DE2435181A1

DE2435181A1 - Mit stroemungsenergie arbeitende muehle zum zerkleinern von feinpulvrigem mahlgut

Info

Publication number: DE2435181A1
Application number: DE2435181A
Authority: DE
Inventors: Anthony John Coombe; Edward Anthony Danisavich; Jun Thomas Thaddeus Gniewek; Philip John Muhlmichl; Robert Ernest Stuber
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1973-07-31
Filing date: 1974-07-22
Publication date: 1975-02-13
Also published as: AR204328A1; IT1027536B; FI200374A; AU7177674A; BE818271A; DK139773B; FI59345B; JPS5640634B2; IE39907L; JPS5043556A; US3840188A; IE39907B1; DK139773C; CA1036349A; FR2239290A1; NL7410235A; FR2239290B1; GB1411369A; ES428778A1; DK406574A

Description

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D$.-lng. P. WIRTH ■ Dr. V. SCHMiED-KOWARZlK DlpWng. G. DANNENBF.RG · Dr. P. WEINHOLD · Dr. D. GUDEL

281134 6 FRANKFURT AM MAIN

TELEFON (0611)

2370M GR. ESCHENHEIMER 3TRA3SE 30

Da/-mr~
19.JuIi 1974

Ξ.I.Du Pont de Nemours & Company Wilmington, State of Delaware / V.St.A.

Mit Strömungsenergie arbeitende Mühle zum Zerkleinern von feinpulvrigem Mahlgut

Die Erfindung betrifft eine mit Strömungsenergie arbeitende Mühle der Bauart mit eingeschlossenem Wirbel zum Trocknen und Mahlen einer Aufschlämmung von feinpulvrigem Mahlgut, wobei eine im wesentliehen kreisförmige Mahlkammer mit zwei einander gegenüberliegenden axialen Wänden und einer Umfangswand vorgesehen ist sowie eine Austrageinrichtung zum Abziehen pulvriger Festteilchen und gasförmigen S^römungsmediums längs der Achse der Kammer.

Mit Strömungsenergie arbeitende Mühlen der Bauart mit eingeschlossenem Wirbel sind bekannt und finden verbreitete Anwendung in bestimmten Industriezweigen wie beispielsweise in der Pigmentindustrie, der kosmetischen Indiastrie und der KunststoffIndustrie, wegen ihrer Wirksamkeit und Wirt-

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schaftlichkeit beim Mahlen feinpulvriger Festteilchen. Einige vorbekannte Ausfuhrungsforruan sind sehr ins Einzelne gehend in der US-PS 2,032,827 beschrieben.

Die meisten mit Strömungscr.ergie arbeitenden Mühlen sind Varianten einer Grundform mit im wesentlichen kreisförmiger Mahlkammer, die von zwei axialen Wänden und einer Umfangswand begrenzt ist, wobei die axiale Länge oder Höhe der Kammer wesentlich geringer als ihr Durchmesser ist. Am Umfang der Kammer befindet sich mindestens ein Einlass zum Einblasen des gasförmigen Mahlmediums, das die Energie zum Mahlen der Festteilchen liefert sowie eine oder mehrere Zufuhreinrichtungen für das Einbringen der zu mahlenden pulvaförmigen Festxeilchen. Vorzugsweise werden mehrere in gleichem Abstand voneinander angeordnete Einlasse für das gasförmige Mahlmedium um den Umfang der Mühle herum vorgesehen, und im wesentlichen tangential zur Mahlkammer ausgerichtet. Ein Auslass ist koaxial und in unmittelbarer Verbindung mit der Mahlkammer für die Abgabe der gemahlenen Festteilchen an ein Zyklon- oder Beutelfilter für deren Sammlung vorgesehen.

Mit Strömungsenergie arbeitende Mühlen der vorstehend beschriebenen Art verbinden das Mahlen mit dem Klassifizieren innerhalb einer einzigen Kammer. Während das gasförmige Mahlmedium zusammen mit den zu mahlenden Festteilchen tangential der Peripherie der Kammer zugeführt wird, bildet sich ein Wirbel, durch den die Teilchen in einem spiraligen Weg mitgerissen werden, um schliesslich am zentralen Ausgang abgegeben zu werden. Durch geeignete Wahl der Betriebsbedingungen, wie Zuführrate und -winkel des injizierten Mediums, können Partikel oberhalb einer bestimmten Grosse innerhalb der Mühle gehalten werden, bis eine genügende Zerkleinerung

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erfolgt ist, während andere Partikel hindurchgehen können.

