HU218040B - Fűthető extrúder hővel kezelt biopolimerek előállítására, valamint eljárás biopolimerek nagy hőmérsékleten történő extrudálására - Google Patents

Abstract

A találmány fűthető extruder, amelynek adagolótölcsére (14), csigája(10), valamint fúvókája (16) van, hővel kezelt biopolimerekelőállítására, és amelynek lényege, hogy a csiga (10) és a fúvóka (16)között legalább egy lapátszivattyú van elhelyezve, és mindegyiklapátszivattyú egy perforált lapot (22) és legalább egy hozzátársított lapátelemet (24) tartalmaz, amit így együttlapátszivattyúnak neveznek. ŕ

Description

A találmány tárgya fűthető extruder, amelynek adagolótölcsére, valamint egyetlen csigája és fúvókája, és egy más kivitelnél kétcsigás extrudere van, hővel kezelt biopolimerek előállítására.

A találmány tárgya továbbá eljárás biopolimerek nagy hőmérsékleten történő extrudálására hővel kezelt szemcsés élelmiszerek, snackek, gabonapelyhek vagy hasonló termékek előállítására.

Ilyen fűthető extruderek ismertek például az EP 0 221 918 számú szabadalmi leírásból. Általános ismertetés található a fűthető extruderekre többek között Judson M. Harper „Extrusion of Foods” című könyvében (1981., CRC Press, Inc. Boca Raton, Florida, USA), valamint Mercier, Linko, Harper „Extrusion-Cooking” című könyvében (1989., American Association of Cereal Chemists, Inc. St. Paul, Minnesota, USA).

A GB 2.198.378 számú szabadalom egy extrudert, nem pedig egy fűthető extrudert ismertet, amely környezeti hőmérsékleten vagy kissé e fölött dolgozik, és tengeri pasztát állít elő. Ez az extruder forgókéseket tartalmaz, amelyek alapvetően szükségesek a keverő/kavaró gépek szerepének betöltéséhez. Az anyagokat az ömlesztőszerszámok fejeiből extrudálják, és így nyíróerők keletkeznek az anyagban. Ezek az elemek, amelyek mechanikai nyíróerőt hoznak létre, nem végeznek mechanikaiszivattyúzó- vagy termodinamikaiszívó-szerepet. Ilyen készülékeket bármilyen háztartási készülékben alkalmaznak. Az extruderben nem főznek. Miután az anyag elhagyta a fúvókát, további alakítóműveletnek van alávetve, amely gőzölést, főzést, olajban való sütést és forralást foglal magában. Ennek a megoldásnak a célja, hogy a halpép denaturálása a gyártás alatt csökkenjen, míg a fűthető extruder maga gyakran az anyagban lévő protein denaturálására szolgáló eljárással van kombinálva. Ennél a megoldásnál az anyag semmilyen hőkezelése sem kívánatos. Az ömlesztőfejekben lévő furatokat rendszeresen tisztítani kell. A késeknek a fej felületével bezárt szöge 90° és 180° között van.

A biopolimereknél alkalmazott fűthető extruderekkel szemben támasztott követelményeket a következőkben foglalhatjuk össze.

Nagy teljesítmény, amely jó minőségű termékkel párosul, amelyet az állandó gyártási feltételek határoznak meg, jó homogenizálás, keverés, meghatározott hőmérséklet létrehozása, a pép jó alakíthatósága, kis beruházási költségek, kis fenntartási költségek, flexibilis eljárás és jó szabályozhatóság gyors reakcióidőkkel, és egyszerű kezelés, különösen a művelet indításakor, egyszerű szétszerelés és tisztítás.

A kétcsigás préssel összehasonlítva az egyetlen csigával rendelkező extrudereknek jelentős előnye van, amint ez itt is kitűnik, mivel az előzőek bonyolultabb szerkezetűek, sokkal több kopó alkatrészt tartalmaznak, és ezért nagyobb a karbantartási költségük is.

Más oldalról az egyetlen csigával rendelkező gépek flexibilitása kisebb, és különösen gyakran hátrányos, hogy a hőmérséklet-körülményeket nem lehet reprodukálni és a keverő homogenizáló-keverő hatékonysága rossz.

A fent említett típusú fűthető extrudereknél a találmány feladata, hogy ezeknek a viselkedését, a homogenizációt, valamint a végtermék textúráját illetően, amelyet egyenletesebbé kíván tenni, meglepő módon javítsa, tekintettel a kielégítő és szabályozható expanzióra, valamint a hőmérséklet szabályozhatóságára, amely a tömegáramlás és csigasebesség viszonyát használja ki. Azonkívül, tekintettel arra, hogy a nyersanyagkeverékben lévő zsír és/vagy cukor a tennék textúrájára negatív hatással van, ezt csökkenteni kell.

Ezt a feladatot a találmány értelmében egy olyan fűthető extruderrel oldjuk meg, hővel kezelt biopolimerek előállítására, amelynek adagolótölcsére, legalább egy csigája, valamint egy fúvókája van, és amelynek lényege, hogy a csiga és a fúvóka között legalább egy lapátszivattyú van elhelyezve, amely perforált lapból és ehhez társított legalább egy lapátelemből áll, amelyeket együtt „lapátszivattyúnak” nevezünk.

Egyetlen lapátszivattyú esetén a csiga terelővégei előnyösen az egyetlen csigával rendelkező extruderben ék alakúak, és kihasználjuk azt a tényt, hogy a csiga a perforált laphoz képest kis réssel forog. A csigás prések ék alakú végeinek kialakítása kielégíti a fent említett célkitűzéseket, különösen ha a perforált lappal össze van építve.

Előnyösen legalább két ilyen lapátszivattyú van elhelyezve a csiga és a fúvóka között.

Meglepő módon nemcsak a fent említett célt lehet elérni, hanem még a következőket is azáltal, ha egy szokásos, rövid, egyetlen csigával rendelkező extrudert, amelynek a hossz/átmérő aránya L:D=2:1, és amelynek feje már lapát alakú és ez perforált lap fölött csúszik, a fent említett típusú egy vagy több lapátszivattyúval látjuk el, amelyek mindegyike egy vagy több lapátelemből és egy perforált lapból áll.

A homogenizálás javul és a végtermék szövetszerkezete egységesebb. A pép egyenletesebben jön ki a fúvókából. A rendkívül rövid tartózkodási idő ellenére (kevesebb mint 8 másodperc), lényegesen több zsírt és/vagy cukrot lehet feldolgozni, ugyanakkor kielégítő expanziót lehet elérni (általában a zsír és/vagy cukor jelenléte erősen csökkentett expanzióhoz vezet). A hőmérséklet szabályozhatósága az eljárás viszonyainak segítségével változik, áramlási sebesség/csavarsebesség arány jelentősen nő, azaz nagyobb csavarsebesség állandó áramlási mennyiség mellett nagyobb péphőmérsékletet eredményez, összehasonlítva egy hasonló egységgel, amelynél nincs kiegészítő lapátszivattyú, és megfordítva, nagyobb áramlási sebességet. Ily módon a fajlagos mechanikaienergia-betáplálást csökkenteni lehet. A csigasebesség és a péphőmérséklet viszonya jelentősen lineárisabbá vált.

Az átmenőteljesítmény, legalább egy kiegészítő lapátszivattyúval - ugyanolyan termékminőség mellett - 100%-kal nagyobb, mint egy olyan gépé, amely nem alkalmaz kiegészítő lapátszivattyút.

Annak következtében, hogy a perforált lapon való áthaladásnál az extrudercsiga központosítása révén az anyag elkenődik, a sugárirányú erők megnőnek, és a jobb központosítás következtében a csiga és az extru2

HU 218 040 Β derhenger közötti érintkezés ki van küszöbölve. Ezáltal ezeknek a részeknek a kopása csökken.

