Вибрационный экстрактор Российский патент 2024 года по МПК B01F31/441 B01D11/02 B01F25/451 B01F23/53 

Изобретение относится к конструкциям массообменных аппаратов для систем твердое тело - жидкость и может быть использовано для проведения процессов извлечения целевого компонента из измельченного сырья в пищевой, химико-фармацевтической, химической и других отраслях промышленности.

Известно перемешивающее устройство (Патент № 2535698 C1, кл. B01F 7/00), содержащее реактор, привод и рабочий орган, представляющий собой шток с возможностью вертикального перемещения вместе с установленными на нем дисками, отличающееся тем, что привод выполнен в виде кривошипно-коромыслового механизма, на коромысле которого расположен радиальный паз, в котором закреплена ось шарнира шатуна с возможностью ее радиального перемещения вдоль оси коромысла и, кроме того, жестко закреплен зубчатый сектор, находящийся в зацеплении с имеющим зубчатый участок штоком, установленным в направляющих, при этом на одном из концов штока, помещенном в реактор, между стопорными шайбами закреплено не менее двух дисков, выполненных в виде лопастных колес с возможностью их вращения относительно оси штока и лопасти которых наклонены под углом к плоскостям колес, при этом угол наклона плоскости лопастей каждого из колес выполнен зеркально по отношению к углу наклона плоскости лопастей смежного колеса, указанные лопастные колеса размещены на штоке с интервалом, охватывающим весь объем перемешиваемой среды, причем внешние концы лопастей жестко закреплены на ободе колеса.

Недостатком указанного перемешивающего устройства является невозможность регулирования амплитуды возвратно-поступательного движения рабочего органа во время работы устройства.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является экстрактор вибрационный (Патент на изобретение № RU 2257937 C1, кл. B01D 11/02), включающий вертикальный корпус с устройствами ввода и вывода фаз, установленный в корпусе с возможностью продольного возвратно-поступательного движения шток с закрепленными на нем тарелками, перфорированными свободными отверстиями для прохода фаз, отличающийся тем, что содержит два устройства в нижней и средней части аппарата для непрерывного ввода жидкой фазы в экстрактор, наклонный питающий шнек для непрерывного ввода твердой фазы в низ аппарата, устройство для одновременного вывода фаз в верхней части аппарата, при этом тарелки жестко закреплены на штоке и снабжены бортами, направленными в сторону, противоположную движению фаз.

В описании прототипа не показана возможность реализации различных амплитуд колебаний рабочего органа, при этом в других работах авторы изобретения предлагают в качестве привода возвратно-поступательного движения использовать кривошипно-ползунный механизм. Недостатками такой конструкции также является невозможность регулирования амплитуды возвратно-поступательного движения рабочего органа во время работы устройства.

Технической задачей заявляемого изобретения является создание вибрационного экстрактора, имеющего более высокую эффективность и способного адаптировать рабочий режим с учетом изменяющихся параметров обрабатываемой среды.

Техническим результатом является обеспечение возможности регулирования амплитуды возвратно-поступательного движения рабочего органа во время работы устройства.

Технический результат достигается вибрационным экстрактором, содержащим шток рабочего органа, движущийся возвратно-поступательно в направляющих, жестко закрепленные на штоке перфорированные тарелки, вертикальную цилиндрическую емкость с верхней и нижней крышками, устройство в нижней части аппарата для непрерывного ввода жидкой фазы в экстрактор, устройство для непрерывного ввода твердой фазы в низ аппарата с питающим шнеком, а также устройство для вывода суспензии в верхней части аппарата. Кроме этого, экстрактор дополнительно содержит корпус исполнительного механизма, в котором соосно установлены входной и выходной валы планетарного механизма, а также установлен вал с жестко закрепленным на нем зубчатым сектором, причем шток рабочего органа имеет зубчатый участок, посредством которого он находится в зацеплении с зубчатым сектором. Неподвижное эллиптическое зубчатое колесо жестко закреплено на корпусе соосно входному валу, на выходном валу установлено другое эллиптическое зубчатое колесо. На входном валу установлено водило и соединено через вращательную кинематическую пару с валом сателлита, состоящего из эллиптического зубчатого колеса и эллиптической шестерни, повернутых на 180° относительно друг друга и соединенных валом, причем эллиптическое зубчатое колесо сателлита соединено с неподвижным эллиптическим зубчатым колесом одного с ним размера, а эллиптическая шестерня сателлита состоит в зубчатом зацеплении с эллиптическим зубчатым колесом одного с ним размера, при этом малая полуось b₁ одной пары эллиптических колес может отличаться от малой полуоси b₂ другой пары, а большие полуоси a всех эллиптических колес одинаковы. Все эллиптические колеса установлены на своих валах таким образом, что ось вращения вала проходит через точку, называемую фокусом делительного эллипса, которая расположена на большой полуоси делительного эллипса на расстоянии с₁, равном , от центра делительного эллипса для одной пары колес и расстоянии с₂, равном , для другой пары, и таким образом достигается непрерывность их зацепления. На водиле противоположно валу сателлита на расстоянии H, равном расстоянию между осями вращения входного вала и вала сателлита, установлен противовес, масса которого равна массе сателлита. Экстрактор также содержит фрикционный вариатор, состоящий из ведущего диска, установленного на выходном валу планетарного механизма, ведомого диска, установленного на одном валу с зубчатым сектором, и ролика, закрепленного на подвижной оси.

