RU189332U1

RU189332U1 - EXTRUSIVE SINGLE-SCREEN INSTALLATION FOR THE MANUFACTURE OF FOOD AND ANIMAL PRODUCTS

Info

Publication number: RU189332U1
Application number: RU2018137828U
Authority: RU
Inventors: Сергей Валентинович Лазовский
Original assignee: Сергей Валентинович Лазовский
Priority date: 2018-10-25
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2019-05-21

Abstract

Установка применяется в пищевой и комбикормовой промышленности и относится к оборудованию, предназначенному для технологического процесса обработки сырья, изготовления пищевой продукции или животноводческой продукции (кормов). Установка экструзионная одношнековая предназначена для переработки зернового и зернобобового сырья с целью получения продуктов питания, непосредственно готовых к употреблению, а также полуфабрикатов.The installation is used in the food and feed industry and relates to equipment intended for the technological process of processing raw materials, the manufacture of food products or livestock products (feed). Single screw extrusion unit is designed for processing of grain and leguminous raw materials in order to obtain food, directly ready for use, as well as semi-finished products.

Description

Установка применяется в пищевой и комбикормовой промышленности и относится к оборудованию, предназначенному для технологического процесса обработки сырья, изготовления пищевой продукции или животноводческой продукции (кормов).The installation is used in the food and feed industry and relates to equipment intended for the technological process of processing raw materials, the manufacture of food products or livestock products (feed).

Установка экструзионная одношнековая предназначена для переработки зернового и зернобобового сырья с целью получения продуктов питания, непосредственно готовых к употреблению, а так же полуфабрикатов.Single screw extrusion unit is designed for processing of grain and leguminous raw materials in order to obtain food, directly ready for use, as well as semi-finished products.

Дополнительные технологические операции по подготовке сырья существенно усложняют и удорожают процесс его переработки. Принципиально важно упростить и расширить требования к сырью перед его переработкой.Additional technological operations for the preparation of raw materials significantly complicate and increase the cost of its processing. It is fundamentally important to simplify and expand the requirements for raw materials before processing.

При этом необходимо подготовить для дальнейшего использования грубое сырье, которое остается после переработки зерновых и зернобобовых культур, таких как зерно и крупа. При переработке таких культур остаются отходы основного производства, такие как отруби, шроты и т.п., которые необходимо использовать наиболее эффективно, обеспечивая безотходное производство. Чаще всего, для извлечения наибольшего количества полезных свойств из грубого сырья, требуется воздействовать на него тепловым и механическим способом для придания сырью удобных и пригодных для использования свойств.At the same time it is necessary to prepare for further use coarse raw materials, which remain after the processing of grain and leguminous crops, such as grain and cereals. During the processing of such crops, the main production wastes remain, such as bran, cakes, etc., which should be used most efficiently, ensuring non-waste production. Most often, in order to extract the greatest number of useful properties from coarse raw materials, it is required to act on it thermally and mechanically in order to give the raw materials convenient and usable properties.

Данный процесс является технологически сложным, энергозатратным и, кроме того, в известных стандартных установках требующий дополнительных технологических операций по подготовке такого сырья при дальнейшей тепловой и механической переработке.This process is technologically complex, energy-intensive and, in addition, in the well-known standard installations requiring additional technological operations for the preparation of such raw materials for further thermal and mechanical processing.

Для существующих установок сырье должно быть предварительно увлажнено не менее чем до 22% влажности, в противном случае на выходе из формирующей матрицы экструдера получат не эластичный жгут, который потом можно нарезать на порции, а рассыпчатую смесь, которую трудно сформировать в аккуратные порции. Актуальной является возможность использования сырья влажностью 14-15% и менее без потери качества продукции. Для этого необходимо получить на этапе пластификации более равномерное истечение жгута на выходе, а также отсутствие неоднородности массы жгута.For existing plants, the raw materials must be pre-moistened to at least 22% moisture, otherwise, at the exit from the forming matrix, the extruder will receive a non-elastic braid, which can then be cut into portions, but a crumbly mixture that is difficult to form into accurate portions. The possibility of using raw materials with a moisture content of 14-15% or less without loss of product quality is relevant. To do this, it is necessary to obtain at the plasticization stage a more uniform outflow of the tow at the exit, as well as the absence of heterogeneity of the tow mass.

Поскольку в результате технологических погрешностей при сборке установки, плохо подогнанным узлам и большим зазорам в экструзионном узле, а также перегрева, а следовательно, большей потери влаги в истекающей продукции при прохождении формующей матрицы, в узле экструдера возникают пульсации. Это приводит к тому, что формующая матрица такой установки не обеспечивает стабильное истечение продукта на выходе, что, в свою очередь, приводит к неравномерному жгуту, из которого формируют порции, а, следовательно, к невозможности обеспечить одинаковые порции продукта.Since as a result of technological errors during assembly, poorly fitted assemblies and large gaps in the extrusion unit, as well as overheating and, consequently, greater moisture loss in the outflowing products during the passage of the forming matrix, pulsations occur in the extruder unit. This leads to the fact that the forming matrix of such an installation does not ensure a stable outflow of the product at the outlet, which, in turn, leads to an uneven tow, from which the portions are formed, and, consequently, to the impossibility of providing the same portions of the product.

Поскольку обработка сырья и производство продукции в экструзионной установке характеризуется непрерывным в потоке, кратковременным, интенсивным тепловым и механическим воздействием на сырье, то это воздействие должно быть равномерным в течение всего процесса экструзии.Since the processing of raw materials and production in the extrusion unit is characterized by continuous flow, short-term, intense thermal and mechanical effects on the raw materials, this effect should be uniform throughout the entire extrusion process.

Однако нестабильность истечения продукта также оказывает негативное воздействие на качество самого продукта, поскольку нарушается равномерность его обработки при прохождении через зоны шнека экструдера.However, the instability of the expiration of the product also has a negative impact on the quality of the product itself, since the uniformity of its processing during the passage through the extruder screw zones is disturbed.

