CH412294A

CH412294A - Verfahren und Vorrichtung zur Feinzerkleinerung von Stoffen aus makro-molekularen Verbindungen

Info

Publication number: CH412294A
Application number: CH858163A
Authority: CH
Inventors: Josef Dipl Chem Pasteka
Original assignee: Condux Werk
Priority date: 1960-07-21
Filing date: 1963-07-10
Publication date: 1966-04-30
Also published as: US3232543A; DE1454769A1; GB974992A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Fein Zerkleinerung von Stoffen aus makro-molekularen Verbindungen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Feinzerkleinerung von Stoffen, die aus makro-molekularen Verbindungen bestehen und die auf synthetischem Wege oder durch Umwandlung von Naturprodukten entstehen. Zu ihnen gehören auch beispielsweise Thermoplaste, synthetische und natürliche Kautschuke.

Aufgrund ihrer besonderen Zähigkeit, die diese Stoffe im Zustand normaler oder je nach Material bei höheren Temperaturen haben, sind sie sehr schwierig und meist nur mit Hilfe besonderer Massnahmen zu zerkleinern, beispielsweise unter Verwendung von flüssigem Stickstoff, durch den die zu zerkleinernden Stoffe in sprödem Zustand gehalten werden.

Neben dieser Massnahme des Vermahlens mit flüssigem Stickstoff hat man auch schon versucht, dieses Problem zu lösen, indem man eine besondere Anpassung der Zerkleinerungsmaschine an die gestellte Aufgabe vornahm, und zwar derart, dass die Mahlkammer aus zwei kegelstumpfförmigen Schalen gebildet wird, die koaxial gegeneinanderstehen und von denen eine drehbar ausgebildet ist. Entgegen der Drehrichtung dieser einen Schale läuft ein Schleuderflügelrad innerhalb des Raumes, das von beiden Schalen eingeschlossen ist und aus dem das zerkleinerte Mahlgut aus einem Spalt zwischen den beiden Schalen austreten kann.

Alle diese bekannten Methoden und Vorrichtungen zur Feinzerkleinerung von Stoffen, wie sie oben genannt sind, haben jedoch noch erhebliche Nachteile. So ist ein Arbeiten unter Zusatz flüssigen Stickstoffs wegen dessen hohen Preises sehr teuer.

Desgleichen ist bei der oben kurz beschriebenen, gegenläufigen Zerkleinerungsmaschine die Energieaufnahme sehr gross, abgesehen von dem zusätzlichen konstruktiven und apparativen Aufwand an einer derartigen Maschine, um das Behandlungsgut im Kreislauf über Siebmaschinen so lange durch die Vorrichtung zu führen, bis der gewünschte Aufschlussgrad erreicht ist.

Demgemäss ist es ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem Stoffe der genannten Art in wirtschaftlicher Weise fein zerkleinert werden.

Es ist lein weiteres Ziel der Erfindung, das Verfahren so zu gestalten, dass das Mahlgut mit einer solchen Kühlgasmenge der Zerkleinerung unterworfen wird, dass es während der Zerkleinerung eine Temperatur behält, die etwa der Hälfte der Temperatur entspricht, bei der es erweichen würde.

Ferner ist es ein Ziel der Erfindung, das Mahlgut im Laufe des Zerkleinerungsverfahrens derart einer Sichteinrichtung, wie einem Sieb, zuzuführen, dass die zerkleinerten Teilchen, ohne im wesentlichen ihre natürliche Flugbahn ändern zu müssen, die sie vom Zerkleinerungselement aufgeprägt erhalten, diese Sichteinrichtung passieren können.

Schliesslich ist es ein Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der das neue Verfahren durchführbar ist und diese Vorrichtung mit Einrichtungen zur Temperaturkontrolle zu versehen, vermittels der die Materialdosierung gesteuert wird.

