Способ измельчения и сепарирования частиц и композиция цилиндрических частиц - RU2183512C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к способу измельчения и сепарирования цилиндрических частиц, длина которых меняется в широких пределах, на фракции, имеющие преимущественно определенное отношение длины к диаметру. Физические смеси, состоящие из гранулированных пестицидных продуктов, приобретают все более важное значение в сельском хозяйстве в качестве простого средства, которое поставляется по заказу покупателя, без дорого совмещения множества композиций (как это описано в международной публикации WO 9700608 А1).

В патенте США 3549014 от 22 декабря 1990 г. описано устройство для сортировки измельченного материала, содержащее просеивающее или сортирующее средство, форма которого по существу соответствует поверхности вращения барабана. В международной публикации WO-А 9700608 представлена гомогенная смесь, состоящая из цилиндрических гранул одной или нескольких групп, имеющих по существу одинаковые диаметр и длину, которая составляет не более чем 8 диаметров, причем усредненное отношение длины к диаметру составляет 1,5-4, но при этом не раскрыто, каким образом получить такое распределение размеров.

Предотвращение или по меньшей мере сведение к минимуму разделения этих физических смесей является существенным. При приготовлении по существу гомогенных (т.е. однородных) смесей подмешивание цилиндрических гранул вместо сферических гранул обладает преимуществом. По существу однородная смесь получается, когда два или более цилиндрических гранулированных материалов имеют одинаковые или меняющиеся в относительно узком диапазоне средние значения длины.

Для минимизации разделения смеси из цилиндрических гранул они должны иметь преимущественно по существу одинаковые диаметры. Поскольку пестициды в виде цилиндрических гранул обычно получают экструзией, то их диаметр определяется размером отверстий в головке экструдера, которые могут совпадать с большой точностью.

Кроме того, для сведения к минимуму разделения смеси, состоящей из частиц, таких как цилиндрические гранулы, длины этих гранул должны совпадать между собой с возможно более высокой точностью. Если длины полученных "готовых" гранул существенно различаются, то для обеспечения однородности необходима их обработка после грануляции.

Преобладающим способом экструзии для получения сельскохозяйственных пестицидов является выдавливание пастообразной массы. При такой экструзии влажную массу или композицию продавливают сквозь головку экструдера, при этом нити или пряди экструдированного продукта просто разделяются на отрезки произвольной длины. Продукт экструзии обычно сушат в устройстве с кипящим слоем, где нити можно измельчить, но при этом их длина может меняться все еще в очень широком диапазоне. Распределение предельных и средних размеров нитей может быть разным для каждой композиции.

Другой способ экструзии, который используют для производства сельскохозяйственных пестицидов, заключается в продавливании расплава, при этом нагретую композицию пропускают через головку экструдера, а образующиеся нити из продукта экструзии режут на заданные отрезки на поверхности головки экструдера. При таком способе можно калибровать как диаметр, так и длину "готовых" гранул, делая их размеры одинаковыми. Однако композиции, которые можно экструдировать в расплавленном состоянии, широко не используются в сельскохозяйственной отрасли, а известный способ калибровки размеров гранул, полученных экструзией пастообразной массы, оказался недостаточно эффективным.

Наиболее близким к заявленному способу является способ измельчения экструдированных из пастообразного материала сухих цилиндрических частиц и отделения частиц продукта от отсеянных частиц по авторскому свидетельству СССР 336849, кл. А 01 N 25/12, опубл. 14.06.1972. Способ включает подачу сухих цилиндрических частиц в устройство, измельчение цилиндрических частиц, удаление и выход через отверстия сита некондиционных частиц и извлечение частиц продукта.

Недостатком наиболее близкого аналога-способа является невысокое качество продукта, обусловленное широкими пределами изменения отношения длины частиц к их диаметру.

Наиболее близкой к заявленной композиции является композиция цилиндрических частиц, содержащая частицы, экструдированные из пастообразного материала по заявке WO 9700608, кл. А 01 N 25/12, опубл. 09.01.1997.

