DE2435181C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Strahlmühle zum Trocknen und Mahlen von feinpulvrigem Mahlgut nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Strahlmühlen werden beispielsweise in der Pigment­ industrie, der kosmetischen Industrie und der Kunststoff­ industrie verwendet.

Bei einer derartigen bekannten Strahlmühle folgen mehrere Kammern zum Mahlen und Trocknen des Mahlguts aufeinander (US-PS 33 17 145). Von einem Trichter wird das Mahlgut durch Eingabeöffnungen in eine erste Kammer eingespeist. Ein heißes gasförmiges Strömungsmedium wird durch eine Leitung so in die Beschickungseinrichtung eingeführt, daß das gasförmige Strömungsmedium zunächst vor einem Venturi- Durchgang der Eingabeöffnungen mit dem Mahlgut in Berührung kommt, und zwar im wesentlichen im Zentrum des Mahlgut­ stroms. Wenn das dadurch entstehende Gemenge des gasförmigen Strömungsmediums und des Mahlguts feucht ist, kann die mit der heißen Oberfläche der Eingabeöffnung in Berührung ge­ langende Masse teilweise trocknen und die Eingabeöffnung verstopfen. Dadurch kann auch die Wirksamkeit der Mahl­ kammer zum Mahlen beeinträchtigt werden, wobei die Zer­ kleinerung durch Aneinanderstoßen der Partikel in dem durch das heiße Strömungsmedium gebildeten Wirbel erfolgen soll. In wirkungsmäßig nachgeschalteten verhältnismäßig breiten Kammern der bekannten Strahlmühle wird das Mahl­ gut in dem äußeren Bereich je eines Wirbels gehalten, solange die Partikel des Mahlguts feucht und noch relativ schwer sind. Erst die trockenen und leichten Partikel gelangen in das Zentrum des Wirbels und von dort in die nächste Kammer. Für die bekannte Strahlmühle wird weiterhin trockene heiße Luft statt wie bisher ausschließlich Dampf benutzt, um Kon­ densation des Dampfes in der Strahlmühle und beim Zusammen­ wachsen der mit dem Kondensat in Berührung gelangenden Partikel des Mahlguts zu vermeiden.

Alle in der bekannten Strahlmühle getroffenen Maßnahmen können jedoch nicht verhindern, daß in den Eingabeöffnungen zwischen dem Trichter, in den das Mahlgut eingegeben wird, und der ersten Kammer teilweise Verstopfungen auftreten, wenn feuchtes Mahlgut durch die Eingabeöffnungen trans­ portiert wird, insbesondere eine Aufschlämmung.

Generell konnten bisher Strahlmühlen nur dann in befriedi­ gender Weise betrieben werden, wenn pulvrige Festteilchen in relativ trockenem Zustand vorlagen. Unvollständiges Mahlen und sogar ein Verstopfen der Kanäle der Eingabeöffnungen konnten auftreten, wenn überschüssige Flüssigkeit vorhanden war. Dies ist in all denjenigen Bereichen von Nachteil, wo die Behandlung von mit Feuchtigkeit behafteten Festteilchen, wie etwa Aufschlämmung, wünschenswert ist. Beispielsweise im Fall von Titandioxyd (TiO₂)-Pigmenten, die durch Oxydation der Dampfphase von Titantetrachlorid (TiCl₄) hergestellt wurden, gewinnt man die so gebildeten Partikel häufig als wäßrige Aufschlämmung. Die Verwendung einer für das Auf­ brechen von Partikel-Agglomeraten unerläßlichen Behand­ lung in einer Strahlmühle bedeutet regelmäßig, daß es zunächst erforderlich ist, das Mahlgut zu trocknen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strahlmühle der eingangs genannten Gattung so weiterzubilden, daß trotz der Zufuhr feuchten Mahlguts in der Beschickungs­ einrichtung und insbesondere in Kanälen, welche den Einlaß des Mahlguts mit einer Abgabedüse verbinden, keine Ablage­ rungen des Mahlguts auftreten. Die gesamte Wirksamkeit der Strahlmühle soll damit ebenfalls verbessert werden.