Was das Verfahren nach der Erfindung anbetrifft, so umfasst es folgende Verfahrens schnitte:
Vorzerkleinerung des fein zu zerkleinernden Materials auf eine Korngrösse von etwa 3-6 mm Kantenlänge, Einführung des vorzerkleinerten Materials in eine Gasströmung, wobei Material und Gas in einer Zerkleinerungsmaschine zusammengeführt und -das Gasstromvolumen derart bemessen und geregelt wird, dass die Zerkleinerung, die z.

B. vermittels eines Rotors und einem diesen Rotor umgebenden Sieb bewirkt wird, bei einer Temperatur erfolgt, die etwa auf einer Höhe gehalten wird, die der Hälfte der Temperatur entspricht, bei der das zu zerkleinernde Material erweichen würde, und schliesslich Wegführung des zweckmässig auf Korngrösse von 50-500 1x zerkleinerten Materials in absoluter Austritts-Richtung der Gasströmung etwa senkrecht und ohne Umlenkung durch die vorteilhaft den Rotor umgebende Sichteinrichtung.

Bei diesem Verfahren wird also mit Vorteil Sorge dafür getragen, dass die Zerkleinerung noch bei einem Materialzustand erfolgt, in dem es noch relativ weit von seiner Erweichung entfernt ist, so dass also keine übermässige Energieaufnahme durch das Mahlgut selbst eintritt, das ebenso vorteilhaft sofort nach ausreichender Zerkleinerung auf Korngrössen von 50-500 u aus der Mahlvorrichtung ausgetragen wird und zwar derart, dass die Teilchen ohne Umlenkung ihrer Flugrichtung senkrecht die Sichteinrichtung passieren können. Dies ist mit dem weiteren Vorteil verbunden, dass sich kein bereits ausreichend zerkleinertes Material an der Sichteinrichtung stauen kann, was zu einer Temperaturerhöhung in der Zerkleinerungsvorrichtung führen würde.

Die Vorrichtung gemäss Erfindung besitzt ein Gehäuse mit zentrischer Mahlgutaufgabeöffnung und einem in diesem Gehäuse drehbar angeordneten Rotor, der auf seinem ganzen Umfang von einer Sichteinrichtung umgeben ist.

Diese Sichteinrichtung weist die dem gewünschten Aufschlussgrad entsprechenden Durchtrittsöffnungen auf. Im Sinne der erfindungsgemässen Vorrichtung ist es wichtig, dass die in den dachförmigen Anschrägungen der Sichteinrichtung vorgesehenen Durchtrittsöffnungen in Strömungsrichtung angeordnet sind, so dass das durch den vorteilhaft hochtourig laufenden Rotor über eine zentrale Öffnung eingesogene Gas und damit das Material im wesentlichen gradlinigen Flug die Durchtrittsöffnungsebenen passieren kann, ohne dass dabei Strömungsablenkungen eintreten, welche einen zusätzlichen schädlichen Widerstand und einen möglichen Mahlgutstau zur Folge hätte, was zu einer unzulässigen Erwärmung des Materials führen würde.

Demzufolge werden Feinteile, die kleiner oder gleich gross sind, wie die Öffnungen in den dachförmigen Erhebungen der Sichteinrichtung, auf kürzestem Wege ohne nennenswerte Erwärmung und ohne einen schädlichen Materialstau zu verursachen, aus der Vorrichtung ausgetragen.

Die Zerkleinerung des Gutes findet in Form einer Prall-Schneidwirkung zwischen den Kanten der im Rotor eingelassenen Messer und den inneren Kanten der sheddachartig ausgebildeten Sichteinrichtung statt, die den ganzen Rotor umgibt. Weitere Einzelheiten und Vorteile werden nachfolgend anhand einer beispielsweisen zeichnerischen Darstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung im Zusammenhang mit dem Verfahren näher beschrieben.

