EP2004329B1

EP2004329B1 - Verfahren zur erzeugung feinster partikel mittels einer strahlmühle

Info

Publication number: EP2004329B1
Application number: EP07722207.3A
Authority: EP
Inventors: Roland Nied
Original assignee: Individual
Current assignee: NIED, ROLAND
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2007-04-13
Publication date: 2019-11-27
Anticipated expiration: 2027-04-13
Also published as: JP2009533207A; US20100065668A1; BRPI0710652A2; WO2007118460A1; ES2773730T3; US8177149B2; EP2004329A1; BRPI0710652B1; JP5463138B2; CN101421044B; DE102006017472A1; CN101421044A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung feinster Partikel mittels einer Strahlmühle.
Das zu sichtende oder zu mahlende Gut besteht aus gröberen und feineren Partikeln, die in einem Luftstrom mitgeführt werden und den Produktstrom bilden, der in ein Gehäuse eines Windsichters der Strahlmühle eingeführt wird. Der Produktstrom gelangt in radialer Richtung in ein Sichtrad des Windsichters. In dem Sichtrad werden die gröberen Partikel aus dem Luftstrom ausgeschieden und der Luftstrom verlässt mit den feinen Partikeln axial das Sichtrad durch ein Abströmrohr. Der Luftstrom mit den auszufilternden oder herzustellenden feinen Partikeln kann dann einem Filter zugeführt werden, in dem ein Fluid, wie beispielsweise Luft, und feine Partikel voneinander getrennt werden.
Aus der DE 198 24 062 A1 ist eine solche Strahlmühle bekannt, in deren Mahlkammer ferner zumindest ein energiereicher Mahlstrahl aus Heißdampf mit hoher Strömungsenergie eingeführt wird, wobei die Mahlkammer außer der Einlasseinrichtung für den zumindest einen Mahlstrahl einen Einlass für das Mahlgut und einen Auslass für das Produkt aufweist, und wobei im Bereich des Zusammentreffens von Mahlgut und zumindest einem Mahlstrahl aus Heißdampf und Mahlgut zumindest etwa die gleiche Temperatur haben.
Weiterhin ist ein entsprechender Windsichter insbesondere für eine Strahlmühle z.B. aus der EP 0 472 930 B1 bekannt. Dieser Windsichter und dessen Betriebsverfahren sind grundsätzlich äußerst zufrieden stellend.
Aus der DE 31 40 294 C2 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen eines Gutgemisches in Komponenten unterschiedlicher Mahlbarkeit bekannt. Zum Trennen eines Gutgemisches aus Komponenten unterschiedlicher Mahlbarkeit in eine leichter mahlbare und eine schwerer mahlbare Komponente wird das Gutgemisch durch eingeleitete Dampf- oder Gasstrahlen in einen fluidisierten zustand versetzt und dabei einer Prallzerkleinerung unterzogen. Die Intensität der Prallzerkleinerung wird durch die Wahl von Betriebsdruck, Geschwindigkeit und Richtung der Strahlen so eingestellt, dass nur die leichter mahlbare Komponente des Gutgemisches zerkleinert wird. Im Anschluss an die Prallzerkleinerung wird das Gutgemisch einer Fliehkraftsichtung ausgesetzt, durch die die leichter mahlbare Komponente als Feingut und die schwerer mahlbare Komponente als Grobgut aus dem ungemahlenen Gutgemisch abgetrennt werden. Dabei wird eine Fließbettstrahlmühle mit einem oberhalb des Fließbettes angeordneten Fliehkraftwindsichter verwendet, wobei das Mühlengehäuse im Umfangsbereich des Fliehkraftwindsichters einen in eine Austragskammer mündenden Ringspalt hat. Der Ringspalt ist in seiner Breite über einen im Mühlengehäuse geführten konzentrischen Ring verstellbar ausgeführt. Die Achsen der Strahldüsen der Fließbettstrahlmühle liegen in einer Ebene und schneiden sich in einem Punkt und die gegeneinander gerichteten Düsenmündungen liegen auf einem zum Mühlengehäuse konzentrischen Kreis.
