BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen eines aus einer Mühle, insbesondere einer Rührwerksmühle, kommenden Fluidgemisches aus gemahlenem, dispergiertem Produkt und Mahlkörpern, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bei Rührwerksmühlen, gelegentlich aber auch bei Trommelmühlen mit Mahlkörperfüllung entsteht das Problem, dass am Ausgange der Mühle ein Fluidgemisch aus gemahlenem, dispergiertem Produkt und Mahlkörpern vorliegt, von welch letzteren das erstere zu trennen ist. Im allgemeinen ist dabei das Mahlgut in einer Trägerflüssigkeit suspendiert, es ist aber auch bereits vorgeschlagen worden, das Mahlgut in einem Gasstrom zu dispergieren.
Nun ist aus der DE-OS 3 038 794 bereits eine Rührwerksmühle bekannt geworden, bei der die Mahlkörper - im allgemeinen Mahlkugeln - in einem Kreislauf ausserhalb des Mahlbehälters geführt sind und die Trennung von Mahlkörpern und Mahlgut auch ausserhalb des Mahlraumes erfolgt. Durch eine derartige Kreislaufführung können verschiedene Probleme, wie etwa die Vergleichmässigung des Mahlkörperdruckes innerhalb des Mahlbehälters, leichter beherrscht werden. Bei dieser bekannten Ausführung war für den Trennvorgang ein Rüttelsieb vorgesehen, über das die Mahlkugeln abrollten, während die Produktsuspension das Sieb durchlief. Das Rüttelsieb war nach oben zu offen, was zur teilweisen Verdunstung der Trägerflüssigkeit bzw.
allenfalls darin enthaltenen Lösungsmittels führte. Damit aber ergab sich aber eine unerwünschte Verdickung, wobei u. a. das Sieb trotz des günstigen Reinigungseffektes durch das Abrollen der Kugeln an der Oberfläche, leichter verklebte. Auch für das Endprodukt war dieser Verdunstungsvorgang unerwünscht.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die bevorzugt zur Aussentrennung im obigen Sinne einsetzbar ist, obwohl der Anwendungsbereich darauf nicht beschränkt sein soll, und wobei es ermöglicht werden soll, eine vollständige Abtrennung auch in einem weitgehend geschlossenen System zu erzielen.
Erfindungsgemäss gelingt dies dadurch, dass dem Strom des Fluidgemisches ein Strom eines Verdrängerfluids zugeführt wird, durch den nahezu ausschliesslich die Produktdispersion abgedrängt wird. Da die Mahlkörper im Vergleich zu den Mahlgutpartikeln eine verhältnismässig grosse Masse besitzen, werden sie bei entsprechender Einstellung von Druck und Geschwindigkeit des Stromes des Verdrängerfluides aus ihrer Bahn kaum bzw nur geringfügig abdrängbar sein, wogegen das fertig gemahlene und dispergierte Produkt aus den Zwischenräumen zwischen den Mahlkörpern verdrängt wird und dann verhältnismässig leicht separat abführbar ist. Das Verdrängerfluid kann prinzipiell auch gasförmig sein, ist aber zweckmässig von einer Flüssigkeit gebildet.
Es kann nun der Strom des Verdrängerfluids in einer vom Strom des Fluidgemisches abweichenden Richtung geführt sein, so dass beispielsweise die beiden Ströme unter einem Winkel aufeinander treffen. Hierbei ist allerdings Druck und Geschwindigkeit sowie Menge der beiden Ströme genau zu kontrollieren, um das Verdrängen entsprechend steuern zu können. Es ist daher besonders günstig, wenn beide Ströme im wesentlichen parallel zueinander geführt werden.
Wenn dabei die Ströme auch noch von einander abweichende Richtungen besitzen, so kommt man zu einer bevorzugten Ausführung, bei der der Strom des Verdrängerfluids dem Strom des Fluidgemisches im wesentlichen entgegengerichtet wird. Die Verdrängung erfolgt dann in aller Regel quer zu dieser Strömungsführungsrichtung.
Um die Verdrängungswirkung zu verbessern ist es vorteilhaft, wenn der Strom des Verdrängerfluides mit grösserer Energie geführt wird, als der Strom des Fluidgemisches, insbesondere grösseren Druck besitzt. Wie anhand eines Ausführungsbeispieles später gezeigt und beschrieben wird, sind zur Vergrösserung des Druckes des Verdrängerfluids man cherlei Anordnungen zweckmässig, beispielsweise die Anordnung eines Rückehalteventiles, wie es zur Vergrösserung des Druckes auch bei Schneckenpumpen verwendet wird. Selbstverständlich mögen aber auch all jene Anordnungen verwendet werden, die für diesen Zweck herkömmlich sind, wie beispielsweise sich verengende Kanäle usw.
Eine weitere Massnahme zur Verbesserung der Verdrängungwirkung und zur Vermeidung einer Vermischung besteht darin, dass die beiden Ströme hinsichtlich Viskosität und/oder Temperatur und/oder spezifischem Gewicht unterschiedlich sind.
Im Prinzip mag als Verdrängerfluid jedes beliebige Fluid verwendet werden, also auch gegebenenfalls ein gasförmiges, insbesondere dann, wenn das Mahlgut auch in einem gasförmigen Träger dispergiert ist. Zweckmässig ist es in jedem Falle, wenn als Verdrängerfluid eine Dispersion frischen, ungemahlenen Produktes zugeführt wird, das sich dann gleich mit den vom gemahlenen Produkt abgetrennten Mahlkörpern mischt. Es versteht sich, dass es dann vorteilhaft ist, wenn die Mahlkörper im Kreislauf durch die Mühle geführt werden, d. h. im wesentlichen eine Aussentrennung ausserhalb des eigentlichen Mahlraumes durchgeführt wird.
