Способ и устройство для прессования материалов

 

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для прессования материалов, в котором материал сжимается поршнем, который вибрирует с ультразвуковой частотой для уменьшения сопротивления материала сжатию и увеличения эффективности сжатия. Данный способ можно использовать, в частности, для прессования материалов растительного или животного происхождения с целью выдавливания из них соков, а также для получения гранул. Устройство содержит контейнер, связанный с ним бункер для подачи материалов, сжимающий элемент, связанный со средством генерирования ультразвуковых колебаний и установленный с возможностью скольжения внутри контейнера, при этом бункер выполнен с дозирующим клапаном. Изобретение позволяет перерабатывать материал растительного или животного происхождения для получения из него соков или гранул при температуре окружающей среды и без дальнейшего нагревания и снижения расходов на их получение. 2 с. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

Область техники Настоящее изобретение относится к способу и устройству для прессования материалов.

В частности, но без ограничения концепции изобретения, оно относится к прессованию материалов растительного происхождения для отделения соков, а также к прессованию материалов, подвергая их пластической деформации с получением гранул зоотехнического происхождения.

Предпосылки изобретения В соответствии с известными технологиями способы экстракции веществ, таких как масла или фармацевтически активные ингредиенты в жидком виде или в виде растворов, из твердых материалов растительного происхождения включают стадию механического прессования, которая выполняется на механических или гидравлических прессах.

В некоторых случаях материалы, подлежащие переработке, дополнительно к механическому прессованию нагревают паром, а в других случаях нагрев может быть заменен или проводиться совместно с растворителями.

Понятно, что характеристики процесса прессования зависят от вида материала. Однако одним из недостатков всех известных процессов типа, описанного выше, является то, что они требуют высоких сжимающих усилий, прилагаемых в течение значительных промежутков времени, в результате чего имеет место большое потребление энергии.

Пример способа, предназначенного для выделения дегтя из сланца, описан в патенте US-A-4304656. Способ включает воздействие колебаний ультразвуковых частот для испарения дегтя, содержащегося в сланце, при этом его температура достигает 315^oС. В качестве другого примера аналогичного процесса можно привести патент ЕР-А 0054005, в котором изложен способ прессования материалов в виде брикетов, проводимый с использованием сжимающих усилий и вибраций в диапазоне частот 10-100 Гц. Еще один пример обычного процесса экструзии можно найти в патенте DE-A-2047398.

Кроме того, известен способ прессования материала, включающий механическое сжатие с одновременным приложением вибрации с ультразвуковой частотой для изменения внутреннего состояния материала, а также устройство для его осуществления, содержащее контейнер, бункер для подачи материала, связанный с контейнером, по меньшей мере, один сжимающий элемент, связанный со средством генерирования колебаний ультразвуковой частоты и установленный с возможностью скольжения внутри контейнера для сжимаемого материала (US 4304656, C 10 G 1/00, 08.12.1981).

Недостатком известных устройств, предназначенных для создания сжимающих усилий достаточно высокой интенсивности, является их большие габариты, а также сложность конструкции и высокие расходы на изготовление.

Сложность конструкции связана с использованием таких технологических сред, как пар или растворители, вследствие чего оборудование должно быть оснащено системами подачи сред во время обработки, а также их удаления после завершения рабочего цикла.

Еще один недостаток состоит в том, что в некоторых случаях нагретый пар и растворители могут отрицательно влиять на свойства перерабатываемого материала.

Целью изобретения является создание способа прессования материала, в котором устранены вышеперечисленные недостатки. Другая цель изобретения состоит в создании способа, который можно успешно применять для обработки материалов, подвергаемых пластической деформации, например экструзии.

Решение поставленной задачи осуществляется за счет того, что в способе прессования материала, включающем механическое сжатие с одновременным приложением вибрации с ультразвуковой частотой для изменения внутреннего состояния материала, механическому сжатию с одновременным приложением вибрации с ультразвуковой частотой подвергают материал, выбранный из группы материалов растительного или животного происхождения для изменения внутреннего состояния материала так, что уменьшается его сопротивление сжатию.

Согласно предпочтительным формам выполнения способа является целесообразным осуществлять сжатие материалов растительного или животного происхождения для выдавливания содержащихся в них соков; сливание выдавленного сока; гранулирование материала, выбранного из группы, в которую входят корма для животных, диетические добавки и термочувствительные фармацевтические продукты; экструзию материала, выбранного из группы, в которую входят корма для животных, диетические продукты и термочувствительные фармацевтические продукты с получением стержней; разделение полученных стержней на гранулы; а также является предпочтительным проведение способа при температуре окружающей среды и без дальнейшего нагревания, и осуществление механического сжатия и ультразвуковой вибрации посредством единого силового привода.