Die DE 38 25 469 A1 offenbart ein Verfahren zur Dispergierung, Zerkleinerung oder Desagglomeration und Sichtung von Feststoffen mit einer Sichterstrahlmühle, bei der eine Strahlmühle und ein Spiralstromsichter kombiniert sind. Die Produktzufuhr erfolgt über die Produktaufgabe via Injektorgas in einen Dispergierraum, der durch einen Deckel, einen Mahlring und eine Bodenplatte begrenzt wird. Ein Mahlgas, das gleichzeitig auch Sichtgas ist, wird über einen Verteilerraum und im Mahlring angeordnete Düsen in einen Dispergierraum geleitet und sorgt dort je nach Vordruck, Gasmenge und Düsengeometrie für eine gezielte Feststoffbeanspruchung, Verweilzeit und Trenngrenze. Verweilzeit und Trenngrenze können weiterhin durch Zufuhr von Sekundärgas, das durch einen Kegel aufgeteilt wird und durch einen konzentrischen Spalt strömt, in weiten Grenzen variiert werden. Durch die Zufuhr des einstellbaren Sekundärgasstromes über den Spalt ist eine gezielte Beeinflussung der Feststoffverweilzeit und -beanspruchung möglich. Der Sekundärstrom verändert die Durchtrittswahrscheinlichkeit in einen Auffangbehälter und verschiebt die Trenngrenze innerhalb des Dispergierraumes zu gröberen Werten. Durch den konzentrischen Spalt variabler Breite ist ein kontinuierlicher Abzug der groben oder schwer dispergierbaren Anteile in den Auffangbehälter möglich. Durch Variation des Mahlgasdruckes, des Mahlgasvolumenstromes durch den Mahlring und verschiedene Düsengeometrien sowie die zufuhr von mehr oder weniger Sekundärgas das Zerkleinerungs- und Trennergebnis beeinflusst werden.
Ferner offenbart die auf den vorliegenden Erfinder zurück gehende EP 1 080 786 A1 ein Verfahren zur Fließbettstrahlmahlung, eine Vorrichtung dazu und eine Anlage mit letzterer. Dabei ist ein Fließbett von einem Gehäuse umschlossen, das sich zur Erzeugung einer Fliehkraft auf das Fließbett im Bereich zumindest eines energiereich in das Fließbett eintretenden Fluidstrahles um eine Achse dreht, die wenigstens annähernd senkrecht zu dem zumindest einen Fluidstrahl liegt, der im wesentlichen der Fliehkraft entgegengerichtet ist. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass der Energieaustausch zwischen den Feststoffpartikeln, die zu Teilen der energiereichen Fluidstrahlen werden, bereits unmittelbar nach dem Eindringen der energiereichen Strahlen in das Fließbett beginnt und dass generell die Konzentration der Feststoffpartikel innerhalb der Fluidstrahlen verbessert wird.
Aus Karl Höffl: "Zerkleinerungs- und Klassiermaschinen", 1986, Springer Verlag, Berlin Heidelberg New York Tokyo, XP002450092, Seiten 193 - 204, kann ein Verfahren zur Erzeugung feinster Partikel mittels einer Strahlmühle entnommen werden, wobei der relative Abstand a/dDüse, mit a für die Strahllänge und dDüse für den Düsendurchmesser, von zumindest annähernd konzentrisch angeordneten Mahlstrahleinlässen, deren Mittellinien sich wenigstens ungefähr in einem Punkt treffen, in Abhängigkeit vom Betriebsmitteldruck eingestellt wird.
Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, ein Verfahren zur Erzeugung feinster Partikel mittels einer Strahlmühle weiter zu optimieren.
Dieses Ziel wird mit einem Verfahren zur Erzeugung feinster Partikel nach dem Anspruch 1 erreicht. Damit wird in vorteilhafter Weise ein Verfahren zum energetisch optimierten Betrieb einer Strahlmühle mittels komprimierter Gase geschaffen.
Es ist bevorzugt, wenn jeder Mahlstrahleinlass durch eine Einlassdüse oder Mahldüse gebildet ist.
Eine weitere mit Vorzug vorzusehende Ausgestaltung besteht darin, dass 3 oder 4 Mahlstrahleinlässe vorhanden sind.
Vorzugsweise wird eine Fließbettstrahlmühle verwendet.
Weiterhin mit Vorzug wird ein in die Strahlmühle integrierter dynamischer Windsichter verwendet. Dabei ist bevorzugt ferner vorgesehen, dass der Windsichter einen Sichtrotor oder ein Sichtrad mit einer mit abnehmendem Radius zunehmenden lichten Höhe enthält, so dass beim Betrieb die durchströmte Fläche des Sichtrotors oder -rades zumindest annähernd konstant ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Windsichter einen Sichtrotor oder ein Sichtrad mit einem insbesondere auswechselbaren Tauchrohr enthält, das so gestaltet ist, dass es sich mitdreht, wenn der Sichtrotor oder das Sichtrad rotiert.
