PL175467B1

PL175467B1 - Podgrzewarko-wytłaczarka do termicznego przetwórstwa biopolimerów oraz sposób termicznego przetwórstwa biopolimerów

Info

Publication number: PL175467B1
Application number: PL94312330A
Authority: PL
Inventors: Heinz Schaaf
Original assignee: Schaaf Technologie Gmbh
Priority date: 1993-07-29
Filing date: 1994-07-20
Publication date: 1999-01-29
Also published as: RU2160550C2; RO118123B1; CZ8696A3; KR960703526A; HK1000762A1; EP0638245B1; JPH08502419A; HU218040B; CA2143679C; KR100323133B1; NO960351L; BG100320A; DK0638245T3; SI0638245T1; DE4325514C1; US5567463A; DE59404323D1; TW307670B; BG62377B1; SK281925B6

Abstract

1. Podgrzewarko-wytlaczarka do termicznego przetwór- stwa biopolimerów majaca urzadzenia zasilajace w postaci leja zasypowego i przynajmniej jednego przenosnika srubowego oraz element wytlaczajacy i dysze przez która wytlaczany jest biopolimer, znamienna tym, ze ma pompe lopatkowa umiesz- czona pomiedzy urzadzeniami zasilajacymi to jest zasilajacym przenosnikiem srubowym (10), albo lejem zasypowym (67, 67"') i dysza (69, 159), przy czym pompa lopatkowa ma matryce (122) z otworami (104, 112, 128, 130, 158) i co najmniej jeden przypo- rzadkowany do niej element lopatkowy (86, 100, 111, 126, 150), który jest zamocowany obrotowo wokól osi walu (102, 114, 156) w poblizu matrycy (122) z otworami i jest w stosunku do matrycy nachylony pod katem ostrym od 0 do 90° w kierunku jego ruchu oraz korzystnie jest zamocowany obrotowo wokól osi swego ramienia. 12. Sposób termicznego przetwórstwa biopolimerów w podgrzewarko-wytlaczarce majacej lej zasilajacy i jedna pompe lopatkowa z matryca z otworami i dysza wytlaczajaca, polegajacy na dodawaniu do leja zasypowego odpowiednich ilosci surow- ców, które nastepnie w podgrzewarko-wytlaczarce miesza sie ze soba, obrabia termicznie, uplynnia i wytlacza przez dysze w postaci gotowej przekaski barowej znamienny tym, ze w kierun- ku przeplywu masy utrzymuje sie róznice temperatury i cisnienia z przodu i z tylu matrycy (122) oraz z przodu i z tylu przechodza- cego w poblizu niej elementu lopatkowego (86, 100, 111, 126, 150) patrzac od strony dyszy, przy czym róznice te utrzymuje sie w zakresie, przy którym za lopatka w komorze pompy powstaje strefa niskiego cisnienia (N), przy którym nastepuje odparowa- nie wody z wytlaczanej masy, a z przodu elementu lopatkowego tworzy sie strefa podwyzszonego cisnienia (H), przy którym nastepuje skroplenie pary, a w szczególnosci pary wodnej. Fig. 1 PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest podgrzewarko-wytłaczarka do termicznego przetwórstwa biopolimerów z zasobnikiem lejowym, pojedynczym przenośnikiem śrubowym i dyszą oraz w alternatywnym wykonaniu z podwójnym przenośnikiem śrubowym.

Przedmiotem wynalazku jest ponadto sposób termicznego przetwórstwa biopolimerów, w którym z obrabianych termicznie granulatów, wytwarza się dania barowe, mączne lub podobne.

Podgrzewarko-wytłaczarka do termicznego przetwórstwa biopolimerów jest znana z opisu patentowego europejskiego EP 0221 918 B1. Ogólny opis podgrzewarko-wytłaczarki został również podany przez Judson M. Harper Extrusion of Foods, 1981, CRC Press, Inc. Boca Raton, Florida, USA, jak również przez Mercier, Linko, Harper Extrusion-Cooking, 1989, American Association of Cereal Chemists, Inc. St. Paul, Minnessota, USA. Podgrzewarko-wytłaczarka została również opisana w niemieckim opisie patentowym nr 1011140. Przeznaczona jest ona do wytłaczania kauczuku i ma cylinder mieszczący ślimak wytłaczający mieszankę kauczukową w kierunku matrycy z otworami i dyszy. Na wale ślimaka w pobliżu matrycy jest umieszczony skrobak łopatkowy, który obraca się w pobliżu otworów matrycy zgarniając z niej plastyczną masę kauczukową. Skrobak oczyszcza otwory matrycy oraz dodatkowo miesza uplastycznioną masę kauczukową.

Wymagania do podgrzewarko-wytłaczarki stosowanej w przetwórstwie biopolimerów są następujące:

- wysoka wydajność połączona z dobrą jakością wytwarzanego produktu, która jest uwarunkowana stałymi parametrami pracy urządzenia;

- dobra plastyczność produkowanego ciasta i niskie nakłady inwestycyjne;

- niskie koszty obsługi, łatwy do obsługi proces, dobra kontrola procesu, krótki proces wytwarzania, prosta obsługa urządzenia> a zwłaszcza podczas rozruchu, demontażu i czyszczenia.