Изобретение поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 приведен общий вид вибрационного экстрактора, на фиг. 2 приведена схема исполнительного механизма возвратно-поступательного движения рабочего органа с регулируемой амплитудой колебаний, на фиг. 3 изображен разрез А-А планетарного механизма (корпус не показан), на фиг. 4 изображен разрез Б-Б передачи зубчатый сектор - зубчатый участок со штоком рабочего органа (корпус не показан), на фиг. 5 представлена регулировка фрикционного вариатора для получения минимальной амплитуды возвратно-поступательного движения штока, на фиг. 6 представлена регулировка фрикционного вариатора для получения максимальной амплитуды возвратно-поступательного движения штока.

Вибрационный экстрактор содержит корпус исполнительного механизма 1, в котором соосно установлены входной 2 и выходной 3 валы планетарного механизма, а также установлен вал 4 с жестко закрепленным на нем зубчатым сектором 5 (фиг. 2, 4). Неподвижное эллиптическое зубчатое колесо 6 жестко закреплено на корпусе соосно входному валу 2. Эллиптическое зубчатое колесо 7 установлено на выходном валу 3. Водило 8 установлено на входном валу 2 и соединено через вращательную кинематическую пару с валом сателлита 9. Сателлит состоит из эллиптического зубчатого колеса 10 и эллиптической шестерни 11, повернутых на 180° относительно друг друга и соединенных валом 9 (фиг. 3). Эллиптическое зубчатое колесо сателлита 10 соединено с неподвижным эллиптическим зубчатым колесом 6 одного с ним размера, а эллиптическая шестерня сателлита 11 состоит в зубчатом зацеплении с эллиптическим зубчатым колесом 7 одного с ним размера, при этом малая полуось b₁ пары колес 6 и 10 может отличаться от малой полуоси b₂ пары колес 7 и 11, а большие полуоси a всех эллиптических колес одинаковы. Все эллиптические колеса установлены на своих валах таким образом, что ось вращения вала проходит через точку, называемую фокусом делительного эллипса, которая расположена на большой полуоси делительного эллипса на расстоянии с₁, равном , от центра делительного эллипса для пары колес 6 и 10, и расстоянии с₂, равном , для пары 7 и 11, и таким образом достигается непрерывность их зацепления. На водиле 8 противоположно валу сателлита 9 на расстоянии H, равном расстоянию между осями вращения входного вала 2 и вала сателлита 9, установлен противовес 12, масса которого равна массе сателлита. Привод экстрактора включает фрикционный вариатор (фиг. 2, 5, 6), состоящий из ведущего диска 13, установленного на выходном валу 3 планетарного механизма, ведомого диска 14, установленного на валу 4 с зубчатым сектором 5, и ролика 15, закрепленного на подвижной оси 16. Шток рабочего органа 17 установлен с возможностью возвратно-поступательного движения в направляющих 18 и имеет зубчатый участок 19 (фиг. 4), посредством которого он находится в зацеплении с зубчатым сектором 5. На штоке 17 жестко закреплены перфорированные тарелки 20. Экстрактор также содержит вертикальную цилиндрическую емкость 21 с верхней 22 и нижней 23 крышками, устройство 24 в нижней части аппарата для непрерывного ввода жидкой фазы в экстрактор, устройство 25 для непрерывного ввода твердой фазы в низ аппарата с питающим шнеком 26 и устройство 27 для вывода суспензии в верхней части аппарата.

Вибрационный экстрактор работает следующим образом.