A lapátszivattyú szerkezeti elemei igen egyszerű kivitelűek, gazdaságosan gyárthatók és csak kis kopásnak vannak kitéve. Ha sok lapátszivattyú-fokozatot helyezünk el egymás után, az eljárási körülményeket igen flexibilisen lehet beállítani, és így hozzá lehet igazítani a termék követelményeihez. A részek összeszerelése, szétszerelése és tisztítása egyszerűen és gyorsan végezhető. A „lapátfej -elemek elrendezése (a lapátfelület szélessége és a perforált lappal bezárt szöge), valamint a „perforált lap” elrendezése (a furatok száma és átmérője, valamint a lap vastagsága), az áramlásdinamika ismert szabályaival összhangban, számlálhatatlan elrendezési módhoz vezet, a kívánt eljárási körülményeknek (a nyersanyag nedvessége, hőmérséklete, viszkozitása, tartózkodási idő, a fűvókán való áthaladáshoz szükséges nyomás stb.) megfelelően és mindez gazdaságos módon.

Különösen a perdület típusú lapátszivattyú lapátkarjai, amelyek a perforált lapok felett csúsznak, a forgástengelyből kiállhatnak vagy merőlegesen állhatnak ki, és kör keresztmetszetük lehet, vagy hengeres, vagy kúpos görgőként alakíthatók ki, amint azt a későbbiekben ismertetjük.

A perforált lap kialakítása biztosítja, hogy egy nagy fémfelület, amely a közeggel érintkezésbe kerül, áll rendelkezésre. Összehasonlítva a szokásos extruderszerkezeteknél fennálló hőátadó lehetőségekkel (amely főleg kizárólag az extruderhengeren át történik) ez a nagyobb felület sokkal előnyösebb minden kívánt hőátvitel szempontjából (hűtés vagy fűtés), például oly módon, hogy a perforált lap furataiban jelen lévő csatornákon keresztül gőzt, hűtővizet vagy fűtőolajat szállít.

A lapátszivattyú meglepő viselkedése révén elképzelhető, hogy az extrudercsiga szerepe lecsökken egy egyszerű adagolócsiga szerepére, amely elősűrítést végez. Sőt, lehetőség van arra is, hogy teljesen elhagyjuk az extrudercsigát, ha például a lapátszivattyú függőlegesen van elhelyezve és a nyersanyagot közvetlenül tápláljuk be, kényszerű módon, egy többfokozatú lapátszivattyúba.

A lapátelemek egymással és a csigával egy közös tengely útján lehetnek összekötve. Mindaddig, amíg a pép jellemzői lehetővé teszik a forgótömítést a nagyobb nyomású végen, lehetőség van arra, hogy egy vagy több lapátszivattyúnak azonos hajtása legyen, a csigától függetlenül.

Meglepő, hogy a fűthető extruder kizárólag egy sorozat ilyen lapátszivattyúból állhat, amikor is a lapátszivattyút függőlegesen kell elhelyezni. Ebben az esetben az extrudercsiga teljesen elmaradhat.

A találmány legfőbb előnye abban látható, hogy az extruderszerszámok, különösen az extruderhenger, bizonyos körülmények között a csiga, a perforált lap, a lapátelemek, valamint a fúvóka stb. acélból, öntöttvasból, vagy más hasonló, élelmiszerek esetében nem tipikusan alkalmazott anyagból készülhet, és nincs szükség a szokásos nehézfémekre és adalékokra, amelyekkel azokat keménnyé és kopásállóvá kell tenni. A méretváltozások, amelyeket a kopás okoz, a szokásos kivitelekkel szemben csak elhanyagolható módon befolyásolják az eljárást, különösen a teljesítményt. Az ismert csigás gépeknél a henger és a csiga közötti rés növekedése. ami a kopás következménye, még ha az csak néhány tizedmilliméter is, 30-40%-os teljesítménycsökkenést tud okozni, vagy az energiabevitelt növeli meg jelentősen, egészen elfogadhatatlanul nagy értékig.

A találmány egy rendkívül előnyös kivitelénél, amely fontos előnyöket eredményez, a perforált lapot a beömlés oldalán homorú felületként lehet kialakítani, és a hozzá tartozó lapátelemeket, amelyek kiegészítik ezt a homorú felületet, vele szemben lehet elhelyezni, annak körvonalát követően.

A találmány tárgyát képezi továbbá az eljárás is, amelynél az extrudálás után az extrudált pászmát, a fúvókéban való alakítás előtt, legalább két lapátszivatytyún bocsátjuk át.

Előnyösen lehetőség van arra, hogy lapátszivattyúszintenként csak megközelítőleg 200 m³ eljárási térfogattal dolgozzunk, 200-350 kg/óra átáramló mennyiség és 2-4 mp tartózkodási idő mellett.

Az úgynevezett tablettaprések már ismertek, amelyeket arra használnak, hogy az anyagot por formában, szemcse formában vagy szál formában összenyomják és tablettákat hozzanak létre, például sűrített szemcsés anyagból. Ezeket a préseket forgógyűrűs perforált lappal vagy rögzített gyűrűs perforált lappal és forgó szerszámokkal, vagy tárcsás perforált lappal és kúpos vagy hengeres nyomógörgőkkel készítik. Ennek azonban semmi köze nincs ahhoz a területhez, amelybe a találmány tartozik, mivel a találmánynak nem célja, hogy tablettákat hozzon létre. Ezek a tablettaprések természetesen igyekeznek elkerülni a nyomás kifejlődését, miután az anyag az első nyomófokozaton áthaladt. A cél mindenekelőtt egy tömörített granulátum létrehozása, és nem pedig, mint a fűthető extruder esetében, egy lehetőleg maximálisan homogén közeg előállítása, amely azután bizonyos körülmények között egy porózus és omlós szövetszerkezetet képez a víz elpárologtatósával.

A találmány értelmében az anyag nyomásnak van alávetve, amikor a perforált lapból kilép, amely összenyomja az anyagot egy folyékony tömeggé. Ez a tömeg azután áthalad egy következő lapátfokozaton. Az anyag uralkodó folyékony jellemzője miatt a „szivattyú” a megfelelő szó. Ez az eljárás többször ismételhető, vagy azért, hogy egy további keverést és homogenizálást érjünk el az eljárás folyamán, vagy hogy egy nagyobb végső nyomást éljünk el annak érdekében, hogy az anyagot a fúvókán keresztülnyomjuk.

Valójában lényeges a két egymás után elhelyezett vagy az extrudercsiga végénél elhelyezett, egy lapátfejből és perforált lapból kialakított lapátszivattyú kombinált hatása.

Magától értetődik, hogy a fluidizált anyag a perforált lap tartományában oszcillálómozgásba kerül. Ez úgy történik, hogy miután a lapátelem elhaladt, a fluidizált anyag egy része, amely nagy nyomásnak van kitéve a kiömlőoldalon, visszafolyik a perforált lap furatain keresztül. Mindenesetre elképzelhető egy ilyen helyzet.

HU 218 040 Β

A szándékos nyomásváltozások, amelyek az oszcillálómozgáshoz vezetnek, természetesen más módon is létrehozhatók, mint például membránnal vagy szivatytyúval. Végül előidézhetők excentrikus csigával, pulzálással vagy ultrahanggal is.

Az első és a második lapátfokozatok között mindig van összenyomott anyag, amely a maga tömörített állapotában közel folyékony vagy folyékony, azaz tartalmazhat szilárd részecskéket vagy ilyen nyomokat, azonban amelynek főfázisa elsődlegesen folyékony.

Általában egy nagyobb nyomás képződik a mozgás irányában a forgó lapátkarral szemben, míg a lapátkar mögött a nyomás kisebb. A pép egy oszcillálóáramlási irányt és egy oszcillálónyomást tapasztal. Ebből a célból 10 bar-nál nagyobb átlagos nyomást tartunk fenn az első és második fokozat között.

Ha csak egyetlen fokozat van, akkor a perforált lap nem szükségszerűen azonos a fúvókéval. Feltehetően további nyomóelemekre, valamint fűvókákra van szükség, hogy a kívánt nyomás létrejöjjön.

