EP0736328B1

EP0736328B1 - Arrangement for a fluidized bed jet mill

Info

Publication number: EP0736328B1
Application number: EP96105333A
Authority: EP
Inventors: Roland Dr.-Ing. Nied
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-04-06
Filing date: 1996-04-03
Publication date: 1999-08-18
Anticipated expiration: 2016-04-03
Also published as: DE19513034A1; DE59602762D1; US5732893A; EP0736328A1; ES2136911T3

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Fließbett-Strahlmahlung. In ein Fließbett aus fluidisierten Feststoffpartikeln wird mittels einer Düse ein Dampf- oder vorzugsweise Gasstrahl mit hoher Geschwindigkeit eingeleitet. Im Strahl herrscht ein Unterdruck, weshalb Feststoffpartikel aus dem Fließbett in den Strahl angesaugt werden. Im Strahl werden die angesaugten Feststoffpartikel auf die hohe Geschwindigkeit des Gasstrahls beschleunigt. Dabei erfolgt der für die Zerkleinerung der Feststoffpartikel notwendige Impulsaustausch zwischen den Feststoffpartikeln. Die Geschwindigkeits- und damit Unterdruckverteilung im Gasstrahl ist Anlaß dafür, daß die Partikelverteilung über den Strahlquerschnitt ungleichmäßig ist derart, daß die weit überwiegende Zahl der angesaugten Feststoffpartikel im Randbereich des Gasstrahles verbleiben und im Kernbereich des Gasstrahles relativ wenige Partikel mitgeführt werden. Entsprechend unzulänglich wird die Energie des Gasstrahles für die Prallzerkleinerung genützt. Dies wird als unbefriedigend empfunden, wenn die Prallzerkleinerung allein durch Energieaustausch zwischen den Partikeln im Gasstrahl erfolgt, aber auch dann, wenn auf die Prallzerkleinerung innerhalb des Gasstrahles die eigentliche Prallzerkleinerung erst anschließend dadurch erfolgt, daß die im Gasstrahl suspendierten und teilweise zerkleinerten Feststoffpartikel mit hoher Energie zum Auftreffen auf eine feststehende Prallfläche gebracht werden. The present invention is concerned with fluid bed jet milling. In a fluidized bed of fluidized solid particles is a steam or preferably by means of a nozzle Gas jet initiated at high speed. In the beam there is a negative pressure, which is why solid particles from the Fluid bed can be sucked into the jet. In the beam they are sucked solid particles to the high speed of the Accelerated gas jet. This is done for shredding the solid particle necessary momentum exchange between the solid particles. The speed and therefore vacuum distribution in the gas jet is cause for the particle distribution is uneven across the beam cross section such that the vast majority of the sucked solid particles remain in the edge area of the gas jet and in Core area of the gas jet carried relatively few particles become. The energy of the gas jet becomes correspondingly inadequate used for impact crushing. This is considered unsatisfactory felt when the impact crushing alone through energy exchange between the particles in the gas jet, but also when the impact crushing inside the actual impact crushing of the gas jet subsequently takes place in that the suspended in the gas jet and partially crushed solid particles with high Energy to hit a fixed baffle become.

Zum Bekanntsein der Prallzerkleinerung mittels eines in ein Fließbett eingebrachten Dampf- bzw. Gasstrahles kann beispielsweise auf die DE-PS 598 421 verwiesen werden. Mit dem dabei gegebenen Problem der unzulänglichen Energieausnutzung befassen sich die DE 42 43 438 A1 und auch die DE-OS 20 40 519 einerseits und die DE 33 38 138 C2 andererseits unter verschiedenen Gesichtspunkten.Known impact crushing by means of a in Fluidized bed of steam or gas jet can, for example can be referred to DE-PS 598 421. With the given problem of insufficient energy utilization DE 42 43 438 A1 and DE-OS 20 40 519 are concerned on the one hand and DE 33 38 138 C2 on the other hand under different Points of view.