Diese Aufgabe wird durch die Ausbildung der Strahlmühle mit den in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die Anordnung eines Einsatzrohrs für das Mahlgut in einer Luftdüse ist bei einem Prallzerkleinerer bekannt (DD-PS 24 314). Damit soll eine Druckabnahme an Zuteileinrichtungen des Prallzerkleinerers aufgrund der Strömungsverhältnisse an dem Einsatzrohraustritt erreicht werden, jedoch keine Trennung des Mahlguts von der Innenwand des Kanals.

Mit der erfindungsgemäßen Strahlmühle können in dieser ohne Verstopfung der Kanäle und mit hohem Wirkungsgrad Auf­ schlämmungen aus feinpulvrigen Feststoffen zuverlässig verarbeitet, d. h. getrocknet und gemahlen werden. Dies beruht im wesentlichen darauf, daß die aus der Abgabedüse austretende Aufschlämmung innerhalb des zu der Mahlkammer führenden Kanals von dem gasförmigen Strömungsmedium einge­ hüllt und damit von der Innenfläche des Kanals getrennt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Strahlmühle sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung, die schematisch und nicht maßstäblich der Verdeutlichung der Erfindung dient, beispielsweise näher erläutert und zwar zeigt

Fig. 1 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht einer Mühle nach der Erfindung, wobei die Beschickungseinrichtung für die Aufschläm­ mung 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 ist;

Fig. 3 vergrößert einen Horizontalschnitt durch die Beschickungseinrichtung A, wobei mehr Einzelheiten gezeigt sind; und

Fig. 4 einen Querscnitt nach der Linie 3a-3a′ der Fig. 3.

In Fig. 1 und 2 umgibt eine Sammelleitung 1 für gasförmiges Mahlmedium eine Umfangswand 2 einer im wesentlichen kreis­ förmigen Mahlkammer 3. Einlaßdüsen bzw. Einlässe 4, von denen vier nur gezeigt, sind, verbinden die Sammelleitung 1 mit der Mahlkammer 3. Axiale Wände 5 und 6 der Mahlkammer 3 können im wesentlichen parallel sein, vorzugsweise jedoch, gemäß der gezeigten Ausführungsform, mit abnehmendem Ab­ stand zur Achse der Kammer hin. Eine kreisförmige Abgabe­ öffnung 7 und eine Exhaustleitung 8 sind axial vorgesehen. Aus jedem der Einlässe 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 Einlässe für gasförmiges Mahl­ medium 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 (TiO₂)-Pigment- Aufschlämmung in Wasser, in einen peripheren Bereich der Kammer 3 über einen langen Kanal 10, der annähernd tangen­ tial zur Umfangswand 2 der Kammer verläuft, um das Einleiten der Festteilchen in den Kammerwirbel zu erleichtern. Vor­ zugsweise mündet der Kanal 10 in die Kammer 3 unmittelbar durch die Umfangswand 2 wie gezeigt, aber statt dessen 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 Fort­ setzung 9 bildet einen Zentrifugalabscheider, in dem das ge­ mahlene Erzeugnis zur Ruhe kommt und gesammelt 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 aneinanderstoßen und unter Verwendung eines O-Ringes 26 in der gezeigten Lage durch Bolzen 25 zu­ sammengehalten werden. Die Wandung 22 setzt sich in einem Gehäuse 27 fort, das geeignet ist, den Einlaß für gasförmi­ ges 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 kommuniziert, und zwar in axialer Ausrich­ tung auf seinen relativ weiteren 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 ange­ schlossen ist. Die Zuleitung 29 wird in ihrer Lage gegen­ über dem Gehäuse 27 durch Bolzen 33 gehalten. O-Ringe 35 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 37 zwischen einer Kante 38 der Kanalwand und der Abgabedüse 36 für die Strömung gasförmigen Trockenmediums, so daß dieses den aus der Abgabedüse 36 in den engeren Teil des Kanals 10 übertretenden Strom an Aufschlämmung einhüllen kann.