In dieser Darstellung zeigt:
Fig. 1 einen Axialschnitt des Rotors,
Fig. 2 eine Einzelheit am Rotor im Schnitt
Fig. 3 eine Teilansicht des Rotors in Frontansicht und einen entsprechenden Teil der ihn umgebenden Sichteinrichtung,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des Rotors,
Fig. 5 vergrössert einen Abschnitt der Sichteinrichtung im Schnitt senkrecht zur Rotorachse gesehen,
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines Teils der Sichteinrichtung,
Fig. 7 einen Längsschnitt durch die Mühle mit den Leitungsführungen für die Dosierrinnen- und für die Ringblendensteuerung,
Fig. 8 einen Schaltplan, wenn die Zuluftregelung mit einem Stellmotor und einer Ringblende erfolgt und
Fig. 9 einen weiteren Schaltplan für Zuluft- und Mahlgutmengenregelung.

In Fig. 1 ist mit 1 die hintere Nabenscheibe, die durch Tragarme 2 mit dem vorderen Trägerring 3 verbunden ist, bezeichnet. Die radialen Schlitze 4 im Ring 3 und in der hinteren Nabenscheibe nehmen die Messer 5 auf, die durch Deckringe 7 am Rotor gehalten werden, wobei die Deckringe 7 sowohl die Aufnahmeschlitze 4 als auch den Messerfuss 6 übergreifen und damit einen festen Sitz der Messer gewährleisten.

Die vom Deckring 7 überspannte Fläche des Messerfusses 6 kann bei entsprechender Anpassung der Ringe 7 entweder parallel zur Rotorachse oder auch schräg dazu verlaufend ausgebildet sein (6, 6'), wie es beispielsweise im rechten Teil der Fig. 1 angedeutet ist. Die Messer 5 können mit rechtwinkeligen Schneidkanten ausgestattet sein, wie es Pos. 8 in Fig. 3 zeigt. Es ist aber auch möglich, je nach dem zu verarbeitenden Gut in oder entgegengesetzt zur Drehrichtung (siehe Pos. 9 und 10 in Fig. 3) angeschärfte Messer zum Einsatz zu bringen.

Die Messer 5 können auch auf ihrer Oberseite sowie ihrer Unterseite mit rechtwinkeligen Kanten versehen sein. In diesem Falle ist der Messerfuss 6" schmaler gehalten als bei den anderen Messerausführungen und von den oberen und unteren Schneidkanten gleich weit entfernt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird zur unteren Auflage des Messerfusses in dem Schlitz 4 ein Stützring 4' angeordnet.

Der ganze derart ausgebildete Rotor, der in Fig. 4 nochmals perspektivisch dargestellt ist mit seinen Messern, wird von der Sichteinrichtung 11 umgeben, deren Öffnungen 12 in sheddachartigen Anschrägungen liegen und zwar auf den Flächen, die etwa senkrecht zur absoluten Austrittsrichtung 14 stehen.

Dies ist noch besonders in den Darstellungen gemäss Fig. 5 und 6 veranschaulicht.

Das dem Rotor in geeigneter und bekannter Weise zentrisch zugeführte Material (beispielsweise durch die Einfüllöffnung 15 in Fig. 7) gelangt mit der gleichzeitig eingesaugten Luft zwischen und durch die Messer 5 in den Bereich zwischen Messer und Sichteinrichtung 11, wo es einer Prall-Schneidwirkung ausgesetzt ist. Eine Reibwirkung, die zu unzuträglichen Temperatursteigerungen führen würde, findet auf Grund der Gestaltung der Sichteinrichtung nicht statt, da die Messer in Umfangsrichtung relativ schmal sind und somit keine Reibbackeneffekte zur Folge haben können.

Auch die Sichteinrichtung 11 mit ihren sheddachartig angeordneten Flächenzügen kommt einer Reibwirkung nicht entgegen, weil sich die Teilchen in den offenen Zwickeln nicht halten können, da weiterhin der Rotor praktisch auf seinem gesamten Umfang einen freien Durchzug für das angesaugte Gasvolumen bietet und die Sichteinrichtung auch nicht teilweise wie bei anderen Einrichtungen abdeckt.

