DE19835555A1

DE19835555A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Naßmahlen und Dispergieren von Feststoffpartikeln in Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE19835555A1
Application number: DE1998135555
Authority: DE
Inventors: Eduard Nater
Original assignee: Buehler AG
Current assignee: Buehler AG
Priority date: 1998-08-06
Filing date: 1998-08-06
Publication date: 2000-02-10
Anticipated expiration: 2018-08-07
Also published as: WO2000007731A1; EP1027161B1; EP1027161A1; AU5275699A; DE19835555B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nassmahlen und Dispergieren von Feststoffpartikeln in Flüssigkeiten mittels einer Rührwerksmühle, bestehend aus mindestens einer Mahlkörper (3) enthaltenden Mahlkammer (1) und mindestens einem Rotor (2), wobei das Mahlgut (4) über die Hohlwelle (5) oder via die Mahlkammer (1) von außen in die Mahlkammer eingeleitet wird und einmalig von innen nach außen in die Mahlkörperschüttung (3) eingeleitet wird und dann entgegengesetzt von außen nach innen die verbleibende Mahlkörperschicht durchströmt und darauf über Auslassöffnungen (11) gefördert wird. Die Vorrichtung kennzeichnet sich dadurch, dass die Zentrifugalkraft der Mahlkammer, ggf. die Verpressung der Mahlkörper und die Strömung des Mahlgutes im Gleichgewicht stehen. In der Mahlkammer (1) im Bereich der Auslassöffnungen (11) ist mindestens eine Trennvorrichtung (110) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nassmahlen von Feststoffpartikeln in Flüssigkeiten mittels einer Rührwerksmühle bestehend aus mindestens einer Mahlkörper enthaltenden Mahlkammer, mindestens einem Rotor, wobei die Mahlkammer und der Rotor mittels mindestens eines Antriebs unabhängig voneinander in Rotation versetzbar sind und das Mahlgut über eine Hohlwelle in die Mahlkammer oder via Mahlkammer von aussen in die Mahlkammer einleitbar ist.

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung ist aus der DE-AS 12 23 236 bekannt. Es handelt sich hierbei um eine Rührwerkskugelmühle, in der die Trennung des Mahlgutes vom Grobgut allein durch die Wirkung der Zentrifugalkräfte möglich ist. Das Mahlgut tritt unter Abscheidung des Grobgutes in eine Beruhigungskammer ein und danach durch eine Fantgasse aus. Statt der vorgesehenen Zentrifugalscheidung können auch oberhalb der Rührscheiben in einem Rührwerktrog zylindrische, axial verlaufende oder konisch gestaltete Trennsiebe verwendet werden. Bei dieser Anordnung wird das Mahlgut an mehreren Ebenen innerhalb des Rührwerktrogs aus diesem ausgeschieden. Demzufolge wird das Mahlgut, welches durch Siebe, die oberhalb der höchsten Rührscheiben, in Richtung des Pfeiles a nach oben gesehen, angeordnet sind, feiner vermahlt als das Mahlgut, welches durch die Siebe, die in der untersten Ebene vorgesehen sind, aus der Mahlkammer austritt.

Ein weiteres Verfahren und eine weitere Vorrichtung der erfindungsgemässen Gattung ist in der DE 39 43 765 C2 beschrieben. Die Rührwerksmühle weist einen Mahlbehälter und einen Rührwerksrotor mit vertikaler Rotorachse, zwischen denen sich ein Mahlbehälter enthaltender, rotationssymmetrischer Mahlraum befindet, auf. Das Mahlgut wird in den Mahlraum durch die Einlassöffnungen eingeführt und in einem Pumpenabschnitt, der oberhalb des Rührwerksrotors angeordnet ist, radial nach aussen bewegt. Danach läuft das Mahlgut um den Aussenumfang des scheibenförmigen Rührwerksrotors herum durch und wird anschliessend allgemein wieder radial nach innen zu einem Umlaufabschnitt geführt. Nachteilig bei dieser Ausführungsform ist der lange Weg des Mahlguts, von der Einlassöffnung durch die Pumpenabschnitte oberhalb des Rotors, die Beruhigungsabschnitte unterhalb des Rotors bis entweder zu einem Sieb, der unterhalb der Beruhigungsabschnitte angeordnet ist, oder zu dem oben erwähnten Umlaufabschnitt. Das unterhalb der Verfahrenszone angeordnete Sieb kann durch die schweren, aus dem Schüttgutstrom ausgeschiedenen Grobteilchen verstopft werden.

