DE2311933B2

DE2311933B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Zerkleinerung von Stoffen bei tiefen Temperaturen

Info

Publication number: DE2311933B2
Application number: DE2311933A
Authority: DE
Inventors: Helmuut Dipl.-Ing. 8190 Wolfratshausen Meinass
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1973-03-09
Filing date: 1973-03-09
Publication date: 1979-04-26
Also published as: ATA166574A; AT327658B; DE2311933C3; NO135969C; NO740817L; BE812095A; CH570202A5; NL7316936A; DE2311933A1; FR2220309A1; FR2220309B3; ZA741563B; BR7401798D0; NO135969B; ES424119A1; US3921917A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zerkleinerung von Stoffen bei tiefen Temperaturen unter Verwendung eines Kühlgasstroms und eines Fördergasstromes, wobei der Kühlgasstrom eintretendes Mahlgut kühlt, das anschließend in eine Mühle gelangt, während der Fördergasstrom in die Mühle geleitet wird.

Bei bekannten Tieftemperaturmahlverfahren erfolgt die Kühlung des Mahlguts durch einen Gasstrom, beispielsweise Stickstoff, der in einen Kühlgasstrom und einen Fördergasstrom aufgezweigt wird, wobei der Kühlgasstrom das Mahlgut in einem Külschacht durchströmt, während der Fördergasstrom in die Mühle geleitet wird. Ein Teil des den Kühlschaft verlassenden angewärmten Kühlgases kann zusammen mit einem Teil des vom Produkt abgetrennten Fördergases einem Gebläse zugeführt, durch Eindüsung von Flüssiggas wieder abgekühlt und in zwei besagten Ströme aufgeteilt werden.

Diesem Verfahren heftet jedoch hinsichtlich seiner Wirtschaftlichkeit ein großer Nachteil an. Die oft sehr tiefen Temperaturen, die notwendig sind um beispielsweise Thermoplaste hinreichend zerkleinern zu können, bedingen eine erhebliche Menge an Kühlgas und damit einen hohen Energieaufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tieftemperaturmahlverfahren zu entwickeln, das einen wesentlich niedrigeren Gasverbrauch bei gleichzeitig optimaler Kühlung des Mahlgutes zuläßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beide Gasströme innerhalb der Mahlanlage bei einem Druck unter Atmosphärendruck geführt werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß

bei bekannten Tieftemperaturmahlverfahren die Kälte des Kühlmittels, also z. B. gasförmigen Stick-Stoffs, zum weitaus größten Teil vor der Gasreibung aufgebraucht wird. Die Aufteilung der verfügbaren Kälte ist aus folgender Tabelle ersichtlich:

Gasreibung 80%

Mahlgut 10%

Konvektierung und Leitung 5%

andere Verluste 4%

(Undichtigkeiten, Abziehendes Gas)

Zerkleinerung 1 %.

Bei turbulenter Strömung in der Mühle ist daher bei konstanter Temperatur und konstanter Geschwindigkeit die durch Reibung verbrauchte Leistung der Gasdichte, und diese dem Druck proportional:

Leistung proportional Gasdichte proportional absol. Druck oder

Leistung proportional absol. Druck.

Daraus läßt sich erkennen, daß sich die durch die turbulente Strömung hervorgerufenen Reibungskräfte in gleichem Maße wie der Druck verringern. Das heißt, es ist weniger Kälte und damit weniger Gas notwendig, was zusätzliche Einsparung an elektrischer Energie bedeutet. Bisher konnte es nicht verhindert werden, daß ein erheblicher Anteil der den Zerkleinerungswerkzeugen zugeführten Energie für den Gastransport in der Mühle aufgebraucht wurde. Durch die Drucksenkung wird die Ursache dieses Nachteils, nämlich die Zunahme der Gasdichte mit sinkender Temperatur, nahezu völlig eliminiert.

Darüber hinaus wird eine bessere Zerkleinerungswirkung erzielt, da die kinetische Energie des Mahlgutes weniger stark vom umgebenden Gas absorbiert wird.

Aus der DE-PS 387 995 ist zwar ein Verfahren zur Zerkleinerung von festen Stoffen unter Verwendung einer Mühle mit schnellaufenden Rotoren bekannt, bei dem im Mahlraum der Mühle ein möglichst hohes Vakuum aufrechterhalten wird und bei dem durch die Anwendung des Vakuums eine Zerkleinerung von festen Stoffen bis zur kolloidalen Feinheit möglich wird. Dabei handelt es sich jedoch nicht um ein Tieftemperaturmahlverfahren, so daß sich bei diesem Zerkleinerungsverfahren nicht das Problem der bisher bekannten Tieftemperaturmahlverfahren stellt, daß die Kälte des Kühlmittels zum weitaus größter» Teil

von der Gasreibung aufgebraucht wird. Zudem kann die Anwendung eines sehr hohen Vakuums nicht auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen werden, da sonst keine Kühlung und Förderung des zu mahlenden Gutes möglich ist.

