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Anlage zum Patentgesuch der Klöckner-Humboldt-Deutz Aktiengesellschaft
Verfahren zur Durchführung von Niedrigtemperatur-Mahlprozessen in einem schwingenden
Behälter und Behälter zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren zur Durchführung von Niedrigtemperatur-Mahlprozessen für stückiges
und/oder körniges Gut mit Hilfe von Kältemitteln in einem schwingenden Behälter.
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Aus der deutschen Auslegeschrift 1 298 392 ist es zur Durchführung
von Mahlprozessen in einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, vorzugsweise
in einer Schwingmühle bekannt, zur Kühlung des Mahlgutes Kühlgase direkt in den
Mahlraum der Schwingmühle oberhalb der Mahigutoberfläche einzudüsen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Durchführung von Niedrigtemperatur-Mahlprozessen
in einem geschlossenen, schwingenden Behälter zu schaffen, der mit gasförmigen oder
flüssigen Kältemitteln derart beaufschlagt wird, daß auch bei Stoffen mit einem
sehr tiefen Versprödungspunkt während des Mahlvorganges eine sehr tiefe Temperatur
eingehalten werden kann, bei der eine gute Zerkleinerungsqualität gewährleistet
und die Zerkleinerungsleistung gesteigert wird. Erfindungsgemäß
wird
die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Behälterinnenraum über wenigstens einen den
Behälter umgebenden Kältemittelkanal indirekt gekühlt und bei Bedarf zusätzlich
Kältemittel direkt in den Behälterinnenraum eingeführt wird. Diese Lösung hat gegenüber
den bekannten Verfahren, bei denen das Mahlgut durch unmittelbare Berührung mit
dem Kältemittel gekühlt wurde, den Vorteil, daß das Mahlgut im Innern des Behälters
nunmehr weitgehend indirekt gekühlt wird, so daß im Innenraum praktisch keine Strömung
von verdampfenden Kältemitteln auftritt. Auf diese Weise wird vermieden, daß die
Kältemitteldämpfe, die mit teilweise recht hohen Geschwindigkeiten durch den Mahlraum
strömen können, Feingutanteile aus dem Mahlbehälter austragen, die noch nicht genügend
zerkleinert worden sind. Die aufgezeigte Lösung gewährleistet daher vor allem für
die Feinstzerkleinerung eine gute Zerkleinerungsleistung bei entsprechender Zerkleinerungsqualität.
Ein weiterer Vorteil dieser Lösung liegt darin, daß je nach Verträglichkeit mit
dem Mahlgut -aber auch nach rein wirtschaftlichen Gesichtspunkten- verschiedene
Kältemittel gewählt werden können, die entweder bei Bedarf zur direkten oder indirekten
Kühlung des Mahlgutes benutzt werden. Außerdem kann vorteilhafterweise bei der Außenkühlung
des Behälters das Kältemittel in einem geschlossenen Kreislauf geführt und rUckgekühlt
werden.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß wenigstens eine
Teilmenge des aus dem Kältemittelkanal abgezogenen Kältemittels in das Aufgabegut
vor seiner Einführung in den Behälter eingedüst wird. Durch diese Maßnahme wird
erreicht, daß das Mahlgut schon vorgekühlt ist,bevor es in den Behälter eingedüst
wird, und erst im Behälter selbst unter seinen Versprödungspunkt abgekühlt wird.
Hierdurch kann das Kältemittel weitgehend ausgenutzt werden, so daß der Kältemittelbedarf
und auch die Kosten für das Kältemittel niedrig gehalten werden können.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß
die Menge des dem Kältemittelkanal zugeführten Kältemittels in Abhängigkeit von
der Temperatur des Aufgabegutes vor seiner Einführung in den Behälter geregelt wird.