Eine Trennvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist zweckmässig die Merkmale des Anspruches 7 auf.
Im bevorzugten Falle wird nur eine Leitung für das Verdrängerfluid und die Mahlkörper vorgesehen sein, wenn nämlich das Verdrängerfluid von einer Dispersion frischen, ungemahlenen Produktes gebildet wird. Ist dies hingegen nicht der Fall, so wird man im allgemeinen dafür Sorge tragen, dass sich Verdrängerfluid und Mahlkörper mit Sicherheit entmischen, was besonders leicht bei Verwendung eines gasförmigen Verdrängerfluides geschehen kann. In diesem letzteren Falle wird aber dann für das Verdrängerfluid und die Mahlkörper jeweils wenigstens eine Leitung notwendig sein.
Gegebenenfalls kann aber auch dann die Separierung mit Hilfe einer Zentrifuge o. dgl. erfolgen.
Weitere Einzelheiten ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigt die
Fig. 1 eine bekannte Rührwerksmühle mit einer Trennvorrichtung nach dem Verdrängerprinzip, zu welch letzterer die
Fig. 2 und 3 Ausführungsvarianten veranschaulichen.
Die Rührwerksmühle 1 im unteren Teil der Fig. 1 ist aus der eingangs genannten DE-OS an sich bekannt, weshalb sie nachstehend nur kurz beschrieben werden soll. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass sie mit all jenen Einrichtungen ausgestattet sein kann, die in der genannten DE-OS erwähnt sind.
Nach der Zeichnung sind der Rotor 11 und der Stator 12 einer Rührwerksmühle mit horizontal liegender Achse 21 angeordnet. Die Welle 38 des Rotors 11 ist beidseits in Drehlagern 36, 37 gelagert. Zwischen den Lagern 36, 37 und der Stirnfläche des Rotors 11 bzw. des Stators 12 befinden sich nur schematisch angedeutete Ringdichtungen 39, 40, welche dazu beitragen, den zwischen Rotor und Stator vorgesehenen Mahlraum 13 gegenüber der umgebenden Atmosphäre abzudichten.
Der Rotor 11 und der Stator 12 sind kegelstumpfförmig ausgebildet. Das eine Ende der Rotorwelle 38 ist mittels eines hydraulischen Kolbens 41 in einem Hydraulikzylinder 42 axial vrschiebbar gelagert, derart, dass der Rotor 11 relativ zum Stator 12 zwecks Veränderung der Mahlspaltbreite axial relativ zueinander verstellt werden kann. Eine an den Hydraulikzylinder 42 angeschlossene Druckvorrichtung 43 dient dazu, die beiden Zylinderräume so mit Druck zu beaufschlagen, dass eine gewünschte Position des Rotors 11 relativ zum Stator 12 eingestellt wird. Über eine gestrichelt angedeutete Steuerleitung 44 ist die Druckvorrichtung 43 mit einem Steuergerät 31 verbunden, welches einen Steuerknopf 34 aufweist, mit dem eine bestimmte Position des Hydraulikkolbens 41 in dem Hydraulikzylinder 42 und damit eine bestimmte Weite des Mahlspaltes eingestellt werden kann.
Das Steuergerät 31 ist auch über eine weitere, gestrichelt angedeutete Steuerleitung 45 mit dem Antriebsmotor 46 des Rotors 11 so verbunden, dass durch Verstellen eines weiteren Einstellknopfes 35 am Steuergerät 31 die Drehzahl des Motors 46 verändert werden kann. Auf diese Weise kann auch die Drehzahl des über einen Treibriemen 47 an den Motor 46 angeschlossenen Rotors 11 auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
Vorzugsweise ist im Inneren des Rotors 11 ein Innenküh ler 48 und am Stator 12 ein Aussenkühler 49 vorgesehen.
Einer Leitung 55 wird durch eine Pumpe 56 das zu vermahlende Gut 54 in Form einer Dispersion zugeführt. Das frische Mahlgut 24 gelangt dabei durch einen Trichter 57 in die Eintrittsseite der Pumpe 56. Die Pumpe 56 wird von einem Motor 58 angetrieben, welcher gegebenenfalls ebenfalls von dem Steuergerät 31 aus über die Steuerleitung 61 in seiner Drehzahl geregelt werden kann.
Innerhalb des Mahlraumes 13 befindet sich ein Mahlgut Mahlkörper-Gemisch 19, welches bei Drehung des Rotors 11 durch die Rührwerkzeuge oder lediglich durch Wandreibung in eine kontinuierliche Bewegung versetzt wird, wodurch die Mahlkörper 26 auf das Mahlgut einen zerkleinernden Einfluss ausüben. Das Mahlgut-Mahlkörper-Gemisch 19 wird über eine Ausgangsleitung 17 am verbreiterten Ende des Mahlbehälters 12 abgeführt, wobei innerhalb der Leitung nötigenfalls eine, z.B. über das Steuergerät 31 regelbare, Pumpe vorgesehen sein kann.
Es hat sich aber gezeigt, dass eine solche Pumpe innerhalb der Leitung 17 nicht erforderlich ist, weil eine Schnekkenpumpenanordnung 114 in die dargestellte Trennvorrichtung 18 integriert ist. Diese Schneckenpumpenanordnung 114 umfasst mehrere Schneckengänge 50, 151, 251, die eine gemeinsame geometrische Achse 63 besitzen. Für den Antrieb der Schneckenanordnung 114 kann ein gesonderter Motor vorgesehen sein, wie es auch möglich ist, gesonderte Antriebe für die Schnecke 50 einerseits und die Schnecken 151, 251 anderseits vorzusehen. Gegebenenfalls kann übrigens wenigstens einer der Schneckengänge 50, 151, 251 entfallen, doch muss jedenfalls dafür Sorge getragen werden, dass das Fluidgemisch 19 im dargestellten Kreislauf in Bewegung bleibt.