175 467

W opisie GB PS2 191 378 przedstawiono wytłaczarkę pracującą w temperaturze otoczenia lub niewiele wyższej, przeznaczoną do wytwarzania pasty rybnej. Obrotowe ostrza pełnią w niej funkcję mieszadła. Materiał jest wytłaczany przez dyszę w głowicy i odcinany. Urządzenie to nie ma mechanicznej lub termodynamicznej pompy. Działające podobnie urządzenia są stosowane w gospodarstwie domowym. Urządzenie nie ma również podgrzewacza. Wytłaczana masa jest poddawana dalszej obróbce, takiej jak podgrzewanie parą, pieczenie w oleju i gotowanie. Myślą przewodnią wynalazku jest ograniczenie możliwości uszkodzenia protein pasty rybnej, które mogłyby nastąpić podczas jej wytłaczania w podwyższonej temperaturze. Dlatego też w procesie wytłaczania pasty niepożądane są wszelkie termiczne efekty. Nie występują również kawerny w masie pasty, a kąt noży tnących do powierzchni głowicy wynosi 180°. Wytłaczarki z pojedynczym przenośnikiem śrubowym mają wiele zalet w porównaniu do wytłaczarek z podwójnym przenośnikiem śrubowym, gdyż wytłaczarki dwuśrubowe są konstrukcyjnie bardziej skomplikowane, ponieważ mają znacznie więcej zużywających się części i wyższe koszty eksploatacji.

Celem wynalazku jest usprawnienie podgrzewarko- wytłaczarki w kierunku otrzymania lepszej homogenizacji i tekstury końcowego produktu, który powinien być bardziej jednakowy, to znaczy, że powinien mieć te same parametry jakościowe oraz powinna być zapewniona możliwość kontroli temperatury procesu w stosunku do szybkości przepływu masy w przenośniku śrubowym. Oznacza to lepsze wymieszanie zawartego w masie tłuszczu i cukru, które to dodatki bardzo trudno mieszają się z ciastem i pogarszają jego teksturę.

Według wynalazku podgrzewarko-wytłaczarka do termicznego przetwórstwa biopolimerów mająca urządzenia zasilające w postaci leja zasypowego i przynajmniej jednego przenośnika śrubowego oraz element wytłaczający i dyszę, przez którą wytłaczany jest biopolimer, charakteryzuje się tym, że ma pompę łopatkową umieszczoną pomiędzy urządzeniami zasilającymi to jest przenośnikiem śrubowym lub lejem zasypowym i dyszą, przy czym pompa łopatkowa ma matrycę z otworami i co najmniej jeden przyporządkowany do niej element łopatkowy, któryjest zamocowany obrotowo wokół osi wału w pobliżu matrycy z otworami i jest w stosunku do matrycy nachylony pod kątem ostrym od 0 do 90° w kierunku jego ruchu oraz korzystnie jest zamocowany obrotowo wokół osi swego ramienia tak, że pompuje materiał.

Uformowana korzystnie w kształcie elementu łopatkowego powierzchnia czoła zasilającego przenośnika śrubowego ma w kierunku matrycy z otworami kształt klina zamocowanego obrotowo wokół osi wału w pobliżu otworów matrycy. Matryca z wieloma przelotowymi otworami korzystnie ma kanały do wymiany ciepła pary, wody, termooleju, przy czym kanały te są rozmieszczone pomiędzy otworami matrycy. Element łopatkowy korzystnie ma kształt walca i jest zamocowany obrotowo wokół własnej osi i obrotowo wokół centralnego wału tak, że obraca się wokół własnej osi w pobliżu matrycy z otworami, które są prostopadłe do osi napędowej pompy łopatkowej. Powierzchnia elementu łopatkowego korzystnie jest bardzo gładka dla obniżenia siły tarcia, a powierzchnie otworów w matrycy są maksymalnie szorstkie w dla zwiększenia siły tarcia masy. Zasilający przenośnik śrubowy, a w szczególności cylinder i dysza korzystnie są wykonane ze stali, żeliwa, najkorzystniej z materiałów dopuszczonych w przetwórstwie żywności. Pompa łopatkowa z zasilającym przenośnikiem śrubowym korzystnie jest wymiennym modułem, do którego korzystnie dołącza się dyszę, lej zasypowy i napęd. Czoło zasilającego przenośnika śrubowego korzystnie ma kształt elementu łopatkowego, a na przedłożonej osi zasilającego przenośnika śrubowego, w pewnej odległości od jego czoła w kształcie elementu łopatkowego, jest umieszczona matryca z otworami, które korzystnie są równoległe do osi, najkorzystniej rozszerzają się w kierunku dopływu masy. Elementy łopatkowe korzystnie są stożkowe, zwężające się od środka do zewnątrz i umieszczone obrotowo wokół osi wału oraz wokół własnych osi, a powierzchnia przyporządkowanej do nich matrycy ma komplementarny kształt, to znaczy, że rozszerza się ona od środka do zewnątrz. Umieszczony na wale zasilający przenośnik śrubowy korzystnie ma bardzo małą głębokość gwintu, a stosunek głębokości gwintu do średnicy śruby wynosi od 1:20 do 1:50. Elementy łopatkowe korzystnie

175 467 są zamocowane obrotowo wokół osi wału w technicznie dopuszczalnej najmniejszej odległości od matrycy tak, że przechodzą przy otworach matrycy nie dotykając ich.

