EP0603602A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Fliessbett-Strahlmahlung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Fliessbett-Strahlmahlung Download PDF

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02CCRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/06Jet mills

Definitions

  • the invention relates to the process of the so-called fluidized bed jet milling, in which a gas or steam jet emerging from a nozzle is introduced at high speed into a fluidized bed made of granular material.
  • the particles in the vicinity of the jet are accelerated to such a high speed that they burst upon impact with resting or flying particles.
  • Such a method which is particularly suitable for fine grinding, is e.g. already known from DE-PS 598 421.
  • a disadvantage of the known method is that the kinetic energy introduced by the jet is only partially used for comminution.
  • the jet enters the material bed 3 with a uniform velocity distribution 2 over the outlet cross section 1. Because of the negative pressure in the jet compared to the material bed, particles 4 are immediately sucked into the jet and accelerated from the material bed. This is made clear by the increasing distance between two particles 4. As could be determined, such an exchange of impulses only takes place in the outer edge region of the beam, for example between lines 5 and 6, which are to be thought of as surface lines of the edge region.
  • the jet speed also decreases significantly as the jet progresses, as can be seen from the speed distributions 2a, 2b and 2c in the beam cross sections 1a, 1b and 1c.
  • the core area 7 of the beam remains practically free of regrind, so that the kinetic beam energy remains largely unused in this area and this results in an unsatisfactory efficiency in the comminution.
  • the invention is therefore based on the object of increasing the loading of the gas or steam jets used for the grinding in the fluidized bed with the material to be comminuted, so as to improve it To achieve utilization of the kinetic energy introduced with the rays.
  • a possibility is to be created to bring the regrind into the core area of the beams in order to be able to optimally use the kinetic energy available here.
  • the solution to the problem is that in the case of a high-speed gas or steam jet introduced for impact crushing in a fluidized mill bed, the size of the jet pulse is changed locally while maintaining the size of the outlet cross section of the known nozzle, so that zones with high and low jet pulses are formed. and that they are arranged such that the size of the jet pulse in the peripheral region of the outlet cross section changes at least twice between a minimum and a maximum value and in the core region of the cross section is equal to or less than the minimum values.
  • FIG. 2 schematically shows a perspective representation of the flow conditions at the outlet cross section 10 and in the beam cross section 11c, in which a normal speed distribution has already been established as in the beam cross section 1c of FIG. 1.
  • the suction effect to the core area is optimal.
  • FIG. 3 shows the flow conditions as they occur in the plane 13, which is placed in the central nozzle axis 9 and in the middle between two outlet openings 8, which are shown in FIG. 3.
  • 8 radially directed flow channels are formed directly at the outlet cross section 10 between two outlet openings, which flow channels extend in the jet direction up to the jet cross section 11 (with speed distribution 12), in which the individual jet areas begin to overlap.
  • 3 shows the speed distributions 12a, 12b and 12c in the beam cross sections 11a, 11b and 11c.
  • the arrows 14 in FIG. 2 indicate the transverse flow which forms as a result of the flow channels described above and which transports the particles 4 to the central nozzle axis 9.
  • Comparative grinding on a fluidized bed counter jet mill which was initially equipped with normal and then with nozzle elements designed according to the invention, has shown that with otherwise the same operating parameters and approximately the same specific energy requirement (in kWh / t), the mill equipped according to the invention with the same grinding fineness more than that double throughput compared to the normally equipped mill could be achieved, ie the grinding efficiency could be improved by a factor of almost 2.5.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Disintegrating Or Milling (AREA)
  • Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
  • Crushing And Grinding (AREA)