Ezek a felismert változó hatások ésszerűen vonatkoztathatók az eljárásra és a folyamatra.

A lapátfelület alakja a következő lehet: egyenes, ívelt, hengeres, gömb vagy forgásprofil. „Forgás” alatt érthető például egy örvénylő verőgép, amikor is a verőgép egyik tengelye forog, és a verőkarok maguk merőlegesek a forgástengelyre és azok is forognak, például egy görgős test alakjában.

A lapátfelület hajlásszöge a perforált laphoz 90°-nál kisebb, és 0°-nál nagyobb. Ha kisebb szöget választunk, akkor kisebb teljesítményt és nagyobb nyomást kapunk, míg egy nagyobb szög nagyobb teljesítményt és kisebb nyomást eredményez. A lapátfelületnek, ha optimális szállítást kívánunk elérni, akkor a lehető legsimábbnak kell lennie, és bizonyos körülmények között még burkolni is kell. Ezáltal egy kis súrlódás vagy éppen csúszás jön létre. Ennek elkerülésére a perforált lap felületét a lehető legdurvábbnak kell tartani, ami nagyobb súrlódáshoz vezet. Ez már magukkal a lyukakkal is elérhető, de még tovább növelhető, megfelelő módon.

A perforált lap vastagsága: ha nagyobb vastagságot választunk, akkor nagyobb az áramlási ellenállás, nagyobb az anyagnyírás szintje, nagyobb az energiaelnyelés és nagyobb a péphőmérséklet és vice versa.

A furatok száma: több furat kisebb ellenállást és a furatokon át nagyobb átáramlási mennyiséget eredményez.

A furatok átmérője: nagyobb átmérő kisebb ellenállást és nagyobb teljesítményt eredményez. Kisebb átmérő nagyobb ellenállást, nagyobb nyírást (homogenizáció) és jobb keverési hatást eredményez a furatoknál.

A furatok keresztmetszete: ez bizonyos körülmények között ugyancsak változhat a hossz mentén. Lehet kúpos vagy bővülő, vagy szűkülő vagy mindkettő. Speciális reológiai hatások is meggondolandók. Venturifúvóka-alak is lehetséges.

A perforált lap alakja: ez a legegyszerűbb lehet, például sík. A lapátelem és a kívánt áramlás viselkedésétől függően lehet egy profilos felület is, például gömb alakú vagy kúpos, bővülő vagy szűkülő.

A furatok szöge: a lapát síkjához képest lehetnek merőlegesek vagy ferdék, a forgástengelyre szimmetrikusak vagy aszimmetrikusak, egy meghatározott módon, a forgásirány felé döntöttek vagy attól elfelé döntöttek.

A fokozatok száma, ha a lapátszivattyúk sorba vannak kötve: ezeket a kívánt extrudálási nyomástól, a kívánt vagy maximális tartózkodási időtől és az anyag kezeléséhez szükséges mechanikai energiabeviteltől függően választjuk meg. Alkalmazhatunk egy vagy több lapátszivattyút, amelyek ellentétes irányban szállítanak speciális keverő- vagy dagasztóhatás esetében, ha erre szükség van.

Szerkezeti szempontból az egyes elemekkel szemben támasztott mechanikai követelmények kisebbek, mint a szokásos csigákkal és perselyekkel szemben. Másrészt bizonyos kopási hatások nem befolyásolják negatívan az eljárási körülményeket olyan mértékben, mint a szokásos extrudereknél, ahol a milliméter töredékét jelentő változások jelentősen befolyásolni tudják az eljárást.

Végül a találmány értelmében egy eljárást hozunk létre biopolimerek nagy hőmérsékleten történő extrudálására, szemcsés élelmiszerek, snackek és gabonapelyhek előállítása céljából, amelynek jellemzője, hogy a biopolimereket két lapátfokozaton bocsátjuk át, és miután a fúvóka előtt a nyomás kifejlődik, egy fúvókán nyomjuk át, és az eljárást előnyösen függőlegesen végezzük. Forradalmi ebben a megoldásban az, hogy az extrudercsigát teljesen el lehet hagyni.

Amikor a további leírásban a függőleges elhelyezést nem említjük külön, akkor vízszintes elrendezésről van szó, vízszintesen fekvő extruderhengerrel.

A lapátelem karjainak kör keresztmetszete lehet, rögzítettek lehetnek vagy foroghatnak a perforált lap felett. Több fokozat esetén az első fokozat lehet felszerelve forgóhengerekkel.

A perforált lapon csúszó elemek lehetnek kúposak, amelyek belülről kifelé csökkennek és bizonyos körülmények között saját tengelyük körül foroghatnak, a perforált lap pedig a felső oldalán kiegészítő módon lehet kialakítva, például úgy, hogy belülről kifelé vastagodik.

Egy másik megoldásnál a csigának egy rendkívül kis menetmélysége van, amikor is a menetmélység és a csigaátmérő viszonya X_o ^_Xo között van.

Egy függőleges, többlépcsős fűthető extruder esetében - lényegében csiga nélkül - lehetőség van arra, hogy különböző kamratérfogatokat létesítsünk az áramlás irányában növekvő összenyomásnak megfelelően. Ennél a megoldásnál az itt elhelyezett lapátelemek is megfelelően kisebb méretűek.

Lehetőség van arra is, hogy egy tablettaprésszerű kialakítást valósítsunk meg, függőleges tengellyel, amely merőleges a forgóhengerekre, amikor is a hengerek a perforált lap lyukai fölött gördülnek. Azonkívül egy ilyen típusú fúvóka követi a perforált lapot úgy, hogy a hengerekkel vagy hasonló elemekkel szemben a pép nyomás által fluidizálva lesz, és a hengerek mögött, a

HU 218 040 Β perforált lap kiömlőoldalánál az elpárologtatás végbemehet.

Az eljárást úgy is jellemezhetjük, hogy a csiga szállítónyomása, az extrudálandó anyag áramlási mennyisége, a hőmérséklet az extruderben, de mindenekelőtt a nyomás a perforált lap és az azon csúszó lapátelem előtt és után úgy van megválasztva, hogy a lapátelem mögött, a lapátkamrában egy kisebb nyomású szakasz van, hogy az extrudálandó anyagban lévő folyadék elpárologjon, és a lapátelem előtt, a perforált lap furatainak tartományában nyomás képződik, és a közeg gőzei, különösen a vízgőz fluidizációja megy végbe.

Mód van arra is, hogy a lapátelem akár kerek, akár előnyös alak szerint egy fémlap, amely a perforált lap felületével hegyesszöget zár be, olyan közel haladjon el a perforált lap által képezett lapátkamra elülső és hátulsó felületéhez, amennyire az műszakilag megoldható. Azonkívül a lapátelemek és a vele szemben lévő perforált lap közötti rés kisebb lehet, mint a rés a lapátelemek és a perforált lap mögött, az áramlás irányában nézve, annak érdekében, hogy nagyobb súrlódást kapjunk az elöl lévő perforált lapnál, és így a lapátszivattyúfokozat szállítási teljesítménye is nagyobb legyen.

A találmány vonatkozik azonkívül az igénypontokban leírt intézkedésekre kétcsigás extruder esetében is. Ez megépíthető úgy, hogy sokkal rövidebb és ezért egyszerűbb és gazdaságosabb legyen. A bonyolult dagasztó- és homogenizálóelemeket el lehet hagyni. Egy ilyen kétcsigás extruder jobb homogenizálást, egyenletesebb nyírást és hőelosztást ad, kopásállóbb és jobban szabályozható.

Végül a találmány vonatkozik biopolimerek nagy hőmérsékleten történő extrudálására, amelyet az jellemez, hogy az extrudáláshoz szükséges feltételeket, mint például nyomást, hőmérsékletet, fluidizálást és homogenizálást egy vagy több lapátszivattyú-fokozattal végezzük.

A találmányt részletesebben a rajzok alapján ismertetjük, amelyek a találmány szerinti fűthető extruder példakénti kiviteli alakját tüntetik fel.

