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Rührwerksmühle zum Feinzerkleinern und Dispergieren von Feststoffen
sowie zur Emulgierung von Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft eine Rührwerksmühle
zum Feinzerkleinern und Dispergieren von Feststoffen sowie zur Emulgierung von Flüssigkeiten,
bestehend aus einem einen Materialzufluß und einen Materialabfluß aufweisenden,
senkrechten, zylindrischen Behälter, der mit einer dichten Packung loser, etwa kugelförmiger
Mahlkörper gefüllt ist und in dem ein koaxiales Rührwerk umläuft.
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Bei den bekannten Rührwerksmühlen dieser Art werden die Mahlkörper
bei der Drehung des Rührwerks gewöhnlich in der Weise mitgeschleppt, daß sie sich
ständig um die Drehachse des Behälters umwälzen, wobei eine gegenseitige Relativbewegung
der einzelnen Mahlkörper durch Schiebung und Drehung, die eine Übertragung von Scherkräften
auf das zwischen den Mahlkörpern befindliche Gut zur Folge haben, in einem nur geringen
Ausmaß stattfindet. Daraus folgt, daß die effektive Zerkleinerungsarbeit der Mahlkörper
im Vergleich zu der vom Rührwerk geleisteten Transportarbeit relativ gering ist.
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Um einen besseren Wirkungsgrad sowohl bei der Naß- als auch bei der
Trockenmahlung zu erzielen, wird erfindungsgemäß eine neuartige Konstruktion des
Rührwerks vorgeschlagen, die sich dadurch kennzeichnet, daß das Rührwerk aus einem
zylindrischen Walzenkörper besteht, der mit mindestens einem Ringwulst größeren
Durchmessers versehen ist. Durch diese Bauweise wird in einem viel stärkeren Maße
als bei den bekannten Konstruktionen erreicht, daß die kugelförmigen Mahlkörper
im wesentlichen alle gleichzeitig aufeinander abrollen, somit Scherkräfte auf das
zwischen ihnen befindliche Mahlgut ausüben und dadurch Zerkleinerungsarbeit leisten.
Dies führt zu einer wesentlich intensiveren Mahlung, die bei vergleichsweisen Freiheitsgraden
kürzere Mahlungszeiten erfordert und ein besseres Verhältnis von geleisteter Mahlarbeit
zu der dem Rührwerk zugeführten Energie erbringt.
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Diese Vorteile lassen sich durch verschiedene konstruktive Weiterbildungen
des Rührwerks noch steigern. So hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Ringwulst
als Verdrängungsring mit nach außen schräg zulaufenden Oberflächen auszubilden.
Auch kann der Walzenkörper am unteren Ende einen ringförmigen Verdrängungskörper
erhalten, der mit der Innenwand des zylindrischen Behälters einen Ringspalt bildet,
der kleiner ist als der Durchmesser der kugelförmigen Mahlkörper und zur Längsachse
des Walzenkörpers geneigt sein kann. Außerdem hat sich als vorteilhaft erwiesen,
den Materialabfluß unterhalb des Ringspaltes anzuordnen sowie am Walzenkörper unterhalb
des Ringspaltes, und zwar unmittelbar über dem Boden des zylindrischen Behälters,
ein senkrechtes Rührwerksblatt anzubringen, das das sich durch den Ringspalt bewegende
zerkleinerte Mahlgut durch die Materialabflußöffnung hindurchfördert.
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Schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen des Erfindungsgegenstandes
sind in der Zeichnung enthalten, auf die die folgende Beschreibung Bezug nimmt.
In der Zeichnung stellt dar F i g. 1 eine Draufsicht auf zwei hintereinandergeschaltete
Rührwerksbehälter der erfindungsgemäßen Art, F i g. 2 eine senkrechte Schnittansicht
der Vorrichtung von F i g. 1, F i g. 3 einen Teil eines Horizontalschnittes durch
einen Rührwerksbehälter mit den eingefüllten Mahlkörpern und F i g. 4 einen Teil
einer senkrechten Schnittansicht einer Rührwerksmühle mit schräg liegendem Ringspalt.
