Способ измельчения целлюлозосодержащих продуктов

 

Устройство предназначено для измельчения органических твердых материалов. Измельчение целлюлозосодержащих продуктов осуществляется путем воздействия на них преимущественно сжимающими нагрузками, создаваемыми при прокатывании по измельчаемому продукту контактирующих с криволинейной опорной поверхностью корпуса измельчающего устройства множества мелющих тел вращения. Измельчение целлюлозосодержащих продуктов производят в скоростном режиме при многократно повторяющихся сжимающих нагрузках с периодом между нагружениями, не более 0,025-0,030 с и количеством повторных нагружений мелющими телами вращения на измельчаемый продукт за время его прохождения от верхнего входного до нижнего выходного канала не менее 30-40 раз. Причем одновременно с сжимающими нагрузками создают сдвиговые нагрузки, составляющие 1,5-15% от величины сжимающих нагрузок, при этом измельчаемый продукт подвергают воздействию токов сверхвысокой частоты. Изобретение позволяет повысить эффективность, качество и производительность измельчения целлюлозосодержащих продуктов. 5 з.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области измельчения органических твердых материалов и может быть применено для измельчения целлюлозосодержащих продуктов растительного происхождения с высоким содержанием клетчатки, в первую очередь, таких как оболочки какао-бобов - какаовеллы, древесины, оболочек плодовых, бобовых и зерновых культур, оболочек и косточек различных семян, фруктов и ягод, растительных волокон, например хлопка и т.п., а также других целлюлозосодержащих продуктов различных производств.

Известен способ измельчения твердых материалов за счет многократных соударений измельчаемых частиц друг о друга и о рабочие органы измельчителя типа дезинтегратора с вращающимся ротором [1]. При этом на валу ротора неподвижно закреплены рабочие мелющие органы в виде лопастей или радиальных стержней или полос, а рабочая камера дезинтегратора внутри корпуса снабжена отражательными измельчительными элементами в форме выступов, штифтов и др. Поступая в зазор между вращающимися и неподвижными рабочими органами данного измельчителя, исходный материал измельчается.

Недостатком вышеуказанного способа является низкая эффективность и производительность измельчения твердого материала с повышенными пластическими свойствами и высокие энергозатраты на получение из него тонкодисперсного порошка. Практически, получить высоко диспергированный порошок данным способом невозможно, т.к. процесс измельчения в данном случае ведется вне эффективных, т.е. непригодных для пластичных твердых материалов режимах, для которых необходимы высокие величины деформаций для их разрушения. При трении друг о друга и соударении измельчаемых частиц о рабочие органы дезинтегратора необходимых пластических разрушающих деформаций измельчаемого продукта по вышеуказанному способу практически не достигается.

Наиболее близким по технической сущности изобретением к предлагаемому техническому решению является способ измельчения целлюлозосодержащих продуктов [2]. Измельчение данных продуктов по вышеуказанному способу осуществляется путем воздействия на них сжимающими нагрузками, создаваемыми при прокатывании по измельчаемому продукту, контактирующих с криволинейной опорной поверхностью корпуса измельчающего устройства, множества мелющих тел вращения, установленных в сепараторе ротора, в процессе движения потока измельчаемого продукта сверху вниз между сепаратором ротора и криволинейной опорной поверхностью от верхнего входного до нижнего выходного каналов измельчающего устройства.

Недостатком наиболее близкого аналога заявленного технического решения является низкая эффективность измельчения исходных целлюлозосодержащих продуктов и получение готового продукта крайне недостаточного уровня качества из-за его низкой дисперсности и однородности по фракционному составу.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности и производительности измельчения целлюлозосодержащих продуктов, а также улучшение их качества.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе измельчения целлюлозосодержащих продуктов путем воздействия на них преимущественно сжимающими нагрузками, создаваемыми при прокатывании по измельчаемому продукту контактирующих с криволинейной опорной поверхностью корпуса измельчающего устройства множества мелющих тел вращения, установленных в сепараторе ротора, в процессе движения потока измельчаемого продукта сверху вниз между сепаратором ротора и криволинейной опорной поверхностью от верхнего входного до нижнего выходного каналов измельчающего устройства, измельчение целлюлозосодержащих продуктов по заявленному способу производят в скоростном режиме при многократно повторяющихся сжимающих нагрузках с периодом между нагружениями не более 0,025-0,030 с и количеством повторных нагружений мелющими телами вращения на измельчаемый продукт за время прохождения продукта от верхнего входного до нижнего выходного каналов не менее 30-40 раз, причем одновременно со сжимающими нагрузками создают сдвиговые нагрузки, составляющие 1,5-15% от величины сжимающих нагрузок, при этом измельчаемый продукт подвергают воздействию токов сверхвысокой частоты, например, для некоторых целлюлозосодержащих продуктов порядка 2450+50 МГц. Перед измельчением в исходный продукт может быть введен буферный твердый материал в пределах от 3 до 20% от веса исходного целлюлозосодержащего продукта. В качестве буферного материала может быть использован, например, крахмал. Измельчаемый продукт может быть подвержен воздействию токов сверхвысокой частоты до измельчения. Измельчаемый продукт может быть подвержен воздействию токов сверхвысокой частоты после измельчения. Измельчение целлюлозосодержащих продуктов может быть осуществлено в смеси с нецеллюлозосодержащими ингредиентами. Сдвиговые нагрузки по заявленному способу обеспечиваются путем расположения оси вращения каждого мелющего тела под углом к оси вращения ротора.