Noch eine weitere vorzugsweise Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass eine Feingutaustrittskammer vorgesehen ist, die in Strömungsrichtung eine Querschnittserweiterung aufweist.
Bevorzugte und/oder vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und deren Kombinationen.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen lediglich exemplarisch näher erläutert, in denen

Fig. 1: diagrammartig ein Ausführungsbeispiel einer Strahlmühle in einer teilweise geschnittenen Schemazeichnung zeigt,
Fig. 2: ein Ausführungsbeispiel eines Windsichters einer Strahlmühle in vertikaler Anordnung und als schematischer Mittellängsschnitt zeigt, wobei dem Sichtrad das Auslassrohr für das Gemisch aus Sichtluft und Feststoffpartikeln zugeordnet ist,
Fig. 3: in schematischer Darstellung und als Vertikalschnitt ein Sichtrad eines Windsichters zeigt, und
Fig. 4: eine graphische Darstellung der Relation zwischen dem Gasdruck p₀ vor der Düse und der relativen Strahllänge a_rel.

In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Strahlmühle 1 zur Durchführung des vorstehend erläuterten Verfahrens schematisch dargestellt. Wie bereits vorstehend dargelegt, kann das erfindungsgemäße Verfahren manuell oder automatisiert durchgeführt werden, was auf den Nutzen des Verfahrens keinen grundlegenden Einfluss hat. Die automatisierte Variante ermöglicht natürlich eine weitere Verringerung des Bedieungsaufwandes und ist ohne weiteres mit Einrichtungen und Mitteln realisierbar, die dem Fachmann an und für sich bekannt sind, wodurch jedoch nicht zum Ausdruck gebracht werden soll, dass dem Fachmann auch die einzelnen Schritte des Verfahrens bekannt wäre, das durch die vorliegende Erfindung neu geschaffen wurde. Jedenfalls erscheint ein Eingehen auf die Sensor-, Mess-, Prozessor-, Speicher- und Steuereinrichtungen sowie Steuerung im allgemeinen und im Besonderen entbehrlich, da diese vorrichtungsmäßige Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei dessen Kenntnis keine eigenen erfinderischen Schritte erfordert.
Die Strahlmühle 1 gemäß der Fig. 1 enthält ein zylindrisches Gehäuse 2, das eine Mahlkammer 3 umschließt, eine Mahlgutaufgabe 4 etwa in der halben Höhe der Mahlkammer 3, zumindest zwei Mahlstrahleinlässe 5 im unteren Bereich der Mahlkammer 3 und einen Produktauslass 6 im oberen Bereich der Mahlkammer 3. Dort ist ein Windsichter 7 mit einem drehbaren Sichtrad 8 angeordnet, mit dem das Mahlgut (nicht gezeigt) klassiert wird, um nur Mahlgut unterhalb einer bestimmten Korngröße durch den Produktauslass 6 aus der Mahlkammer 3 abzuführen und Mahlgut mit einer Korngröße über dem ausgewählten Wert einem weiteren Mahlvorgang zuzuführen.
Das Sichtrad 8 kann ein bei Windsichtern übliches Sichtrad sein, dessen Schaufeln (siehe später z.B. im Zusammenhang mit der Fig. 3) radial verlaufende Schaufelkanäle begrenzen, an deren äußeren Enden die Sichtluft eintritt und Partikel kleinerer Korngröße oder Masse zum zentralen Auslass und zum Produktauslass 6 mitschleppt, während größere Partikel oder Partikel größerer Masse unter dem Einfluss der Fliehkraft abgewiesen werden, Insbesondere sind der Windsichter 7 und/oder zumindest dessen Sichtrad 8 mit wenigstens einem Gestaltungsmerkmal gemäß der EP 0 472 930 B1 ausgestattet.