Недостатком известной композиции является наличие в ней частиц нежелательных размеров.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа калибровки частиц после гранулирования, например, экструдированных гранул, в частности гранул, выдавливаемых в пастообразном состоянии, получая при этом отношение их длины к диаметру, которое меняется в относительно узких пределах.

Другой задачей изобретения является создание устройства, в котором можно отделить полезный продукт от частиц с нежелательным отношением размеров.

Также задачей изобретения является создание способа, которым можно управлять и который может обеспечить заданное отношение длины к диаметру, а также профили частиц по длине для разнообразных композиций с различными исходными распределениями значений длин гранул.

Еще одной задачей изобретения является определение состава частиц, которые получают при использовании устройства согласно настоящему изобретению.

Технический результат - обеспечение заданного отношения длины частиц к их диаметру.

Технический результат изобретения достигается тем, что в способе измельчения экструдированных из пастообразного материала сухих цилиндрических частиц и отделения частиц продукта от отсеянных частиц, включающем подачу сухих цилиндрических частиц в устройство, измельчение цилиндрических частиц, удаление и выход через отверстия сита некондиционных частиц и извлечение частиц продукта, подачу сухих цилиндрических частиц осуществляют в устройство, содержащее удлиненное полое цилиндрическое сито с множеством радиальных отверстий, диаметры которых меньше диаметра частиц продукта, проходящий аксиально внутренний канал, выполненный внутри цилиндрического сита, в котором радиальные отверстия проходят из внутреннего канала сквозь сито, при этом внутренний канал имеет вход на одном аксиальном конце для приема подаваемых сухих цилиндрических частиц и выход на другом аксиальном конце для удаления частиц продукта, причем устройство имеет вал, содержащий множество лопаток, проходящих радиально наружу от вала, расположенный во внутреннем канале. Посредством вращения вала или сита относительно неподвижного вала или сита осуществляют измельчение частиц и отбрасывание некондиционных частиц на сито, вытесняя некондиционные частицы через отверстия в сите, а частицы продукта перемещают по направлению к выходу, предназначенному для этих частиц, при этом извлекают продукт, частицы которого имеют математически усредненное отношение длины к диаметру от 1,0 до 4,0. Окружная скорость на поверхности ротора преимущественно составляет от 3 до 15 м/с.

Подачу сухих цилиндрических частиц осуществляют в устройство, содержащее средства для изменения скорости вращения вала и сита.

Технический результат для композиции достигается тем, что композиция цилиндрических частиц, содержащая частицы, экструдированные из пастообразного материала, получена путем использования вышеописанного заявленного способа и имеет частицы, математически усредненное отношение длины которых к диаметру от 1,0 до 4,0 при среднеквадратичном отклонении меньше 1,0.

Композиция может иметь частицы, отношение длины которых к диаметру составляет от 1,8 до 2,7 при среднеквадратичном отклонении меньше 0,9.

Композиция имеет частицы, используемые в сельском хозяйстве и образующие стабильную смесь.

Способ осуществляется следующим образом.

Настоящее изобретение относится к способу измельчения цилиндрических гранул, длина которых меняется в широких пределах, а также к сепарированию этих частиц, распределенных на группы одинаковой длины. Этот способ преимущественно предназначен для приготовления по существу однородных смесей гранул. Гранулы, обычно получаемые экструзией пастообразной массы, более длинные и менее однородные по сравнению с тем, что требуется для смесей гранул. Простой помол и просеивание продукта экструзии, которые обычно производятся, например, в грануляторе Стокса, оказываются неудовлетворительными, поскольку значительная часть гранул теряется с мелким продуктом, а неприемлемые длинные гранулы снижают производительность. Стандартное вибрационное просеивание не может эффективно отделить длинные цилиндрические гранулы от коротких. Однако было выявлено, что применение центробежного просеивающего устройства после сушки разбивает экструдированные нити на гранулы одинаковой длины с меньшими потерями в мелкий продукт, а незначительное количество, если это имеет место, нежелательных длинных гранул извлекают из продукта. Ниже показано преимущество центробежного просеивающего устройства по сравнению с гранулятором Стокса.