Sposób termicznego przetwórstwa biopolimerów według wynalazku podgrzewarko-wytiaczarce mającej lej zasilający i jedną pompę łopatkową z matrycą z otworami i dyszą wytłaczającą, polegający na dodawaniu do leja zasypowego odpowiednich ilości surowców, które następnie w podgrzewarko-wytlaczarce miesza się ze sobą, obrabia termicznie, upłynnia i wytłacza przez dyszę w postaci gotowej przekąski barowej, charakteryzuje się tym, że w kierunku przepływu masy utrzymuje się różnicę temperatury i ciśnienia z przodu i z tyłu matrycy oraz z przodu i z tylu przechodzącego w pobliżu niej elementu łopatkowego patrząc od strony dyszy, przy czym różnice te utrzymuje się w zakresie, przy którym za łopatką w komorze pompy powstaje strefa niskiego ciśnienia, przy którym następuje odparowanie wody z wyłączanej masy, a z przodu elementu łopatkowego tworzy się strefa podwyższonego ciśnienia, przy którym następuje skroplenie pary, a w szczególności pary wodnej. Z przodu matrycy przetłoczony materiał korzystnie poddaje się ciśnieniu, przy którym upłynnia się on do postaci ciekłej.

W wylaczarce korzystnie utrzymuje się różnicę ciśnienia wynoszącą 10:1 pomiędzy strefą podwyższonego ciśnienia z przodu elementu łopatkowego, a strefą niskiego ciśnienia z tylu tego elementu, przy czym w strefie niskiego ciśnienia za elementem łopatkowym utrzymuje się ciśnienie niższe od punktu wrzenia cieczy. Różnicą ciśnienia utrzymywanego z dwóch stron matrycy z otworami korzystnie reguluje się oscylacyjny przepływ płynnego materiału przez otwory w matrycy. Korzystnie utrzymuje się ciśnienie i temperaturę, przy których następuje upłynnienie, homogenizacja i wytoczenie masy. W pompie łopatkowej o pojemności 2θθ cm³ korzystnie wytłacza się masę w ilości 200 do 350 kg/h zachowując czas jej przebywania w wytłaczarce od 2 do 4 sekund.

Nieoczekiwanie stwierdzono, że przy zastosowaniu pompy łopatkowej, działanie przenośnika śrubowego może być ograniczone do funkcji prostego podajnika śrubowego, który wstępnie spręża podawaną masę. Jeżeli charakterystyka wyłączanego ciasta pozwala na zastosowanie wysokociśnieniowego uszczelnienia, to możliwe jest zastosowanie dodatkowego napędu pompy łopatkowej, który jest niezależny od napędy przenośnika śrubowego.

W pojedynczej pompie łopatkowej zgarniak przenośnika śrubowego wytłaczarki ma kształt klina, a pomiędzy obracającą się śrubą i ścianami cyl^^<dra jest niewielka przerwa. Klinowy kształt zgarniaka śrubowego spełnia rolę według wynalazku, a w szczególności, gdy urządzenie jest ustawione pionowo. W specjalnej korzystnej odmianie wykonania wynalazku otwory matrycy mają na wlocie wklęsłą powierzchnię, a komplementarna łopatka umieszczona jest naprzeciwko tych wklęsłych powierzchni i obraca się wokół osi wału w ich pobliżu.

Według wynalazku pojedyncza wytłaczarka śrubowa, w której stosunek średnicy śruby do jej długości L:D wynosi 2:1 ma na końcu śruby łopatkę ślizgającą się po otworach matrycy, przy czym wytaczarka ma jedną lub więcej łopatek.

Zgodnie z wynalazkiem, homogenizowana masajest poddana ciśnieniu powstającemu od matrycy i powodującemu upłynnienie masy tak, że może ona przechodzić przez dyszę. Przeważająca część masy jest w stanie płynnym i dlatego użyte określenie pompa łopatkowa jest prawidłowe. Proces homogenizacji i odparowania masy może być powtórzony kilka razy, aż do uzyskania całkowitego wymieszania i homogenizacji spowodowanych mieszaniem i zwiększonym ciśnieniem, które przetłacza masę przez dysze. Oczywiste jest, że upłynniona masa wykonuje oscylacyne ruchy w pobliżu matrycy z otworami. Są one spowodowane zmianami ciśnienia, pod wpływem których część upłynnionej masy wraca z powrotem przez otwory w matrycy po przejściu łopatki, która pod wysokim ciśnieniem wypycha masę na zewnątrz matrycy. Takie zachowanie się masy można oglądać wizualnie.

Pompa łopatkowa wytwarza ciśnienie, które zwiększa się w kierunku przepływu masy, to jest na zewnątrz wirującego ramienia łopatki, podczas gdy przed ramieniem jest niższe ciśnienie. Powoduje to powstanie oscylacyjnego ciśnienia i oscylacyjny przepływ ciasta. W jednostopniowej pompie łopatkowej wielkości otworów w matrycy różni się od otworu

