DE1227765B - Vorrichtung zum kontinuierlichen Mahlen und Dispergieren von Feststoffen in Fluessigkeiten - Google Patents
Vorrichtung zum kontinuierlichen Mahlen und Dispergieren von Feststoffen in FluessigkeitenInfo
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
B02d
Deutsche Kl.: 50 c-17/20
Nummer: 1227765
Aktenzeichen: B 68249III/50 c
Anmeldetag: 31. Juli 1962
Auslegetag: 27. Oktober 1966
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Mahlen von teilchenförmigen Feststoffen in Flüssigkeiten.
Da man die Vorrichtung auch dazu verwenden kann, um einen Feststoff in einer Flüssigkeit zu
dispergieren, ohne daß eine merkliche Verminderung der Teilchengröße des zu dispergierenden Feststoffes
notwendigerweise eintritt, soll der hier wiederholt verwendete Ausdruck »Mahlen« auch die Bedeutung
»Dispergieren« mit einschließen.
Verfahren zum Mahlen von teilchenförmigen Feststoffen durch Rühren derselben zusammen mit einer
Flüssigkeit und einem Mahlmittel, z.B. Sand, sind bereits bekannt. Auch sind schon Verfahren angegeben
worden, um mittels solcher Mahlverfahren feinteilige Pigmente in filmbildende Flüssigkeiten einzubringen.
Eine Einrichtung zur Durchführung der bisher bekannten Verfahren umfaßt einen vertikalen Behälter,
der das Mahlgut bzw. das zu dispergierende Gut, das Mahlmittel und eine Flüssigkeit aufnimmt.
Das Gemisch aus diesen drei Komponenten wird dabei mittels Rührflügel gerührt.
Die Einrichtung kann kontinuierlich in der Weise betrieben werden, daß das Mahlgut und die Flüssigkeit
in Form einer Aufschlämmung dem das Mahlmittel enthaltenden Behälter zugeführt werden und
daß hierauf aus dem Behälter das gemahlene Gut und die Flüssigkeit als Suspension entnommen
werden. Das Mahlmittel wird dabei aus der von Mahlgut und Flüssigkeit gebildeten Aufschlämmung
abgetrennt, bevor diese Aufschlämmung aus der Einrichtung austritt; die Abtrennung kann mittels
eines Drahtsiebes erfolgen.
Bei den bekannten Vorrichtungen treten insbesondere dann Schwierigkeiten auf, wenn kontinuierlich
mit großem Durchsatz an Mahlgut gearbeitet wird. Die auftretenden Schwierigkeiten sind auf eine Verstopfung
des Siebes zurückzuführen; denn das Sieb muß eine Maschenweite haben, die kleiner ist als die
größten Teilchen des Mahlmittels. Dies führt jedoch dazu, daß auch der beabsichtigte Durchsatz an Aufschlämmung
vermindert wird und eine häufige Stilllegung der Einrichtung erforderlich wird, um das
Sieb zu reinigen·.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Mahlen von festem Mahlgut in
Flüssigkeit zu schaffen, bei dem die erwähnten Schwierigkeiten ausbleiben.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Mahlen und Dispergieren von Feststoffen
in Flüssigkeiten, die aus einem aufrecht stehenden Mahlbehälter besteht, in dem ein Mahl-
Vorrichtung zum kontinuierlichen Mahlen und
Dispergieren von Feststoffen in Flüssigkeiten
Dispergieren von Feststoffen in Flüssigkeiten
Anmelder:
The British Titan Products Company Limited,
Billingham, Co. Durham (Großbritannien)
Vertreter:
Dipl.-Ing. F. Weickmann,
Dr.-Ing. A. Weickmann,
Dipl.-Ing. H. Weickmann
und Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke, Patentanwälte,
München 2, Möhlstr. 22
Als Erfinder benannt:
William Hughes, Norton-on-Tees, Co. Durham;
Arthur Dolby Brown, ,
Grimsby, Lincolnshire (Großbritannien)
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 3. August 1961 (28 311) - -
mittelhaufwerk durch umlaufende Rührelemente in Bewegung gehalten wird, wobei in seinem Unterteil
eine Zulaufleitung für die Mahlgutsuspension und in seinem Oberteil eine aus einer Trennkammer zum
Zurückhalten des Mahlmittels, bestehende Ablaufvorrichtung
vorgesehen sind, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Trennkammer als offenes,
nach oben sich erweiterndes, rührwerkfreies Uberlaufbecken ausgebildet ist und die aufwärts gerichtete
Strömungskomponente der Mahlgutsuspension innerhalb des Mahlbehälters derart auf Größe und
Dichte der Teilchen des Mahlmittels abgestimmt ist, daß der auf die Teilchen des Mahlmittels dadurch
ausgeübte hydrodynamische Auftrieb etwas größer als ihr Gewicht ist.
Zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die zu mahlenden Teilehen des festen Mahlgutes
und eine Flüssigkeit in den Mahlbehälter von unten eingespeist, in welchem ein ebenfalls teilchenförmiges
Mahlmittel in Bewegung gehalten wird, und die auf solche Weise gebildete Aufschlämmung
strömt in die Trennkammer, in der sich die Mahlmittelteilchen in stärkerem Maße absetzen als die
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Mahlgutteilchen, worauf die Flüssigkeit mit den Mahlgutteilchen, im wesentlichen frei von Mahlmitteln,
sodann aus der Trennkammer entnommen wird. Das Mahlmittel fällt in den Mahlbehälter zurück, und zwar mit oder ohne Mahlgut,.je nachdem,
bis zu welchem Grad eine Trennung eingetreten ist.
Um ein verstärktes Absetzen des Mahlmittels zu erreichen, sollte die Absetzgeschwindigkeit des Mahlmittels
größer sein als die Absetzgeschwindigkeit des gemahlenen Mahlgutes. Die Absetzgeschwindigkeit
hängt von dem spezifischen Gewicht und von der Teilchengröße des jeweils behandelten Stoffes ab. Die
vertikale Strömung der Aufschlämmung in der Trennkammer
wird so gesteuert, daß der überwiegende Teil des Mahlmittels nicht mitgerissen wird, sondern sich
absetzen und in den Mahlbehälter zurückgelangen kann.
Man läßt die Aufschlämmung vorzugsweise wirbelfrei durch die Trennkammer nach oben strömen; eine
wirbelbehaftete Strömung würde ein rasches Absetzen des Mahlmittels aus der Aufschlämmung verhindern. Zu diesem Zweck ist die Trennkammer in
der Weise ausgebildet, daß ihr horizontaler Querschnitt im oberen Bereich größer ist als im unteren.
Am besten ist es, wenn die Querschnittsfläche vom
unteren Ende der Trennkammer bis annähernd zum oberen hin kontinuierlich zunimmt, so daß die vertikale
Strömungsgeschwindigkeit der Aufschlämmung nach oben hin abnimmt. Die Trennkammer besitzt
zweckmäßig die Form eines nach oben divergierenden Kegelstumpfes.
Da der Querschnitt der Trennkammer mindestens in ihrem oberen Teil größer ist als der Querschnitt
der Mahlkammer, so kann man in der Mahlkammer eine hohe Strömungsgeschwindigkeit aufrechterhalten,
ohne daß die- Strömungsgeschwindigkeit in der Trennkammer zu groß wird, um eine wirksame Abtrennung
des Mahlmittels von der Aufschlämmung zuzulassen;·
Die Trennkammer ist unmittelbar über der Mahlkammer angeordnet. Es ergibt sich dann ein einfacher
kontinuierlicher Prozeß: der gemahlene Brei strömt kontinuierlich in der Trennkammer aufwärts,
und das Mahlmittel fällt ebenso kontinuierlich aus der Trennkammer zurück in die Mahlkammer. Praktisch
bedeutet dies, daß die Trennkammer eine Fortsetzung der Mahlkammer ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Das Rührwerk zum Umrühren der Aufschlämmung in der Mahlkammer besteht aus einer Welle 4, die
Rührelemente 6 trägt und von einem Elektromotor angetrieben wird.