Предлагаемый способ измельчения целлюлозосодержащих продуктов поясняется чертежами, где на фиг.1 показано измельчающее устройство для осуществления предлагаемого способа (продольный разрез); на фиг.2 дан поперечный разрез измельчающего устройства по А-А; на фиг.3 приведен поперечный разрез измельчающего устройства по В-В; на фиг.4 дана схема взаимодействия мелющих тел вращения с измельчаемым продуктом в верхней зоне I измельчения рабочей камеры измельчающего устройства; на фиг.5 показана схема взаимодействия мелющих тел вращения при их движении с измельчаемым продуктом в нижней зоне II измельчения рабочей камеры измельчающего устройства; на фиг.6а приведена схема расположения оси вращения мелющих тел вращения к оси вращения ротора измельчающего устройства при создании мелющими телами сдвиговых нагрузок, на фиг.6б - то же (вариант).

Измельчающее устройство для реализации заявленного способа (фиг.1, 2 и 3) содержит корпус 1, футерованный с внутренней стороны футеровкой 2 с криволинейной опорной поверхностью, например цилиндрической. В корпусе 1 измельчающего устройства соосно расположен на валу 3 сепаратор. Его выполнение возможно в двух модификациях: в верхней зоне I измельчения рабочей камеры измельчающего устройства сепаратор выполнен в виде набора разделенных между собой верхних плоских дисков 4 с радиальными по их периферии прорезями 5, в которых шейками установлены мелющие тела вращения 6 - в первой модификации, а во второй модификации в нижней зоне II измельчения сепаратор представляет собой множество радиальных каналов 7, образованных разделенными между собой нижними плоскими дисками 8, по периферии которых установлены радиально вертикальные толкающие пластины 9. При этом внутри радиальных каналов 7 подвижно в радиальном направлении размещены мелющие тела вращения, например, в виде цилиндров 10, дисков 11 (либо по отдельности, либо в форме пакета), шаров 12 и др. Сепаратор установлен в корпусе 1 соосно с футеровкой 2 и закреплен неподвижно с валом 3 через прорези в центральной области дисков 4 и 8, вертикальные шпоночные пластины 13 и ступицы 14. При этом диски 4 и 8 отделены друг от друга втулками 15 и закреплены между собой стягивающими шпильками 16. В верхней части корпус соединен с верхней крышкой 17, в которой установлены верхний подшипниковый узел 18 вала 3 ротора и верхний входной канал 19, а внизу - с нижней крышкой 20 с размещенным на ней в центре нижним подшипниковым узлом 21 вала 3 ротора и выходным каналом 22 на периферии. Для охлаждения рабочей камеры в верхней и нижней зонах измельчения I и II снаружи корпус 1 снабжен водяной рубашкой 23. Обеспечение равномерной подачи исходного продукта в рабочую камеру в зазоре между сепаратором ротора и футеровкой 2 корпуса 1 и удаление из нее готового измельченного продукта в предлагаемом измельчающем устройстве обеспечивается соответственно за счет установки в верхней части ротора разбрасывающих лопаток 24 и выгребных лопаток 25 в нижней части ротора. Для обеспечения сдвиговых нагрузок на измельчаемый продукт в процессе его измельчения оси вращения 26 каждого мелющего тела могут располагаться под углом α к оси вращения 27 ротора, как показано на фиг.6.

Работа предлагаемого измельчающего устройства, реализующего заявленный способ, состоит в следующем.

