EP0074633A2 - Verfahren zum Betreiben einer Kugelmühle und entsprechende Kugelmühle - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Kugelmühle und entsprechende Kugelmühle Download PDF

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EP0074633A2
EP0074633A2 EP82108344A EP82108344A EP0074633A2 EP 0074633 A2 EP0074633 A2 EP 0074633A2 EP 82108344 A EP82108344 A EP 82108344A EP 82108344 A EP82108344 A EP 82108344A EP 0074633 A2 EP0074633 A2 EP 0074633A2
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EP
European Patent Office
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grinding
ball mill
ball
grinding chamber
balls
Prior art date
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EP82108344A
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French (fr)
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EP0074633A3 (en
EP0074633B1 (de
Inventor
Hermann Schmid
Waldemar Thum
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Netzsch Feinmahltechnik GmbH
Original Assignee
Netzsch Feinmahltechnik GmbH
Boehringer Mannheim GmbH
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Publication of EP0074633A3 publication Critical patent/EP0074633A3/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C17/00—Disintegrating by tumbling mills, i.e. mills having a container charged with the material to be disintegrated with or without special disintegrating members such as pebbles or balls
    • B02C17/16—Mills in which a fixed container houses stirring means tumbling the charge

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a ball mill, in particular for the digestion of biomass, in which the ground material is fed to a grinding chamber containing grinding balls and is ground in the grinding chamber by the rotary movement of at least one rotating grinding body and the resulting movement of the grinding balls.
  • the invention further relates to a ball mill which is particularly suitable for carrying out the method and has a grinding container surrounding a grinding chamber in which at least one grinding body which is rotatable relative to the housing is provided.
  • Ball mills have become increasingly important in a number of industrial processes in recent years.
  • An example of this is the paint industry, where it is particularly important to distribute the pigments in the paints as evenly as possible in order to achieve a good dispersion effect.
  • ball mills Another example of the advantageous use of ball mills is the disintegration of biomass from fermentative processes for the production of enzymes in biochemical plants.
  • the effects of ball mills in general and in particular the digestion of biomass are influenced by a number of different parameters. For a given mill size, this includes in particular the stirring speed, the throughput and the size of the grinding balls used, which generally consist of glass, metal or aluminum oxide.
  • the gap width between the grinding element and the grinding container is also important for the grinding effect.
  • a split ball mill is therefore proposed, in which the gap width can be changed in that the distance between the grinding element and grinding container is fixed by means of an interchangeable spacer ring, which can be exchanged between the grinding processes by the gap width adapt to the respective requirements.
  • degree of ball filling is generally defined as the ratio between the actually used and the maximum possible ball filling quantity.
  • degree of ball filling generally leads to an improvement in the grinding effect.
  • increasing the degree of ball filling also causes problems, that set limits.
  • the wear on the mill and on the balls increases with the degree of filling.
  • Energy consumption increases because the grinder rotates harder.
  • the corresponding increase in the frictional heat in the ball mill which can lead to cooling problems.
  • an optimal digestion can be achieved at which a maximum digestion is achieved, but at the same time the cells are not damaged so much that the subsequent processing is thereby made more difficult.
  • the degree of filling can be determined before the start of a grinding process by filling in a precisely defined amount of balls.
  • this degree of filling is not retained during the grinding process. Rather, it changes due to the wear of the balls and the wall and stirring parts in contact with them. In a ten-hour long-term test, wear of 2.5% was found, for example. On the one hand, this changes the grinding behavior of the ball mill during the grinding process.
  • the object of the present invention is therefore to provide a method for operating a ball mill and a corresponding ball mill with which a uniform and optimized grinding action is achieved during the entire grinding process.
  • This object is achieved in a method of the type mentioned at the outset by regulating the degree of ball filling in the grinding chamber during the grinding process in order to adapt to the respective operating conditions.
  • the device according to the invention of the type mentioned at the outset is characterized by means by which the degree of ball filling in the grinding chamber is controlled during operation of the ball mill and can be changed continuously.
  • the regulation of the degree of filling can, as in the example described above, be designed so that the degree of filling is varied during the operation of the ball mill. According to a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, however, the ball mill is operated in such a way that the degree of ball filling is kept essentially constant during most of the grinding process.
  • the area of optimal ball filling in particular in the disintegration of biomass, is relatively narrow. For example, a change in the ball filling level of 5 can result in a 20% change in the enzyme content of the product emerging from the ball mill.
  • the degree of ball filling can be controlled manually. However, it is particularly preferably carried out automatically, with the power according to a preferred embodiment Inclusion of the ball mill motor is used as a measure for controlling the degree of ball filling. It has been found that the load on the motor and thus its power consumption depends very much on the degree of ball filling. With a certain ball mill and a certain type of regrind (and otherwise the same boundary conditions as temperature etc.), the current consumption of the motor can be clearly assigned to the ball filling level. The current consumption fluctuates, for example, by 20% in the limit range which is essential for an optimal grinding effect in a particular ball mill if the ball filling is changed by only 1%. On the basis of this knowledge, it is sufficient to determine the power consumption of the motor corresponding to a certain degree of filling for a specific application, in order then to use this value as a setpoint for keeping the ball filling degree constant.