175 467 dyszy. Powyższe wymagania odnoszą się zarówno do urządzenia jak i do procesu przetwarzania ciasta, który można prowadzić w racjonalny sposób. Łopatka może być prosta, wyprofilowana, cylindryczna lub kulista, albo może mieć kształt wirującego profilu. Pod określeniem wirującego profilu rozumie się bijak przytwierdzony jednym końcem do obrotowego wału, którym może być wał napędowy. Kąt pochylenia łopatki do otworów matrycy powinien być mniejszy od 90° i większy od 0°. Mniejszy kąt łopatki powoduje mniejszy przepływ masy i wzrost jej ciśnienia, podczas gdy większy kąt powoduje wzrost przepływu i zmniejszenie ciśnienia. Charakterystyka powierzchni łopatki ma wpływ na optymalny przepływ masy. Powierzchnia ta winna być bardzo gładka i w pewnych warunkach pokryta gładkim materiałem. Dzięki temu uzyskuje się niskie tarcie, a nawet ślizganie się. Natomiast powierzchnia otworów matrycy powinna być tak szorstka jak to jest tylko możliwe i powodować wysokie tarcie. Uzyskuje się to przez odpowiedni kształt otworów, przy czym tarcie można zwiększyć przez zastosowanie dodatkowych urządzeń.

W przypadku grubszej matrycy zwiększa się jej odporność na przepływ, uzyskuje się wyższe siły ścinające, większe rozproszenie energii, wyższą temperaturę ciasta. W matrycach o mniejszej grubości wyżej wymienione wartości są odwrotne. Wiele otworów w matrycy oznacza mniejszy opór i większy przepływ masy przez te otwory. Większa średnica otworów matrycy oznacza niższy opór i większy przepływ, a mniejsza średnica większy opór, większe ścinanie, produktu i Lepsze mieszanie oraz Lepszą homogenizację w otworach. Przekrój otworów w matrycy może zmieniać się wzdłuż otworu i może on stożkowy i zbieżny, rozszerzający się lub zbieżny i rozszerzający się. Możliwe jest uzyskanie efektów reologicznych oraz stosowanie otworów w kształcie zwężki Venturiego.

Najprostsza matryca z otworami jest płaska. Może ona również mieć wyprofilowaną powierzchnię odpowiednią do kształtu łopatki pompy, to jest kulistą iub stożkową zwężającą się lub rozszerzającą. Kąt nachylenia otworów w matrycyjest prostopadły lub pochylony w stosunku do łopatki w kierunku jej obrotów iub w kierunku przeć iwnym.

W urządzeniu według wynalazku, są mniejsze mechaniczne wymagania w stosunku do jego poszczególnych części, a w szczególności do przenośnika śrubowego i jego tulei, w której zmiany wymiarów spowodowane tarciem nie wpływają negatywnie na warunki procesu, w przeciwieństwie do znanych wytłaczarek, w których zmiany wymiarów o 1 mm mogą mieć znaczny wpływ na proces wytłaczania. Jeżeli z jakiś powodów nie jest wskazane pionowe ustawienie urządzenia, to można stosować poziomą podgrzewarko-wytłaczarkę. Rozmieszczenie elementów pompy łopatkowej (długość, kąt nachylenia łopatek do matrycy z otworami) i kształt matrycy z otworami (ilość otworów, ich średnica, grubość matrycy) wykonuje się zgodnie z prawami przepływu masy i dobiera odpowiednią konfigurację zależnie od parametrów procesu (wilgotność surowców, temperatura, lepkość, czas przebywania w wytłaczarce, wymagane ciśnienie w dyszy i podobne) i kosztów wykonania. W szczególności łopatki pompy są wygięte pod odpowiednim katem i podczas obrotu wału ślizgają się one po powierzchni matrycy z otworami przesuwając materiał do przodu wzdłuż osi obrotu. Mają one kształt cylindrycznych iub stożkowych wałków, co zostanie daiej dokładnie opisane. Zastosowanie matrycy z otworami zapewnia duży kontakt metalowej powierzchni z wytłaczaną masą.

W urządzeniach według wynalazku mogą być homogenizowane zawiesiny, ugniatane masy, pasty i ciasta, które za pomocą łopatek ślizgających się wokół otworów w matrycy są przetłaczane przez te otwory. Przenoszenie masy w urządzeniu następuje wskutek zwiększenia ciśnienia spowodowanego przez ślizgające się ramiona łopatki w kierunku jej obrotu. Wzrost ciśnienia zależy od kształtu ślizgającego się ramienia (walec, ukształtowana łopatka i podobne) i jego odległości od otworów w matrycy. Urządzenie musi być tak zaprojektowane, aby ciśnienie z przodu łopatki było wystarczające do pokonania oporu powstającego w przelotowych otworach matrycy. W pompie łopatkowej zasilanej przenośnikiem śrubowym lokalne ciśnienie zwiększa się w kilku otworach, a ponadto następuje upłynnienie masy, gdy własności płynięcia masy zależą od jej homogenizacji i sił ścinających, które upłynniają masę.

175 467

Intensywne mieszanie i ścinający ruch masy wpompie łopatkowej obniża inercję pasty, która przechodzi przez otwory w matrycy przy niewielkiej stracie ciśnienia. Upłynnienie pasty wynika z jej wewnętrznej charakterystyki (wewnętrznej charakterystyki lepkości). W przypadku zawiesin i ciast zawierających wodę, upłynnienie masy następuje w warunkach temperatur i ciśnienia, przy których następuje gotowanie. Jeżeli parametry procesu są utrzymywane w punkcie wrzenia, to część wody zamienia się w parę. Ciasto ulega wówczas spienieniu i wzrasta jego lepkość. Pod wpływem ciśnienia ślizgającego się ramienia łopatki para skrapla się i ciasto staje się płynne i zostaje przepchnięte w dużej ilości przez otwory w matrycy. Po przejściu ciasto twardnieje i dzięki temu nie płynie z powrotem przez otwory z tyłu łopatki. Umożliwia to utrzymanie stosunkowo wysokiego ciśnienia z tyłu łopatki. Jeżeli warunki procesu są utrzymane trochę poniżej punktu wrzenia, to woda jest w stanie ciekłym i nie ma piany.