Az 1. ábra a fűthető extruder vázlatos hosszmetszete.

A 2. ábra egy más megoldás vázlatos hosszmetszete.

A 3. ábra a 2. ábra III—III vonala mentén vett keresztmetszet.

A 4. ábra egy harmadik megoldás vázlatos hosszmetszete.

Az 5. ábra a 4. ábra szerinti megoldás elölnézete, részben metszetben.

A 6A. ábra egy további megoldás váztatos hosszmetszete.

A 6B. ábra a 6A. ábra szerinti kivitelnél a nyomásviszonyokat és áramlásviszonyokat mutatja vázlatosan.

A 7A. ábra egy további megoldás vázlatos hosszmetszete.

A 7B. ábra a 7A. ábra szerinti kivitelnél a nyomásviszonyokat és áramlásviszonyokat mutatja vázlatosan.

A 8. ábra az extrudálás állapotában lévő pép keresztmetszetét mutatja.

A 9. ábra egy konstrukciós részletet mutat, metszetben.

A 10A. ábra négykaros megoldást mutat metszetben.

A 10B. ábra a 10A. ábra felülnézete.

All. ábra egyfokozatos megoldás vázlatos hosszmetszete.

A 12. ábra egyfokozatos megoldás hosszmetszete más méretekkel.

A 13. ábra függőleges elrendezésű, háromfokozatú fűthető extrudert ábrázol vázlatos hosszmetszetben.

A 14. ábra függőleges elrendezésű, négyfokozatú fűthető extrudert ábrázol vázlatos hosszmetszetben.

A 15. ábra függőleges elrendezésű, egyetlen fokozatú fűthető extrudert ábrázol vázlatos hosszmetszetben.

A 16. ábra kétcsigás extruder keresztmetszetét mutatja.

Amint az 1. ábrából kitűnik, amely a legkedveltebb kivitelt ábrázolja, a 14 adagolótölcsér, a 12 extrudálóhenger és a 10 szállítócsiga a szokásos 1 extruder már meglévő részei, azonban, amint a későbbiekből kitűnik, a találmány értelmében a csigának más szerepe van, mint az ismert megoldásoknál. A 10 szállítócsiga tengelyének meghosszabbításában 18 tengely található, amelyre a 22 perforált lap és a 24 lapátelem van felszerelve. Mindegyik egységet, amely egy 24 lapátelemet és egy 22 perforált lapot tartalmaz, „lapátszivattyúnak” vagy „lapátfokozatnak” nevezünk.

Az első fokozatban találjuk a 10 szállítócsigát és a 22 perforált lapot, feltéve, hogy a csiga feje ék alakú, azaz 0° és 90° közötti szögben van kialakítva.

Az ábrázolt példában a 22 perforált lap furatai lényegében egyenesek. A 24 lapátelem propellerhez hasonló elemekből áll, amelyek a 22 perforált lap felületére 60° szögben helyezkednek el, műszakilag megfelelő távolságban. Minden 22 perforált lap után bizonyos nyomás fejlődik ki. A 16 fuvóka, terelőfalainál, nyomóelemként működik, míg végül a 16 fúvóka 26 nyílásánál az extrudálás bekövetkezik.

Amint a 2. ábrán bemutatott kivitelnél látható, azonos alkatrészeket azonos hivatkozási számmal jelöltünk. A 14 adagolótölcsér, a 10 szállítócsiga és a 12 extrudálóhenger azonos az 1. ábra szerintivel. A 30 tengely ismét a 10 szállítócsiga tengelyének meghosszabbítására van szerelve, amelyre azonban jelen esetben a 122 perforált lap és egy lapátelem van szerelve, amelynek megfelelő hossza van ahhoz, hogy forogni tudjon. Ez elhalad a hengeresen kialakított 34 perforált lap fölött, amelynek kalap alakja van, és amelynek nyílásai nem tengelyirányúak, mint a 122 perforált lap esetében, hanem kifelé sugárirányúak. így a 34 perforált lapból kilépve egy meglehetősen nagy nyomás alakul ki a 36 térben, amely csatorna alakú. Az anyag ezután a 16 fúvókát megelőző 38 térben a keresztmetszet-csökkenés következtében nagy viszkozitású vagy folyékony

HU 218 040 Β állapotú anyaggá alakul át, mielőtt elhagyná az extrudert a 16 fúvóka 26 nyílásán át, ahol expandál.

A 32 lapátelemet részleteiben a 3. ábrán láthatjuk. Ennek propeller alakja van és négy 40 karral van felszerelve, amelyek 42 nyúlványokkal vannak ellátva. A propeller szárnyai egymás után elhaladnak a hengeres alakú 34 perforált lap nyílásai felett. A 32 lapátelem forgásirányát a rajzon nyíllal ábrázoltuk. A 32 lapátelem pillanatnyi beállítása nem érdekes. A 34 perforált lap másik oldalán kívánt nyomást tekintve elegendő, ha a felület egy kissé meg van döntve, mindaddig, amíg a 34 perforált lap felülete felett halad el.

A 4. és 5. ábrák egy harmadik lehetséges kivitelt ábrázolnak, amelynél a második 50 perforált lap üreges kúp alakú és az 52 lapátelem az 54 tér belsejében van elhelyezve, amely az 50 perforált lappal együtt képezi a lapátfokozatot, amely jelen esetben kúp alakú. Az 52 lapátelem 56 szárnyai a tengely felé kissé meg vannak döntve, maximálisan 30°-ban a középső tengely felé. Az ábrázolt kivitelnél a 122 perforált lap 58 furatai, valamint az 50 perforált lap 58 furatai egyenesen futnak a tengellyel párhuzamosan. Az 58 furatokon való átnyomás a kúpos 60 térben uralkodó nyomás ellenében történik, mielőtt az anyagot továbbszállítanánk, amely a 16 fúvóka nyílásának ferde falaira tapad.

A 60 tér ékhatása következtében, amely a mozgás irányával ellentétes irányban szűkül, nyomás fejlődik ki, a termék súrlódásával kombinálva, a perforált lapon, aminek következtében az anyag átnyomódik a furatokon.

Annak érdekében, hogy a találmány szerinti előnyös tanítást megvalósítsuk, azaz kielégítő nyomáskülönbséget hozzunk létre úgy, hogy az elemmel szemben a pép fluidizálása és az ellenkező oldalon, minden esetben, egy elpárolgás és a pép megkeményedése jöjjön létre, és mindezt - egyetlen fokozatos kivitel esetében - egyetlen perforált lappal, a következő két változat közül az egyiket lehet követni: vagy a csigával szállítandó áramló tömeget kell olyan kis mennyiségen tartani, hogy a lapátelem kisnyomású oldalán a víz elpárolgása létrejöhessen, ami csak a teljesítmény rendkívül nagymértékű csökkentésével valósítható meg, vagy a lapátelemet kell fizikailag olyan méretűre méretezni, hogy a nyomásviszonyok olyanok legyenek, hogy a víz el tudjon párologni.

A legtöbb kivitelnél bármilyen szimmetrikusan kialakított elemnek a szállítóhatását csak akkor lehet kihasználni, ha az forog és egy perforált lap felett halad el. Akkor hoz létre egy szállítóhatást, ha a pép súrlódása a perforált lapon, amely fölött, ahhoz nagyon közel elhalad, a szállítás irányában nagyobb, mint a hátsó oldalon. Még egy kerek keverőrúd is, ha a találmány szerinti intézkedések szerint használjuk, nemcsak keverőhatást fejt ki, hanem szállító- és áramlásdinamikai szerepet is betölt.

A fent említett nyomáskülönbség a perforált lap fölött elhaladó forgóelem előtt és mögött, rendkívül fontos ahhoz, hogy olyan nyomásviszonyokat kapjunk, hogy az oszcillálómozgásból keletkező, visszafolyó víz elpárologjon.