  • the control of the degree of ball filling according to the invention can be accomplished by adding or removing grinding balls during the grinding process.
  • Balls can be added in relatively small quantities, so that sensitive dosing is possible.
  • a removal of balls must be provided, in particular, if operating states can occur in which the degree of ball filling, for example due to momentary overloading of the machine, is to be reduced relatively quickly. It is particularly advantageous if the device for removing balls from the same control device. how to control the addition of balls, which enables fast and accurate control of the ball filling level according to the respective operating conditions.
  • Another preferred method proposal is to be used in particular in connection with ball mills specially designed for this purpose and proposes to control the volume of the grinding chamber during the grinding process in such a way that the desired control of the degree of ball filling is achieved.
  • Such a solution allows a particularly quick reaction to the prevailing conditions by a correspondingly rapid change in the grinding chamber volume and thus the degree of filling.
  • FIG. 1 shows the essential parts of a ball mill 10, the parts which are not essential for the invention, such as the machine stand, the drive motor and the operating parts, being omitted in the cross section shown for reasons of clarity.
  • the part shown consists essentially of the grinding container 12, which is designed in the ball mill shown here as a circular cylinder, which is closed with a base plate 14 on one side. On the side of the grinding container 12 opposite the base plate there is the grinding container end on the motor side, which in its entirety is provided with the reference number 16. It essentially consists of a grinding chamber cover 18 which is screwed via a connecting flange 20 to a corresponding flange 22 with screws not shown in the drawing. A seal 24 is located between the two flanges.
  • a shaft bushing 26 is provided in the center of the grinding chamber cover 18, which is not described in detail here, since it can completely correspond to the bushings used in the known ball mills.
  • the agitator shaft 30 With the drive shaft 28 penetrating the shaft bushing 28, the agitator shaft 30 is connected, which carries agitator disks 32 and can rotate in the grinding container 12 driven by the motor, not shown.
  • the grinding container 12 and the agitator shaft 30 with the stirring disks 32 which can also be generally referred to as entrainment bodies, limit the grinding chamber 34, which in operation contains the grinding balls 36, preferably of about 1-3 mm in diameter, and the material to be ground 38.
  • the grinding container 12 is surrounded by a cooling jacket 40 with two connecting pieces for cooling liquid 44 and 46.
  • a product inlet 48 is provided for feeding the regrind, and the regrind flows after the grinding process from the separation gap 50, the ring channel 52 and the product outlet 54.
  • the separating gap is formed by a separating disk 53 rotating with the agitator shaft 30 and a stationary separating disk 55 and is so narrow that the balls conveyed on with the product cannot pass through it and thus remain in the grinding chamber 34.
  • the ball mill shown here corresponds to one of a number of known ball mill types and other types could also be used for the invention.
  • the peculiarity of the ball mill shown is that there are devices for the continuous and controlled change of the ball filling level in the grinding chamber, a lock device 60 for adding and a drain valve 62 for removing grinding balls being provided in the embodiment shown in FIG.
  • the lock device 60 comprises a storage container 64 which is connected to the grinding chamber 34 via a line 68.
  • the product inlet 48 is connected to line 68.
  • a valve which, in the embodiment shown, is designed as a rubber bellows valve 70 which can be actuated with compressed air via a line 72.
  • the reservoir 64 can be closed tightly with a lid 80.
  • the entire lock device is designed to be pressure-stable to such an extent that it can easily accommodate the pressures occurring in operation in ball mills of, for example, 0.5 bar to 2 bar.
  • the drain valve 62 is connected via a line 82 to the grinding chamber 34 and also has a compressed air line 84 for actuating the rubber bellows not shown in the figure in the valve 62.
  • the compressed air lines 84 and 72 are connected to the same control device 73, which controls the function of the lock device 60 and the drain valve 62.
  • the rubber bellows valve 70 is particularly well suited for this purpose, since it still closes reliably even with the contamination with the grinding balls 36, which contamination can hardly be avoided here.
  • the product inlet 48 can also be provided separately from the line 68.
  • the actuation of the valves 76 and 70 and thus the supply of grinding balls can be carried out both manually and automatically in the device according to the invention.
  • corresponding actuators and an electronic circuit are provided, by means of which the valves are actuated when an increase in the degree of ball filling is necessary. Such devices are known and are not described in detail here.
  • the drain valve 62 is simply opened so that, driven by the pressure prevailing in the ball mill and due to the force of gravity, a small amount of the material to be ground 38 leaves the grinding chamber 34 together with the grinding balls 36 therein . Since such a ball drain is rarely necessary in practical operation, the drain valve 62 can also be omitted. In any case, it only has to be operated rarely, so that the associated loss of regrind can be tolerated.
  • Figure 2 shows another embodiment of the ball mill according to the invention, the corresponding parts with the same reference numerals, but provided with a dash.