Кроме того, известные экструдеры не допускают в сырье пылевидную фракцию или наоборот, большие частицы и предъявляют повышенные требования к точности получения фракций сырья, иными словами, размер частиц в загружаемой фракции должен быть одинаков, не допускается попадание слишком больших или малых по размеру частиц. Не соответствующая требованиям подготовка сырья для экструдера также приводит к неравномерности обработки сырья.In addition, well-known extruders do not allow the pulverized fraction in the raw material or vice versa, large particles and impose increased demands on the accuracy of obtaining fractions of raw materials, in other words, the particle size in the loaded fraction should be the same, should not be too large or small particles. Inadequate preparation of raw materials for the extruder also leads to uneven processing of raw materials.

Наиболее эффективным для современного животноводства является использование кормосмесей, состоящих из разнородных по физико-химическому составу кормов. Однако в известных экструзионных установках обеспечивают экструзию смеси из разнородных компонентов дорогостоящими технологическими приемами. Для этого применяют метод сухой экструзии, при котором нагрев экструдируемого материала происходит за счет внутреннего трения и трения о ствол экструдера. В современных экструдерах, в зависимости от характера обрабатываемого материала температура обычно достигает 200°С, а давление - 4-5 МПа. Обрабатываемый материал находится в экструдере 30-90 секунд. За время прохождения через экструдер смесь стерилизуется и происходит обеззараживание от болезнетворных микроорганизмов, грибков, плесени. Далее смесь гомогенизируется в процессе измельчения и перемешивания сырья в стволе экструдера и затем увеличивается в объеме вследствие разрыва молекулярных цепочек крахмала и стенок клеток при выходе из экструдера. При этом смесь стабилизируется (нейтрализуется действие ферментов, вызывающих прогорание продукта, таких, как липаза и липоксигеназа, инактивируются антипитательные факторы, токсины) и обезвоживается. Если при подаче смесь имеет малую влажность, то на выходе из экструдера в ней еще дополнительно снижается влажность от исходной.The most effective for modern livestock is the use of feed mixtures, consisting of different in physical and chemical composition of feed. However, in known extrusion plants provide the extrusion of a mixture of dissimilar components expensive technological methods. To do this, use the method of dry extrusion, in which the heating of the extruded material occurs due to internal friction and friction on the barrel of the extruder. In modern extruders, depending on the nature of the material being processed, the temperature usually reaches 200 ° C, and the pressure is 4-5 MPa. The material to be processed is in an extruder for 30-90 seconds. During the passage through the extruder, the mixture is sterilized and disinfection from pathogenic microorganisms, fungi, mold occurs. Next, the mixture is homogenized in the process of grinding and mixing of raw materials in the barrel of the extruder and then increases in volume due to the breaking of the molecular chains of starch and cell walls at the exit from the extruder. At the same time, the mixture is stabilized (the action of enzymes that cause burning of the product, such as lipase and lipoxygenase, is neutralized, anti-nutritional factors, toxins are inactivated) and dehydrated. If the mixture has a low humidity when being fed, then at the exit from the extruder the humidity from the initial one is further reduced.

Из уровня техники известно изобретение «Способ производства экструдированного пищевого продукта из материала, содержащего пищевые волокна, иэкструдер», патент RU 2172115, опубл. 20.08.2001, МПК A23L 1/18, A23L 1/308, А23Р 1/12, А23Р 1/14, А21С 3/04, В29С 47/30, содержащий несколько последовательно установленных фильерных матриц с образованием между матрицами полости. Позволяет упростить процесс формообразования продукта при снижении скорости выхода экструдата и, как следствие, улучшение внешнего вида продукта и снижение потерь на некондиционный товар, возникающих при больших скоростях. Однако не снижает требования к физико-химическим свойствам сырья за счет более тщательного перемешивания экструдата и равномерного его выхода из формующей матрицы.The prior art invention "Method for the production of extruded food product from a material containing dietary fiber, extruder", patent RU 2172115, publ. 08.20.2001, IPC A23L 1/18, A23L 1/308, A23P 1/12, A23P 1/14, A21C 3/04, V29C 47/30, containing several successively installed die matrices with the formation of a cavity between the matrices. It allows you to simplify the process of shaping the product while reducing the extrudate yield rate and, as a consequence, improving the appearance of the product and reducing the loss of substandard goods that occur at high speeds. However, it does not reduce the requirements for the physicochemical properties of the raw materials due to more thorough mixing of the extrudate and its uniform release from the forming matrix.

Известно изобретение «Экструдер с дорном», патент RU 2450924, публ. 20.05.2012, МПК В29С 47/12, А23Р 1/12, содержащий станину, рабочую камеру, шнек с приводом, дорн с приводом, и дорн имеет цилиндрическую часть, снабженную ножами. Относится к оборудованию для производства экструдированных белковых текстуратов из растительного сырья в пищевой промышленности, а также для экструзионной обработки комбикормов на комбикормовых заводах. Позволяет осуществлять операции измельчения до молекулярного уровня и обеспечить повышение качества готового продукта за счет более глубокого термомеханического воздействия. Однако не решает задачу получения более однородного жгута с равномерным выходом из экструдера. Кроме того, дор является сложной технологической деталью, для которой необходим дополнительный двигатель. Более того, сам дорн не перемешивает смесь, а на него крепятся ножи, что также усложняет получение равномерного выхода жгута из экструдера, а, следовательно, ужесточает требования к физико-химическим свойствам сырья при переработке его основных компонентов.Known invention "Extruder with mandrel", patent RU 2450924, publ. 20.05.2012, IPC В29С 47/12, А23Р 1/12, containing a frame, a working chamber, a screw with a drive, a mandrel with a drive, and a mandrel has a cylindrical part, equipped with knives. It relates to equipment for the production of extruded protein textures from vegetable raw materials in the food industry, as well as for the extrusion processing of compound feeds at feed mills. It allows to carry out grinding operations to the molecular level and to ensure an increase in the quality of the finished product due to a deeper thermomechanical effect. However, it does not solve the problem of obtaining a more uniform rope with a uniform exit from the extruder. In addition, the DOR is a complex technological detail, which requires an additional engine. Moreover, the mandrel itself does not mix the mixture, and the knives are attached to it, which also complicates obtaining a uniform exit of the tow from the extruder, and, therefore, tightens the requirements for the physicochemical properties of the raw material when processing its main components.