Mit der Verbesserung der Beladung der in ein Fließbett eintretenden Gasstrahlen mit Feststoffpartikeln, die aus dem Fließbett aufgenommen werden, befaßt sich die aus der DE 33 38 138 C2 bekannte Fließbett-Gegenstrahlmühle unter der Zielvorstellung, daß vom in das Fließbett eintretenden Gasstrahl mehr Feststoffpartikel aus dem Fließbett aufgenommen werden. Hierzu sind bei dieser bekannten Fließbett-Gegenstrahlmühle konzentrisch um eine in die Mahlkammer bzw. das Gutbett einmündende Düse mehrere weitere Strahldüsen so angeordnet, daß sich die längsachsen der Gasstrahlen aus der zentralen Hauptdüse und dem konzentrisch zu dieser angeordneten weiteren Strahldüsen in einem Punkt auf der Längsachse des Strahles der Hauptdüse schneiden. Zweck dieser Lösung ist es, im Austrittsbereich der Hauptdüse das Gutbett aufzuwirbeln und so die Aufnahme von Feststoffpartikeln aus dem Fließbett durch den aus der Hauptdüse austretenden Gasstrahl zu verbessern, indem der Gasstrahl aus der Hauptdüse mehr Feststoffpartikel aus dem verwirbelten Gutbett aufnimmt als es bei unverwirbeltem Gutbett möglich wäre. With the improvement of the loading of those entering a fluidized bed Gas jets with solid particles coming from the fluid bed are included, the deals from the DE 33 38 138 C2 known fluidized bed jet mill under the Objective that the gas jet entering the fluidized bed more solid particles are absorbed from the fluid bed. For this purpose, in this known fluidized bed counter jet mill concentric around one opening into the grinding chamber or the material bed Nozzle several more jet nozzles arranged so that the longitudinal axes of the gas jets from the central main nozzle and the other arranged concentrically to this Jet nozzles at a point on the longitudinal axis of the jet Cut the main nozzle. The purpose of this solution is in the exit area whirl up the bed of material from the main nozzle and thus the intake of solid particles from the fluidized bed through the to improve the main jet emerging gas jet by the Gas jet from the main nozzle more solid particles from the swirled material bed takes up than it with non-swirled material bed it is possible.

