CN105689075A - 用于加工原料的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用来加工原料(37)的一种装置和一种方法。所述装置具有沿着轴线(7)布置的外壳(6)，所述外壳具有用来供应原料(37)的进料口(38，39)和用来将加工好的物料从外壳(6)中排出的出料口(24)。外壳(6)在轴向分为第一加工区(33)，在其中布置一个围绕轴线(7)旋转的转子(11)，所述转子在其圆周范围内配有若干转子刀具(20)，所述转子刀具在保持一定的径向研磨间隙(36)下与外壳(6)的内圆周上的定子刀具(35)共同作用，和在原料(37)的通流方向上与第一加工区(33)连接的第二加工区(34)。为了能够在装置中执行不同的加工过程，本发明建议给原料额外通入工艺气体(31)。这是通过以下方法实现的，即为了形成第二加工区(34)，将空心体(25)与轴线(7)同轴布置在外壳(6)中，其外圆周在形成环形空间(29)下与外壳(6)的内圆周沿径向相对而置，并且在其朝向转子(11)的端部处具有至少一个开口。可以给空心体(25)通入工艺气体(31)，该工艺气体可以通过至少一个开口供应给原料(37)。

Description

用于加工原料的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的用于加工原料的装置以及一种按照权利要求14的前序部分所述的用于加工原料的方法。

背景技术

加工原料时并非始终能在一个加工步骤中实现最终产品的所希望的特性，如形状、大小、表面、成分等等。例如若为对热敏感的材料，过分强烈加工原料会导致输入到产品中的热量不希望的高。物料颗粒在加工过程中也可能会获得粘性的表面，这在随后下沉中导致形成团块。

鉴于这一原因，已知可在依次排列的加工工位中逐步加工原料，针对原料的种类和最终产品的所希望的特性调整某个加工工位的相应机器。

这种做法能够生产品质优异的最终产品，然而从经济角度来看，由于必须提供多个机器和相应的场地，并且必须在各加工工位之间进行输送，因此常常是不利的。此外由于两个加工工位在空间上分离，无法按时间立即执行顺序或重叠的加工过程。

鉴于这些原因，也已开发出能够在一个装置之内执行两个或更多顺序加工步骤的装置。例如在DE19723705C1中就描述了一种具有外壳的涡流式研磨机，配有研磨机构的转子与固定的定子在外壳中共同作用加工原料。在进料侧壳段中在研磨机构和定子之间以机械方式粉碎原料；在随后的壳段中已经粉碎的颗粒在涡流场中进行自主粉碎。此类装置已有极好的实际验证结果。

除此之外，DE19823563A1还公开了一种研磨干燥纤维素衍生物的装置，为了提高最终产品的堆积容重，在进料侧的研磨区中进行湿磨，必要时将水加入研磨间隙之中，而在随后的研磨区中则利用热空气烘干原料。

发明内容

以此为背景，本发明的任务在于提供一种能够在尽可能宽的应用范围内在装置中执行多个按顺序的加工过程的装置和方法。

采用具有权利要求1所述特征的装置以及具有权利要求14所述特征的方法，即可解决这一任务。

从属权利要求所述均为本发明的有益实施方式。

本发明的基本思想在于，将气体固体流与至少一个工艺气体流组合，以便在一个装置之内执行不同的加工过程。在第一加工区中加工作为气体固体流的固相的原料，并且在必要时与第一加工区完全或者部分重叠的第二加工区中将其与第二次加工原料的工艺气体流合并。按照本发明所述，利用位于第一加工区下游的空心体将工艺气体流直接输送到第一加工区和/或者第二加工区的范围之中。事实证明，最好不要逐点、而是在空心体的整个圆周范围内送入工艺气体，从而在由空心体和壳内壁所构成的环形空间中统一形成源自工艺气体的作用。

本发明的另一个优点在于能够以多种多样的方式执行和组合不同的加工过程。合适的工艺气体例如有大气中的空气、蒸汽、二氧化碳、氮气以及可以具有预定温度和/或湿度和/或者其它固体的类似气体。例如工艺气体可以用来冷却第一加工区中所加工的原料，以便抵消加工过程中输入到原料之中热量。为了实现机械物理效应，也可以利用极冷的工艺气体来激冷原料，或者通入高温和/或者干燥的工艺气体对所加工的原料进行热后处理或干燥。调整工艺气体的含水量就可以在物料加工过程中控制过程湿度。