Bisher konnten jedoch solche, mit Strömungsenergie arbeitende, Mühlen nur dann in "befriedigender V/eise betrieben werden, wenn pulvrige Festteilchen in relativ trockenem Zuäand vorlagen. Geringwertiges Mahlen und sogar ein Verstopfen der Kanäle konnte auftreten, wenn überschüssige Flüssigkeit vorhanden war. Dies ist in all denjenigen Bereichen von Nachteil, wo die Behandlung von mit Feuchtigkeit behafteten Festteilchen,wie etwa AufschHämrnungen, wünschenswert ist. Beispielsweise im Fall von Titandioxyd (TiO )-Pigmenten, die durch Oxydation der Dampfphase von Titantetrachlorid (TiCl,) hergestellt wurden, gewinnt man die so gebildeten Partikel häufig als v/ässrige Aufschlämmung. Die Verwendung einer für das Aufbrechen von Partikel-Agglomeraten unerlässlichen Behandlung in einer mit Strömungsenergie ar~ beitenden Mühle bedeutet dabei, dass es zunächst erforderlich ist, die Partikel zu traknen, d.h. einen auf v/endigen und kostspieligen Trockenvorgang zwischenzuschalten. >

Es liegt daher auf der Hand, dass es wünschenswert wäre, eine mit Strömungsenergie arbeitende Mühle zu schaffen, wel~' ehe gleichzeitig die Funktionen des Trocknens und des Mahlens übernehmen kann. Eine solche Mühle zu schaffen ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Die Erfindung betrifft eine mit Strömungsenergie arbeitende Mühle der Bauart mit eingeschlossenem V/irbel, wie eingangs beschrieben, aber mit einer Beschickungseinrichtung, die es gestattet, die Mühle zum gleichzeitigen Trocknen und Mahlen von Aufschlämmungen aus feinpulvrigen Feststoffen zu verwenden. Eine solche Mühle nach der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass eine Beschickungseinrichtung

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für die Aufschlämmung vorgesehen ist, die mit Wandungen einen im wesentlichen geradlinigen Kanal bildet, der in einen peripheren Bereich der Mahlkammer mündet, wobei eine Zuleitung für die Aufschlämmung vorgesehen ist, mit einem von dem Kanal entfernt gelegenen Einlass und einer Abgabedüse in dem Kanal,über die. die Aufschlämmung längs des Kanals der Mahlkammer zuführbar, die Grosse der Düse jedoch klein gegenüber dem sie umgebenden Kanal ist und damit ein Ringraum zwischen beiden gebildet wird, und mit einer dem Ringraum mit mindestens Schallgeschwindigkeit gasförmiges Trockenmedium zuführenden Einrichtung, wodurch die aus der Abgabedüse austretende Aufschlämmung innerhalb des Kanals eingehüllt und zerstäubt wird, und wobei Mittel zum Steuern der Temperatur der Abgabedüse vorgesehen sind.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung, die schematisch und nicht maßstäblich der Verdeutlichung der Erfindung dient, beispielsweise näher erläutert und zwar zeigen Fig. 1 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht

einer Mühle nach der Erfindung, wobei die Beschickungseinrichtung für die Aufschlämmung allgemein mit A bezeichnet ist; Fig. 2 gleichfalls teilweise im Schnitt eine

Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Mühle, wobei der Schnitt quer zur Achse in Höhe der Einlassdüsen geführt istj Fig. 3 vergrössert einen Horizontalschnitt durch die Beschickungseinrichtung A, wobei mehr Einzelheiten gezeigt sind; und

Fig. 3a einen Querschnitt nach der Linie 3a~3a' der Fig. 3.

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In Fig. 1 und 2 umgibt eine Sammelleitung 1 für gasförmiges Mahlmedium eine Umfangswand 2 einer im wesentlichen kreisförmigen Mahlkammer 3. Einlassdüsen bzw. Einlasse 4,von denen vier nur gezeigt' sind, verbinden die Sammelleitung 1 mit der Mahlkammer 3. Axiale Wände 5 und 6 der Mahlkamm^r 3 können im wesentlichen parallel sein, vorzugsweise jedoch, gemäss der gezeigten -Ausführungsform, mit abnehmendem Abstand zur Achse der Kammer hin. Eine kreisförmige Abgabeöffnung 7 und eine Exhaustleitung 8 sind axial vorgesehen. Aus jedem der Einlasse 4 tritt strömendes Medium durch die Umfangswand 2 im wesentlichen tangential in die Mahlkammer 3 ein, nämlich unter einem Winkel, der eine Tangente zu einem Kreis um die Mitte der Kammer bildet, dessen Radius, kleiner als der Radius der Kammer ist. Vorzugsweise wird eine ganze Anzahl solcher Einlasse für gasförmiges Mahlmedium verwendet, wobei zwölf geeignet für eine Kammer von 27 Zoll (68,6 cm) Durchmesser sind.