Die Lösungen nach den beiden anderen Patentpublikationen DE 42 43 438 A1 und DE-OS 20 40 519 sehen zum Zweck der besseren Ausnutzung der Strahlenergie eine Vergleichmäßigung der Verteilung der aus dem Fließbett in den Dampf- oder Gasstrahl - aus Gründen der Vereinfachung wird im Zusammenhang mit der Erfindung und des Standes der Technik von einem Gasstrahl gesprochen, obwohl ein Strahl gemeint ist, der entweder ein Gasstrahl oder ein Dampfstrahl sein kann - angesaugten Feststoffpartikel über den Strahlquerschnitt vor, d.h. Maßnahmen, die bewirken, daß in den Strahlkern zusätzlich Feststoffpartikel aus dem Strahlrandbereich transportiert werden. In der DE-OS 20 40 519 wird die notwendige Partikelbewegung quer zur Strahlrichtung durch mechanische Mittel bewirkt, was einen hohen Bauaufwand ohne optimales Ergebnis zur Folge hat. Im Fall der DE 42 43 438 A1 wird vorgeschlagen, die Größe des Strahlimpulses bei Austritt aus der Strahldüse im Umfangsbereich des Düsenquerschnittes mindestens zweimal zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert wechseln zu lassen und die Größe des Strahlimpulses im Kernbereich höchstens auf einem Wert zu halten, der dem Minimalwert des Umfangsbereiches entspricht. Es werden bei dieser Lösung in den Strahlbereichen mit niedrigem Strahlimpuls unmittelbar nach dem Austritt des Strahles aus der Strahldüse Strömungskanäle quer zur Strahlrichtung geschaffen, in denen ein Druckgefälle vom Strahlrand zum Strahlkern besteht, so daß Feststoffpartikel vom Strahlrand in den Strahlkern gesaugt werden. Bewirkt wird das mit einer Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durch ein in eine Halterung einsetzbares Düsenelement zur Strahlerzeugung, das mit mindestens zwei über den Querschnitt des Düsenelementes gleichmäßig verteilten Austrittsöffnungen unterschiedlicher Form und Größe versehen ist. Diese Lösung läßt Probleme erwarten, wenn stark unterschiedlichen Betriebsbedingungen Rechnung getragen werden soll.The solutions according to the other two patent publications DE 42 43 438 A1 and DE-OS 20 40 519 see for the purpose of better Utilization of the beam energy to equalize the Distribution of the fluidized bed into the steam or gas jet - for reasons of simplification in connection with the Invention and the prior art spoken of a gas jet, although a ray is meant that is either a Can be gas jet or a steam jet - sucked solid particles about the beam cross section before, i.e. Activities, which cause additional solid particles in the jet core be transported out of the beam edge area. In the DE-OS 20 40 519 the necessary particle movement is transverse to Beam direction caused by mechanical means, what a high Construction effort without an optimal result. In the case DE 42 43 438 A1 proposes the size of the beam pulse when exiting the jet nozzle in the peripheral area of the Nozzle cross section at least twice between a minimum and a maximum value and the size of the To keep the beam pulse in the core area at most at one value, which corresponds to the minimum value of the peripheral area. It are with this solution in the beam areas with low Beam pulse immediately after the beam emerges the jet nozzle creates flow channels transverse to the jet direction, in which a pressure drop from the jet edge to the jet core exists so that solid particles from the beam edge in the Beam core are sucked. This is done with a device which is characterized by an insertable into a holder Nozzle element for jet generation, which with at least two evenly distributed over the cross section of the nozzle element Outlet openings of different shapes and sizes is provided. This solution suggests problems if severe different operating conditions are taken into account should.

Während es also bei den vorgenannten Lösungen darum geht, die Beladung des in das Fließbett eintretenden Gasstrahles mit Feststoffpartikeln zu verbessern, indem entweder gemäß DE 33 38 138 C2 die Zahl der aus dem Fließbett aufgenommenen Feststoffpartikel erhöht wird oder gemäß DE 42 43 438 A1 und DE-OS 20 40 519 die Verteilung der Feststoffpartikel über den Strahlquerschnitt vergleichmäßigt wird, wird bei einer anderen bekannten Fließbettstrahlmühle nach WO 90/04457 etwas völlig anderes angestrebt. Es wird nämlich der Energieaustausch zwischen mehreren mit Feststoffpartikeln beladenen Gasstrahlen erhöht, wenn diese Gasstrahlen aufeinanderprallen. Auf die Verteilung der Feststoffpartikel innerhalb jedes der Gasstrahlen oder auf die Beladung des Gasstrahles mit Feststoffpartikeln kommt es bei dieser Lösung überhaupt nicht an.So while the above solutions are about the Loading of the gas jet entering the fluidized bed To improve solid particles by either according to DE 33 38 138 C2 the number of those taken from the fluidized bed Solid particles is increased or according to DE 42 43 438 A1 and DE-OS 20 40 519 the distribution of the solid particles over the Beam cross-section is evened out in another known fluid bed jet mill according to WO 90/04457 something completely other aspired. It is namely the exchange of energy between several gas jets loaded with solid particles increases when these gas jets collide. On the Distribution of the solid particles within each of the gas jets or loading the gas jet with solid particles this solution does not matter at all.