  • the main difference compared to the previously described embodiment is that here a variation in the degree of ball filling is not caused by addition or Removal of grinding balls 36 ', but is achieved by variating the volume of the grinding chamber 34'.
  • a bellows 86 is provided on the inner surface of the base plate 14 ', which can consist of a suitable rubber-elastic material or of metal.
  • a cover cover plate 90 is located on the surface of the bellows on the grinding chamber side, which is sealed with the aid of an annular seal 92, for example an O-ring seal, against the inner wall 93 'of the cylindrical part of the grinding container 12.
  • FIG. 3 finally shows a further embodiment of the invention, in which, as in the exemplary embodiment according to FIG. 2, the change in the degree of ball filling is achieved by a corresponding change in the grinding chamber volume.
  • the change in the degree of ball filling is achieved by a corresponding change in the grinding chamber volume.
  • the grinding container 12 "comprises two housing parts 94 and 96, which are sealed off from one another with the aid of an annular seal 98 and are guided concentrically to one another by the guide rings 100.
  • the housing part 96 facing away from the shaft bushing 26 is relative to that by means of hydraulic cylinders 102 Movable housing part 94.
  • the hydraulic rods 104, crossbeams 106 and 108 and corresponding articulated flanges 110 and 112 serve as mechanical connecting parts.
  • the power consumption of the motor under these operating conditions can be used as a yardstick for the ball filling degree.
  • a completely automatic control can then be achieved very easily if one uses the motor current as the actual value for the ball filling level in the manner known in control technology and then changes the ball filling level with the aid of a suitable electronic control and the device according to the invention such that the the current intensity corresponding to the desired ball filling level is reached.
  • a regulation would be desirable, in which in the start-up phase a relatively low degree of ball filling is used, which is then continuously increased to the value corresponding to the optimal digestion, which is then kept constant over the vast majority of a grinding process.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Crushing And Grinding (AREA)
  • Disintegrating Or Milling (AREA)

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Kugelmühle, insbesondere zum Aufschluß von Biomasse. Das Mahlgut wird einem Mahlkugeln enthaltenden Mahlraum zugeführt und in dem Mahlraum durch die Drehbewegung von mindestens einem rotierenden Mitnahmekörper und die daraus resultierende Bewegung der Mahlkugeln zermahlen. Eine gleichmäßige und optimierte Mahlwirkung während des gesamten Mahlvorganges und ohne diesen zu unterbrechen wird dabei dadurch erreicht, daß der Kugelfüllgrad in dem Mahlraum während des Mahlvorganges zur Anpassung an die jeweiligen Betriebsbedingungen geregelt wird. Weiter richtet sich die Erfindung auf eine entsprechende Kugelmühle.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kugelmühle, insbesondere zum Aufschluß von Biomasse, bei dem das Mahlgut einem Mahlkugeln enthaltenden Mahlraum zugeführt und in dem Mahlraum durch die Drehbewegung von mindestens einem rotierenden Mahlkörper und die daraus resultierende Bewegung der Mahlkugeln zermahlen wird.
  • Weiter richtet sich die Erfindung auf eine Kugelmühle, die insbesondere zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist und einen einen Mahlraum umgebenden Mahlbehälter aufweist, in dem mindestens ein relativ zu dem Gehäuse rotierbarer Mahlkörper vorgesehen ist.
  • Kugelmühlen haben in einer Reihe industrieller Prozesse in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Ein Beispiel hierfür ist die Farbenindustrie, wo es insbesondere darauf ankommt, die Pigmente in den Lacken möglichst gleichmäßig zu verteilen, um eine gute Dispersionswirkung zu erzielen.
  • Ein anderes Beispiel für den vorteilhaften Einsatz der Kugelmühlen ist das Aufschließen von Biomasse aus fermentativen Prozessen zur Gewinnung von Enzymen in biochemischen Betrieben. Hier kommt es vor allen Dingen darauf an, einen möglichst guten Aufschluß der Zellen der Biomasse zu erreichen, d.h. einen möglichst hohen Prozentsatz des Zellinhaltes , wie beispielsweise Enzyme, freizusetzen, um sie in den anschließenden Weiterverarbeitungsschritten isolieren zu können.
  • Die Wirkung von Kugelmühlen im allgemeinen und insbesondere der Aufschluß von Biomasse wird durch eine Reihe verschiedener Parameter beeinflußt. Hierzu gehören bei einer gegebenen Mühlengröße insbesondere die Rührgeschwindigkeit, die Durchsatzmenge und die Größe der verwendeten Mahlkugeln, die im allgemeinen aus Glas, Metall oder Aluminiumoxid bestehen.
  • In einer speziellen Ausführungsform ist auch die Spaltbreite zwischen Mahlkörper und Mahlbehälter für die Mahlwirkung wesentlich. In der DE-OS 28 11 899 wird deswegen eine Spalt-Kugelmühle vorgeschlagen, bei der die Spaltbreite dadurch veränderbar ist, daß der Abstand zwischen Mahlkörper und Mahlbehälter mittels eines austauschbaren Distanzringes festgelegt ist, der zwischen den Mahlvorgängen ausgewechselt werden kann, um die Spaltbreite den jeweiligen Anforderungen anzupassen.