Die Arbeitstemperatur in der Vorrichtung muss ständig konstant gehalten werden. Zur Kontrolle dienen hierzu geeignete und an sich bekannte Messeinrichtungen, wie Thermoelemente 16, wobei Steuerimpulse von dieser Messeinrichtung 16 auf die Beschickungseinrichtung 17 für das Material übertragen werden und die Beschickung so regeln, dass die Temperatur konstant bleibt.

Derartige Steuereinrichtungen gewährleisten hier im Zusammenhang mit der erfindungsgemässen Rotorund Sichteinrichtungsausbildung eine optimale Aufbereitung von polymeren Stoffen zu feinem Gut, wobei die Führung der Gas- und Materialströme erfindungsgemäss von vornherein das Erreichen kritischer Temperaturen weitgehend ausschliesst, so dass immer ein Durchsatzmaximum erreichbar ist.

In Fig. 7 ist die ganze Zerkleinerungsmaschine in ihrem Gesamtaufbau dargestellt. Im Mühlengehäuse 18 ist der in Fig. 4 gezeigte Rotor fliegend auf der Welle 19 in den Lagern 20 gelagert und wird völlig von dem ebenfalls im Gehäuse 18 eingebauten Sieb 11 konzentrisch umgeben. Angetrieben wird der Rotor über die auf der Welle 19 sitzende Scheibe 21 vermittels eines Motors, der hier nicht dargestellt ist.

Die Mahlgutaufgabeöffnung 15 sitzt im Mühlengehäusedeckel 22, der im dargestellten Beispiel noch mit Zusatzluftöffnungen ausgestattet ist, die mittels einer Ringblende 24 verschlossen werden können.

Diese Ringblende 24 kann vermittels eines Stellmotors 25, wie er beispielsweise in Fig. 7 angedeutet ist, verstellt werden, so dass jeweils eine dem Mahlvorgang bzw. den dabei sich einstellenden Temperaturen angepasste Zuströmung von Luft erfolgt, wobei die Steuerimpulse, wie erwähnt, vom Thermoelement
16 geliefert werden, das in einem Zwickel des Sieb es
11 ausserhalb des Mahlraumes untergebracht ist und zwar zweckmässig im Bereich des Mahlgutaustrittsraumes 26, wie in Fig. 7 angedeutet.

In den Fig. 7-9 sind die Schaltungen und Schaltungsmöglichkeiten dargestellt. Bei allen drei Schaltungen liegt der Gleichstromkreis des Thermoelementes, das von einem Thermo-Widerstand (Heissleiterwiderstand) 16 gebildet wird, an einem Transduktor 27, an dem jeweils die Leitungen 17' für die Dosiervorrichtung 17, die Leitungen 25' für den Stellmotor 25 oder beide kombiniert (Fig. 7 und 9) angeschlossen sind.

In diesen Kreisen sind zur Einstellung der Geräte 17 und 25 Einstellwiderstände 28, 29 vorgesehen.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise und der Mahlergebnisse der erfindungsgemässen Maschine werden nachfolgende zwei Beispiele gebracht, bei denen einmal Polyäthylen, also ein weicher Kunststoff und Hart-PVC vermahlen wurden.

Beispiel I
Mahlgut- Lupolen
Aufgabegrösse 4 mm Granulat, etwa quaderför mig; als Versuchsmühle wurde eine Zerkleinerungsvorrichtung gemäss Erfindung mit einem Rotordurchmesser von 680 mm verwendet.

Als Sieb fand ein solches, wie beschrieben, mit einer Lochung von 0,8 mm Verwendung. Arbeitsdrehzahl 3100 UpM.

Die erreichte Leistung lag bei 125 kg/h. Der Kraftbedarf betrug 70 PS.

Temperatur während des Betriebes 430 C, Aussentemperatur 140 C.