Der Antrieb für die Schneckenanordnung 114 wird besonders vereinfacht, wenn der Motor 46 für den Antrieb der Rührwerksmühle auch für die Schneckenanordnung 114 herangezogen werden kann. Zu diesem Zwecke ist eine Riemenverbindung 147, 247 vorgesehen, wobei zweckmässig zwischen beiden Riemen 147, 247 ein an sich bekanntes Variator-Getriebe 62 vorgesehen ist, um die Drehgeschwindigkeit der Schneckenanordnung 114 unabhängig von der Geschwindigkeit des Rotors 11 regeln zu können. Die Regelung des Variator-Getriebes 62 erfolgt dabei über das Steuergerät 31, dem über eine Eingabetastatur 132 die gewünschten Soll Werte eingebbar sind, und das mit dem Getriebe 62 über eine Steuerleitung 65 verbunden ist.
Sollte es erwünscht sein, die Drehzahl der Schnecke 50 unabhängig von den Schnekkengängen 151, 251 zu regeln, so wäre hierfür eine gesonderte Variationsmöglichkeit (gesonderter Motor, Variatorgetriebe) vorzusehen.
Wie ersichtlich, besitzen die beiden Schneckengänge 151, 251 eine unterschiedliche Ganghöhe. Während also die Schnecke 151 das Fluidgemisch 19 relativ rasch fördert, erfolgt im Bereiche der Schnecke 251 eine Verlangsamung der Fördergeschwindigkeit, was zu einer Verdichtung der Mahl körper 26 führt. Um der Dispersion des fertig gemahlenen Produktes ein Ausweichen zu ermöglichen, ist innerhalb des Schneckengehäuses 115 ein Siebabschnitt 122 eingebaut, der einen Teil der Dispersion aus fertig gemahlenem Produkt in einen Ringraum 66 austreten lässt.
Dieser Ringraum 66 steht mit einem Zweig 160 einer Abfuhrleitung 60 für das fertig gemahlene und dispergierte Produkt in Verbindung. Für das Verdichten der Kugelpackung sollen vorzugsweise wenigstens zwei Gänge der Schnecke 251 vorgesehen sein.
Selbstverständlich kann über den Siebabschnitt 122 nur ein Teil der Dispersionsflüssigkeit abgeführt werden, wogegen ein weiterer Teil zufolge von Adhäsionskräften zwischen den Mahlkörpern 26 verbleibt und durch die Schnecke 251 weitergefördert wird. Um daher diesen Rest an fertig gemahlenem Produkt aus dem Fluidgemisch abzutrennen, ist die Zufuhrleitung 55 mit einer Dreheinführung 64 am anderen Ende der Schneckenwelle 67 verbunden. Dieses (bezogen auf Fig. 1) linke Ende der Schneckenwelle 67 ist dementsprechend über die gesamte Länge der Schnecke 50 hohl ausgebildet. Dieses hohle Ende der Schneckenwelle 67 mündet in einen Siebabschnitt 322 durch dessen Öffnungen die zugeführte Dispersion 24 im Sinne der Pfeile 68 austreten kann.
Durch die Zufuhr frischen, ungemahlenen Produktes 24 in das Innere der Trennvorrichtung 18 bzw. des Schneckengehäuses 115 wird das zwischen den kompaktierten Mahlkugeln 26 verbliebene Fluid verdrängt, wobei sich eine im Querschnitt annähernd parabelförmige Trennlinie 69 ergibt.
Um aber dem fertig gemahlenen Produkt Gelegenheit dazu zu geben. verdrängt zu werden, ist das Schneckengehäuse 151 mit einem weiteren Siebabschnitt 222 versehen, durch den die Dispersion fertig gemahlenen Produktes nach aussen in einen Ringraum 166 austreten kann, der mit einem weiteren Zweig 260 der Abfuhrleitung 60 verbunden ist.
Die Verdrängung der Dispersion fertig gemahlenen Produktes wird noch dadurch unterstützt, dass sie aufgrund der mechanischen Energie innerhalb des Mahlraumes 13 im allgemeinen eine höhere Temperatur besitzt als das frisch zugeführte Mahlgut 24 und somit auch eine geringere Viskosität.
Selbstverständlich ist auch das spezifische Gewicht aufgrund der unterschiedlichen Temperaturen etwas verschieden, und all diese Faktoren tragen dazu bei, dass es kaum zu einer Vermischung der beiden Fluide kommt, so dass tatsächlich durch die Abfuhrleitung 60 nur das fertig gemahlene Produkt abgeführt wird. Gewünschtenfalls können allerdings zusätzliche Massnahmen getroffen werden, um einen grösseren Unterschied der genannten Faktoren zu erzielen.
Während nun die als Verdrängerfluid fungierende Frischdispersion 24 gemäss den Pfeilen 68 aufgrund des entgegenströmenden Fluidgemisches 19 umgelenkt wird und dann am linken Ende des Schneckengehäuses 151 über eine Eingangsleitung 16 wiederum der Rührwerksmühle 1 zugeführt wird. werden die Mahlkörper 26 durch die Siebabschnitte 222. 322 parallel zur Achse 63 der Schneckenanordnung 114 im Sinne der Pfeile 70 weitergeschoben und vermischen sich daher ohne weiteres mit der neu zugeführten Mahlgutdispersion 24, wobei die Schnecke 50 zur besseren Durchmischung beiträgt. Somit erhält die Rührwerksmühle 1 über die Eingangsleitung 16 erneut ein Fluidgemisch 19.