Центробежные просеивающие устройства широко используются для непрерывного сепарирования нежелательных по размеру частиц из мелкодробленых порошков, например порошковых пищевых продуктов, фармацевтических препаратов и размельченных сельскохозяйственных продуктов.

Одно такое центробежное просеивающее устройство Kason Model МО можно купить в Kason Corporation, Linden, New Jersey. Лабораторную центробежную просеивающую машину КЕК можно купить в Kemutek Inc., Bristol, PA.

Частицы, подлежащие калибровке, обычно, но не обязательно, представляют собой сухие гранулы, экструдированные из пастообразного материала и содержащие один или несколько пестицидоактивных ингредиентов. Типичный диаметр частицы составляет 0,5-3 мм, чаще 0,7-1,5 мм. Длина частиц может существенно меняться в зависимости от состава композиции; она может достигать значения, соответствующего среднему отношению L/D (длина к диаметру) 8 и более.

В соответствии со способом согласно настоящему изобретению экструдированные гранулированные частицы подают на сито, на котором длинные гранулы рассекаются на более короткие, при этом частицы продукта становятся более равными по длине. Режимом рассекания можно управлять, устанавливая окружную скорость ротора. Было получено, что скорость ротора можно регулировать для селективного рассекания крупных гранул на мелкие без дробления мелких гранул в мелкий продукт или порошок. Таким образом, по существу независимо от исходного распределения длин конечное их распределение в частицах продукта соответствует усредненным значениям L/D приблизительно 1,0-4,0.

При реализации данного способа гранулированный продукт, имеющий распределение усредненного параметра L/D приблизительно 1,5-8, можно переработать таким образом, что диапазон L/D уменьшается приблизительно до 1,0-4 или даже приблизительно 1,5-2,8. Гранулированный продукт, имеющий усредненное распределение L/D от 4 до 6, можно переработать аналогичным образом, чтобы диапазон усредненных значений L/D был сужен приблизительно до 1,5-4 или даже приблизительно до 1,5-2,8.

Любые отбрасываемые частицы, например в виде порошка, которые первоначально присутствуют или образуются при переработке, отделяются от продукта через отверстия в сите, размер которых меньше, чем размер частицы продукта. Преимущество данного способа состоит в том, что уменьшение размера можно обеспечить с минимальными потерями гранулированного продукта, превращающегося в мелкий продукт или порошок.

Данным процессом можно управлять таким образом, что практически не будет относительно длинных гранул, проходящих не рассеченными. Исключение "длинных" гранул, в частности, целесообразно, поскольку отсутствует способ, обеспечивающий качественное отделение длинных цилиндрических гранул от коротких.

По данному способу выход полезного продукта может быть более 90%. В противоположность этому обычная технология, предназначенная для уменьшения размеров гранул, реализуемая в грануляторе Стокса, обеспечивает полезный выход только 88%, при этом происходит удаление "длинных" частиц, как об этом свидетельствует более высокое значение квадратичного отклонения отношений длины частиц к диаметру по сравнению с настоящим изобретением.

Из гранулированного продукта с одинаковыми размерами, полученного согласно настоящему изобретению, можно получить гомогенные смеси просто смешивая заданные продукты в надлежащем соотношении, используя для этого обычное оборудование.

