen und Produzieren einer
heterogenen Mischung, die aus Zellwandfragmenten und dem Harzmaterial besteht.
Das Verfahren umfasst ferner das Platzieren von Partikeln bzw. Teilchen
der Mixtur in eine Flüssigkeit,
Sedimentieren der Teilchen des Harzmaterials in der Flüssigkeit
und Entfernen der sedimentierten Teilchen des Harzmaterials.
-
Die
Flüssigkeit
kann Wasser sein, ein organisches Lösungsmittel, beispielsweise
Alkohol, oder eine Mischung aus Wasser und dem organischen Lösungsmittel.
Die in der Flüssigkeit
platzierten Teilchen können
eine gesiebte Fraktion der Mixtur sein. Das Verfahren kann auch
das Trocknen der sedimentierten Teilchen umfassen.
-
Die
pflanzliche Substanz kann Stücke
von Piper methysticum (Kava Kava) aufweisen, wobei das Harzmaterial
Kava-Laktone umfasst.
-
Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Freisetzung intrazellulären Materials
aus biologischem Material, das Zellwände besitzt, Folgendes: Aussetzen
des biologischen Materials gegenüber schnellen
Druckanstiegen und -abfällen
und Überschreiten der
Elastizitätsgrenze
der Zellwände
mit den schnellen Druckanstiegen und – abfällen. Dies öffnet hierdurch die Zellwände und
setzt das intrazelluläre
Material frei. Das Verfahren kann ferner den Schritt des Überschreitens
der Elastizitätsgrenze
interzellulärer
Verbindung zwischen den Zellen durch schnelle Druckanstiege und
-abfälle
umfassen, wodurch die Zellen voneinander getrennt werden.
-
Das
Anwenden der Resonanzdesintegration bzw. Resonanzzertrümmerung,
um biologische Materialien zu verarbeiten, besitzt gegenüber mechanischem
Mahlen oder Stoßpulverisierungsverfahren zahlreiche
Vorteile. Eine RD-Mühle
kann mit verschiedenen Geschwindigkeiten betrieben werden und kann
einen weiten Bereich verschiedener Frequenzen erzeugen. Folglich
ist es ein vielseitiges Instrument zum Erzeugen von Kräften, die
für die
RD benötigt
werden. Die Wärme,
die während
des schnellen Prozesses der RD erzeugt wird, ist moderat und daher
werden wärmeempfindliche
biologische Moleküle
nicht zerstört.
Eine RD-Mühle
kann auch Materialien aufnehmen, die einen bedeutenden Wassergehalt
aufweisen. Während
des Zerkleinerns wird Wasser heraus getrieben, was in einem trockenen
oder trockeneren Produkt resultiert.
-
Das
Prozessprodukt hat einen reduzierten Wassergehalt. Wenn Pflanzen-
oder Pilzmaterial verarbeitet wird, besitzen die Zelluloseteilchen
in dem Produkt eine im Allgemeinen größere Größe als andere Produktmaterialien.
Jede dieser Eigenschaften macht das gewünschte Material leichter von
der Zellulose trennbar, beispielsweise mit einem Wind- bzw. Luftstromsichter
oder durch Sieben. Ein reineres und wirksameres Produkt wird hergestellt.
-
Wenn
der Wassergehalt des biologischen Materials ungefähr 40 Gewichts-%
oder weniger beträgt,
befindet sich das freigesetzte intrazelluläre Material in Form eines trockenen
Pulvers, das leicht durch die Nahrungsaufnahme assimiliert werden kann.
Der Prozess erhöht
die verfügbare
freigelegte Oberfläche
des intrazellulären
Materials zur effizienteren Extraktion mit wässrigen oder organischen Lösungsmitteln.
-
Der
Freisetzungsprozess kann ohne den Gebrauch von Chemikalien oder
Lösungsmitteln
durchgeführt
werden, wodurch ein reineres Produkt hergestellt wird und das Risiko
der chemischen Veränderung
des Produktes reduziert wird. Schüttgut bzw. Ausgangsmaterialien,
die Stücke
von Pflanzen-, Pilz- und Tiermaterial enthalten, können mit
einer RD-Mühle
verarbeitet werden. Ein reineres und konzentrierteres Produkt des
intrazellulären
Materials kann auf eine kostengünstige
Weise gemäß diesen Verfahren
hergestellt werden.
-
Ein
zusätzlicher
Vorteil der Verwendung einer RD-Mühle, um intrazelluläre Produkte
aus biologischem Material freizusetzen liegt darin, dass sie Bakterien
zerstören
kann, wodurch die bakterielle Belastung des hergestellten Materials
reduziert wird.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnung
-
Die
Erfindung ergibt sich unter Bezug auf die folgende detaillierte
Beschreibung und die Zeichnungen; in den Zeichnungen zeigt:
-
1 eine
Aufrissansicht einer Zerkleinerungs- bzw. Mahlvorrichtung, die verwendet
wird, um intrazelluläres
Material aus Zellen biologischen Materials freizusetzen;
-
2 eine
Draufsicht auf die in 1 dargestellte Mühle;
-
3 eine
Aufrissansicht eines Rotoranordnungsgehäuses der in 1 dargestellten
Mühle;
-
4 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 der 3,
in der ein Verteilerrotor in Draufsicht gezeigt ist;
-
4A ein
Detail der 4;
-
5 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie 5-5 der 4,
die die Rotoranordnung innerhalb des Rotoranordnungsgehäuses zeigt;
-
6 eine
Bodenansicht des Rotoranordnungsgehäuses;
-
7 eine
auseinander gezogene Ansicht des Verteilerrotors;
-
8 eine
Draufsicht einer Zumessplatte der Rotoranordnung;
-
9 eine
Draufsicht eines Rotors;
-
10A und 10B Aufrissansicht
bzw. eine Draufsicht eines Rotoranordnungstragstifts;
-
11 eine
Draufsicht eines Teils eines Rotors mit einem weiteren Ausführungsbeispiel
einer Rotorschaufel; und
-
12 eine
Querschnittansicht entlang der Linie 12-12 der 11.
-
Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
-
Intrazelluläres Material
von Pflanzen, Tieren, Pilzen und Bakterien, welches Proteine, Enzyme, Fette,
Aminosäuren,
membrangebundene Materialien, Stärkespeicherkörnchen und
andere Körnchentypen
enthalten kann, sind oft begehrte Substanzen von Nähr- oder
pharmazeutischem Wert. Die Zellulosewände der Pflanzen- und Pilzzellen
sind in hohem Maße
aus verwebten und vernetzten Zellulosefäden zusammengesetzt, was ein
beträchtliches
Hindernis für
die Extraktion intrazellulärer
Inhaltsstoffe darstellt. Die Erfindung liefert Verfahren des Extrahierens
des aktiven oder gewünschten
intrazellulären
Materials aus den Zellen des biologischen Materials, inklusive aus
Schüttgut
bzw. Stücken
von Pflanzen oder Pilzen.
-
Biologisches
Material, einschließlich
von Stücken
von Pflanzen-, Tier- oder Pilzsubstanz, kann in Großmengen
bei niedrigen Kosten verarbeitet werden durch Verwendung einer Resonanz-Desintegrationsmahlmaschine,
oder RD-Mühle, die
in größerem Detail
beschrieben werden wird. Eine RD-Mühle unterwirft das biologische
Material sich schnell abwechselnden Druckanstiegen und -abfällen, was
Schockwellen umfassen kann, bei Temperaturen, die den Charakter
des Komponentenmaterials nicht verändert. In einer RD-Mühle wird
Substanz in kleinere Teilchen zerbrochen, wenn die natürliche Elastizität der fraglichen
Substanz durch die schnellen Druckänderungen überschritten wird. In einer
derartigen Mühle
können
gewisse Frequenzen erzeugt werden, die vorgegebene Formen der Substanz
desintegrieren bzw. aufspaltet. Die optimale Desintegrationsfrequenz
wird für
unterschiedliche Materialien variieren, da unterschiedliche Substanzen
unterschiedliche Eigenresonanzen besitzen. Die Resonanz-Desintegration
ist kein Zufallsvorgang, was für
die Pulverisie rung vom Stoßtyp
charakteristisch ist. Wenn ein vorgegebener Satz von Frequenzen
angewandt wird, werden Materialien aus zahlreichen Inhaltsstoffen unterschiedlicher
Elastizität
in Teilchen innerhalb eines breiten Größenbereichs zerlegt. Es wird
angenommen, dass die schnellen Druckänderungen in der Mühle die
Einzelzellen der Pflanzen- und Pilzsubstanz voneinander trennen
und ferner die Zellwände spalten,
zerreißen,
einreißen,
zerbersten oder auf andere Art und Weise öffnen und weiter fragmentieren.