Устройство для прессования материала согласно изобретению, содержащее контейнер, бункер для подачи материала, связанный с контейнером, по меньшей мере, один сжимающий элемент, связанный со средством генерирования колебаний ультразвуковой частоты и установленный с возможностью скольжения внутри контейнера для сжимаемого материала, отличается тем, что бункер имеет дозирующий клапан, выполненный с возможностью открывания при нахождении сжимающего элемента в положении покоя для заполнения контейнера и закрывания, когда давление внутри контейнера достаточно высоко для исключения переполнения подлежащего сжатию материала.

Согласно предпочтительным формам выполнения контейнер имеет средство для слива сока, выдавленного из материала; контейнер оснащен открываемой перегородкой для извлечения спрессованного материала; контейнер оснащен торцевой стенкой с отверстиями в ней для изготовления стержней из спрессованного материала, полученного воздействием сжимающего элемента; торцевая стенка оснащена средством для нарезки стержней на гранулы после выдавливания из торцевой стенки контейнера.

Таким образом, в способе согласно изобретению осуществляется механическое прессование материала с приложением ультразвуковой вибрации. Эти две стадии выполняются одновременно с использованием ультразвукового прессующего элемента, вибрирующего с ультразвуковой частотой.

Ультразвуковая энергия, которая проникает через материал в процессе проведения стадии механического прессования, создает неожиданный эффект изменения внутреннего состояния материала, в значительной степени снижая сопротивление прессующему действию. Следовательно, для механического сдавливания материала требуется меньшее усилие.

По сравнению с обычными способами процесс прессования согласно изобретению является более эффективным, поскольку он требует меньшего усилия. Фактически при прочих равных условиях способ согласно изобретению на два порядка уменьшает величину сжимающего усилия и продолжительность времени, в течение которого прилагается такое усилие, по сравнению со способами, в которых используется обычный пресс.

Другое преимущество данного изобретения состоит в том, что процесс происходит при температуре окружающей среды, поэтому практически отсутствует разложение материала, что имеет место при повышенной температуре.

Поскольку сжимающие усилия значительно снижаются, то устройство в котором реализуется способ, оказывается более простым, экономичным и долговечным.

В предлагаемом устройстве не требуется технологическая среда, что создает значительные преимущества за счет упрощения конструкции и управления устройством, в котором реализован способ согласно изобретению.

Другим преимуществом согласно изобретению является то, что когда материалы подвергают пластической деформации, то в устройстве согласно изобретению получается такая же степень деформации при низкой температуре, какая характерна для известных способов при равных условиях сжатия, но при значительно более высоких температурах.

Помимо повышения экономичности это, в частности, полезно при переработке термочувствительных материалов, поскольку вообще исключается или в значительной мере снижается роль нагрева как стадии реализации способа, причем нагрев, как правило, сложен и дорог.

Ниже изобретение поясняется более подробно на примерах его выполнения, показанных на фиг.1 и 2 чертежей.

Как видно на фиг.1, обозначенное позицией 20 устройство, используемое для прессования материалов 21, содержит ультразвуковой прессующий элемент 1, состоящий из поршня, связанного с ультразвуковым генератором 3, причем поршень установлен таким образом, что он может скользить внутри цилиндрического металлического контейнера 2. Сила, обозначенная стрелкой F на фиг.1 и 2, перемещает ультразвуковой прессующий элемент 1 возвратно-поступательно или попеременно между задним положением, в котором поршень не нагружен, и передним положением, в котором он воздействует на материал 21.

Контейнер 2 взаимосвязан с бункером 4, предназначенным для подачи материала 21, и оборудован дозатором 5 преимущественно в виде заслонки, которая открывается, когда ультразвуковой прессующий элемент 1 находится в ненагруженном положении, для заполнения контейнера 2 под действием силы тяжести или принудительно (например, используя шнековое загрузочное устройство, которое здесь не показано), и закрывается, когда давление внутри контейнера 2 становится достаточно высоким, указывая на то, что материал 21 подвергнут прессованию и контейнер переполняется.

Контейнер 2 также оснащен соответственно сформированным средством 22, расположенным у нижнего конца боковой поверхности 23 контейнера 2, предназначенным для слива соков, выдавленных из материала 21, а при необходимости могут использоваться клапаны 24, действие которых синхронизировано с колебательным или возвратно-поступательным движением ультразвукового прессующего элемента 1.