Es sind lediglich zur Erläuterung und zum einfachen Verständnis beispielsweise Mahlstrahleinlässe 5 z.B. bestehend jeweils aus einer radial gerichteten Einlassöffnung oder Einlassdüse 9 vorgesehen, die auch als Mahldüse 9 bezeichnet werden kann, um jeweils einen Mahlstrahl 10 auf die Mahlgutpartikel, die von der Mahlgutaufgabe 4 aus in den Bereich des Mahlstrahles 10 gelangen, mit hoher Energie auftreffen und die Mahlgutpartikel in kleinere Teilpartikel zerlegen zu lassen, die vom Sichtrad 8 angesaugt und, soweit sie eine entsprechend geringe Größe bzw. Masse haben, durch den Produktauslass 6 nach außen gefördert werden. Durch die Anordnung der Mahlstrahleinlässe 5 oder genauer entsprechend angeordneten Einlassdüsen oder Mahldüsen 9, derart, dass die Mahlstrahleinlässe 5 zumindest annähernd konzentrisch angeordnet sind und sich ihre Mittellinien wenigstens ungefähr in einem Punkt treffen, wird erreicht, dass solche aufeinander prallende Mahlstrahlen 10 gebildet werden, die die Partikelzerlegung intensiver bewirken. Es wird insbesodnere eine bessere Wirkung erzielt, als dies mit nur einem Mahlstrahl 10 möglich ist, insbesondere wenn mehrere Mahlstrahlen, wie besonders bevorzugt 3 oder 4 Mahlstrahlen erzeugt werden.
Um im erfindungsgemäßen Sinn ein Verfahren zum energetisch optimierten Betrieb einer Strahlmühle 1, wie beispielsweise einer Fließbettstrahlmühle, mittels komprimierter Gase zu schaffen, wird der relative Abstand a/d_Düse, mit a für die Strahllänge und d_Düse für den Düsendurchmesser, von zumindest annähernd konzentrisch angeordneten Mahlstrahleinlässen 5, deren Mittellinien sich wenigstens ungefähr in einem Punkt treffen, in Abhängigkeit vom Betriebsmitteldruck eingestellt. Es ist nicht zwingend erforderlich, wenn auch die vorstehende Bedingung dadurch erfüllt ist, dass die Mahlstrahleinlässe 5 insbesondere paarweise gegeneinander gerichtetet sind. Vorzugsweise sind vielmehr 3 oder 4 Mahlstrahleinlässe 5 vorhanden. Es ist weiter bevorzugt, wenn jeder Mahlstrahleinlass 5 durch eine Einlassdüse oder Mahldüse 9 gebildet ist. Ferner können sowohl manuelle als auch automatisierte Betätigungen und Steuerungen zum Einsatz kommen, wobei auch geeignete Erfassungseinrichtungen zur Erfassung des Betriebsmitteldruckes und des relativen Abstandes jedes Mahlstrahleinlasses 5 vorzusehen sind. Solche Einrichtungen zur Erfassung, zur Ermittlung und zum Vergleich von Werten sowie zur entsprechenden Steuerung und Verschiebung der Mahlstrahleinlässe 5 zur Einstellung deren relativen Abstände sind dem Fachmann bekannt und kann er unter Kenntnis der vorliegenden Erfindung ohne weiteres auswählen und einsetzen ohne selbst erfinderisch tätig werden zu müssen. Ein näheres Eingehen auf solche Einrichtungen zur Erfassung, zur Ermittlung und zum Vergleich von Werten sowie zur entsprechenden Steuerung und Verschiebung der Mahlstrahleinlässe 5 zur Einstellung deren insbesondere relativen Abstände ist daher entbehrlich.
Ferner kann beispielsweise die Verarbeitungstemperatur beeinflusst werden durch Einsatz einer internen Heizquelle 11 zwischen Mahlgutaufgabe 4 und dem Bereich der Mahlstrahlen 10 oder einer entsprechenden Heizquelle 12 im Bereich außerhalb der Mahlgutaufgabe 4 oder durch Verarbeitung von Partikeln eines ohnehin schon warmen Mahlgutes, das unter Vermeidung von Wärmeverlusten in die Mahlgutaufgabe 4 gelangt, wozu ein Zuführungsrohr 13 von einem temperaturisolierenden Mantel 14 umgeben ist. Die Heizquelle 11 oder 12 kann, wenn sie eingesetzt wird, dem Grunde nach beliebig sein und daher zweckgerichtet einsatzfähig und gemäß der Verfügbarkeit am Markt ausgewählt werden, so dass weitere Erläuterungen dazu nicht erforderlich sind.
Für die Temperatur ist insbesondere die Temperatur des Mahlstrahls oder der Mahlstrahlen 10 relevant und die Temperatur des Mahlgutes sollte dieser Mahlstrahltemperatur zumindest annähernd entsprechen.