Dies setzt das intrazelluläre
Material frei. Die Mühle
setzt auch Wasser und flüchtige
Materialien frei und treibt sie im Wesentlichen aus dem biologischen
Material heraus. Die freigesetzten intrazellulären Inhaltsstoffe sind für Assimilation
in dem Verdauungstrakt verfügbarer.
-
Eine
RD-Mühle
produziert ein im Wesentlichen pulverisiertes Produkt mit einem
reduzierten Gehalt an Wasser und flüchtigen Komponenten. Wenn Stücke des
Pflanzen- oder Pilzmaterials verarbeitet werden, besitzen die Teilchen
unterschiedliche Größen, da
die natürliche
bzw. Eigenelastizität
der verschiedenen Pflanzen- und Pilzstrukturen nicht die gleiche
ist. Zelluloseteilchen im Produkt neigen dazu, relativ größer zu sein
als Teilchen aus Material, das aus dem Inneren der Zellen freigesetzt
wurde. Wir haben auch beobachtet, dass in einigen Fällen intrazelluläre Materialien
von der Mühle
in Größenbereiche
verarbeitet werden, die für
unterschiedliche Materialien differieren. Das sich ergebende Produkt
ist eine trockene heterogene Mischung, die große Zellulose- und holzige Fragmente
und kleine Fragmente intrazellulären
Materials aufweist.
-
Teilchen
unterschiedlicher Größe und Dichte können in
einigen Fällen
durch Verwendung der üblichen
trockenen Teilchenfraktionierungs- oder Siebverfahren getrennt werden.
Einige andere Materialien aus dem Inneren einiger Zellen können von
dem heterogenen Produkt getrennt werden durch Extraktion mit Wasser
oder organischen Lösungsmitteln, Sedimentation
oder eine Kombination solcher Vorgänge. Je größer der Oberflächenbereich
eines Teilchens relativ zu seiner Masse ist, desto größer ist
die Lösbarkeits-
und Extraktions rate. Die RD-Bearbeitung von Pflanzenmaterialien
fragmentiert die Zellen und liefert feine Teilchen, die leichter
lösbar
sein können.
-
Große polymere
Moleküle
sind oft zusammengepackt und in den Pflanzen- und Tierzellen gespeichert. Eine RD-Mühle kann
diese großen
Moleküle
freisetzen und große
Cluster der Moleküle
weiter aufbrechen, ohne an den individuellen Molekülen Schaden
in großem
Maßstab
anzurichten. Dies ist möglich,
da die RD bei Kraftpegeln durchgeführt werden kann, die zwischen
starken kovalenten chemischen Bindungen und schwächeren intermolekularen Kräften, die
die Moleküle
miteinander verbinden, um Cluster oder Kristalle unterschiedlicher
Größe zu bilden,
unterscheiden können.
-
Der
Prozess ist für
nahezu alle aus Zellen bestehenden biologischen Materialien, einschließlich Kräuter, Heil-
und Nahrungsmittelpflanzen und Pilze geeignet. Jeder Teil einer
Pflanze kann verarbeitet werden, einschließlich der Blätter, Stiele,
Wurzeln, Rinde und Samen. Pilzmaterial, wie beispielsweise Pilze,
können
als Ganzes oder als Teil verarbeitet werden.
-
Kräuter, die
entsprechend verarbeitet werden können, um intrazelluläre Materialien
freizusetzen, umfassen ohne Einschränkung die Folgenden: Luzerne
(Medicago sativa); Gemeine Mandel bzw. Süßmandel (Prunus amygdalus);
Aloe vera bzw. Curacao-Aloe (Aloe barbadensis, einige Sorten und
verwandte Arten); Echter oder Gartenengelwurz (Angelica archangelica);
Anis (Pimpinella anisum); Arnika oder Bergwohlverleih (Arnica montana);
Artischocke (Cynana scolymus); Astragalus (Astragalus membranaceus);
Basilikum (Ocimum basilicum); Gagelstrauch- bzw. Wachsmyrtenrinde
(Myrica certifera); Heidelbeere bzw. Blaubeere (Vaccinium myrtillus); Traubensilberkerze
(Cimicifuga racemosa); Schwarze Walnuss (Juglans nigra); Benediktenkraut
(Cnicus benedictus); Wasserhanf (Eupatorium perfoliatum); Boretsch
(Borago officinalis); Bukko bzw. Bucco (Barosma betulina); Große Klette
(Arctium lappa); Stechender Mäusedorn
(Ruscus aculeatus); Gemeine Ringelblume (Calendula officinalis);
Kardamom (Elletaria cardamomum); Cayenne-Pfeffer (Capsicum frutescens);
Echter Kümmel
(Carum carvi); Echte Katzenminze (Nepeta cata ria); Echte Kamille
(Matricaria chamomilla); Kreosotbusch bzw. Larrea (Larrea tridentata);
Eisenkrautgewächse
(Verbenaceae); Vogel-Sternmiere (Stellaria media); Schnittlauch
(Allium schoenoprasum); Gewürznelke
(Caryophyllus aromaticus); Gemeiner Beinwell (Symphytum officinale); Großfrüchtige Moosbeere
(Vaccinium macrocarpon); Damianakraut (Turnea aphrodisiaca); Teufelskralle (Harpagophytum
procumbens); Echter Dill (Anethum graveolens); Angelica sinensis
bzw. Dong Quai (Angelica sinensis); Schmalblättriger bzw. blassblütiger Sonnenhut
(Echinacea angustifolia); Meerträubel (Ephedra
sinica); Eukalyptus (Eucalyptus globulus); Gemeine Nachtkerze (Oenothera
biennis); Gemeiner Augentrost (Euphrasia officinalis); Echter Fenchel (Foeniculum
vulgare); Griechischer bzw. Gelblicher Bockshornklee (Trigonella
graecum); Mutterkraut (Chrysanthemum parfhenium); Knöterich (Polygonum
multiflorum); Knoblauch (Allium sativum); Ingwer (Zingiber officinale);
Ginkgo (Ginkgo biloba); Ginseng (Panax ginseng; Panax quinquefolius);
Kanadischer Gelbwurz (Hydrastis canadensis); Centella asiatica bzw.
Tigergras (Centella asiatica); Zweigriffliger Weißdorn (Crataegus
oxyacantha); Gemeiner Hopfen (Humulus lupulus); Gewöhnliche
Rosskastanie (Aesculus hippocastanum); Ackerschachtelhalm bzw. Zinnkraut
(Equisetum arvense); Echter Jasmin (Jasminum officinale); Heide-Wachholder
(Juniperus communis); Kava Kava bzw. Rauschpfeffer (Piper methysticum);
Gemeiner Frauenmantel (Alchemilla vulgaris); Echter Lavendel (Lavandula
officinalis); Melisse (Melissa officinalis); Süßholz (Glycyrrhiza glabra);
Echter Eibisch (Althaea officinalis); Hanf (Cannabis marijuana);
Echtes Mädesüß (Filipendula ulmaria);
Mariendiestel (Carduus marianus); Kleinblütige Königskerze (Verbascum thapsus);
Weißer Senf
(Brassica hirta); Echte Myrrhe (Commiphora myrrha); Große Brennnessel
(Urtica dioica); Indischer Maulbeerstrauch (Morinda citrifolia);
Saat-Hafer (Avena sativa); Olive (Olea europea); Küchen- bzw.
Sommerzwiebel (Allium cepa); Mahonie (Mahonia aquifolium); Mutterwurz
(Ligusticum porteri); Papaya bzw. Melonenbaum (Carica papaya); Petersilie (Petroselinum
sativum); Fleischfarbige Passionsblume (Passiflora incarnata); Amerikanisches.
Pennyroyal (Hedeoma pulegioides); Pfefferminze (Mentha piperita);
Knollige Seidenpflanze (Asclepias tuberosa); Flohsamen (Plantago
psyllium); Himbeerblätter
(Rubus idaeus); Wiesenklee bzw. Rotklee (Trifolium pratense); Rosmarin
(Rosmarinus officinalis); Garten-Salbei (Salvia officinalis); Echtes
Johanniskraut bzw. Tüpfel-Hartheu
(Hypericum perforatum); Sarsaparilla (Smilax officinalis); Sägepalme
(Serenoa serrulata); Shiitake-Pilze (Lentinus edodes); Helmkraut (Scutellaria
lateriflora); Pfaffia bzw. Brasilianischer Ginseng (Pfaffia paniculata);
Thymian bzw. Gartenthymian (Thymus vulgaris); Gelbwurzel (Curcuma longa);
Immergrüne
Bärentraube
(Arctostaphylos uva ursi); Echter bzw. Wiesenbaldrian (Valeriana
officinalis); Silberweide (Salix alba); Virginische Zaubernuss (Hamamelis
virginiana); Yerba Santa bzw. Santakraut (Eriodictyon californicum);
Palmlilie bzw. Yucca (Yucca liliaceae)
-
Gewöhnliche
Nahrungsmittel und landwirtschaftliche Produkte, die auch von einer
RD-Mühle verarbeitet
werden können,
um intrazelluläres
Material freizusetzen, umfassen: Getreidekörner wie beispielsweise Weizen,
Hafer, Gerste, Mais und Reis; Sorghum, Flachs, Hülsenfrüchte, Weizengras, Sellerie,
Karotten; Pastinaken; Kartoffeln; Brokkoli; Paprikaschoten; Tee;
Kaffeebohnen; Hefe; Pilze und Soyabohnen.