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Die Rührwerksmühle wird im folgenden als Vorrichtung zur Naßmahlung
beschrieben. Die Behälter 1 und 2 besitzen die gleichen Abmessungen und weisen einen
zylindrischen Hohlraum auf, in dem das Rührwerk koaxial eingesetzt ist, das von
dem aufgeschwemmten Mahlgut umgeben wird. Im Behälter 1 strömen Flüssigkeit und
aufgeschwemmtes Mahlgut abwärts, im Behälter 2 aufwärts. Die Flüssigkeit wird
durch
einen Einlaß 3 zugeführt, der Feststoff durch eine Einfüllvorrichtung, beispielsweise
einen Trichter 4. Die Zufuhr von Flüssigkeit und Feststoff erfolgt kontinuierlich.
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Das mit einem zylindrischen Walzenkörper 7 ausgestattete Rührwerk
ist am Kopf des Behälters aufgehängt und wird durch einen Motor M angetrieben. Der
Walzenkörper 7 besitzt am unteren Ende des Rührwerks einen ringförmigen Verdrängungskörper
8, der mit der Innenwand des zylindrischen Behälters einen Ringspalt 15 bildet.
Der Hauptteil des Walzenkörpers 7 ist eine auf die Antriebswelle M aufgesetzte zylindrische
Hülse 9, an die sich nach unten zu ein als Ringwulst ausgebildeter Verdrängungsring
10 anschließt, der nach außen schräg zulaufende Oberflächen besitzt. Der Außendurchmesser
dieses Verdrängungsringes ist größer als der der zylindrischen Hülse 9. Zwischen
dem Verdrängungsring und dem unteren Verdrängungskörper 8 befindet sich eine weitere
zylindrische Hülse, deren Außendurchmesser demjenigen der Hülse 9 entsprechen kann.
Der Zwischenraum zwischen den einzelnen Teilen des Walzenkörpers 7 und der Innenwand
des Behälters wird von dem Mahlgut, der Flüssigkeit und kugelförmigen Mahlkörpern
ausgefüllt, die in einer dichten Packung lose aufeinanderliegen und auf dem Verdrängungskörper
8 lagern. Der Durchmesser der einzelnen Mahlkörper 12 ist größer als die
Weite des Ringspaltes 15.
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Der Verdrängungsring 10 vergrößert durch seine Formgebung die rotierende
Rührwerksfläche, wodurch eine größere Anzahl der Mahlkörper unmittelbar an der rotierenden
Fläche anliegen und der Abstand des Rührwerks von den äußeren Mahlkörpern in diesem
Bereich verkleinert wird, was sich auf die Energieübertragung auf die Mahlkörper
günstig auswirkt.
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Das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser des Behälters ist an sich beliebig,
es wird lediglich gefordert, daß die kugelförmigen Mahlkörper 12 keinen zu großen
Abstand von dem Rührwerk haben. Die Oberfläche des Walzenkörpers 7 und die Drehzahl
der Antriebswelle sind so bemessen, daß auch die Mahlkörper unmittelbar an der Behälterwand
beim Rühren bewegt werden. Gewöhnlich liegt der Spiegel der Aufschwemmung über den
oberen Mahlkörpern, jedoch können diese auch den Flüssigkeitsspiegel übersteigen.
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Wird das Rührwerk angetrieben, so rollen die Mahlkörper 12 aufeinander
ab und üben dadurch auf das zwischengelagerte Mahlgut Scherkräfte aus, die zur Zertrümmerung
des Kornguts führen. In F i g. 3 ist die Wirkung des Rührwerks auf die Bewegung
der Mahlkörper in Abhängigkeit vom Abstand der Körper von der Drehachse dargestellt.
