RU2348449C1

RU2348449C1 - Gravity mixer

Info

Publication number: RU2348449C1
Application number: RU2007146161/15A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Остриков (RU); Александр Николаевич Остриков; Виталий Николаевич Василенко (RU); Виталий Николаевич Василенко; Ольга Леонидовна Околелова (RU); Ольга Леонидовна Околелова; Елена Николаевна Демина (RU); Елена Николаевна Демина
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2009-03-10

Abstract

FIELD: mechanics.

SUBSTANCE: gravity mixer consists of a cylinder-shaped taper-bottomed body with feed and discharge nipples. On centre inside the body there is a vertical pipe conduit mounted with tangentially hydraulic nozzles arranged at a specified spacing along it. Between the pipe conduit and the body wall there is a onefold discontinuous tape helix rigidly fixed. Under the last but one coil of the tape helix there is a slanted sieve bottom with a rubber compensator element positioned. Under the sieve bottom there is hammer installed to provide for periodical application of impact onto the sieve bottom rubber compensator element. Additionally the gravity mixer is equipped with a bucket conveyor for metal balls upward transportation. A slanted conduit connects the bucket conveyor bottom part to that of the gravity mixer (immediately at the lower edge of the slanted sieve bottom) and the bucket conveyor top part - to the gravity mixer lid.

EFFECT: enhanced energy efficiency of the mixing process, reduced specific energy consumption and improved operational reliability of the gravity mixer.

3 dwg

Description

Изобретение относится к переработке пищевого сырья и может быть использовано в линиях производства пищевых смесей и пищеконцентратов.The invention relates to the processing of food raw materials and can be used in the production lines of food mixtures and food concentrates.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является гравитационный смеситель [Остриков А.Н. и др. Процессы и аппараты пищевых производств. - СПб.: ГИОРД, Кн. 1 - 2007. - 704 с.], включающий цилиндрический корпус со штуцерами (патрубками) и коническое днище. Внутри цилиндрического корпуса установлены друг над другом наклонные лотки. Смешиваемые компоненты подаются в смеситель непрерывным потоком через штуцера. Смесь исходных компонентов после встречи с поверхностью лотка перестраивается: по лотку материал скользит тонким слоем. Отдельные компоненты смешиваются в момент встречи слоев, стекающих с первых двух лотков, при неравномерном их движении по последующим лоткам, и пересыпании с лотка на лоток.The closest in technical essence and the achieved effect is a gravity mixer [Ostrikov A.N. and other processes and apparatuses of food production. - SPb .: GIORD, Prince. 1 - 2007. - 704 p.], Including a cylindrical body with fittings (nozzles) and a conical bottom. Inside the cylindrical body mounted on top of each other inclined trays. The components to be mixed are fed into the mixer in a continuous stream through the nozzles. After meeting the surface of the tray, the mixture of the starting components is rebuilt: the material slides along the tray in a thin layer. The individual components are mixed at the moment of meeting the layers flowing down from the first two trays, when they move unevenly on subsequent trays, and pouring from tray to tray.

Недостатком данного смесителя является низкая эффективность процесса смешивания, возможность образования застойных зон, что ограничивает область его применения.The disadvantage of this mixer is the low efficiency of the mixing process, the possibility of the formation of stagnant zones, which limits its scope.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности процесса смешивания, снижение удельных энергозатрат на проведение процесса смешивания и повышение эксплуатационной надежности гравитационного смесителя.An object of the invention is to increase the efficiency of the mixing process, reduce specific energy consumption for the mixing process and increase the operational reliability of the gravity mixer.