Bei Kenntnis des Versprödungspunktes des Mahlgutes kann auf diese Weise mit Vorteil
eine auf die Eigenschaften des Mahlgutes abgestimmte Kältemittelmenge zugeführt
werden, um eine vorgegebene Mahlqualität zu erreichen.
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Außerdem ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Kältemittelmengen
in den Behälterinnenraum an einer oder mehreren Stellen unterhalb der Mahlgutoberfläche,
vorzugsweise tangential eingeführt werden. Durch diese Maßnahme
wird
mit Vorteil erreicht, daß das bei Bedarf in den Mahlraum eingeführte Kältemittel
sofort in unmittelbaren Kontakt mit dem Mahlgut gebracht wird, so daß es dort zur
Verfügung steht, wo auch die bei der Zerkleinerung erzeugten Wärmemengen freiwerden.
Dies ist insbesondere für Stoffe von Bedeutung, die wie eine Reihe von Kunststoffen
eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, und vor allem für Stoffe, bei denen die
Versprödungstemperatur nur wenig oberhalb der im Mahlraum herrschenden Temperatur
liegt. Weiterhin wird mit Vorteil erreicht, daß der Austritt des Kältemittels aus
dem Mahlgut gleichmäßig über die gesamte Behälterlänge erfolgt und keine unerwünscht
hohen Geschwindigkeiten des verdampften Kältemittels an der Oberfläche des Gutes
auftreten.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß
wenigstens eine Teilmenge der aus dem Kältemittelkanal abgezogenen Kältemittelmengen
in den Behälterinnenraum eingeführt wird. Auf diese Weise kann mit Vorteil auch
auf ein und dasselbe Kältemittel für die direkte und indirekte Kühlung zurückgegriffen
werden, um einen vorgegebenen Temperaturbereich im Behälterinnenraum aufrecht zu
erhalten. Hierbei ist es zweckmäßig, daß die Menge des direkt in den Behälterinnenraum
eingeführten Kältemittels in Abhängigkeit von seiner Temperatur bei Austritt aus
dem Behälterinnenraum geregelt
wird. Durch diese Maßnahme ist es
möglich, eine genau abgestimmte Menge von Kältemittel in den Behälterinnenraum einzuführen,
um eine geforderte, konstante, unterhalb des Versprödungspunktes liegende Temperatur
des Mahlgutes über die gesamte Behälterlänge zu halten.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß
das aus dem Behälterinnenraum austretende Kältemittel über wenigstens eine Abzugsleitung
in das Aufgabegut eingeführt wird. Dies hat den Vorteil, daß das Aufgabegut zusätzlich
vorgekühlt und so eine weitestgehende Ausnutzung des Kältemittels erreicht wird.
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Weiterhin ist in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Geschwindigkeit
des Kältemittels in der Abzugsleitung hinter dem Behälter so geregelt wird, daß
ein vorgegebener Wert nicht überschritten wird. Durch diese Maßnahme wird erreicht,
daß die Geschwindigkeit des verdampften Kältemittels im Behälterinnenraum je nach
spezifischem Gewicht des Mahlgutes und je nach Feinheit des gemahlenen Gutes so
geregelt werden kann, daß vorteilhafterweise aus dem Innenraum feine Anteile, die
einer weiteren Feinstmahlung unterzogen werden müßten, nicht mitgerissen werden,
so daß die Mahlqualität in einfacher Weise erhöht wird.
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Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens, die wenigstens einen mit einem Isoliermantel umgebenen Behälter
aufweist, der schwingfähig gelagert und mit einem Schwingantrieb versehen ist. Gemäß
der Erfindung weist der Behälter zwischen seiner Außenwandung und dem Isoliermantel
wenigstens einen den Behälter mindestens teilweise einhüllenden Kältemittelkanal
auf, der jeweils mit wenigstens einer Kältemittelzufuhr- und Kältemittelabzugseinrichtung
versehen ist. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung kann das
Kältemittel direkt auf die Außenflächen des Behälters gegeben werden, so daß bei
entsprechend guter Wärmeleitfähigkeit der Behälterwandung eine gute Abfuhr der während
der Zerkleinerung anfallenden Wärmemengen aus dem Behälterinnenraum durch Wärmeleitung
und Wärmestrahlung erfolgt. Außerdem wird erreicht, daß im Innenraum unerwünscht
hohe Strömungsgeschwindigkeiten von verdampfendem Kältemittel nicht auftreten.