Наиболее близким техническим решением является изобретение «Экструдер с термообработкой для производства биополимеров», патент RU 2160550 опубл. 20.12.2000, МПК А23Р 1/12, В29С 47/00, В30В 11/22, конвенционный приоритет 29.07.1993 DE Р 4325514.0, содержащий пластины с отверстиями, вращающийся по поверхности пластины с отверстиями лопаточный элемент, и расположенный под острым углом 0-90° относительно пластины с отверстиями. Позволяет бороться с плохим перемешиванием. Позволяет добиться хорошей управляемости процессом перемешивания при высокой скорости реакции гомогенизации, что позволяет добиться однородности смеси. Однако изобретение относится к двухшнековому экструдеру, предназначенному для производства термообработанных биополимеров. В связи с этим не может быть применен для одношнекового экструдера при изготовлении пищевой или животноводческой продукции. В изобретении используют сложную конфигурацию лопаток, что приводит к существенному удорожанию изготовления экструдера, кроме того, требует дополнительного лопаточного насоса.The closest technical solution is the invention of "Extruder with heat treatment for the production of biopolymers", patent RU 2160550 publ. 12.20.2000, IPC А23Р 1/12, В29С 47/00, В30В 11/22, conventional priority of 07.29.1993 DE Р 4325514.0, containing plates with holes, rotating a blade element along the surface of the plate with holes, and located at an acute angle of 0- 90 ° relative to the plate with holes. Allows you to deal with poor mixing. It allows to achieve good controllability of the mixing process at a high speed of the homogenization reaction, which makes it possible to achieve a homogeneous mixture. However, the invention relates to a twin screw extruder intended for the production of heat-treated biopolymers. In this regard, can not be applied to a single-screw extruder in the manufacture of food or animal products. In the invention using a complex configuration of the blades, which leads to a significant increase in the cost of manufacture of the extruder, in addition, requires an additional vane pump.

Предлагаемое техническое решение одношнекового экструдера позволяет достичь в качестве технического результата преодоления недостатков известных экструзионных установок, предъявляющих завышенные требования к подготовке сырья, позволяет расширить диапазон характеристик физико-химических свойств сырья при переработке в экструдере за счет лучшей гомогенизации и равномерного жгута на выходе из экструдера.The proposed technical solution of a single-screw extruder allows to achieve as a technical result to overcome the drawbacks of known extrusion plants that impose excessive demands on the preparation of raw materials, allows you to expand the range of characteristics of the physicochemical properties of the raw materials during processing in the extruder due to better homogenization and a uniform bundle at the exit of the extruder.

Заявленный технический результат достигается за счет того, что одношнековая, экструзионная установка содержит экструзионный узел, состоящий из стального корпуса с цилиндрическим отверстием, внутри корпуса расположен шнек с возможностью вращения, корпус снабжен с диаметральной стороны окном для подачи сырья, а с торцевой стороны соединен с формующей матрицей для создания давления и формирования непрерывного жгута продукта требуемого размера и формы через пластину с отверстиями. Новым является то, что шнек выполнен с центральным осевым отверстием, дополнительно перед предматричным пространством формующей матрицы размещен турбоузел, в турбоузле размещено не менее двух пластин с отверстиями, расположенными на расстоянии друг от друга, образующих пресс- решетку, ограниченную корпусом турбоузла, являющегося продолжением поверхности корпуса экструзионного узла. Первая по направлению продвижения экструзионной массы пластина неподвижно закреплена на торцевой поверхности корпуса экструзионного узла, выходной диаметр которого равен габаритному размеру зоны с отверстиями в пластине, вторая по направлению продвижения экструзионной массы пластина неподвижно закреплена на торцевой поверхности экструзионного узла, предматричное пространство которого имеет входной диаметр, равный габаритному размеру зоны с отверстиями в пластине, и обе пластины образуют пресс-решетку, внутри которой размещен кач-болт с возможностью его вращения вокруг продольной оси, выполненный в виде вала с не менее одной поперечиной на конце, жестко закрепленной на оси вала кач-болта и поперечина размещена между пластинами. На вал кач-болта, свободно проходящий через центральное отверстие первой пластины, передают вращательное движение от двигателя экструзионного узла посредством крепления вала в центральном осевом отверстии шнека. При этом двигатель экструзионного узла снабжен частотным преобразователем, а предматричное пространство формующей матрицы выполнено в виде конуса с объемом внутреннего пространства, рассчитанного исходя из объема пресс-решетки. В частном варианте исполнения отверстия пластин пресс-решетки образуют сквозные каналы. Кроме того, первая и вторая пластины пресс-решетки могут быть соединены корпусом турбоузла с возможностью регулировки расстояния между ними. Поперечина кач-болта выполнена различной в сечении формы, например, цилиндрической. При этом поперечина кач-болта может быть закреплена на оси вала кач-болта под углом 90 градусов. Для достижения более равномерной температуры жгута на выходе из экструдера формующая матрица может быть снабжена кожухом с охлаждением. Кач-болтом является болт, с одной стороны которого выполнена перекладина, после которой чистовая поверхность выполняет функцию вала и затем выполнена резьбовая поверхность.The claimed technical result is achieved due to the fact that a single-screw extrusion unit contains an extrusion unit consisting of a steel body with a cylindrical bore, inside the body there is an auger rotatably, the body is provided with a window for supplying raw materials from the diametrically side matrix to create pressure and the formation of a continuous bundle of product of the desired size and shape through a plate with holes. New is that the screw is made with a central axial hole, additionally in front of the pre-matrix space of the forming matrix there is a turbine unit, in the turbine unit there are at least two plates with openings spaced apart from each other, forming a press lattice limited by the turbine body, which is an extension of the surface extrusion housing body. The first plate in the direction of advancement of the extrusion mass is fixed on the end surface of the extrusion unit body, the output diameter of which is equal to the overall size of the zone with holes in the plate, the second plate in the direction of advancement of the extrusion mass is fixed on the end surface of the extrusion unit, the pre-matrix space has an input diameter, equal to the overall size of the zone with holes in the plate, and both plates form a press grid, inside which is located a bolt with the possibility of its rotation around the longitudinal axis, made in the form of a shaft with at least one crossbar at the end rigidly fixed to the shaft axis of the quality bolt and the crossbar is placed between the plates. A quality bolt shaft, which passes freely through the central hole of the first plate, is transmitted to the rotational movement from the extrusion unit motor by fastening the shaft in the central axial hole of the screw. In this case, the engine of the extrusion unit is equipped with a frequency converter, and the pre-matrix space of the forming matrix is made in the form of a cone with the volume of the internal space calculated on the basis of the volume of the press grating. In the private embodiment, the openings of the plates of the press grating form through channels. In addition, the first and second plates of the press grating can be connected to the turbine body with the ability to adjust the distance between them. The crossbar of the quality bolt is made of a different form in cross section, for example, cylindrical. In this case, the cross member of the quality bolt can be fixed on the axis of the quality shaft of the bolt at an angle of 90 degrees. To achieve a more uniform temperature of the harness at the exit of the extruder, the forming matrix can be equipped with a cooling jacket. The quality bolt is a bolt, on one side of which a crossbar is made, after which the finishing surface acts as a shaft and then the threaded surface is made.