In der DE 196 14 295, von der die vorliegende Erfindung ausgeht, wird das Mahlgut nach Durchströmen der Mahlkörperschicht über Auslassöffnungen aus der Mahlkammer weggeschleudert und gelangt anschliessend in einen Auffangbehälter. An der Aussenseite der Mahlkammer sind über den Auslassöffnungen abschirmende, zu der Behälterwand geöffnete Abdeckungen angebracht, die bis zum Umfang der Mahlkammer reichen, so dass das Mahlgut infolge der Zentrifugalkräfte nach aussen spritzen kann. Als nachteilig hat sich erwiesen, dass infolge der starken Zentrifugalkräfte innerhalb der Mahlkammer zu grosser Verschleiss eintritt

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin die Nachteile des Standes der Technik zu verringern, d. h. Vereinfachung der Prozessführung, Vermeidung der teuren Kühlvorrichtungen in der eigentlichen Mahlvorrichtung und die Anwendbarkeit auf ein möglichst breites Spektrum des zu verarbeitenden Mahlgutes.

Ferner liegt die Aufgabe der Erfindung insbesondere darin, die Verpressung der Mahlkörper zu optimieren und damit den Verschleiss aller sich drehenden Teile zu reduzieren. Durch Optimieren der Verpressung wird auch ein hoher Vermahlungsgrad erreicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die in der Mahlkammer befindlichen Mahlkörper in Richtung steigenden Radius stark komprimiert werden, wobei das Mahlgut einmalig entgegengesetzt von aussen nach innen die verbleibende Mahlkörperschicht durchströmt und lockert, und darauf über Auslassöffnungen nach aussen geschleudert wird. Die Erfinder haben aufgrund zahlreicher Untersuchungen erwiesen, dass ein optimal zermahlenes, homogenes Mahlgut aus der Mahlkammer austreten wird, wenn die Zentrifugalkraft der Mahlkammer ggf. die Verpressung der Mahlkörper und die Strömung des Mahlgutes so miteinander abgestimmt sind, dass sie im Gleichgewicht stehen. Ferner hat sich als vorteilhaft erwiesen. In der Mahlkammer unterhalb der Auslassöffnungen Trennvorrichtungen anzuordnen. Die Öffnungen der Siebe werden so abgestimmt, dass nur das Mahlgut mit den vorherbestimmten Durchmesserverteilungen gefördert wird, und dass die kugeligen Mahlkörper in dem konischen Bereich der Mahlkammer verbleiben.

Diese Abstimmung wird mit den Merkmalen der Ansprüche 3 und 4 gelöst. Die Zentrifugalkraft der Mahlkammer ist eine Funktion der Drehzahl der Trommel und ist in Abhängigkeit des Drehmomentes der Welle geregelt. Demgegenüber ist die Strömungskraft des Mahlgutes eine Funktion von Volumenstrom und Viskosität des Mahlgutes und ist ebenfalls in Abhängigkeit des Drehmomentes der Welle geregelt.

Vorteilhaft liegt die Trennvorrichtung im Zentrifugalfeld, so dass Grobteilchen, die nicht nach aussen weggeschleudert werden, automatisch im Zentrifugalfeld verbleiben und in den Zerkleinerungsprozess miteinbezogen werden. Dieser Effekt kann mit der Siebanordnung in der DE 39 43 765 C2, die unterhalb der Verfahrenszone vorgesehen ist, nicht erreicht werden.

Zweckmässig ist die Trennvorrichtung drehend an der Mahlkammer, ggf. dem Rotor angeordnet.