作为替代或累积方案，可以利用工艺气体作为载体气体给原料送入其它物质。在最为简单的情况下，就会产生原料与附加物质构成的物料混合物，可以通过工艺气体或原料流的相应流动速率来确定混合比例。

另一种加工方式是将所送入的物质用来对源自第一加工区的物料颗粒进行覆层或者说涂层处理。所述物质沉积在源自第一加工阶段的颗粒的表面上并且与其结合。

所送入的物质也可以用来减小物料颗粒的可能存在的结块倾向，例如通过喷粉。反之也可以给原料加入能够与物料颗粒形成团块或者能促进各个物料颗粒结块的物质。

另一种正在公布的方法在于送入一种用于转化粉碎物料的反应性物质，此时在原料和该物质之间会发生化学反应。反之如果利用工艺气体流给原料送入一种催化物质，就能实现过程加速。除此之外，在爆炸性危险环境中可以将一种惰性气体作为工艺气体输送到本发明所述的装置之中，以保证有效防止爆炸。

空心体端面适宜敞开形成至少一个开口，使得工艺气体可以利用空心体的整个横断面作为流动空间，从而形成均匀一致的流动。

按照本发明的一种实施方式，空心体终止在至转子的轴向净距离处，使得空心体的下边缘构成工艺气体的环形的环流边。在转子和空心体之间以这种方式产生环形的通流间隙，可以经由该通流间隙将均匀分布在圆周范围内的工艺气体供应给第二加工区。最好可以调整通流间隙的轴向高度并且以此调整工艺气体的流速，方法是利用调整装置轴向调整空心体和/或者转子。

按照另一种实施方式，空心体以其至少一个开口邻接转子。工艺气体从该开口进入转子，从那里沿径向进入第一加工区。按照这种实施方式，第一和第二加工区因此完全或者部分重叠，从而可以同时发挥作用。例如以这种方式作为防爆措施，可以在第一加工区中形成惰性环境。

在该实施方式的有益改进方案中，可以在转子中设置一个挡盘，该挡盘确定第一加工区和第二加工区之间的轴向重叠范围。这样就能在第一物料加工区之内确定第二物料加工区的始点。例如在第一加工区的最后三分之一处部分中送入冷却气体，就可以防止第一次加工过程中的温度升高超过极限值。

为了将工艺气体的冷却或加热作用尽可能集中在空心体中的至少一个开口区域内，按照本发明的另一种实施方式所述，将空心体相对于环形空间热隔离。反之如果要通过空心体的外表面与环形空间进行热交换，则可以为此目的给空心体配置热交换面，适宜在其内侧配置热交换面。

优选通过空心体的形状确定由外壳和空心体所构成的环形空间的几何形状。如果将空心体设计成柱形，尤其设计成圆柱形，则环形空间的径向宽度就会在轴向高度范围内保持不变，从而使得原料的流动条件保持相同。然而为了有利于获得某些参数，例如停留时间、流动速度、沉淀特性等等，空心体可以具有锥形形状，使得环形空间向上或者向下扩大。

此外事实证明有利的是，在供料区域、第一加工区和/或者第二加工区中最好布置至少一个用来喷入液体尤其用来喷入水的喷嘴。通过水的蒸发吸收多余的热能，否则这些热能可能会对原料造成热损伤。

以下将根据附图中所示的一种实施例对本发明进行详细解释，同时公开本发明的其它特征和优点。为了便于理解，不同实施方式的相同或者功能相同的特征均使用同样的附图标记。

附图说明

附图1本发明所述装置沿着附图2中示出的线I-I剖开的纵剖面图，

附图2附图1中所示装置沿着那里的线II-II剖开的横断面图，

附图3附图1中所示装置在第一和第二加工区的区域中的详图，

附图4本发明所述装置第二种实施方式的纵剖面图，

附图5本发明所述装置的第三种实施方式，

附图6附图5中所示装置在第一和第二加工区的区域中的详图，

附图7本发明所述装置第四种实施方式的纵剖面图，以及

附图8本发明所述装置第五种实施方式的纵剖面图，

具体实施方式

附图1～3所示为涡流式研磨机形式的本发明所述装置1的第一种实施方式，可用于热固性塑料、热塑性塑料和弹性体之类的合成材料的细研磨和超细研磨。装置1包括一个板状机座2，该机座向上终止于水平安装板3，将旋转驱动装置4和支承框架5并排安装在该安装板上。圆柱形外壳6与支承框架5固定相连，以附图标记7表示的外壳轴线垂直于安装板3定向。外壳6在轴向分成进料侧壳段8、中间的圆柱形壳段9和出料侧壳段10。