Fig. 2 zeigt als Variante eine Trennvorrichtung 118, bei der an ein Schneckengehäuse 215 für die Schnecke 251 ein Verbindungsabschnitt 218 angeschlossen ist. Unmittelbar an diesen Verbindungsabschnitt 218 ist die zur Rührwerksmühle führende Eingangsleitung 116 angeschlossen. Innerhalb des Verbindungsabschnittes 218 ist ein Lagerkörper 71 angeordnet. der gegebenenfalls durch (nicht dargestellte) sternförmige Arme innerhalb des Abschnittes 218 zentriert sein kann. Der Lagerkörper 71 mag innerhalb der Eingangsleitung 116 durch beliebige Mittel befestigt sein. An seiner oberen Stirnseite besitzt er ein Lager 72 für die Schneckenwelle 167, die an dieser Stelle endet. Die Art der Lagerung der Schneckenwelle 167 wäre bei Zweiteilung der Schneckenwelle 67 in Fig. 1 gegebenenfalls analog anwendbar.
In jedem Falle kann es sinnvoll sein, durch vorspringende und ineinandergreifende Flächenabschnitte des Stirnendes der Schneckenwelle 167 und des Lagers 72 eine Art Labyrinthdichtung zu bilden bzw. allenfalls an dieser Stelle eine Gleitringdichtung vorzusehen.
Die Schnecke 251, der wie in Fig. 1 ein Schneckengang 151 grösserer Ganghöhe vorgeschaltet sein kann, fördert das Fluidgemisch 19 in den Verbindungsabschnitt 218. An diesem Verbindungsabschnitt 218 ist - im Querschnitt etwa sternförmig - eine Anzahl von Verzweigungen einer Zufuhrleitung 155 für frische Mahlgutsuspension 24 angeschlossen. Auch hier wirkt diese Mahlgutsuspension als Verdrängerflüssigkeit, denn soweit die Dispersion fertig gemahlenen Produktes nicht schon vor der Einmündung der Zufuhrleitungen 155 über einen sich am Lagerkörper 71 zwischen dessen Lager 72 und einem Rohrabschnitt 73 zwischen einzelnen Rippen 74 erstreckenden Siebabschnitt 422 abgeflossen ist, erfolgt eine Verdrängung im Sinne der Pfeile 75 durch im Sinne der Pfeile 68 strömende Mahlgutsuspension 24 in das Innere des Rohrabschnittes 73.
Auch hier erfährt der Strom der Verdrängerflüssigkeit 24 entsprechend den Pfeilen 68 eine Umlenkung, doch ist diese nicht wie in Fig. 1 ausschliesslich durch Führungseinrichtungen definiert, vielmehr wird sich die genaue Form der Ablenkungskrümmung auch in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit und des Druckes der Flüssigkeit 24 ergeben. Bei seitlicher Einführung der Verdrängerflüssigkeit 24 sind daher diese Parameter stärker unter Kontrolle zu halten, um einerseits zu vermeiden, dass unvermahlenes, dispergiertes Gut 24 in das Innere des Rohrabschnittes 73 gelangt bzw. damit nicht bei zu geringem Energieinhalt der Verdrängerflüssigkeit 24 bereits gemahlenes Produkt in die Eingangsleitung 116 fliessen kann.
Mit dem Inneren des Rohrabschnittes 73 ist ein Abfuhrstutzen 60 verbunden, über den das gemahlene Produkt beispielsweise in einen Behälter abführbar ist. Es ist ersichtlich, dass im Gegensatz zu Fig. 1 die Anordnung nach Fig. 2 eine vertikale Achse 63 besitzt, und es kann selbstverständlich auch die angeschlossene Rührwerksmühle aufrecht stehend mit vertikaler Achse 21 vorgesehen sein, wobei die Anordnung der Achsen 21 und 63 voneinander völlig unabhängig ist.
Es wurde oben bereits erwähnt, dass zur Sicherung der Verdrängungsfunktion ein gewisser Rückstau der mit Mahlkugeln 26 vermischten Frischsuspension 24 im Verdrängungsbereich zweckmässig sein kann. Bei der Ausführung gemäss Fig. 1 wird diese Rückstaufunktion teilweise durch die Schnecke 50 erfüllt, die ein unkontrolliertes Abströmen im Sinne der Pfeile 68, 70 verhindert. Im Falle der Fig. 2 kann eine Rückstauwirkung beispielsweise einfach dadurch erhalten werden, dass der Lagerkörper 71 nach unten zu sich kegelig verbreitert und damit den freien Querschnitt im Verbindungsabschnitt 218 und gegebenenfalls ein relativ kurzes Stück in der anschliessenden Eingangsleitung 16 verschmälert.
Fig. 3 zeigt eine andere Lösung für dieses Problem an einer Trennvorrichtung 318. In diesem Falle sind keine Schneckenpumpen im Bereiche der Trennvorrichtung 318 vorgesehen, und es mag gegebenenfalls die Zufuhrpumpe 56 (vgl. Fig. 1) zur Aufrechterhaltung des Kreislaufes genügen.