Eine allgemein mit A bezeichnete Beschickungseinrichtung für eine Aufschlämmung, die weiter unten anhand der Fig. 3 näher beschrieben ist, dient zum Einführen mit Feuchtigkeit behafteter Festteilchen, vorzugsweise eine Festteilchen-'Aufschlämmung, wie zum Beispiel Titandioxyd (TiO )- Pigment-Auf schlämmung in Wasser, in einen peripheren Bereich der Kammer 3 über einen langen Kanal 10, der annähernd tangential zur Umfangswand 2 der Kammer verläuft, um das Einleiten der Festteilchen in den Kammerwirbel zu erleichtern. Vorzugsweise mündet der Kanal 10 in die Kammer 3 unmittelbar durch die Umfangswand 2 wie gezeigt, aber stattdessen ist es auch möglich, ihn in die obere axiale Wand 5 nahe der Umfangswand 2 münden zu lassen. Der zylindrische Auslass an der Abgabeöffnung in Verbindung mit der konischen Fortsetzung 9 bildet einen Zentrifugalabscheider,in dem das ge-

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mahlene Erzeugnis zur Ruhe kommt und gsammelt wird, während das Mahlmedium durch die Exhaustleitung 8 ausströmt.

Aus Fig. 3» die Einzelheiten der Beschickungsvorrichtung A für das Zuführen und Trocknen der Aufschlämmung zeigt, ist ersichtlich, dass der lange Kanal 10,durch welchen die Festteilchen schliesslich in die Mahlkammer 3 gelangen, von ringförmigen Wandungen 21, 22 gebildet wird, die mit Flanschen 23,24 aneinander stossen und unter Verwendung eines O-Rings 26 in der gezeigten Lage durch Bolzen 25 zusammengehalten werden. Die Wandung 22 setzt sich in einem Gehäuse 27 fort, das geeignet ist, den Einlass für gasförmiges Trockenmedium hoher Geschwindigkeit aufzunehmen, zum Beispiel unter hohem Druck stehenden Dampf, der über eine Leitung 28 zugeführt wird, die den Kanal 10 rechtwinklig schneidet.

Mit dem Kanal 10 komuniziert, und zwar in axialer Ausrichtung auf seinen realtiv v/eiteren stromaufwärts gelegenen Teil, eine allgemein mit 29 bezeichnete Zuleitung für eine Aufschlämmung, die über ihren Einlass 30 an eine Quelle für die zu trocknende und zu mahlende Aufschlämmung angeschlossen ist. Die Zuleitung 29 wird in ihrer Lage gegenüber dem Gehäuse 27 durch Bolzen 33 gehalten . O-^Ringe in Kontakt mit einer Beilegescheibe 34 helfen, Leckverluste des gasförmigen Trockenmediums zu verhindern.

Die Zuleitung 29 erstreckt sich in das Gehäuse 27 und ist am vorderen Ende konisch verjüngt, um eine Abgabedüse 36 zu bilden,, Letztere ist innerhalb des weiteren Teils des Kanals 10 zentriert und belässt einen kleinen Ringraum zwischen einer Kante 38 der Kanalwand und der Abgabedüse 36 für die Strömung gasförmigen Trockenmediums, so dass dieses

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den aus der Abgabedüse 36 in den engeren Teil des KamLs übertretenden Strom an Aufschlämmung einhüllen kann.

Durch Ändern der Dicke der Beilegescheibe 34 lässt sich die Grosse des Ringraums 37 variieren.

Wie deutlicher in Fig. 3a gezeigt ist, setzt sich die Zuleitung 29 für die Aufschlämmung aus einem inneren zylindrischen Element 41 und einem äusseren zylindrischen Element 42 zusammen, die an beiden Enden miteinander verschweisst sind. Infolgedessen v/ird im wesentlichen über die ganze Länge der Zuleitung 29 sich erstreckend ein Durchlass für ein Wärmetäuschermedium , zum Beispiel kaltes V/asser, gebildet. Längliche Leit- bzw. Prallbleche 4-3 und 44 sind an den inneren zylindrischen Teil 41 angeschweisst und erstrecken sich im wesentlichen über die ganze Länge des Durchlasses 39. Der grösste Teil des über denGewindeanschluss 45 eintretenden Wärmetauschermediums fliesst daher über die Länge der Zuleitung 29 durch den Durchlass 39, um dann umzukehren und schliesslich über den Gewindeanschluss 46 auszutreten. Es ist besonders wünschenswert, dass derjenige Teil der Leitung 29, der dem mit hoher Geschwindigkeit strömenden gasförmigen Trockenmediim aus der Leitung 28 ausgesetzt ist* bzgl. seiner Temperatur durch das Wärmetauschermedium gesteuert wird.