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In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen,
daß der Kältemittelkanal mit Bezug auf die Behälterlängsachse schraubenförmig verläuft.
Hierdurch wird mit Vorteil eine weitgehend gleichmäßige Beauschlagung des Behälters
mit Kältemitteln erreicht, so daß die Behälterwandung gleichmäßig gekühlt wird.
Zweckmäßig ist hierbei, daß
am Behälter mehrere parallele Kältemittelkanäle
schraubenförmig, vorzugsweise nach Art einer mehrgängigen Schraube, angeordnet sind.
Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, daß ohne großen Aufwand größere
Mengen von Kältemitteln auf den Behälter aufgebracht werden können, falls ausgesprochen
tiefe Temperaturen im Innenraum des Behälters eingehalten werden mUssen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist vorgesehen, daß zur Bildung von einem oder mehreren Kältemittelkanälen der Behälter
mit Abstand von einem koaxialen Mantel umgeben ist, wobei der entstehende Zwischenraum
durch wenigstens einen Steg unterteilt ist. Zweckmäßig ist, daß die Stege so angeordnet
sind, daß in Richtung der Behälterlängsachse zickzack oder wellenförmig verlaufende
Kanäle entstehen. Durch die in vorteilhafter Weise einfache Ausgestaltung und nur
mit geringen Kosten angefertigten Kanäle wird eine im wesentlichen in Richtung der
Behälterlängsachse gerichtete Strömung der Kältemittel erzielt. Vorzugsweise bei
einer Strömung, die entgegengesetzt der Gutdurchlaufrichtung durch den Behälter
gerichtet ist, bewirkt der lang andauernde Kontakt zwischen Kältemittel und Behälterwandung
eine gute Wärmeabfuhr.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand von schematischen Zeichnungen
eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäß ausgebildeten Schwingmühle näher
erläutert.
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Die Zeichnungen zeigen in: Fig. 1 die schematische Darstellung der
Mahlanlage, Fig. 2 einen Schnitt durch die Schwingmühle entlang der Linie II-II
in Fig. 1, in vergrößerter Darstellung, Fig. 3-7 weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele
des Erfindungsgegenstandes in vergrößerter Darstellung.
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Eine Schwingmühle, die aus zwei parallelen Behältern 1 und 2 besteht,
die mit einem nicht näher dargestellten Schwingantrieb versehen und auf einem schwingungsfähig
gelagerten Tragrahmen befestigt sind, ist an einem Ende des Behälters 1 über eine
Gutzulauföffnung 3 und einer mit einer gasundurchlässigen Materialschleuse, beispielsweise
einer Zellenradschleuse 4 versehenen Gutzufuhrleitung 5 an einen Gutaufgabebunker
6 angeschlossen. Der Behälter 1 ist an dem der Gutzulauföffnung 3 abgewandten Ende
über ein Verbindungsrohr
7 mit dem Behälter 2 verbunden. Der Behälter
2 weist seinerseits an seinem der Einmündung des Verbindungsrohres 7 abgewandten
Ende eine Gutabzugsöffnung 3 aui, die über eine Gutabzugsleitung 9 mit einem Sammelbunker
10 für das fertig gemahlene Gut in Verbindung steht. Der Sammelbunker 10 ist über
eine Gasabzugsleitung 28 mit dem Aufgabebunker 6 verbunden.