Wie ersichtlich, besitzen die den Leitungen 17 und 55 der Fig. 1 entsprechenden Rohre 117, 255 eine gemeinsame geometrische Achse 163, wobei die Strömungsrichtung des Flu- idgemisches 19 und der Frischsuspension 24 koaxial und im wesentlichen parallel zueinander verläuft. Gegenüber der Mündung der Zufuhrleitung 255 innerhalb eines Gehäuses 315 ist ein an seinem Ende kegeliger Verdrängungskörper 175 vorgesehen. Dieser Verdrängungskörper 175 ist an sternförmigen Armen 76 innerhalb eines Rohrabschnittes 173 gehalten, wie dies in analoger Weise auch im Falle des Lagerkörpers 71 geschehen kann.
Durch das obere Ende des Verdrängungskörpers 175 wird die Frischsuspension 24 im Sinne der Pfeile 68 zur Umlenkung gezwungen und verdrängt damit auch die Flüssigkeit aus dem durch die Ausgangsleitung 117 der Rührwerksmühle in das Gehäuse 315 strömenden Fluidgemisch 19. Die so verdrängte Dispersion fertig gemahlenen Produktes wird daher im Sinne der Pfeile 175 abgedrängt und fliesst durch die Abfuhrleitug 60 beispielsweise einer Zentrifuge 20 zu, in der allenfalls noch verbleibende Mahlgutkörper oder Teile davon abgetrennt werden, zumal ja bei dieser Ausführung auf die Anordnung eines Sieb es verzichtet wurde.
Da jedoch die Mahlkörper 26 eine verhältnismässig grosse Masse besitzen, werden sie im Sinne der Pfeile 70 nur geringfügig abgedrängt, und eine Erweiterung 77 des Rohrabschnittes 173 nimmt den Strom der Mahlkörper 26 trichterförmig auf. Somit vermischen sich die Mahlkörper 26 mit der Frischsuspension 24 innerhalb des Rohrabschnittes 173 und strömen zwischen sternförmig vom Verdrängungskörper 75 abstehenden Armen 76 nach unten. Im unteren Bereiche ist an dem Rohrabschnitt 173 ein Anschlussstück 78 angeflanscht, das einerseits einen verengten Endquerschnitt 79 als Fortsetzung des Rohrabschnittes 173 aufweist, anderseits in die Eingangsleitung 116 übergeht.
Diese Verengung mag bereits an sich zur Erzielung eines gewissen Rückstaues beitragen, der die Auslenkung der Suspension 24 im Sinne der Pfeile 68 begünstigt, anderseits kann eine Rückstauklappe 80 an einem Lagerzapfen 81 angelenkt und durch eine - gegebenenfalls durch eine Verstellmutter 82 in ihrem Druck ein stellbare - Druckfeder 83 belastet sein. Dieser Druck ist selbstverständlich schwach genug bemessen, dass der Abfluss des frisch gebildeten Fluidgemisches 19 durch die Klappe 80 nicht behindert wird, sondern lediglich ein leichter Rückstaueffekt entsteht.
Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Abänderungen möglich; vor allem sind die oben beschriebenen Einzelmerkmale untereinander austauschbar bzw. kombinierbar. Im Zusammenhang mit der Regelung durch die Regelstufe 31 mögen sich zwar zeitliche Abweichungen der Zufuhr- menge von Verdrängerfluid 24 und Fluidgemisch 19 ergeben, doch sollen im Durchschnitt die zu- und abgeführten Massenströme gleich sein. Hierzu kann es beispielsweise zweckmässig sein, auch an der Leitung 60 eine der Pumpe 56 analoge Pumpe vorzusehen, die bevorzugt ebenfalls über die Regelstufe 31 geregelt wird, um das Massenstromverhältnis gleich gross zu halten.
Ferner wäre an Stelle des beschriebenen kontinuierlichen Betriebes der Trennvorrichtung ein chargenmässiger Betrieb dadurch möglich, dass auf eine Charge von Fluidgemisch eine Menge von Verdrängerfluid aufgefüllt wird, worauf das letztere mittels Kolben, Pumpe od. dgl. durch die Mahlkörper hindurchgepresst wird, wobei die fertig gemahlene Suspension zwischen den Mahlkörpern verdrängt wird. Obwohl es möglich ist, den Einströmquerschnitt für das Verdrängerfluid 24 (vgl. 322 bzw. den Querschnitt der Leitung 155 an der Mündung in das Rohr 218) und den Austrittsquerschnitt für das fertige Produkt (vgl. 222, 422) verschieden gross zu wählen und die Strömungsgeschwindigkeiten entsprechend verschieden gross zu machen, ist es günstig, wenn diese Strömungsquerschnitte und dementsprechend die Strömungsgeschwindigkeit zumindest annähernd ebenfalls gleich hoch sind.
Da die Mahlkörper 26 durch die Schnecke 251 kompaktiert wurden, mag die Wegstrecke bis zur Schnecke 50 nicht genügen, um die Mahlkörper wieder soweit aufzulockern, dass ausreichend Raum für die Unterbringung einer entsprechend grossen Frischsuspensionsmenge 24 verbleibt. In diesem Falle kann in die Leitung 16 ein weiterer Anteil an Frischsuspension 24 eingeführt werden bzw. sogar eine Mischvorrichtung für die dort zugeführte Frischsuspension 24 mit den Mahlkörpern 26 z. B. in Form einer Wirbelkammer oder einer Mischschnecke vorgesehen sein, wie dies in der DE-OS 30 39 794 durch die Schnecke 50 gegeben war.
DESCRIPTION
The invention relates to a method for separating a fluid mixture coming from a mill, in particular an agitator mill, from ground, dispersed product and grinding media, and to an apparatus for carrying out this method.
In agitator mills, but occasionally also in drum mills with grinding media filling, the problem arises that a fluid mixture of ground, dispersed product and grinding media is present at the outlet of the mill, from which the latter is to be separated. In general, the millbase is suspended in a carrier liquid, but it has also already been proposed to disperse the millbase in a gas stream.