Durchgesetzte Luftmenge etwa 70 m3/min.

Siebanalyse:
Rückstände in %
600 My 1,5
500 My 2,0
400 My 14,0
300 My 19,0
200 My 39,0
200 My 19,0
Beispiel II
Mahlgut Hart-PVC
Aufgabegrösse Granulat bis zu 10 mm Kantenlänge.

Versuchsmühle mit Rotordurchmesser von 680 mm.

Verwendetes Sieb: 0,5 mm Lochung.

Arbeitsdrehzahl 3100 UpM.

Erreichte Leistung 115 kg/h bei 90 Amp., 145 kg/h bei 110 Amp., im Mittel 130 kg/h.

Kraftbedarf 60 bzw. 80 PS.

Die Temperatur lag zwischen 49 und 610 C.

Die Raumtemperatur betrug 240 C.

Claims

Siebanalyse: Rückstände in % 500 My - 400 My Spuren 300 My 2,0 200 My 23,0 100 My 62,0 100 My 13,0 PATENTANSPRUCH I Verfahren zur Feinzerkleinerung von Polymerisaten, thermoplastischen Kunststoffen, synthetischen und natürlichen Kautschuken sowie Mischungen dieser Stoffe, dadurch gekennzeichnet, dass das vorher auf Korngrösse von 3-6 mm gebrachte Material in eine Gas strömung eingeführt wird, deren Stromvolumen derart bemessen und geregelt wird, dass die Zerkleinerung in der Vorrichtung des bei Raumtemperatur aufgegebenen Gutes bei einer Temperatur erfolgt, die etwa der Hälfte der Temperatur entspricht, bei der das Material erweicht, und dass das feinst aufgeschlossene Material mit dem Gas in der absoluten Austrittsrichtung dieser Gasströmung etwa senkrecht und ohne Umlenkung durch eine Sichteinrichtung geführt wird,

wobei die Regelung der Gasströmung von einem in der Vorrichtung angeordneten Temperaturfühler bewirkt wird.

UNTERANSPRUCH 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlgut derart dosiert der Vorrichtung zugeführt wird, dass die Zerkleinerung in ihr bei einer Temperatur erfolgt, die etwa der Hälfte der Temperatur entspricht, bei der das Material erweicht, wobei die Regelung der Dosierung von einem in der Vorrichtung angeordneten Temperaturfühler bewirkt wird.

PATENTANSPRUCH II Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, mit einer zur zentrischen Aufgabeöffnung hin offenen Rotortrommel und einem diese Rotortrommel umgebenden Sichtelement, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotortrommel zwischen auf ihrem Umfang angeordneten Schneid- bzw. Prallelementen (5), freie Durchgänge aufweist, und dass das den Rotor allseitig umgebende Sichtelement (11) sheddachartig ausgebildet ist, wobei die etwa senkrecht zur absoluten Austrittsrichtung (14) der Luftströmung stehenden Sichtelementflächen mit Lochungen (12) versehen sind, und dass am Sichtelement (11) mindestens ein Temperaturfühler (16) vorgesehen ist, der über Schaltelemente mit einer Dosiereinrichtung (17) und/oder einem Stellmotor (25) für eine verstellbare Ringblende (24) zur Einstellung von Gaszuströmöffnungen (23) in Verbindung steht.

UNTERANSPRÜCHE 2. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Messer (5) in radialen Schlitzen (4) mittels Deckringen (7) gehalten sind, wobei die Deckringe (7) sowohl die Aufnahmeschlitze (4) als auch den Messerfuss (6') beiderseitig übergreifen.

3. Vorrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messerfuss (6') zur Rotorachse konisch ausgebildet ist und die Deckringe (7) eine entsprechend gestaltete Auflagefläche besitzen.

4. Vorrichtung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messerfuss (6") niedriger gehalten und zu den oberen und unteren Messerkanten gleichen Abstand hat, wobei als untere Auflage des Messerfusses der Stützring (4') dient.