Der Unterdruck wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise durch Absaugen eines Teils des Gases in die Atmosphäre erzeugt. Wird das Absaugen in vorteilhafter Weise derart durchgeführt, daß der Unterdruck 0,1 bis 0,4 bar, vorzugsweise 0,2 bar, beträgt, so verringert sich unter der Voraussetzung eines bisher verwendeten Druckes von ca. 1 bar, infolge des proportionalen Zusammenhangs zwischen Leistung und Druck, der Kälteanteil der Gasreibung von ca. 80% auf 16%, auf ¹Z₅.

Äußerst zweckmäßig ist eine Weiterbildung des Erfindungsgedankens, bei dem das gemahlene Gut im Gegenstrom zu dem den Kühlschacht der Mahlanlage verlassenden Kühlgasstrom angewärmt wLd. Dadurch nimmtdas Kühlgas wieder einen TeiJ der an das Mahlgut abgegebenen Kälte auf und der Kälteverlust durch das Mahlgut verringert sich, d. h. der thermische Wirkungsgrad wird verbessert. Außerdem wird durch die Wiedererwärmung ein Vereisen des gemahlenen Gutes durch die Feuchtigkeit der Atmosphäre vermieden. Für diese Wärmeübertragung eignet sich eine Ausführungsform des Anmeldungsgegenstandes, bei der die Anwärmung des gemahlenen Gutes in kaskadenartig angeordneten Zyklonen erfolgt.

Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der die Mahlanlage verlassende Kühlgasstrom durch Eindüsen von Flüssiggas abgekühlt und dem der Mahlanlage zugeführten Kühl- und/oder Fördergasstrom beigemischt wird.

Um zu vermeiden, daß Luft und mit ihr Feuchtigkeit in die Anlage eindringt, ist es weiterhin von Vorteil, daß auf nicht vollständig abdichtbare Anlagenteile Sperrgas gegen die Atmosphäre geleitet wird. Besonders zweckmäßig ist es, wenn auf den Mahlgutein- und -auslaß Sperrgas geleitet wird.

Dies erfolgt in vorteilhafter Weise derart, daß am Mahlguteinlaß kaltes und am Mahlgutauslaß warmes Sperrgas verwendet wird. Das kalte Sperrgas kann dabei aus der Gasphase eines Speichers für Flüssiggas entnommen werden, während als warmes Sperrgas für den Mahlgutauslaß ein Teil des in die Atmosphäre zu pressenden Gases aus dem Kühlschacht verwendet wird.

Daneben ist es, ebenfalls hinsichtlich der Kälteverluste von großem Vorteil, sämtliche, von unterhalb Umgebungstemperatur befindlichen gasdurchströmten Anlagenteile gegen Kälte zu isolieren.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht im wesentlichen aus einer am Ausgang eines Kühlschachts angeordneten Mühle, an die sich mindestens eine Wärmeübertragungsvorrichtung anschließt, die über einen Filter mit einer Injektor-Mischapparatur verbunden ist, sowie einem Rohrleitungssystem, das mindestens zwei Verdichter aufweist. Um den erforderlichen Unterdruck in der Mahlanlage und die beiden Kreisströme des Kühl- und Fördergases aufrechtzuerhalten, ist es günstig, zwei Verdichter anzuordnen, wobei ein Verdichter in einer zur Mahlanlage führenden, der andere Verdichter in einer Gas in die Atmosphäre ablassenden Leitung angeordnet ist.

Zur Anwärmung des gemahlenen Gutes bzw. zur Abkühlung des den Kühlschacht verlassenden Gases

eignet sich besonders eine Ausführungsform, bei der die Wärmeübertragungsvorrichtung aus kaskadenartig angeordneten Zyklonen besteht.

Zur v/eiteren Abkühlung des die Zyklonen verlassenden und in einem Filter vom Mahlgut restlos befreiten Gases dient eine Injektormischapparatur, die über eine Rohrleitung mit einem Speicher für Flüssiggas verbunden ist. Die Gasphase dieses Speichers steht über mehrere Rohrleitungen mit allen nicht vollständig abdichtbaren Ardagenteilen, vor allem mit dem Mahlgutein- und -auslaß in Verbindung.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Wie aus der Figur ersichtlich, wird das Mahlgut in einen trichterförmigen Behälter 1 aufgegeben, gelangt über eine Zellenradschleuse 2 in einen Zwischenbehälter 3 und von dort über eine weitere Zellenradschleuse 4 in einen Kühlschacht 5. Hier kühlt sich das Mahlgut im Gegenstrom zu am unteren Ende des Kühlschachts 5 über eine Leitung 9 eintretendem Kühlgas ab und wird über eine Zellenradschleuse 6 in eine Mühle 7, in die Fördergas über eine Leitung 8 strömt, geleitet. Nach erfolgter Zerkleinerung in der Mühle 7 gelangt das gemahlene Gut in einen Zyklon 10, wo es vom Fördergas befreit wird. Hinter einer Zellenradschleuse 11 durchläuft das gemahlene Gut drei weitere, durch Zellenradschleusen 12 und 13 voneinander getrennte Zyklone 14, 15 und 16, und verläßt schließlich über eine Zellenradschleuse 17, einen Zwischenbehälter 18 und eine Zellenradschleuse 19 die Anlage.

