DK159912B - Ekstruderingsapparat - Google Patents

Description

DK 159912 B

Opfindelsen angår et apparat af den art, der er angivet i indledningen til krav 1.

Fra US patentskrift nr. 2 647 474 kendes et sådant appa-5 rat til ekstrudering af plastiske og til formålet behandlede (halvfugtige) pulvermaterialer (15-45 vægt-% vand) til fremstilling af ekstrudater af forskellig art, såsom halvfabrikater eller slutprodukter til lægemiddels-, levnedsmiddel- eller fodermiddelsindustrien samt til frem-10 stilling af kunstgødning samt andre organiske og uorganiske produkter.

I dette apparat har kompressionsfladerne buet form, hvilket skaber meget store pressetryk og giver anledning 15 til, at en alt for høj temperatur dannes i alt for lang tid, hvilket i mange tilfælde indebærer en destruktion eller i det mindste alvorlig risiko for destruktion af det tilførte materiale, især i tilfælde af et organisk materiale. Selv uorganisk materiale kan dog forandres, 20 f.eks. ved afgang af kemisk bundet vand, hvilket helt kan ændre de kemiske og fysiske egenskaber for det pågældende produkt.

Der er derfor behov for et apparat, som tillader frem-25 stilling af ekstrudat af varme- og trykfølsomt materiale til opnåelse af velformede ekstrudater ved ekstrudering under undgåelse af temperaturforøgende tryk- og preskræfter i et betydeligt tidsrum i materialet.

30 Det har nu overraskende vist sig muligt at opnå et sådant apparat ved ifølge opfindelsen at indrette det indledningvis angivne apparat som angivet i den kendetegnende del af krav 1.

35 Ved den foreliggende opfindelse komprimeres plastiske eller til formålet behandlede pulverformede materialer, som fødes ind i rotoren, blot i et yderst kort tidsrum

DK 159912B

2 ved komprimeringsfladernes yderste ender mod hulskiven og presses gennem hulskiven ved hjælp af spartlingseffekt. Preskræfterne på hulskiven lokaliseres derved langs de linier, hvor komprimeringsfladerne tangerer hulskiven.

5 Totalt udgør belastningen på hulskiven derfor kun en brøkdel af den, som forekommer ved de kendte apparater og metoder.

Temperaturstigningen er blevet målt til 0 °C til 1 °C mod 10 normalt 30 °C til 40 °C i et konventionelt ekstruderings-apparat.

Udførelsesformer for apparatet ifølge opfindelsen er angivet i kravene 2-9.

15

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning tegningen, hvor fig. 1 viser en foretrukken udførelsesform for opfind-20 elsen i et snit gennem længdeaksen, fig. 2 er et vandret snit gennem apparatet ifølge fig. 1 langs linien II - II, 25 fig. 3 viser en anden foretrukken udførelsesform for opfindelsen i et snit gennem længdeaksen, fig. 4 er et vandret snit gennem apparatet ifølge fig. 3 langs linien IV -_IV, 30 fig. 5 viser yderligere en foretrukken udførelsesform for opfindelsen i et snit gennem længdeaksen, fig. 6 er et vandret snit gennem apparatet ifølge fig. 5 35 langs linien VI - VI, fig. 7 viser yderligere en udførelsesform for opfindelsen

DK 159912 B

3 i snit gennem længdeaksen, og fig. 8 viser endnu en udførelsesform for opfindelsen i snit gennem længdeaksen.

