DE2230766C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Zerkleinern von in einer Flüssigkeit suspendierten Feststoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerkleinern von in einer Flüssigkeit suspendierten Feststoffen, wobei die Feststoffsuspension wiederholt zwischen einem Speicherbehälter und einem senkrecht von unten nach oben durchströmten Mahlbehälter umgepumpt wird, der teilweise mit Mahlkörpern gefüllt ist, die mittels eines Rührwerkes in Bewegung versetzbar sind, wobei je Stunde eine Festgutsuspensionsmenge durch den Mahlbehälter befördert wird, die einem Mehrfachen der Aufnahmekapazität des Mahlbehälters für die Feststoffsuspension entspricht

Bei den für die Durchführung dieses Verfahrens verwendeten Mahlvorrichtungen handelt es sich um sogenannte Attritor-Mühlen, wie sie etwa in den US-PS'en 27 64 359, 30 08 657 und 31 31 875 oder dem »PERL-M ILL«-Prospekt der Firma Drais- Werke GmbH aus dem Jahre 1964 beschrieben sind. Bei diesen Mahlvorrichtungen rotieren in einem Mahlkörper, z. B. keramische oder metallische Kugeln, aufnehmenden Mahlbehälter Rührorgane, durch die die Mahlkörper aufgewirbelt werden, zwischen denen die Feststoffsuspension hindurchgefördert wird.

Es ist beobachtet worden, daß eine größere Materialmenge gemahlen werden kann, wenn die Abmessungen der Mahlvorrichtung vergrößert werden. Größere Mahlvorrichtungen sind jedoch sowohl hinsichtlich ihrer Herstellung als auch ihre Unterhaltung relativ aufwendig.

Aus dem »PERL-M1LL«-Prospekt ist es bekannt, die Mahlgut- bzw. Feststoffsuspension bei einem Mahlbehälterinhalt von z. B. 5 Liter mit einer Pumpen-Förderleistung durch den Mahlbehälter zu pumpen, die pro Stunde 0 bis 901 betragen kann, wobei für Sonderfälle erheblich höhere Pumpenleistungen möglich sein sollen. Diese bekannte Verfahrensweise führt jedoch bei vielen Anwendungsgebieten bzw. verschiedenen Mahlgütern nicht zur Erzielung einer guten Feinheit mit möglichst kleinem Kornspektrum. Dabei ist weiterhin zu berücksichtigen, daß nach bisherigen Erkenntnissen ein zu schnelles Durchpumpen der Feststoffsuspension durch den Mahlbehälter eher zu schlechteren Mahlergebnissen führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mahlverfahren zu schaffen, mit dem auch bei mahlschwierigen Gütern eine gute Feinheit mit möglichst kleinem Kornspektrum erzielt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß je Stunde mindestens das 30-fache der Aufnahmekapazität des Mahlbehälters für die Feststoffsuspension mit einer Geschwindigkeit von mindestens 2 mm/sek. durch den Mahlbehälter gefördert wird.

Zur Erzielung einer guten Feinheit mit möglichst kleinem Kornspektrum sind somit im wesentlichen zwei Parameter notwendig. Durch das häufige Durchpumpen der Suspension durch den Mahlbehälter wird ein Klassiereffekt erzielt insofern, als kleine Teilchen auf im wesentlichen geradem Wege durch die Mahlkörper strömen, größere Teilchen jedoch aufgehalten werden und deshalb größere Wege zurücklegen. Die Verweilzeit der größeren Körper ist somit langer, wodurch

erreicht wird, daß diese großen Körper häufiger und langer dem zerkleinernden Angriff der Mahlkörper ausgesetzt sind, während außerdem ein Teilchen, das aus unbestimmten Gründen Zonen geringerer Bewegung durchströmt, bei den folgenden Durchläufen mit statistischer Wahrscheinlichkeit derartige Zonen nicht berührt Der zweite Parameter besteht in einer ausreichenden Mindestgeschwindigkeit der Suspension durch das Mahlbett insofern, als bei zu kleinen Strömungsgeschwindigkeiten die natürliche Diffusionsgeschwindigkeit der Feststoffsuspension durch das Mahlbett nicht im erforderlichen Umfang überschritten werden würde,

Obwohl beispielsweise der »PERL-MILL«-Prospekt gattungsgleiche Mühlen mit möglichen Durchflußgeschwindigkeiten beschreibt, wie sie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in den unteren beanspruchten Werten auch auftreten, ist in dieser Druckschrift ein Zusammenhang zwischen diesen erforderlichen Geschwindigkeiten und der Notwendigkeit des häufigen Durchpumpens durch den Mahlbehälter nicht gegeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß je Stunde das 50 bis 300-fache der Aufnahmekapazität des Mahlbehälters für die Feststoffsuspension durch den Mahlbehälter gefördert wird, wobei die Feststoffsuspension den Mahlbehälter vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 5 bis 50 mm/sek. durchströmen soll.