Устройство иллюстрируется чертежами, которые не охватывают все варианты исполнения экструдера.The device is illustrated with drawings that do not cover all versions of the extruder.

На Фиг. 1 - показано продольное сечение экструдера в сборе, размещенным на опорно - силовом узле;FIG. 1 - shows a longitudinal section of the extruder assembly, placed on the support - power node;

На Фиг. 2 - показано сечение по - отдельности пресс-решетка, кач-болт, экструзионный узел и формующая матрица;FIG. 2 - section is shown separately of the press grating, quality bolt, extrusion unit and the forming matrix;

На Фиг. 3 - показано продольное сечение в сборе крепления пресс-решетки с креплением кач-болта в шнеке экструзионного узла и крепления пресс-решетки с формующей матрицей;FIG. 3 shows a longitudinal section of the assembly of the mounting of the press grating with the mounting of the quality bolt in the screw extrusion unit and the attachment of the press grating with the forming matrix;

Экструдер состоит из узла экструзии (1), опорно-силового узла (2), привода электродвигателя (3), дозатора (4) с загрузочный бункером (5), станины (6), режущего устройства (7).The extruder consists of an extrusion unit (1), a power support unit (2), an electric motor drive (3), a dispenser (4) with a hopper (5), a bed (6), a cutting device (7).

Узел экструзии (1) содержит многозаходный шнек (8), который размещен в многозаходной конической гильзе в опорном стакане (9) и фланцевого корпуса (10). Шнек (8) в передней части имеет центральное осевое отверстие, в котором крепится вал (11) кач-болта (12). Это крепление может быть осуществлено посредством шпонки или вал (11) может проходить через сквозное центральное отверстие шнека (8) и крепиться на фланцевом корпусе (10) узла экструзии (1), например, посредством подшипниковой опоры (см. Фиг. 2). Шнек (8) установлен таким образом, чтобы радиальный зазор между ним и внутренней частью гильзы опорного стакана (9) по всему диаметру был в пределах 0,15-0,2 мм на сторону, а торцевая часть шнека была утоплена за торец гильзы примерно на 0,5-1,5 мм.The extrusion unit (1) contains a multiple screw (8), which is housed in a multiple-flow conical sleeve in the support beaker (9) and the flange body (10). The screw (8) in the front part has a central axial hole in which the shaft (11) of the quality bolt (12) is mounted. This fastening can be carried out by means of a key or the shaft (11) can pass through the through central hole of the screw (8) and be mounted on the flange case (10) of the extrusion unit (1), for example, by means of a bearing support (see. Fig. 2). The screw (8) is installed so that the radial gap between it and the inside of the sleeve of the support cup (9) across the entire diameter is 0.15-0.2 mm to the side, and the end of the screw is recessed at the end of the sleeve approximately 0.5-1.5 mm.