В измельчающем устройстве при вращении вала 3 ротора, обеспечивающим сверхскоростной режим измельчения, мелющие тела вращения 6, 10, 11 и 12, отличающиеся друг от друга формой, размерами и массой, под действием центробежных сил _ц (фиг.4 и 5) двигаются к футеровке 2 корпуса 1. Коснувшись футеровки 2, вышеуказанные мелющие тела с силой (равной центробежной силе F_ц) прижимаются к последней и начинают перемещаться, т.е. прокатываться, вдоль ее криволинейной поверхности, например, как показано на фиг.1, 2 и 3 - цилиндрической, не выходя своими шейками за пределы радиальных прорезей 5 в верхних плоских дисках 4 или радиальных каналов 7, образованных нижними плоскими дисками 8 и толкающими вертикальными пластинами 9. После запуска измельчающего устройства вовнутрь корпуса 1 по верхнему входному каналу 19 непрерывно равномерным потоком подается исходный продукт. Двигаясь в пространстве между криволинейной опорной поверхностью футеровки 2 и сепаратором ротора измельчающего устройства от верхнего входного канала 19 к нижнему выходному каналу 22, исходный продукт измельчается в результате прокатывания по данному продукту, контактирующего с криволинейной опорной поверхностью футеровки 2, множества тел вращения 6, 10, 11 и 12. Процесс разрушения измельчаемого продукта в предлагаемом способе осуществляется преимущественно за счет сжимающих нагрузок, возникающих вследствие появления центробежных сил F_ц при криволинейном перемещении, в частности по окружности, вышеуказанных мелющих тел вращения вдоль криволинейной опорной поверхности футеровки 2. При этом исходный продукт в предлагаемом измельчающем устройстве подвергается постадийному измельчению, проходя, соответственно, через верхнюю зону I измельчения и нижнюю зону II измельчения рабочей камеры измельчающего устройства. В данных зонах I и II измельчения исходный продукт разрушается при определенных нагрузках и величинах деформаций, создаваемых различными по форме, размерам и массе мелющими телами вращения 6, 10, 11 и 12, с учетом степени дисперсности разрушаемых частиц и требований конечной дисперсности готового порошка из целлюлозосодержащих продуктов. Измельченный готовый продукт, т.е. тонкодисперсный порошок, отвечающий требованиям кондитерской, пищевой и других промышленностей, выводится из рабочей камеры измельчающего устройства через нижний выходной канал 22. При необходимости измельчаемый порошок подвергают обработке (т.е. воздействию) токами СВЧ с частотой, как отмечалось выше, порядка 2450±50 МГц, существенно повышающей качество готового продукта по величине дисперсности и микробиологическим показателям. Наконец, в зависимости от конкретных значений физико-механических свойств и состава исходного продукта (например, по содержанию в нем жира, воды, целлюлозы и др. ) измельчение по заявленному способу может производиться при самых разнообразных оснащениях сепаратора ротора предлагаемого измельчающего устройства. Т.е. измельчение может осуществляться, например, только одним типом мелющих тел вращения 6 с шейками или только по отдельности типами мелющих тел вращения 10, 11 и 12 и др., либо комбинациями данных типов мелющих тел вращения, отличающихся друг от друга формой, размерами и массой.