  • Eine andere wesentliche Einflußgröße ist der Kugelfüllgrad, der im allgemeinen als Verhältnis zwischen der tatsächlich verwendeten und der maximal möglichen Kugelfüllmenge definiert wird. Prinzipiell führt ein erhöhter Kugelfüllgrad in der Regel zu einer Verbesserung der Mahlwirkung. Dabei ist jedoch zu beachten, daß die Erhöhung des Kugelfüllgrades auch Probleme mit sich bringt, die ihr Grenzen setzen. So nimmt der Verschleiß an der Mühle und an den Kugeln mit zunehmendem Füllgrad zu. Der Energieverbrauch erhöht sich, weil die Mühle schwerer dreht. Im Zusammenhang damit steht die entsprechende Erhöhung der Reibungswärme in der Kugelmühle, die zu Kühlproblemen führen kann. Schließlich ist insbesondere bei Biomassen ein Aufschlußoptimum zu erzielen, bei dem ein maximaler Aufschluß
    erreicht wird, gleichzeitig aber die Zellen nicht so sehr geschädigt sind, daß die anschließende Weiterverarbeitung dadurch erschwert wird.
  • Bei den bekannten Kugelmühlen läßt sich der Füllgrad vor Beginn eines Mahlvorgangs festlegen, indem man eine genau definierte Menge Kugeln einfüllt. Dieser Füllgrad bleibt jedoch während des Mahlvorganges nicht erhalten. Vielmehr verändert er sich durch den Verschleiß der Kugeln und der mit diesen in Kontakt stehenden Wand- und Rührteile. In einem zehnstündigen Dauerversuch wurde beispielsweise ein Verschleiß von 2,5 % festgestellt. Dadurch ändert sich einerseits das Mahlverhalten der Kugelmühle während des Mahlvorgangs. Vielleicht noch wichtiger ist jedoch, daß bei den bekannten Kugelmühlen bzw. bei den bekannten Verfahren, Kugelmühlen zu betreiben, keine Möglichkeit gegeben ist, den Kugelfüllgrad während des Betriebes der Kugelmühle so zu variieren, daß die jeweils optimalen Betriebsbedingungen erreicht werden, die produktabhängig stark variieren.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betreiben einer Kugelmühle und eine entsprechende Kugelmühle zur Verfügung zu stellen, mit dem eine gleichmäßige und optimierte Mahlwirkung während des gesamten Mahlvorgangs erreicht wird.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Kugelfüllgrad in dem Mahlraum während des Mahlvorgangs zur Anpassung an die jeweiligen Betriebsbedingungen geregelt wird.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art ist gekennzeichnet durch Einrichtungen, durch die der Kugelfüllgrad in dem Mahlraum während des Betriebs der Kugelmühle kontrolliert und kontinuierlich veränderbar ist.
  • Während bei den bekannten Kugelmühlen wegen der oben erwähnten Begrenzungen ein verhältnismäßig geringer Kugelfüllgrad von maximal 80 % verwendet werden mußte, hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß durch eine während des Betriebs, also ohne Unterbrechung des Mahlvorgangs,stattfindende Kontrolle und Regelung des Füllgrades erheblich höhere Kugelfüllgrade und damit verbesserte Mahleigenschaften erzielt werden können, ohne daß übermäßiger Verschleiß eintritt oder das Mahlgut und geschädigt zu sehr erhitzt und geschädigt wird. Der Mahlvorgang kann beispielsweise so geregelt werden, daß in der Anfahrphase der Mühle ein verhältnismäßig geringer Kugelfüllgrad benutzt wird, so daß der Anfahrwiderstand von dem Mühlenmotor verhältnismäßig leicht überwunden wird. Danach wird der Füllgrad langsam auf den für den Normalbetrieb optimalen Füllgrad erhöht.
  • Die Regelung des Füllgrades kann, wie in dem vorbeschriebenen Beispiel, so ausgelegt sein, daß der Füllgrad während des Betriebs der Kugelmühle variiert wird. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kugelmühle aber derart betrieben, daß der Kugelfüllgrad während des größten Teils des Mahlvorgangs im wesentlichen konstant gehalten wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, daß der Bereich einer optimalen Kugelfüllung, insbesondere beim Aufschluß von Biomassen, verhältnismäßig eng ist. So kann eine Veränderung des Kugelfüllgrades von 5 bereits eine Veränderung des Enzymgehaltes des aus der Kugelmühle austretenden Produkts von 20 % zur Folge haben. Vergleicht man diesen Zahlenwert mit der obenerwähnten Tatsache, daß ein 2,5%iger Verschleiß an Kugelfüllung und Mühle bereits nach zehnstündigem Betrieb möglich ist und mit der zusätzlichen Forderung, daß die Kugelmühle über lange Zeit möglichst ohne Unterbrechung kontinuierlich betrieben werden soll, so erkennt man, daß ein längerer Betrieb im optimalen Bereich nur möglich ist, wenn das durch Verschleiß sinkende Füllvolumen dergestalt ausgeglichen wird, daß der Kugelfüllgrad konstant bleibt.