-
In
den folgenden Abschnitten wird zuerst eine RD-Mühle beschrieben. Als nächstes werden Verfahren
beschrieben zur Verwendung der RD-Mühle beim Freisetzen intrazellulären Materials aus
biologischem Material, wie beispielsweise Schüttgutstücke von Pflanzen und Pilzen.
-
RD-Mühlen-Vorrichtung
-
Eine
RD-Mühlen-Vorrichtung
ist in der anhängigen
U.S. Patent Anmeldung No. 09/290,484, eingereicht am 12. April 1999,
von Charles A. Arnold beschrieben, deren gesamte Beschreibung hierin durch
Bezugnahme aufgenommen ist. Mühlen
dieses Typs weisen eine Vielzahl von Rotoren auf, die abwechselnd
mit Zumessöffnungen
innerhalb eines vielseitigen Gehäuses
angeordnet sind. Die Rotoren besitzen jeweils auf einer Seite einer
polygonal geformten Rotorplatte Schaufeln. Jede der Zumessplatten
besitzt eine Mittelöffnung,
die kleiner als die am nächsten
gelegenen Rotorplatten ist. Glieder, wie beispielsweise vertikale
Pfosten oder Stiftglieder, erstrecken sich einwärts von den Gehäuseecken
gegenüber
von den Rotoren. Biologisches Material, wie beispielsweise Stücke von
Pflanzen oder Pilzen, das in das Gehäuse über dem obersten Rotor eingeführt wird,
wird in einer Coanda-Strömung
mitgerissen, sodass das Material um jeden Rotor herum und durch jede
Zumessöffnung
hindurch geht, und zwar im Wesentlichen ohne Aufschläge mit großen Winkeln
auf die Rotoren, die Zumessplatten oder das Gehäuse. Die Rotoren, die Zumessplatten,
die Wände
des Gehäuses
und die Stifte sind so angeordnet, dass das strömende Material einer Serie
schneller Druckwechsel unterworfen wird, was das Material in kleinere
Teile zerlegt bzw. aufschließt.
-
Bezugnehmend
auf die 1 und 2, weist
eine RD-Mühle 10 ein
Gehäuse 12 auf,
das eine Rotoranordnung 38 enthält, die unten im Detail beschrieben
wird. Das Gehäuse 12 ist
von einer zylindrischen Abschirmung 14 umgeben, die von
einer ringförmigen
Platte 16 durch einen freistehenden Trägerrahmen 18 auf einer
Betonplatte 19 getragen wird. Die ringförmige Platte 16 ist
an die Abschirmung 14 geschweißt und an den Rahmen 18 mit
Bolzen bzw. Schrauben 20 befestigt.
-
Der
Rahmen 18 trägt
auch die Motoranordnung 22, die mittels eines einzigen
vier-rilligen Antriebsriemens 24, der an eine variable
mechanische Laufrolle bzw. Rillenscheibe gekuppelt ist, Drehkraft an
die Rotoranordnung liefert. Die Rillenscheibe 26 ist mit
einer Rotorwelle 28 verbunden, die sich durch das Gehäuse 12 erstreckt.
Die Rotorwelle 28 ist aus einer 4140 Stahlstange von 2
Zoll Durchmesser gefertigt. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel weist
die Motoranordnung 22 einen 25 PS, 230 V, Dreiphasenmotor 30 auf
mit einer variablen Drehzahlregelung 32. Die Motoranordnung 22 erhält Leistung über eine
Schmelzsicherung 34. Die variable mechanische Rillenscheibe
und die Steuervorrichtung 32 erlauben es, die Drehzahl
der Rotorwelle 28 kontinuierlich zwischen ungefähr 600–3800 Umdrehungen
pro Minute (Upm) zu verändern.
Eine an der Welle 28 angebrachte Zahnkranzanordnung 36 wird verwendet,
um die Ist-Drehzahl der Welle 28 zu messen. Eine Abdeckung
(nicht gezeigt) kann verwendet werden, um die Riemenanordnung 24 abzudecken.
-
Gemäß 3 und 4 besitzt
das Gehäuse 12 neun
sich längs
erstreckende Seitenwände 40, die
im Latitudinalquerschnitt eine regelmäßige Polygonform bilden. Die
Innenoberfläche
des Gehäuses 12 besitzt
einen Innendurchmesser von etwa 23,5 Zoll. Die Seiten 40 bilden
40° Scheitel,
oder Innenecken 42, wo sie sich treffen. Die Seiten 40 und
die Innenecken 42 erstrecken sich längs zwischen einer Kopf- bzw.
Deckplatte 44 und einer Bodenplatte 46. Deck und
Bodenplatten 44, 46 sind ungefähr 30,5 Zoll voneinander entfernt.
Die Deckplatte 44 ist mit drei Band- bzw. Befestigungsanordnungen 48 starr an
der Abschirmung 14 befestigt (1 und 2). Die
Befestigungsanordnungen 48 weisen jeweils einen Bügel 50,
der an die Außenoberfläche der
Abschirmung 14 geschweißt ist, ein starres Band 52 und Schrauben 54, 56,
die das Band 52 mit dem Bügel 50 bzw. der Deckplatte 44 verbinden,
auf.
-
Die
Seiten 40 werden aus drei Platten 60, 62, 64 gebildet,
wobei jede zwei volle Seiten 40 und zwei partielle Seiten 40 und
drei Innenecken 42 umfasst. Gemäß 4A, wird
jedes Plattenpaar, z.B. 60 und 62, mit einer überlappenden
Naht 66, die ungefähr halbwegs
zwischen den Ecken 42 lokalisiert ist, aneinander gefügt. Bügel 68 sind
an die Platte 60 geschweißt und Bügel 70 sind an die
Platte 62 benachbart zur Naht 66 geschweißt. Die
Bügelpaare 68, 70 werden
mit Schrauben 72 und Muttern 74 zusammen verbunden.
Ein Dichtungsstoff auf Silikonbasis wird an der Naht 66 und
anderen Verbindungsstellen zwischen Stücken des Gehäuses 12 verwendet,
um das Gehäuse
annähernd
luftdicht zu machen.
-
Gemäß 2 und 3,
ist die Bodenplatte 46 von einem Teil einer ringförmigen Platte 16,
die sich über
eine kurze Entfernung radial nach innen von der Abschirmung 14 erstreckt,
getragen. Eine Dichtung (nicht gezeigt), die eine flüssigkeitsdichte Abdichtung
vorsieht, ist zwischen der ringförmigen Platte 16 und
der Bodenplatte 46 angeordnet. Eine J-Schrauben-Anordnung
(nicht gezeigt) wird verwendet, um eine positive Abdichtung mit
der Dichtung sicherzustellen. Die Bodenplatte 46 ist an
den Platten 60, 62, 64 mit neun Gewindebefestigern
befestigt, die sich durch Öffnungen
erstrecken, welche in entsprechenden an den Platten 60, 62, 64 angebrachten
Anschlussstücken 67 gebil det
sind, und die in die Gewindelöcher 58 geschraubt
werden, die um den Umfang der Bodenplatte 46 herum angeordnet
sind. Die Deckplatte 44 ist an die Gewindeanschlussstücke 75 auf
den Platten 60, 62, 64 mit Gewindebefestigern geschraubt.
-
Eine
Steckrinne bzw. Zuführung 78 zum
Einführen
des zu pulverisierenden Materials in das Gehäuse 12 erstreckt sich
durch eine Öffnung 80 in
der Deckplatte 44. Aus Gründen der Klarheit der Darstellung
ist die Zuführung 78 in 2 in
einer Position dargestellt, die sich von der in 1 abgebildeten Position
unterscheidet. Zuführung 78 weist
ein rechteckig geformtes Rohr 82 auf, das relativ zu der
Ebene der Deckplatte 44 in einem Winkel von ungefähr 44 Grad
ausgerichtet ist. Die Zuführung
besitzt auch einen Trichter 84 an ihrem oberen Ende und
einen Bügel 86 zur
Befestigung an der Deckplatte 44. Das Rohr 82 ist
ungefähr
13,25 Zoll lang, erstreckt sich etwa 1,375 Zoll unter die Unterseite
der Deckplatte 44 und besitzt innere Abmessungen von 3 × 4 Zoll. Das
Rohr 82 umfasst einen Flansch 85 zum Anbringen
der Zuführung 78 an
der Deckplatte 44, z.B. mit Gewindebefestigern.