Zur Bildung der durch Mahlstrahleinlässe 5 in die Mahlkammer 3 eingebrachten Mahlstrahlen 10 kann beispielsweise Heißdampf aber auch jegliches andere geeignete Fluid verwendet werden. Bei der Verwendung von Heißdampf ist davon auszugehen, dass der Wärmeinhalt des Wasserdampfes nach der Einlassdüse 9 des jeweiligen Mahlstrahleinlasses 5 nicht wesentlich geringer ist als vor dieser Einlassdüse 9. Weil die für die Prallzerkleinerung notwendige Energie primär als Strömungsenergie zur Verfügung stehen soll, wird demgegenüber der Druckabfall zwischen dem Einlass 15 der Einlassdüse 9 und deren Auslass 16 erheblich sein (die Druckenergie wird weitestgehend in Strömungsenergie umgesetzt sein) und auch der Temperaturabfall wird nicht unerheblich sein. Insbesondere dieser Temperaturabfall soll durch die Erwärmung des Mahlgutes so weit kompensiert sein, dass Mahlgut und Mahlstrahl 10 im Bereich des Zentrums 17 der Mahlkammer 3 bei zumindest zwei aufeinander treffenden Mahlstrahlen 10 oder einem Vielfachen von zwei Mahlstrahlen 10 die gleiche Temperatur haben.
Zur Gestaltung und Durchführung der Aufbereitung des Mahlstrahles 10 aus Heißdampf insbesondere in Form eines geschlossenen Systems wird auf die DE 198 24 062 A1 verwiesen. Durch ein geschlossenes System ist beispielsweise eine Mahlung von heißer Schlacke als Mahlgut mit optimalem Wirkungsgrad möglich,
Bei der Darstellung des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Strahlmühle 1 ist stellvertretend für jegliche Zufuhr eines Betriebsmittels oder Betriebsmediums B eine Reservoir- oder Erzeugungseinrichtung 18, wie beispielsweise ein Tank 18a dargestellt, woraus das Betriebsmittel oder Betriebsmedium B über Leitungseinrichtungen 19 zu dem Mahlstrahleinlass 5 oder den Mahlstrahleinlässen 5 zur Bildung des Mahlstrahles 10 bzw. der Mahlstrahlen 10 geleitet wird. Statt des Tanks 18a kann z.B. auch ein Kompressor verwendet werden, um entsprechendes Betriebsmedium B zur Verfügung zu stellen.
Insbesondere ausgehend von einer mit einem derartigen Windsichter 7 ausgestatteten Strahlmühle 1, wobei die diesbezüglichen Ausführungsbeispiele hierin nur als exemplarisch und nicht als beschränkend beabsichtigt und zu verstehen sind, wird mit dieser Strahlmühle 1 mit einem integrierten dynamischen Windsichter 7 ein Verfahren zur Erzeugung feinster Partikel durchgeführt. Als das Betriebsmittel B wird allgemein ein Fluid verwendet, bevorzugt der bereits erwähnte Wasserdampf, aber auch Wasserstoffgas oder Heliumgas oder einfach Luft.
Weiterhin ist es vorteilhaft und daher bevorzugt, wenn der Sichtrotor 8 eine mit abnehmendem Radius, also zu seiner Achse hin zunehmende lichte Höhe aufweist, wobei insbesondere die durchströmte Fläche des Sichtrotors 8 konstant ist. Zusätzlich oder alternativ kann eine Feingutaustrittskammer (nicht gezeigt) vorgesehen sein, die in Strömungsrichtung eine Querschnittserweiterung aufweist.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung besteht bei der Strahlmühle 1 darin, dass der Sichtrotor 8 ein auswechselbares, mitrotierendes Tauchrohr 20 aufweist.
Lediglich zur Erläuterung und zur Vertiefung des Gesamtverständnisses wird nachfolgend noch auf die zu erzeugenden Partikel aus dem vorzugsweise zu bearbeiteten Material eingegangen. Beispielsweise handelt es sich dabei um amorphes SiO₂ oder anderer amorpher chemischer Produkte, die mit der Strahlmühle zerkleinert werden. Weitere Materialien sind Kieselsäuren, Kieselgele oder Silikate oder Materialien auf der Basis von oder enthaltend Ruß.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 weitere Details und Varianten exemplarischer Ausgestaltungen der Strahlmühle 1 und ihrer Komponenten erläutert.