  • Die Regelung des Kugelfüllgrades kann manuell erfolgen. Besonders bevorzugt erfolgt sie aber automatisch, wobei gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Leistungsaufnahme des Kugelmühlenmotors als Maß für die Regelung des Kugelfüllgrades benutzt-wird. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß die Belastung des Motors und damit seine Leistungsaufnahme sehr stark von dem Kugelfüllgrad abhängt. Bei einer bestimmten Kugelmühle und einer bestimmten Sorte Mahlgut (und im übrigen gleichen Randbedingungen wie Temperatur usw.) ist die Stromaufnahme des Motors dem Kugelfüllgrad eindeutig zuzuordnen.
    Dabei schwankt die Stromaufnahme in dem für einen optimalen Mahleffekt wesentlichen Grenzbereich bei einer bestimmten Kugelmühle beispielsweise um 20 %, wenn die Kugelfüllungum nur 1 %'verändert wird. Ausgehend von dieser Erkenntnis genügt es, für einen bestimmten Anwendungsfall die einem bestimmten Füllgrad entsprechende Leistungsaufnahme des Motors zu bestimmen, um anschließend diesen - Wert als Sollwert für die Konstanthaltung des Kugelfüllgrades einzusetzen.
  • Die erfindungsgemäße Regelung des Kugelfüllgrades läßt sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Zugabe oder Entnahme von Mahlkugeln während des Mahlvorganges bewerkstelligen. Hierzu sind nur verhältnismäßig geringfügige Maßnahmen an der entsprechenden Kugelmühle notwendig, so daß sich auch bereits vorhandene Kugelmühlen verhältnismäßig leicht auf dieses Verfahren umrüsten lassen. Die Zugabe von Kugeln kann in verhältnismäßig kleinen Teilmengen erfolgen, so daß eine feinfühlige Dosierung möglich ist. Eine Entnahme von Kugeln muß insbesondere vorgesehen sein, wenn Betriebszustände eintreten können, bei denen der Kugelfüllgrad, beispielsweise wegen-momemtaner Überlastung der Maschine, verhältnismäßig schnell vermindert werden soll. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung zur Entnahme von Kugeln von der gleichen Kontrolleinrichtung . wie die zur Zugabe von Kugeln gesteuert wird, womit eine schnelle und genaue Regelung des Kugelfüllgrades gemäß den jeweiligen Betriebsbedingungen möglich ist.
  • Ein anderer bevorzugter Verfahrensvorschlag ist insbesondere im Zusammenhang mit speziell für diesen Zweck konstruierten Kugelmühlen zu verwenden und schlägt vor, das Volumen des Mahlraumes während des Mahlvorganges dergestalt zu kontrollieren, daß die gewünschte Regelung des Kugelfüllgrades erreicht wird. Eine derartige Lösung erlaubt eine besonders schnelle Reaktion auf die jeweils gegebenen Verhältnisse durch eine entsprechend schnelle Veränderung des Mahlraumvolumens und damit des Füllgrades.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei auch eingehender auf die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingegangen wird. Es zeigen:
    • Figur 1 eine erfindungs-gemäße Kugelmühle mit Einrich- tungen zur Zugabe und Entnahme von Kugeln während des Mahlvorganges im Schnitt;
    • Figur 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kugelmühle mit einem mit Hilfe eines Balges variablen Mahlraum im Schnitt;
    • Figur 3 eine erfindungsgemäße Kugelmühle mit zwei zwecks Variation des Mahlraumvolumens gegeneinander verschiebbaren Gehäuseteilen im Schnitt.
  • In Figur 1 erkennt man die wesentlichen Teile einer Kugelmühle 10, wobei der Übersichtlichkeit wegen die für die Erfindung unwesentlichen Teile, wie beispielsweise der Maschinenständer, der Antriebsmotor und die Bedienungsteile in dem dargestellten Querschnitt weggelassen sind.
  • Der dargestellte Teil besteht im wesentlichen aus dem Mahlbehälter 12, der bei der hier dargestellten Kugelmühle als Kreiszylinder ausgebildet ist, welcher mit einer Bodenplatte 14 auf der einen Seite abgeschlossen ist. Auf der der Bodenplatte gegenüber liegenden Seite des Mahlbehälters 12 befindet sich der motorseitige Mahlbehälterabschluß, der in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 16 versehen ist. Er besteht im wesentlichen aus einem Mahlraumdeckel 18, der über einen Verbindungsflansch 20 an einen entsprechenden Flansch 22 mit in der Zeichnung nicht dargestellten Schrauben angeschraubt ist. Zwischen beiden Flanschen befindet sich eine Dichtung 24. Im Zentrum des Mahlraumdeckels 18 ist eine Wellendurchführung 26 vorgesehen, die hier nicht im einzelnen beschrieben wird, da sie vollständig den bei den bekannten Kugelmühlen verwendeten Durchführungen entsprechen kann.