Soweit es sich um die Mahlfunktion handelt, entspricht die Arbeitsweise der mit Strömungsenergie arbeitenden Mühle nach der Erfindung derjenigen ähnlicher Vorrichtungen gem. dem Stande der Technik. In dieser Hinsicht wird auf die bereits erwähnte US-PS 2,032,827 und zusätzlich auf die US-PS 3,462,086 verwiesen, deren Offenbarungen hier als bekannt mit einbezogen werden.

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Was nun die Verbesserung nach der vorliegenden Erfindung anbelangt, so wird einem gasförmigen Trockenmedium, vorzugsweise Dampf, welches durch die Leitung 28 mit relativ höher Geschwindigkeit und hohem Druck zuströmt, eine beachtliche Beschleunigung bzw. wesentliche Vergrösserung seiner Geschwindigkeit bis auf minJ.3stens Schallgeschwindigkeit erteilt, wenn es den Ringraum 37, der als konvergierenddivergierende Düse angesehen werden kann, verlässt, und in Berührung mit der Aufschlämmung kommt, die mit realtiv geringer Geschwindigkeit aus der Abgabedüse 36 austritt. Massenübertragung und Wärmeübertragung sind im Bereich der Abgabedüse 36 extrem rasch. Zweckmässig wird durch das gasförmige Trockenmedium genügend Wärme zugeführt, um die Temperatur des resultierenden Gernischs oberhalb der Sättigungstemperatur zu halten. Die pulvrigen Festteilchen sind daher mindestens an der Oberfläche trocken, bevor sie in die Mahlkammer eintreten, wo sie der Einwirkung'eines gasförmigen Mahlmediums unterworfen werden, das - wie das gasförmige Trockenmedium - vorzugsweise Dampf ist.

Die Umhüllung von gasförmigem Trockenmedium um den Strom der aus der Abgabedüse 36 austretenden Aufschlämmung herum dient nicht nur der Trockenfunktion, sondern auch dem Verhindern einer Ablagerung von Festteilchen längs der Wände des Kanals 10. Entsprechend dient eine Strömung von Kühlflüssigkeit, beispielsweise kaltem Wasser, durch die Hohlwand bzw. den Durchlass 39 ' der. Zuleitung 29, zum Verhindern eines vorzeitigen Trocknens der Aufschlemmung an den Innenwänden der Leitung 29 oder an der Abgabedüse 36. Es ist besonders wichtig, dass beim Startvorgang die Temperatur der Abgabedüse nicht übermässig hoch ist, bevor das Einströmen der Aufschlämmung beginnt, damit keine Festteilchen an der Innenwand 41 der Zuleitung anbacken,,

Während vorzugsweise eine Mehrzahl von Einlassen 4 für gas-

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förmiges Mahlmedium, wie in Fig_a 1 und 2 gezeigt, vorgesehen ist, kann es unter manchen Bedingungen zweckmässig sein, diese fortfallen zu lassen. Wenn beispielsweise die Mahlfunktion gegenüber-der Trockenfunktion nur sekundäre Bedeutung hat, kann das gasförmige Trockenmedium, das der Mahlkammer 3 über den Kanal 10 zugeführt wird, ausreichen, um zugleich als Mahlmedium zu wirken.

Obwohl die Erfindung speziell mit Bezug auf die Behandlung von wässrigen Titandioxydaufs chlänimungen beschrieben ist, kann sie natürlich auch für verschiedene andere Materialien ebensogut zum Einsatz kommen.

BEISPIEL

Das zu trocknende und zu mahlende Material ist eine Auf-, schlämmung in Wasser von unbeschichteten Rutil-Titandisxyd-Partikeln mit einer Durchschnitts-Partikelgrösse von etwa 0,22 Mikron. Der Anteil der Aufschlämmung an Festbestandteilen ist 64 Gew.-% und wird mit eiia? Rate von 6 100 pounds (2 767kg) je Stundeyzugeführt.