Több lapátszivattyú-fokozat esetében úgy járhatunk el, hogy egy vagy több lapátfokozatnál nem kell célul kitűzni a víz elpárologtatását, hanem azok kizárólag a nyomás kialakításához járulnak hozzá, vagy például az anyagszállítás irányával ellentétes irányban dolgoznak, azzal a speciális céllal, hogy nyomáskülönbséget hozzanak létre a különböző lapátfokozatok között.

A 6. és 7. ábrák a találmány további kiviteleit ábrázolják. Ezeknél az ábráknál a 6B. illetve 7B. ábrák az áramlási és nyomásviszonyokat mutatják. Az ábrákon a 122 perforált lap csatornáiban áramlásirányban 124 kibővülések vannak. A 122 perforált lap felett kerek 70 rudak csúsznak, amelyek közül négy merőleges lehet a 71 tengelyre, és amelyek a 72 forgásirányban örvényként forognak. A nagynyomású és nagy hőmérsékletű részt H-val, a kisnyomású és kis hőmérsékletű részt Nnel jelöltük. Nagy nyomás uralkodik a kör alakú 70 rúd előtt, amely a pépet folyékonnyá teszi, és a 122 perforált lap csatornáin keresztülnyomja. A H részben a hőmérséklet a nyomás és súrlódás hatására jelentősen nő. Az anyagáramlás főirányát a 63 nyilakkal jelöltük. Az anyag beömlő- és kiömlőoldala között jelentős nyomásesés van betervezve, kivitel és működés szempontjából, így a nyomás kisebb a 122 perforált lap kiömlőoldalánál, és még mindig egy kissé kisebb a 70 rúd mögött, lásd 6B. ábra. A kisebb nyomás és kisebb hőmérséklet következtében a közeg egy részének elpárolgása jön létre itt, különösen a víznek és más oldódó közegnek az elpárolgása, és ez egy visszaáramlást okoz, és a mozgás következtében a pép nagymértékű kívánatos homogenizálását hozza létre. A 65 csigának a fejvége, amelyet a 67 adagolótölcsérből táplálunk, ismét lapátként van kialakítva. Az egység működése közben a pép többek között a 69 fuvóka irányába szállítódik. Ez a 6A. ábrán a bal oldalon található. A rajzon egyetlen csigás kivitelt ábrázoltunk, amelyben azonkívül, hogy a fej lapátként van kialakítva, perforált lapot is alkalmazunk. A korábbiakban leírt 0 tér az első 122/1 perforált lap és a második 122/2 perforált lap között helyezkedik el, míg a második 122/2 perforált lapon egy 70 forgórúdrúd forog, amely karokkal van ellátva. Az elpárolgás itt nagy buborékok formájában történik, és a pépes közeg konzisztenciáját a 6A. ábrán apró pontokkal jelöltük. így ez egy kétfokozatú extruder, amelynek első fokozatát a csigaprés lapátfeje és az azt követő 122/1 perforált lap, a második fokozatot pedig a 70 rúd és a második 122/2 perforált lap képezik. A csatornák mindig durvák a beömlőoldalon és lényegesen bővülnek, és így egy megnövelt érintkező-súrlódó felületet képeznek. így ennél a kivitelnél, mint a legtöbb további kivitelnél is, a rés a perdülőelem és a hozzá tartozó, azt követő perforált lap között kicsi, és az első 122/1 perforált lap kiömlőoldalához viszonyítva viszonylag nagy. Annak érdekében, hogy súrlódáskülönbséget és a lapátszivattyúk nagyobb szállítási hatásfokát hozzuk létre, a 71 tengely átmegy az első 122/1 perforált lapon, de nem megy át a második 122/2 perforált lapon. A 71 tengely áthaladása a csiga központosítását is elősegíti. Bár a 70 rúd kerek, és merőleges a 122/1 perforált lap felületére, a mozgással ellentétes irányú szűkülő terekből adódó ékhatás követ6

HU 218 040 Β keztében a 122/1 perforált lapnál nyomás képződik és súrlódáskülönbség, ami az anyagot a furatokon keresztülnyomja.

Az ellennyomást a 69 fúvóka vagy fúvókák tartják fenn.

A 122 perforált lap vastagságával, valamint a furatok számával és méretével a nyomásviszonyt állandóan befolyásolni lehet, míg a furatok kibővülése és az anyag tapadása vagy súrlódása a perforált lap felületén kisebb befolyással bír. Meghatározó a folyamat viselkedésének linearizálása, ami minden egyes kivitelre jellemző.

A 7A. és 7B. ábrán egy hasonló kivitel látható, amely hosszabb 80 lapátelemekkel van ellátva, amelyek a szögben vannak elhelyezve a második perforált lap felületéhez képest. Az a szög kisebb mint 90°. A nagyobb nyomású H rész és a kisebb nyomású N rész ismét látható a 7B. ábrán. A 80 lapátelem forgásirányát a 82 nyíl jelzi.

A 7A. ábra a 6A. ábrához hasonló módon van ábrázolva. Az összenyomott állapotot (apró pontok) ismét jelöltük, ez a nagyobb nyomás, nagyobb hőmérséklet tartománya, például folyékony pép esetében. A kisebb nyomást buborékokkal ábrázoltuk, ahol a folyékony közeg elpárolog, és ez a második perforált lap mögötti térből áramlik (az a tér, amely a fúvókalaphoz vezet) vissza abba a térbe, amely a perforált lapok között van, és eredményként a pép kiváló homogenizálását hozza létre.

Ugyanazon elemeket ugyanazon hivatkozási számmal ábrázoltuk. Ez vonatkozik a kétlépcsős megoldásra is.

A 8. ábrán azt ábrázoltuk részleteiben, hogy mi történik a 122 perforált lap csatornáiban a H nagynyomású és N kisnyomású részen. Egy kerek 86 rúd forog a 122 perforált lap csatornái fölött, amely 86 rúdnak az ábrázolt kivitelnél csak két karja van. Az elem természetesen más alakúra is kialakítható, és csak az egyszerűség kedvéért ábrázoltuk két karral. A nagynyomású H részben, a lapátelem előtt, amelyen a forgásirányt a nyilak jelzik, a pép összenyomódik, a víz kondenzálódik, a hőmérséklet nő. A kisnyomású N részben a víz elpárolog, a pép kiterjed, és ennek következtében felvesz egy olyan hőmérsékletet, amely ezen a ponton az abszolút nyomásnak felel meg. A kis hőmérséklet és az expandált alak következtében a pépnek nagyobb a viszkozitása. Ezáltal a perforált lapon keresztül a kisnyomású területre visszaáramló anyaggal szemben ellenállás képződik, ami azt jelenti, hogy a nagynyomású részben több anyag áramlik a perforált lap furatain keresztül, mint amennyi a kisnyomású részbe folyik vissza. Ezen az ábrán a rajzon látható körökkel a pép áramlásviszonyait ábrázoltuk, nem pedig a perforált lapban lévő furatokat.

A 9. ábrán egy 122’ perforált lapot ábrázoltunk egyenletesen elosztott 130 furatokkal és speciálisan kialakított 132 keverőcsatomákkal. A közeg áramlását a fehér nyilakkal jelöltük (belépés-kilépés). Az itt ábrázolt kivitel szerint valamennyi perforált lap, vagy csak néhány azok közül, ellátható ilyen 132 keverőcsatomákkal.

A 10A. és 10B. ábra egy további változatot mutat metszetben, illetve felülnézetben. A furatok kibővülése beáramlás! irányban elképzelhető, azonban a rajzon nem ábrázoltuk. Ennél a kivitelnél az a speciális megoldás, hogy a 102 tengelyre merőleges hengerek kúposak, mégpedig úgy, hogy keresztmetszetük belülről kifelé csökken. A perforált lap 104 profilja is kiegészítőén kúpos, azaz vastagságában belülről kifelé kiszélesedik úgy, hogy a kúpos hengerek minden nehézség nélkül gördülni tudnak a kúpos 104 profilon.