  • Mit der die Wellendurchführung 26 durchdringenden Antriebswelle 28 ist die Rührwelle 30 verbunden, die Rührscheiben 32 trägt und sich getrieben durch den nicht dargestellten Motor in dem Mahlbehälter 12 drehen kann.
  • Der Mahlbehälter 12 und die Rührwelle 30 mit den Rührscheiben 32, die man verallgemeinert auch als Mitnahmekörper bezeichnen kann, begrenzen den Mahlraum 34, der im Betrieb die Mahlkugeln 36 von bevorzugt ca. 1 - 3 mm Durchmesser und das Mahlgut 38 enthält.
  • Der Mahlbehälter 12 ist umgeben von einem Kühlmantel 40 mit zwei Anschlußstutzen für Kühlflüssigkeit 44 und 46.
  • Zur Zuführung des Mahlgutes ist ein Produktzulauf 48 vorgesehen, nach dem Mahlvorgang fließt das Mahlgut kontinuierlich durch den Trennspalt 50, den Ringkanal 52 und den Produktablauf 54 ab. Der Trennspalt wird durch eine mit der Rührwelle 30 rotierende Trennscheibe 53 und eine stationäre Trennscheibe 55 gebildet und ist so eng, daß die mit dem Produkt weiterbeförderten Kugeln ihn nicht passieren können und somit im Mahlraum 34 bleiben.
  • Insoweit entspricht die hier dargestellte Kugelmühle einem von einer Reihe bekannter Kugelmühlentypen und es könnten für die Erfindung auch andere Typen verwendet werden. Die Besonderheit der dargestellten Kugelmühle besteht darin, daß Einrichtungen zur kontinuierlichen und kontrollierten Veränderung des Kugelfüllgrades im Mahlraum vorhanden sind, wobei in der in der Figur 1 dargestellten Ausführungsform eine Schleuseneinrichtung 60 zum Zugeben und ein Ablaßventil 62 zum Entnehmen von Mahlkugeln vorgesehen ist.
  • Die Schleuseneinrichtung 60 umfaßt einen Vorratsbehälter 64, der über eine Leitung 68 mit dem Mahlraum 34 in Verbindung steht. Im dargestellten Fall ist der Produktzulauf 48 an die Leitung 68 angeschlossen. Auf der vom Mahlraum 34 abgewandten Seite der Leitung 68 befindet sich ein Ventil, das in der dargestellten Ausführungsform als Gummibalgventil 70 ausgebildet ist, welches über eine Leitung 72 mit Druckluft betätigbar ist. In den Vorratsbehälter 64 mündet eine Düseneinrichtung 74 mit einem Ventil 76, das ein gewöhnliches Klappenventil sein kann und einer Injektordüse 78, die im Zentrum des Vorratsbehälters 64 angeordnet und auf die Leitung 68 zu.ausgerichtet ist. Der Vorratsbehälter 64 ist mit einem Deckel 80 dicht verschließbar.
  • Die gesamte Schleuseneinrichtung ist soweit druckstabil ausgebildet, daß sie die in Kugelmühlen in Betrieb auftretenden Drucke von beispielsweise 0,5 bar bis 2 bar problemlos aufnehmen kann.
  • Das Ablaßventil 62 ist über eine Leitung 82 mit dem Mahlraum 34 verbunden und weist ebenfalls eine Druckluftleitung 84 zur Betätigung des in dem Ventil 62 befindlichen in der Figur nicht dargestellten Gummibalg auf. Die Druckluftleitungen 84 und 72 sind mit der gleichchen Kontrolleinrichtung 73 verbunden, die die Funktion der Schleuseneinrichtung 60 und des Ablaßventils 62 steuert.
  • Der Kugelfüllgrad der in Figur 1 dargestellten Kugelmühle wird nun im Betrieb, d. h. während sich die Rührwelle 30 dreht, dadurch kontrolliert, daß je nach Bedarf über die Schleuseneinrichtung 60 Mahlkugeln zugeführt oder über das Ablaßventil 62 Mahlkugeln abgelassen-werden. Zu diesem Zweck wird der Vorratsbehälter 64 mit Mahlkugeln gefüllt und mit dem Deckel 80 luftdicht verschlossen. Wenn nun der Füllgrad erhöht werden soll, werden bevorzugt gleichzeitig das Ventil 76 der Düseneinrichtung 74 und das Gummibalgventil 70 geöffnet. Da in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Vorratsbehälter 64 senkrecht über dem Mahlraum 34 angeordnet ist, fallen die Kugeln nach unten in den Mahlraum. Zur Beschleunigung dieses Vorgangs wird besonders bevorzugt, aber nicht notwendigerweise durch die Düseneinrichtung 74 eine Flüssigkeit oder ein Gas in
    • . der Flußrichtung der Mahlkugeln 36 durch die Injektordüse 78 injiziert. Dadurch wird ein hinreichend schnelles und gut dosierbares Zugeben von Mahlkugeln und damit bei konstantem Volumen des Mahlraums 34 eine Erhöhung des Kugelfüllgrades erreicht.