Die Rührelemente auf der Welle sind zweckmäßig konzentrisch zur Welle und senkrecht zu dieser angeordnete
Scheiben 6. Diesen Scheiben gibt man zweckmäßig einen solchen Durchmesser, daß nur ein
enger Ringraum zwischen ihrem Umfang und der Wand der Mahlkammer 1 besteht. Man verhindert
dadurch, daß das zu mahlende Gut auf geradem Weg durch die Mahlkammer hindurchströmen und der
Einwirkung der Scheiben entgehen kann. In der Regel dürfte der Abstand zwischen dem Umfang der
Scheiben und der Wand zwischen 1,2 und 3,7 cm liegen.
Der gegenseitige axiale Abstand der Rührelemente 6 ist nicht kritisch. Seine optimale Bemessung hängt
von verschiedenen Faktoren ab, kann jedoch von Fall zu Fall leicht durch Experimente bestimmt werden;
in der Regel sollte er zwischen 2,5 und 25 cm liegen.
Der Abstand zwischen dem untersten Rührelement und dem Boden des Mahlraumes kann variieren. Er
dufte jedoch häufig auch in der Größenordnung des gegenseitigen Abstandes der Rührelemente liegen.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die unterste Rührscheibe 5 gegenüber dem Eintrittsstutzen 3 anzuordnen
und an der Unterseite dieser untersten Rührscheibe Schaufeln 5 a anzubringen, um der eintretenden
Aufschlämmung von vornherein eine rotierende Bewegung mitzuteilen.
Die Rührelemente können nach unten und oben
Vorsprünge haben, und sie können mit einem elastischen Polyurethan überzogen sein.
Der obere Rand der Trennkammer 2 ist von einem Überlauf kanal 8 umgeben, von- dem Abflußrohre 9.
nach' unten abgehen.
Zwecks Verdünnung der Mahlgutsuspension zur
': Erleichterung des Absetzens der Mahlmittel sind an
der Wand der Trennkammer 2 Einlaufvorrichtungen 12 mit Rohren 13 vorgesehen, mittels denen der
Mahlgutsuspension zusätzliche Flüssigkeit zugesetzt
werden kann. ·';
! Um die Strömung in der Trennkammer zu beruhigen,
sind in diesem unteren Teil radiale Leitschaufeln 11 vorgesehen, die an einer die Rührwelle. 4 umgebenden
Hülse 10 befestigt sind. ■
Der zu mahlende Feststoff kann ein Pigment sein,
- dessen Färbekraft und/oder Textur verbessert werden
soll oder das in einer Flüssigkeit dispergiert werden,
soll. Im ersteren Fall kann die dem Gefäß zugesetzte Flüssigkeit beliebig, z. B. Wasser sein. Im letzteren
Fall muß die Flüssigkeit natürlich das Dispersionsr medium sein, z.B. eine filmbildende Flüssigkeit für
Anstrichfarben.
Die Feststoffkonzentration im Mahlbehälter kann variieren. Beispielsweise, wird die Konzentration von
in Wasser zu mahlenden Titandioxydpigmenten zwi-
. sehen 200 und 1000, vorzugsweise nicht mehr als 600 g/l, liegen.
Das Mahlmittel sollte ziemlich feinteilig sein, um es mit dem Rührwerk gut rühren zu können. Andererseits
sollten die Teilchen des Mahlmittels größer sein
■' als die Teilchen des Mahlgutes, damit eine bessere
Abtrennung des Mahlmittels von der Aufschlämmung in der Trennkammer möglich ist. Stoffe, wie Glaskügelchen,
SiHziumdioxyd, Zirkondioxyd, Alumini-
umoxyd oder Titandioxyd, haben sich als sehr brauchbare Mahhnittel erwiesen. Wenn das Mahlgut
Titandioxyd ist, so sollte das Mahhnittel eine mittlere Teilchengröße von 150 bis 3000 μπι, vorzugsweise
250 bis 2500 μΐη, haben.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, das Verfahren in Gegenwart von so viel Mahhnittel durchzu·?
führen, daß nicht nur der Mahlbehälter, sondern auch ein Teil der Trennkammer davon ausgefüllt ist. Der
Grund dürfte der sein, daß durch den Überschuß an Mahhnittel der Druck im Bereich der Rührflügel
erhöht wird und die Tendenz einer Entfernung des Mahlmittels von den Rührflügeln, an denen die intensivste
Mahlung stattfindet, somit unterbunden ist.