A karokon elhelyezett hengerek a jelen esetben kúposak, más esetekben hengeresek. Ennél a kivitelnél úgy alakíthatók ki, hogy ők maguk is gördülnek, amint azt a 10A. ábrán a 100’ nyíllal jelöltük. A 100 hengerek ekkor saját tengelyeiken forognak. Másrészt a perdülőelemek a 10B. ábrán a nyíllal jelzett irányban forognak. A forgómozgás az egymásra merőleges irányokban egymásra szuperponálódik.

All. ábra egy egyfokozatú, vízszintes kivitelt ábrázol lapát alakú 111 csiga véggel. A hozzá tartozó 112 perforált lap 114 tengelyt hordoz, amely a csigát központosítja. Nagyon fontos a csiga geometriája; amint látható, a csigának rendkívül kicsi 115 menetmélysége van, összehasonlítva az optimális teljesítményt biztosító ismert kivitelekhez képest. A 115 menetmélység, rendkívül előnytelen a szállítás szempontjából, azonban elegendően kis nyomást létesít a lapátelem kisnyomású oldalán, ami biztosítja a víz elpárolgását. így például a 115 menetmélység/átmérő viszony 1:20 és 1:50 között lehet.

A 12. ábrán látható kivitelnél egyetlen 126 lapátelem található, és egy 128 perforált lap, amelynek átmérője nagyobb, mint a csiga átmérője. így például a 128 perforált lap átmérője és a csiga átmérője közötti arány 2:1 vagy 3:1 lehet. Lényegesen nagyobb szállítási teljesítményt lehet ezzel a csigával elérni, mivel nagyobb menetmélységű csigák alkalmazhatók, bár itt egy kis menetmélységű csigát ábrázoltunk. Ezzel a kivitellel elegendően kis nyomás tartható fenn a beömlési tartományban a 128 perforált lap előtt, és a 126 lapátelem mozgásirányában a 126 lapátelem mögött, valamint a 128 perforált lap kiömlőoldalán és a 125 kamrában, amely szomszédos a 69 fúvókéval, és így a víz elpárolgása lehetővé válik.

A 13. ábra egy teljesen eltérő kivitelt mutat, méghozzá egy függőleges típusú megoldást. Ennél a függőleges szerkezetű, háromfokozatú fűthető extrudemél csigát nem alkalmazunk. A G, Μ, K., W kamrák térfogata az összenyomás irányában csökken, amely összenyomás során a porból folyékony közeg lesz. Három fokozatot létesítünk, csökkenő kamratérfogatokkal, amelyhez a hozzá tartózó 130’, 130”, 130’” lapátelemek ennek megfelelően ugyancsak egyre kisebbek. Az ennél a kivitelnél alkalmazott lapátelemek a 7. ábra szerinti elemek.

A 132, 132’, 132” perforált lapok is egyre csökkenő méretűek. A hengertérfogat is magától értetődően csökken az egyes fokozatokban, egészen a 134 füvókáig.

A diagramnak megfelelően a furatok ferdék úgy, hogy az áramló anyag simán eljut egészen a legkisebb W kamráig, a 134 fúvókéval szemben, a 132 perforált lapok furatain keresztül, amelyek kiszélesednek. A 136 tengely saját függőleges tengelye körül forog.

HU 218 040 Β

A 14. ábrán négyfokozatú, függőleges 140 fűthető extrudert ábrázoltunk, amelynek különlegessége, többek között, az, hogy az első fokozatban a hengeres görgők önmagukban is forgathatók. A lapátelemek 146 tengelyének forgásirányát ugyanúgy jelöltük, mint az első fokozatban a hengeres görgők forgásirányát. Az első 141 görgő kalenderként fut az első 142’ perforált lap felett, míg a többi 141’, 141” 141’” görgő a hozzájuk tartozó 142”, 142’”, 142”” perforált lapok felett csúszik, mielőtt a 148 fuvókát elérné. Az anyagáramlás irányát a vastag fehér nyilak jelzik.

A 15. ábra egyetlen fokozatú, függőleges elrendezést mutat, amely hasonló egy tablettázópréshez, és amelynek forgó, hengeres 150 görgői, 67’” adagolótölcsére és függőleges 156 tengelye van, amelyen a 150 görgők például merőlegesen vannak elhelyezve. A 150 görgők a 158 perforált lap fölött gördülnek. A kivitel, bár hasonlít egy tablettázópréshez, a kiömlésnél egy fúvókéval van ellátva, a találmánnyal összhangban. Azonkívül nyomás is fejlődik benne. Mint ahogy valamennyi előzőleg ismertetett kivitelnél, itt is a 150 görgőkkel szemben - ferde elemek vagy hasonlók révén - a pép cseppfolyóssá válik és a görgők után elpárolgás következik be, és egy bizonyos mértékű visszafolyás jön létre.

A 16. ábra kétcsigás extrudert mutat metszetben. A 202’, 202” lapátelemek a 200’, 200” perforált lap felett csúsznak. A csapágy egy közös 204 házban van elhelyezve. Ennek a megoldásnak az előnye az, hogy szerkezetileg rövidebb, ezáltal egyszerűbb és gazdaságosabb. A bonyolult dagasztó- és homogenizálóelemek elhagyhatók. Éppúgy, mint az egyetlen csigás megoldásnál, a homogenizálás itt is javul, a nyíróhatás és a hőelosztás egyenletesebb, a kopással szembeni ellenállás is javul, szabályozhatósága pedig nő.

Általánosságban a találmány értelmében szuszpenziók, gyúrt masszák, pépek és paszták perforált lapokon át szállíthatók egy kar segítségével, amely a perforált lapok fölött csúszik. A szállítás azáltal jön létre, hogy a csúszókar mozgásirányban elülső végénél a nyomás megnő. A nyomás mértéke függ a csúszókar alakjától (rúd, lapát stb.) és a karok és a perforált lap közötti távolságtól. A kivitelt úgy kell megválasztani, hogy a nyomás a csúszókar előtt elegendő legyen ahhoz, hogy legyőzze a perforált lapon keresztüli nyomásveszteséget. A csúszókar által létrehozott nyomás előnye a csupán csigával létrehozott nyomással szemben a következő:

1. A helyi nyomás néhány füratnál nő.

2. A lapátszivattyúnak speciális jelentősége van, ha - mint sok pép esetében - az áramlás viselkedése a nyírási intenzitástól és a nyírási sebességtől függ.

A lapát előtti intenzív keverés és nyírómozgás csökkenti a pép inerciáját, és így a furatokon való keresztülhaladáskor csak kis nyomásesésre van szükség.

A pép „fluidizációja” az anyag belső jellegzetessége lehet (belső szerkezeti viszkozitás). Víztartalmú szuszpenziók és pépek esetében ez a jelenség akkor is felléphet, ha a nyomás/hőmérséklet paraméterek közel vannak a forrásponthoz.

a) Ha az állapotparaméterek megfelelnek a forráspontnak, akkor a víz részben gőz formában van jelen.

Ekkor a pép habot képez, amelynek viszonylag nagy a viszkozitása. Amikor a csúszókarok összenyomják, a víz kondenzálódik, a pép folyékonnyá válik, és nagy teljesítménnyel átnyomható a furatokon. Az áthaladás után a pép megkeményedik, és ily módon a visszaáramlás a csúszókar hátoldalára kiküszöbölődik. így tehát viszonylag nagy ellennyomás ellenében is lehet szállítani, b) Ha az állapotparaméterek kissé a forráspont alatt vannak, akkor a víz folyékony, és nincsen hab.

Ha a nagynyomású oldalon dolgozunk, akkor energiát kell bevinni (rugalmas nyomóenergia és elnyelt nyíróenergia). Az elnyelt nyíróenergia helyi hőmérsékletemelkedéshez vezet. A hátoldalon kis nyomás van, ami a folyadék egy részének elpárolgásához vezet, és ily módon a pépben hab képződik. Hűtéssel vagy nyomásnövekedéssel a vízgőz kondenzálódik (kavitáció).