В процессе измельчения путем прокатывания мелющих тел вращения 6, 10, 11 и 12 по измельчаемым частицам при перемещении последних через зоны I и II измельчения, т.е. через рабочую камеру измельчающего устройства от верхнего входного канала 19 к нижнему выходному каналу 22, данные частицы (т.е. измельченный продукт) подвергаются периодически повторяющимся сжимающим нагрузкам, по меньшей мере, до 30-40 раз и более. Причем время между повторными нагружениями на измельчаемые частицы, по крайней мере, составляет не более 0,025-0,30 с. Другими словами, мелющие тела вращения при их движении по футеровке 2 (фиг. 4 и 5) из точки А в точку В или из точки В в точку С и т.д. перемещаются не более чем за 0,025-0,030 с. В результате прокатывания мелющих тел вращения по измельчаемому продукту измельчаемые частицы целлюлозосодержащих продуктов предельно уплотняются и одновременно при этом в десятки раз уменьшаются их прочностные свойства из-за усталостного механического разрушения отдельных структурных связей в объеме данных частиц. Такое принудительное уплотнение частиц в предлагаемом устройстве по заявленному способу приводит их, в конечном итоге, к состоянию повышенной хрупкости и дробимости (т.е. к способности при измельчении исходного твердого материала разделяться на более мелкие частицы). Поскольку, как известно, хрупкие твердые тела обладают гораздо лучшей дробимостью, нежели пластические, а многократные нагружения мелющими телами вращения на измельчаемые частицы по заявленному способу существенно повышают хрупкость данных частиц из-за их высокой степени уплотнения, когда величина пластической деформации при измельчении частиц становится практически равной нулю. При этом практикой установлено, что при величинах числа нагружений мелющими телами вращения на измельчаемые частицы исходного продукта менее 30-40 раз в предлагаемом измельчаемом устройстве дисперсность готового целлюлозосодержащего продукта резко снижается, т. е. существенно ухудшается его качество. С другой стороны, увеличение количества данных нагружений более 30-40 раз в целом приводит к увеличению эффективности измельчения и повышает дисперсность готового продукта и ограничивается лишь конструктивными и техническими возможностями разрабатываемых данного типа измельчающих устройств, реализующих заявленный способ. Кроме того, предельному уплотнению измельчаемых частиц целлюлозосодержащих продуктов и приданию им хрупких свойств в значительной мере способствует величина времени между повторными нагружениями мелющих тел на измельчаемую частицу, равная, как показывает практика, не более 0,025-0,030 с. Это объясняется тем, что за такой отрезок времени в измельчаемой частице напряжения, вызванные повторными нагружениями, не успевают релаксироваться (т.е. исчезнуть). Вследствие чего частица не успевает существенно разуплотниться и приобрести вновь достаточно значительные пластические свойства, препятствующие ее хрупкому разрушению. Дальнейшее уменьшение времени между повторными вышеуказанными нагружениями менее 0,025-0,030 с однозначно приводит к значительному повышению напряженного состояния и хрупкости измельчаемых частиц в процессе измельчения, а значит - к существенному увеличению дисперсности готового продукта и наоборот. Создание мелющими телами вращения одновременно со сжимающими нагрузками сдвиговых нагрузок на измельчаемый продукт, величиной 1,5-15% от величины сжимающих нагрузок, существенно снижает энергозатраты на измельчение по заявленному способу. Поскольку сдвиговые нагрузки способствуют появлению дополнительно множества дефектов (т.е. микроразрушений) во всем объеме разрушаемых частиц продукта в направлениях, перпендикулярных действию сжимающих нагрузок. Вышеизложенное объясняется еще и тем, что, как известно, сдвиговые разрушающие нагрузки по величине значительно (на порядок) ниже разрушающих сжимающих нагрузок, а увеличение дефектов (т.е. микроразрушений) в измельчаемой частице, как показывает практика, способствует эффективному ее разрушению мелющими телами вращения на более мелкие части, т.е. значительному повышению дисперсности готового продукта на 40-50% и более. При этом в случае уменьшения сдвиговых нагрузок ниже 1,5% они практически перестают существенно влиять на эффективность измельчения, а их увеличение более 15% приводит к повышенному износу рабочих органов измельчающего устройства (в основном, мелющих тел вращения, корпуса и сепаратора ротора измельчающего устройства) и загрязнению продуктами износа данных рабочих органов готового продукта. Долговечность работы измельчающего устройства и качество готового продукта при этом существенно снижаются.