DE-OS 3 038 794 has already disclosed an agitator mill in which the grinding media - generally grinding balls - are guided in a circuit outside the grinding container and the grinding media and grinding stock are also separated outside the grinding chamber. With such a circulation system, various problems, such as, for example, the equalization of the grinding media pressure within the grinding container, can be mastered more easily. In this known embodiment, a vibrating screen was provided for the separation process, over which the grinding balls rolled while the product suspension passed through the screen. The vibrating screen was too open at the top, which led to partial evaporation of the carrier liquid or
any solvent contained therein. But this resulted in an undesirable thickening, with u. a. despite the favorable cleaning effect due to the rolling of the balls on the surface, the sieve stuck more easily. This evaporation process was also undesirable for the end product.
The invention is based on the object of creating a method and a device which can preferably be used for external separation in the above sense, although the field of application is not intended to be restricted to this, and which is intended to enable complete separation even in a largely closed one System.
According to the invention, this is achieved by supplying the flow of the fluid mixture with a flow of a displacing fluid, by means of which the product dispersion is almost exclusively displaced. Since the grinding media have a comparatively large mass compared to the regrind particles, if the pressure and speed of the flow of the displacing fluid are set appropriately, they will be barely or only slightly displaceable from their path, whereas the finished and dispersed product from the spaces between the grinding media is displaced and can then be relatively easily removed separately. The displacement fluid can in principle also be gaseous, but is expediently formed by a liquid.
The flow of the displacer fluid can now be guided in a direction deviating from the flow of the fluid mixture, so that, for example, the two flows meet at an angle. In this case, however, pressure and speed as well as the amount of the two streams must be precisely controlled in order to be able to control the displacement accordingly. It is therefore particularly advantageous if the two streams are guided essentially parallel to one another.
If the streams also have directions which differ from one another, a preferred embodiment is obtained in which the stream of the displacing fluid is essentially directed in the opposite direction to the stream of the fluid mixture. The displacement then generally takes place transversely to this direction of flow guidance.
In order to improve the displacement effect, it is advantageous if the flow of the displacer fluid is conducted with greater energy than the flow of the fluid mixture, in particular has greater pressure. As will be shown and described later on the basis of an exemplary embodiment, various arrangements are expedient for increasing the pressure of the displacer fluid, for example the arrangement of a retaining valve as is also used for increasing the pressure in screw pumps. Of course, however, all those arrangements which are conventional for this purpose, such as, for example, narrowing channels etc., may also be used.
Another measure to improve the displacement effect and to avoid mixing is that the two streams are different in terms of viscosity and / or temperature and / or specific weight.
In principle, any fluid may be used as the displacing fluid, that is to say also a gaseous one, in particular if the regrind is also dispersed in a gaseous carrier. In any case, it is expedient if a dispersion of fresh, unground product is supplied as the displacement fluid, which then immediately mixes with the grinding media separated from the ground product. It is understood that it is advantageous if the grinding media are circulated through the mill, i. H. essentially an external separation is carried out outside the actual grinding chamber.
A separating device for carrying out the method expediently has the features of claim 7.
In the preferred case, only one line will be provided for the displacer fluid and the grinding media, namely if the displacer fluid is formed by a dispersion of fresh, unground product. If this is not the case, however, care will generally be taken to ensure that displacement fluid and grinding media separate with certainty, which can be done particularly easily when using a gaseous displacement fluid. In this latter case, however, at least one line will then be necessary for the displacement fluid and the grinding media.
If necessary, the separation can also take place with the aid of a centrifuge or the like.
Further details result from the following description of exemplary embodiments schematically shown in the drawing. It shows the
Fig. 1 shows a known agitator mill with a separator according to the displacement principle, to which the latter
2 and 3 illustrate variants.
The agitator mill 1 in the lower part of FIG. 1 is known per se from the aforementioned DE-OS, which is why it is only to be described briefly below. However, it should be noted that it can be equipped with all those facilities that are mentioned in the aforementioned DE-OS.
According to the drawing, the rotor 11 and the stator 12 of an agitator mill with a horizontal axis 21 are arranged. The shaft 38 of the rotor 11 is supported on both sides in pivot bearings 36, 37. Between the bearings 36, 37 and the end face of the rotor 11 or the stator 12 there are only schematically indicated ring seals 39, 40, which help to seal the grinding chamber 13 provided between the rotor and the stator from the surrounding atmosphere.
The rotor 11 and the stator 12 are frustoconical. One end of the rotor shaft 38 is mounted axially displaceably in a hydraulic cylinder 42 by means of a hydraulic piston 41, such that the rotor 11 can be adjusted axially relative to one another in relation to the stator 12 for the purpose of changing the grinding gap width. A pressure device 43 connected to the hydraulic cylinder 42 serves to pressurize the two cylinder spaces in such a way that a desired position of the rotor 11 relative to the stator 12 is set. Via a control line 44 indicated by dashed lines, the pressure device 43 is connected to a control unit 31 which has a control button 34 with which a specific position of the hydraulic piston 41 in the hydraulic cylinder 42 and thus a specific width of the grinding gap can be set.
The control unit 31 is also connected to the drive motor 46 of the rotor 11 via a further control line 45, indicated by dashed lines, in such a way that the speed of the motor 46 can be changed by adjusting a further adjusting knob 35 on the control unit 31. In this way, the speed of the rotor 11 connected to the motor 46 via a drive belt 47 can also be set to a desired value.