Die in der Nähe des Rührwerks mit dem Abstand R1 von der Drehachse angeordneten
Mahlkugeln rollen mit etwa der Oberflächengeschwindigkeit des Walzenkörpers und
treiben die benachbarten Kugeln an, die ihrerseits einen Teil ihrer Bewegungsenergie
auf die weiter außen liegenden Mahlkugeln übertragen. Die kleinen Pfeile in F i
g. 2 zeigen an, daß eine kreisförmige Bewegung der Mahlkugeln um ihren eigenen Mittelpunkt
zusätzlich zur Drehung um die Längsachse des Rührwerks stattfindet. Der Behälter
1 kann zum trockenen Mahlen eines festen Stoffes oder zum Emulgieren einer Flüssigkeit
in einer anderen verwendet werden. Bei einem zweistufigen Verfahren, das bei der
Naßmahlung erforderlich sein kann, strömt das Mahlgut zusammen mit der Flüssigkeit
durch den Behälter 1 abwärts und durch eine Austrittsöffnung 13 in den in Reihe
geschalteten Behälter 2, in dem es sich aufwärts einem Abfluß 20 zu bewegt. Mahlgutkörner,
die zu groß sind, um durch den Ringspalt 15 hindurchzugehen, werden so lange im
Behälter 1 zurückgehalten, bis die erforderliche Korngröße erreicht ist.
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Der Ringspalt 15 in F i g. 4 liegt schräg zur Längsachse des Rührwerks,
wobei die Wandstärke des Rührwerksbehälters 1' am unteren Teil entsprechend der
Schräglage des Ringspalts abnimmt, während sich der Durchmesser des ringförmigen
Verdrängungskörpers 8' entsprechend vergrößert. Auch in diesem Fall ist jedoch die
Ringspaltweite so gewählt, daß die kugelförmigen Mahlkörper 12 nicht hindurchwandern
können.
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Um ein Absetzen des suspendierten Feststoffs am Boden des zylindrischen
Behälters zu vermeiden, kann am Walzenkörper 7 unterhalb des Ringspaltes 15 und
unmittelbar über dem Boden des Behälters 1 ein senkrechtes Rührwerksblatt 16 vorgesehen
werden, wie dies in den F i g. 2 und 4 dargestellt ist. Dieses Blatt rührt die Feststoffteilchen
ständig auf und unterstützt ihre Förderung durch den Materialabfluß 13 in die benachbarte
Rührwerksmühle, in der eine weitere Zerkleinerung der Feststoffteilchen stattfindet.
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Wenn die aufgeschwemmten Feststoffteilchen in der Flüssigkeit durch
den Behälter 2 der benachbarten Rührwerksmühle nach oben steigen, erfolgt eine weitere
Verringerung der Korngröße. Die Rührwerkvorrichtung und die kugelförmigen Mahlkörper
entsprechen denjenigen der ersten Rührwerksmühle. Während die größeren Körner im
zylindrischen Behälter 2 zwischen den Mahlkugeln 12 zurückgehalten werden, werden
die kleineren in der Flüssigkeit auf Grund des Auftriebs nach oben geschwemmt und
fließen durch die Austrittsöffnung 20 entweder in eine dritte Rührwerksmühle dieser
Art oder, falls der Zerkleinerungsgrad ausreicht, in einen Abscheider. Sobald die
größeren Körner entsprechend zerkleinert sind, steigt das zerkleinerte Gut aufwärts
zur Austrittsöffnung 20, wobei seine Steiggeschwindigkeit dem Stokesschen Gesetz
unterliegt. Somit zeigt die zweite Rührwerksmühle unter anderem die Wirkung eines
Klassierers in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit der Aufschwemmung.
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Werden noch weitere Rührwerksmühlen verwendet, dann steht die Austrittsöffnung
20 vorzugsweise mit einem Materialzufluß am Boden des zylindrischen Behälters der
folgenden Mühle in Verbindung, so daß auch durch die folgende Mühle eine aufwärtsgerichtete
Strömung erzeugt wird.