-
Jetzt
wird die Rotoranordnung 38 mit Bezug auf die 1 und 4–6 im
Detal beschrieben. Die Rotoranordnung 38 weist eine drehbare Welle 28 auf,
die sich längs
durch das Gehäuse 12 erstreckt.
Die Welle 28 erstreckt sich durch eine obere Lageranordnung 86,
die an die Deckplatte 44 geschraubt ist. Die Zahnkranz-Drehzahlanzeigeanordnung 36 und
die Rillenscheibe 26 sind an der Welle 28 über der
oberen Lageranordnung 86 positioniert. Eine untere Lageranordnung 88 ist
an die Unterseite der Bodenplatte 46 geschraubt. Die Welle
erstreckt sich nicht durch die untere Lageranordnung 88.
-
Innerhalb
des Gehäuses 12 gibt
es 6 längs beabstandete
Rotoren 90, 92, 94, 96, 98, 100,
von denen jeder an einer entsprechenden Nabe 102, 104, 106, 108, 110, 112 befestigt
ist, die an der Welle 28 mit zwei Keilen bzw. Keilnuten
(nicht gezeigt) befestigt sind. Abstandhalter 114, 116, 118, 120, 122,
die auch auf die Welle 28 gekeilt sind, sind zwischen benachbarten
Paaren von Naben 102, 104, 106, 108, 110, 112 positioniert.
Die Abstandhalter 124 und 126 sind benachbart
zu der Deckplatte 44 bzw. Bodenplatte 46 positioniert.
Der Abstandhalter 124 ist auch an der Welle 28 mit
einer Einstell- bzw. Sicherungsschraube (nicht gezeigt) befestigt.
Die Welle 28 ist aus 4140 legiertem Stahl von 2 Zoll Durchmesser hergestellt.
Der Durchmesser jedes Abstandhalters beträgt ungefähr 3,5 Zoll. Die Längsposition
eines oder mehr als einer der Rotoren 90, 92, 94, 96, 98, 100 kann
durch Ändern
der Länge
eines oder mehr der Abstandshalter 114, 116, 118, 120, 122, 126 eingestellt
werden.
-
Zumessplatten 128, 130, 132, 134 und 136 sind
zwischen benachbarten Rotorenpaaren 90, 92, 94, 96, 98 und 100 angeordnet.
Die Zumessplatten 128, 130, 132, 134, 136 erstrecken
sich jede zu den Gehäuseseiten 40,
und zwar derart, dass es keinen Spalt zwischen den Kanten einer
Zumessplatte und den Gehäuseseiten 40 gibt.
Eine Dichtung oder andere Dichtmittel können verwendet werden, um sicherzustellen,
dass es keinen Zwischenraum zwischen den Zumessplatten 128, 130, 132, 134, 136 und
den Gehäuseseiten 40 gibt.
Jede der Zumessplatten 128, 130, 132, 134, 136 weist
eine Mittelöffnung
auf, welche mit ihrem entsprechenden Abstandhalter 114, 116, 118, 120, 122 eine
ringförmige Zumessöffnung 138, 140, 142, 144, 146 dazwischen bildet.
-
In
dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind
sowohl der Schutzschirm 14, die ringförmige Platte 16, die
Deckplatte 44, die Bodenplatte 46, die Platten 60, 62, 64,
die Rotoren 90, 92, 94, 96, 98, 100,
als auch die Zumessplatten 128, 130, 132, 134, 136 aus
0,5 Zoll dickem kohlenstoffarmen Stahl, wie beispielsweise 1020
Stahl hergestellt.
-
Gemäß 7,
ist der oberste Rotor 90, welcher auch als ein Verteilerrotor
bezeichnet wird, am dichtesten dort angebracht, wo das Material über die Zuführung 78 in
das Gehäuse 12 eingespeist
wird. Der Verteilerrotor 90 weist eine Verteilerrotorplatte 148 mit
einer regelmäßigen fünfeckförmigen Umfangskante,
die fünf
Scheitel oder Außenecken 150 bildet.
Fünf Verteilerrotorschaufeln 152 erstrecken sich
nach oben zur Deckplatte 44 von der Oberseite der Verteilerrotorplatte 148 (aus
Gründen
der Klarheit sind in 7 nur drei Schaufeln gezeigt).
Jede Verteilerrotorschaufel 152 erstreckt sich auch unge fähr radial
nach innen von einer Außenseitenecke 150 zu der
Nabe 102. Die Schaufeln 152 können an die Verteilerrotorplatte 148 und
die Nabe 102 durch Schweißen befestigt sein. Alternativ
kann jede Verteilerrotorschaufel 152 in einen entsprechenden
Schlitz 154 passen, der in der Verteilerrotorplatte 90 geformt
ist, und durch Gewindebefestiger 156 befestigt, die sich durch Öffnungen 158 in
der Verteilerrotorplatte 90 erstrecken und in entsprechende
Gewindelöcher 160 in der
Verteilerrotorschaufel 152 geschraubt sind. Eine Oberkante 162 jeder
Verteilerrotorschaufel 152 verläuft nach oben von einer Hebung
von ungefähr
1 Zoll bei 102 zu einer Hebung von etwa 1,5 Zoll nahe dem Umfang
der Platte 148. Ein fünfeckiger
Verteilerring 164, der ungefähr 1,5 Zoll breit ist, ist
an die Oberkanten 162 der Verteilerrotorschaufeln 152 geschweißt.
-
Sowohl
die Verteilerrotorplatten 148 als auch Verteilerring 164 und
Verteilerrotorschaufeln 152 sind aus 0,5 Zoll kohlenstoffarmen
Stahlblech hergestellt. Der Verteilerrotor ist durch einen 17 Zoll
Durchmesser Kreis umschrieben und ist ungefähr 2,7 Zoll hoch. Verteilerring 164 ist
ungefähr
1,625 Zoll unter der Deckplatte 44 und ungefähr 0,25
Zoll unter einer Entladeöffnung 166 der
Zuführung 78 angebracht.
Die Entladeöffnung 166 der
Zuführung 78 ist
so positioniert, dass, wenn eine Mitte einer Sehne des Verteilerrings 164 mit
der Entladeöffnung 166 ausgerichtet
ist, sich eine radial innerste Kante 168 der Entladeöffnung 166 ungefähr 0,5 Zoll
einwärts
unter einer Innenkante 170 des Verteilerrings 164 erstreckt. Wenn
eine Ecke 150 des Verteilerrotors 90 mit der Zuführung 78 ausgerichtet
ist, befindet sich die Außenseite
der Entladeöffnung 166 vollständig innerhalb
des Verteilerrings 164. Dies sieht eine große Fläche vor,
um Material in Schlitze zwischen den Verteilerrotorschaufeln 152 einzuspeisen
bzw. zuzuführen,
und gibt das Material von der Zuführung 78 so weit radial
von der Nabe 102 entfernt wie möglich auf den Rotor 90 ab.
Aus Gründen,
die unten diskutiert werden, ist jede Schaufel 152 so positioniert,
dass, wenn sich die Rotoranordnung dreht, eine nachfolgende Außenkante 172 der
Verteilerrotorschaufel 152 geformt ist, um ungefähr mit der
Umfangskante der Verteilerrotorplatte 148 an einer Folgekante
eines Scheitels 150 ausgerichtet zu sein, entweder ohne
irgendeine Überlappung
oder mit einer geringfügigen Ausdehnung
der Verteilerrotorschaufeln 152 über die Kante der Verteilerrotorplatte 148.
-
Die
anderen Rotoren 92, 94, 96, 98, 100 sind anders
als der Verteilerrotor 90, aber ähnlich zueinander konstruiert.
Rotor 94 wird mit Bezug auf 8 als ein
Beispiel beschrieben. Rotor 94 weist eine Rotorplatte 174 mit
einer regelmäßigen neunseitigen polygonalen
Umfangskante 176 auf, die neun Scheitelecken 178 bildet.