Настоящее изобретение будет более понятно из нижеследующего описания. На фиг. 1 представлен вид сбоку блока центробежного просеивающего устройства, предназначенного для разделения частиц, например для селективного рассечения длинных гранул с получением гранул меньшего размера. Центробежное просеивающее устройство имеет сепарационное средство, содержащее по существу цилиндрическое полое сито (1), имеющее внутренний канал (3) для частиц и радиальные выходные отверстия (4), проходящие сквозь сито (1), для удаления некондиционных частиц через них, причем выходные отверстия (4) имеют размер меньше размера частиц продукта. Сито (1) может быть размещено в корпусе (11), в котором имеется выходное средство (12) для частиц продукта, а также сборник (13) для удаляемых частиц по крайней мере с одним выходом (14). Устройство также содержит лопатки (8), которые вращаются вокруг вала (7). Подаваемые частицы вводят через загрузочный вход (6), расположенный у первого аксиального ввода (2), внутрь полого сита (1) под действием лопаток (8), вращаемых двигателем (15), и шнекового подающего устройства (9), направляя частицы продукта в выход (10). Внутри сита (1) центробежное просеивание при нормальной работе устройства согласно настоящему изобретению разбивает частицы, например длинные нити продукта экструзии, с получением отрезков по существу равной длины, причем эти частицы продукта извлекаются или отводятся через выход (12). Окружную скорость (конца) лопатки (8) можно регулировать с помощью двигателя (15). В другом варианте осуществления изобретения по существу цилиндрическое полое сито (1) вращается вокруг вала (7), устройство также может содержать дополнительное транспортировочное средство (которое не показано) для загрузки частиц продукта. На фиг.2 представлен вид с торца устройства, показанного на фиг.1.

Пример 1.

С использованием имеющейся на рынке гербицидной композиции Classic^® была приготовлена смесь, подлежащая экструзии, путем добавления 40,5 г воды и 500 г порошковой композиции. Эта смесь интенсивно перемешивалась в пищевой технологической установке в течение приблизительно 3 мин. Влажную смесь подвергали экструзии в колпаковом грануляторе Fuji-Paudal DG-1, причем отверстия в головке экструдера имели диаметр 1 мм. Одну часть полученных влажных нитей сушили в неподвижном слое, а другую часть их сушили в кипящем слое. В каждом случае конечная влажность составляла менее 1% по весу.

Часть экструдированного продукта, высушенного в неподвижном слое, направляли в центробежную просеивающую лабораторную установку КЕК, в которой нейлоновое сито имело отверстия 20 меш (841 мкм). Скорость вращения ротора с лопатками составляла 3000 об/мин (окружная скорость 11 м/с). Относительно исходной загрузки, 93,7% было собрано в виде конечного продукта, размер которого был больше 20 меш (841 мкм). Просеивающее устройство отсеяло 6,2% мелкого продукта, который был собран в проницаемый фильтровальный мешок, закрепленный на лотке для мелкого продукта.

Распределение размеров гранул было получено в результате анализа изображения. При этом проводилось сканирование образца конечной продукции. Компьютер по программе подсчитывал ширину и длину зоны измерения, а также периметр каждого объекта. Эти данные затем вводили в сводную таблицу для проведения математических усреднений ширины и длины, расчета среднеквадратичных отклонений, а также для получения кривой, представляющей интегральное объемное распределение конечного продукта.

Анализ изображения конечного продукта, полученного в центробежном просеивающем устройстве, показал значение средней длины 2,5 мм со среднеквадратичным отклонением 0,85. Гранулы, высушенные в неподвижном слое, которые представляли собой загрузочный материал для просеивающего устройства, имели среднюю длину 25,4 мм со среднеквадратичным отклонением 17,8.

Пример 2 (сравнительный).

Часть продукта экструзии по примеру 1 была высушена в кипящем слое и отсортирована вибрационным ситом 10 меш (2000 мкм) и 20 меш (841 мкм). Относительно загруженного материала, 89,6% было собрано в качестве требуемого продукта с размером 10 и 20 меш. Отрезки полученного продукта имели среднюю длину 4,46 мм со среднеквадратичным отклонением 1,78. Таким образом, получено несколько суженное распределение размеров по сравнению с материалом, высушенным в неподвижном слое, но намного меньше, чем это обеспечивается обработкой в центробежном просеивающем устройстве согласно настоящему изобретению.