  • Das Gummibalgventil 70 ist für diesen Verwendungszweck besonders gut geeignet, da es auch bei der hier kaum vermeidbaren Verunreinigung mit den Mahlkugeln 36 noch zuverlässig schließt. Der Produktzulauf 48 kann auch getrennt von der Leitung 68 vorgesehen sein. Die Betätigung der Ventile 76 und 70 und somit die Zuführung von Mahlkugeln kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowohl manuell als auch automatisch erfolgen. Bei der automatischen Ausführungsform sind entsprechende Stellglieder und eine elektronische Schaltung vorhanden, durch die die Ventile betätigt werden, wenn eine Erhöhung des Kugelfüllgrades notwendig ist. Derartige Einrichtungen sind bekannt und werden hier nicht näher beschrieben.
  • Soll in einem bestimmten Moment der Kugelfüllgrad vermindert werden, so wird einfach das Ablaßventil 62 geöffnet, so daß, getrieben von dem in der Kugelmühle herrschenden Druck und aufgrund der Schwerkraftwirkung eine geringe Menge des Mahlgutes 38 zusammen mit den darin befindlichen Mahlkugeln 36 den Mahlraum 34 verläßt. Da ein solches Ablassen von Kugeln im praktischen Betrieb nur selten notwendig ist, kann das Ablaßventil 62 auch weggelassen werden. In jedem Fall muß es nur selten betätigt werden, so daß der damit verbundene Verlust an Mahlgut tolerierbar ist.
  • Figur 2 zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kugelmühle, wobei die sich entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen, jedoch versehen mit einem Strich bezeichnet sind. Der wesentliche Unterschied gegenüber der zuvor dargestellten Ausführungsform besteht darin, daß hier eine Variation des Kugelfüllgrades nicht durch Zugabe oder Entnahme von Mahlkugeln 36' , sondern durch Variaticn des Volumens des Mahlraumes 34' erreicht wird. Zu diesem Zweck ist auf der Innenfläche der Bodenplatte 14' ein Balg 86 vorgesehen, der aus einem geeigneten gummielastischen Material oder auch aus Metall bestehen kann. Sein Inneres ist gegenüber dem Mahlraum 34' abgedichtet und über den Anschlußstutzen 88 mit einer externen, in der Zeichnung nicht dargestellten Quelle für ein Druckmedium, bevorzugt Hydrauliköl,verbunden, so daß der Balg 86 durch Zufuhr oder Entnahme von Hydrauliköl in seinem Volumen verkleinert oder vergrößert werden kann. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform befindet sich auf der mahlraumseitigen Fläche des Balges eine Abdeckdeckplatte 90, die mit Hilfe einer Ringdichtung 92, beispielsweise einer O-Ringdichtung, gegen die Innenwand 93' des zylinderförmigen Teils des Mahlbehälters 12 abgedichtet ist. Dadurch wird verhindert, daß Mahlgut 38' und Mahlkugeln 36' in die zwischen dem Balg 86 und der Innenwand 93' vorhandene Spalte eindringen kann und dann nicht mehr in der gewünschten gleichmäßigen Weise in Richtung auf den Produktauslauf 54' befördert wird. Es sind jedoch auch andere Ausführungsformen der Erfindung denkbar, bei denen ein Balg im Mahlraum verwendet wird, der mehr im Produktstrom liegt, so daß eine Abdichtung der hier dargestellten . Art in solchen Fällen nicht notwendig ist.
  • Figur 3 schließlich zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 die Veränderung des Kugelfüllgrades durch eine entsprechende Änderung des Mahlraumvolumens erreicht wird. Hier sind die entsprechenden Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen bei den Figuren 1 und 2, jedoch mit zwei Strichen bezeichnet.
  • Der Mahlbehälter 12" umfaßt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Gehäuseteile 94 und 96, die mit Hilfe einer Ringdichtung 98 gegeneinander abgedichtet und durch die Führungsringe 100 konzentrisch zueinander geführt sind. Das von der Wellendurchführung 26 abgewandte Gehäuseteil 96 ist mit Hilfe von Hydraulikzylindern 102 relativ zu dem Gehäuseteil 94 bewegbar. Als mechanische Verbindungsteile dienen die Hydraulikstangen 104, Querträger 106 und 108 und entsprechende Gelenkflansche 110 und 112. Diese Ausführungsform erfordert zwar eine weitgehende neue Konstruktion des Mahlraums gegenüber den bekannten Kugelmühlen, ermöglicht aber eine besonders schnelle und feinfühlige Anpassung des Füllgrades auf die jeweiligen Betriebsbedingungen.