Rotorplatte 174 ist an die Nabe 106 geschweißt oder
auf andere Art und Weise starr gekoppelt. Rotor 94 umfasst
auch neun gebogenen Schaufeln 180, von denen sich jede
von einer entsprechenden der Scheitelecken 178 ungefähr radial nach
innen zu der Nabe 106 erstreckt. Die Schaufeln 180 sind
ungefähr
sechs Zoll lang und erstrecken sich ungefähr einen Zoll über die
Rotorplatte 174, die etwa 0,5 Zoll dick ist. Für die meisten
Anwendungen der Mühle 10 weist
die innere Biegung jeder der Schaufeln 180 in die Richtung,
in die sich die Rotoranordnung dreht. Die Rotorplatte 174 ist
aus einem 0,5 Zoll kohlenstoffarmen Stahlblech hergestellt und die Schaufeln 180 sind
aus Stahlrohr mit 0,5 Zoll Wandstärke und 8 Zoll Außendurchmesser
hergestellt. Die Schaufeln 180 sind in entsprechende 0,125
Zoll tiefe Nuten (nicht gezeigt) platziert, die auf einer Oberfläche der
Rotorplatte 174 gebildet sind, und sind in Position mit
drei Gewindebefestigern (nicht gezeigt), die sich durch in der Rotorplatte 174 gebildete Öffnungen (nicht
gezeigt) erstrecken, befestigt, und zwar auf eine Art und Weise ähnlich der,
die oben mit Bezug auf den Verteilerrotor 90, dargestellt
in 7, beschrieben wurde. Diese Anordnung erlaubt
einfaches Entfernen und Ersetzen von Schaufeln 180. Die äußeren Folgekanten 182 der
Schaufeln 180 sind in einem Winkel abgeschrägt, um sich
mit der Umfangskante 176 der Rotorplatte 174 auszurichten
und so, dass die Folgekante 182 sich geringfügig über die Kante 176 der
Rotorplatte 174 auf der nachfolgenden Seite einer Scheitelecke 178 erstreckt.
-
Die
anderen Rotoren, Rotoren 92, 96, 98 und 100,
sind ähnlich
wie Rotor 94 konfiguriert, wobei jeder eine neunseitige
Umfangskante 176 besitzt und gebogene Schaufeln 180,
die sich von den Scheitelecken 178 radial nach innen zu
den entsprechenden Naben 104, 108, 110 und 112 erstrecken.
In dem in
-
5 dargestellten
Ausführungsbeispiel sind
die Rotoren 92, 94, 96, 98 und 100 von
Kreisen mit Durchmessern von 17, 19, 21, 21 bzw. 21 Zoll umgeben.
Jede der Schaufeln 180 ist ungefähr 6 Zoll lang um ihren Außendurchmesser
und an ihrer Scheitelecke so geformt, dass es zwischen der Schaufel 180 und
der Rotorplatte 174 an ihrer Folgekante 182 eine
geringfügige Überlappung
gibt. Jeder der Rotoren hat eine Höhe von ungefähr 1,5 Zoll.
Da Rotor 92 kleiner als die anderen Rotoren ist und die Schaufeln 180 an
allen Rotoren 92, 94, 96, 98 und 100 die
gleiche Größe besitzen,
erstrecken sich alle Schaufeln 180 an Rotor 92 ungefähr bis zur
Nabe 104, während
sich die Schaufeln 180 an den Rotoren 94, 96, 98 und 100 nicht
den ganzen Weg bis zu den Naben 106, 108, 110 bzw. 112 hin
erstrecken, wodurch zwischen ihnen ein Spalt vorgesehen wird.
-
Gemäß 11,
kann jede der Schaufeln 180 positioniert werden, dass sie
einen kleinen Überhang 220 über die
Kante 176 der Rotorplatte, an die sie befestigt ist, vorsieht.
Der Überhang 220 würde nicht mehr
als etwa ein Zweiunddreißigstel
eines Zolls betragen und würde
die Strömung
durch die Mühle 10 verbessern.
Beachte, dass die in 11 dargestellte Schaufel 180 auch
so positioniert ist, dass der Überhang 220 ähnlich wie
die Kante 176 der Rotorplatte 174 geformt ist
und eine Außenspitze 222 ihrer
führenden
Oberfläche 224 ungefähr über der
Scheitelecke 178 positioniert ist. Der Pfeil in der Figur
zeigt eine Dreh- bzw. Rotationsrichtung an.
-
Gemäß 12 können die
Schaufeln 180 modifiziert werden, um ein gekrümmtes Profil,
wie eine Turbinenschaufel, auf der führenden Oberfläche 224 mit
Bezug zu einer Rotationsrichtung (Pfeil) zu besitzen, um eine effizientere
Pumpfunktion vorzusehen.
-
Gemäß 9,
kann die Zumessplatte 128 aus 0,5 Zoll kohlenstoffarmen
Stahlblech hergestellt sein. Ihre Umfangskante 184 bildet
ein neunseitiges Polygon, das bemessen ist, dicht gegen die Seiten 40 des
Gehäuses 12 zu
passen. Die Zumessplatte 128 weist eine Mittelöffnung 186 auf,
die durch den Innenrand 188 gebildet ist, der mit dem Abstandshalter 114 eine
ringförmige Zumessöffnung 138 dazwischen formt.
Die Zumessplatten 130, 132, 134 und 136 sind ähnlich konfiguriert.
Die Zumessplatten 128, 130, 132, 134 und 136 besitzen Öffnungen 186 mit
Durchmessern von 7, 8, 9, 10 bzw. 11 Zoll.
-
Gemäß 4 und 5 und
auch 10A und 10B werden
die Zumessplatten 128, 130, 132, 134 und 136 unabhängig von
den Platten 60, 62 und 64 durch Tragstifte 190 getragen.
Die Tragstifte 190 können
aus Stabstahl von 2 Zoll Durchmesser hergestellt werden. Drei gleichmäßig beabstandete Stifte 190 sind
zwischen jedem benachbarten Paar der Zumessplatten positioniert.
Jeder Tragstift 190 ist so an einer Scheitelecke 192 einer
Zumessplatte angeordnet, dass er sich benachbart zu einer Innenecke 42 des
Gehäuses
befindet. Wie in 5 und 9 gezeigt
ist, sind die Tragstifte 190 auf einer Seite einer Zumessplatte,
z.B. der Zumessplatte 128, um einen Scheitel (40°) gegenüber dem
Tragstift 190A auf der anderen Seite dieser Zumessplatte
versetzt.
-
Die
Tragstifte 190 sind durch Gewindebefestiger 194,
z.B. Schrauben, an den Zumessplatten angebracht, die sich in die
in den Zumessplatten gebildeten versenkten Durchgangsbohrungen (nicht
gezeigt) und in die Gewindelöcher 196,
die in den Stiften 190 gebildet sind, erstrecken. Drei
Tragstifte 190, die an einer Oberseite der Zumessplatte 128 angebracht
sind, können
auch, an der Deckplatte 44 mit Schrauben 56 angebracht
sein, welche auch eingesetzt sind, um die Bänder 52 zu halten,
wie oben mit Bezug auf 2 beschrieben ist. Die drei
Tragstifte 190, die an einer Bodenseite der Zumessplatte 136 angebracht
sind, können
auch an der Bodenplatte 46 angebracht sein. Die Bodenplatte 46 umfasst
drei Öffnungen 198,
durch welche die Gewindebefestiger 200 (in 5 gezeigt)
zum Befestigen dieser drei Stifte 190 eingeführt werden
können.
-
Wiederum
gemäß 6 umfasst
die Bodenplatte 46 einen Steg 202, der vier Öffnungen 204 bildet,
durch die pulverisiertes Material aus dem Gehäuse 12 abgegeben wird.
Eine 23 Zoll Durchmesser Einfassung bzw. Blende 206 hängt von
der Bodenplatte 46 unmittelbar außerhalb der Öffnungen 204. Der
Steg 202 trägt
die Rotoranordnung 38 der unteren Lageranordnung 88,
die an den Steg 202 geschraubt ist. Die Abmessung des Steges 202 ist
so klein wie möglich
gehalten, um die Größe der Öffnungen 204 innerhalb
der Einfassung 206 zu maximieren.
-
Der
Durchmesser der Einfassung 206 ist so bemessen, dass er
in ein offenes 55 Gallonenfass 208 hineinpasst, dass auf
Rollen 209 aufsitzt. Ein Gewebegurt 210 ist zwischen
der Einfassung 206 und dem Fass 208 eingesetzt,
um feine pulverisierte Teilchen am Entweichen zu hindern. Die Einfassung 206 weist
vier Öffnungen 212 auf
(nur zwei in 3 gezeigt). Jede Öffnung 212 umfasst
einen Lochkreis, der verwendet wird, um ein entsprechendes 6 Zoll-Durchmesser Rohr 214 (nur
zwei in 1 und 2 gezeigt)
anzubringen. Die Rohre 214 erstrecken sich annähernd radial
nach außen
von der Einfassung 206, und jedes Rohr 214 besitzt
einen Textilfilterbeutel 216, der abnehmbar an ihm angebracht ist.
Aus der Mühle 10 wird
Luft durch die Rohre 214 ausgestoßen. Die Filterbeutel 216 fangen
die feinen Teilchen ein und erlauben der Luft hindurchzugehen. Ein
oder mehr Rohre 214 können
geblockt bzw. verschlossen werden, um den Gegendruck zu erhöhen. Das
Erhöhen
des Gegendrucks wird in einem langsameren Strömen des Materials durch die
RD-Mühle 10 resultieren,
wobei mehr Zeit zum aufbrechen des Materials vorgesehen wird.