В качестве примера осуществления заявленного способа приведен способ измельчения, обеспечивающего получение тонкодисперсного порошка, из такого целлюлозосодержащего продукта, как какаовелла (оболочка какао-бобов), который имеет широкое применение в пищевой промышленности в качестве высококачественного натурального заменителя какао-порошка при производстве шоколадных конфет с помадным и пралиновым корпусами, жировая глазурь, сахарное драже, сдобное и сахарное печенье и многое другое. При этом крайне необходимо, чтобы степень измельчения порошка какаовеллы не уступала степени измельчения какао-порошка производственного. Исходя из химического состава и строения, определяющих физико-механические и прочностные свойства данного продукта, какаовеллу можно отнести, как к достаточно представительному типу целлюлозосодержащих продуктов из-за высокого содержания в ней клетчатки до 16,5% и достаточно общих характеристик по составу и строению таких продуктов. Внешняя оболочка какаовеллы состоит из крупных многоугольных сравнительно тонкостенных вытянутых клеток. Их размеры составляют 120 мкм - длина, 25-50 мкм - ширина. Под внешней оболочкой находится губчатообразная клеточная ткань, состоящая из больших округлых рыхлых клеток. Внутри ткани расположены звездообразные включения пустых клеток, образующих сосудопроводящие пучки толщиной 5-10 мкм. Наконец, третьим слоем идет слой склероидальных (каменистых) клеток подковообразной формы. В целом, какаовелла, как и другие целлюлозосодержащие продукты, имеет достаточно высокую пористость в виде многочисленной разветвленной сети различной формы пор и капилляров, представленных внутриклеточными и межклеточными пустотами, зазорами между зернами крахмала, порами клеточных оболочек, каналами плазмодезм, пространствами между белковыми субъединицами в биомолекулярных слоях липид-белка и др. В состав, определяющих технологические свойства какаовеллы, входят следующие основные компоненты: вода, жир, белок, клетчатка, теобромин, кофеин, сахара, крахмал и пектиновые вещества. При этом технологически регулируемыми величинами содержания данных компонентов в процессе переработки какаовеллы преимущественно является содержание в какаовелле жира, порядка 2-3,5%, и воды - в среднем до 6-8%. Высокая пористость и низкие прочностные свойства и хорошая деформируемость отдельных компонентов какаовеллы (типа белка, крахмала, пектиновых веществ и др.), находящихся в более прочном каркасе из целлюлозы и минеральных веществ, в целом, придают какаовелле высокие деформационные свойства при ее разрушении, т.е. пластичность. Повышению пластичности какаовеллы способствует также наличие в ней достаточного количества воды и жира, как об этом указывалось выше. В конечном итоге, высокие значения пластичности какаовеллы, как показывает практика измельчения пластичных материалов, существенно снижают степень дисперсности готового продукта из-за сложности (а практически невозможности) создания предельного разрушающего пластического деформирования одновременно во всем объеме измельчаемой частицы механическим способом.

При реализации заявленного способа, например, в процессе измельчения какаовеллы при многократном нагружении, по меньшей мере, до 30-40 раз и более на частицы какаовеллы в зоне измельчения, последние предельно уплотняются и из пластичных превращаются практически в хрупкие частицы. Так как дальнейшее их деформирование возможно только в зоне упругих деформаций, фактически, без пластического деформирования. При этом многократное деформирование исходного продукта в заявленном способе в десятки раз снижает прочностные свойства измельчаемых частиц какаовеллы. Это, как известно, способствует более высокому диспергированию при их разрушении мелющими телами вращения за счет накопления в объеме разрушаемой частицы многочисленных дефектов ее целостности. С другой стороны, как показывает практика, обеспечивается более быстрое достижение хрупкого состояния измельчаемого продукта и поддержание этого состояния в процессе его измельчения, т.е. разрушения. Такое состояние достигается за счет того, что время между предшествующим и последующим нагружениями отдельно взятой измельчаемой частицы какаовеллы составляет менее 0,025-0,030 с. За этот период, т.е. отрезок времени, измельчаемые частицы какаовеллы не успевают существенно разуплотниться, т.е. приобрести значения пластичности, недопустимые для эффективного измельчения данных частиц. Поскольку за вышеуказанный отрезок времени, по крайней мере равный 0,025-0,030 с и менее, релаксация напряжений и вызванная ее обратная "растягивающая" деформация в измельчаемых частицах какаовеллы далеко не успевают закончиться. В результате по заявленному способу измельчение какаовеллы производится в режиме, фактически, хрупкого разрушения с многократно пониженными прочностными свойствами во всем объеме измельчаемых частиц. Как показывает практика, это приводит к значительному повышению дисперсности конечного продукта, по сравнению с измельчением какаовеллы в режиме упругопластического разрушения в известном способе - ближайшем аналоге. В случаях установления величины периода (т.е. отрезка времени) между нагружениями более 0,025-0,030 с и количества повторных нагружений мелющими телами вращения на измельчаемый продукт менее 30-40 раз процесс измельчения какаовеллы, как показывают экспериментальные исследования, становится неэффективным и малопроизводительным. Качество готового продукта тоже значительно снижается. Поскольку в первом случае за счет более длительной релаксации напряжений в измельчаемых частицах резко возрастает их пластичность, отрицательно действующая, как указывалось выше, на эффективность измельчения, и недостаточное количество накопления дефектов (т.е. микроразрушений) внутри измельчаемых частиц - во втором случае. Последнее также резко снижает эффективность измельчения и дисперсность готового продукта, т.е. порошка какаовеллы.