Die Strahlmühle 1 enthält, wie der schematischen Darstellung in der Fig. 2 zu entnehmen ist, einen integrierten Windsichter 7, bei dem es sich beispielsweise bei Bauarten der Strahlmühle 1 als Fließbettstrahlmühle um einen dynamischen Windsichter 7 handelt, der vorteilhafterweise im Zentrum der Mahlkammer 3 der Strahlmühle 1 angeordnet ist. In Abhängigkeit von Mahlgasvolumenstrom und Sichterdrehzahl kann die angestrebte Feinheit des Mahlgutes beeinflusst werden.
Bei dem Windsichter 7 der Strahlmühle 1 gemäß der Fig. 2 wird der gesamte vertikale Windsichter 7 von einem Sichtergehäuse 21 umschlossen, das im wesentlichen aus dem Gehäuseoberteil 22 und dem Gehäuseunterteil 23 besteht. Das Gehäuseoberteil 22 und das Gehäuseunterteil 23 sind am oberen bzw. unteren Rand mit je einem nach außen gerichteten Umfangsflansch 24 bzw. 25 versehen. Die beiden Umfangsflansche 24, 25 liegen im Einbau- oder Funktionszustand des Windsichters 8 aufeinander und sind durch geeignete Mittel gegeneinander fixiert. Geeignete Mittel zum Fixieren sind beispielsweise Schraubverbindungen (nicht gezeigt). Als lösbare Befestigungsmittel können auch Klammern (nicht gezeigt) oder dergleichen dienen.
An einer praktisch beliebigen Stelle des Flanschumfangs sind beide Umfangsflansche 24 und 25 durch ein Gelenk 26 miteinander so verbunden, dass das Gehäuseoberteil 22 nach dem Lösen der Flanschverbindungsmittel gegenüber dem Gehäuseunterteil 23 nach oben in Richtung des Pfeils 27 geschwenkt werden kann und das Gehäuseoberteil 22 von unten sowie das Gehäuseunterteil 23 von oben zugänglich sind. Das Gehäuseunterteil 23 seinerseits ist zweiteilig ausgebildet und es besteht im wesentlichen aus dem zylindrischen Sichtraumgehäuse 28 mit dem Umfangsflansch 25 an seinem oberen offenen Ende und einem Austragkonus 29, der sich nach unten kegelförmig verjüngt. Der Austragkonus 29 und das Sichtraumgehäuse 28 liegen am oberen bzw. unteren Ende mit Flanschen 30, 31 aufeinander und die beiden Flansche 30, 31 von Austragkonus 29 und Sichtraumgehäuse 28 sind wie die Umfangsflansche 24, 25 durch lösbare Befestigungsmittel (nicht gezeigt) miteinander verbunden. Das so zusammengesetzte Sichtergehäuse 21 ist in oder an Tragarmen 28a aufgehängt, von denen mehrere möglichst gleichmäßig beabstandet um den Umfang des Sichter- oder Verdichtergehäuses 21 des Windsichters 7 der Strahlmühle 1 verteilt sind und am zylindrischen Sichtraumgehäuse 28 angreifen.