Eine optimale Auslastung der benötigten Mahlvorrichtung wird dann erreicht, wenn erfindungsgemäß je Stunde mehr als das Zehnfache der von dem Speicherbehälter aufgenommenen Feststoffsuspensionsmenge durch den Mahlbehälter hindurchgefördert wird.

Eine vollständige Erfassung der gesamten Feststoffsuspensionsmenge wird vorzugsweise dann erreicht, wenn die Feststoffsuspension mehrfach aus einem ersten Speicherbehälter durch den Mahlbehälter hindurch in einen zweiten Speicherbehälter und anschließend aus dem zweiten Speicherbehälter durch den Mahlbehälter wieder in den ersten Speicherbehälter gefördert wird und so fort.

Die Mahlvorrichtung zum Zerkleinern von in einer Flüssigkeit suspendierten Feststoffen mit einem senkrecht von unten nach oben durchströmten Mahlbehälter, der teilweise mit Mahlkörpern gefüllt ist und zum Bewegen dieser Mahlkörper ein Rührwerk und zur Förderung der Feststoffsuspension eine Pumpe aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Förderkapazität der Pumpe je Stunde mindestens der 30-fachen Aufnahmekapazität, vorzugsweise der 50 bis 300-fachen Aufnahmekapazität, des Mahlbehälters für die Feststoffsuspension entspricht.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Mahlvorrichtung werden im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Mahlvorrichtung,

F i g. 2 eine andere schematische Schnittansicht durch wesentliche Teile der Mahlvorrichtung,

Fig.3 eine Ausführungsform der Mahlvorrichtung, bei der ein Mahlbehälter mit zwei Speicherbehältern verbunden ist,

Fig.4 ein Diagramm, aus dem der Einfluß der Strömungsgeschwindigkeit der Feststoffsuspension durch den Mahlbehälter auf den Mahleffekt einer gegebenen Materialmenge auf eine bestimmte, nach der Hegman-Skala gemessenen Korngrößen ersichtlich ist,

Fig.5 ein Diagramm, welches die Wirkung der Durchströmungsgeschwindigkeit durch den Mahlbehälter auf den Zerkleinerungseffekt von in öl dispergierten Zuckerteilchen zeigt und außerdem den Vorteil eines mit zwei Speicherbehältern gemäß F i g. 3 verbundenen Mahlbehälters.

Gemäß F i g. 1 ist ein verhältnismäßig großer Speicherbehälter 1 und ein demgegenüber kleinerer Mahlbehälter 2 vorgesehen; diese beiden Behälter sind durch geeignete Leitungen miteinander verbunden.

Bei der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform einer Mahlvorrichtung verbindet eine Leitung 3 den unteren, vorzugsweise konisch geneigten Boden des Speicherbehälters 1 mit dem Boden 4 der Wählvorrichtung 2. In die Leitung 3 ist eine Pumpe 5 gelegt, die dazu dient, eine in dem Speicherbehälter 1 befindliche Feststoffsuspension mit einer ausreichenden Geschwindigkeit in den Mahlbehälter 2 zu pumpen. Die Leitung 3 mündet zentral in den Mahlbehälter 2, und zwar unterhalb der Achse des Rührwerkes 6, so daß die Feststoffsuspension in Richtung der Pfeile 7 in axialer Richtung zugefördert und im wesentlichen mit laminarer Strömung den Mahlbehälter 2 von unten nach oben durchströmt An den oberen Abschnitt 10 des Mahlbehälters 2 ist eine Leitung 9 angeschlossen, durch die die Feststoffsuspension wieder in den Speicherbehälter 1 zurückströmen kann.

In dem Mahlbehälter 2 befinden sich vorzugsweise aus keramischem oder metallischem Material bestehende, insbesondere kugelförmige Mahlkörper 12, die im ruhenden Zustand ein Mahlkörperbett bilden, welches im wesentlichen Vi bis Vs des Mahlbehälter-Volumens ausmacht. Die in den Mahlbehälier 2 einmündende Leitung 3 ist im Bereich des Bodens 4 mittels eines Siebes 13 teilweise verschlossen, um den Eintritt von Mahlkörpern in die Leitung 3 zu verhindern. Am oberen Ende des Mahlbehälters 2 ist ein nicht näher bezeichnetes Rückhaltesieb angeordnet, welches den Eintritt der Mahlkörper 12 in den oberen Behälterabschnitt 10 und in die Leitung 9 verhindert.