Дополнительное создание сдвиговых нагрузок мелющими телами вращения на измельчаемый продукт одновременно с сжимающими в пределах 1,5-15% от величины сдвиговых нагрузок, как показывает практика, позволяет существенно снизить энергозатраты на измельчение исходной какаовеллы и повысить качество готового продукта из нее за счет повышения его дисперсности. Это достигается за счет того, что энергозатраты на разрушение твердого тела вообще и целлюлозосодержащего продукта, в частности, сдвиговыми нагрузками, как известно, многократно ниже энергозатрат на его разрушение сжимающими нагрузками, особенно в режиме всестороннего сжатия, которое имеет место при разрушении тела сжимающими нагрузками. Кроме того, действие сдвиговых нагрузок на измельчаемую частицу, как указывалось выше, существенно разупрочняет ее. Поскольку к числу дефектов, вызванных "микроразрушениями" наиболее слабых структурных связей внутри данной частицы за счет сжимающих нагрузок, добавляется значительное число аналогичных дефектов, создаваемых сдвиговыми нагрузками. Величины вышеуказанных сдвиговых нагрузок в предложенном измельчающем устройстве регулируется выбором величины угла α между осью вращения 26 каждого мелющего тела к оси вращения 27 ротора (фиг. 6 (а,б)). Вышеуказанный диапазон изменения доли сдвиговых нагрузок, создаваемых мелющими телами вращения на измельчаемый целлюлозосодержащий продукт, в первую очередь применительно к измельчению какаовеллы, установлен по результатам работы предлагаемого измельчающего устройства при измельчении какаовеллы. Так результаты стендовых и производственных исследований процесса измельчения какаовеллы показали, что при значения доли сдвиговых нагрузок меньше 1,5% от величины сжимающих их влияние на эффективность измельчения, в целом, существенно снижается, а при значениях доли сдвиговых нагрузок от величины сжимающих больше 15% наблюдается резкое повышение износа рабочих органов измельчающего устройства. Качество готового порошка какаовеллы при этом, как отмечалось выше, существенно ухудшается из-за загрязнения его продуктами износа рабочих органов, а долговечность работы измельчающего устройства также значительно снижается.

Обработка измельчаемого продукта, т. е. какаовеллы, по предлагаемому способу до или после его измельчения в рабочей камере предлагаемого измельчающего устройства путем воздействия на продукт токами высокой частоты (СВЧ) с частотой, порядка, 2450±50 МГц позволяет, как показывает практика, существенно снизить прочность данного измельчаемого продукта и повысить его хрупкость - с одной стороны и дополнительно уничтожить микроорганизмы и ферменты в измельчаемом продукте, что является обязательным требованием к качеству готового порошка какаовеллы, как пищевому продукту - с другой. При этом в случае обработки токами высокой частоты (СВЧ) исходного измельчаемого продукта до подачи его в верхний входной канал 19 предлагаемого измельчающего устройства данный продукт существенно разупрочняется из-за воздействия "микровзрывов" в закрытых полостях и каналах в частицах какаовеллы, содержащих воду. Данные "микровзрывы" возникают вследствие интенсивного перехода воды в пар под воздействием токов СВЧ в данных закрытых полостях. После такой обработки токами СВЧ влажность частиц какаовеллы существенно уменьшается, а сами частицы становятся значительно более хрупкими, менее прочными и пластичными. Поэтому при последующем измельчении их мелющими телами вращения данные частицы исходной какаовеллы разрушаются при значительно пониженных энергозатратах с существенно повышенной дисперсностью готового продукта по сравнению, как показывает практика, с необработанным исходным продуктом токами СВЧ. Дисперсность готового порошка какаовеллы может быть существенно повышена также путем воздействия на него токами высокой частоты (СВЧ) и после выхода его через нижний выходной канал 22 предлагаемого измельчающего устройства. Механизм дополнительной диспергации частиц готового продукта аналогичен выше изложенному, осуществляемого путем "микровзрывов" внутри частиц при быстром переходе воды в пар в закрытых порах, каналах и трещинах (т.е. дефектах) в объеме этих частиц. Поскольку прочность частиц конечного продукта из какаовеллы многократно ослабляется предыдущим прокатыванием по ним мелющих тел вращения, то при воздействии на данные частицы токов сверхвысокой частоты (СВЧ) частицы, содержащие воду, в результате протекания внутри них вышеуказанных многочисленных "микровзрывов" дополнительно существенно диспергируются.