-
In
dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind
die Rotoren 90, 92, 94, 96, 98 und 100 und
die Zumessplatten 128, 130, 132, 134,
und 136 wie folgt positioniert: Die Oberseiten der Zumessplatten 128, 130, 132, 134,
und 136 sind jeweils annähernd 2,875, 2,125, 1,875,
1,625 und 1,375 Zoll unter den Unterseiten der entsprechenden Rotoren 90, 92, 94, 96 und 98 angebracht.
Die Zumessplatten 128 und 130 sind ungefähr 5 Zoll
auseinander, die Zumessplatten 130 und 132 sind
ungefähr
4,5 Zoll auseinander, die Zumessplatten 132 und 134 sind
ungefähr
4 Zoll auseinander und die Zumessplatten 134 und 136 sind ungefähr 3,5 Zoll
beabstandet. Die Oberteile der Schaufeln 180 an den Rotoren
sind ungefähr
1,375, 1,875, 0,875, 0,625 und 0,5 Zoll unter entsprechenden Zumessplatten 128, 130, 132, 134,
und 136 gelegen. Der Rotor 100 ist ungefähr 1,75
Zoll über
der Bodenplatte 46 positioniert. Rotoren 92, 94, 96, 98 und 100 sind
relativ zu ihrem am nächstgelegenen Rotor
um etwa 7,2 Grad gedreht.
-
Man
kann sehen, dass die Rotoren 90, 92, 94, 96, 98 und 100 der
Rotoranordnung 38 Größen besitzen,
die im Allgemeinen zunehmen, und zwar mit der zunehmenden Entfernung
von einem Oberende des Gehäuses 12,
durch welches das Material, das pulverisiert oder anderweitig verarbeitet werden
soll, in das Gehäuse
eingeführt
wird. Die kleinsten Rotoren 90, 92 sind am nächsten zu
der Deckplatte 44 angeordnet, die größten Rotoren 96, 98 und 100 sind
am nächsten
zu der Bodenplatte 46 positioniert und der Rotor 94 von
einer mittleren Größe ist ungefähr in der
Mitte zwischen der Deckplatte 44 und der Bodenplatte 46 positioniert.
Diese Anordnung ist besonders für
die Pulverisierung von Objekten mit großem Ausmaß geeignet. Wenn dass Aufgabegut
bzw. das Füllmaterial
im Durchschnitt Teilchen kleinerer Größe umfasst, könnten die
Rotoren von gleichförmigem
größeren Ausmaß sein.
Bei einigen Anwendungen kann es vorteilhaft sein, Rotoren zu besitzen,
die alle die gleiche Größe haben
oder zwischen größeren und
kleineren Rotoren auf irgendeine Weise zu wechseln.
-
Zusätzlich sind
die Zumessöffnungen 138, 140, 142, 144 und 146 von
einer allgemein zunehmenden Größe, und
zwar mit der zunehmenden Entfernung von dem oberen Ende. Diese Anordnung wird
verwendet, um in jedem Stadium einen negativen Gegendruck aufrechtzuerhalten.
Für andere
Anwendungen könnte
diese Anordnung umgekehrt werden, die Zumessöffnungen könnten eine einheitlichere Größe besitzen
oder die Zumessöffnungsgrößen könnten von
einem Ende des Gehäuses 12 zu
dem anderen auf unterschiedliche Art und Weise differieren.
-
Der
Abstand zwischen jeder Zumessplatte und dem nächsten Rotor unter ihr nimmt
im Allgemeinen ab mit der zunehmenden Entfernung von oben nach unten.
Außerdem
sind die Rotoren und Zumessplatten so positioniert, dass der Abstand
zwischen benachbarten Zumessplatten im Allgemeinen von oben nach
unten abnimmt. Dies verringert das Volumen in Stufen zwischen der
Oberseite und der Unterseite der Rotoranordnung 38.
-
Das
Material, das durch eine Zumessöffnung in
der Mühle 10 strömt, unterliegt
zuerst einer Geschwindigkeitszunahme und einem begleitenden Druckabfall.
Dann erfährt
das durch die Mühle 10 strömende Material,
da das vorhandene Volumen bei jeder nachfolgenden Stufe abnimmt,
eine schnelle Kompression, die ihrerseits einen raschen Anstieg von
Druck und/oder Temperatur bewirken kann. Die Größe der Zumessöffnung erhöht sich
mit jeder nachfolgenden Stufe, um einen Druck unmittelbar hinter
einer Zumessöffnung
zu liefern, der niedriger ist als der Druck unmittelbar vor der
Zumessöffnung. Dieser
negative Gegendruck der an jeder Zumessöffnung aufrechterhalten wird,
hilft die Strömung
zu erhalten.
-
Wie
zu diesem Zeitpunkt klar sein sollte, wird in die Mühle 10 eingeführtes Material
pulverisiert, wobei sich die Rotoranordnung 38 bei Drehzahlen
von annähernd
1000 Umdrehungen pro Minute (Upm) oder mehr dreht, und zwar primär durch
Druckänderungen,
die Schockwellen umfassen können,
die innerhalb des Gehäuses 12 erzeugt
werden. Beobachtungen zeigen, dass das Material, dass in die Zuführung 78 eingespeist
wird, ebenso wie Luft, die durch die Zuführung 78 eintritt,
schnell beschleunigt wird und dann in einem Strömungsmittel ähnlichen
Fluss durch die sich drehende Rotoranordnung 38 mitgerissen
wird. Es scheint, dass das Material in der Strömung fast unmittelbar einer
rasch aufeinander folgenden Folge von Schockwellen unterworfen wird, die
beginnt, das Aufgabegrundmaterial aufzubrechen, und zwar schon bevor
es den Verteilerrotor erreicht.
-
Die
sich drehenden Rotoren 90, 92, 94, 96, 98 und 100 erzeugen
einen sehr starken Luftstrom durch das Gehäuse 12. Es scheint,
dass das durch die Zuführung 78 in
die Mühle 10 eingespeiste
bzw. aufgegebene Material in diesem Strom mitgerissen wird. Das
Material fließt
scheinbar mit dem Luftstrom durch die Mühle 10, wobei sie
minimalen Kontakt mit den Seiten 40 des Gehäuses 12 oder
mit den Zumessplatten 128, 130, 132, 134 und 136 macht.
Man nimmt an, dass dies geschieht, weil die Strömung durch den Coanda-Effekt
beeinflusst wird, dicht den Konturen der Rotorumfänge 174 und
den Zumessöffnungsrändern 188 zu
folgen. Aus diesem Grund wird die Strömung des Materials und der
Luft durch die Mühle
eine „Coanda-Strömung" genannt. Der Coanda-Effekt
hilft die Kontakte mit großen
Winkeln zwischen dem strömenden
Material und den Bauelementen der Mühle 10 zu verringern.
Verteilerring 164 wirkt wie eine Ummantelung, um den Coanda-Effekt zu
verstärken.
-
Die
Coanda-Strömung
verändert
schnell ihre Richtung, wenn sie die Umfangskanten jedes Rotors und
den Rand jeder Zumessöffnung
umrundet, wobei sie zwischen einer radial nach außen gerichteten Strömung und
einer radial nach innen gerichteten Strömung abwechselt. Die Größen der
Zumessöffnungen
nehmen zu mit jeder darauf folgenden Stufe, um einen negativen Gegendruck über die
gesamte Rotoranordnung 38 aufrechtzuerhalten, was hilft,
die Geschwindigkeit der Luft und der Teilchen ausreichend hoch zu
halten, um die Coanda-Strömung
zu erhalten.
-
Während des
Pulverisierens härterer
und größerer Materialien,
wie beispielsweise 1 Zoll (2,5 cm) großer Keramikkugeln, gemachte
Beobachtungen zeigen, dass die Rotorplatten 148, 174 eine
Abnutzung erfahren, wenn die Schaufeln 152, 180 nicht an
den Folgeseiten der Scheitelecken 150 bzw. 178 positioniert
sind, wobei sie leicht abgerundet werden, und zwar an der Unterseite
benachbart zu und in Strömungsrichtung
von der Stelle, wo die Schaufeln 152, 180 angebracht
sind. Dies ist der Beweis, dass das Material in einer Coanda-Strömung, die
der Umfangskontur jedes Rotors dicht folgt, mitgerissen wird. Die
Führungsseite
jeder Rotorschaufel 152, 180, und zwar insbesondere
in dem Gebiet nahe ihrer entsprechenden Rotorplatte 148, 174,
zeigt auch eine mit der Nähe
ihrer Außenkante
zunehmende Abnutzung. Es gibt auch eine Tendenz des Materials, auf
der Seite der Schaufel hinaufzurutschen, während das Material durch die
Schaufel radial nach außen
bewegt wird. Das Abnutzungsmuster zeigt jedoch wenig Rillen- oder
Grübchenbildung,
was erwartet würde,
wenn das Material nicht in einer Coanda-Strömung mitgerissen würde. Dies
sind die einzigen Flächen
der Rotoren, an denen Ab nutzung festgestellt wurde. Die Seiten 40 und
die Zumessplatten 128, 130, 132, 134 und 136 zeigen
ein paar Anzeichen von Aufprallen einiger größerer Teilchen, wenn Keramikkugeln
pulverisiert werden, aber keine wie auf den Rotoren beobachteten
Abnutzungsmuster. Es ist zu erwarten, dass ein weicheres und weniger dichtes
Material, wie Beispielsweise Stücke
von Pflanzen oder Pilzen, sogar weniger Kollisionen mit Teilen der
Mühle 10 durchmachen.