Podczas tłoczenia masy powstaje z przodu łopatki wysokie ciśnienie, które oddziaływuje na elastyczną masę. Ciśnienie to powoduje miejscowy wzrost temperatury masy. Z tyłu łopatki jest niższe ciśnienie, w którym następuje odparowanie części płynu i spienienie masy. Po ochłodzeniu masy lub zwiększeniu ciśnienia następuje kondensacja pary wodnej i wówczas powstają w cieście kawerny.

W opisanym powyżej procesie, urządzenie według wynalazku jest pompą, w której następuje wzrost ciśnienia.

W porównaniu z konwencjonalną wytłaczarką, w której wymiana ciepła następuje tyliko przez ściany cylindra, w wytłaczarce według wynalazku zostaje zwiększona powierzchnia wymiany ciepła, gdyż odbywa się ona poprzez ściany matrycy, które mogą być chłodzone lub ogrzewane, na przykład parą, wodą, olejem przechodzącym przez kanały w matrycy, co jest ważną zaletą tego urządzenia.

Sposób podgrzewania i wytłaczania biopolimerów, charakteryzuje się tym, że konieczne parametry podgrzewania i wytłaczania, takie jak ciśnienie, temperatura upłynnienia i homogenizacja masy są uzyskiwane w jednej pompie łopatkowej.

W urządzeniu uzyskuje się lepszą homogenizację i bardziej jednakową teksturę końcowego produktu. Opuszczające dyszę ciasto jest bardziej jednorodne. Mimo bardzo krótkiego czasu wytłaczania wynoszącego poniżej 8 sekund i znacznie większej zawartości tłuszczu i/lub cukru uzyskuje się wystarczające wymieszanie masy, podczas gdy w znanych urządzeniach obecność tłuszczu i/lub cukru mocno obniża stopień wymieszania masy. Zwiększona zostaje również możliwość kontrolowania temperatury zależnie od zmieniających się parametrów procesu i przepływu masy. Zwiększona zostaje szybkość przenośnika śrubowego, co przy stałym przepływie masy powoduje zwiększenie temperatury ciasta lub przy stałej temperaturze zwiększenie przepływu masy w porównaniu z taką samą wytłaczarką bez pompy łopatkowej. W rezultacie uzyskuje się zmniejszenie energii mechanicznej na jednostkę homogenizowanej masy. Zależność pomiędzy szybkością przenośnika śrubowego i temperaturą ciasta przebiega liniowo.

Wydajność wytłaczarki mającej jedną łopatkową pompę wzrasta o 100% w porównaniu z urządzeniem nie posiadającym łopatkowej pompy, przy czym otrzymuje się produkt o tej samej jakości. Dzięki właściwościom smarnym wyłączanego materiału oraz współosiowości przenośnika śrubowego z cylindrem, zwiększone zostają siły promieniowe, unika się kontaktu śruby ze ścianami cylindra i w rezultacie obniża się zużycie tych części.

Konstrukcja pompy łopatkowej jest bardzo prosta, zużywa się ona bardzo powoli i jest tania w produkcji. Montaż, demontaż i czyszczenie tych elementów są również bardzo proste i szybkie do wykonania.

Bardzo ważne jest, że podgrzewarko-wytłaczarka według wynalazku, to jest jej wytłaczający cylinder i w określonych warunkach podajnik śrubowy, matryca z otworami, elementy pompy łopatkowej jak również dysze i inne części mogą być wykonane ze stali, odlewanego żeliwa oraz ze znanych materiałów dopuszczonych przy przeróbce żywności i nie muszą zawierać stosowanych zwykle zwiększających twardość dodatków metali ciężkich. Spowodowane tarciem zmiany, wymiarów poszczególnych części podgrzewarko-wytłaczarki według wynalazku, mają w porównaniu ze znanymi urządzeniami niewielki wpływ

175 467 na zmniejszenie jej wydajności. W znanych natomiast wytłaczarkach spowodowane tarciem zwiększenie przerwy pomiędzy cyllndrem i przenośnikiem śrubowym o 1 mm obniża wydajność o 30-40% lub zwiększa zużycie energii do nie akceptowalnej wielkości.

Korzyści uzyskane w urządzeniach według wynalazku są następujące:

- do 100% większa wydajność,

- wy/skujesię lepszą jakość produktu odznaczającego się b^arc^^^Ejj jednakowym upfynnieniem i jednakową teksturą,

- jest doskonała możliwość kontroli procesu,

- jest bardzo łatwy demontaż i montaż poszczególnych części urządzenia,

- koszt wykonania urządzenia jest niewielki,

- następuje znaczne obniżenie kosztów związanych ze zużyciem poszczególnych części urządzenia,

- skraca się czas przygotowania urządzenia Do przeróbki różnych materiałów,

- wyraźnie zwiększają się możliwości homogenizowania różnych kompozycji,

- łatwiejsze jest Dozowanie substratów w postaci proszku.