При вращении входного вала 2 и соответственно закрепленного на нем водила 8 эллиптическое зубчатое колесо 10 обкатывается по неподвижному эллиптическому зубчатому колесу 6, вращательное движение подвижного колеса 10 через вал сателлита 9 и эллиптическую шестерню 11 передается эллиптическому зубчатому колесу 7 и выходному валу 3, при указанном соотношении размеров эллиптических колес выходной вал 3 через полный оборот входного вала 2 и водила 8 оказывается в том же положении, однако благодаря переменным передаточным отношениям пар эллиптических колес 10 и 6, 11 и 7 совершает возвратно-вращательное движение. При работе устройства центр масс системы звеньев, включающей водило 8, вал сателлита 9, эллиптическое зубчатое колесо 10, эллиптическую шестерню 11, а также противовес 12, находится на оси вращения входного вала, что обеспечивает высокую уравновешенность планетарного механизма. Возвратно-вращательное движение вала 3 и закрепленного на нем ведущего диска 13 через ролик 15 передается ведомому диску 14 и, соответственно, валу 4 с зубчатым сектором 5, а затем преобразуется с помощью зубчатого участка 19 в возвратно-поступательное движение штока 17 в направляющих 18.

Одновременно с работой исполнительного механизма экстрактора осуществляется непрерывный ввод жидкой фазы через устройство 24 в нижней части аппарата, а также твердой фазы через устройство 25 с питающим шнеком 26, расположенное наклонно к цилиндрической емкости 21 и подающее твердую фазу в нижнюю часть емкости. Твердая и жидкая фазы интенсивно перемешиваются в вибрационном поле, создаваемом перфорированными тарелками 20, жестко закрепленными на штоке 17 и совершающими вместе с ним возвратно-поступательное движение вдоль оси аппарата. Амплитуда возвратно-поступательного движения штока вместе с перфорированными тарелками регулируется во время работы экстрактора перемещением ролика 15 вдоль оси 16. Расположение ролика ближе к оси вращения ведущего диска 13 (фиг. 5) приводит к уменьшению угла возвратно-вращательных движений ведомого диска 14, а перемещение ролика ближе к оси вращения ведомого диска 14 (фиг. 6) увеличивает угол его возвратно-вращательных движений. Изменение угла поворота ведомого диска 14 и, соответственно, вала 4 с зубчатым сектором 5 приводит к прямо пропорциональному изменению амплитуды возвратно-поступательного движения штока 17 с перфорированными тарелками 20.

В результате возвратно-поступательного движения штока в цилиндрической емкости экстрактора вблизи каждой тарелки создается виброожиженный слой, который обеспечивает эффективное взаимодействие экстрагента с частицами твердой фазы. Уменьшение амплитуды колебаний штока с перфорированными тарелками необходимо в начальной фазе процесса экстракции, когда требуется высокая мощность для поднятия твердой фазы из нижней части емкости и виброожижения суспензии. Затем, когда сопротивление на рабочем органе снижается за счет виброожижения, можно увеличить амплитуду возвратно-поступательного движения штока для повышения эффективности экстракции.

Наличие отверстий в перфорированных тарелках 20 обеспечивает перемещение твердой фазы в слой жидкости над тарелкой. Перемешиваемая в вибрационном поле суспензия движется снизу вверх вдоль оси аппарата за счет вытеснения свежими объемами жидкой и твердой фаз, поступающими в нижнюю часть аппарата, и выводится через устройство 27 в верхней части экстрактора.

Верхняя 22 и нижняя 23 крышки прикрепляются к цилиндрической емкости посредством фланцевого болтового соединения для простоты обслуживания и ремонта экстрактора.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить эффективность экстракции за счет регулируемой амплитуды возвратно-поступательного движения рабочего органа (штока с перфорированными тарелками), что обеспечивает достижение технического результата.

Исследования выполнялись с использованием оборудования ЦКП «Исследовательский центр пищевых и химических технологий» КубГТУ (CKP_3111), развитие которого поддерживается Минобрнауки РФ (Соглашение № 075-15-2021-679).