-
Um
den Coanda-Effekt auf das an den Schaufeln 152 und 180 vorbei
und um die Rotorplatten 148, 174 herum fließende Material
zu erhöhen, können die
Außenkanten
der Schaufeln abgeschrägt und
mit den Umfangskanten der entsprechenden Rotorplatte 150 und 174 ausgerichtet
sein. Die Führungskante
jeder Schaufel 152, 180 sollte mindestens zu dem
entsprechenden Scheitel 150, 178 der entsprechenden
Rotorplatte 148, 174 reichen. Das Positionieren
der Schaufeln 152, 180 so, dass sich ihre Außenkanten
auf den Folgeseiten der Scheitelecken 150, 178 befinden,
sollte die Abnutzungsgröße reduzieren.
-
Schnelle
Druckänderungen,
wie beispielsweise Schockwellen, können jedes Mal dann erzeugt werden;
wenn das fließende
Material eine schnelle Beschleunigung erfährt, wie beispielsweise dann, wenn
sich die Strömungsrichtung
schnell ändert
oder es eine Druckänderung
erfährt.
Solche Druckänderungen
können
große
Spannungen infolge piezoelektrischer Eigenschaften der Materialien
erzeugen, wenn sie schnelle Kompressionen und Dekompressionen durchmachen.
Einige Stellen, wo große
Beschleunigungen stattfinden können,
umfassen bei der Ablassöffnung 166 der
Zuführung 78 das
Fließen bzw.
Gehen um die Schaufeln 152, 180 herum, das Gehen
um die Verteilerplatte 148 und um die Umfangskanten 176 der
Rotorplatte und das Gehen um die Ränder 188 der Zumessöffnungen 138, 140, 142, 144, 146 herum.
Große
Druckänderungen
können stattfinden,
wenn die Strömung
durch eine Zumessöffnung
hindurchgeht oder wenn die Strömung
von einem Rotor gepumpt wird.
-
In
dem Gehäuse 12 kann
auch ein ungleichmäßiges Elektromagnetfeld
erzeugt werden, wenn sich die Rotoranordnung 38 dreht.
Die Rotoren 90, 92, 94, 96, 98 und 100,
ebenso das Gehäuse 12 und die
Zumessplatten 128, 130, 132, 134 und 136 sind alle
aus kohlenstoffarmem Stahl hergestellt, welcher ferromagnetisch
ist. Die sich drehenden Rotoren würden ein sich schnell änderndes
ungleichmäßiges Elektromagnetfeld
erzeugen. Diese Elektromagnetfelder könnten die piezoelektrischen
Effekte in dem Material in der Coanda-Strömung
verstärken.
-
Primär gepulste
stehende Schockwellen können
auch produziert werden, wenn die Schaufeln 152, 180 an
den Rotoren 90, 92, 94, 96, 98 und 100 abwechselnd
an den Seiten 40 und den Ecken 42 des Gehäuses vorbeilaufen.
Dekompression würde auftreten,
während
die Rotoren an jeder leeren Innenecke 42 des Gehäuses 12 vorbeilaufen,
und Kompression würde
auftreten, wenn die Schaufeln die Mitte jeder Seite 40 passieren.
Eine Schockwelle dieses Typs würde
bei alle 40 Grad der Drehung einer Schaufel erzeugt werden.
-
Außerdem können sekundär gepulste
stehende Schockwellen produziert werden, wenn die Schaufeln 152, 180 an
den Tragstiften 190 vorbeilaufen, von denen drei nahe jedes
Rotors angebracht sind. Die Schaufeln 180 der größten Rotoren,
und zwar der Rotoren 96, 98 und 100,
laufen innerhalb von etwa 0,1 Zoll an den Tragstiften 190 vorbei.
Diese Schockwellen würden
ungefähr
alle 120 Grad der Drehung einer Schaufel an einem Rotor infolge
der Kompression der Strömung
produziert werden, wenn die Schaufel jede der drei Tragstifte nahe
dem Rotor passiert. Siebenundzwanzig Schockwellen werden bei jeder
Drehung eines neuneckförmigen
Rotors erzeugt. Somit werden die Tragstifte 190 verwendet, um
die Zumessplatten zu tragen und auch um zu helfen die Schockwellen
zu erzeugen. Während
in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
zylindrische Tragstifte 190 für diese Zwecke eingesetzt werden, kann
eine unterschiedliche Anordnung verwendet werden, um die Zumessplatten
zu tragen, und unterschiedlich geformte Glieder können in
den Ecken 42 gegenüber
entsprechenden Rotorschaufeln 150, 180 zur Erzeugung
der sekundären
Schockwellen positioniert werden.
-
Bevor
ein biologisches Material, wie beispielsweise Stücke von Pflanzen oder Pilzen,
in die Mühle 10 eingespeist
bzw. aufgegeben werden, wird die Rotoranordnung 38 auf
eine Betriebsdrehgeschwindigkeit gebracht. Die sich drehenden Rotoren erzeugen
eine große
Luftströmung
mit negativem Gegendruck durch das Füllrohr 78 und nach
unten durch die Mühle 10.
Somit wird jedes Material, dass in das Füllrohr 78 aufgegeben
wird, sofort hineingezogen und schnell auf den Verteilerrotor 90 zu
beschleunigt.
-
Wie
oben festgestellt, kann Material auseinander gebrochen werden, während es
sich die Zuführung 78 hinab
beschleunigt und beim Verlassen der Ablassöffnung 166 die Richtung
wechselt. Man nimmt an, dass die Ablassöffnung 166 als eine
Zumessöffnung
wirkt, durch die Luft und Aufgabematerial in ein Gebiet mit größerem Volumen
zwischen der Deckplatte 44 und dem Verteilerrotor 90 fließt. Die Strömung durch
diese erste Zumessöffnung,
die durch die Ablassöffnung 166 vorgesehen
wird, kann eine Druckänderung
bewirken, die von einer Temperaturänderung begleitet sein kann.
Die Druckänderung
kann zusammen mit der schnellen Beschleunigung der aus der Zuführung 78 austretenden
Teilchen eine erste Schockkompression und/oder Expansion und ein
anfängliches
Auseinanderbrechen einiger Teilchen bewirken.
-
Ein
biologisches Aufgabematerial, wie beispielsweise Pflanzen- oder
Pilzmaterial, das zu Größen von
etwa 2 Zoll oder weniger vorgeschnitten ist, wird schnell in der
Coanda-Strömung
mitgerissen und fließt
durch den Verteilerrotor 90 zwischen der Verteilerrotorplatte 148 und
dem Verteilerring 164. Wenn die Coanda-Strömung durch
die Zumessöffnung 138 hindurchgeht,
erfahren die Teilchen einen schnellen Richtungswechsel und eine
Erhöhung
ihrer Geschwindigkeit mit einem entsprechenden Druckanstieg. Die
Strömung
wird sofort komprimiert, da das Volumen zwischen der Zumessplatte 128 und dem
Rotor 92 kleiner ist als das Volumen zwischen dem Rotor 90 und
der Zumessplatte 128. Dies kann auch einen schnellen Druckanstieg
bewirken und einen begleitenden Temperaturanstieg.
-
Dieser
Prozess der schnellen Beschleunigung, Ausdehnung und Kompression
wird wiederholt während
der Strom durch jede folgende Stufe hindurch läuft und die Rotoren und Zumessöffnungen umrundet.