W urządzeniu według wynalazku zużyty przenośnik śrubowy może być zamontowany ponownie i jego okres stosowania znacznie wydłuża się.

Wynalazek został uwidoczniony w przykładzie j ego wykonania pokazanym na rysunku na którym: fig. 1 przedstawia jednostopniową poziomą pompę łopatkową zasilaną podajnikiem ślimakowym; fig. 2 - urządzenie z różniącymi się średnicami przenośnika śrubowego i pompy łopatkowej; fig. 3 - modyfikację urządzenia w porównaniu z pokazanymi na poprzednich figurach; fig. 4 - konstrukcyjne szczegóły wykonania matrycy z otworami i kanałami do wymiany ciepła; fig. 5 - rozmieszczenie ciasta w fazie wytłaczania; fig. 6 - w przekroju i w widoku z góry element łopatkowy z czterema ramionami; fig. 7 - przekrój podłużny podgrzewarko-wytłaczarki z dwoma równoległymi pompami łopatkowymi.

Na figurze 1 pokazano jednostopniową poziomą wytłaczarkę z lejem zasypowym 67 i zasilającym przenośnikiem śrubowym 10 mającym czoło uformowane w kształcie łopatki

111. W matrycy 122 z otworami 112 jest ułożyskowany wał 114 przenośnika śrubowego umieszczonego w cyllndrze 68. Ważne są geometryczne wymiary pokazanej śruby, która ma bardzo małą głębokość gwintu 115 w porównaniu Do znanych śrub, w których głębokość gwintu zależy od optymalnego przepływu masy. Ta mała głębokość śruby jest bardzo niekorzystna dla transportu masy, ale umożliwia wytworzenie wystarczająco niskiego ciśnienia w obszarze niskiego ciśnienia pompy łopatkowej w której następuje odparowanie wody. Stosunek głębokości gwintu Do średnicy przenośnika wynosi na przykład 1/20 Do 1/50.

Na figurze 2 pokazano urządzenie z elementem łopatkowym 126 i matrycą 122 z otworami 128, których średnica jest większa w porównaniu Do średnicy przenośnika śrubowego. Stosunek średnicy pompy łopatkowej i matrycy z otworami do średnicy przenośnika śrubowego może wynosić od 2,0-3,0:1. Zwiększoną Ilość masy można Doprowadzić do pompy, stosując przenośnik śrubowy z głębszym gwintem oD pokazanego na rysunku. W urządzeniu tym utrzymuje się wystarczająco niskie ciśnienie w przestrzeniach dopływowych, to jest pomiędzy matrycą z otworami 128 w kierunku obrotu łopatki 126, za tą łopatką, jak również oD strony wypływu z otworów 128 matrycy i w komorze 125 przylegającej Do Dyszy 69, w których to przestrzeniach możliwe jest odparowanie woDy.

Na figurze 3 pokazano jeDnostopniowe pionowe urządzenie, które jest podobne do tabletkarki i ma obrotowe cylindryczne rolki 150, lej zasypowy 67' oraz wał 156. Rolki 150 obracają się dookoła osi wału w pobliżu matrycy 122 z otworami 158 i Dookoła własnej osi. Urządzenie chociaż jest podobne do tabletkarki, to ma zgodnie z wynalazkiem wylotową dyszę, a ponadto występują w nim różnice ciśnienia. Tak jak w opisanych powyżej urządzeniach, z przodu rolek lub Innych elementów w kształcie klina lub podobnych elementów, ciasto ma postać płynną, a z tyłu rolek następuje odparowanie wody i powrotny przepływ masy.

Na figurze 4 pokazano matrycę 122, w której otwory 130 są rozmieszczone równomiernie. Matryca ma przewodzące kanały 132, przez które przepływa ciecz. Wejście 1 wyście przepływającej kanałami cieczyjest pokazane strzałkami. W pokazanym na rysunku

175 467 rozwiązaniu, wszystkie otwory w matrycy lub tylko ich część mogą mieć przewodzący kanał 132.

Na figurze 5 pokazano rozkład wysokiego i niskiego ciśnienia na matrycy 122. Okrągły element w kształcie walca, mający w tym przykładzie dwa ramiona, obraca się wokół osi wału przy matrycy 122. Można stosować również inne elementy łopatkowe, przy czym na rysunku pokazano dla uproszczenia element z dwoma łopatkami. W strefie podwyższonego ciśnienia H znajdującej się przed łopatką (w kierunku jej obrotu pokazanym strzałką) ciasto zostaje sprężone, woda skondensowana, a temperatura wzrasta. W strefie niskiego ciśnienia N woda odparowuje, ciasto rozpręża się, a jego temperatura odpowiada ciśnieniu absolutnemu. W obniżonej temperaturze rośnie lepkość rozprężonego ciasta. Zmniejszone ciśnienie powoduje przepływ powrotny masy przez otwory w matrycy ze strefy wysokiego ciśnienia do strefy niskiego ciśnienia. Na rysunku pokazano rozkład ciśnienia ciasta na matrycy z otworami.

Na figurze 6 pokazano następne warianty wykonania urządzenia, przy czym na fig. 6A pokazano widok z góry, a na fig. 6B przekrój matrycy 122. Nie pokazano rozszerzonego wejścia do otworów. Specjalną cechą rozwiązania są prostopadłe do osi wału 102 stożkowe rolki, których średnica zmniejsza się od środka matrycy do zewnątrz. Profil powierzchni matrycy 122 z otworami 104 ma komplementarny kształt i rozszerza się od środka do zewnątrz tak, że stożkowe rolki mogą się wokół niej bez problemu poruszać.