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Die Mahlbehälter 1, 2 sind an ihren Außenflächen von einem Isoliermantel
11 umgeben, der seinerseits von einem Außenmantel 12 umschlossen wird. Im Bereich
der Berüiirungsfläche von Behälter und Isoliermantel ist wenigstens ein den Behälter
mindestens teilweise eininillender Kältemittelkanal 13 angeordnet, der im Bereich
der Gutzulauföffnung 3 mit einer Kältemittelabzugseinrichtung 14 und im Bereich
der Gutabzugsöffnung 8 mit einer Kältemittelzufuhreinrichtung 15 versehen ist. Die
Kältemittelzufuhreinrichtung 15 ist über eine Verbindungsleitung 16 und einem zwischengeschalteten
Regelventil 17 mit einem Waltemi-ttelversorgungssystem 18 verbunden.
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Die Kältemittelabzugseinrichtung ist über eine Abzugsleitung 19, in
der ein Drei-Wege-Regelventil 20 angeordnet ist, mit dem Aufgabebunker 6 verbunden.
Das hegelventil 17 ist über einen Verstellmo-tor t) und einen Regler 21 mit einem
in dem Aufgabebunker 6 angeordneten Temperaturfühler 22 verbunden.
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Wie in der +ig. 2 näher dargestellt, sind in dem Behälter 1, 2 gleichmäßig
über die Länge verteilt Kältemittelzulauföffnungen 25 tangential in der Weise angebracht,
daß sie sich jeweils auf der Seite des Behälters befinden, auf der unter dem Einfluß
der Schwingbewegung eine nach unten gerichtete Mahlgutbewegung erfolgt. An jede
Zulautöffnung 25 ist eine Verteilerleitung 24 angeschlossen, die ihrerseits mit
einer Bypaßleitung 23 verbunden ist. Die Bypaßleitung 23 und die Abzugsleitung 19
sind über das Drei- Wege-Regelventil 20 miteinander verbunden. Dieses Regelventil
20 arbeitet über einen Regler 26 mit einem Temperaturfühler 27 zusammen, welcher
am Austragsende des Behälters 2 unmittelbar über der Gutoberfläche in den Behälter
eingeführt ist.
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In der Gasabzugsleitung 28 unmittelbar hinter dem Sammelbuntiter 10
ist ein filter 29 angebracht, der die staubförmigen Feingutanteile zurückhält. Im
Bereich hinter dem Filter 29 ist in der Gasabzugsleitung eine Druckmeßsonde 30 angeordnet,
die über einen Regler 31 mit einem Ventilator 52 zusammen arbeitet. Im Bereich vor
der Einmündungsstelle der Gasabzugsleitung in den Aufgabebunker 6 ist zur Druckhaltung
ein Rückschlagventil 33 eingesetzt.
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Die Arbeitsweise des er£indungsgemäf3en Verfahrens wird im folgenden
näher beschrieben.
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Das zu zerkleinernde Gut wird aus dem Aufgabebunker 6 über die Zellenradschleuse
4 durch die Gutzufulirleitung 5 in den Behälter 1 der Schwingmühle eingebracht,
der mit Mahlkörpern wie sfigeln, Stangen oder Cylpebs teilweise gefüllt ist. Das
im Aufgabebunker 6 bis nahe an den Versprödungspunkt vorgekwilte und in den Behältern
1, 2 unter den Versprödungspunkt abgekühlte Gut wird aufgrund der schwingenden Bewegung
der MLihle zwischen den Mahlkörpern zerkleinert. Das im Behälter 1 der Schwingmühle
zerkleinerte Gut gelangt über eine gelochte Trennwand 38, welche die Mahlkörper
zurückhält, über das Verbindungsrohr 7 in den Behälter 2, in welchem es zwischen
den Mahlkörpern einer weiteren Mahlung unterzogen wird. infolge der Schwingbewegung
und durch konstant in den Behälter 1 einfallendes Gut ergibt sich ein kontinuierlicher
Mahlgutstrom, der sich von der Gutzulauföffnung 3 zur Gutabzugsöffnung 8 bewegt.