Diese schnellen Veränderungen
von Druck und Beschleunigung des fließenden Materials kann zu der
Erzeugung von Schockwellen beitragen, die das durch die Mühle 10 fließende Material
pulverisieren. Außerdem
kann das schnelle Komprimieren und Dekomprimieren des Materials
in der Strömung einen
Aufbau piezoelektrischer Energie und nachfolgende Freisetzungen
in dem Material bewirken, was das Aufbrechen eines Teils des Materials
in Teilchen von kleinerem Ausmaß bewirken
kann. Man nimmt an, das die primär
und sekundär
gepulsten Schockwellenfronten durch Schockwellen verstärkt werden, die
durch Freigabe piezoelektrischer Energie in der Strömung erzeugt
werden. Die schnelle Materialströmung
durch die ungleichmäßigen elektrischen
und magnetischen Felder innerhalb der Mühle 10, die durch
die sich drehenden Rotoren erzeugt werden, kann auch zu der piezoelektrischen
Kompression und Dekompression des Materials in der Strömung beitragen,
wobei es auf diese Art und Weise auch zu der Erzeugung der Schockwellen
in dem fließenden Material
beiträgt.
-
Die
Mühle 10 erwärmt ein
Material, das pulverisiert wird, so, dass nahezu alle freie Feuchtigkeit herausgetrieben
wird. Pflanzen- oder Pilzmaterial, das vor der Verarbeitung einen
anfänglichen
Feuchtigkeitsgehalt von etwa 40% oder weniger besitzt, kommt aus
der Mühle 10,
aufgewärmt
auf eine Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur auf eine Temperatur
die von dem Material und dem Betriebsbedingungen abhängt. Ein
Kühlmantel
kann verwendet werden, um den Temperaturanstieg des verarbeiteten
Materials begrenzen zu helfen. Elektrische Entladungen von dem Material
und die schnelle Expansion, dann Kompression nachdem die Strömung durch
jede Zumessöffnung
hindurchgeht, kann die Temperatur des strömenden Materials erhöhen und die
Feuchtigkeit hinaustreiben. Die Abgaben von piezoelektrischer Energie
und die Reibungswärme
der Teilchen in der Strömung
tragen wahrscheinlich zu dem beobachteten allgemeinen Temperaturanstieg des
pulverisierten Materials bei. Jedoch bewirkt das Fließen von
nur Luft durch die Mühle 10 auch
dass sich das Gehäuse 12 über die
Umgebungstemperatur erwärmt.
Daher ist wahrscheinlich ein Teil des Erwärmungseffektes auch Folge der
Druckänderungen in
dem strömenden
Material und der Energie, die von den Schockwellen abgeleitet wird.
Ein Teil der Wärme
kann von verdunstendem Wasser und anderen flüchtigen Stoffen abgeführt werden.
-
Ein
zusätzlicher
Vorteil eine RD-Mühle 10 zu benutzen,
um intrazelluläre
Produkte aus biologischem Material freizusetzen, ist es, dass sie
die bakterielle Belastung des verarbeiteten Materials reduziert.
-
Beispiel 1
-
Piper
methysticum (Kava Kava) ist eine Kulturpflanze, die von einer wilden
Art abstammt, welche Kava-Laktone enthält. Diese Laktone betäuben Schmerz
und haben einen entspannenden, beruhigenden Effekt auf den Benutzer.
Die Kava-Laktone sind in einer harzigen Form in den Wurzeln und
Stielen der Pflanze gespeichert.
-
Trockene,
grob gehackte Wurzeln und Stiele wurden durch einfache oder doppelte
Passagen durch die RD-Mühle 10 verarbeitet.
Die Rotoren wurden bei einer Rate von 3200 Upm gedreht. Eine einfache
Passage ergab ein feines Pulver plus größere holzige Teilchen, die
für das
unbewaffnete Auge sichtbar waren. Teilchen von drei klar begrenzten Größenbereichen
werden produziert, wenn die Kava-Kava-Pflanzen von einer RD-Mühle verarbeitet werden.
Die größten Teilchen
sind Zellulose, die Teilchen mittlerer Größe sind harzhaltige Körnchen von Kava-Laktonen
und die Teilchen mit der kleinsten Größe umfassen anderes aus den
Zellen freigesetztes Material.
-
Bei
der mikroskopischen Untersuchung der RD behandelten Kava-Kava werden
Teilchen von gemischten Größen, die
von etwa 10 Mikrometern bis über
100 Mikrometern reichen, beobachtet. Intakte Zellen fehlten, außer bei
ihrer offensichtlichen Gegenwart in holzigen Fragmenten. Die RD
behandelte Kava-Kava
wurde unter Vakuumbedingung gesiebt und Fraktionen verschiedener
Teilchengröße wurden gewonnen.
Analysen für
den Kava-Lakton-Gehalt wur den durchgeführt. Man fand heraus, dass
9,91 % des Trockengewichts der ganzen Kava-Kava-Wurzel, die von
der RD-Mühle 10 verarbeitet
wurde, sich aus Kava-Laktonen (sechs unterschiedliche chemische Arten)
zusammensetzen. Die mikroskopische Untersuchung ließ zahlreiche
Körnchen
von ziemlich einheitlicher Größe erkennen.
Diese Körnchen
wurden von einem 270 Maschensieb zurückgehalten.
-
Das
+270 maschengesiebte Pulver wurde in eine 50% Alkohol-in-Wasser-Mischung platziert. Dichtere
Teilchen sedimentierten schnell unter der Schwerkraft und bildeten
einen bräunlichen Schlamm
am Boden des Behälters.
Langsamer sedimentierende Teilchen bildeten innerhalb von ungefähr 5 Minuten
eine gelblich weiße
Schicht über
der bräunlichen
Schicht. Dieses langsam sedimentierende Material enthielt 67,25%
Kava-Laktone Trockengewicht.
-
Man
fand, dass verarbeitete Kava-Kava, die durch ein 270 Maschensieb
passierte, nur 2,42 % des Trockengewichts an Kava-Laktonen enthielt.
Daher ergab das Verarbeiten mit einer RD-Mühle 10 Teilchen, die
langsam sedimentieren und größer als 270
Maschen sind, die den Großteil
der Kava-Laktone, die in der Kava-Kava-Wurzel vorhanden sind, enthalten.
Die Verarbeitung der Kava-Kava mit der RD-Mühle 10 öffnet offensichtlich
die Zellwände
der Kava-Kava-Pflanze
und fragmentiert sie, wodurch Kava-Laktone als kleine harzhaltige
Teilchen freigesetzt werden.
-
Kava-Kava,
das gemäß dem beschriebenen Verfahren
verarbeitet wurde, produzierte ein Kava-Produkt, das einen signifikant
größeren Konzentrationsprozentsatz
an Kava-Laktonen besitzt als durch Mahlen oder jedes andere bekannte
rentable Verfahren erreicht werden kann. Das von der RD-Mühle 10 produzierte
Kava-Produkt ist im Wesentlichen frei von Zellulose. Es besitzt
daher eine größere Reinheit
als die gemahlene Kava-Kava, die typischerweise einen hohen Gewichtsprozentsatz
an anderem zellulären
Material besitzt, einschließlich Zellulose.
Zusätzlich
sind die Kava-Laktone in dem durch die RD-Mühle 10 verarbeiteten
Produkt wirksamer, da alle Kava-Laktone im We sentlichen von Zellen
befreit sind. Im Gegensatz dazu ist ein Großteil der Kava-Laktone in einem
gemahlenen Kava-Produkt immer noch in einer intakten Zelle oder
in nur teilweise aufgebrochenen Zellen gebunden und ist somit nicht
frei verfügbar.
-
Das
beschriebene Verfahren zum Freisetzen und Konzentrieren von Kava-Laktonen kann auch zum
Freisetzen und Konzentrieren anderer Typen harzhaltiger Materialien
aus anderen Pflanzenarten verwendet werden.
-
Beispiel 2
-
Morinda
citrifolia, gemeinhin als Noni oder Indische Maulbeere bekannt,
ist eine Arzneipflanze mit zahlreichen angeblichen oder nachgewiesenen
Anwendungen: antibakteriell, laxativ bzw. abführend, hypotensive bzw. blutdrucksenkend,
anti-inflammatorisch bzw. entzündungshemmend
und immunstimulierend. Getrocknete, grob gehackte Noni-Frucht oder
eine Frucht, die bis zu 30% Gewichtsanteile Wasser enthält, wurde
in eine RD-Mühle 10 aufgegeben,
die bei 2950 Upm betrieben wurde. Eine einzige Passage durch die
RD-Mühle 10 ergab
ein heterogenes Produkt, das aus sichtbaren (0,5–1,0 mm) Teilchen bis zu mikroskopischen
Teilchen (ungefähr 5–30 Mikrometer
im Durchmesser) zusammengesetzt war. Viele der kleinsten Teilchen
ballten sich zusammen, um Aggregate verschiedener Größe zu bilden.
Noni mit ungefähr
30% Wassergehalt kam aus der Maschine als eine trockene heterogene
Mischung, die von Körnchen
bis zu feinem Pulver reichte.
-
Als
das verarbeitete Material mit Wasser bei 80°C extrahiert wurde, wurden ungefähr 50 Gewichts-%
des Ausgangsmaterials als wasserlösliche/suspendierte Fraktion
zurück
gewonnen.