На переднем фланце корпуса (10) жестко закреплена первая пластина с отверстиями (13) посредством фланца корпуса турбоузла (14). Турбоузел расположен на конце экструзионного узла (1) и состоит из корпуса турбоузла (14), первой пластины с отверстиями (13), второй пластины с отверстиями (15), расположенными на расстоянии «L» друг от друга и образующие пресс-решетку (16), и кач-болта (12). Пресс-решетка (16) может регулироваться по ее внутреннему объему за счет регулировки расстояния «L». Кач-болт (12) снабжен валом (11), на конце которого расположена поперечина (17). Вал (11) кач-болта (12) может быть выполнен разной длины. Вал (11) входит в центральное осевое отверстие шнека (8) таким образом, чтобы вращение на него передавалось от шнека (8) или непосредственно от привода (З) электродвигателя. Для этого вал (11) закреплен в шнеке (8) посредством шпонок. В зависимости от длины вала (11) он может опираться либо непосредственно на шнек (8), либо на подшипниковый узел, размещенный на фланцевом корпусе (10) и крепиться на торце приводного вала привода (3) электродвигателя. Поперечина (17) выполнена жестко закрепленной на конце кач-болта (12) и имеет форму цилиндра. Поперечина (17) закреплена к валу (11) перпендикулярно, однако это один из возможных вариантов. Поперечина (17) может быть выполнена плоской и иметь заостренные грани, что будет продиктовано, например, жесткостью частиц сырья, которые надо дополнительно размельчить и перемешать. Поперечина (17) размещена между пластинами с отверстиями (13 и 15) по-возможности по средине для более равномерного перемешивания истекающей из экструзионного узла (1) массы и падения давления в пресс-решетке (16) до расчетного. Однако при увеличении скорости вращения шнека (8), для достижения расчетного падения давления в пресс-решетке (16) и для более эффективного перемешивания истекающей массы, поперечина может быть сдвинута к первой пластине (13) или соответственно ко второй пластине (15), что регулируется расположением вала (11) в шнеке (8).The first plate with holes (13) is rigidly fixed on the front flange of the housing (10) by means of the flange of the turbine housing (14). The turbine is located at the end of the extrusion unit (1) and consists of a turbine body (14), a first plate with holes (13), a second plate with holes (15) located at a distance "L" from each other and forming a press grid (16 ), and quality bolt (12). Press grille (16) can be adjusted according to its internal volume by adjusting the distance "L". The power bolt (12) is provided with a shaft (11), at the end of which a cross member (17) is located. Shaft (11) quality bolt (12) can be made of different lengths. The shaft (11) enters the central axial hole of the screw (8) so that rotation is transmitted to it from the screw (8) or directly from the drive (G) of the electric motor. For this, the shaft (11) is fixed in the screw (8) by means of dowels. Depending on the length of the shaft (11), it can either rest directly on the screw (8) or on the bearing assembly placed on the flange housing (10) and be mounted on the end of the drive shaft of the drive (3) of the electric motor. The crossbar (17) is made rigidly fixed at the end of the quality of the bolt (12) and has the shape of a cylinder. The crossbar (17) is fixed to the shaft (11) perpendicular, but this is one of the possible options. The crossbar (17) can be made flat and have pointed edges that will be dictated, for example, by the rigidity of the particles of the raw material, which must be further crushed and mixed. The crossbar (17) is placed between the plates with holes (13 and 15), if possible in the middle, for more uniform mixing of the mass flowing from the extrusion unit (1) and pressure drop in the press grille (16) to the calculated value. However, when increasing the screw rotation speed (8), to achieve the calculated pressure drop in the press grid (16) and for more efficient mixing of the outflowing mass, the cross member can be shifted to the first plate (13) or to the second plate (15), respectively. adjusted by positioning the shaft (11) in the auger (8).

Первая пластина (13) неподвижно закреплена на торцевой поверхности экструзионного узла либо через корпус турбоузла (14), либо непосредственно на фланцевом корпусе (10). Вторая пластина (15) закреплена на торцевой поверхности формующей матрицы (18) и расположена перед матричным пространством «а» матрицы (18). Толщина первой и второй пластин (13 и 15) может быть выполнена как одинаковой, так и у первой пластины (13) толщина может быть больше толщины второй пластины. (15)The first plate (13) is fixed on the end surface of the extrusion unit either through the turbine housing (14) or directly on the flange housing (10). The second plate (15) is fixed on the end surface of the forming matrix (18) and is located in front of the matrix space "a" of the matrix (18). The thickness of the first and second plates (13 and 15) can be made both the same and the first plate (13) can be thicker than the thickness of the second plate. (15)

Формующая матрица (18) снабжена предматричным пространством «а», имеющим форму конуса с отверстием. Предматричное пространство рассчитано на объем, в который попадает истекающая масса из пресс-решетки (16), таким образом, чтобы истекающая из экструдера масса равномерно продвигалась из фильеры (19) матрицы (18) и объем должен быть равным объему между пластинами (13,15) пресс-решетки (16). Фильера (19) матрицы (18) может быть сборная или одиночная. В сборной фильере (19) дополнительно имеется подогреваемая гильза (20). Вся конструкция, состоящая из фильеры (19), формующей матрицы (18) и пресс-решетки (16) с кач-болтом (12) плотно зажимается прижимным фланцем и привинчивается болтами к переднему крепежному фланцу корпуса опорно-силового узла (2) через фланцевый корпус (10). Сборка из формующей матрицы (18) с предмаитричным пространством «а» и прес-решетка (16) с кач-болтом (12) образуют конструкцию турбоузла (14). При сборке узла экструзии (1) следует обеспечить зазор между кач-болтом (шпателем-кач) (12) и внутренней поверхностью пресс-решетки (16) около 0,5-1,5 мм с каждой стороны.The forming matrix (18) is equipped with a pre-matrix space “a”, having a cone shape with a hole. The pre-matrix space is designed for the volume into which the outgoing mass from the press grating (16) falls, so that the mass flowing out of the extruder is uniformly advanced from the die (19) of the matrix (18) and the volume must be equal to the volume between the plates (13,15 ) press the lattice (16). The die (19) of the matrix (18) can be team or single. In the die team (19) there is additionally a heated sleeve (20). The whole structure consisting of a die (19), a forming die (18) and a press grid (16) with a quality bolt (12) is tightly clamped by a pressure flange and bolted to the front mounting flange of the support-force body (2) through a flange housing (10). The assembly of the forming matrix (18) with the pre-matrix space “a” and the press grille (16) with a quality bolt (12) form the construction of the turbine node (14). When assembling the extrusion unit (1), the clearance between the quality bolt (spatula-quality gauge) (12) and the inner surface of the press grid (16) should be about 0.5-1.5 mm on each side.