3. A fent említett körülmények között a berendezés úgy működik, mint egy szivattyú, és így többfokozatú elrendezésben nagy nyomást tud létrehozni. Többfokozatú elrendezésben „aszimmetriát” kell biztosítani a szivattyúhatás tekintetében, azaz a szivattyúknak a szállítási irányba kell mutatniuk. Ezt a szállítási irányt biztosítani lehet egyrészt, ha az elrendezési szög a szállítási irányba mutat, másrészt ha a csúszókarok távolsága az alsó és felső perforált laptól változó, vagy ha a felületi jellemzők (súrlódás) különbözőek. Ha tökéletes a geometriai szimmetria és azonosak a súrlódási viszonyok, akkor a lapátszivattyúhoz egy külső nyomást kell szuperponálni. A lapátszivattyú ebben az esetben csak mint „cseppfolyósító” működik.

A találmány szerinti megoldás előnyeit a következőkben összegezhetjük:

- 100%-kal nagyobb teljesítmény,

- jobb termékminőség, mivel az áramlás egyenletesebb és a szövetszerkezet is egyenletesebb,

- az eljárás kiválóan szabályozható,

- rendkívül egyszerű kezelhetőség,

- gazdaságos szerszámok,

- a kopási költségek jelentős csökkenése,

- legkülönfélébb nyersanyagok alkalmazhatók,

- sokkal nagyobb szabadság az összetételek megválasztásában,

- a por alakú nyersanyagok beviteli viselkedése sokkal jobb.

A találmány szerinti intézkedésekkel már meglévő, elhasznált csigás extrudereket is újra üzembe lehet helyezni, és élettartamuk ezáltal jelentősen megnövelhető.

Példa

Négy ismert kivitelű, szokásos csigaprofillal ellátott csiga a fejnél egy csatlakozódarabbal van megtoldva amely az első nyomólapon megy át, és, szokásos módon, a lapát alakú csigafejjel szemben van elhelyezve,

- és arra használjuk, hogy a lapátelemet felszereljük rá. A lapátelem egy második nyomólap felett csúszik, és ily módon második lapátfokozatot képez. A szokásos füvókalap egészíti ki a rendszert. Mindkét nyomólap lapátkamrát képez, amelyben a lapátelem forog. A kör keresztmetszetű lapátelem csak kissé vékonyabb, mint a lapáttér, amelyet a két nyomólap képez. A nyo8

HU 218 040 Β másviszonyokat befolyásolni lehet a nyomólapok vastagságával és a furatok számával és méretével. A furatok bővülése a lapátelem felé az anyag tapadását, illetve súrlódását a perforált lap felületén, és ezáltal a szállítási karakterisztikákat befolyásolja.

Ha ennél a megoldásnál a találmány szerinti intézkedéseket alkalmazzuk, akkor rendkívül jó eredményeket érhetünk el a szokásos csigákkal, amikor is a rés a csiga és a hüvely között megközelítőleg 1,6 mm. Ha a lapátelemet mozgásba hozzuk, akkor ez egy nagyobb nyomású szakaszt képez áramlásirányban a lapátelem előtt, és egy kisebb nyomású szakaszt áramlásirányból nézve a lapátelem mögött. Ha a pép hőmérséklete 140 °C a kisebb nyomású szakaszban, és a nyomás itt 3,5 bar, akkor a víz elpárolog és a pép térfogata nő. Ebben az állapotban (gőzbuborékok és folyadék keveréke) a pépnek lényegesen nagyobb a viszkozitása, mint tiszta folyékony por alakban. így nagyobb ellenállása van a lapát felé közeledve, aminek következtében nyomás képződik, a víz kondenzálódik és a kondenzációs energia ismét felmelegíti a pépet stb. A nagy nyomás és kis nyomás közötti állandó változás, amit a lapátelem hoz létre a víz vagy a folyadék forráspontja alatt a pépben, rendkívül hatékony energiacserét, rendkívül nagy homogenizálóhatást fejt ki, így megakadályozza a helyi túlmelegedési és feltehetően a legfőbb alapját képezi a lapátfokozat meglepően jó szivattyúzóhatásának. Az egymást folytonosan követő expanzió és kompresszió következtében a hőszállítás a rendszeren belül jelentékenyen javul, és ez a biopolimer pép áramlási tulajdonságait pozitívan befolyásolja.

Claims (35)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Fűthető extruder, amelynek adagolótölcsére, legalább egy csigája, valamint fúvókája van hővel kezelt biopolimerek előállítására, azzal jellemezve, hogy a csiga (10, 65...) és a fúvóka (16, 69...) között legalább egy lapátszivattyú van elhelyezve és mindegyik lapátszivattyú egy perforált lapot (22, 122, 34, 50, 122/1, 122/2, 122’...) és legalább egy hozzá társított lapátelemet (24, 32, 52...) tartalmaz, amelyeket együtt „lapátszivattyúnak” nevezünk, a lapátelem a perforált lap fölött forog, és a perforált lappal 0° és 90° közötti hegyesszöget zár be a lapátelem forgásirányában nézve úgy, hogy a kezelendő anyag szivattyúzóhatásnak van kitéve.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti fűthető extruder, azzal jellemezve, hogy legalább két, úgynevezett lapátszivattyú (22/24; 22/24...65/122/1-71-122/2; 65/122; 80/122) van a szállítócsiga (10...) és a fúvóka (16...) között elhelyezve.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti fűthető extruder, azzal jellemezve, hogy a szállítócsiga (10) füvóka (16) felé eső végének a fej felülete ékszerűen és a perforált lap (122...) fölött haladóan van kialakítva.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti fűthető extruder, azzal jellemezve, hogy a lapátszivattyú, amely perforált lapból (22...) és lapátelemből (24...) áll, a szállítócsiga (10) meghosszabbítását képező tengelyre (18) van szerelve.
5. 5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti fűthető extruder, azzal jellemezve, hogy a lapátszivattyúknak egymástól független hajtása van.
6. 6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti fűthető extruder, azzal jellemezve, hogy a perforált lapban (122’) lévő fúratok (130) jó hőátadó tulajdonsága következtében a lapok (122’) keverőcsatomákat (132) képeznek gőz, hűtővíz vagy fűtőolaj számára (9. ábra).
7. 7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti fűthető extruder, azzal jellemezve, hogy az extrudercsiga egyszerű szállítócsigaként van működtetve, előösszenyomás céljára, és legalább egy lapátszivattyú követi a csiga és a fúvóka között, amely perforált lapból és ezzel társított lapátelemből áll.
8. 8. Fűthető extruder biopolimerek hőkezelésére, azzal jellemezve, hogy kizárólag egy sorozat, úgynevezett lapátszivattyúból áll, amelyek mindegyike egy perforált lapból és vele társított lapátelemből áll (lapátszivattyú), és a lapátextruder függőleges irányú, és a csiga kizárólag adagolócsiga szerepét tölti be.
9. 9. Az 1 -8. igénypontok bármelyike szerinti fűthető extruder, azzal jellemezve, hogy a lapátfelületek a perforált lap fölött forgó egyenes, ívelt vagy profilos felületek.
10. 10. A 9. igénypont szerinti fűthető extruder, azzal jellemezve, hogy a perforált lap fölött elhaladó lapátkarok vagy perdülőkarok, amelyek például a lapátszivattyú perdülőelemének hajtótengelyére merőlegesen vannak elhelyezve, kör keresztmetszetűek és hengeres vagy kifelé elkeskenyedő kúpos görgőként vannak kialakítva.
11. 11. Az 1 -10. igénypontok bármelyike szerinti fűthető extruder, azzal jellemezve, hogy a lapátelemek felülete a lehető legsimább, azaz minimális súrlódású, és a perforált lap felülete a lehető legdurvább, azaz nagy súrlódású.
12. 12. Az 1 -11. igénypontok bármelyike szerinti fűthető extruder, azzal jellemezve, hogy az extruderszerszámok, különösen az extruderhenger, a csiga, füvóka stb. acélból, öntöttvasból vagy más, az „élelmiszer” szempontjából nem kritikus anyagból készül.
13. 13. Az 1 -12. igénypontok bármelyike szerinti fűthető extruder, azzal jellemezve, hogy az egyes lapátfokozatok modulként vannak kialakítva.
14. 14. Az 1 -13. igénypontok bármelyike szerinti fűthető extruder, azzal jellemezve, hogy az egyes lapátfokozatok modulrendszerként kombinálhatóan vannak kialakítva.
15. 15. Az 1 -14. igénypontok bármelyike szerinti fűthető extruder, azzal jellemezve, hogy a beömlőoldali perforált lap homorú felületként van kialakítva, és a hozzá tartozó, a homorú felületet kiegészítő lapátelemek pontosan szemben vannak elhelyezve és annak körvonalát követően vannak kialakítva.
16. 16. Az 1 -14. igénypontok bármelyike szerinti fűthető extruder, azzal jellemezve, hogy a csiga meghoszszabbított tengelyére - lapátfejként kialakított csigavéggel - sík, perforált lap van elhelyezve, amelynek furatai párhuzamosak a tengellyel és áramlásirányban bővülőek.

