Тарілчастий гранулятор
Винахід відноситься до техніки гранулювання твердих сипких матеріалів у тарілчастих грануляторах і може бути використане в харчовій, хімічній та інших галузях промисловості. Тарілчастий гранулятор містить раму і похилий таріль циліндричної форми, встановлену з можливістю одночасного обертання та гойдання щодо осі, що збігається з віссю її обертання, які здійснюються за допомогою приводу обертання та фізичного маятника зі спусковим механізмом. Налаштування параметрів фізичного маятника на навколорезонансну частоту дозволяє знизити втрати на тертя, що забезпечує зниження витрати енергії на качання тарелі, та підвищити продуктивність гранулятора. 3 з.п. ф-ли, 2 іл.
Винахід відноситься до техніки грануляції твердих сипких матеріалів у тарілчастих грануляторах і може бути використане в харчовій, хімічній та інших галузях промисловості.
Відомий тарілчастий гранулятор, що включає похилу циліндричну тарель з бортами і днищем, раму, привід обертання тарелі, верхній і нижній ножі, встановлені в тарелі під гострим кутом до її вертикальної діаметральної площини, причому верхня частина верхнього ножа і нижня частина нижнього ножа виконані рухи гранул, а днище гранулятора забезпечене концентричними гофрами у вигляді знімних елементів. Грануляція відбувається шляхом обертання матеріалу в тарелі і скочування гранул, що утворюються, по поверхні матеріалу і зміни траєкторій скочування гранул вигнутими площинами верхнього і нижнього ножів і концентричних гофрів.
Пропонована конструкція гранулятора тарілчастого дозволяє підвищити продуктивність. [Авторське свідоцтво СРСР N 1819666, МПК 01 J 2/12, 1993].
Недоліком відомого гранулятора є великівитрати енергії на обертання тарелі через додаткове тертя гранульованого матеріалу про ножі та гофри і, як наслідок, зростання питомої витрати енергії на грануляцію.
Відомий тарілчастий гранулятор, що містить корпус з кришкою, в якому встановлена похила тарель, привід тарелі, завантажувальний і розвантажувальний патрубки, форсунки, сепаруючий пристрій, регулююча пластина і стоп-ніж, регулююча пластина встановлена в тарелі і перпендикулярно і з зазором щодо дна трелі, стоп-ніж встановлений так, що кромка леза паралельна дну тарелі і орієнтована назустріч обертанню тарелі, сепаруючий пристрій виконано з прутків, паралельних дну тарелі, з рівномірним зазором між ними, у вигляді гребінки, перпендикулярної. Грануляція відбувається шляхом обертання матеріалу в тарелі і скочування гранул, що утворюються, по поверхні матеріалу і зміни траєкторій скочування гранул регулюючої пластиною, стоп-ножем і прутковим сепаруючим пристроєм. Пропонована конструкція дозволяє підвищити продуктивність тарілчастого гранулятора. (Патент Україна N 2105601, МПК 01 J 2/14, 1996 - прототип).
Недоліками відомого тарілчастого гранулятора - прототипу є: по-перше, складність пристрою через наявність сепаруючого пристрою, регулюючої пластини і стоп-ножа, що призводить до підвищеної витрати енергії на подолання тертя цих пристроїв про матеріал, що гранулюється, і підвищення металомісткості, по-друге, підвищена металоємність та великі габарити тарелі гранулятора.
З метою спрощення конструкції, зниження її габаритів, металоємності та енергоємності та підвищення продуктивності запропоновано тарілчастий гранулятор, що містить раму, похилу таріль, привід обертання тарелі навколо її центральної осі, привід хитаннятарелі, пристрій повороту тарелі навколо горизонтальної осі, завантажувальний та розвантажувальний патрубки, привод повороту тарелі з віссю, некомпланарної та ортогональної до осі обертання тарелі. Привід хитання тарелі щодо осі, що збігається з віссю повороту тарелі, виконаний у вигляді фізичного маятника зі спусковим механізмом. Спусковий механізм фізичного маятника може бути виконаний у вигляді кулачкового механізму з роликовим штовхачем, встановленим на рамі, або механізм спуску може бути виконаний у вигляді електромагнітного імпульсного штовхача. Висота борту циліндричної тарелі гранулятора становить 1/3 внутрішнього діаметра.
Істотною відмітною ознакою пропонованого пристрою тарілчастого гранулятора є наявність у ньому приводу повороту тарелі з віссю, некомпланарної та ортогональної до осі обертання тарелі, та приводу качання тарелі у вигляді фізичного маятника зі спусковим механізмом, що забезпечує збіг осі хитання з віссю.
Вибір оптимального відношення висоти борту H тарелі гранулятора до її діаметру D проведений з умови забезпечення мінімуму площі робочої поверхні тарелі гранулятора, що знаходиться в контакті із завантаженням тарелі при заданій продуктивності гранулятора і постійної щільності матеріалу завантаження, а також постійній частоті обертання тарелі гранулятора. Продуктивність Гранулятора при зазначених умовах пропорційна потужності N, що передається завантаженню тарілки, і дорівнює: B=N/c, де c - витрата енергії на гранулювання одиниці маси суміші до заданого розміру гранул.
Потужність N, що передається від тарелі до перебуває в ній суміші N=AR 2,5 HpS0, де A - константа, R - радіус тарелі, p - насипна щільність суміші, S - коефіцієнт потужності, що передається.