Der Effekt des Mahlvorgangs auf verschiedene Stoffe hängt auch von der Temperatur ab. Wenn z. B. eine Flockenbildung durch verhältnismäßig hohe Temperaturen hervorgerufen wird, so ist es eine einfache Saches die Einrichtung zu kühlen.
Der Effekt des Mahlvorgangs auf verschiedene Stoffe hängt auch von der Temperatur ab. Wenn z. B. eine Flockenbildung durch verhältnismäßig hohe Temperaturen hervorgerufen wird, so ist es eine einfache Saches die Einrichtung zu kühlen.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, eine Flüssigkeit, ζ. B. Wasser, in die Trennkammer einzuführen,
um die Aufschlämmung zu verdünnen und dadurch die Abtrennung des Mahlmittels und der aus dem
Mahlgut und der Flüssigkeit bestehenden Aufschlämmung durch Herabsetzen der Viskosität zu
erleichtern. Vorzugsweise wird die Flüssigkeit in den kegelstumpffönnigen Raum eingeführt.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung an Hand der Zeichnung.
Verwendet wurde das in der Zeichnung dargestellte Gerät. Es bestatnd aus einem Stahlgefäß, das einen
zylindrischen unteren Abschnitt (Mahlkammer) mit einem Durchmesser von 50 cm und eine Höhe von
1,28 m und einen kegelstumpffönnigen oberen Abschnitt (Trennkammer) mit einer Höhe von 75 cm,
einem kleinen Durchmesser von 50 cm und einem großen Durchmesser von 1,95 m besaß. Ein 10 cm
starkes Einlaßrohr 3 war am Boden des zylindrischen unteren Gefäßabschnittes angeschlossen.
In das Gefäß wurde eine 12,5 cm starke Welle 4 eingesetzt, an der fünf Rührscheiben 5 und 6 aus
elastischem Polyurethan angebracht waren, jede davon mit einem Durchmesser von 45 cm und einer
Dicke von 3,7 cm. Von der untersten Rührscheibe 5, die 10 cm über dem Boden des Gefäßes angeordnet
war, gingen Schaufeln 5 a nach unten aus. Die übrigen Rührscheiben 6 waren durch Abstandhalterringe 7
jeweils 10 cm voneinander entfernt gehalten. Die Welle wurde von einem 47,5-PS-Elektromotor angetrieben.
Die vier radialen Leitschaufeln 11 in der Trennkammer hatten eine Höhe von 28 cm. Durch diese
Leitschaufeln wurde die Wirbelbildung in der Trennkammer auf ein Minimum reduziert.
Als Mahlmittel wurde eine Charge von 997 kg Ottawa-Sand mit folglender Kornverteilung
| Teilchengröße (Anteil) °/o |
Siebgröße (mm lineare Maschenweite) |
| 75,8 23,8 Rest |
0,792 bis 0,59 0,59 bis 0,42 0,42 bis 0,30 |
Boden des unteren Gefäßabschnitts eingeführt wurde, stieg die Flüssigkeit in der konischen Trennkammer 2
an und floß in den Sammelkanal 8 über. Am oberen Ende der Rührwelle bildeten sich keine Wirbel. Die
Abscheidung des Mahlmittelsandes von der Suspension war ausgezeichnet; das sich in dem Überlaufkanal
ansammelnde Material war im wesentlichen frei von Sand und enthielt weniger als 10~6 Anteile
Sand pro Liter.
Verwendet wurde ein ähnliches Gerät wie im Falle des Beispiels 1. Die Welle wurde mit einer
Umdrehungszahl von 526 Umdrehungen pro Minute gedreht. Ein Titandioxydaufschlämmung, enthaltend
404 g Titandioxyd pro Liter, wurde dem Gerät in einer Menge von 0,192 m3 pro Stunde zugeführt. Die
Aufschlämmung enthielt 1,65% Natriumsilikat als Dispergiermittel (gemessen in SiO2, bezogen auf das
Titandioxyd), und es wurde der Trennkammer so viel Wasser zugesetzt, daß man ausgangsseitig eine Konzentration
von 213 g/l erhielt. Die durchschnittliche Verweilzeit des Titandioxyds in der Mahlzone war
39,8 Minuten.