Известно, что измельченная какаовелла, как и другие целлюлозосодержащие продукты, представляет собой аморфную, нетекучую и несыпучую массу из не сильно слипшихся трудноклассифицируемых частиц. Для того чтобы повысить классификационные свойства готового продукта и обеспечить выделение из него мелких фракций ситовым или пневмоклассификационными методами классификации, исходную какаовеллу по заявленному способу измельчают совместно с буферным материалом, например крахмалом, в соотношении, равном в пределах 3-20% от веса исходного продукта, т.е. какаовеллы. При измельчении какаовеллы данный буферный материал также измельчается и интенсивно перемешивается, отделяя измельченные частицы какаовеллы друг от друга за счет образования между ними прослойки буферного материала. В результате предотвращается вышеуказанное слипание измельченных частиц готового порошка какаовеллы, а его сыпучесть существенно увеличивается, и, следовательно, значительно повышаются классификационные свойства готового продукта, полученного по заявленному способу. Это позволяет в ряде случаев существенно повысить качество готового продукта за счет обеспечения возможности значительного увеличения его дисперсности после сепарации. Однако при введении в исходный продукт буферного твердого материала менее 3% от веса исходного продукта, его функция разделения измельчаемых частиц какаовеллы друг от друга, как показывает практика, значительно ухудшается из-за недостатка содержания буферного твердого материала в объеме конечного продукта. В случае же добавки в исходный продукт больше 20% буферного твердого материала от веса исходного продукта классификационные свойства готового продукта перестают улучшаться, а технологические и органолептические свойства в ряде случаев могут значительно ухудшаться. Поэтому предлагаемое содержание буферного твердого материала при измельчении целлюлозосодержащих продуктов по заявленному способу является наиболее оптимальным.

В кондитерском и других производствах широко используется смесь готового порошка целлюлозосодержащих продуктов с другими нецеллюлозосодержащими ингредиентами, например порошка какаовеллы с чистым какао-порошком, получаемого из кейка какао-бобов, т. е. продуктов переработки ядра какао-бобов после удаления из них какао-масла. Для технологического решения данной проблемы по заявленному способу измельчение целлюлозосодержащих продуктов, в том числе и какаовеллы, в смеси с другими нецелллюлозосодержащими ингредиентами необходимо выполнять в режиме увеличения сжимающих и сдвиговых нагрузок мелющими телами вращения на измельчаемый продукт или уменьшения производительности измельчения пропорционально весовому содержанию вводимых ингредиентов в исходную какаовеллу компонентов смеси. Такое регулирование величин вышеуказанных нагрузок и производительности измельчения по заявленному способу в зависимости от весового содержания ингредиентов в измельчаемой смеси с какаовеллой установлено экспериментально путем измельчения различных смесей нецеллюлозосодержащих ингредиентов с какаовеллой и другими целлюлозосодержащими продуктами с разными их соотношениями и при различных режимах измельчения по производительности и величинам сжимающих и сдвиговых нагрузок мелющих тел вращения на измельчаемый продукт. Дело в том, что нецеллюлозосодержащие ингредиенты, используемые на практике в качестве добавок в порошок целлюлозосодержащих продуктов, например, в порошок, таких как какаовелла, кейк, сахар, крахмал и др., в основном не значительно отличаются друг от друга по прочностным свойствам. Это обуславливает достаточно общие одинаковые закономерности режимов измельчения вышеуказанных ингредиентов в смеси с целлюлозосодержащими продуктами. Далее следует отметить, что введение в измельчаемый исходный продукт нецеллюлозосодержащих, даже значительно менее прочных ингредиентов, по сравнению с целлюлозосодержащими продуктами, в целом снижает эффективность измельчения какаовеллы. Поэтому для эффективного измельчения смеси целлюлозосодержащих продуктов с нецеллюлозосодержащими ингредиентами необходимо уменьшать толщину разрушаемого слоя измельчаемого продукта между футеровкой 2 и мелющими телами вращения 6, 10, 11 и 12 (см. фиг.4 и 5), а значит и уменьшать производительность измельчения при увеличении содержания данных ингредиентов в измельчаемом продукте, и наоборот. С другой стороны, поскольку, как отмечалось выше, введение в исходный измельчаемый продукт нецеллюлозосодержащих ингредиентов снижает эффективность его измельчения, то с увеличением содержания в измельчаемом продукте данных нецеллюлозосодержащих ингредиентов необходимо увеличивать сжимающие и сдвиговые нагрузки мелющих тел вращения на измельчаемый продукт для обеспечения эффективности его измельчения по заявленному способу. С уменьшением содержания данных ингредиентов в измельчаемой какаовелле вышеуказанные сжимающие и сдвиговые нагрузки при неизменной эффективности измельчения необходимо уменьшать. В конечном итоге, предлагаемое регулирование режимов измельчения по предлагаемому способу измельчения целлюлозосодержащих продуктов в зависимости от содержания в них нецеллюлозосодержащих ингредиентов позволяет существенно повысить качество готового продукта за счет значительного увеличения его дисперсности и улучшения органолептических и технологических характеристик данного продукта применительно к кондитерской, пищевой и другим промышленностям.