Rolki są umieszczone na obracających się ramionach, w przedstawionym wykonaniu stożkowych, a w innym przykładzie cylindrycznych i mogą się one obracać również wokół własnej osi 100'. Tak więc rolki 100 obracają się wokół własnej osi, a ponadto rolki obracają się ruchem postępowym przy matrycy w kierunku pokazanym na fig. 6A. Następuje ruch obrotowy wokół własnej osi oraz ruch postępowy przy otworach matrycy.

Na figurze 7 pokazano urządzenie z podwójnym przenośnikiem śrubowym i z dwoma równoległymi elementami łopatkowymi. Element łopatkowy 202', 202 obraca się wokół osi wału przy przyporządkowanej matrycy z otworami 200', 200. Całość mieści się we wspólnej obudowie 204. Korzystną cechą tego urządzenia jest krótsza konstrukcja umożliwiająca wykonanie prostszej i tańszej podgrzewarko-wytłaczarki. Skomplikowane elementy gniotące i homogenizujące mogą być teraz oddzielone od siebie. W porównaniu do urządzenia z pojedynczym przenośnikiem śrubowym uzyskuje się lepszą homogenizację, bardziej jednakowy rozdział ciepła i lepsze mieszanie masy, mniejsze zużycie poszczególnych elementów oraz większą możliwość kontrolowania przebiegu procesu.

Przykład wykonania sposobu:

Do pokazanej na fig. 1 jednostopniowej pompy łopatkowej z lejem zasypowym 67, przenośnikiem śrubowym 10, elementem łopatkowym lll i dyszą 69 dozuje się biopolimery mączne cukier i inne dodatki, które w przeliczeniu na suchą masę zawierają: skrobia 59% wag., proteiny 17% wag., cukier 12% wag., tłuszcz 8% wag., surowce włókniste 4% wag. surowce te dozuje się do leja zasypowego 67, a następnie przenośnikiem śrubowym 10 podaje się je do elementu łopatkowego lll, za pomocą którego przetłacza się masę przez matrycę 122 z otworami 112 i przez dyszę 69 w postaci gotowego produktu. Podczas wytłaczania zawartość wody w cieście utrzymuje się w ilości 19% wag. Ciśnienie w podgrzewarko-wytłaczarce reguluje się obrotami wału 114. surowce przetłacza się przy prędkości obrotowej wału, przy której uzyskuje się ciśnienie na tylnej stronie elementu łopatkowego i w strefie niskiego ciśnienia w wysokości 7.000 hPa (7 barów). Temperaturę ciasta w strefie niskiego ciśnienia utrzymuje się w wysokości 140°C, temperaturę w komorze dyszy 150°C, ciśnienie w komorze dyszy 70.0,0 hPa (70 barów). Przy tych parametrach uzyskano maksymalną wydajność 600 kg/godz. produktu o dobrej jakości, przy czym doskonałą jakość produktu uzyskano przy wydajności 400 kg/godz., przy której otrzymany produkt był jednorodny, nie występowały w nim straty witamin i aminokwasów oraz miejscowe przegrzania i miał równomiernie uformowane pory.

Tę samą próbę wykonano w takiej samej wytłaczarce ślimakowej, ale bez pompy łopatkowej uzyskując maksymalną wydajność 400 kg/godz. przy maksymalnym ciśnieniu ciasta na dyszy 6Ο.0θΟ hPa (60 barów), ale przy tej wydajności otrzymano nierównomier10

175 467 nie wymieszany produkt o nie akceptowalnej jakości. W końcowym produkcie były surowe cząstki, a ponadto przepływ ciasta był nierównomierny. Akceptowaną jakość produktu uzyskano po zmniejszeniu obrotów ślimaka i spadku wydajności produkcyjnej do 200 kg/godz. i ciśnienia na dyszy do 26.000 hPa (26 barów).