Привод (3) снабжен электродвигателем (условно не показан), который выполнен в виде асинхронного электродвигателя мощностью 22 кВт с клиноременной передачей от шкива электродвигателя к ведомому шкиву на валу опорно-силового узла (2), и ведущего шкива на валу электродвигателя. При этом электродвигатель снабжен частотным преобразователем, регулирующим скорость вращения вала (21) опорно-силового узла (2).The drive (3) is equipped with an electric motor (conventionally not shown), which is made in the form of a 22 kW asynchronous electric motor with a V-belt transmission from the motor pulley to the driven pulley on the shaft of the power reference unit (2), and the driving pulley on the motor shaft. In this case, the electric motor is equipped with a frequency converter that regulates the speed of rotation of the shaft (21) of the power bearing node (2).

Данная конструкция реализована в модели экструдера УЭ-1 ЕТМ.This design is implemented in the model of the UE-1 ETM extruder.

Режущее устройство (7) состоит из асинхронного электродвигателя (22) мощностью 1,1 кВт, ножевого вала (23) с двумя съемными ножами, защитного кожуха и опорной станины (условно не показаны). Станина может быть стационарной или поворотной, в зависимости от комплектации.The cutting device (7) consists of an asynchronous electric motor (22) with a power of 1.1 kW, a blade shaft (23) with two removable knives, a protective casing and a support frame (not shown conventionally). The bed can be stationary or rotary, depending on the configuration.

Дозатор (4) состоит из бункера (условно не показан), мотора-редуктора (24), шнекового вала, корпуса вала с подшипником (условно не показаны) и приемной воронки (5).The dispenser (4) consists of a hopper (conventionally not shown), a gear motor (24), a screw shaft, a shaft housing with a bearing (conventionally not shown) and a receiving funnel (5).

Система нагрева включает в себя электронагреватель, который установлен в экструзионном узле (1) и в фильере (19) формующей матрицы (18).The heating system includes an electric heater, which is installed in the extrusion unit (1) and in the die (19) of the forming matrix (18).

Экструдер работает следующим образом.The extruder operates as follows.

Сырье поступает из дозатора (4) в экструзионный узел (1), далее происходит линейное перемещение исходного сырья вдоль оси вращения шнека (8), перетирание сырья и сжатие сырья с его нагревом в узле экструзии (1). При нагреве сырья в узле экструзии (1) под давлением более 20 Атм вода, входящая в состав сырья в количестве 12-16%, находится в перегретом состоянии при температуре 140-180 C°. Нагрев осуществляется как за счет сжатия сырья, так и, в частном случае, за счет дополнительного нагрева.The raw material flows from the metering unit (4) to the extrusion unit (1), then a linear movement of the raw material takes place along the axis of rotation of the screw (8), the grinding of raw materials and the compression of the raw material with its heating in the extrusion unit (1). When the raw material is heated in the extrusion unit (1) under a pressure of more than 20 atm, the water that is part of the raw material in an amount of 12-16% is in a superheated state at a temperature of 140-180 C °. Heating is carried out both by compressing the raw material and, in the particular case, by additional heating.

Далее под давлением в нагретом состоянии сырье поступает в турбоузел (14). В нем сырье также поступательно перемещается к выходному отверстию фильеры (19). Сначала под давлением сырье продавливается через отверстия первой пластины (13) пресс- решетки (16), попадая во внутренний объем пресс-решетки (16) с понижением давления, там перемешивается поперечиной (17) кач-болта (12), что обеспечивает однородность и лучшее дробление частиц истекающего жгута. Затем жгут выдавливается из отверстий второй пластины (15) в предматричное пространство «а» формующей матрицы (18). Для уменьшения сопротивления при вращении кач-болта (12) с поперечиной (17) каждое отверстие первой и второй пластин (13 и 15) могут быть расположены по одной оси. Кроме того, предматричное пространство «а» рассчитано по объему примерно равным объему пространства в пресс-решетке (16), что обеспечивает равномерность выхода жгута, а также его одинаковую плотность. Кроме того, поскольку привод (3) с электродвигателем снабжен частотным преобразователем, регулирующим скорость вращения вала (21) опорно-силового узла (2), который передает вращение на шнек (8) и далее, соответственно, на кач-болт (12), то скорость подачи истекающего сырья может регулироваться в зависимости от плотности поступающего из дозатора (4) сырья, что существенно снижает требования к физико-химическому составу сырья. При выходе из формующей матрицы экструзионного узла происходит резкое снижение давления до уровня атмосферного и в связи с этим объемное вскипание воды в продукте.Then, under pressure in the heated state, the raw material enters the turbine unit (14). In it, the raw material also progressively moves to the outlet of the die (19). First, under pressure, the raw material is pressed through the holes of the first plate (13) of the press grid (16), falling into the internal volume of the press grid (16) with decreasing pressure, is mixed there by cross member (17) of the quality bolt (12), which ensures uniformity and better crushing of particles of expiring tow. Then the harness is extruded from the holes of the second plate (15) into the pre-matrix space “a” of the forming matrix (18). To reduce the resistance during rotation of the quality bolt (12) with the cross member (17), each hole of the first and second plates (13 and 15) can be located along the same axis. In addition, the pre-matrix space “a” is calculated in terms of volume approximately equal to the volume of space in the press grid (16), which ensures uniformity of the exit of the rope, as well as its identical density. In addition, since the drive (3) with an electric motor is equipped with a frequency converter that regulates the speed of rotation of the shaft (21) of the power reference node (2), which transmits rotation to the auger (8) and further, respectively, on the quality bolt (12), then the feed rate of the expiring raw material can be adjusted depending on the density of the raw material coming from the dispenser (4), which significantly reduces the requirements for the physical and chemical composition of the raw material. At the exit from the forming matrix of the extrusion unit, there is a sharp decrease in pressure to the atmospheric level and, therefore, the volume boiling of water in the product.