Das über die Gutabzugsleitung 9 abgezogene fertig zerscleinerte Gut wird in dem
Sammelbuner 10 aufgefangen.
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Die während des Zeri;leinerungsvo rgange s ents telienden Wärmemengen,
und die trotzt der Anordnung eines die Behälter umgebenden Isoliermantels auftretenden
"Kälteverluste" werden dadurch ausgeglichen, daß die Behälter 1, 2 von außen indirekt
mit Hilfe von Kältemitteln, beispielsweise verflüssigtem Stickstoff, Argon und ähnlichen
bekannten Kältemittel gekühlt werden,
die von Kältemittelkanälen
geführt, die Behälter 1, 2 vorzugsweise im Gegenstrom zu der Gutbewegung umströmen.
1)adurcli ist es mögliclA im Innenraum der Behälter 1, 2 eine möglichst konstante
Temperatur zu halten, die nur wenig unterhalb des Versprödungspunktes des zu mahlenden
Gutes liegt. Das vom Behälter 1 abgezogene Kältemittel wird über die Kältemittelabzugsleitung
19 zur Vorkühlung des Gutes in den Aufgabebunker G eingeleitet. Dabei wird die Menge
des die Behälter 1, 2 umströmenden Kältemittels in Abhängigkeit von der Temperatur
des Aufgabegutes geregelt, welche über einen Temperaturfühler 22, vorzugsweise ein
Thermoelement gemessen und auf einen Regler 21 übertragen wird, der über einen Verstellmotor
39 das llegelventil 17 entweder schließend oder öffnend betätigt.
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Nuß nun bei einem Aufgabegut mit einem sehr tiefen Versprödungspunkt
eine entsprechend tiefe BeJälterinnenraumtemperatur eingehalten werden, so kann
über das Drei-Wege-Regelventil 20 zusätzlich Kältemittel in die Behälter 1, 2 eingeführt
werden.
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Das Kältemittel wird,wie in lig. 2 dargestellt, tangential an verschiedenen
Stellen eingedüst, wodurch das Mahlgut intensiv in der Mahlzone gekühlt wird. Auf
diese Weise werden hohe Gasgeschwindigkeiten im mahlkörperfreien Raum, durch welche
die bis zu einer gewissen Feinheit zerkleinerten Teileinen aus der Mühle ausgetragen
werden und keiner weiteren Zerkleinerung
unterzogen werden können,
weitgehend vermieden.
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Die Menge des zusätzlich in den Behälterinnenraum eingeführten Kältemittels
wird in Abhängigkeit von der Temperatur geregelt, die am Ende des Behälters 2 gegenüber
der Gutabzugsöffnung t3 oberhalb der Mahlgutoberfläche von einem Temperaturfühler
27, vorzugsweise einem Thermoelement gemessen wird.
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Das Thermoelement arbeitet mit einem Regler 26 zusammen, der über
einen Verstellmotor 40 das Drel-Wege-Regelventil 20 in der Weise öffnet, daß die
zusätzlichen Kältemittelmengen in den Behälterinnenraum einströmen. Die entstehenden
Gase des verdampfenden Kültemittels gelangen aus den Behältern 1, 2 und dem Sammelbunker
10 über einen Filter 29 in die Gasabzugsleitung 28 und werden zur weiteren Vorkühlung
des Aufgabe gutes in den Aufgabebunker 6 eingeleitet. Eine in der Gasabzugsleitung
angeordnete Drucksonde 30, die über einen Druckregler 31 mit einem Ventilator 32
zusammenarbeitet und ein im Bereich vor dem Aufgabebunker in der Gasabzugslei-tung
angeordnetes Rückschlagventil 33 regeln die Gasströmung in den Behältern 1, 2 der
SchwingmLiltle auf einen den Mahlguteigenschalten entsprechenden @ert ein. Dieses
Verfahren der weitgehend indirekten Kühlung des Gutes in den Behältern 1, 2 der
Schwingmühle ermöglicht sowohl eine einwandfreie kontinuierliche Feinstzerkleinerung
des Gutes als auch eine optimale Ausnutzung des Kältemittels.