Поставленная техническая задача изобретения достигается тем, что в гравитационном смесителе, содержащем цилиндрический корпус с коническим днищем, патрубки для загрузки и выгрузки продукта, новым является то, что внутри корпуса по центру установлен вертикальный трубопровод, на котором с определенным шагом располагаются тангенциально гидравлические форсунки, между трубопроводом и корпусом жестко закреплена одинарная прерывистая ленточная спираль, на которой с определенным шагом установлены турбулизаторы, представляющие собой лопатки лемехообразной формы, под последним витком прерывистой ленточной спирали расположено наклонное ситовое днище с резиновым компенсатором, на внутренней поверхности корпуса смесителя под ситовым днищем установлен молоток с возможностью периодического ударного воздействия на резиновый компенсатор ситового днища, при этом гравитационный смеситель дополнительно снабжен ковшовым транспортером для подъема металлических шариков, размер ковшей транспортера подбирается так, чтобы обеспечить устойчивую загрузку каждого ковша одним металлическим шариком, нижняя часть ковшового транспортера соединена наклонным трубопроводом с нижней частью гравитационного смесителя у самой нижней кромки наклонного ситового днища, а его верхняя часть - наклонным трубопроводом с крышкой гравитационного смесителя.The object of the invention is achieved in that in a gravity mixer containing a cylindrical body with a conical bottom, nozzles for loading and unloading the product, it is new that a vertical pipeline is installed inside the body in the center, on which tangentially hydraulic nozzles are located, with a certain step, between a single intermittent tape spiral is rigidly fixed by a pipeline and a housing, on which turbulizers, consisting of shovels, are installed with a certain step a keele-shaped form, an inclined screen with a rubber compensator is located under the last turn of the discontinuous ribbon spiral, a hammer is installed on the inner surface of the mixer body under the screen, with the possibility of periodic impact on the rubber screen compensator, and the gravity mixer is additionally equipped with a ladle conveyor for lifting metal balls, the size of the conveyor buckets is selected so as to ensure stable loading of each bucket with one meta cyclically ball, the lower part of the bucket conveyor inclined conduit is connected to the lower part of the tumble mixer at the lowest edge of the inclined sieve bottom and its upper portion - sloping pipe with cover tumble mixer.

На фиг.1 представлено объемное изображение гравитационного смесителя, на фиг.2 - поперечное сечение гравитационного смесителя; на фиг.3 - плоскостное изображение гравитационного смесителя.Figure 1 presents a three-dimensional image of the gravitational mixer, figure 2 is a cross section of a gravitational mixer; figure 3 is a planar image of a gravitational mixer.

Гравитационный смеситель (фиг.1, 2 и 3) включает в себя цилиндрический корпус 1 с патрубками для ввода сыпучих компонентов 3 и выгрузки смеси 10, патрубком 16 для отвода воздуха. Внутри корпуса 1 по центру установлен вертикальный трубопровод 2, на наружной поверхности которого с определенным шагом располагаются тангенциально гидравлические форсунки 9 и жестко закреплена одинарная прерывистая ленточная спираль 5 с интервалом разрывов в 3/4 витка. Угол наклона витков одинарной прерывистой ленточной спирали 5 зависит от влажности исходного продукта, адгезионных свойств, гранулометрического состава и состояния поверхности спирали 5. На спирали 5 с определенным шагом установлены турбулизаторы 6, представляющие собой лопатки лемехообразной формы для обеспечения вихревого движения смеси компонентов. В нижней части корпуса 1 под последним витком прерывистой ленточной спирали 5 смесителя расположено наклонное ситовое днище 7 с резиновым компенсатором 15. На внутренней поверхности корпуса 1 смесителя под ситовым днищем 7 установлен молоток 8 с возможностью периодического ударного воздействия на резиновый компенсатор 15 ситового днища 7.The gravity mixer (Figs. 1, 2 and 3) includes a cylindrical body 1 with nozzles for introducing bulk components 3 and unloading the mixture 10, nozzle 16 for venting air. A vertical pipe 2 is installed centrally inside the housing 1, on the outer surface of which tangentially hydraulic nozzles 9 are located with a certain step and a single intermittent tape spiral 5 is rigidly fixed with a gap interval of 3/4 turns. The angle of inclination of the turns of a single intermittent tape spiral 5 depends on the moisture content of the initial product, adhesion properties, particle size distribution and the surface state of the spiral 5. Turbulence 6 are installed on the spiral 5 with a certain pitch, which are ploughshade-shaped blades to provide vortex motion of the mixture of components. In the lower part of the housing 1, under the last turn of the discontinuous tape spiral 5 of the mixer, there is an inclined screen plate 7 with a rubber compensator 15. On the inner surface of the body 1 of the mixer, a hammer 8 is installed under the screen 7, with the possibility of periodic impact on the rubber compensator 15 of the screen 7.

Гравитационный смеситель дополнительно снабжен ковшовым транспортером 12 для подъема металлических шариков 13, которые служат устройством для интенсивного перемешивания смеси и устранения застойных зон.The gravity mixer is additionally equipped with a ladle conveyor 12 for lifting metal balls 13, which serve as a device for intensively mixing the mixture and eliminating stagnant zones.

Нижняя часть ковшового транспортера 12 соединена наклонным трубопроводом 14 с нижней частью гравитационного смесителя, причем выходное отверстие в корпусе 1 смесителя, соединяющееся с наклонным трубопроводом 14, расположено на уровне самой нижней кромки наклонного ситового днища 7. Верхняя часть ковшового транспортера 12 соединена наклонным трубопроводом 11 с крышкой гравитационного смесителя. Отверстия в ситовом днище 7 выполнены такими, чтобы обеспечить просыпание всех фракций смеси, т.е. их размер должен быть больше размеров самых крупных компонентов смеси, но меньше диаметра металлических шариков 13. При этом смесь просыпается сквозь ситовое днище 7, поступает в коническую часть 4 смесителя, а из нее - в выгрузочный патрубок 10 и далее на дальнейшую переработку.The lower part of the bucket conveyor 12 is connected by an inclined pipe 14 to the lower part of the gravity mixer, and the outlet in the mixer housing 1, connected to the inclined pipe 14, is located at the lowest edge of the inclined screen bottom 7. The upper part of the bucket conveyor 12 is connected by an inclined pipe 11 s gravity mixer lid. The holes in the sieve bottom 7 are made so as to ensure the spillage of all fractions of the mixture, i.e. their size should be larger than the sizes of the largest components of the mixture, but smaller than the diameter of the metal balls 13. In this case, the mixture wakes up through the sieve bottom 7, enters the conical part 4 of the mixer, and from it into the discharge pipe 10 and then for further processing.

Металлические шарики 13, перекатываясь по поверхности наклонного ситового днище 7, через выходное отверстие в корпусе 1 смесителя направляются в наклонный трубопровод 14 и попадают в ковши транспортера 12. Размер ковшей транспортера 12 подбирается таким, чтобы обеспечить устойчивую загрузку каждого ковша одним металлическим шариком 13.The metal balls 13, rolling on the surface of the inclined sieve bottom 7, through the outlet in the mixer housing 1 are sent to the inclined pipe 14 and fall into the conveyor buckets 12. The conveyor buckets 12 are sized to ensure a stable loading of each bucket with one metal ball 13.

Параллельно с исходным сырьем осуществляется подача металлических шариков 13 по трубопроводу 11, перемещение которых вне смесителя осуществляется с помощью ковшового транспортера 12, в который они попадают из патрубка 14.In parallel with the feedstock, metal balls 13 are supplied through a pipe 11, the movement of which outside the mixer is carried out using a bucket conveyor 12, into which they enter from the pipe 14.

На трубопроводе 2 тангенциально располагаются гидравлические форсунки 9, из которых выходящий сжатый воздух дополнительно перемешивает смесь сыпучих компонентов. В верхней крышке гравитационного смесителя расположен патрубок 16, предназначенный для удаления отработанного воздуха.The hydraulic nozzles 9 are tangentially located on the pipeline 2, from which the outgoing compressed air additionally mixes the mixture of bulk components. In the upper cover of the gravitational mixer is a pipe 16, designed to remove exhaust air.

Гравитационный смеситель (фиг.1, 2 и 3) работает следующим образом.Gravity mixer (figure 1, 2 and 3) works as follows.

Сыпучие компоненты определенными порциями поступают в приемные патрубки 3, из которых попадают на наклонную поверхность витков одинарной прерывистой ленточной спирали 5 с интервалом разрывов в 3/4 витка. Одновременно включается привод ковшового транспортера 12, ковши которого захватывают поочередно шарики 13 из наклонного трубопровода 14 и поднимают вверх. В верхней части транспортера 12 ковши опрокидываются, и шарики 13 по наклонному трубопроводу 11 подаются в гравитационный смеситель на наклонную поверхность витков одинарной прерывистой ленточной спирали 5, где смешиваются с сыпучими компонентами. Под действием сил гравитации смесь сыпучих компонентов и металлических шариков 13 по виткам ленточной спирали 5 движется вниз. Наличие турбулизаторов 6, жестко закрепленных с определенным шагом на спирали 5, позволяет турбулизировать направленное движение смеси и интенсивно перемешивать сыпучие компоненты. Пересыпание с вышерасположенного витка на нижерасположенный виток спирали 5 дополнительно обеспечивает не только перемешивание продукта, но и придает равноускоренное движение смеси по поверхности витков ленточной спирали 5. В вертикальный трубопровод 2 подают воздух, который, выходя из тангенциально расположенных гидравлических форсунок 9, равномерно и дополнительно перемешивает смесь сыпучих компонентов. Отработанный воздух проходит через патрубок 16, расположенный в верхней крышке гравитационного смесителя.Bulk components in certain portions enter the receiving pipes 3, from which they fall onto the inclined surface of the turns of a single discontinuous tape spiral 5 with a gap interval of 3/4 turns. At the same time, the drive of the bucket conveyor 12 is turned on, the buckets of which grab the balls 13 from the inclined pipe 14 in turn and lift them up. In the upper part of the conveyor 12, the buckets are overturned, and the balls 13 are fed through an inclined pipe 11 to a gravity mixer onto the inclined surface of the turns of a single discontinuous belt spiral 5, where they are mixed with bulk components. Under the action of gravitational forces, the mixture of bulk components and metal balls 13 along the turns of the tape spiral 5 moves down. The presence of turbulizers 6, rigidly fixed with a certain step on the spiral 5, allows you to turbulize the directional movement of the mixture and intensively mix bulk components. Pouring from the upstream coil to the downstream coil of spiral 5 additionally provides not only mixing of the product, but also gives uniform acceleration of the mixture along the surface of the turns of the ribbon spiral 5. Air is fed into the vertical pipe 2, which, leaving the tangentially located hydraulic nozzles 9, uniformly and additionally mixes a mixture of bulk components. The exhaust air passes through a pipe 16 located in the upper cover of the gravity mixer.

Из теории известно [Процессы и аппараты пищевых производств: Учеб. для вузов: В 2 кн. / [А.Н.Остриков, Ю.В.Красовицкий, А.А.Шевцов и др.]: Под ред. А.Н.Острикова - Кн. 1. - СПб.: ГИОРД, 2007. - 704 с. - С.598-639.], что процесс смешивания складывается из трех элементарных процессов:From theory it is known [Processes and apparatuses of food production: Textbook. for universities: In 2 kn. / [A.N. Ostrikov, Yu.V. Krasovitsky, A.A. Shevtsov, etc.]: Ed. A.N. Ostrikova - Book. 1. - St. Petersburg .: GIORD, 2007 .-- 704 p. - S.598-639.] That the mixing process consists of three elementary processes:

- конвективное смешивание - перемещения группы смежных частиц из одного места смеси в другое внедрением, скольжением слоев;- convective mixing - moving a group of adjacent particles from one place of the mixture to another by incorporation, sliding layers;

- диффузионное смешивание - постепенное перераспределение частиц через свежеобразованную границу их раздела;- diffusion mixing - the gradual redistribution of particles through a freshly formed interface;

- сегрегация частиц - сосредоточение частиц, имеющих близкую массу и размеры, в соответствующих местах смесителя под действием инерционных, гравитационных сил.- particle segregation - the concentration of particles having a similar mass and size in the corresponding places of the mixer under the influence of inertial, gravitational forces.

Если первые два процесса способствуют улучшению качества смеси, то последний - препятствует этому. В смесителе одновременно протекают все три процесса, но их влияние в разные периоды смешивания неодинаково. Процесс конвективного смешивания в первые моменты идет с большой скоростью, при этом скорость процесса почти не зависит от физико-механических свойств смеси. Главное влияние на скорость процесса смешивания в этот момент времени оказывает характер движения потоков частиц, который определяется конструкционными параметрами смесителя.If the first two processes contribute to improving the quality of the mixture, then the latter prevents this. In the mixer, all three processes occur simultaneously, but their influence in different periods of mixing is not the same. The process of convective mixing in the first moments proceeds at a high speed, while the speed of the process is almost independent of the physicomechanical properties of the mixture. The main influence on the speed of the mixing process at this point in time is exerted by the nature of the movement of particle flows, which is determined by the design parameters of the mixer.

После того как компоненты в основном будут распределены по рабочему объему смесителя, процессы конвективного и диффузионного смешивания становятся, по их влиянию на общий процесс смешивания, сопоставимы. Начиная с некоторого момента, процесс диффузионного смешивания становится преобладающим.After the components are mainly distributed over the working volume of the mixer, the processes of convective and diffusion mixing become, by their influence on the general mixing process, comparable. Starting at some point, the diffusion mixing process becomes dominant.

Затем существенное влияние на процесс начинает оказывать сегрегация частиц. В какой-то момент времени эти процессы могут уравновеситься, после чего дальнейшее перемешивание теряет смысл, и процесс должен быть закончен.Then, particle segregation begins to have a significant effect on the process. At some point in time, these processes can be balanced, after which further mixing becomes meaningless, and the process should be completed.

Продолжительность диффузионного смешивания зависит и от физико-механических свойств смеси, из которых наибольшее значение имеют гранулометрический состав, плотность, форма и характер поверхности частиц, их влажность и сыпучесть. Чем ближе у компонентов указанные свойства, тем эффективнее их смешивание. Большее различие в размерах, плотности способствует сегрегации частиц. Имеет значение также число компонентов. С их увеличением доля каждого уменьшается, а процесс смешивания затрудняется.The duration of diffusion mixing also depends on the physicomechanical properties of the mixture, of which the particle size distribution, density, shape and nature of the surface of the particles, their moisture content and flowability are of the greatest importance. The closer the components have these properties, the more effective their mixing. A greater difference in size, density promotes particle segregation. The number of components also matters. With their increase, the proportion of each decreases, and the mixing process becomes more difficult.

Такое использование комбинированного воздействия на смесь сыпучих компонентов, а именно:This use of combined effects on a mixture of bulk components, namely:

1) скольжения смеси компонентов по поверхности витков спирали 5,1) sliding a mixture of components on the surface of the coils of the spiral 5,

2) обеспечения вихревого движения потока смеси компонентов турбулизаторами 6 лемехообразной формы,2) ensure the vortex motion of the flow of the mixture of components by turbulents 6 ploughshape,

3) пересыпания смеси компонентов с верхних витков на нижние витки спирали 5;3) pouring the mixture of components from the upper turns to the lower turns of the spiral 5;

4) интенсивного аэроперемешивания потоком воздуха из форсунок 9 способствует интенсивному протеканию конвективного и диффузионного смешивания, но препятствует сегрегации частиц. Это существенно повышает эффективность процесса смешивания сыпучих компонентов.4) intensive aeromixing by the air flow from the nozzles 9 promotes the intensive flow of convective and diffusion mixing, but prevents the segregation of particles. This significantly increases the efficiency of the process of mixing bulk components.

Готовая смесь попадает на наклонное ситовое днище 7 и, скользя по нему, проходит через его отверстия в коническую часть 4 смесителя. Для предотвращения слеживания смеси на поверхности наклонного ситового днища 7 приводится в периодическое вращение молоток 8, который ударяет по резиновому компенсатору 15, передающему колебания ситовому днищу 7.The finished mixture falls on an inclined sieve bottom 7 and, sliding along it, passes through its openings into the conical part 4 of the mixer. To prevent caking of the mixture on the surface of the inclined sieve bottom 7, a hammer 8 is driven in periodic rotation, which strikes the rubber compensator 15, which transmits vibrations to the sieve bottom 7.

Металлические шарики 13 через отверстие в корпусе 1 попадают в патрубок 14. Готовая смесь из нижней конической части 4 смесителя ссыпается в выгрузочный патрубок 10 и затем - на дальнейшую переработку.Metal balls 13 through an opening in the housing 1 fall into the pipe 14. The finished mixture from the lower conical part 4 of the mixer is poured into the discharge pipe 10 and then for further processing.

По сравнению с прототипом предлагаемый гравитационный смеситель имеет следующие преимущества:Compared with the prototype, the proposed gravity mixer has the following advantages:

- повышение качества смеси продукта;- improving the quality of the product mixture;

- повышение эффективности процесса смешивания за счет комбинированного использования скольжения смеси компонентов по поверхности витков, обеспечения вихревого движения потока смеси компонентов турбулизаторами лемехообразной формы, пересыпания смеси компонентов с верхних витков на нижние витки спирали и интенсивного аэроперемешивания потоком воздуха из форсунок;- increasing the efficiency of the mixing process due to the combined use of sliding the mixture of components on the surface of the coils, providing vortex motion of the mixture of components with turbulent ploughshapes, pouring the mixture of components from the upper coils to the lower coils of the spiral and intensive air mixing with the air flow from the nozzles;

- снижение удельных энергозатрат на проведение процесса смешивания за счет устранения энергозатрат на движение рабочих органов (лопаток, витков и т.д.);- reduction of specific energy costs for the mixing process by eliminating energy costs for the movement of the working bodies (blades, turns, etc.);

- расширение области применения за счет достигнутой универсализации механизма равномерного смешивания;- expansion of the scope due to the achieved universalization of the mechanism of uniform mixing;

- повышение эксплуатационной надежности гравитационного смесителя вследствие отсутствия подвижных рабочих органов.- increase the operational reliability of the gravitational mixer due to the lack of mobile working bodies.

Claims

Гравитационный смеситель, содержащий цилиндрический корпус с коническим днищем, патрубки для загрузки и выгрузки продукта, отличающийся тем, что внутри корпуса по центру установлен вертикальный трубопровод, на котором с определенным шагом располагаются тангенциально гидравлические форсунки, между трубопроводом и корпусом жестко закреплена одинарная прерывистая ленточная спираль, на которой с определенным шагом установлены турбулизаторы, представляющие собой лопатки лемехообразной формы, под последним витком прерывистой ленточной спирали расположено наклонное ситовое днище с резиновым компенсатором, на внутренней поверхности корпуса смесителя под ситовым днищем установлен молоток с возможностью периодического ударного воздействия на резиновый компенсатор ситового днища, при этом гравитационный смеситель дополнительно снабжен ковшовым транспортером для подъема металлических шариков, размер ковшей транспортера подбирается так, чтобы обеспечить устойчивую загрузку каждого ковша одним металлическим шариком, нижняя часть ковшового транспортера соединена наклонным трубопроводом с нижней частью гравитационного смесителя у самой нижней кромки наклонного ситового днища, а его верхняя часть - наклонным трубопроводом с крышкой гравитационного смесителя. A gravity mixer containing a cylindrical body with a conical bottom, nozzles for loading and unloading the product, characterized in that a vertical pipeline is installed inside the housing in the center, on which tangentially hydraulic nozzles are placed with a certain step, a single discontinuous belt spiral is rigidly fixed between the pipeline and the housing, on which turbulators are installed with a certain step, which are ploughshape-shaped blades, under the last turn of an intermittent tape a spiral inclined sieve bottom with a rubber compensator is located, a hammer is installed on the inner surface of the mixer housing under the sieve bottom with the possibility of periodic impact on the rubber compensator of the sieve bottom, while the gravity mixer is additionally equipped with a ladle conveyor for lifting metal balls, the size of the conveyor buckets is selected so that ensure stable loading of each bucket with one metal ball, the lower part of the bucket conveyor is connected to pubic conduit with the lower part of the tumble mixer at the lowest edge of the inclined sieve bottom and its upper portion - sloping pipe with cover tumble mixer.