Das Problem einer dichteren Strahlbeladung liegt auch einer anderen bekannten Fließbettstrahlmühle gemäß DE-A-26 28 612 zugrunde. Bei dieser Strahlmülle werden mittels mehrer Strahldüsen Strahlen aus einem gasförmigen oder flüssigen Energieträger und in diesem suspendiertem Fördergut derart in eine gemeinsame Mahlkammer eingebracht, daß sie aufeinandertreffen und dabei das Fördergut der Strahlen gemahlen, d.h. zerkleinert wird. Mit dem Ziel, mehr Fördergut in den Energieträger jedes Strahles einbringen zu können als es der Fall wäre, wenn das Fördergut nach freiem Fall vom Energieträger mitgerissen würde, wird das Fördergut mittels eines Hilfsstrahles aus einer weiteren Düse beschleunigt und als Bestandteil des Hilfsstrahles in den erstgenannten Energieträger eingebracht. Die Richtung des einen Hilfsstrahles kann dabei senkrecht zur Richtung des Strahles, der vom Energieträger gebildet wird, liegen oder es können mehrere Hilfsstrahlen gebildet werden und die gleiche Richtung wie der Strahl aus dem Energieträger haben.There is also one problem with denser beam loading other known fluid bed jet mill according to DE-A-26 28 612 underlying. This jet waste is made by means of several jet nozzles Blasting from a gaseous or liquid energy source and in this suspended conveyed material in such a way common grinding chamber introduced that they meet and ground the material to be conveyed by the rays, i.e. crushed becomes. Aiming for more material to be conveyed in the energy source to be able to bring in each ray than it would be if the material to be conveyed is carried away by the energy source after free fall would be conveyed by means of an auxiliary beam accelerated from another nozzle and as a component of the auxiliary beam in the former energy source brought in. The direction of an auxiliary beam can be perpendicular to the direction of the beam from Energy is formed, lie or there can be several Auxiliary beams are formed and the same direction as have the beam from the energy source.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demzufolge, eine Vorrichtung so auszubilden, daß die Partikelverteilung in einem mit hoher Energie in ein Fließbett einer Fließbettstrahlmühle eingebrachten Gasstrahl über den Strahlquerschnitt und insbesondere die Beladung dieses Gasstrahles mit Feststoffpartikeln aus dem Fließbett auch im Strahlkernbereich mit einfachen und zuverlässig wirkenden Mitteln besser als es bisher erreicht wurde, gewährleistet ist.The object of the present invention is therefore a To design the device so that the particle distribution in one with high energy in a fluid bed of a fluid bed jet mill introduced gas jet over the jet cross section and in particular the loading of this gas jet with solid particles from the fluidized bed also in the jet core area with simple and reliable-acting agents better than before was achieved is guaranteed.

Die Lösung der Aufgabe, die Verteilung der aus einem Fließbett von einem in das Fließbett eintretenden Gasstrahl aufgenommenen Feststoffpartikel über den Gasstrahlquerschnitt in zweckmäßiger Weise zuverlässig gemäß der Erfindung zu vergleichmäßigen, ergibt sich aus dem Anspruch 1, zweckmäßige Ausgestallungen ergeben sich aus den auf den Anspruch 1 zurückbezogenen Unteransprüchen. The solution to the problem, the distribution of a fluidized bed received by a gas jet entering the fluidized bed Solid particles over the gas jet cross section in a more appropriate Way reliable to equalize according to the invention, follows from the claim 1, appropriate configurations result from those referring back to claim 1 Subclaims.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1: einen Mittellängsschnitt durch ein Aggregat mit erfindungsgemäß einer Hauptdüse und zwei Hilfsdüsen und
Fig. 2: ein zylindrisches Fließbettgehäuse mit drei erfindungsgemäßen Aggregaten gemäß Fig. 1, die dem Gehäuse umfangssymmetrisch zugeordnet sind, d.h. in Umfangsrichtung des Gehäuses gleiche Abstände voneinander haben.

The invention is explained below with reference to the drawing. Show in the drawing

Fig. 1: a central longitudinal section through an assembly with a main nozzle and two auxiliary nozzles according to the invention and
Fig. 2: a cylindrical fluidized bed housing with three units according to the invention as shown in FIG. 1, which are assigned to the housing in a symmetrical manner, ie have the same distances from one another in the peripheral direction of the housing.