Es wurde wieder ein ähnliches Gerät verwendet wie im Beispiel 1. Eine Titandioxydaufschlämmung,
enthaltend 438 g Titandioxyd pro Liter, wurde in einer Menge von 0,36 m3 pro Stunde zugeführt. Die
Titandioxydaufschlämmung enthielt 1,65 °/o Natriumsilikat (gemessen in SiO2). Es wurde so viel Wasser
in der Trennkammer zugesetzt, daß das Produkt am Ausgang 334 g/l enthielt. Die Verweilzeit war
21,2 Minuten.
Der Sandgehalt in der Aufschlämmung aus gemahlenem Gut und Wasser war in den Fällen von
Beispiel 2 und 3 ähnlich wie im Falle des Beispiels 1. In allen drei Beispielen waren die Färbekraft, die
Textur und die Helligkeit des gemahlenen Guts ausgezeichnet.
in das Gefäß eingeführt, und die Welle 4 wurde mit einer Drehzahl von 560 Umdrehungen pro Minute
angetrieben.
Gebranntes Titandioxyd, in Wasser aufgeschlämmt und in einer Konzentration von 300 bis 900 g/l,
wurde sodann durch den Einlaß 3 in den Mahlbehälter 1 eingeführt, und zwar in einer Menge von
zwischen 0,516 und 1,8 m3 pro Stunde. Dieser Durchsatz entspricht bei Berücksichtigung der angegebenen
Konzentration einem reinen Pigmentdurchsatz von 10,8 bis 391 pro Tag bei einer Verweilzeit von 4,8
bis 14,2 Minuten in dem Gefäß.
Weiteres Wasser wurde durch die Einlaßöffnungen 12 eingeführt, um die Breikonzentration in der Trennkammer
2 auf ungefähr 450 g/l einzustellen. Die Menge an zugesetztem Wasser variierte zwischen 0,3
und 1,5 ms pro Stunde.
Während der aus Titandioxyd und Wasser bestehende Brei durch die Einlaßöffnung 3 in den
Claims (5)
1. Rührwerksmühle zum kontinuierlichen Mahlen und Dispergieren von Feststoffen in
Flüssigkeiten, bestehend aus einem aufrechtstehenden Mahlbehälter, in dem ein Mahlmittelhaufwerk
durch umlaufende Rührelemente in Bewegung gehalten wird, wobei in seinem Unterteil
eine Zulaufleitung für die Mahlgutsuspension und in seinem Oberteil eine aus einer Trennkammer
zum Zurückhalten des Mahlmittels bestehende Ablaufvorrichtung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die
Trennkammer als offenes, nach oben sich erweiterndes, rührwerkfreies Überlaufbecken (2)
ausgebildet ist und die aufwärts gerichtete Strömungskomponente der Mahlgutsuspension
innerhalb des Mahlbehälters (1) derart auf Größe und Dichte der Teilchen des Mahlmittels abgestimmt
ist, daß der auf die Mahlmittelteilchen dadurch ausgeübte hydrodynamische Auftrieb
etwas größer als ihr Gewicht ist.
2. Mühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem unteren Teil der Trennkammer
(2) Einbauten (11) zur Beruhigung der Strömung vorgesehen sind.
3. Mühle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauten in der Trennkammer
aus radialen Leitschaufeln (11) bestehen, die an einer die Rührwelle (4) umgebenden Hülse (10)
befestigt sind.
4. Mühle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
obere Rand der Trennkammer (2) von einem Überlaufkanal (8) mit Abflußleitungen (9) umgeben
ist.
5. Mühle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der
Wand der Trennkammer (2) Zulaufvorrichtungen (12,. 13) für die zusätzliche Einspeisung von
Flüssigkeit vorgesehen sind.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 511154, 576 946, 520, 665 007;
to deutsche Auslegeschrift Nr. 1109 988.
Deutsche Patentschriften Nr. 511154, 576 946, 520, 665 007;
to deutsche Auslegeschrift Nr. 1109 988.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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