Die Welle des Rührwerkes 6 läßt sich mittels des Motors Min Pfeilrichtung 18 in Umdrehung versetzen, wodurch die Rührarme 19 schnell durch das Mahlkörperbett bewegt werden und dessen Volumen gegenüber dem Ruhezustand scheinbar vergrößern.

Eine als optimal ermittelte Anordnung zeigt F i g. 3, die jedoch aufwendiger ist als die in den Figuren 1 und 2 dargestellte. Die Vorrichtung gemäß F i g. 3 umfaßt eine Mehrzahl von Speicherbehältern, von denen zwei la und \b dargestellt sind. Der Mahlbehälter 2 ist so mit den beiden Speicherbehältern la und Xb durch Leitungen 3a, 3b, 3c, 24, 25 verbunden, daß die den zu mahlenden Feststoff enthaltende Flüssigkeit aus einem Speicherbehälter durch den Mahlbehälter in den anderen Speicherbehälter gefördert wird, bis der erste Speicherbehälter im wesentlichen geleert ist, und dann rückwärts aus dem zweiten Speicherbehälter durch den Mahlbehälter wieder in den ersten Speicherbehälter gepumpt wird. Die jeweilige Förderrichtung wird durch in die Förderleitungen eingeschaltete, automatisch gesteuerte Ventile V eingestellt. Dabei wird der Mahlbehälter 2 jeweils von der Feststoffsuspension von ui.ten nach oben durchströmt. Die Strömungsgeschwindigkeit wird so eingestellt, daß sich eine im wesentlichen laminare vertikal aufwärts gerichtete Strömung in Richtung der Mahlbehälter-Achse einstellt.

Wie sich aus Fig. 3 ergibt, hat die Leitung 3 drei

Zweige 3a, 3b und 3c, an deren Knotenpunkt ein steuerbares Dreiwegeventil 21 angeordnet ist, welches wahlweise die Strömung der Flüssigkeit von dem unteren Abschnitt des Speicherbehälters la oder des Speicherbehälters \b in den unteren Abschnitt 4 des Mahlbehälters 2 gestattet. Die Ventile 22 und 23 gestatten wahlweise die Strömung der Flüssigkeit aus dem oberen Abschnitt des Mahlbehälters 2 durch die Leitungen 24 bzw. 25 in die Speicherbehälter 1 a bzw. 1 b. Geeignete, gegebenenfalls automatische Steuermittel 26 sind über elektrische Leitungen 27,28 und 29 mit den Ventilen 21, 22 und 23 verbunden. Dabei erfolgt die Steuerung derart, daß das Ventil 22 geöffnet wird, wenn die Leitungszweige 3b und 3c über das Dreiwegeventil 21 miteinander verbunden sind, um die Strömung der Flüssigkeit durch die Leitung 25 aus dem Mahlbehälter 2 in den Speicherbehälter \b zu ermöglichen. Die Strömung der Flüssigkeit aus einem Speicherbehälter durch den Mahlbehälter in den anderen Speicherbehälter und wieder zurück wird so lange fortgesetzt, bis die Zerkleinerung des in der Flüssigkeit enthaltenen Feststoffes auf die gewünschte Korngröße erreicht worden ist.

Fig.4 enthält die Kurvenverläufe für die Zerkleinerungsgeschwindigkeit von Schwerspat in Öl in einer Vorrichtung, die aus einem 57 Liter-Speicherbehälter und einem 3,8 Liter-Mahlbehälter besteht. Dabei zeigt die Kurve 40 die Zeit, die für die Zerkleinerung von 57 Liter Material auf eine vorgegebene durchschnittliche Korngröße (nach Hegman-Skala) benötigt wird, wenn 19 Liter pro Stunde durch den 3,8 Liter-Mahlbehälter gepumpt werden. Der Kurvenverlauf 41 zeigt die Abhängigkeit der Korngröße von der Mahldauer für die Mahlung derselben Menge, wobei jedoch die Strömungsgeschwindigkeit auf 38 Liter pro Stunde erhöhl worden ist. Die Kurve 42 gibt die Zerkleinerungsrate füi 3,8 Liter desselben Materials, wenn die Strömungsgeschwindigkeit Null ist, d. h., daß keine Zirkulation durch den Mahlbehälter erfolgt, wobei die Mahlung von 57 Liter des Materials in 3,8 Liter-Chargen auf die gleiche Korngröße das Fünfzehnfache der sich aus der Kurve 42 ergebenden Zeit erfordern würde. Kurve 43 zeigt die Zerkleinerungszeit für 57 Liter des gleichen Materials in