In einem Düsengehäuse 1 ist eine Hauptdüse 2 angeordnet, in der ein durch die Zuführung 3 zugeführter Gasstrahl stark beschleunigt wird ( Lavaldüse ) , ehe er die Hauptdüse 2 verläßt. Die gemeinsame Längsachse der rotationssymmetrischen Düse 2 und des demzufolge rotationssymmetrischen Austrittsstrahles 4 ist mit 5 bezeichnet. Zwei erfindungsgemäß vorgesehene Hilfsdüsen 6,7 sind um 180° gegeneinander versetzt der Hauptdüse 2 zugeordnet und zwar derart, daß die Winkel zwischen der Längsachse 5 der Hauptdüse 2 bzw. des aus der Hauptdüse austretenden Gas- bzw. Dampfstrahles 4 und jeder der Längsachsen 8, 9 der Hilfsdüsen 6, 7 bzw. der aus ihnen austretenden Hilfsstrahlen 10, 11, die aus dem gleichen Gas oder Dampf bestehen, wie der aus der Hauptdüse 2 austretende Hauptgasstrahl, im Bereich Zwischen 5° und 60°, vorzugsweise im Bereich zwischen 25° und 45°, liegt. Die drei Gasstrahlen gelangen durch eine gemeinsame Kammer 12 in der Stirnseite des Düsengehäuses 1, die in Strahlrichtung offen ist, in das Gutbett 13. Durch den Unterdruck im Hauptgasstrahl werden insbesondere im unmittelbaren Anschluß an die Düse 2 Feststoffpartikel aus dem Fließbett 13 in den Hauptgasstrahl 4 angesaugt und darin auf die Geschwindigkeit des Hauptgasstrahles gebracht. Im Verlauf des Gasstrahles findet ein Energieaustausch zwischen den angesaugten Feststoffpartikeln statt, der diese in kleinere Partikel zerlegt. Ohne die Hilfsdüsen würde die Masse der Partikel überwiegend im Randbereich des (Haupt-)Gasstrahles sich aufhalten und die Prallzerkleinerung würde überwiegend auf diesen Bereich beschränkt sein. Um die aus dem Fließbett 13 angesaugten Partikel nun gleichmäßig über den Querschnitt des Gasstrahles zu verteilen, dringen die Hilfsgasstrahlen aus den Hilfsdüsen in den Hauptgasstrom und "drücken" ein Teil der angesaugten Partikel in den Kernbereich des Hauptgasstrahles.A main nozzle 2 is arranged in a nozzle housing 1, in a gas jet fed through the feed 3 is strong is accelerated (Laval nozzle) before it leaves the main nozzle 2. The common longitudinal axis of the rotationally symmetrical nozzle 2 and the consequently rotationally symmetrical exit jet 4 is designated by 5. Two provided according to the invention Auxiliary nozzles 6.7 are offset from one another by 180 ° Assigned main nozzle 2 in such a way that the angle between the longitudinal axis 5 of the main nozzle 2 or that of the main nozzle emerging gas or steam jet 4 and each of the Longitudinal axes 8, 9 of the auxiliary nozzles 6, 7 or those emerging from them Auxiliary jets 10, 11 made of the same gas or Steam exist, like the main gas jet emerging from the main nozzle 2, in the range between 5 ° and 60 °, preferably in the range between 25 ° and 45 °. The three gas jets arrive through a common chamber 12 in the front of the nozzle housing 1, which is open in the beam direction, in the bed 13. In particular, due to the negative pressure in the main gas jet immediately after the nozzle 2 solid particles the fluidized bed 13 sucked into the main gas jet 4 and therein brought up to the speed of the main gas jet. In the course the gas jet finds an energy exchange between the sucked solid particles instead of them into smaller ones Particles disassembled. Without the auxiliary nozzles, the mass of the particles would be predominantly in the edge area of the (main) gas jet stop and the impact crushing would predominantly on this area may be limited. To get out of the fluidized bed 13 sucked particles now evenly over the cross section of the To distribute gas jets, the auxiliary gas jets emerge from the Auxiliary nozzles into the main gas flow and "push" part of the suction Particles in the core area of the main gas jet.