Vorteilhaft ist die Rührwerksmühle direkt in einem Auffangbehälter für das Mahlgut angeordnet oder mit einer Leitungsanordnung verbunden.

Zweckmässig wird in der Mahlkammer ein Zentrifugalfeld gebildet, dessen Dimensionen derart sind, dass das Verhältnis seiner radialen Länge zur axialen Höhe im Bereich grösser als 4 : 1 liegt.

Vorteilhaft ist die Mahlkammer vertikal stehend oder horizontal liegend angeordnet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und ihren Kombinationen.

Zur Stützung der Ansprüche werden im folgenden einige Ausführungsbeispiele anhand von Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittzeichnung der Rührwerksmühle

Fig. 2 ein Beispiel einer Trennvorrichtung

Fig. 3 schematisch ein Zentrifugalfeld in einer Mahlkammer

Fig. 4 eine Leitungsanordnung der erfindungsgemässen Vorrichtung.

Fig. 1 stellt eine Schnittansicht einer erfindungsgemässen Rührwerksmühle dar. Die Rührwerksmühle besteht aus einer Mahlkammer 1 mit einem Rotor 2. Die Mahlkammer 1 wird über einen Antrieb 8' und eine Hohlwelle 5' angetrieben. In der Hohlwelle 5' befindet sich eine weitere Hohlwelle 5 für den Rotor 2 der über den Antrieb 8 angetrieben wird. Die Mahlkammer 1 ist mit Mahlkörpern 3 gefüllt. Das Mahlgut 4 gelangt durch die Hohlwelle 5, durch die seitlichen Öffnungen 39 der Hohlwelle 5, durch die Hohlräume 26 im Rotor 2 in die Mahlkammer 1. Das Mahlgut 4 gelangt anschliessend am Umfang des Rotors 2 durch die Mahlkörper 3 in den Innenraum der Mahlkammer 1. Am oberen Ende der Mahlkammer 1 befinden sich Öffnungen 11, die als Austrittsöffnungen für das behandelnde Mahlgut dienen. An der Aussenseite der Mahlkammer 1 sind über den Öffnungen 11 abschirmende Abdeckungen 30 angebracht, die bis zum Umfang der Mahlkammer 1 reichen, so dass das Mahlgut infolge der Zentrifugalkräfte nach aussen spritzen kann.

Unterhalb der Auslassöffnungen 11 sind Trennvorrichtungen (Siebe) 110 an der inneren Wand der Mahlkammer 1 angeordnet. Diese Trennvorrichtungen 110 liegen in einem Zentrifugalfeld 70, das in der Mahlkammer 1 zwischen der inneren Wand der Mahlkammer und der äusseren Wand des Rotors 2 gebildet wird. Die Öffnungen der Siebe (nicht gezeigt) sind so abgestimmt, dass nur das Mahlgut 4 mit den vorherbestimmten Durchmesserverteilungen gefördert wird, wobei die kugeligen Mahlkörper 3 und die Grobteilchen in der Mahlkörperschicht in der Mahlkammer verbleiben. Damit werden die Grobteilchen in den Zerkleinerungsprozess automatisch miteinbezogen.

Die ganze Rührwerksmühle ist direkt in einem Auffangbehälter 14 angeordnet. Dieser kann mit einer Kühlung (nicht gezeigt) versehen sein. Mittels einer Pumpe wird das Mahlgut 4 über eine Leitung aus dem Auffangbehälter 14 in einen Kreislauf durch den Prozess geführt.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Mahlgut 4 gelangt via Mahlkammer 1 durch die Einlassöffnungen 122 in die Mahlkammer und verlässt diese durch die seitlichen Öffnungen 39 an der Hohlwelle 5. Die Trennvorrichtungen 110 sind drehend an dem Rotor 2 und innerhalb der Mahlkammer angeordnet.