Пример 3 (сравнительный).

Часть продукта экструзии, высушенная в неподвижном слое, по примеру 1 была пропущена через колебательный гранулятор Стокса, снабженный ситом 6 меш (3360 мкм). Продукт, обработанный в установке Стокса, затем был просеян через сита 10 меш (2000 мкм) и 20 меш (841 мкм). Часть, имеющая отрезки заданной длины, составила 88%. Средняя длина конечного продукта составила 2,4 мм со среднеквадратичным отклонением 1,03. Таким образом, центробежное просеивающее устройство согласно настоящему изобретению обеспечивает получение более одинаковых гранул (уменьшенное среднеквадратичное отклонение), причем полезный выход выше по сравнению с гранулятором Стокса.

Пример 4.

С использованием такой же композиции Classic^®, как в примере 1, сухой продукт экструзии диаметром 0,7 мм был приготовлен в опытной установке непрерывной экструзии пастообразной массы. Не переработанный продукт был направлен в опытную установку центробежного просеивания, имеющую заданный диапазон скорости вращения ротора. Скорость ротора составляла 650 об/мин (8,6 м/с), при такой скорости полученный конечный продукт имел усредненное отношение L/D 2,1 при степени переработки 90% и при среднеквадратичном отклонении 0,64.

Пример 5.

Второй продукт был переработан в опытной установке, состав продукта следующий:
Композиция плацебо:
Nytal 200 - 51%
Американский кукурузный крахмал А - 20%
Сахар - 25%
Morwet D425 - 3%
Мог wet EFW - 1%
с 0,1% синим красителем FD и С 1, добавленным в данную смесь для получения продукта диаметром 1,0 мм. Исходная длина этого поступающего на переработку продукта составляла 3,13 мм с квадратичным отклонением 1,31. Исходный продукт подавали в опытную центробежную просеивающую установку при различных скоростях вращения ротора. Отношения длины к диаметру менялись от 3,0 до 2,2. При скорости вращения ротора 700 об/мин (9,3 м/с) было зафиксировано, что полученный конечный продукт имел усредненное отношение L/D=2,3 в 95,9% случаев переработки при среднеквадратичном отклонении 0,79.

Пример 6.

Композиция продукта размером 1,0 мм по примеру 5 без синего красителя была приготовлена в опытной установке в соответствии с примером 5. Смесь, состоящая из 187,5 г (37,5%) и 312,5 г (62,5%) продуктов, полученных в примерах 5 и 6 соответственно, была приготовлена посредством перемешивания в бутылке. Сразу после смешивания бутылка была подвержена вибрации в течение 30 мин для того, чтобы определить имеет ли место разделение. В процессе опорожнения бутылки были отобраны 11 проб: одна - в начале, одна - в конце, остальные - равномерно в процессе опорожнения. Пробы были проанализированы на наличие синего красителя с представлением результатов в процентах. Результаты указывают на то, что для этой смеси процентное количество синего вещества остается постоянным в пределах относительных среднеквадратичных отклонений 3%.

Пример 7 (сравнительный).

Эксперимент по примеру 6 был повторен с использованием продукта, полученного после сушки в кипящем слое, после которой проводилось стандартное вибрационное просеивание. Концентрация синих гранул менялась существенно, давая относительное квадратичное отклонение более 10%.

Пример 8.

Пример 4 был повторен в опытной установке для экструзии пасты в непрерывном режиме. В этом примере оптимальная скорость 750 об/мин (10 м/с) обеспечила получение конечного продукта со средним отношением L/D=2,1 при квадратичном отклонении 0,61 в 96,6% случаях переработки.

Пример 9.