Preferably, an inner cooler 48 and an outer cooler 49 are provided on the stator 12 inside the rotor 11.
The material 54 to be ground in the form of a dispersion is fed to a line 55 by a pump 56. The fresh regrind 24 passes through a funnel 57 into the inlet side of the pump 56. The pump 56 is driven by a motor 58, the speed of which can optionally also be regulated by the control unit 31 via the control line 61.
Inside the grinding chamber 13 there is a grinding stock mixture 19, which is set in continuous motion when the rotor 11 is rotated by the stirring tools or only by wall friction, as a result of which the grinding bodies 26 exert a comminuting influence on the grinding stock. The millbase-millbase mixture 19 is discharged via an outlet line 17 at the widened end of the grinding container 12, a, e.g. Pump controllable via control unit 31 can be provided.
However, it has been shown that such a pump is not required within line 17 because a worm pump arrangement 114 is integrated in the separating device 18 shown. This worm pump arrangement 114 comprises a plurality of worm threads 50, 151, 251, which have a common geometric axis 63. A separate motor can be provided for driving the screw arrangement 114, as is also possible to provide separate drives for the screw 50 on the one hand and the screws 151, 251 on the other hand. If necessary, at least one of the screw flights 50, 151, 251 can be omitted, but in any case care must be taken to ensure that the fluid mixture 19 remains in motion in the circuit shown.
The drive for the screw arrangement 114 is particularly simplified if the motor 46 for driving the agitator mill can also be used for the screw arrangement 114. For this purpose, a belt connection 147, 247 is provided, a variator gear 62 known per se being expediently provided between the two belts 147, 247 in order to be able to regulate the rotational speed of the screw arrangement 114 independently of the speed of the rotor 11. The variator gearbox 62 is controlled via the control unit 31, to which the desired values can be input via an input keyboard 132, and which is connected to the gearbox 62 via a control line 65.
If it is desired to regulate the speed of the worm 50 independently of the worm gears 151, 251, then a separate variation option (separate motor, variator gear) would have to be provided for this.
As can be seen, the two screw flights 151, 251 have a different pitch. So while the screw 151 promotes the fluid mixture 19 relatively quickly, in the area of the screw 251 there is a slowdown in the conveying speed, which leads to a compression of the grinding body 26. In order to allow the dispersion of the finished milled product to evade, a sieve section 122 is installed within the screw housing 115, which allows a portion of the dispersion from the finished milled product to exit into an annular space 66.
This annular space 66 is connected to a branch 160 of a discharge line 60 for the finished and dispersed product. At least two flights of the screw 251 should preferably be provided for the compression of the ball packing.
Of course, only a part of the dispersion liquid can be removed via the sieve section 122, whereas another part remains due to adhesive forces between the grinding elements 26 and is conveyed further by the screw 251. In order to separate this remainder of the finished product from the fluid mixture, the supply line 55 is connected to a rotary inlet 64 at the other end of the worm shaft 67. This (with reference to FIG. 1) left end of the worm shaft 67 is accordingly hollow over the entire length of the worm 50. This hollow end of the worm shaft 67 opens into a sieve section 322 through the openings of which the supplied dispersion 24 can emerge in the direction of the arrows 68.
The supply of fresh, non-ground product 24 into the interior of the separating device 18 or the screw housing 115 displaces the fluid remaining between the compacted grinding balls 26, resulting in a dividing line 69 which is approximately parabolic in cross section.
But to give the finished product the opportunity to do so. To be displaced, the screw housing 151 is provided with a further sieve section 222, through which the dispersion of the ground product can exit to the outside into an annular space 166, which is connected to a further branch 260 of the discharge line 60.
The displacement of the dispersion of the finished product is further supported by the fact that, owing to the mechanical energy within the grinding chamber 13, it generally has a higher temperature than the freshly supplied grinding material 24 and thus also a lower viscosity.
Of course, the specific weight is also somewhat different due to the different temperatures, and all these factors contribute to the mixing of the two fluids hardly occurring, so that actually only the finished product is discharged through the discharge line 60. If desired, however, additional measures can be taken to achieve a greater difference between the factors mentioned.
While the fresh dispersion 24 functioning as displacement fluid is deflected according to the arrows 68 due to the counter-flowing fluid mixture 19 and is then fed again to the agitator mill 1 at the left end of the screw housing 151 via an inlet line 16. the grinding media 26 are pushed further through the sieve sections 222, 322 parallel to the axis 63 of the screw arrangement 114 in the direction of the arrows 70 and therefore readily mix with the newly added grinding material dispersion 24, the screw 50 contributing to better mixing. The agitator mill 1 thus receives a fluid mixture 19 again via the inlet line 16.
2 shows a variant of a separating device 118 in which a connecting section 218 is connected to a worm housing 215 for the worm 251. The input line 116 leading to the agitator mill is connected directly to this connecting section 218. A bearing body 71 is arranged within the connecting section 218. which can optionally be centered within section 218 by star-shaped arms (not shown). The bearing body 71 may be fastened within the input line 116 by any means. On its upper end face it has a bearing 72 for the worm shaft 167, which ends at this point. The type of mounting of the worm shaft 167 would possibly be applicable analogously if the worm shaft 67 was divided into two in FIG. 1.
In any case, it may make sense to form a type of labyrinth seal by means of projecting and interlocking surface sections of the front end of the worm shaft 167 and the bearing 72 or, if need be, to provide a mechanical seal at this point.