Наличие турбоузла (14), расчетных величин по объему предматричного пространства «а» и пресс-решетки (16), а также возможности регулировки скорости подачи сырья, обеспечено получение результата в виде преодоления недостатков известных экструзионных установок, предъявляющих завышенные требования к подготовке сырья, позволяет расширить диапазон характеристик физико-химических свойств сырья при переработке в экструдере за счет лучшей гомогенизации и улучшить равномерность жгута на выходе из экструдера.The presence of the turbine node (14), the calculated values for the volume of the pre-matrix space “a” and the press grid (16), as well as the possibility of adjusting the feed rate to expand the range of characteristics of the physicochemical properties of the raw materials during processing in the extruder due to better homogenization and to improve the uniformity of the tow at the exit of the extruder.

Поскольку метод экструзии является одним из наиболее эффективных и применяемых в комбикормовой промышленности способов обработки зерна, то предлагаемая установка, например, экструдера модификации УЭ-1 ЕТМ, обеспечивает при обработке зернофуража протекание двух непрерывных процессов: механическое и химическое деформирование сырья и взрыв продукта из равномерного по плотности, одинакового по составу жгута, который истекает из фильеры (19) с постоянной скоростью, что обеспечивает одинаковые порции после режущего устройства (7). Наличие подогрева в фильере (19) и формующей матрице (18) обеспечивает также равномерность температуры истекающего жгута, что существенно улучшает конечный продукт, так как порции остывают равномерно.Since the extrusion method is one of the most effective methods of processing grain used in the feed industry, the proposed installation, for example, the UE-1 ETM modification extruder, provides for the processing of grain forage two continuous processes: mechanical and chemical deformation of the raw material and explosion of the product from uniform density, the same composition of the harness, which expires from the die (19) at a constant speed, which provides the same portions after the cutting device (7). The presence of heating in the die (19) and the forming matrix (18) also ensures the uniformity of the temperature of the outgoing rope, which significantly improves the final product, since the portions cool uniformly.

Конструкция экструдера предложенным с экструзионным узлом и турбоузлом обеспечивает использование полученного продукта повышенной усвояемости с питательным потенциалом крахмала в природной форме сырья, превышающим 20-25% в зависимости от вида культур.The design of the extruder proposed with an extrusion unit and a turbine node makes it possible to use the obtained product of high digestibility with the nutritional potential of starch in the natural form of raw materials exceeding 20-25%, depending on the type of crop.

Кроме того, предложенный турбоузел обеспечивает расчетное давление продукта без дополнительного негативного действия напряжений сдвига перед формующей матрицей.In addition, the proposed turbine provides the calculated pressure of the product without the additional negative effect of shear stresses in front of the forming matrix.

Предложенная технология переработки зерна позволяет обработать исходное сырье таким образом, чтобы в нем перевод крахмала осуществлялся в удобную для усвоения организмом животных форму. Наличие турбоузла позволяет разрушить зернистую структуру крахмала на клеточном уровне, что способствует разрыву природных связей между отдельными составляющими частями и переводу его в более простые углеводы в виде декстринов и Сахаров, то есть желатинизации крахмала или декстринизации его на более простые составляющие.The proposed technology of grain processing allows you to process the feedstock in such a way that the starch transfer in it is carried out in a form convenient for the animals to assimilate. The presence of the turbine node allows the granular structure of starch to be destroyed at the cellular level, which contributes to breaking the natural bonds between the individual components and translating it into simpler carbohydrates in the form of dextrins and sugars, that is, gelatinization of the starch or dextrinization of it into simpler components.

Процесс экструзии занимает короткий промежуток времени (около 30-60 секунд), однако предложенная конструкция позволяет за это время не только обеспечить проход сырья через несколько стадий обработки: тепловую, стерилизацию, обеззараживание (под воздействием температуры и давления болезнетворные микроорганизмы, грибки, плесени полностью уничтожаются) и увеличение объема, но и повысить энергетическую ценность полученного продукта, за счет измельчения, смешивания, и получения полностью однородного продукта. Поскольку конечный продукт должен быть выпущен в различной физической форме, то важно обеспечить его обезвоживание до заданных величин от исходной влажности, желательно, чтобы влажность составляла примерно 50% от исходной величины. Тогда стабилизация, высокая температура и давление нейтрализуют разрушительное действие ферментов, а это способствует значительному увеличению сроков хранения готовой продукции. Этот эффект достигается за счет возможности оперативно регулировать скорость продвигаемого жгута в зависимости от качества сырья за счет регулировки скорости вращения шнека и кач-болта. Более того, в частном случае, когда вращательное движение на кач-болт получают непосредственно от опорно-силового узла (2) (вал (11) кач болта (12) крепят через подшипниковую опору к торцу приводного вала), то не происходит рассинхронизации вращения шнека (8) и вала (11) кач-болта (12) из-за технологических погрешностей изготовления деталей экструдера.The extrusion process takes a short period of time (about 30-60 seconds), however, the proposed design allows for this time not only to ensure the passage of raw materials through several stages of processing: heat, sterilization, disinfection (under the influence of temperature and pressure, pathogens, fungi, molds are completely destroyed ) and an increase in volume, but also to increase the energy value of the product obtained, due to grinding, mixing, and obtaining a completely homogeneous product. Since the final product must be released in various physical forms, it is important to ensure its dehydration to the specified values from the initial humidity, it is desirable that the humidity be approximately 50% of the initial value. Then stabilization, high temperature and pressure neutralize the destructive action of enzymes, and this contributes to a significant increase in the shelf life of the finished product. This effect is achieved due to the ability to quickly adjust the speed of the tow rope, depending on the quality of the raw material, by adjusting the speed of rotation of the auger and the quality of the bolt. Moreover, in the particular case, when the rotational motion on the quality bolt is obtained directly from the power bearing unit (2) (the shaft (11) the quality bolt (12) is attached through a bearing support to the end of the drive shaft, the auger does not out-of-sync (8) and shaft (11) quality bolt (12) due to technological errors in the manufacture of extruder parts.

