EP0074633B1 - Verfahren zum Betreiben einer Kugelmühle und entsprechende Kugelmühle - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Kugelmühle und entsprechende Kugelmühle Download PDF

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EP0074633B1
EP0074633B1 EP82108344A EP82108344A EP0074633B1 EP 0074633 B1 EP0074633 B1 EP 0074633B1 EP 82108344 A EP82108344 A EP 82108344A EP 82108344 A EP82108344 A EP 82108344A EP 0074633 B1 EP0074633 B1 EP 0074633B1
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grinding
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space
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EP0074633A3 (en
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Hermann Schmid
Waldemar Thum
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Netzsch Feinmahltechnik GmbH
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Netzsch Feinmahltechnik GmbH
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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 an agitator mill with a grinding container surrounding a grinding chamber, in which at least one stirring element rotatable relative to the grinding container is arranged, and with at least one lock device in a line for adding grinding balls from a storage container into the grinding chamber during operation.
  • Agitator ball mills, or agitator mills for short 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 pigments in paints as evenly as possible in order to achieve a good dispersion effect.
  • agitator mills Another example of the advantageous use of agitator mills is the disintegration of biomass from fermentative processes for the production of enzymes in biochemical plants.
  • the main thing here is to release as high a percentage of the cell contents as possible, such as enzymes, so that they can be isolated in subsequent processing steps.
  • the effect of agitator mills in general and in particular the digestion of biomass is 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.
  • 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 improves the grinding effect.
  • increasing the degree of ball filling also causes problems that set limits.
  • the wear on the mill and on the grinding balls increases with the degree of filling.
  • Energy consumption increases because the grinder rotates harder.
  • frictional heat in the agitator mill which can lead to cooling problems.
  • a digestion optimum can be achieved in which a maximum digestion is achieved, but at the same time the cells are not so damaged that the subsequent further 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 grinding balls. However, this degree of filling changes during the grinding process due to wear of the grinding balls and the wall parts and stirring elements in contact with them. In a ten-hour long-term test, wear of 2.5% was found, for example. This changes the grinding behavior of the agitator mill during the grinding process.
  • a lock device for adding grinding balls into the grinding chamber of an agitator mill of the type described above is known from DE-A-2 242 174.
  • This lock device has a housing with a cylindrical bore opening into the grinding chamber, the diameter of which is slightly smaller than the grinding ball diameter.
  • the wall of the bore is elastic so that the grinding balls can be pushed through the bore one after the other, with at least one grinding ball sealing the bore tightly.
  • a piston is arranged in a section of the bore facing away from the grinding chamber, which can be moved back and forth by a crank mechanism, so that it exerts a force on the rearmost grinding ball in strokes, which is applied to the grinding chamber via several grinding balls lying one behind the other in the bore is encountered. With each return stroke, the piston releases the mouth of a line through which a fresh grinding ball falls from the reservoir into the bore.
  • the object of the invention is to provide an agitator mill with which a uniform and optimized grinding action is achieved during the entire grinding process.
  • the grinding process can be controlled, for example, in such a way that a relatively low degree of ball filling is used in the start-up phase of the mill, so that the start-up resistance is relatively easily overcome by the mill motor. Then the fill level is slowly increased to the optimum fill level for normal operation.
  • the invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment shown in the drawing.
  • the drawing shows the essential parts of an agitator mill according to the invention with devices for adding and removing grinding balls during the grinding process in an axial section.
  • the agitator mill 10 shown has a circular cylindrical grinding container 12, which is closed at one end with a base plate 14 and has a motor-side grinding container end 16 at the opposite end.
  • This consists essentially of a grinding chamber cover 18 which is screwed to a corresponding flange 22 via a connecting flange 20.
  • a seal 24 is located between the two flanges 20 and 22.
  • a shaft bushing 26 is provided in the center of the grinding chamber cover 18.
  • a drive shaft 30 is connected to a drive shaft 28 penetrating the shaft bushing 26, which carries disk-shaped stirring elements 32 and, driven by a motor (not shown), can be rotated in the grinding container 12.
  • the grinding container 12 and the stirring shaft 30 with the stirring elements 32 delimit a grinding chamber 34 which, during operation, contains grinding balls 36 of preferably approximately 1 to 3 mm in diameter and grinding stock 38.
  • the grinding container 12 is surrounded by a cooling jacket 40 with two connecting pieces 44 and 46 for cooling liquid.
  • a product inlet 48 is provided for feeding the ground material 38; After the grinding process, the ground material flows continuously through a separation gap 50, an annular channel 52 and a product outlet 54.