Предлагаемый способ измельчения целлюлозосодержащих продуктов, по сравнению с ближайшим аналогом, позволяет существенно повысить производительность их измельчения на 30-50% и более, снизить энергозатраты на измельчение не менее на 10-15% и повысить в 1,5-2,0 раза и более дисперсность готового продукта. Это достигается за счет того, что предлагаемая совокупность величин нагрузок, создаваемых мелющими телами вращения на измельчаемый продукт, и режимы прокатывания мелющих тел вращения по измельчаемому продукта в измельчающем устройстве, реализующем заявленный способ, являются наиболее оптимальными применительно к измельчению целлюлозосодержащих продуктов растительного происхождения с высоким содержанием клетчатки. При этом разупрочняющее и диспергирующее действие токов сверхвысокой частоты (СВЧ) при воздействии последних на целлюлозосодержащие продукты также существенно повышает эффективность измельчения по заявленному способу, т.е. в значительной мере увеличивает дисперсность готового порошка целлюлозосодержащих продуктов. Дополнительно качество готового продукта, получаемого по заявленному способу, повышается за счет улучшения классифицируемости готового продукта, вследствие измельчения его с буферным твердым материалом в определенных пропорциях, а также обеспечения предлагаемого режима измельчения исходных целлюлозосодержащих продуктов совместно с нецеллюлозосодержащими ингредиентами. В целом, предлагаемое техническое решение реализует новую высокоэффективную кинетику хрупкого разрушения при измельчении целлюлозосодержащих продуктов. Исходя из вышеизложенного, предлагаемый способ измельчения целлюлозосодержащих продуктов может найти широкое применение в кондитерской, пищевой, химической, фармацевтической, деревообрабатывающей, строительной, производства взрывчатых веществ и других промышленностях при получении высокодиспергированных порошков из различных целлюлозосодержащих пищевых и непищевых продуктов и позволит получить при этом значительный экономический эффект.

Источники информации 1. СН 679540, кл. B 07 B 1/28, 1993.

2. RU 2164815, кл. B 62 C 15/08, 2001.0

Формула изобретения

1. Способ измельчения целлюлозосодержащих продуктов путем воздействия на них сжимающими нагрузками, создаваемыми при прокатывании по измельчаемому продукту контактирующих с криволинейной опорной поверхностью корпуса измельчающего устройства множества мелющих тел вращения, установленных в сепараторе ротора, в процессе движения потока измельчаемого продукта сверху вниз между сепаратором ротора и криволинейной опорной поверхностью от верхнего входного до нижнего выходного каналов измельчающего устройства, отличающийся тем, что измельчение целлюлозосодержащих продуктов производят в скоростном режиме при многократно повторяющихся сжимающих нагрузках с периодом между нагружениями не более 0,025-0,030 с и количеством повторных нагружений мелющими телами вращения на измельчаемый продукт за время прохождения продукта от верхнего входного до нижнего выходного каналов не менее 30-40 раз, причем одновременно с сжимающими нагрузками создают сдвиговые нагрузки, составляющие 1,5-15% от величины сжимающих нагрузок, при этом измельчаемый продукт подвергают воздействию токов сверхвысокой частоты.

2. Способ измельчения по п. 1, отличающийся тем, что перед измельчением дополнительно в исходный продукт вводят буферный твердый материал в пределах от 3 до 20% от веса исходного продукта.

3. Способ измельчения по п. 1, отличающийся тем, что измельчаемый продукт подвергают воздействию токов сверхвысокой частоты до измельчения.

4. Способ измельчения по п. 1, отличающийся тем, что измельчаемый продукт подвергают воздействию токов сверхвысокой частоты после измельчения.

5. Способ измельчения по п. 1, отличающийся тем, что измельчение целлюлозосодержащих продуктов осуществляют с нецеллюлозосодержащими ингредиентами.

6. Способ измельчения по п. 1, отличающийся тем, что сдвиговые нагрузки обеспечивают путем расположения оси вращения каждого мелющего тела под углом к оси вращения ротора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6