.ι der gleichen Vorrichtung für die Zerkleinerung auf die angegebene Korngröße, wenn die Strömungsgeschwindigkeit auf 300 Liter pro Stunde erhöht wird. Kurve 44 zeigt die Zerkleinerungszeit von 57 Liter des gleichen Materials auf die angegebene Korngröße, wenn die Strömungsgeschwindigkeit auf 670 Liter pro Stunde erhöht wird. In F i g. 5 zeigen die verschiedenen Kurven die Mahlzeit für die Zerkleinerung auf die jeweilige durchschnittliche Korngröße (nach Hegman-Skala) bei der Mahlung von 57 Liter von in Öl dispergiertem

.μ Zucker. Bei der Kurve 45 betrug die Strömungsgeschwindigkeit durch einen 3,8 Liter-Mahlbehälter bei einer Vorrichtung gemäß F i g. 1 und F i g. 2 38 Liter pro Stunde. Bei der Kurve 46 betrug die Strömungsgeschwindigkeit 76 Liter pro Stunde und bei Kurve 47 150 Liter pro Stunde.

Die Kurve 48 zeigt die Abhängigkeit der Korngröße von der Mahlzeit bei Mahlung in einer mit zwei Speicherbehältern ausgerüsteten erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 3 mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 150 Liter pro Stunde durch den Mahlbehälter. Die mit zwei Speicherbehältern ausgerüstete Vorrichtung verhindert offensichtlich die Vermischung von gemahlenem und ungemahlenem Material und bewirkt eine optimale Mahlleistung.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Zerkleinern von in einer Flüssigkeit suspendierten Feststoffen, wobei die Feststoffsuspension wiederholt zwischen einem Speicherbehälter und einem senkrecht von unten nach oben durchströmten Mahlbehälter umgepumpt wird, der teilweise mit Mahlkörpern gefüllt ist, die mittels eines Rührwerkes in Bewegung versetzbar sind, wobei je Stunde eine Festgutsuspensionsmenge durch den Mahlbehälter gefördert wird, die einem Mehrfachen der Aufnahmekapazität des Mahlbehälters für die Feststoffsuspension entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß je Stunde mindestens das 30-fache der Aufnahmekapazität des Mahlbehälters für die Feststoffsuspension mit einer Geschwindigkeit von mindestens 2 mm/sok. durch den Mahlbehälter gefördert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je Stunde das 50 bis 300-fache der Aufnahmekapazität des Mahlbehälters für die Feststoffsuspension durch den Mahlbehälter gefördert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffsuspension den Mahlbehälter mit einer Geschwindigkeit von 5 bis 50 mm/sek. durchströmt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß je Stunde mehr als das Zehnfache der von dem Speicherbehälter aufgenommenen Feststoffsuspensionsmenge durch den Mahlbehälter hindurchgefördert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffsuspension mehrfach aus einem ersten Speicherbehälter durch den Mahlbehälter hindurch in einen zweiten Speicherbehälter und anschließend aus dem zweiten Speicherbehälter durch den Mahlbehälter wieder in den ersten Speicherbehälter gefördert wird.

6. Mahlvorrichtung zum Zerkleinern von in einer Flüssigkeit suspendierten Feststoffen mit einem senkrecht von unten nach oben durchströmten Mahlbehälter, der teilweise mit Mahlkörpern gefüllt ist und zum Bewegen dieser Mahlkörper ein Rührwerk aufweist, und mit einer Pumpe, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderkapazität der Pumpe (5) je Stunde mindestens der 30-fachen Aufnahmekapazität des Mahlbehälters (2) für die Feststoffsuspension entspricht.

7. Mahlvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (5) eine Förderkapazität je Stunde hat, die dem Fünfzig- bis Dreihundertfachen der Aufnahmekapazität des Mahlbehälters (2) für die Feststoffsuspension entspricht.

8. Mahlvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch einen Speicherbehälter (1), aus dem das Mahlgut mittels der Pumpe (5) durch den Mahlbehälter (2) und wieder in den Speicherbehälter förderbar ist Uiid so fort.

9. Mahlvorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch zwei Speicherbehälter (la, 16Ji die durch Leitungen (3a, 3b, 3c\ 24, 25) derart mit dem Mahlbehälter (2) verbunden sind, daß sich für die den zu mahlenden Feststoff enthaltende Flüssigkeit ein Förderweg aus dem ersten Speicherbehälter (\a) in vertikaler Richtung von unten nach oben durch den Mahlbehälter dann zu dem zweiten Speicherbehälter (Ib)und nach Entleerung des ersten Speicherbehälters von dem zweiten Speicherbehälter in und vertikal von unten nach oben durch den Mahlbehälter zurück in den ersten Speicherbehälter ergibt.