Площа F дотику робочоїповерхні тарелі гранулятора із завантаженою в таріль сумішшю F = R 2 +2RH. Знаходять такі значення R та H, при яких робоча площа F внутрішньої поверхні тарелі досягає мінімуму при наступному обмеженні: R 2,5 H=C-const.
Рішення знаходять з допомогою методу Лагранжа, навіщо формують функцію Лагранжа Ф = R 2 +2RH-(R 2,5 H-C), де - множник Лагранжа.
Беруть приватні похідні функції Лагранжа Ф/R; Ф/Н; Ф/і, прирівнявши їх до нуля, одержують систему рівняння Вирішуючи цю систему щодо R і H, з другого рівняння одержують Підставивши значення R у перше рівняння, мають З огляду на те, що D=2R і розділивши H на D, отримують Таким чином, отримують суворий доказ оптимальності відношення довжини тарелі гранулятора до її діаметра виходячи з мінімуму робочої поверхні тарелі.
На фіг. 1 зображена фронтальна проекція пропонованого тарілчастого гранулятора; на фіг. 2 - бічна проекція тарілчастого гранулятора у робочому положенні.
Пропонований тарілчастий гранулятор складається з рами 1, тарелі 2 з приводом обертання тарелі 3, закріпленим за допомогою кронштейна 4 на поворотній осі 5, до якої за допомогою стрижнів 6 укріплений противагу 7, поворотна вісь спирається на підшипники 8, на днище тарелі укріплений 9, що входить у зачеплення з роликом штовхача 10, встановленим на кронштейні 11 укріпленого на рамі електромагнітного штовхача 12, патрубка завантажувального 13, блоку форсунок 14, розвантажувального патрубка 15.
Тарілчастий гранулятор працює в такий спосіб.
Вихідний сухий порошок подають у таріль гранулятора 2 через завантажувальний патрубок 13, включають привід 3 обертання тарелі, при обертанні тарелі 2 ролик штовхача 10 через контакт з кулачком 9 повертає тарільщодо поворотної осі 5, що забезпечує одночасне обертання та хитання тарелі від одного приводу, при цьому фізичний маятник, що складається з тарелі 2, приводу обертання тарелі 3, кронштейна 4, поворотної осі 5, стрижнів 6, противаги 7, здійснює коливання щодо рами 1 підшипниками 8 на власній частоті, величина якої регулюється положенням і масою противаги 7, а механічний механізм спуску фізичного маятника, що складається з кулачка 9 і штовхача 10, підштовхує фізичний маятник, заповнюючи втрати енергії на тертя в підшипниках 8, шарі гранулируемого порошку тарелі 2, і на тертя маятника повітря, механічний механізм спуску може замінюватися електромагнітним механізмом спуску 12, який повідомляє електромагнітний імпульс при проходженні противаги 7 над електромагнітним механізмом спуску 12. При контакті крапель рідини, розпиленої блоком форсунок 14, з порошком, що надходить 2 через завантажувальний патрубок 13, відбувається злипання частинок порошку в грудки, які залучаються в шар обертового і пересипається порошку і скочуються по поверхні шару, при цьому грудки котаються в сферичні гранули, швидкість виходу гранул з шару на поверхню залежить від частоти обертання тарелі та кута нахилу і лімітується внутрішнім тертям у шарі, зниженню внутрішнього тертя в шарі сприяє коливальне рух тарелі, що призводить до збільшення швидкості виходу гранул на поверхню, їх швидкого скочування поверхні в розвантажувальний патрубок 15, що забезпечує зростання продуктивності гранулятора.
Пропонована конструкція тарілчастого гранулятора дозволяє знизити металоємність обладнання через оптимальні розміри тарелі та використання одного приводу для обертання та хитання тарелі, крім того,налаштування параметрів фізичного маятника на навколорезонансну частоту дозволяє знизити витрату енергії на качання тарелі при одночасному зниженні втрат на тертя, що забезпечує зниження питомої витрати енергії на приготування гранул, а суміщення обертання та хитання тарелі дозволяє збільшити продуктивність гранулятора через прискорений вихід гранул на поверхню.
Розробка тарілчастого гранулятора з оптимальним ставленням довжини тарелі до її діаметру H/D = 1/3 показала, що його реалізація дозволяє скоротити масу тарелі на 18% порівняно з тарілчастим гранулятором рівної продуктивності та таріллю з ставленням H/D = 0,145, прийнятим для більшості тарілчастих грануляторів.
1. Тарілчастий гранулятор, що містить раму, похилу таріль, привід обертання тарелі навколо її центральної осі, привід качання тарелі, завантажувальний і розвантажувальний патрубки, який відрізняється тим, що він забезпечений приводом повороту тарелі з віссю некомпланарної та ортогональної до осі обертання тарелі тарелі щодо осі, що збігається з віссю повороту тарелі виконаний у вигляді фізичного маятника зі спусковим механізмом.
2. Тарілчастий гранулятор по п.1, який відрізняється тим, що відношення висоти борту тарелі до її внутрішнього діаметру дорівнює де Н - висота борту тарелі; D - діаметр тарелі гранулятора.
3. Тарілчастий гранулятор по п.1, який відрізняється тим, що спусковий механізм фізичного маятника виконаний у вигляді кулачкового механізму з роликовим штовхачем.
4. Тарілчастий гранулятор по п.1, який відрізняється тим, що спусковий механізм фізичного маятника виконаний у вигляді імпульсного електромагнітного штовхача.