Fig. 3 zeigt schematisch das Zentrifugalfeld 70, das zwischen der Mahlkammer 1 und dem Rotor 2 gebildet wird. Die Zentrifugalkraft der Mahlkammer Z_M ggf. die Verpressung der Mahlkörper K_V und die Strömung des Mahlgutes K_ST sind so miteinander abgestimmt, dass sie im Gleichgewicht stehen.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Rührwerksmühle, die mit einer Leitungsanordnung 121 verbunden ist. Die Auslassöffnungen 11 an der Mahlkammerwand und die Trennvorrichtungen 110 sind oberhalb und unterhalb des Rotors 2 vorgesehen. Darüber hinaus ist eine Kreisfahrweise möglich, was mit den gerichteten Pfeilen in Fig. 4 angedeutet wird. In der Verfahrenszone können Rührwerkzeuge 6 an der Mahlkammer 1 und am Rotor 2 vorhanden sein.

Bezugszeichenliste

1

Mahlkammer

2

Rotor

3

Mahlkörper/Mahlkörperschüttung

8

,

8

' Antriebe

4

Mahlgut

5

,

5

' Hohlwellen

11

Auslassöffnungen in der Mahlkammer
Z_M

Zentrifugalkraft
K_V

Verpressung der Mahlkörper
K_ST

Strömung des Mahlgutes

110

Trennvorrichtung (Siebe)

70

Zentrifugalfeld (Verfahrenszone)

43

,

43

' Bremseinrichtungen

122

Einlassöffnungen in der Mahlkammer

26

Hohlräume im Rotor

39

seitliche Öffnungen an der Hohlwelle

14

Auffangbehälter

121

Leitungsanordnung

30

Abdeckungen

6

Rührwerkzeuge

Claims

1. Verfahren zum Nassmahlen und Dispergieren von Feststoffpartikeln in Flüssigkeiten mittels einer Rührwerksmühle bestehend aus mindestens einer Mahlkörper (3) enthaltenden Mahlkammer (1), mindestens einem Rotor (2), wobei die Mahlkammer (1) und der Rotor (2) mittels mindestens eines Antriebs (8, 8') unabhängig voneinander in Rotation versetzbar sind und das Mahlgut (4) über eine Hohlwelle (5) oder via Mahlkammer (1) von aussen in die Mahlkammer (1) eingeleitet wird, wobei die in der Mahlkammer (1) befindlichen Mahlkörper (3) durch die Rotation der Mahlkammer (1) komprimiert werden, dass der Rotor (2) in Rotation versetzt wird, wobei die Drehrichtungen der Mahlkammer (1) und des Rotors (2) gleichsinnig oder gegensinnig verlaufen, und dass der Rotor (2) konstant schneller, konstant langsamer, alternierend langsamer oder schneller dreht oder gleich schnell dreht als die Mahlkammer (1), wobei das Mahlgut (4) einmalig von innen nach aussen in die Mahlkörperschüttung (3) eingeleitet wird, dann entgegengesetzt von aussen nach innen die verbleibende Mahlkörperschicht durchströmt und darauf über Auslassöffnungen (11) gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifugalkraft der Mahlkammer Z_M, ggf. die Verpressung der Mahlkörper K_V und die Strömung des Mahlgutes K_ST so miteinander abgestimmt sind, dass sie im Gleichgewicht stehen, und dass die Mahlkörper (3) vor dem Austritt über die Auslassöffnungen (11) von dem Mahlgut (4) in mindestens einer Trennvorrichtung (110) getrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Zentrifugalfeld (70) ein Wirbelbett aus komprimierten Mahlkörpern (3) und dem diese durchströmenden Mahlgut (4) gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrifugalkraft der Mahlkammer Z_M, ggf. die Verpressung der Mahlkörper K_V eine Funktion der Drehzahlen ist/K_V = f (Drehzahl Trommel)/und in Abhängigkeit des Drehmomentes der Welle (5, 5') geregelt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskraft K_ST des Mahlgutes (4) eine Funktion von Volumenstrom und Viskosität des Mahlgutes ist/K_ST = F (Volumenstrom + Viskosität)/und in Abhängigkeit des Drehmomentes der Welle (5) geregelt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Voneinandertrennen von den Mahlkörpern (3) und dem Mahlgut (4) durch mindestens ein Sieb (110), das im Zentrifugalfeld liegt, erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebe (110) drehend an der Mahlkammer (1), ggf. dem Rotor (2) angeordnet sind.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebe (110) durch das Zentrifugalfeld (70) entlastet sind.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehgeschwindigkeit der Mahlkammer (1) und/oder des Rotors (2) periodisch zunächst stetig zunimmt und nach einer gewissen Zeitdauer plötzlich mittels separater Bremseinrichtungen (43, 43') abgebremst wird, wobei dabei die Mahlkammer (1) bei drehendem Rotor (2) oder der Rotor (2) bei drehender Mahlkammer (1) in Ruhe sein können.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) gegenüber der Mahlkammer (1) exzentrische Bewegungen durchführt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) schwingend gelagert ist.

11. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlkammer (1) vertikal angeordnet ist und im unteren Teil zur Aufnahme der Mahlkörper konisch verläuft.

12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlgut (4) über die geschlossene Hohlwelle (5) in radialer Richtung durch den Rotor (2) in die Mahlkammer (1) nach unten geleitet wird.

13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlgut (4) via Mahlkammer (1) durch die Einlassöffnungen (122) von aussen eingeleitet wird.

14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren kaskadenartig betrieben wird, in der Weise, dass mehrere Mahlkammern (1, 1', 1'') mit mehreren Rotoren (2, 2', 2'') übereinander bzw. nebeneinander angeordnet sind.

15. Verfahren nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Produktstrom für ein bestimmtes Zeitintervall in die Mahlkammer (1) zugeführt wird, und dass anschliessend die Produktzufuhr für ein bestimmtes Zeitintervall gestoppt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Zeitintervalls die Drehzahlen von Rotor (2) und die Mahlkammer (1) gleich oder nahezu gleich sind und während eines anderen Zeitintervalls die Drehzahlen von Rotor (2) und Mahlkammer (1) unterschiedlich sind.

17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche zum Nassmahlen und Dispergieren von Feststoffpartikeln in Flüssigkeiten bestehend aus einer Rührwerksmühle mit Mahlkörper (3) enthaltenden Mahlkammer (1), einem Rotor (2), wobei die Mahlkammer (1) und der Rotor (2) mittels mindestens eines Antriebs (8) unabhängig voneinander in Rotation versetzbar sind und das Mahlgut (4) über eine Hohlwelle (5) in die Mahlkammer (1) oder durch die Einlassöffnungen (122) in der Mahlkammer (1) einleitbar ist, wobei der Rotor (2) scheibenförmig ausgebildet ist und Hohlräume (26) zur Austragung des Mahlgutes (4) aufweist und an der Hohlwelle (5) angeordnet ist, wobei die nach unten geschlossene Hohlwelle seitliche Öffnungen (39) aufweist, die in die Hohlräume (26) führen und wobei die Mahlkammer (1) Auslassöffnungen (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mahlkammer (1) nahe der Auslassöffnungen (11) mindestens eine Trennvorrichtung (110) vorgesehen ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Rührwerksmühle in einem Auffangsbehälter (14) für das Mahlgut (4) angeordnet ist oder direkt mit einer Leitungsanordnung (121) verbunden ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Mahlkammer (1) und dem Rotor (2) ein Zentrifugalfeld (70) gebildet wird, dessen Dimensionen derart sind, dass das Verhältnis seiner radialen Länge L zur axialen Höhe H im Bereich grösser als 4 : 1 liegt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) gegenüber der Mahlkammer (1) exzentrisch gelagert ist.

21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mehrere übereinander oder nebeneinander an der Hohlwelle (5) kaskadenförmig angeordnete Mahlkammern mit Rotoren aufweist.

22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlkammer (1) zylindrisch, konisch oder doppelkonisch ausgebildet ist.

23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlkammer (1) und/oder der Rotor (2) eine Kühlung aufweisen.

24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlkammer (1) vertikal stehend oder horizontal liegend angeordnet ist.