Wesentliches Teil der Gehäuseeinbauten des Windsichters 7 ist wiederum das Sichtrad 8 mit einer oberen Deckscheibe 32, mit einer dazu axial beabstandeten unteren abströmseitigen Deckscheibe 33 und mit zwischen den Außenrändern der beiden Deckscheiben 32 und 33 angeordneten, mit diesen fest verbundenen und gleichmäßig um den Umfang des Sichtrades 8 verteilten Schaufeln 34 mit zweckmäßiger Kontur. Bei diesem Windsichter 7 wird der Antrieb des Sichtrades 8 über die obere Deckscheibe 32 bewirkt, während die untere Deckscheibe 33 die abströmseitige Deckscheibe ist. Die Lagerung des Sichtrades 8 umfasst eine in zweckmäßiger Weise zwangsweise angetriebene Sichtradwelle 35, die mit dem oberen Ende aus dem Sichtergehäuse 21 herausgeführt ist und mit ihrem unteren Ende innerhalb des Sichtergehäuses 21 in fliegender Lagerung drehfest das Sichtrad 8 trägt. Die Herausführung der Sichtradwelle 35 aus dem Sichtergehäuse 21 erfolgt in einem Paar bearbeiteter Platten 36, 37, die das Sichtergehäuse 21 am oberen Ende eines nach oben kegelstumpfförmig verlaufenden Gehäuseendabschnittes 38 abschließen, die Sichtradwelle 35 führen und diesen Wellendurchtritt ohne Behinderung der Drehbewegungen der Sichtradwelle 35 abdichten. Zweckmäßigerweise kann die obere Platte 36 als Flansch drehfest der Sichtradwelle 35 zugeordnet und über Drehlager 35a drehbar auf der unteren Platte 37 abgestützt sein, die ihrerseits einem Gehäuseendabschnitt 38 zugeordnet ist. Die Unterseite der abströmseitigen Deckscheibe 33 liegt in der gemeinsamen Ebene zwischen den Umfangsflanschen 24 und 25, so dass das Sichtrad 8 in seiner Gesamtheit innerhalb des klappbaren Gehäuseoberteils 22 angeordnet ist. Im Bereich des konischen Gehäuseendabschnittes 38 weist das Gehäuseoberteil 22 außerdem einen rohrartigen Produktaufgabestutzen 39 der Mahlgutaufgabe 4 auf, dessen Längsachse parallel zur Drehachse 40 des Sichtrades 8 und seiner Antriebs- oder Sichtradwelle 35 verläuft und der möglichst weit von dieser Drehachse 40 des Sichtrades 8 und seiner Antriebs- oder Sichtradwelle 35 entfernt, am Gehäuseoberteil 22 radial außen liegend angeordnet ist.
Das Sichtergehäuse 21 nimmt den achsgleich zum Sichtrad 8 angeordneten rohrförmigen Austrittsstutzen 20 auf, der mit seinem oberen Ende dicht unterhalb der abströmseitigen Deckscheibe 33 des Sichtrades 8 liegt, ohne jedoch mit diesem verbunden zu sein. An das untere Ende des als Rohr ausgebildeten Austrittsstutzens 20 ist eine Austrittskammer 41 achsgleich angesetzt, die ebenfalls rohrförmig ist, deren Durchmesser jedoch wesentlich größer ist als der Durchmesser des Austrittsstutzens 20 und beim vorliegenden Ausführungsbeispiel zumindest doppelt so groß wie der Durchmesser des Austrittsstutzens 20 ist. Am Übergang zwischen dem Austrittsstutzen 20 und der Austrittskammer 41 liegt also ein deutlicher Durchmessersprung vor. Der Austrittsstutzen 20 ist in eine obere Deckplatte 42 der Austrittskammer 41 eingesetzt. Unten ist die Austrittskammer 41 durch einen abnehmbaren Deckel 43 verschlossen. Die Baueinheit aus Austrittsstutzen 20 und Austrittskammer 41 ist in mehreren Tragarmen 44 gehalten, die sternförmig gleichmäßig um den Umfang der Baueinheit verteilt, mit ihren inneren Enden im Bereich des Austrittsstutzens 20 fest mit der Baueinheit verbunden und mit ihren äußeren Enden am Sichtergehäuse 21 befestigt sind.
Der Austrittsstutzen 20 ist von einem kegelförmigen Ringgehäuse 45 umgeben, dessen unterer, größerer Außendurchmesser zumindest etwa dem Durchmesser der Austrittskammer 41 und dessen oberer, kleinerer Außendurchmesser zumindest etwa dem Durchmesser des Sichtrades 8 entspricht. An der konischen Wand des Ringgehäuses 45 enden die Tragarme 44 und sind mit dieser Wand fest verbunden, die ihrerseits wieder Teil der Baueinheit aus Austrittsstutzen 20 und Austrittskammer 41 ist.
Die Tragarme 44 und das Ringgehäuse 45 sind Teile einer Spüllufteinrichtung (nicht gezeigt), wobei die Spülluft das Eindringen von Materie aus dem Innenraum des Sichtergehäuses 21 in den Spalt zwischen dem Sichtrad 8 oder genauer dessen unterer Deckscheibe 3 und dem Austrittsstutzen 20 verhindert. Um diese Spülluft in das Ringgehäuse 45 und von dort in den freizuhaltenden Spalt gelangen zu lassen, sind die Tragarme 44 als Rohre ausgebildet, mit ihren äußeren Endabschnitten durch die Wand des Sichtergehäuses 21 hindurchgeführt und über ein Ansaugfilter 46 an eine Spülluftquelle (nicht gezeigt) angeschlossen. Das Ringgehäuse 45 ist nach oben durch eine Lochplatte 47 abgeschlossen und der Spalt selbst kann durch eine axial verstellbare Ringscheibe im Bereich zwischen Lochplatte 47 und unterer Deckscheibe 33 des Sichtrades 8 einstellbar sein.