5 På tegningen betegner 1 et stativ, som i sin øvre del bærer en konisk tragt 2, som er forsynet med en fødeåbning. I tragtens 2 nedre del er et fødeorgan 4 roterbart monteret. Fødeorganet 4 er forbundet med en motor 5 og 10 dennes udgangsaksel 6. Fødeorganet 4 er i udførelsesformen ifølge fig. 1 og 2 udformet specielt til fødning af trægtløbende gods, idet det omfatter en skraber 4a, som er indrettet til at afskrabe materiale fra tragtens 2 nedre del, samt en øvre fødedel 4b og en nedre fødedel 15 4c. Den øvre fødedel 4b er i form af et noget bagudbøjet, fremadvinkelet dobbeltblad, medens den nedre fødedel 4c er i form af et delvis bagudbøjet, lodret anbragt dob-beltblad. Ved termen fremadvinket forstås, at bladet 4b danner en vinkel med det lodrette plan. Under tragten 2, 20 som er gennemgående åben, og i nærheden af fødedelene 4b og 4c findes et ekstruderingskammer 7. Ekstruderingskam-meret 7, som er cylindrisk og ringformet, er langs hele sin kappeflade 8 udformet med gennemgående huller 9 med en tykkelse og en diameter på 1 mm i det viste eksempel 25 til dannelse af en hulskive. Hulskiven 8 er fremstillet af et syrefast materiale (stål) for maksimal korrosions-bestandighed og hygienisk standard. Et andet passende materiale er aluminiumbronze. I ekstruderingskammeret 7 er en rotor 10 i form af en i det væsentlige plan skive dre-30 jeligt lejret. Rotoren 10 er forbundet med en anden motors 11 udgangsaksel 12 med henblik på rotation med en hastighed på 40 til 60 omdrejninger pr. minut. Rotoren 10 omfatter som nævnt en cirkulær, massiv, i det væsentlige plan skive 13 med samme diameter som ekstruderingskam-35 meret 7. På denne skive 13 findes der fire rotorblade 14 med en deling på 90 ° mellem hver. Antallet af rotorblade 14 kan varieres og kan være 2, 3, 4, 5, 6 eller 8. Imid-

DK 159912 B

4 lertid foretrækkes fire rotorblade. Skiven 13 hælder på sin ydre del, på hvilken bladene 14 er anbragt, udad, så at materialet der kommer ind i midten falder udad. Føde-organet 4 og rotoren 10 er indrettet til rotation i mod-5 sat retning af hinanden. Rotationsretningerne er antydet med pile i figurerne. Fødedelen 4b vil herved bortføre materialet fra bladenes 14 øvre kanter, medens den nedre fødedel 4c vil bortføre materiale fra skiven 13 og udad og affeje rotorbladene 14 på disses indre lodrette kan-10 ter.

Rotorbladene 14 er indrettet til at ligge tæt an mod hulskiven 8, dvs. med et minimalt mellemrum mellem bladene 14 og hulskiven 8 (50 til 100 ^um). Rotorbladene 14 dan-15 ner en spids vinkel med hulskivens 8 tangentialpunkt for bladet. Denne vinkel er car. 75 ° men kan også være større eller mindre afhængigt af det ønskede tryk. En fortrukken værdi for denne vinkel er imidlertid 20° til 80 °, idet 30° til 60 0 udgør en mere foretrukken værdi.

20 I fig. 3 og 4 er der vist en udførelsesform, hvor føde-organet 4 omfatter en fødeskrue 4d, som ved akslens 5 rotation hæver materialet, som derpå falder ned mod en nedre fødedel 4b, som består af fire, delvis bagudbøjede 25 blade. Fødeorganerne 4 er specielt udformet til letløbende pulvermateriale, som skal forvandles til et ekstru-dat. Rotoren 10 med rotorbladet 14 er i andre henseender den samme som ved udførelsesformen ifølge fig. 1 og 2. Drivakslerne 5 og 12 roterer som i fig. 1 og 2 i modsat 30 retning af hinanden, så at materialet, som fremføres af fødeorganet 4, ikke presses ned i ekstruderingskammeret.

I fig. 5 og 6 er der vist en udførelsesform til portionsvis fremstilling af et ekstrudat, hvor en cylindrisk be-35 holder 22 er indrettet til at optage en vis given mængde af et materiale. Et fØdeorgan 4 er aksialt forskydeligt anbragt ved hjælp af en hydraulisk alternativ pneumatisk

DK 159912B

5 påvirket trykcylinder 21. Fødeorganet 4 omfatter en konisk fødedel 4e, som slutter tæt til beholderen 22. Under beholderen 22 findes et ekstruderingskammer 7, som omfatter en ringformet hulskive 8, og en konisk rotor 23, der 5 er roterbart lejret deri. Rotorens 23 konicitet passer til fødedelens 4e konicitet, så at fødedelen 4e i sin nedre stilling ligger tæt ved rotoren 23. I forbindelse med rotoren 23 findes fire rotorblade 24. Rotoren 23 drives via en aksel 12, som er forbundet med en ikke vist 1 o motor.