Das den Kühlschacht 5 über eine Leitung 25 verlassende warme Kühlgas, dessen Temperatur etwas unterhalb der Temperatur des zugeführten Mahlgutes liegt, wird in zwei Ströme aufgeteilt. Ein erster Teiistrom wird von einem Verdichter 26, der innerhalb der Kaltmahlanlage einen Unterdruck von 0,2 bar aufrechterhält, über ein Ventil 38 und eine Leitung 39 in die Atmosphäre gepreßt. Der zweite Teilstrom erreicht über eine Leitung 27 den Zyklon 16, durchströmt anschließend die Zyklone 15 und 14, wobei er einen Teil seiner im Kühlschacht 5 an das Mahlgut abgegebenen Kälte von dem gemahlenen Gut nun wieder aufnimmt, dieses dabei auf nahezu Umgebungstemperatur anwärmt, und wird dann mit dem den Zylon 10 verlassenen Fördergasstrom vereinigt. Dieser Gasstrom wird in einem Filter 20 von mitgerissenem Mahlgut restlos befreit und in einer Injektormischapparatur 22 durch eingedüstes Flüssiggas aus Leitung 21 abgekühlt. Das so abgekühlte Gas wird in einem Verdichter 23, um die Strömungsverluste innerhalb der Anlage auszugleichen, komprimiert und dann bei Mahltemperatur in einen Kühlgasstrom 9 und einen Fördergasstrom 8 aufgeteilt.

Das zur Abkühlung des Gases notwendige Flüssiggas wird einem Speicher 41 über die Leitung 21 entnommen. Aus der Gasphase des Speichers 41 strömt kaltes Sperrgas über eine Leitung 24 und eine Sammelleitung 28 über Leitung 29 in den Zwischenbehälter 3 am Mahlguteinlaß und über Leitungen 30is 37 zu anderen, nicht ganz abdichtbaren Anlagenteilen, wie Jen Zellenradschleusen 4, 6, 11, 12, 13 und 14 sowie zu den Dichtungen der Mühle 7 und des Verdichters 23. Hinter dem Verdichter 26 wird aus Leitung 39 warmes Gas über eine Leitung 40 abgezweigt und als Sperrgas in den Zwischenbehälter 18 am Mahlgutauslaß geleitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Pate ntansprüche:

1. Verfahren zum Zerkleinern von Stoffen bei tiefen Temperaturen unter Verwendung eines Kühlgasstromes und eines Fördergasstromes, wobei der Kühlgasstrom eintretendes Mahlgut kühlt, das anschließend in eine Mühle gelangt, während der Fördergasstrom in die Mühle geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß beide Gasströme innerhalb der Mahlanlage bei einem Druck unter Atmosphärendruck geführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck durch Absaugen eines Teils des Gases in die Atmosphäre erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck 0,1 bis 0,4 bar, vorzugsweise 0,2 bar beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gemahlene Gut im Gegenstrom zu dem den Kühlschacht der Mahlanlage verlassenden Kühlgasstrom angewärmt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Mahlanlage verlassende Kühlgasstrom durch Eindüsung von Flüssiggas abgekühlt und dem der Kühlanlage zugeführten Kühl- und/oder Fördergasstrom beigemischt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß auf nicht vollständig abdichtbare Anlagenteile Sperrgas gegen die Atmosphäre geleitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Mahlgutein- und Mahlgutauslaß Sperrgas geleitet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Mahlguteinlaß kaltes Sperrgas und am Mahlgutauslaß warmes Sperrgas verwendet wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine am Ausgang eines Kühlschachts (5) angeordnete Mühle (7), an die sich mindestens eine Wärmeübertragungsvorrichtung anschließt, die über ein Filter (20) mit einer Injektormischapparatur (22) verbunden ist, sowie ein Rohrleitungssystem, das mindestens zwei Verdichter (23, 26) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungsvorrichtung aus mehreren kaskadenartig angeordneten Zyklonen (14, 15, 16) besteht.