将转子11和与轴线7同轴的驱动轴12布置在外壳之内。驱动轴12以其下方末段旋转安装在下方轴承13之中，并且以其对面的末段旋转安装在上方轴承14之中。驱动轴12穿过安装板3延伸的这一端具有多槽皮带轮15，所述多槽皮带轮通过传动皮带16与旋转驱动装置4的多槽皮带轮17相连。

在外壳6之内上方支承盘18和与其相隔一定轴向距离下平面平行、与驱动轴12一起旋转的下方支承盘19垂直于轴线地安装在驱动轴12上。支承盘18和19在其圆周上具有用来安装平行于轴线的冲击板20的定位槽，所述冲击板以这种方式在圆周范围内呈王冠状分布，并且在本发明所述装置运行状态下以大约100m/sec和180m/sec(视产品而定)之间的圆周速度运动。

进料侧壳段8向下构成端侧的壳终端，并且在轴线7范围内具有用于原料的同心进料口21，该进料口以一定的径向净距离包围驱动轴12。进料口21在进料侧壳段8的轴向厚度范围内呈扁锥形扩大，以这种方式与下方的垂直支承盘19一起构成分配室22，该分配室沿径向向外变成锥形，从而使得原料在该区域内加速。出料侧壳段10构成上方端侧的壳终端，并且在这里容纳一个与轴线7同心的环形流道23，该环形流道逐渐变为沿切向从壳段10出来的物料出口24。

将一个与轴线7同轴的圆柱形空心体25布置在出料侧壳段10朝向外壳内部的这一侧上。空心体25的上边缘26紧密连接到出料侧壳段10上。空心体25有适当的轴向长度，使得空心体25的下边缘27在轴向净距离内终止于转子11的上方支承盘18。以这种方式形成与轴线7同心的通流间隙28。空心体25的直径小于转子11的直径，从而相对于外壳6的内壁形成自由的环形空间29，该环形空间向下朝向转子11敞开并且向上通入环形流道23之中。

出料侧壳段10还具有指向轴向的喷嘴30，可通过这些喷嘴将工艺气体31输入到被空心体25包围的空腔之中。可以通过阀门调整输入的工艺气体31的量。

中间的圆柱形壳段9在轴向分为第一加工区33和第二加工区34(附图3)。第一加工区33紧邻进料侧壳段8，并且基本上由冲击轨道35构成，该冲击轨道布置在中间壳段9的内圆周上，并且与转子11的冲击板20一起构成研磨间隙36。第二加工区34在轴向紧邻第一加工区33，并且在轴向不仅经由通流间隙28而且也经由环形空间29一致延伸到环形流道23。

通过进料流道38给装置1装上原料37，可以通过加料斗39给进料流道加入原料37。为了调节流过装置1的空气量，将一个阀门40整合在进料流道38之中，可以用该阀门调整该区域内的有效过流断面。

在本发明所述装置1的运行状态下，原料37作为气体固体混合物经由进料流道38抵达进料口21，通过该进料口流入外壳内部，并且在那里首先进入分配室22，使得原料37在径向朝向研磨间隙36偏转之后加速。原料37在研磨间隙36中呈螺旋线形围绕轴线7向上流动，在第一加工过程中进行粉碎。

同时通过喷嘴30将工艺气体31(本情况下是冷却气体)输入到空心体25之中。工艺气体31最后流过空心体25的下边缘27，并且在通过通流间隙28之后进入环形空间29，其中与已粉碎后同样被空气送入环形空间29中并且在这里遇到工艺气体31的原料37混合。在原料37与工艺气体31混合的过程中发生相互作用，其与完成第二加工过程相关联。在本情况下，第二加工过程由骤然冷却已粉碎的原料37构成。