1 fig. 7 og 8 er der vist to alternative udførelsesformer for hulskiven 8 og dermed rotorbladene 14. Hulskiverne 8 er konisk udformede; i fig. 7 med den mindste diameter 15 drejet opad; og i fig. 8 med den mindste diameter drejet nedad. Rotorbladene 14 er herved tilpasset hulskivernes 8 forskellige vinkler med det lodrette plan.

Apparatet ifølge opfindelsen arbejder på følgende måde: 20 Halvfugtigt pulvermateriale med et fugtindhold på 15 til 45 vægt-% med konsistens som våd sne ledes gennem tragten 2 ind i fødeorganet 4. Materialet ledes derpå ned i eks-truderingskammeret 7 med aksial/radial bevægelse i en rotationsretning, og når det er kommet ind i ekstrude- 25 ringskammeret 7, ændres rotationsretningen, og materialet presses udad i en radial, vandret bevægelse ved hjælp af rotorbladene 14 mod hulskiven 8. Umiddelbart før hulskiven presses materialet ind i hjørnet mellem rotorbladet og hulskiven og sammentrykkes der og presses ud gen-30 nem hulskivens åbninger til dannelse af strenge med en diameter på 1 mm i det viste eksempel og en længde på 15 til 20 mm. I det tilfælde at en farmaceutisk aktiv blanding ekstruderes, overføres den derpå til et sfæronise-ringsapparat, hvor ekstrudatet sønderdeles og omformes 35 til sfæriske partikler.

Det i fig. 1 til 4 viste apparat arbejder kontinuerligt,

DK 159912B

6 medens det i udførelsesformen ifølge fig. 5 og 6 arbejder portionsvis. Fødeorganerne føder materiale til rotorbladene (kompressionsvinger) under fuldstændig styrede forhold, efterhånden som materialet presses ud gennem 5 hulskiven. Rotorbladene fungerer som kompressionsflader i ekstruderingsøj eblikket.

Apparatet er anbragt lodret, så at materialet fordeles jævnt over fødeorganerne.

10 Fødeorganerne er, som det fremgår af ovenstående, således udformet, at materialet fordeles så tæt som muligt på rotorbladene 14, især rotorbladenes kompressionsflader, for derved at bibringe materialet så små og korte ælt-15 ningsvirkninger som muligt.

Som angivet ovenfor roterer fødeorganerne i modsat retning af rotorbladene. Fødeorganernes rotationshastighed kan derved varieres og tilpasses materialet, som for til-20 fældet skal ekstruderes. Fødevirkningen i apparatet for portionsvis ekstrudering reguleres ved hjælp af trykket på trykcylinderen.

I den i fig. 1 og 2 viste udførelsesform fremføres mate-25 rialet både radialt og aksialt udad og nedad af de to fødedele 4a og 4b mellem rotorbladene 10. Materialeophobning på rotorbladene 10 hindres ved skiftende føde-kræfter aksialt/radialt. Som anført ovenfor foretrækkes den udførelsesform ved materialer med klæbende og/eller 30 langsomt løbende karakteristika.

I den i fig. 3 og 4 viste udførelsesform hæves materialet konstant opad til centrum af skruebladet for at blive løsnet, hvorpå det fremføres radialt udad af fødedelen 35 4c. Denne udførelsesform fortrækkes til letløbende, ikke klæbende materialer.

DK 159912 B

7 I udførelsesformen ifølge fig- 5 og 6 er fødeorganet i form af et tryk- og hastighedsstyrbart cylinderfødesystem med henblik på nem ekstrudering af små forudbestemte materialemængder, f.eks. til laboratorietormål. Rotorbla-5 dene 14 er fastgjort på det koniske midtpunkt, så at materialet kan fremføres nemmere mod periferien, dvs. til opnåelse både af en radial og en aksial fremføring. Fø-decylinderen er også indrettet til at passe til rotoren således, at der efterlades så lidt materiale som muligt i 10 apparatet.