Die mit Strömungsenergie arbeitende Mühle ist die vorstehend anhand der Zeichnung beschriebene. Ihre axialen Wände 5,6 konvergieren von einer Höhe von 3 3/8 Zoll (85,7 mm) am Umfang zu 2 1/4 Zoll (57,1 mm) an der Abgabeöffnung 7. Die Mahlkammer hat 27 Zoll (68,6 cm) Durchmesser. Eine Reihe von zwölf tangentialen Düsen ist ringförmig als Einlass für eine Dampfströmung von 518° Fahrenheit (269° C), einem Druck von 150 psig (10,5 kg/cm ) und einer Rate von 3 200 pound (1 450 kg) je Stunde in die Mahlkammer vorgesehen.

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Das Trockenmedium ist Dampf mit 800° F (426,67⁰C),der über eine Zuführleitung von 2 7/8 Zoll (73 mm) Innendurchmesser mit 450 psir; (31,5 kg/cm ) und in einer Rate von 8 000 pound (3 629 kg) pro Stunde zugeführt wird. Der die Abgabedüse .36 umgebende Ringraum 37 hat eine Spaltweite von 0,070 Zoll (1,8 mm). Der Kanal 10 hat 1 7/8 Zoll (47,6' mm)- Durchmesser an seiner engsten Stelle unmittelbar hinter der Abgabedüse 36 und erweitert sich auf 2 7/8 Zoll (73 mm) Durchmesser; seine Länge von der Düse bis zur Mahlkammer beträgt 19 5/8 Zoll (50 cm).

Die Temperatur des von der Mahlkammer 3 abgegebenen Dampfes beträgt 338° F (17O⁰ C). Das Gssamtverhältnis Dampf : Pigment ist 3,0.-

Die Qualität des Erzeugnisses ergibt sich als äquivalent zu dem gleichen Titandioxyd (TiOp), das gesondert getrocknet und dann auf übliche V/eise gemahlen wurde. Während eines ausgedehnten Versuchs ergab sich keinerlei Ablagerung oder Verstopfung an der Beschickungseinrichtung für die Aufschlämmung .

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Claims

Da/-rar- E.I.Du Pont de Nemours & Co.

19. Juli 1974 Ser.No. 384,355

Ansprüche

/Mit Strömungsenergie.arbeitende Mühle der Bauart mit eingeschlossenem Wirbel zum Trocknen und Mahlen einer iuf~ schlemmung von feinpulvrigem Mahlgut, wobei eine im wesentliche kreisförmige Mahlkammer mit zwei einander gegenüberliegenden axialen Wänden und einer Umfangswand vorgesehen ist sowie eine Austrageinrichtung zum Abziehen pulvriger Festteilchen und gasförmigen Strömungsmediums längs der Achse der Kammer, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschickungseinrichtung (A) für¹ die Aufscliläinmung vorgesehen ist, die mit Wandungen (21,22) einen im wesentlichen geradlinigen Kanal (10) bildet, der in einen peripheren Bereich der Mahlkammer (3) mündet, wobei eine Zuleitung (29) für die Aufschlämmung vorgesehen ist, mit einem von dem Kanal (10) entfernt gelegenen Einlass (30) und einer Abgabedüse (36) in dem Kanal (10) über die die Aufschlämmung längs des Kanals der Mahlkammer (3) zuführbar, die Grosse der Düse (36) jedoch klein gegenüber dem sie umgebenden Kanal (10) ist und damit ein Ringraum (37) zwischen beiden gebildet wird, ' und mit einer dem Ringraum (37) mit mindestens Schallgeschwindigkeit gasförmiges Trockenmedium zuführenden Einrichtung (28,36,38), wodurch die aus der Abgabedüse (36) austretende Aufschlämmung innerhalb des Kanals (10) eingehüllt und zerstäubt wird, und wobei Mittel (39) zum Steuern der Temperatur der Abgabedüse (36) vorgesehen sind.
2. Mühlßnach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (10) der Beschickungseinrichtung

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(A) für die Aufschlämmung in die Umfangswand (?.) der Mahlkanrner (3) mündet.
3. Mühle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (10) für die Beschickungseinrichtung (A) für die Aufschlämmung sich im wesentlichen tangential in die Umfangswand (2) der Mahlkammer öffnet»
4ο Mühle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Steuern der Temperatur der Abgabedüse (36) einen Hohlraum (39) innerhalb der Wände (41,42) der Zuleitung (29) für die Aufschlämmung für den Durchlass eines Wärmetauschermediums aufweist.
5. Mühle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgabedüse (36) mit dem benachbarten Teil (38) des (10) eine konvergierend-divergierende Düse bildet.

Patentanwalt

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