175 467

Fig.3

175 467

Fig. 4

175 467

Fig.6

100 10

100' 100

175 467

204

175 467

^^epartanient

Wydawnictw Up ^Cen^4,00_z{

Nakład 90 _egz.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Podgrzewarko-wytłaczarka do termicznego przetwórstwa biopolimerów mająca urządzenia zasilające w postaci leja zasypowego i przynajmniej jednego przenośnika śrubowego oraz element wytłaczający i dyszę przez którą wytłaczany jest biopolimer, znamienna tym,, że ma pompę łopatkową umieszczoną pomiędzy urządzeniami zasilającymi to jest zasilającym przenośnikiem śrubowym (10), albo lejem zasypowym (67, 67') i dyszą (69, 159), przy czym, pompa łopatkowa ma matrycę (122) z otworami (104, 112,12^, 130,158) i co najmniej jeden przyporządkowany do niej element łopatkowy (86,100,111,126, 150), który jest zamocowany obrotowo wokół osi wału (102, 114,156) w pobliżu matrycy (122) z otworami i jest w stosunku do matrycy nachylony pod kątem ostrym od 0 do 90° w kierunku jego ruchu oraz korzystnie jest zamocowany obrotowo wokół osi swego ramienia.
2. Podgrzewarko-wytłaczarka według zastrz. 1, znamienna tym, że uformowana w kształcie elementu łopatkowego (111) powierzchnia czoła zasilającego przenośnika śrubowego (10) ma w kierunku matrycy z otworami (112) kształt klina zamocowanego obrotowo wokół osi wału (114) w pobliżu łych otworów.
3. Podgrzewarko-wytłaczarka według zastrz. 1, znamienna tym, że matryca (122) z wieloma przelotowymi otworami (130) ma kanały (132) do wymiany ciepła pary, wody, oleju, które są rozmieszczone pomiędzy otworami (130).
4. Podgrzewarko-wytłaczarka według zastrz. 1, znamienna tym, że element łopatkowy (100) ma kształt walca i jest zamocowany obrotowo wokół własnej osi i obrotowo wokół osi centralnego wału (100').
5. Podgrzewarko-wytłaczarka według zastrz. 1, znamienna tym, że powierzchnia elementu łopatkowego (86,100, 111,126, 150) jest bardzo gładka, a powierzchnie otworów (104,112,128,130,158) w matrycy są maksymalnie szorstkie.
6. Podgrzewarko-wytłaczarka według zastrz. 2, znamienna tym, że zasilający przenośnik śrubowy (10), a w szczególności cylinder (68) i dysza (69, 159) są wykonane ze stali, żeliwa, korzystnie z materiałów dopuszczonych w przetwórstwie żywności.
7. Podgrzewarko-wytłaczarka według zastrz. 1, znamienna tym, że pompa łopatkowa z zasilającym przenośnikiem śrubowym (10) jest wymiennym modułem, do którego dołącza się dyszę (69,159), lej zasypowy (67,67') i napęd.
8. Podgrzewarko-wytłaczarka według zastrz. 1, znamienna tym, że czoło zasilającego przenośnika śrubowego (10) ma kształt elementu łopatkowego (lll), a na przedłużonej osi zasilającego przenośnika śrubowego (10), w pewnej odległości od jego czoła w kształcie elementu łopatkowego (111), jest umieszczona matryca z otworami (112), które są równoległe do osi, korzystnie rozszerzają się w kierunku dopływu masy.
9. Podgrzewarko-wytłaczarka według zastrz. 1, znamienna tym, że elementy łopatkowe (100) są stożkowe, zwężające się od środka do zewnątrz i umieszczone obrotowo wokół osi wału oraz obrotowo wokół własnych osi, a powierzchnia przyporządkowanej do nich matrycy (122) ma komplementarny kształt, to znaczy, że rozszerza się ona od środka do zewnątrz.
10. Podgrzewarko-wytłaczarka według zastrz. 1, znamienna tym, że zasilający przenośnik śrubowy (10) umieszczony na wale (114) ma bardzo małą głębokość gwintu (65), a stosunek głębokości gwintu do średnicy śruby wynosi od 1:20 do 1:50.
11. Podgrzewarko-wytłaczarka według zastrz. 1, znamienna tym, że elementy łopatkowe (86,100,111,126, ,50) są zamocowane obrotowo wokół osi wału (102,114,156) w technicznie dopuszczalnej najmniejszej odległości od matrycy (122).

175 467
12. Sposób termicznego przetwórstwa biopolimerów w podgrzewarko-wytłaczarce mającej lej zasilający i jedną pompę łopatkową z matrycą z otworami i dyszą wytłaczającą, polegający na dodawaniu do leja zasypowego odpowiednich ilości surowców, które następnie w podgrzewarko-wytłaczarce miesza się ze sobą, obrabia termicznie, upłynnia i wytłacza przez dyszę w postaci gotowej przekąski barowej znamienny tym, że w kierunku przepływu masy utrzymuje się różnicę temperatury i ciśnienia z przodu i z tyłu matrycy (122) oraz z przodu i z tyłu przechodzącego w pobliżu niej elementu łopatkowego (86,100,111, 126,150) patrząc od strony dyszy, przy czym różnice te utrzymuje się w zakresie, przy którym za łopatką w komorze pompy powstaje strefa niskiego ciśnienia (N), przy którym następuje odparowanie wody z wytłaczanej masy, a z przodu elementu łopatkowego tworzy się strefa podwyższonego ciśnienia (H), przy którym następuje skroplenie pary, a w szczególności pary wodnej.
13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że z przodu matrycy (122) przetłoczony materiał poddaje się ciśnieniu, przy którym upłynnia się on do postaci ciekłej.
14. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że w wytłaczarce utrzymuje się różnicę ciśnienia wynoszącą 10:1 pomiędzy strefą podwyższonego ciśnienia (H) z przodu elementu łopatkowego (8^, 100,111,126, ΐ5θ), a strefą niskiego ciśnienia (N) z tyłu tego elementu, przy czym w strefie niskiego ciśnienia (N) za elementem łopatkowym (8(6,100, 111, 126, 150) utrzymuje się ciśnienie niższe od punktu wrzenia cieczy.
15. Sposób według zastrz. 12 albo 14, znamienny tym, że różnicą ciśnienia, utrzymywanego z dwóch stron matrycy (122) z otworami, reguluje się oscylacyjny przepływ płynnego materiału przez otwory w matrycy (122).
16. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że utrzymuje się ciśnienie i temperaturę, przy których następuje upłynnienie, homogenizacja i wYtłoczenie masy.