  • the separation gap 50 is formed by a cutting disc 53 rotating with the agitator shaft 30 and a stationary cutting disc 55 and is so narrow that the grinding balls 36 conveyed on with the product cannot pass through it and thus remain in the grinding chamber 34.
  • the particularity of the agitator mill 10 shown is that devices for the continuous and controlled change of the degree of ball filling in the grinding chamber 34 in the form of a lock device 60 for adding and a drain valve 62 for removing grinding balls 36 are provided.
  • 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 the line 68.
  • the product inlet 48 can also be arranged separately from the line 68.
  • valve 70 On the side of the line 68 facing away from the grinding chamber 34 there is a valve 70 which, in the embodiment shown, is designed as a rubber bellows valve which can be actuated by compressed air via a line 72 from a control device 73.
  • a nozzle device 74 opens into the storage container 64 with a valve 76, which can be a conventional flap valve, and an injector nozzle 78, which is arranged in the center of the storage container 64 and is directed towards the line 68.
  • the reservoir 64 can be closed tightly with a lid 80.
  • the entire lock device 60 is designed to be pressure-stable to the extent that it can easily accommodate the pressures which occur in agitator mills during operation, for example 0.5 to 2 bar.
  • the drain valve 62 is connected via a line 82 to the grinding chamber 34 and is also connected to a compressed air line 84 for actuating a rubber bellows, not shown, located in the drain valve 62.
  • the compressed air line 84 is connected to the same control device 73 which controls the function of the lock device 60.
  • the degree of ball filling of the agitator mill shown is in operation, i. H. while the agitator shaft 30 rotates, controlled by the fact that, as required, 60 grinding balls are fed in via the lock device or 62 grinding balls are discharged via the drain valve.
  • the reservoir 64 is filled with grinding balls and sealed airtight with the lid 60. If the degree of filling is to be increased, the valve 76 of the nozzle device 74 and the valve 70 are preferably opened at the same time.
  • the storage container 64 is arranged vertically above the grinding chamber 34, the grinding balls fall down into the grinding chamber.
  • a liquid or a gas is injected in the flow direction of the grinding balls 36 through the injector nozzle 78 through the nozzle device 74.
  • the valve 70 is particularly well suited for this purpose, since its rubber bellows closes reliably even when the grinding balls 36 are hardly avoidable.
  • 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.
  • the drain valve 62 is simply opened so that, driven by the pressure prevailing in the agitator mill and due to the effect of gravity, a small amount of the material to be ground 38 together with the grinding balls 36 therein contains the grinding chamber 34 leaves. Since such a drainage of grinding balls 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.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Rührwerksmühle mit einem einen Mahlraum umgebenden Mahlbehälter, in dem mindestens ein relativ zu dem Mahlbehälter drehbares Rührelement angeordnet ist, und mit mindestens einer Schleuseneinrichtung in einer Leitung zum Zugeben von Mahlkugeln aus einem Vorratsbehälter in den Mahlraum während des Betriebes.
  • Rührwerks-Kugelmühlen, kurz Rührwerksmühlen, 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, Pigmente in Lacken möglichst gleichmäßig zu verteilen, um eine gute Dispersionswirkung zu erzielen.
  • Ein anderes Beispiel für den vorteilhaften Einsatz von Rührwerksmühlen ist das Aufschließen von Biomasse aus fermentativen Prozessen zur Gewinnung von Enzymen in biochemischen Betrieben. Hier kommt es vor allem darauf an, einen möglichst hohen Prozentsatz des Zellinhalts, wie beispielsweise Enzyme, freizusetzen, um sie in anschließenden Weiterverarbeitungsschritten isolieren zu können.
  • Die Wirkung von Rührwerksmühlen 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.
  • Eine andere wesentliche Einflußgröße ist der Kugelfüllgrad, der im allgemeinen als Verhältnis zwischen der tatsächlich verwendeten und der maximal möglichen Kugelfüllmenge definiert wird. Prinzipiell verbessert ein erhöhter Kugelfüllgrad die 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 Mahlkugeln mit zunehmendem Füllgrad zu. Der Energieverbrauch erhöht sich, weil die Mühle schwerer dreht. Im Zusammenhang damit steht die entsprechende Erhöhung der Reibungswärme in der Rührwerksmühle, 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 allen Rührwerksmühlen läßt sich der Füllgrad vor Beginn eines Mahlvorgangs festlegen, indem man eine genau definierte Menge Mahlkugeln einfüllt. Dieser Füllgrad verändert sich jedoch während des Mahlvorgangs durch Verschleiß der Mahlkugeln und der mit diesen in Kontakt stehenden Wandteile und Rührelemente. In einem zehnstündigen Dauerversuch wurde beispielsweise ein Verschleiß von 2,5 % festgestellt. Dadurch ändert sich das Mahlverhalten der Rührwerksmühle während des Mahlvorgangs.