Durch Ändern der Dicke der Beilegescheibe 34 läßt sich die Größe des Ringraums 37 variieren.

Wie deutlich in Fig. 3a gezeigt ist, setzt sich die Zu­ leitung 29 für die Aufschlämmung aus einem inneren zylindri­ schen Element 41 und einem äußeren zylindrischen Element 42 zusammen, die an beiden Enden miteinander verschweißt sind. Infolgedessen wird im wesentlichen über die ganze Länge der Zuleitung 29 sich erstreckend ein Durchlaß 39 für ein Wärmetauschermedium, zum Beispiel kaltes Wasser, gebildet. Längliche Leit- bzw. Prallbleche 43 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 den Gewindeanschluß 45 eintretenden Wärmetauschermediums fließt daher über die Länge der Zuleitung 29 durch den Durchlaß 39, um dann umzukehren und schließlich über den Gewindeanschluß 46 aus­ zutreten. Es ist besonders wünschenswert, daß derjenige Teil der Leitung 29, der dem mit hoher Geschwindigkeit strömenden gasförmigen Trockenmedium aus der Leitung 28 aus­ gesetzt ist, bzgl. seiner Temperatur durch das Wärmetauscher­ medium gesteuert wird.

Soweit es sich um die Mahlfunktion handelt, entspricht die Arbeitsweise der mit Strömungsenergie arbeitenden Mühle nach der Erfindung derjenigen ähnlicher Vorrichtungen gemäß dem Stande der Technik. In dieser Hinsicht wird auf die bereits erwähnte US-PS 20 32 827 und zusätzlich auf die US-PS 34 62 086 verwiesen, deren Offenbarungen hier als be­ kannt mit einbezogen werden.

Was nun die Verbesserung nach der vorliegenden Erfindung anbelangt, so wird einem gasförmigen Trockenmedium, vor­ zugsweise Dampf, welches durch die Leitung 28 mit relativ hoher Geschwindigkeit und hohem Druck zuströmt, eine beacht­ liche Beschleunigung bzw. wesentliche Vergrößerung seiner Geschwindigkeit bis auf mindestens Schallgeschwindigkeit erteilt, wenn es den Ringraum 37, der als konvergierend- divergierende Düse angesehen werden kann, verläßt, und in Berührung mit der Aufschlämmung kommt, die mit relativ geringer Geschwindigkeit aus der Abgabedüse 36 austritt. Massenübertragung und Wärmeübertragung sind im Bereich der Abgabedüse 36 extrem rasch. Zweckmäßig wird durch das gas­ förmige Trockenmedium genügend Wärme zugeführt, um die Temperatur des resultierenden Gemisches oberhalb der Sätti­ gungstemperatur zu halten. Die pulvrigen Festteilchen sind daher mindestens an der Oberfläche trocken, bevor sie in die Mahlkammer eintreten, wo sie der Einwirkung eines gas­ förmigen 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 Ver­ hindern einer Ablagerung von Festteilchen längs der Wände des Kanals 10. Entsprechend dient eine Strömung von Kühl­ flüssigkeit, beispielsweise kaltem Wasser, durch die Hohl­ wand bzw. den Durchlaß 39 der Zuleitung 29 , zum Verhin­ dern eines vorzeitigen Trocknens der Aufschlämmung 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 Einlässen 4 für gas­ förmiges Mahlmedium, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, vorge­ sehen 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.

Beispiel

Das zu trocknende und zu mahlende Material ist eine Auf­ schlämmung in Wasser von unbeschichteten Rutil-Titandioxyd- Partikeln mit einer Durchschnitts-Partikelgröße von etwa 0,22 Mikron. Der Anteil der Aufschlämmung an Festbestand­ teilen ist 64 Gew.-% und wird mit einer Rate von 6100 pounds (2767 kg) je Stunde zugeführt.