Поскольку на качество конечного продукта (экструдата) будут влиять конструктивно-режимные параметры экструдера (конструкция корпуса, шнека, фильеры, частота вращения шнека и другое), то указанный выше вариант изготовления предложенной конструкции обеспечивает оптимальную работу экструзионного узла. В предматричной зоне уменьшаются колебания давления, которые возникают в результате усилий сдвига, в связи с этим у матриц, устанавливаемых на экструдеры не требуется осуществлять стабилизацию давления в указанной зоне, поскольку эту функцию частично берет на себя турбоузел.Since the quality of the final product (extrudate) will be influenced by the design and operating parameters of the extruder (body design, screw, spinnerets, screw rotation speed, etc.), the above production variant of the proposed design ensures optimum operation of the extrusion unit. In the pre-matrix zone, pressure fluctuations that occur as a result of shear forces are reduced, therefore, the matrices installed on the extruders do not need to stabilize the pressure in this zone, since this function is partially assumed by the turbine unit.

Таким образом, в предложенной конструкции получают процесс теплой экструзии, позволяющий добиться глубокой переработки полуфабриката при энергосберегающем режиме ведения технологического процесса экструдирования, обеспечивают процесс термопластической экструзии с использованием сырья растительного происхождения с расширенными физико-химическими характеристиками. При этом возникает возможность транспортирования порошков с низкой сыпучестью и насыпной массой.Thus, in the proposed design receive the process of warm extrusion, allowing to achieve deep processing of the semi-finished product with energy-saving mode of technological process of extrusion, provide a process of thermoplastic extrusion using raw materials of plant origin with advanced physico-chemical characteristics. This creates the possibility of transporting powders with low flowability and bulk density.

В известных экструдерах такая возможность затруднена, особенно в одношнековых экструдерах, поскольку протекание процесса обработки пищевого сырья во второй зоне шнека - в зоне - сжатия и образования упруго-пластичной массы во многом определяется физико-химическими свойствами содержащегося в нем крахмала. Этот недостаток в предложенной конструкции преодолен.In the known extruders, this possibility is difficult, especially in single-screw extruders, since the process of processing food raw materials in the second zone of the screw, in the zone of compression and formation of the elastic-plastic mass, is largely determined by the physicochemical properties of the starch contained in it. This disadvantage in the proposed design is overcome.

Для образования высокопористой структуры конечного продукта на этапе его выпрессовки из экструдера через отверстия фильеры формующей матрицы предложенная конструкция не требует увеличения поперечных размеров экструдата, как это требуют известные конструкции экструдеров.For the formation of a highly porous structure of the final product at the stage of extrusion from the extruder through the die nozzles of the forming matrix, the proposed design does not require an increase in the transverse dimensions of the extrudate, as is required by known extruder designs.

Таким образом, предложенная конструкция достаточно универсальна, так как может применяться и для методов экструзионной обработки сырья, содержащего крахмал и зернопродукты, трех типов: холодная экструзия, теплая обработка и формование при низком давлении - тепловая экструзия, тепловая обработка и формирование при высоком давлении - горячая экструзия.Thus, the proposed design is quite versatile, as it can be used for extrusion processing of raw materials containing starch and grain products of three types: cold extrusion, warm processing and molding at low pressure - heat extrusion, heat treatment and formation at high pressure - hot extrusion.

Особенно это важно при коротких шнеках, когда во время продвижения сырья вдоль шнека оно не успевает пройти все три стадии: приема сырья; сжатия и образования упруго-пластичной массы. Поэтому наличие турбоузла также обеспечивает в значительно части стадию образования упруго-пластичной массы.This is especially important with short augers, when during the promotion of raw materials along the auger it does not have time to go through all three stages: receiving raw materials; compression and formation of elastic-plastic mass. Therefore, the presence of a turbine node also provides, in a significant part, the stage of formation of an elastic-plastic mass.

Claims

1. Single screw extrusion unit for the manufacture of food and animal products, containing an extrusion unit consisting of a steel body with a cylindrical bore, inside the body there is an auger rotatably, the body is provided with a window for supplying raw materials from the diameter side and with the forming matrix from the front side for creating pressure and forming a continuous bundle of a product of the required size and shape through a plate with holes, differs in that the screw is made with a central axial bore In addition, in front of the pre-matrix space of the forming matrix, there is a turbine unit, in the turbine unit there are at least two plates with openings spaced from each other, forming a press lattice limited by the turbine assembly body, which is a continuation of the surface of the extrusion unit body, the first in the direction of extrusion mass advancement the plate is fixed on the end surface of the body of the extrusion unit, the output diameter of which is equal to the overall size of the zone with holes in the plastic Tine, the second in the direction of advancement of the extrusion mass plate is fixed on the end surface of the extrusion unit, the pre-matrix space of which has an inlet diameter equal to the overall size of the zone with holes in the plate and both plates form a press grille, inside of which a bolt is placed with the possibility of its rotation around the longitudinal axes, made in the form of a shaft with at least one cross-member at the end rigidly fixed on the axis of the bolt shaft and placed between the plates, on the bolt shaft, which passes freely cutting the central hole of the first plate, transmitting rotational movement from the extrusion unit motor by fastening the shaft in the central axial bore of the screw; the extrusion unit motor is equipped with a frequency converter, and the pre-matrix space of the forming matrix is made in the form of a cone -grids

2. Extrusion unit according to p. 1, characterized in that the holes of the plates of the press grating form through channels.

3. Extrusion unit according to p. 1, characterized in that the first and second plates of the press grating are connected by a turbine unit body with the possibility of adjusting the distance between them.

4. Extrusion unit according to claim. 1, characterized in that the cross member of the bolt is cylindrical.

5. Extrusion unit according to claim. 1, characterized in that the cross member of the bolt is fixed on the axis of the shaft of the bolt at an angle of 90 degrees.

6. Extrusion unit according to p. 1, characterized in that the forming matrix is equipped with a casing with cooling.