    HU 218 040 Β
17. 17. A 16. igénypont szerinti fűthető extruder, azzal jellemezve, hogy a perforált lap után további három lapátfokozat van elhelyezve, és mindegyik fokozat egy perforált lapot (22) és egy lapátelemet (24) tartalmaz, a lapátelem (24) pedig forgópropeller (32), illetve -szárny (56) alakú.
18. 18. A 16. igénypont szerinti fűthető extruder, azzal jellemezve, hogy a perforált lapot (34) követően egy másik, gyűrű alakú perforált lap van elhelyezve, amelynek kalap alakja van, és ezek együtt üreges lapátteret (20) képeznek, amelyben egy forgó, a gyűrűs perforált lap fölött elhaladó lapátelem van elhelyezve.
19. 19. A 16. igénypont szerinti fűthető extruder, azzal jellemezve, hogy végül a tengelyen egy kúpos perforált lap (50) van elhelyezve, amelynek furatai (58) párhuzamosak a tengellyel és áramlásirányban bővülőek, és az üreges kúpos perforált lap által képezett lapáttérben (54) - ezt a teret kitöltő, a perforált lap (50) furatai (58) fölött, a perforált lap belső oldalán elhaladó - lapátelem (52) van elhelyezve.
20. 20. Az 1-19. igénypontok bármelyike szerinti fűthető extruder, azzal jellemezve, hogy a csiga külső átmérője és a lapátelem feje, és/vagy a perforált lap közötti viszony 1:2,0-3,0.
21. 21. Az 1-20. igénypontok bármelyike szerinti fűthető extruder, azzal jellemezve, hogy a perforált lap fölött elhaladó elemek (100) kúposak, belülről kifelé elkeskenyedőek és saját tengelyük körül forgathatók, és a felső oldalukon lévő perforált lap profilja (104) kiegészítő módon, azaz belülről kifelé bővülőén van kialakítva.
22. 22. Az 1-21. igénypontok bármelyike szerinti fűthető extruder, azzal jellemezve, hogy a perforált lapon keresztülmenő, a csigát központosító, központi járata van a tengely (114) számára, és a csigának rendkívül kis menetmélysége van, amely menetmélység viszonya a csiga átmérőjéhez /₁₀ és között van.
23. 23. Fűthető extruder, amelynek adagolótölcsére és füvókája van biopolimerek hőkezelésére, azzal jellemezve, hogy a függőleges fűthető extruder többfokozatú szerkezet (13. ábra), és különböző, az anyag áramlása irányában növekvő összenyomásra alkalmas kamrákkal (G, Μ, K, W) rendelkezik, továbbá hogy lapátelemek (130’, 130”, 130”’) vannak a perforált lapokhoz (132’, 132”, 132’”) képest szögben elhelyezve, amelyeknek mérete megfelelően csökken.
24. 24. A 23. igénypont szerinti fűthető extruder, azzal jellemezve, hogy a hengeres görgők (140) közül néhány, különösen az első fokozatban, forgathatóan van kialakítva.
25. 25. Fűthető extruder biopolimerek hőkezelésére, adagolótölcsérrel és fúvókéval, egyfokozatú elrendezésben, azzal jellemezve, hogy tablettázóprésként van kialakítva, kiegészítőén forgóhengeres görgőkkel (150), amelyek a függőleges tengelyre (156) merőlegesen vannak elhelyezve, és a görgők perforált lap (158) fölött haladnak el, a fúvóka (159) pedig a perforált lap (158) mögött van elhelyezve oly módon, hogy a pép a görgőkkel vagy hasonló elemekkel szemben cseppfolyóssá váljon, és a görgők mögött, a kiömlőoldalon, a perforált lap (158) mögött, elpárolgás és részleges visszafolyás és a füvóka felé egy hatékony szivattyúzás jöjjön létre.
26. 26. Eljárás biopolimerek nagy hőmérsékleten történő extrudálására, azzal jellemezve, hogy a csiga szállítónyomása, az extrudálandó anyag áramló mennyisége, az extruderben vagy azon kívül uralkodó hőmérsékletek, de mindenekelőtt a nyomás a perforált lap előtt és után vagy a perforált lap fölött elhaladó lapátelem előtt és után úgy van megválasztva, hogy a lapátkamrában a lapátelem mögött kisnyomású szakasz jön létre, amely az extrudálandó anyagban lévő folyadékot elpárologtatja, és a lapátelem előtt, a nyomólap felhalmozószakaszában egy nyomás képződik, és a folyadék gőz, különösen vízgőz cseppfolyósodása végbemegy.
27. 27. A 26. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a lapátszivattyú-fokozatban, a perforált lapokon való áthaladás után, az anyag nyomásnak van alávetve, amely az anyagot folyékony tömeggé nyomja össze.
28. 28. A 27. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az extrudert úgy működtetjük, hogy 10:1-hez nyomáskülönbséget hozzon létre a lapátelemmel szembeni terület vagy a csigafej ékfelületével szembeni terület és a lapátelem mögötti terület között, és a kisebb nyomású rész forráspont alatti körülmények között van.
29. 29. A 24-28. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a lehető legnagyobb nyomáskülönbséget hozzuk létre a lapátszivattyú-fokozaton keresztül, szem előtt tartva az extruder, valamint az extrudálandó anyag paramétereit.
30. 30. A 28. vagy 29. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a perforált lap tartományában a fluidizált anyagot oszcillálómozgásba hozzuk.
31. 31. A 26-30. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy lapátszivattyú-fokozatonként 200 cm³ térfogattal, 200-350 kg/óra áramlási mennyiséggel és 2-4 másodperc tartózkodási idővel dolgozunk.
32. 32. Eljárás biopolimerek nagy hőmérsékleten történő extrudálására szemcsézett élelmiszerek, snackek, gabonapelyhek előállítására, azzal jellemezve, hogy a biopolimereket két lapátfokozaton keresztül szállítjuk, amely fokozatok mindegyike egy perforált lapot és egy a fölött elhaladó lapátelemet tartalmaz, és miután a fúvóka előtt a nyomás kifejlődik, a pépet füvókán keresztülnyomjuk, és az eljárást főleg függőlegesen végezzük.
33. 33. A 24-32. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a perforált lapokat és a lapátelemeket úgy helyezzük el, hogy a lapátelemek minden esetben a perforált lap felülete fölött haladjanak el az elülső oldalon, műszakilag a lehető legközelebb, azaz az érintkezést éppen elkerülve.
34. 34. A 26-33. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy olyan lapátelemmel dolgozunk, amelynek átmérője olyan nagy az extrudercsiga külső átmérőjéhez viszonyítva, hogy a lapátkamrában kielégítően kis nyomás jöjjön létre, amely a pép elpárolgását teszi lehetővé.
35. 35. A 34. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a lapátfokozat átmérője 2-3-szorosa az extrudercsiga átmérőjének.