原料37和工艺气体31继续呈螺旋线形流过环形空间29，直至进入环形流道23并且通过排料口24将其从本发明所述的装置中抽出。

附图4所示的装置1很大程度上相当于附图1～3所示的装置。区别在于将开口41布置在上方的支承盘18中，并且空心体25以其下边缘27紧密连接到支承盘18上，为此例如可以采用滑动密封42(附图6)。以这种方式工艺气体31经由端侧敞开的空心体25通过开口41输送进入上支承盘18和下支承盘19之间的区域之中，并且在这里被转子11沿径向向外加速，在冲击板20之间经过进入研磨间隙36之中。

在该实施方式中在研磨间隙36中就已开始将工作物37与工艺气体31混合，并且在随后的环形空间29中继续混合。以这种方式同时发生第一加工过程和第二加工过程。

附图5和6公开了附图4所示装置的一种改进实施方式，给转子11增加了一个圆形的挡盘43，该挡盘平面平行地布置在上支承盘18和下支承盘19之间并且与其同心。以这种方式在上支承盘18和挡盘43之间形成圆盘形的流动空间44，工艺气体31在该流动空间中沿径向向外流入研磨间隙36的末段之中。与上述实施方式不同，原料37和工艺气体31仅仅在研磨轨道36的端部区域中混合，从而导致第一加工过程和第二加工过程在空间上和时间上重叠。

附图7涉及已述的本发明的装置的一种变型，空心体25没有空心圆柱体形状，而是呈锥形。在附图所示的实施例中，上边缘26为此具有比下边缘27更小的圆周，因此环形空间29朝向环形流道23的方向上扩大。这样就会有更多容积可供原料进入环形空间29，并且在环形空间29中的停留时间更长，从而使得第二加工过程能够持续更长时间。

附图8中所示的装置给所述装置和方法增加了一个用来在装置1之内加工物料的附加区域45，该附加区域连接在第一加工区33和第二加工区34之间。为此给转子11增加了一个附加的支承盘46，该支承盘在轴向净距离内在带有开口41的上支承盘18和下支承盘19之间同轴并且平面平行地安装在轴7上。第一加工区33的冲击板20呈王冠状分布在附加支承盘45和下支承盘19的圆周范围内，并且以可松开的方式固定在这些支承盘上。附加加工区45的加工工具47以相应的方式布置在上支承盘18和附加支承盘46上，并且又被静止的作用轨道48包围，可以根据所希望的加工方式设计所述的作用轨道。例如作用轨道48可以由冲击轨道构成，冲击轨道与发挥冲击作用的加工工具47共同构成第二粉碎级，或者作用轨道48和加工工具47产生涡流场，用来对源自第一加工区33的物料颗粒进行涂层。第二加工区34又相当于附图1～7项下所述的加工区。

为了不仅能够给附加加工区45而且也能给第二加工区34相互独立地供应在工艺上特定的工艺气体，在外壳6包围的空腔中将一个外侧圆柱形空心体25和附加地一个内侧圆柱形空心体49布置在转子11上方，这些空心体与轴线7同轴相互嵌套，并且其上端固定在出料侧壳段10上。以这种方式在两个空心体25和49之间产生内环形空间50。外空心体25以其下边缘终止在至上支承盘18的轴向净距离处，从而也形成通流间隙28，相当于附图1～3所示的实施方式。内空心体49沿径向在开口41之外紧密地连接到上支承盘18的顶面上，相当于附图4～6所示的实施方式。

本发明所述装置1的这种实施方式可允许附加的第二工艺气体流32经由内空心体49所包围的空腔并且通过开口41进入上支承盘18和附加支承盘46之间的区域中，在这里使其朝向径向偏转，并且供应给附加的加工区45。而用于第二加工区33的工艺气体流31则以已述的方式在外空心体25和内空心体49之间的内环形空间50中通过上支承盘18和外空心体25的下边缘27之间的环形通流间隙28进入第二加工区33的区域之中。附图1～7项下所做的详细说明在意义上适用于各个加工区33、34和46的物料处理和结构设计的方式。