Die mit Strömungsenergie arbeitende Mühle ist die vorstehend anhand der Zeichnung beschriebene. Ihre axialen Wände 5, 6 konvergieren von einer Höhe von 3³/₈ Zoll (85,7 mm) am Umfang zu 2¹/₄ Zoll (51,7 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/cm²) und einer Rate von 3200 pound (1450 kg) je Stunde in die Mahlkammer vorgesehen.

Das Trockenmedium ist Dampf mit 800°F (426,67°C), der über eine Zuführleitung von 2⁷/₈ Zoll (73 mm) Innendurchmesser mit 450 psig (31,5 kg/cm²) und in einer Rate von 8000 pound (3629 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 1⁷/₈ Zoll (47,6 mm) Durchmesser an seiner engsten Stelle unmittelbar hinter der Abgabedüse 36 und erweitert sich auf 2⁷/₈ Zoll (73 mm) Durchmesser; seine Länge von der Düse bis zur Mahlkammer beträgt 19⁵/₈ Zoll (50 cm).

Die Temperatur des von der Mahlkammer 3 abgegebenen Dampfes beträgt 338°F (170°C). Das Gesamtverhältnis Dampf : Pigment ist 3,0.

Die Qualität des Erzeugnisses ergibt sich als äquivalent zu dem gleichen Titandioxyd (TiO₂), das gesondert getrocknet und dann auf übliche Weise gemahlen wurde. Während eines ausgedehnten Versuchs ergab sich keinerlei Ablagerung oder Verstopfung an der Beschickungseinrichtung für die Aufschläm­ mung.

Claims (5)

1. Strahlmühle zum Trocknen und Mahlen von feinpulvrigem Mahlgut, die eine im wesentlichen kreisförmige Mahlkammer mit zwei einander gegenüberliegenden axialen Wänden und einer Umfangswand, eine Austrageinrichtung zum Abziehen pulvriger Festteilchen und gasförmigen Strömungsmediums längs der Achse der Kammer und eine Beschickungsein­ richtung mit einem Einlaß für das Mahlgut aufweist, die über einen im wesentlichen geradlinigen Kanal in einen peripheren Bereich der Mahlkammer mündet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuleitung (29) für das Mahlgut vorgesehen ist, an deren einem Ende der Einlaß (30) und an deren anderem Ende eine Abgabedüse (36) in dem Kanal (10) angeordnet sind, über die das Mahlgut durch den Kanal der Mahlkammer (3) zuführbar ist, daß die Abgabedüse (36) gegenüber dem sie umgebenden Kanal (10) einen kleineren Durchmesser aufweist, dergestalt, daß ein Ringraum (37) zwischen beiden gebildet wird, daß eine dem Ringraum (37) mit mindestens Schallgeschwindigkeit gasförmiges Trocken­ medium zuführende Einrichtung (28, 36, 38) dergestalt ausgebildet ist, daß das aus der Abgabedüse (36) aus­ tretende Mahlgut innerhalb des Kanals (10) durch das Trockenmedium eingehüllt und zerstäubt wird, und daß Mittel (39) zum Steuern der Temperatur der Abgabedüse (36) vorgesehen sind.

2. Strahlmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (10) der Beschickungseinrichtung (A) für das Mahlgut in die Umfangswand (2) der Mahlkammer (3) mündet.

2. Strahlmühle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (10) für die Beschickungseinrichtung (A) für das Mahlgut sich im wesentlichen tangential in die Umfangswand (2) der Mahlkammer öffnet.

4. Strahlmühle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Steuern der Temperatur der Ab­ gabedüse (36) einen Hohlraum (39) innerhalb der Wände (41, 42) der Zuleitung (29) des Mahlguts für den Durch­ laß eines Wärmetauschermediums aufweist.

5. Strahlmühle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabedüse (36) mit dem benachbarten Teil (38) des Kanals (10) eine konvergierend-divergierende Düse bildet.