  • Eine Schleuseneinrichtung zum Zugeben von Mahlkugeln in den Mahlraum einer Rührwerksmühle der eingangs beschriebenen Gattung ist aus der DE-A- 2 242 174 bekannt. Diese Schleuseneinrichtung hat ein Gehäuse mit einer in den Mahlraum mündenden zylindrischen Bohrung, deren Durchmesser etwas kleiner ist als der Mahlkugeldurchmesser. Die Wand der Bohrung ist elastisch, so daß die Mahlkugeln nacheinander durch die Bohrung hindurchgedrückt werden können, wobei jeweils mindestens eine Mahlkugel die Bohrung dicht verschließt. Als Förderglied ist in einem vom Mahlraum abgewandten Abschnitt der Bohrung ein Kolben angeordnet, der von einem Kurbeltrieb hin- und herbewegbar ist, so daß er hubweise jeweils auf die hinterste Mahlkugel eine Kraft ausübt, die über mehrere hintereinander in der Bohrung liegende Mahlkugeln in den Mahlraum gestoßen wird. Bei jedem Rückhub gibt der Kolben die Mündung einer Leitung frei, durch die jeweils eine frische Mahlkugel aus dem Vorratsbehälter in die Bohrung fällt.
  • Es hat sich gezeigt, daß diese bekannte Vorrichtung nur dann zuverlässig arbeitet, wenn die Mahlkugeln alle gleich groß sind und eine einigermaßen genaue Kugelform aufweisen. Diese Bedingungen werden nur von neuen und gut sortierten Mahlkugeln erfüllt ; gebrauchte Mahlkugeln lassen sich mit der bekannten Vorrichtung nicht erneut in den Mahlraum einführen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rührwerksmühle zur Verfügung zu stellen, mit der eine gleichmäßige und optimierte Mahlwirkung während des gesamten Mahlvorgangs erreicht wird.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Rührwerksmühle der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in der Leitung zwischen dem Vorratsbehälter und dem Mahlraum ein Ventil und vor diesem eine Düseneinrichtung angeordnet ist, durch die ein Fluid in Richtung des gewünschten Kugelflusses unter Druck austreten kann, um die Mahlkugeln in den Mahlraum zu befördern. Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • 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.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt die wesentlichen Teile einer erfindungsgemäßen Rührwerksmühle mit Einrichtungen zur Zugabe und Entnahme von Mahlkugeln während des Mahlvorgangs in einem axialen Schnitt.
  • Die dargestellte Rührwerksmühle 10 hat einen kreiszylindrischen Mahlbehälter 12, der an einem Ende mit einer Bodenplatte 14 abgeschlossen ist und an dem gegenüberliegenden Ende einen motorseitigen Mahlbehälterabschluß 16 aufweist. Dieser besteht im wesentlichen aus einem Mahlraumdeckel 18, der über einen Verbindungsflansch 20 an einen entsprechenden Flansch 22 angeschraubt ist. Zwischen beiden Flanschen 20 und 22 befindet sich eine Dichtung 24. Im Zentrum des Mahlraumdeckels 18 ist eine Wellendurchführung 26 vorgesehen.
  • Mit einer die Wellendurchführung 26 durchdringenden Antriebswelle 28 ist eine Rührwelle 30 verbunden, die scheibenförmige Rührelemente 32 trägt und, getrieben durch einen nicht dargestellten Motor, im Mahlbehälter 12 drehbar ist. Der Mahlbehälter 12 und die Rührwelle 30 mit den Rührelementen 32 begrenzen einen Mahlraum 34, der im Betrieb Mahlkugeln 36 von bevorzugt ca. 1 bis 3 mm Durchmesser und Mahlgut 38 enthält.
  • Der Mahlbehälter 12 ist umgeben von einem Kühlmantel 40 mit zwei Anschlußstutzen 44 und 46 für Kühlflüssigkeit.
  • Zur Zuführung des Mahlgutes 38 ist ein Produktzulauf 48 vorgesehen ; nach dem Mahlvorgang fließt das Mahlgut kontinuierlich durch einen Trennspalt 50, einen Ringkanal 52 und einen Produktablauf 54 ab. Der Trennspalt 50 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 Mahlkugeln 36 ihn nicht passieren können und somit im Mahlraum 34 bleiben.