Перед звуковым прессующим элементом 1 расположен контейнер 2, имеющий стенку 6, которая может открываться для извлечения остатков материала (показано штриховой линией и имеет позицию 21с на фиг.1) в конце процесса сдавливания.

Устройство 20 можно использовать для прессования материала 21 растительного происхождения с целью выжимания из него сока. В качестве примера без ограничения существа изобретения устройство 20 можно использовать в процессах холодной экстракции масел, фармацевтических активных ингредиентов в жидком виде и/или жидких растворителей.

Во втором варианте, показанном на фиг.2, устройство 20 можно использовать для прессования материалов 21, подвергая их пластической деформации, например, как это делается в обычных экструзионных процессах. В данном случае в стенке 6 имеются отверстия, предназначенные для формирования стержней 26 спрессованного материала, также имеется средство 25, которое режет стержни 26 на гранулы 27.

При использовании данного устройства для данных случаев оно обладает рядом преимуществ по сравнению со шнековыми экструдерами, которые в настоящее время используются для экструзии термопластичных материалов. Устройство, в частности, подходит для производства животных кормов, диетических добавок, а также фармацевтических изделий в виде гранул, которые часто содержат вещества, обладающие большой чувствительностью к температуре. С помощью способа и устройства, изложенных в настоящем изобретении, указанные продукты можно получить без значительного нагрева, а значит и без потери свойств продуктов.

Кроме этого, устройство 20 облегчает пластическую деформацию в такой большой степени, что его можно использовать для гранулирования материалов 21, которые в настоящее время очень трудно гранулируются с использованием обычных способов, если это представляется возможным. Следовательно, очевидно, что настоящее изобретение достигает поставленных в нем целей, как это было описано выше, причем это реализуется в простом по конструкции устройстве, а значит экономически выгодно.

В описанном изобретении могут быть сделаны модификации и изменения в рамках его существа. Помимо этого, все элементы по настоящему изобретению могут быть заменены технически эквивалентными элементами.

При воплощении изобретения модификации и усовершенствования могут быть допущены в рамках его формулы, приведенной ниже.

Формула изобретения

1. Способ прессования материала, включающий механическое сжатие с одновременным приложением вибрации с ультразвуковой частотой для изменения внутреннего состояния материала, отличающийся тем, что механическому сжатию с одновременным приложением вибрации с ультразвуковой частотой подвергают материал, выбранный из группы материалов растительного или животного происхождения для изменения внутреннего состояния материала так, что уменьшается его сопротивление сжатию.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сжатие материалов растительного или животного происхождения осуществляют для выдавливания содержащихся в них соков.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что выдавленный сок сливают.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что материал, выбранный из группы, в которую входят корма для животных, диетические добавки и термочувствительные фармацевтические продукты, гранулируют.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что материал, выбранный из группы, в которую входят корма для животных, диетические добавки и термочувствительные фармацевтические продукты, подвергают пластической деформации.

6. Способ по п. 4 или 5, отличающийся тем, что материал, выбранный из группы, в которую входят корма для животных, диетические добавки и термочувствительные фармацевтические продукты, подвергают экструзии с получением стержней.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что полученные стержни разделяют на гранулы.

8. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что его проводят при температуре окружающей среды и без дальнейшего нагревания.

9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что механическое сжатие и ультразвуковую вибрацию осуществляют посредством единого силового привода.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что силовой привод выполняют со сжимающим элементом, связанным со средством генерирования колебаний ультразвуковой частоты, и устанавливают с возможностью скольжения внутри контейнера для материала.

11. Устройство для прессования материала, содержащее контейнер, бункер для подачи материала, связанный с контейнером, по меньшей мере, один сжимающий элемент, связанный со средством генерирования колебаний ультразвуковой частоты и установленный с возможностью скольжения внутри контейнера для сжимаемого материала, отличающееся тем, что бункер имеет дозирующий клапан, выполненный с возможностью открывания при нахождении сжимающего элемента в положении покоя для заполнения контейнера и закрывания, когда давление внутри контейнера достаточно высоко для исключения переполнения подлежащего сжатию материала.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что контейнер имеет средство для слива сока, выдавленного из материала.

13. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что контейнер оснащен открываемой перегородкой для извлечения спрессованного материала.

14. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что контейнер оснащен торцевой стенкой с отверстиями в ней для изготовления стержней из спрессованного материала, полученного воздействием сжимающего элемента.

15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что торцевая стенка оснащена средством для нарезки стержней на гранулы после выдавливания их из торцевой стенки контейнера.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2