  • Um eine automatische Regelung des Füllgrades zu ermöglichen, werden zweckmäßigerweise für ein bestimmtes Mahlgut eine Reihe von Vorversuchen gemacht, mit Hilfe derer festgestellt wird, bei welchem Kugelfüllgrad die optimale Mahlwirkung erreicht wird. Im Falle des Aufschlusses von Biomasse aus fermentativen Prozessen zur Gewinnung von Enzymen läßt sich als Vergleichsmaßstab ein Aufschluß mit Ultraschall verwenden, der parallel an der gleichen Probe vorgenommen wird. Die parallele Bestimmung der enzymatischen Aktivität an der mit Ultraschall aufgeschlossenen Probe einerseits und an der mit der Kugelmühle aufgeschlossenen Probe andererseits ermöglicht dann eine sehr genaue Bestimmung des Aufschlußgrades mit Hilfe der Kugelmühle. Bei diesen Versuchen mißt man gleichzeitig die Leistungsaufnahme des Kugelmühlenmotors, d. h. bei konstanter Spannung seinen Stromverbrauch. Wenn nun mit Hilfe dieser Vorversuche die optimalen Betriebsbedingungen und insbesondere der optimale Kugelfüllgrad festgelegt sind, so kann man den Stromverbrauch des Motors unter diesen Betriebsbedingungen als Maßstab für den Kugelfüllgrad verwenden. Eine vollständig automatische Regelung läßt sich dann sehr einfach erreichen, wenn man in der in der Regeltechnik bekannten Weise den Motorstrom als IST-Wert für den Kugelfüllgrad benutzt und dann mit Hilfe einer geeigneten elektronischen Regelung und der erfindungsgemäßen Einrichtung den Kugelfüllgrad jeweils so verändert, daß die dem gewünschten Kugelfüllgrad entsprechende Stromstärke erreicht wird. Normalerweise wird dabei eine solche Regelung wünschenswert sein, bei der in der Anfahrphase mit einem verhältnismäßig geringen Kugelfüllgrad gearbeitet wird, der dann kontinuierlich bis auf den dem optimalen Aufschluß entsprechenden Wert erhöht wird, welcher dann über den bei weitem größten Teil eines Mahlvorganges konstant gehalten wird.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betreiben einer Kugelmühle, insbesondere zum Aufschluß von Biomasse, bei dem das Mahlgut einem Mahlkugeln enthaltenden Mahlraum zugeführt und in dem Mahlraum durch die Drehbewegung von mindestens einem rotierenden Mitnahmekörper und die daraus resultierende Bewegung der Mahlkugeln zermahlen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelfüllgrad in dem Mahlraum während des Mahlvorganges zur Anpassung an,die jeweiligen Betriebsbedingungen geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelfüllgrad mindestens während des größen Teils des Mahlvorganges im wesentlichen konstant gehalten wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsaufnahme der Kugelmühle als Maß für die Regelung des Kugelfüllgrades benutzt wird.
4. Kugelmühle, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,mit einem einen Mahlraum (34) umgebenden Mahlbehälter (12), in dem mindestens ein relativ zu dem Mahlbehälter (12) rotierbarer Mitnahmekörper (30, 32) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (60, 62; 86, 90; 94, 96) vorhanden sind, durch die der Kugelfüllgrad in dem Mahlraum (34) während des Betriebs der Kugelmühle (10) kontrolliert und kontinuierlich veränderbar ist.
5. Kugelmühle nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch mindestens eine Schleuseneinrichtung (60) zum Zugeben und/oder Entnehmen von Mahlkugeln (36) während des Betriebes.
6. Kugelmühle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleuseneinrichtung (60) zum Zugeben von Mahlkugeln (36) einen druckfesten Vorratsbehälter (64) für Mahlkugeln (36) einschließt, der über eine Leitung (68) mit dem Mahlraum (34) verbunden ist, wobei in der Leitung (68) zwischen dem-druckfesten Vorratsbehälter (64) und dem Mahlraum (34) ein Ventil (70) vorgesehen ist und vor dem Ventil (70), auf dieses gerichtet, eine Düseneinrichtung (74, 78) angeordnet ist, durch die ein Fluid in Richtung des gewünschten Kugelflusses unter Druck austreten kann, um die Mahlkugeln (36) in den Mahlraum zu befördern.
7. Kugelmühle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (70) ein Gummibalgventil ist.
8. Kugelmühle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Mahlraums (34) veränderbar ist.
9. Kugelmühle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Mahlraum (34) ein Balg (86) angeordnet ist, dessen Inneres gegenüber dem Mahlraum (84) abgedichtet und mit einer externen Quelle für ein Druckmedium verbunden ist, so daß das Balgvolumen während des Betriebs der Kugelmühle (10) hydraulisch oder pneumatisch veränderbar ist.
10. Kugelmühle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mahlbehälter (12) mindestens zwei gegeneinander verschiebbare und abgedichtete Gehäuseteile (94, 96) einschließt, die gegeneinander derart verstellbar sind, daß das Volumen des Mahlraums (34) dadurch kontrolliert veränderbar ist.
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