Гербицид Classic^®, экструдированный из пастообразного материала на опытной установке, диаметром 0,7 мм был откалиброван на просеивающей установке Kason Model MOB с получением среднего отношения L/D = 1,9 (1,38/0,72). Скорость вращения просеивающей установки 810 об/мин (окружная скорость на периферии 10,8 м/с). Дополнительно гербицид Pinnacle^®, экструдированный из пастообразного материала, был просеян отдельно при 945 об/мин (12,6 м/с), в результате чего среднее значение L/D было снижено до 2 (1,44/0,72). Два гербицида были перемешаны с использованием смесительной машины непрерывного действия Munson, при этом было получено два значения потерь в весовых питателях при производительности 4,35 фунт/мин (1,96 кг/мин) для Classic^®, а также 2,3 фунт/мин (1,04 кг/мин) для Pinnacle^®. Полученная смесь была протестирована; ее уровень гомогенности оказался таким, что последовательные пробы, периодически отобранные из смесителя, показали средний состав 8,8% активного ингредиента Pinnacle^® против заданного значения 8,6% при относительном среднеквадратичном отклонении состава активного ингредиента 3,8%, свидетельствуя о прекрасной гомогенности.

Пример 10.

Имеющиеся в продаже гербицид Classic^® и гербицид Authority^® (FMC) были переработаны в центробежном просеивающем устройстве Kason Model YOB. Для производства материалов с близкими отношениями L/D необходимо, чтобы просеивающее устройство функционировало при 500 об/мин (8 м/с) для гербицида Classic^® и 200 об/мин (3,5 м/с) для гербицида Authority^®. После установления указанных режимов полученная смесь из двух материалов имела уровень гомогенности, соответствующий относительному квадратичному отклонению (RSD) 3%. Материалы из тех же самых источников, которые не имели такие близкие значения L/D, были протестированы в лаборатории, где было зафиксировано значение RSD 10%, которое не отвечает стандартным национальным требованиям, по сравнению со смесью, имеющей RSD 3%.

Реферат

Использование: измельчение и сепарирование цилиндрических частиц, длина которых меняется в широких пределах, и может быть использован для смесей, состоящих из гранулированных пестицидных продуктов. Технический результат - обеспечение заданного отношения длины частиц к их диаметру. Способ измельчения экструдированных из пастообразного материала сухих цилиндрических частиц и отделения частиц продукта от отсеянных частиц включает подачу сухих цилиндрических частиц в устройство, измельчение цилиндрических частиц, удаление и выход через отверстия сита некондиционных частиц и извлечение частиц продукта. Подачу сухих цилиндрических частиц осуществляют в устройство, содержащее удлиненное полое цилиндрическое сито с множеством радиальных отверстий, диаметры которых меньше диаметра частиц продукта, проходящий аксиально внутренний канал, выполненный внутри цилиндрического сита, в котором радиальные отверстия проходят из внутреннего канала сквозь сито. Внутренний канал имеет вход на одном аксиальном конце для приема частиц продукта вместе с некондиционными частицами, а также выход на другом аксиальном конце для удаления частиц продукта. Устройство имеет вал, содержащий множество лопаток и расположенный во внутреннем канале. При вращении вала или сита относительно неподвижного вала или сита осуществляют измельчение частиц и отбрасывание некондиционных частиц на сито. Частицы продукта перемещаются в выход, предназначенный для этих частиц. Извлекают продукт, в котором частицы имеют математически усредненное отношение длины к диаметру в пределах 1,0 - 4,0. Устройство содержит средство для изменения скорости вращения вала. Устройство содержит средство для изменения скорости вращения сита. Композиция цилиндрических частиц, полученная путем использования способа по п.1, содержит цилиндрические частицы, экструдированные из пастообразного материала и имеющие математически усредненное отношение длины к диаметру в пределах 1,0 - 4,0 при среднеквадратичном отклонении меньше 1,0. Композиция имеет частицы, отношение длины которых к диаметру составляет 1,8 - 2,7 при среднеквадратичном отклонении меньше 0,9. Композиция содержит используемые в сельском хозяйстве частицы, образующие стабильную смесь. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула