PL234656B1 - Mieszalnik dozujący - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest hydrokinetyczny mieszalnik dozujący, przedstawiony na rysunku, do precyzyjnego mieszania sproszkowanych surowców i cieczy, np. wody i mąki w procesie technologicznego przygotowania surowca do wypieku chleba i produktów pochodnych. Mieszalnik ma zintegrowane ze sobą w jednej przestrzeni roboczej układy: zasilająco-dozujący z komorą nawilżającą i nawilżająco-mieszający, przy czym układ zasilająco-dozujący surowca sproszkowanego stanowi walcowy korpus zapewniający grawitacyjne przemieszczanie się materiału do komory mieszania, zaś układ nawilżająco-mieszający stanowią zintegrowane ze sobą funkcjonalnie podajnik cieczy roboczej - system kanałów wykonanych w wale roboczym wirnika i turbinie roboczej na nim osadzonej zakończonych dyszami rozpylającymi, oraz promieniowo-obrotowy wirnik roboczy umieszczony w komorze mieszania. Przestrzeń wyznaczona osiową odległością pomiędzy turbiną roboczą, a płaszczyzną łączącą przestrzeń zasilająco-dozującą z korpusem oraz odległość promieniowa walcowego korpusu od głównej jej osi stanowią zasadniczą komorę roboczą mającą wpływ na wydajność oraz inne charakterystyki użytkowe procesu. Promieniowa odległość osadzenia dysz rozpylających ciecz technologiczną na łopatkach wirnika roboczego stanowi odległość roboczą mającą wpływ na stopień zmieszania oraz inne charakterystyki użytkowe i technologiczne procesu, a istota zastosowania promieniowego obrotowego wirnika z kątowym przestawieniem jego łopat w stosunku do osi głównej urządzenia stanowią istotę skutecznego dozowania i rozpylania płynu dając jednocześnie możliwość dla szybkiego i łatwego łączenia się cząsteczek: rozdrobnionej cieczy i ziarenek proszku.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest hydrokinetyczny mieszalnik dozujący, przeznaczony do precyzyjnego mieszania sproszkowanych surowców i cieczy, np. wody i mąki w procesie technologicznego przygotowania surowca do wypieku chleba i produktów pochodnych, w postaci kompaktowego urządzenia, w którym następuje obrotowo-kinetyczne rozdrobnienie płynu technologicznego dla wymuszonego związania go ze sproszkowanym surowcem np. mąką, stosowaną w produkcji pieczywa spożywczego.

W procesie mieszania surowców sypkich np. mąki z surowcami płynnymi np. wodą wytwarzany jest produkt lub półprodukt w postaci gęstej, półpłynnej lub stałej, elastycznej masy ciasta. Do jego wytworzenia niezbędna jest obecność wody, mieszanie a także miesienie (wyrabianie), co spowodowało, że do mieszania surowców do produkcji pieczywa stosowane są różne rozwiązania konstrukcyjne mieszalników do wyrobu ciasta. W układach roboczych mieszalników do wyrobów gęsto- i lepko-plastycznych zachodzą złożone procesy łączenia składników sypkich i płynnych. Na jakość i właściwości finalnego produktu (np. ciasta piekarskiego) oraz przebieg procesu mieszania wpływ ma rodzaj surowców sypkich i płynnych użytych do produkcji ciasta, ich stosunek ilościowy, rozproszenie cząsteczek surowców płynnych w mieszaninie, czas wyrabiania ciasta, które w warunkach dynamicznych decydują o zachowaniu i powstawaniu wiązań międzycząsteczkowych (reakcje białek glutenowych) i połączeniu składników w trwałą mieszaninę jednorodną. Złożoność zagadnień dotyczy również wpływu cech konstrukcyjnych mieszalników surowców sypkich i płynnych oraz szeregu parametrów eksploatacyjnych, na energochłonność i wydajność procesu - przede wszystkim na czas łączenia składników i wyrabiania plastycznej masy. Najczęściej istota działania mieszalników polega na mieszaniu (mechanicznym, pneumatycznym, przepływowym, grawitacyjnym) surowców sypkich i płynnych za pomocą mieszadeł o różnorodnej konstrukcji w komorze roboczej wykonanej przeważnie ze stali nierdzewnej. Wprowadzenie w ruch cząstek surowców (sypkich i płynnych) powoduje ich wzmożone zderzanie się, integrację i ułatwia powstanie mieszaniny jednorodnej. Jednoczesne dozowanie i mieszanie surowców sypkich i płynnych w odpowiedni sposób w procesie produkcji ciasta gwarantuje niski pobór mocy podczas wyrobu masy plastycznej oraz zapewnia prawidłowość procesu z zachowaniem wymaganych właściwości elastyczności i płynności masy.

Stosowane są liczne konstrukcyjne rozwiązania urządzeń mieszania, zagęszczania i łączenia produktów sypkich i płynnych z mieszaniem mechanicznym, pneumatycznym, przepływowym, grawitacyjnym. Urządzenia do mieszania i wyrobu ciasta nazywane są w zależności od wykorzystywanego sposobu mieszania oraz konstrukcji mieszadła i komory roboczej: mieszalnikami cyrkulacyjnymi, mieszalnikami inżektorowymi, mechanicznymi, przegrodowymi, przesypowymi, pneumatycznymi, spiralnymi, wstęgowymi, turbulentnymi, mieszarkami, miesiarkami, homogenizatorami, granulatorami. Mieszanie w tych urządzeniach następuje w wyniku wprawienia w ruch cząstek płynu, proszku za pomocą elementu mieszającego w postaci wstęgi, łopatek lub rozmieszczonych promieniowo trzpieni wykonującego ruch obrotowy względem stałej osi obrotu. Stosowane mieszadła zazwyczaj wykonane są jako: łapowe pionowe, łapowe poziome, ramowe, kotwiczne, tarczowe, podwójne pionowo-łapowe, śrubowe, podwójne sigmoidalne, śmigłowe. Wskutek oddziaływania ruchu obrotowego mieszadła, cząstki surowców w odpowiednio ukształtowanej komorze roboczej zderzają się, zachodzą pomiędzy nimi reakcje chemiczne oraz łączenie w jednorodną masę. Różne rodzaje obecnie stosowanych na świecie mieszalników opisano m.in. w następujących pracach naukowych: Stręk F.: Mieszanie i mieszalniki, WNT Warszawa 1981; Boss J.: Mieszanie materiałów ziarnistych, PWN Warszawa 1987; Kamieński J.: Mieszanie układów wielofazowych, WNT Warszawa 2004; Lewicki P.P.: Inżynieria procesowa i aparatura przemysłu spożywczego, WNT Warszawa 2006.

Wadą i niedogodnością znanych rozwiązań konstrukcyjnych mieszalników cieczy i proszków jest mała wydajność w przypadku uzyskiwania bardzo jednorodnego produktu, przy dużym zużyciu: energii i elementów maszyny; powstawanie sił adhezji w miejscu styku mieszanych materiałów i elementów roboczych powodujących zużywanie i konieczność częstej wymiany elementów roboczych, często o skomplikowanych i przestrzennych kształtach oraz nierównomierność procesu mająca wpływ na obniżenie trwałości elementów roboczych i jednorodności produktu mieszania. Wynika to z faktu, że pod wpływem nierównomiernego kontaktu materiałów mieszanych i mieszalnika następuje rozproszenie materii i energii na drodze dochodzenia do punktu połączenia materiałów, co wiąże się z niemożliwością skutecznego zmieszania faz, nierównomiernymi obciążeniami silnika napędowego, ścieraniem powierzchni roboczych mieszadeł i powierzchni kadzi w przestrzeni roboczej.

PL 234 656 B1

Charakter obciążenia powodującego mieszanie, w tym opory robocze powodują z racji impulsowego przebiegu istotne zwiększenie ilości traconej energii, a w konsekwencji niejednorodność postaci otrzymywanego produktu, powodującą np. blokowanie przepływu/przemieszczania się produktu, spadek wydajności, nadmierne jednostkowe zużycie energii, a przede wszystkim zużywanie i konieczność wymiany dużych zespołów roboczych w postaci mieszadeł, kadzi i wałów.

Celem wynalazku jest usunięcie opisanych i spotykanych dotąd wad i niedogodności poprzez skonstruowanie urządzenia do hydrokinetycznego łączenia cieczy i sproszkowanego surowca np. wody i mąki w procesie przygotowawczym technologicznego tworzenia ciasta do wypieku chleba i produktów pochodnych. Głównym elementem roboczym proponowanego rozwiązania jest hydrokinetyczny układ dozujący wodę technologiczną z promieniście rozmieszczonymi łopatkami wirnika i na których umieszczone są dysze rozpylające.

Istotą wynalazku jest konstrukcja mieszalnika w którym następuje obrotowo-kinetyczne rozdrobnienie płynu technologicznego dla wymuszonego związania go ze sproszkowanym surowcem np. mąką, stosowaną w produkcji pieczywa spożywczego.

Mieszalnik dozujący, ma usytuowany centralnie w korpusie, drążony wał, połączony za pomocą przekładni z silnikiem, który napędza wał nadając mu ruch obrotowy, do wału za pomocą elektrozaworu, doprowadzana jest woda, która poprzez kanały wewnętrzne w wale doprowadzana jest grawitacyjnie do wirnika, który ma promieniowo i kątowo skręcone łopatki, na których osadzone są dysze, rozpylające i wirowo mieszające ośrodki płynne i stałe, przy czym jego prędkość obrotowa wirnika oraz strumień cieczy rozdrabnianej w dyszach jest zmienna, zależnie od właściwości mieszanych materiałów, wymagań produktu i charakterystyk użytkowych procesu.

Zespół roboczy mieszalnika ma postać zintegrowanych w jednej przestrzeni roboczej dwóch układów: zasilająco-dozującego i nawilżająco-mieszającego z komorą mieszania. Układ zasilająco-dozujący surowca sproszkowanego stanowi walcowy korpus zapewniający grawitacyjne przemieszczanie się materiału do komory mieszania. Układ nawilżająco-mieszający umieszczony w komorze mieszania, który stanowią zintegrowane ze sobą funkcjonalnie: podajnik cieczy roboczej, w postaci kanałów wykonanych w wale roboczym, na końcu którego usytuowany jest obrotowy wirnik roboczy z promieniowymi łopatkami z rozmieszczonymi na ich powierzchni dyszami rozpylającymi. Łopatki z dyszami służą do zmiany kierunku wektora prędkości dozowanej do komory roboczej cieczy. Przestrzennym zmianom kierunku wypływającej cieczy z łopatek wirnika towarzyszy przeciwbieżny, wzdłuż osiowy kierunek opadania sproszkowanego surowca, czego efektem jest powstawanie właściwej mieszanki. Przestrzeń wyznaczona osiową odległością pomiędzy turbiną roboczą a płaszczyzną łączącą przestrzeń zasilająco-dozującą z korpusem oraz odległość promieniowa walcowego korpusu od głównej jej osi stanowią zasadniczą komorę roboczą mającą wpływ na wydajność oraz inne charakterystyki użytkowe procesu. Promieniowa odległość osadzenia dysz rozpylających ciecz technologiczną na łopatkach wirnika roboczego stanowi odległość roboczą mającą wpływ na stopień zmieszania oraz inne charakterystyki użytkowe i technologiczne procesu a istota zastosowania promieniowego obrotowego wirnika z kątowym przestawieniem jego łopat w stosunku do osi głównej urządzenia stanowią istotę skutecznego dozowania i rozpylania płynu dając jednocześnie możliwość dla szybkiego i łatwego łączenia się cząsteczek: rozdrobnionej cieczy i ziarenek proszku.

Zaletą urządzenia według wynalazku jest prosta konstrukcja co powoduje dużą niezawodność oraz funkcjonalność użytkową i eksploatacyjną urządzenia. Ponadto, postać i ukształtowanie łopatek wirnika, jego roboczy ruch obrotowy, przeciwbieżny wypadkowy, zawirowany kierunek dozowania rozdrobnionej cieczy w stosunku do głównego, wypadkowego kierunku dozowania proszku powodują znaczną intensyfikację procesu mieszania poprzez wzmożone zderzenia poszczególnych cząstek wody i proszku. Równomierny i łagodny przebieg procesu mieszania wpływa korzystnie na wydajność objętościową procesu, zmniejszenie jednostkowego zużycia energii i znaczące ograniczenie zużycia podstawowych elementów konstrukcyjnych mieszalnika, poprzez ilościowe ograniczenie ich składowych, jako łatwo wymienialnych elementów roboczych, co znacząco wpływa na poprawę energetycznych, ekonomicznych i ekologicznych charakterystyk procesu mieszania.

Przedmiot wynalazku, w przykładzie wykonania, przedstawiony jest na rysunku schematycznym na którym:

fig. 1 przedstawia urządzenie w przekroju wzdłużnym, fig. 2 przekrój poprzeczny przez płaszczyznę roboczą mieszalnika.

Mieszalnik według wynalazku przedstawiono bliżej w przykładzie wykonania.

PL 234 656 B1

Mieszalnik ma drążony wał 6 z łopatkami 8, i osadzony jest w korpusie 1, zamocowanym na stojaku 2 i połączony jest za pomocą przekładni 12 z silnikiem 5, który napędza wał 6 nadając mu ruch obrotowy. Do przestrzeni roboczej 3 przez gardziel zasilającą 11 umieszczoną u nasady korpusu 1, podawany jest sproszkowany materiał wsadowy. Kolejno z instalacji zasilającej doprowadza się wodę poprzez elektrozawór 7, do wału 6, gdzie poprzez kanały wewnętrzne wykonane w wale i wirniku ciecz doprowadzana jest grawitacyjnie do dysz rozpylająco/rozdrabniających 9, które umieszczone są na bocznych płaszczyznach promieniowo rozmieszczonych łopatek 8 wirnika 4. W wyniku ciśnienia wody i na skutek ruchu obrotowego wirnika 4, woda rozpylana jest za pomocą dysz 9 w komorze roboczej 3, gdzie łączy się ze sproszkowanym materiałem wsadowym podawanym przez gardziel zasilającą 11. Eliptycznie ukształtowane i kątowo przemieszczone łopatki 8 wirnika 4, obracając się powodują ciąg powietrza który wspomaga grawitacyjny ruch sproszkowanego materiału, oraz powoduje zawirowania w komorze roboczej 3, które w efekcie wspomagają nawilżanie i mieszanie materiału wsadowego a następnie odprowadzenie finalnego produktu poprzez sito 10 na zewnątrz mieszalnika.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   1. Mieszalnik dozujący, znamienny tym, że ma usytuowany centralnie w korpusie 1, drążony wał 6, połączony za pomocą przekładni 12 z silnikiem 5, który napędza wał 6 nadając mu ruch obrotowy, przy czym do wału 6 za pomocą elektrozaworu 7, doprowadzana jest woda, która poprzez kanały wewnętrzne w wale 6, doprowadzana jest grawitacyjnie do wirnika 4, który ma promieniowo i kątowo skręcone łopatki 8, na których osadzone są dysze 9, rozpylające i wirowo mieszające ośrodki płynne i stałe, przy czym prędkość obrotowa wirnika oraz strumień cieczy rozdrabnianej w dyszach jest zmienna, w zależności od właściwości mieszanych materiałów, wymagań produktu i charakterystyk użytkowych procesu.