I udførelsesformerne ifølge fig. 1 til 4 og 7 samt 8 har rotoren en vis konisk udformning. Dette er af praktiske årsager, så at rotorbladene ender i en kant tæt ved hul-15 skiven 8, og derved blotlægges det størst mulige hulski-veareal for rotorbladene.

Det er afgørende for det foreliggende apparats funktion, at de plane kompressionsflader roterer i et område af fø-20 dearealet, som omfatter en ring med bredden 0,5 til 0,05 af hulskivens 8 radius. Kompressionsfladerne dækker fortrinsvis en bredde på 0,5 til 0,2 af hulskivens radius. Kompres s ions fladernes vinkel skal være 20 til 80 0, fortrinsvis 30 til 60 °. Endvidere skal der foretages både 25 radial og aksial fødning. Kompressionsfladernes periferihastighed skal være 0-1 m/s, fortrinsvis 0,3 til 0,8 m/s, og mere fortrinsvis 0,4 til 0,6 m/s. Et andet vigtigt træk er, at den øvre fødedel 4b skal strække sig over kompressionsfladerne 14, hvis der anvendes en sådan 30 fødedel. Endvidere skal fødedelene 4b og 4c rotere i modsat retning af kompressionsfladerne.

Ved hjælp af opfindelsen opnår man, at der kun skal anvendes et meget lille drejningsmoment til opnåelse af en 35 god fødning/ekstrudering; endvidere at man undgår en stor temperaturstigning i den behandlede masse, idet temperaturen kun stiger ubetydeligt umiddelbart før ekstrude- 8

DK 159912B

ring. Herved undgås endvidere dannelse af en vandgradient i materialet, hvilket igen medfører et meget homogent, ekstruderet produkt med forbedrede trækegenskaber eksempelvis med henblik på efterfølgende behandling i et sfæ-5 roniseringsapparat.

10 15 20 25 30 35

Claims (9)

1. Apparat til ekstrudering af plastiske eller pulverfor-5 mede materialer til opnåelse af et ekstrudat i form af strengformede legemer og omfattende en ringformet væg (8) med perforeringer, en på væggens (8) inderside roterbart anbragt rotor (10), som er udformet med et antal kompressionsflader (14), der er indrettet til rotation tæt ved 10 væggen (8), kendetegnet ved, at a) kompressionsfladerne (14) er plane og ender tæt ved den ringformede væg (8) og danner en ringformet zone, som har en bredde på 0,05 til 0,5 gange den ringformede vægs 15 (8) diameter, idet kompressionsfladerne (14) endvidere er indrettet til at danne en spids vinkel med en tangent for den ringformede væg i rotationsretningen på alle steder på den ringformede væg, 20 b) at der findes et organ (4b, 4c, 4e) til at føde materiale aksialt eller radialt til og langs kompressionsfladerne (14), hvorved fødningen sker i det mindste delvis over den ringformede zone, og 25 c) rotoren (10) er en plan pladeformet keglestub med et antal plane blade monteret kantvis på koniske flader deraf og et antal i modsat retning roterbare blade monteret til rotation over de plane blade.

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at rotoren (10) er konisk, og at fødeorganet er konisk og udformet i overensstemmelse med rotoren.

3. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at 35 der findes en mod rotoren rettet fødeåbning, som har et roterbart fødeorgan (4). DK 159912B

4. Apparat ifølge krav 3, kendetegnet ved, at rotoren og fødeorganet er indrettet til rotation i indbyrdes modsatte retninger.

5. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den spidse vinkel er 200 til 80 °.

6. Apparat ifølge krav 5, kendetegnet ved, at den spidse vinkel er 300 til 600 .

7. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at antallet af kompressionsflader varierer fra 2 til 8.

8. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at 15 den ringformede væg er cylindrisk.

9. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den ringformede væg er keglestubformet. 20 25 30 35