The screw 251, which, as in FIG. 1, can be preceded by a screw flight 151 of greater pitch, conveys the fluid mixture 19 into the connecting section 218. At this connecting section 218, a number of branches of a feed line 155 for fresh grinding stock suspension 24 are approximately star-shaped in cross section connected. Here, too, this ground material suspension acts as a displacement liquid, because if the dispersion of the finished product has not already flowed out before the confluence of the supply lines 155 via a sieve section 422 extending on the bearing body 71 between its bearing 72 and a pipe section 73 between individual ribs 74, displacement takes place in the sense of the arrows 75 into the interior of the pipe section 73 through the millbase suspension 24 flowing in the sense of the arrows 68.
Here, too, the flow of the displacer liquid 24 undergoes a deflection in accordance with the arrows 68, but this is not exclusively defined by guide devices as in FIG. 1, but the exact shape of the deflection curve will also depend on the flow rate and the pressure of the liquid 24. When the displacing liquid 24 is introduced from the side, these parameters must therefore be kept under more control in order to avoid, on the one hand, that unmilled, dispersed material 24 gets into the interior of the pipe section 73 or, therefore, product which has already been ground in the case of an insufficient energy content of the displacing liquid 24 Input line 116 can flow.
A discharge nozzle 60 is connected to the interior of the pipe section 73, via which the ground product can be discharged, for example, into a container. It can be seen that, in contrast to FIG. 1, the arrangement according to FIG. 2 has a vertical axis 63, and the connected agitator mill can of course also be provided standing upright with a vertical axis 21, the arrangement of the axes 21 and 63 being completely apart from one another is independent.
It has already been mentioned above that a certain backflow of the fresh suspension 24 mixed with grinding balls 26 in the displacement area can be expedient to ensure the displacement function. In the embodiment according to FIG. 1, this backflow function is partially fulfilled by the screw 50, which prevents an uncontrolled outflow in the sense of arrows 68, 70. In the case of FIG. 2, a backflow effect can be obtained, for example, simply by the bearing body 71 widening conically downwards and thus narrowing the free cross section in the connecting section 218 and possibly a relatively short piece in the adjoining inlet line 16.
FIG. 3 shows another solution to this problem on a separating device 318. In this case, no screw pumps are provided in the area of the separating device 318, and the feed pump 56 (cf. FIG. 1) may be sufficient to maintain the circulation.
As can be seen, the pipes 117, 255 corresponding to the lines 17 and 55 of FIG. 1 have a common geometric axis 163, the direction of flow of the fluid mixture 19 and the fresh suspension 24 being coaxial and essentially parallel to one another. A displacement body 175, which is conical at its end, is provided opposite the mouth of the supply line 255 within a housing 315. This displacement body 175 is held on star-shaped arms 76 within a tube section 173, as can also be done in an analogous manner in the case of the bearing body 71.
Through the upper end of the displacement body 175, the fresh suspension 24 is forced to deflect in the direction of the arrows 68 and thus also displaces the liquid from the fluid mixture 19 flowing through the outlet line 117 of the agitator mill into the housing 315. The dispersion thus displaced thus becomes finished product in the sense of arrows 175 and flows through the discharge line 60, for example, to a centrifuge 20, in which any remaining regrind bodies or parts thereof are separated, especially since in this embodiment the arrangement of a sieve was dispensed with.
However, since the grinding media 26 have a relatively large mass, they are only marginally displaced in the direction of the arrows 70, and an extension 77 of the pipe section 173 receives the flow of the grinding media 26 in a funnel shape. Thus, the grinding media 26 mix with the fresh suspension 24 within the pipe section 173 and flow downwards between arms 76 projecting in a star shape from the displacement body 75. In the lower region, a connecting piece 78 is flanged to the pipe section 173, which on the one hand has a narrowed end cross-section 79 as a continuation of the pipe section 173, and on the other hand merges into the inlet line 116.
This narrowing may already contribute to achieving a certain back pressure which favors the deflection of the suspension 24 in the direction of the arrows 68.On the other hand, a back pressure flap 80 can be articulated on a bearing journal 81 and can be adjusted in pressure by an adjusting nut 82, if necessary - Compression spring 83 loaded. This pressure is of course dimensioned weak enough that the outflow of the freshly formed fluid mixture 19 is not hindered by the flap 80, but only a slight backflow effect occurs.
Various modifications are possible within the scope of the invention; above all, the individual features described above are interchangeable or combinable. In connection with the control by control stage 31, there may be time deviations in the supply quantity of displacer fluid 24 and fluid mixture 19, but on average, the mass flows that are supplied and discharged should be the same. For this purpose, it can be expedient, for example, to provide a pump analogous to the pump 56 on the line 60, which is preferably also controlled via the control stage 31 in order to keep the mass flow ratio the same.
Furthermore, instead of the continuous operation of the separating device described, batch operation would be possible by filling up a quantity of displacer fluid with a batch of fluid mixture, whereupon the latter is pressed through the grinding media by means of a piston, pump or the like, the finished powder Suspension is displaced between the grinding media. Although it is possible to choose the inflow cross-section for the displacer fluid 24 (cf. 322 or the cross-section of the line 155 at the mouth into the pipe 218) and the outlet cross-section for the finished product (cf. 222, 422) and the different sizes To make flow velocities correspondingly different in size, it is expedient if these flow cross sections and, accordingly, the flow velocity are at least approximately equally high.
Since the grinding media 26 were compacted by the screw 251, the distance to the screw 50 may not be sufficient to loosen the grinding media again to such an extent that sufficient space remains for accommodating a correspondingly large amount of fresh suspension 24. In this case, a further portion of fresh suspension 24 can be introduced into line 16 or even a mixing device for the fresh suspension 24 supplied there with the grinding media 26, for. B. in the form of a swirl chamber or a mixing screw, as was given in DE-OS 30 39 794 by the screw 50.