  • Die Besonderheit der dargestellten Rührwerksmühle 10 besteht darin, daß Einrichtungen zur kontinuierlichen und kontrollierten Veränderung des Kugelfüllgrades im Mahlraum 34 in Gestalt einer Schleuseneinrichtung 60 zum Zugeben und eines Ablaßventils 62 zum Entnehmen von Mahlkugeln 36 vorgesehen sind.
  • Die Schleuseneinrichtung 60 umfaßt einen Vorratsbehälter 64, der über eine Leitung 68 mit dem Mahlraum 34 in Verbindung steht. Im dargestellten Beispiel ist der Produktzulauf 48 an die Leitung 68 angeschlossen. Der Produktzulauf 48 kann auch getrennt von der Leitung 68 angeordnet sein.
  • Auf der vom Mahlraum 34 abgewandten Seite der Leitung 68 befindet sich ein Ventil 70, das in der dargestellten Ausführungsform als Gummibalgventil ausgebildet ist, welches über eine Leitung 72 von einer Kontrolleinrichtung 73 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 60 ist soweit druckstabil ausgebildet, daß sie die in Rührwerksmühlen im Betrieb auftretenden Drucke von beispielsweise 0,5 bis 2 bar problemlos aufnehmen kann.
  • Das Ablaßventil 62 ist über eine Leitung 82 mit dem Mahlraum 34 verbunden und ist ebenfalls an eine Druckluftleitung 84 zur Betätigung eines in dem Ablaßventil 62 befindlichen, nicht dargestellten Gummibalges angeschlossen. Die Druckluftleitung 84 ist mit der gleichen Kontrolleinrichtung 73 verbunden, die die Funktion der Schleuseneinrichtung 60 steuert.
  • Der Kugelfüllgrad der dargestellten Rührwerksmühle wird im Betrieb, d. h. während sich die Rührwelle 30 dreht, dadurch kontrolliert, daß je nach Bedarf über die Schleuseneinrichtung 60 Mahlkugein zugeführt oder über das Ablaßventil 62 Mahlkugeln abgelassen werden. Zu diesem Zweck wird der Vorratsbehälter 64 mit Mahlkugeln gefüllt und mit dem Deckel 60 luftdicht verschlossen. Wenn der Füllgrad erhöht werden soll, werden bevorzugt gleichzeitig das Ventil 76 der Düseneinrichtung 74 und das Ventil 70 geöffnet.
  • Da in der dargestellten, bevorzugten Ausführungsform der Vorratsbehälter 64 senkrecht über dem Mahlraum 34 angeordnet ist, fallen die Mahlkugeln nach unten in den Mahlraum. Zur Beschleunigung dieses Vorgangs wird 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 somit bei konstantem Volumen des Mahlraums 34 eine Erhöhung des Kugelfüllgrades erreicht.
  • Das Ventil 70 ist für diesen Verwendungszweck besonders gut geeignet, da sein Gummibalg auch bei kaum vermeidbaren Einschlüssen von Mahlkugeln 36 noch zuverlässig schließt. Die Betätigung der Ventile 76 und 70 und somit die Zuführung von Mahlkugeln kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowohl manuell als auch automatisch erfolgen.
  • Soll in einem bestimmten Moment der Kugelfüllgrad vermindert werden, so wird einfach das Ablaßventil 62 geöffnet, so daß, getrieben von dem in der Rührwerksmühle 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 Mahlkugeln 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.

Claims (3)

1. Rührwerks-Kugelmühle mit einem einen Mahlraum (34) umgebenden Mahlbehälter (12), in dem mindestens ein relativ zu dem Mahlbehälter (12) drehbares Rührelement (32) angeordnet ist. und mit mindestens einer Schleuseneinrichtung (60) in einer Leitung (68) zum Zugeben von Mahlkugeln (36) aus einem Vorratsbehälter (64) in den Mahlraum (34) während des Betriebes, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung (68) zwischen dem Vorratsbehälter (64) und dem Mahlraum (34) ein Ventil (70) und vor diesem eine Düseneinrichtung (74, 78) angeordnet ist, durch die ein Fluid in Richtung des gewünschten Kugelflusses unter Druck austreten kann, um die Mahl- . kugeln (36) in den Mahlraum (34) zu befördern.
2. Rührwerks-Kugelmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (70) ein Gummibalgventil ist.
3. Rührwerks-Kugelmühle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Leitung (68) ein Produktzulauf (48) angeschlossen ist.
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