Abstract

2.1 Die Erfindung hat die Aufgabe, die Beladung der für die Mahlung in einem fluidisierten Bett aus körnigem Material eingesetzten Gas- oder Dampfstrahlen mit dem zu zerkleinernden Material zu erhöhen, um so eine bessere Nutzung der Energie der Strahlen zu erhalten. 2.2 Dies wird dadurch erreicht, daß die Größe des Strahlimpulses beim Austritt aus einer Düse in Umfangsbereich des Düsenquerschnitts mindestens zweimal zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert wechselt und im Kernbereich des Düsenquerschnitts gleich den Minimalwerten des Umfangsbereichs oder kleiner als diese ist. 2.3 In den Bereichen mit niedrigem Strahlimpuls unmittelbar nach Austritt des Strahls aus der Düse bildet sich dabei ein Druckgefälle von der Umgebung zum Kernbereich des Strahls aus, so daß Strömungskanäle quer zur Strömungsrichtung des Strahls entstehen, durch die Mahlgutpartikel bis zum Strahlzentrum eingesaugt und hier im weiteren Strahlverlauf auf die für ihre Zerkleinerung erforderliche Prallgeschwindigkeit beschleunigt werden. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf das Verfahren der sog. Fließbett-Strahlmahlung, bei dem ein aus einer Düse austretender Gas- oder Dampfstrahl hoher Geschwindigkeit in ein fluidisiertes Bett aus körnigem Material eingeleitet wird. Die Partikel in der Umgebung des Strahls werden dabei auf eine so hohe Geschwindigkeit beschleunigt, daß sie beim Aufprallen auf ruhende oder entgegenfliegende Partikel zerbersten. Ein solches, insbesondere für die Feinzerkleinerung geeignetes Verfahren ist z.B. schon durch die DE-PS 598 421 bekannt geworden.
  • Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist jedoch, daß die durch den Strahl eingebrachte kinetische Energie nur zum Teil für die Zerkleinerung genutzt wird. Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, tritt der Strahl mit über den Austrittsquerschnitt 1 gleichmäßiger Geschwindigkeitsverteilung 2 in das Gutbett 3 ein. Wegen des Unterdrucks im Strahl gegenüber dem Gutbett werden sofort Partikel 4 aus dem Gutbett in den Strahl eingesaugt und beschleunigt. Dies ist durch den zunehmenden Abstand zwischen zwei Partikeln 4 deutlich gemacht. Wie festgestellt werden konnte, erfolgt ein solcher Impulsaustausch jedoch nur in dem äußeren Randbereich des Strahls, etwa zwischen den Linien 5 und 6, die als Mantellinien des Randbereichs zu denken sind. Hier nimmt auch die Strahlgeschwindigkeit beim Fortschreiten des Strahls deutlich ab, wie aus den Geschwindigkeitsverteilungen 2a, 2b und 2c in den Strahlquerschnitten 1a, 1b und 1c zu erkennen ist. Der Kernbereich 7 des Strahls bleibt praktisch frei von Mahlgut, so daß die kinetische Strahlenergie in diesem Bereich weitgehend ungenutzt bleibt und daraus ein unbefriedigender Wirkungsgrad bei der Zerkleinerung resultiert.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Beladung der für die Mahlung im Fließbett eingesetzten Gas- oder Dampfstrahlen mit dem zu zerkleinernden Material zu erhöhen, um so eine bessere Nutzung der mit den Strahlen eingebrachten kinetischen Energie zu erreichen. Insbesondere soll eine Möglichkeit geschaffen werden, das Mahlgut in den Kernbereich der Strahlen zu bringen, um die hier zur Verfügung stehende kinetische Energie optimal nutzen zu können.
  • Es ist zwar schon in der DE-OS 20 40 519 vorgeschlagen worden, das Mahlgut mit mechanischen Fördermitteln von der Seite her in den Strahl zu drücken. Diese Maßnahme erfordert jedoch einen erheblichen apparativen und energetischen Aufwand, und es muß mit starkem Verschleiß an den Fördermitteln gerechnet werden. Die gleichen Nachteile weisen die bekannten Injektor-Strahlmühlen z.B. nach US-PS 1 935 344 auf, bei denen das Mahlgut vor der Strahlausbildung in einer Beschleunigungsdüse mit dem Gas oder Dampf gemischt wird.
  • Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß bei einem zur Prallzerkleinerung in ein fluidisiertes Mahlgutbett eingeleiteten Gas- oder Dampfstrahl hoher Geschwindigkeit die Größe des Strahlimpulses unter Beibehaltung der Größe des Austrittsquerschnitts der bekannten Düse örtlich geändert wird, so daß Zonen mit hohem und niedrigem Strahlimpuls entstehen, und daß diese so angeordnet werden, daß die Größe des Strahlimpulses im Umfangsbereich des Austrittsquerschnitts mindestens zweimal zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert wechselt und im Kernbereich des Querschnitts gleich den Minimalwerten oder kleiner als diese ist. In überraschender Weise hat sich gezeigt, daß damit in den Bereichen mit niedrigem Strahlimpuls unmittelbar nach Austritt des Strahls aus der Düse gewissermaßen Strömungskanäle quer zur Strömungsrichtung des Strahls geschaffen werden mit einem Druckgefälle von der Umgebung zum Kernbereich des Strahls, so daß hier die Partikel 4 des Mahlgutes bis zum Strahlzentrum eingesaugt werden. Hier werden sie dann auf die für ihre Zerkleinerung erforderliche Prallgeschwindigkeit beschleunigt, wenn sich im weiteren Verlauf des Strahls durch Mischvorgänge infolge Überschneidung der einzelnen Strahlbereiche eine Vergleichmäßigung des Strahlimpulses über den Strahlquerschnitt einstellt und sich eine Geschwindigkeitsverteilung über den Strahlquerschnitt wie bei dem einfachen Strahl (entsprechend Fig. 1) ergibt. Durch das Einsaugen von Mahlgut in den Kernbereich des Strahls wird eine deutlich höhere Gutmenge erfaßt als bei einem einfachen Strahl und die Gutpartikel werden auf eine höhere Geschwindigkeit beschleunigt.