一种相对于附图8所示的实施方式简化了的(图中没有绘出)实施方式仅仅省去了附加的加工区45。转子11在这种情况下只有一个带开口41的上支承盘18和一个下支承盘19，空心体25终止在内至上支承盘18的轴向距离处，形成通流间隙28，并且内空心体49沿径向在开口41之外紧密地连接到上支承盘18上。第一工艺气体流31经由通流间隙28进入第二加工区34，附加的第二工艺气体流32经由开口41进入两个支承盘18和19之间的区域。

显而易见，本发明并不局限于各个实施例的具体特征组合，只要对专业人士有所启发，也包括不同实施方式的各个特征的组合。

Claims (14)

1.用于加工原料(37)的装置，所述装置具有沿着轴线(7)布置的外壳(6)，所述外壳包括第一加工区(33)，在其中布置一个围绕轴线(7)旋转的转子(11)，所述转子在它的圆周上配有转子刀具(20)，所述转子刀具在保持一个径向研磨间隙(36)下与外壳(6)的内圆周上的定子刀具(35)共同作用，并且包括在原料(37)的通流方向上与第一加工区(33)连接的第二加工区(34)，并且包括用来将原料(37)供应给第一加工区(33)的进料口(38，39)，并且包括将加工好的物料从外壳(6)中排出的出料口(24)，

其特征在于，为了形成第二加工区(34)，空心体(25)被与轴线(7)同轴地布置在外壳(6)中，其外圆周在形成环形空间(29)下与外壳(6)的内圆周径向相对而置，并且在其朝向转子(11)的端部处具有至少一个开口，其中，空心体(25)可以被通入工艺气体(31)，该工艺气体可以通过所述至少一个开口供应给原料(37)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，至少一个开口由端侧敞开的空心体(25)的自由下边缘(27)构成。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，至少一个开口在与转子(11)相隔轴向净距离下布置，其中，所述净距离使得工艺气体能够沿径向通过环形空间(29)。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，空心体(25)以它的至少一个开口连接到转子(11)上，并且工艺气体(31)可以通过转子中的开口(41)沿径向供应给研磨间隙(36)。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，转子(11)具有上支承盘(18)和下支承盘(19)，在其圆周上布置转子刀具(20)，其中，所述上支承盘(18)具有用来供应工艺气体(31)的开口(41)，并且其中，一个挡盘(43)布置在上支承盘(18)和下支承盘(19)之间。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的装置，其特征在于，可以利用调整装置轴向调整空心体(25)。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的装置，其特征在于，空心体(25)的内腔相对于环形空间(29)热隔离。

8.根据权利要求1～6中任一项所述的装置，其特征在于，空心体(25)具有热交换面，尤其是肋条形式的热交换面。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的装置，其特征在于，空心体(25)具有圆柱形状。

10.根据权利要求1～8中任一项所述的装置，其特征在于，空心体(25)具有锥形形状，并且环形空间(29)在空心体(25)的轴向长度上扩大或者变窄。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的装置，其特征在于，在供料区(38，39)和/或者第一加工区(33)和/或者第二加工区(34)中布置至少一个用来喷入液体、尤其用来喷入水的喷嘴(51)。

12.根据权利要求1～11中任一项所述的装置，其特征在于，在外空心体(25)之内在形成内环形空间(50)下布置一个内空心体(49)，其中，所述外空心体(25)以其下边缘(27)终止在与上支承盘(18)相隔轴向净距离处，并且内空心体(49)以它的下边缘紧密地连接在上支承盘(18)上，其中，所述内环形空间(50)可以被通入第一工艺气体流(31)，并且在内空心体(49)之内的空腔可以被通入第二工艺气体流(32)。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，在上支承盘(18)和下支承盘(19)之间布置一个附加的支承盘(46)，并且在上支承盘(18)和附加支承盘(46)之间的装置段构成一个附加的加工区(45)，其中，所述附加加工区(45)可以被通入第二工艺气体流(32)，并且第二加工区(34)可以被通入第一工艺气体流(31)。

14.用于加工原料的方法，其中，在围绕轴线(7)旋转的粉碎刀具(20)和固定的粉碎刀具(35)之间的第一加工区(33)中粉碎原料，和其中，在第二加工区(34)中将工艺气体(31)供应给原料，其特征在于，将工艺气体(31)在径向上从靠近轴线的区域输送到第二加工区(34)远离轴线的区域之中。