Изобретение относится к конструкциям массообменных аппаратов для систем твердое тело - жидкость и может быть использовано для проведения процессов извлечения целевого компонента из измельченного сырья в пищевой, химико-фармацевтической, химической и других отраслях промышленности. Вибрационный экстрактор содержит шток рабочего органа, движущийся возвратно-поступательно в направляющих, жестко закрепленные на штоке перфорированные тарелки, вертикальную цилиндрическую емкость с верхней и нижней крышками, устройство в нижней части аппарата для непрерывного ввода жидкой фазы в экстрактор, устройство для непрерывного ввода твердой фазы в низ аппарата с питающим шнеком, а также устройство для вывода суспензии в верхней части аппарата. Кроме этого, экстрактор дополнительно содержит корпус исполнительного механизма, в котором соосно установлены входной и выходной валы планетарного механизма, а также установлен вал с жестко закрепленным на нем зубчатым сектором, причем шток рабочего органа имеет зубчатый участок, посредством которого он находится в зацеплении с зубчатым сектором. Неподвижное эллиптическое зубчатое колесо жестко закреплено на корпусе соосно входному валу, на выходном валу установлено другое эллиптическое зубчатое колесо. На входном валу установлено водило и соединено через вращательную кинематическую пару с валом сателлита, состоящего из эллиптического зубчатого колеса и эллиптической шестерни, повернутых на 180° относительно друг друга и соединенных валом, причем эллиптическое зубчатое колесо сателлита соединено с неподвижным эллиптическим зубчатым колесом одного с ним размера, а эллиптическая шестерня сателлита состоит в зубчатом зацеплении с эллиптическим зубчатым колесом одного с ним размера, при этом малая полуось b₁ одной пары эллиптических колес может отличаться от малой полуоси b₂ другой пары, а большие полуоси a всех эллиптических колес одинаковы. Все эллиптические колеса установлены на своих валах таким образом, что ось вращения вала проходит через точку, называемую фокусом делительного эллипса, которая расположена на большой полуоси делительного эллипса на расстоянии с₁, равном , от центра делительного эллипса для одной пары колес и расстоянии с₂, равном , для другой пары, и таким образом достигается непрерывность их зацепления. На водиле противоположно валу сателлита на расстоянии H, равном расстоянию между осями вращения входного вала и вала сателлита, установлен противовес, масса которого равна массе сателлита. Экстрактор также содержит фрикционный вариатор, состоящий из ведущего диска, установленного на выходном валу планетарного механизма, ведомого диска, установленного на одном валу с зубчатым сектором, и ролика, закрепленного на подвижной оси. Техническим результатом является обеспечение возможности регулирования амплитуды возвратно-поступательного движения рабочего органа во время работы устройства. 6 ил.

Вибрационный экстрактор, содержащий шток рабочего органа, движущийся возвратно-поступательно в направляющих, жестко закрепленные на штоке перфорированные тарелки, вертикальную цилиндрическую емкость с верхней и нижней крышками, устройство в нижней части аппарата для непрерывного ввода жидкой фазы в экстрактор, устройство для непрерывного ввода твердой фазы в низ аппарата с питающим шнеком, устройство для вывода суспензии в верхней части аппарата, отличающийся тем, что содержит корпус исполнительного механизма, в котором соосно установлены входной и выходной валы планетарного механизма, а также установлен вал с жестко закрепленным на нем зубчатым сектором, при этом шток рабочего органа имеет зубчатый участок, посредством которого он находится в зацеплении с зубчатым сектором, неподвижное эллиптическое зубчатое колесо, жестко закрепленное на корпусе соосно входному валу, эллиптическое зубчатое колесо, установленное на выходном валу, водило, установленное на входном валу и соединенное через вращательную кинематическую пару с валом сателлита, состоящего из эллиптического зубчатого колеса и эллиптической шестерни, повернутых на 180° относительно друг друга и соединенных валом, причем эллиптическое зубчатое колесо сателлита соединено с неподвижным эллиптическим зубчатым колесом одного с ним размера, а эллиптическая шестерня сателлита состоит в зубчатом зацеплении с эллиптическим зубчатым колесом одного с ним размера, при этом малая полуось b₁ одной пары эллиптических колес может отличаться от малой полуоси b₂ другой пары, а большие полуоси a всех эллиптических колес одинаковы, кроме того, все эллиптические колеса установлены на своих валах таким образом, что ось вращения вала проходит через точку, называемую фокусом делительного эллипса, которая расположена на большой полуоси делительного эллипса на расстоянии с₁, равном , от центра делительного эллипса для одной пары колес и расстоянии с₂, равном , для другой пары, и таким образом достигается непрерывность их зацепления, противовес, установленный на водиле противоположно валу сателлита на расстоянии H, равном расстоянию между осями вращения входного вала и вала сателлита, и имеющий массу, равную массе сателлита, фрикционный вариатор, состоящий из ведущего диска, установленного на выходном валу планетарного механизма, ведомого диска, установленного на одном валу с зубчатым сектором, и ролика, закрепленного на подвижной оси.