    Eine Möglichkeit der Realisierung besteht beispielsweise darin, daß noch innerhalb der Düse, also bevor der Strahl aus der Düse austritt, örtlich abgesaugt wird.
    Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben, wobei sich die Ansprüche 2 bis 4 auf die Größenverhältnisse von Strahlimpuls und Strahlzonen und Ansprüche 5 bis 8 auf die Strahlrichtung in den einzelnen Strahlzonen beziehen. Diese Maßnahmen dienen dazu, den Öffnungswinkel des Strahls zu beeinflussen bzw. den Strahlquerschnitt 11c mit der normalisierten Geschwindigkeitsverteilung in Strahlrichtung zu verschieben, um so eine Änderung der Strahlform zur Anpassung an die Mahlkammergröße bzw. die Mahlguteigenschaften zu erreichen.
    Die technisch einfachste und bevorzugte Lösung stellt die Verwendung von gleichmäßig über den Austrittsquerschnitt verteilten Austrittsöffnungen dar. Als ausgeführte und erprobte Düse wird beispielsweise ein in eine Halterung einsetzbares Düsenelement mit vier Austrittsöffnungen 8 mit kreisförmigem Querschnitt verwendet, deren Mitten auf einem Kreis angeordnet sind, dessen Durchmesser etwa dem 2,5fachen Durchmesser einer Austrittsöffnung entspricht. Die aus jeder Öffnung austretende Strömung ist dabei auf einen gemeinsamen Punkt auf der zentralen Düsenachse 9 gerichtet. Fig. 2 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung die Strömungsverhältnisse am Austrittsquerschnitt 10 und im Strahlquerschnitt 11c, in dem sich bereits eine normale Geschwindigkeitsverteilung wie im Strahlquerschnitt 1c von Fig. 1 eingestellt hat. Die Saugwirkung zum Kernbereich ist hierbei optimal.
  • Die Strömungsverhältnisse, wie sie sich in der Ebene 13 einstellen, die in die zentrale Düsenachse 9 und in die Mitte zwischen zwei Austrittsöffnungen 8 gelegt ist, sind in Fig. 3 dargestellt. Wie zu erkennen ist, bilden sich unmittelbar am Austrittsquerschnitt 10 zwischen je zwei Austrittsöffnungen 8 radial gerichtete Strömungskanäle aus, die in Strahlrichtung bis zu dem Strahlquerschnitt 11 (mit Geschwindigkeitsverteilung 12) reichen, in dem sich die einzelnen Strahlbereiche zu überschneiden beginnen. Den weiteren Strahlverlauf zeigen in Fig. 3 die Geschwindigkeitsverteilungen 12a, 12b und 12c in den Strahlquerschnitten 11a, 11b und 11c. Die Pfeile 14 in Fig. 2 deuten die sich infolge der vorstehend beschriebenen Strömungskanäle ausbildende Querströmung an, die die Partikel 4 bis zur zentralen Düsenachse 9 transportiert.
  • Vergleichsmahlungen auf einer Fließbett-Gegenstrahlmühle` die zuerst mit normalen und dann mit erfindungsgemäß ausgebildeten Düsenelementen ausgerüstet war, haben ergeben, daß bei sonst gleichen Betriebsparametern und etwa gleichem spezifischen Energiebedarf (in kWh/t) mit der erfindungsgemäß ausgerüsteten Mühle bei gleicher Mahlfeinheit mehr als der doppelte Durchsatz gegenüber der normal ausgerüsteten Mühle erzielt werden konnte, d.h. der Mahlwirkungsgrad konnte um einen Faktor von fast 2,5 verbessert werden.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Prallzerkleinerung durch Einleiten zumindest eines aus einer Düse austretenden Gas- oder Dampfstrahls hoher Geschwindigkeit in ein fluidisiertes Mahlgutbett, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Strahlimpulses beim Austritt aus der Düse im Umfangsbereich des Düsenquerschnitts mindestens zweimal zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert wechselt und im Kernbereich des Düsenquerschnitts gleich den Minimalwerten des Umfangsbereichs oder kleiner als diese ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Strahlimpulses an den Stellen der Minimalwerte den Wert Null hat.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Teilbereiche des Düsenquerschnitts mit maximalen und minimalen Strahlimpuls untereinander etwa die gleiche Größe aufweisen.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang von einem Minimum des Strahlimpulses zu einem Maximum diskontinuierlich erfolgt.
  5. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsströmung in jeden Teilbereich des Düsenquerschnitts parallel zur zentralen Düsenachse (9) erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsströmung in jedem Teilbereich des Düsenquerschnitts von der zentralen Düsenachse (9) weggerichtet ist.
  7. Verfahren nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsströmung in jedem Teilbereich des Düsenquerschnitts zur zentralen Düsenachse (9) hin gerichtet ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsströmung von jeden Teilbereich des Düsenquerschnitts aus auf einen gemeinsamen Punkt auf der zentralen Düsenachse (9) gerichtet ist.
  9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch ein in eine Halterung einsetzbares Düsenelement zur Strahlerzeugung, das mit mindestens zwei über den Querschnitt des Düsenelements gleichmäßig verteilten Austrittsöffnungen (8) unterschiedlicher Form und Größe versehen ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (8) innerhalb eines Bereichs angeordnet sind, dessen Begrenzung eine wendepunktfreie, die Austrittsöffnungen (8) umfassende Hüllkurve darstellt.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (8) mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet sind.
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