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Anstelle der selbsttätig arbeitenden Regelung können die Temperaturfühler
auch jeweils nur mit einem Anzelgegerät versehen sein, so daß, ralls nur Spitzenschwankungen
auszuregeln sind, die Kältemittelmenge zur indirekten und direkten Kühlung des Gutes
von iland, ggfl. auch wobei Fernbedienung eingestellt werden können.
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In den Figuren 3 bis 7 sind bevorzugte Ausgestaltungen der Kältemittelkanäle
dargestellt.
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Gemäß Fig. 3 sind vorteilhafterweise in die Außenwandung 34 des Behälters
1, 2 schraubenförmig Nuten eingelassen, die von einem Mantel 35 umgeben sind, wobei
der Mantel auf der Behälterwandung unmittelbar anliegt und mit der Kältemittelzufuhreinrichtung
15 bzw. Kältemittelabzugseinrichtung 14 fest verbunden ist. Der auf diese Weise
gebildete schraubenförmige kanal ist durch eine in der Kältemittelzufuhr bzw. -abzugseinricli
tung angeordnete Bohrung lortgesetzt, 311 welche über die Verbindungsleitung 16
das Versorgungssystem 18 bzw. die Abzugsleitung 19 angeschlossen ist. Kältemittelzufuhr
bzw. -abzugseinrichtung bestehen vorteilhafterweise aus einem Material, das eine
sehr schlechte Wärmeleitfähigkeit besitzt. Der Mantel 35 ist auf seiner Außenseite
von einem beispielsweise aus Polyurethanschaum bestehenden isoliermantel 11 umgeben,
der wiederum von einem Außenmantel 12 gegen äußere Einwirkungen geschützt ist.
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Gemäß Fig. 4 kann der den Behälter umgebende Kältemittelkanal mit
Vorteil auch dadurch gebildet werden, daß in den Mantel 55 schraubenförmig Nuten
eingedrückt sind. Der so geformte Mantel liegt mit seinen Stegen 36 unmittelbar
auf der Behälterwandung 54 auf und ist sowohl mit der Behälterwandung als auch mit
der Kältemittelzufuhr bzw. -abzugseinrichtung fest verbunden.
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Wie der Fig. 5 zu entnehmen ist, wird in die schraubenförmig in die
Behälterwandung eingelassene Nut mit Vorteil ein Rohr 37, beispielsweise aus Kupfer
oder V2A-Stahl gelegt, welches im Bereich der Nut mit der Behälterwandung 34 @est
verbunden ist. Das Rohr 37 ist in die in der Kältemittelzufuhr bzw. -abzugseinrichtung
angeordneten Bohrung tangential eingeführt. Der Querschnitt des kohres kann hierbei
jede beliebige Form aufweisen und im wesentlichen der Nuteniorm entsprechen.
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Zur weiteren Ausgestaltung der Kältemittelkanäle kann vorgesehen werden,
daß auf dem Umfang des Behälters mit Vorteil Stege angeordnet werden, über die ein
Mantel 35 geschoben wird. Der vom Mantel 35 und von der Behälterwandung 34 gebildete
Zwischenraum kann durch die Stege so ausgebildet werden, daß Kältemittelkanäle entstehen,
die wiederum in Form einer ein- oder mehrgängigen Schraube den Behälter umgeben
oder
aber wie in den Figuren 6 und 7 dargestellt den Zwischenraum so aufteilen, daß eine
im wesentlichen in Behälterlängsachse gerichtete Zickzack-Strömung der Kältemittel
entsteht. Patentansprüche