Gemäß Fig. 2 sind drei Düsenaggregate A, B, C vorgesehen. Jedes dieser Düsenaggregate ist ein Düsenaggregat gemäß Fig. 1. Es bilden sich drei Hauptstrahlen 5 aus, jedem dieser Hauptstrahlen werden mindestens zwei, optimal drei Hilfsstrahlen entsprechend den beiden Hilfsstrahlen 10, 11 zugeordnet und die drei auf diese Weise gebildeten Mahlstrahlen aus je einem Hauptstrahl und ihm zugeordneten Hilfsstrahlen treffen in einem Vereinigungsbereich und um das Zentrum 14 des zylindrischen Gehäuses 15 zusammen. Eine Zerlegung von Feststoffpartikeln findet beim Aufeinandertreffen der drei Mahlstrahlen, aber auch bereits in jedem der drei Mahlstrahlen statt, weshalb die gesamte Vorrichtung mit den drei Aggregaten A, B, C und dem Gehäuse 15 so ausgelegt ist, daß die drei Mahlstrahlen mit großer Energie aufeinandertreffen und ineinander eindringen und dabei die Partikel in allen drei Gasstrahlen über deren Querschnitte weitgehend gleichmäßig verteilt sind. Das Gehäuse 15 ist eine relativ kurze zylindrische Trommel.2, three nozzle units A, B, C are provided. Each this nozzle unit is a nozzle unit according to FIG. 1. Three main rays 5 form, each of these main rays be at least two, optimally three auxiliary beams assigned to the two auxiliary beams 10, 11 and the three grinding jets formed in this way from one each The main beam and auxiliary beams assigned to it meet in one Union area and around the center 14 of the cylindrical Housing 15 together. A breakdown of solid particles takes place when the three grinding jets meet, but also in each of the three grinding jets, which is why the entire device with the three units A, B, C and the housing 15 is designed so that the three grinding jets meet with great energy and penetrate each other and the particles in all three gas jets over their Cross sections are largely evenly distributed. The housing 15 is a relatively short cylindrical drum.

Claims

A fluidised-bed jet grinding device wherein a gas or vapour jet leaving a nozzle at high velocity is introduced into a fluidised bed in order to suck solid particles out of the fluidised bed into the jet and means are provided in order to equalise the distribution of particles over the cross-section of the gas or vapour jet, characterized in that the means for equalising the particle distribution over the jet cross-section are auxiliary nozzles (6, 7) associated with a main nozzle (29) so that the outlet direction of the jet from the auxiliary nozzle is at an angle to the outlet direction (5) of the jet from the main nozzle in such manner that the auxiliary jets penetrate into the main jet directly after the main jet has left the main nozzle.
A device according to claim 1, characterized by an association between three auxiliary nozzles and a main nozzle (2) wherein the auxiliary nozzles are uniformly spaced around the main nozzle (2), the outlet openings of the main nozzle and of the auxiliary nozzles lie in one plane, and the axis (8, 9) of the jet from each auxiliary nozzle intersects the axis (5) of the jet from the main nozzle at an angle in the range from 5° to 60°.
A device according to claim 2, characterized in that the angle range is 25°C to 45°C.
A device according to any of claims 1 to 3, characterised in that the main nozzle (2) and the auxiliary nozzles (6, 7) open into a chamber which lies immediately behind the front end of a common nozzle casing and which has a common outlet for the gas or vapour jets from the main and auxiliary nozzles, wherein the point of intersection between the longitudinal axes of the main and auxiliary nozzles lies outside the chamber.
A device according to any of claims 1 to 4, characterized by three auxiliary nozzles for one main nozzle.
A device according to any of claims 2 to 5, characterized by three main nozzles uniformly spaced in the peripheral direction and each with three auxiliary nozzles and associated with a fluidised-bed casing (15), which is cylindrical at least in the neighbourhood of the device.
A device according to claim 6, characterized in that three units comprising a main nozzle and three auxiliary nozzles are controllable independently of one another.