Der Auslass aus der Austrittskammer 41 wird von einem Feingutaustragrohr 48 gebildet, das von außen in das Sichtergehäuse 21 hineingeführt ist und in tangentialer Anordnung an die Austrittskammer 41 angeschlossen ist. Das Feingutaustragrohr 48 ist Bestandteil des Produktauslasses 6. Der Verkleidung der Einmündung des Feingutaustragrohrs 48 an die Austrittskammer 41 dient ein Abweiskegel 49.
Am unteren Ende des konischen Gehäuseendabschnittes 38 sind in horizontaler Anordnung eine Sichtlufteintrittsspirale 50 und ein Grobgutaustrag 51 dem Gehäuseendabschnitt 38 zugeordnet. Die Drehrichtung der Sichtlufteintrittsspirale 50 ist der Drehrichtung des Sichtrades 8 entgegengerichtet. Der Grobgutaustrag 51 ist dem Gehäuseendabschnitt 38 abnehmbar zugeordnet, wobei dem unteren Ende des Gehäuseendabschnittes 38 ein Flansch 52 und dem oberen Ende des Grobgutaustrages 51 ein Flansch 53 zugeordnet und beide Flansche 52 und 53 wiederum durch bekannte Mittel lösbar miteinander verbunden sind, wenn der Windsichter 7 betriebsbereit ist.
Die auszulegende Dispersionszone ist mit 54 bezeichnet. An der Innenkante bearbeitete (angefaste) Flansche für eine saubere Strömungsführung und eine einfache Auskleidung sind mit 55 bezeichnet.
Schließlich ist noch an die Innenwand des Austrittsstutzens 20 ein auswechselbares Schutzrohr 56 als Verschleißteil angelegt und kann ein entsprechendes auswechselbares Schutzrohr 57 an die Innenwand der Austrittskammer 41 angelegt sein.
Zu Beginn des Betriebs des Windsichters 7 im dargestellten Betriebszustand wird über die Sichtlufteintrittsspirale 50 Sichtluft in den Windsichter 7 unter einem Druckgefälle und mit einer zweckentsprechend gewählten Eintrittsgeschwindigkeit eingeführt. Infolge der Einführung der Sichtluft mittels einer Spirale insbesondere in Verbindung mit der Konizität des Gehäuseendabschnittes 38 steigt die Sichtluft spiralförmig nach oben in den Bereich des Sichtrades 8. Gleichzeitig wird das "Produkt" aus Feststoffpartikeln unterschiedlicher Masse über den Produktaufgabestutzen 39 in das Sichtergehäuse 21 eingegeben. Von diesem Produkt gelangt das Grobgut, d.h. der Partikelanteil mit größerer Masse entgegen der Sichtluft in den Bereich des Grobgutaustrages 51 und wird zur Weiterverarbeitung bereitgestellt. Das Feingut, d.h. der Partikelanteil mit geringerer Masse wird mit der Sichtluft vermischt, gelangt von außen nach innen radial durch das Sichtrad 8 in den Austrittsstutzen 20, in die Austrittskammer 41 und schließlich über ein Feingutaustrittsrohr 48 in einen Feingutaustritt oder -auslass 58, sowie von dort in ein Filter, in dem das Betriebsmittel in Form eines Fluides, wie beispielsweise Luft, und Feingut voneinander getrennt werden. Gröbere Feingutbestandteile werden aus dem Sichtrad 8 radial herausgeschleudert und dem Grobgut zugemischt, um das Sichtergehäuse 21 mit dem Grobgut zu verlassen oder so lange im Sichtergehäuse 21 zu kreisen, bis es zu Feingut einer solchen Körnung geworden ist, dass es mit der Sichtluft ausgetragen wird.
Infolge der abrupten Querschnittserweiterung vom Austrittsstutzen 20 zur Austrittskammer 41 findet dort eine deutliche Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit des Feingut-Luft-Gemisches statt. Dieses Gemisch wird also mit sehr geringer Strömungsgeschwindigkeit durch die Austrittskammer 41 über das Feingutaustrittsrohr 48 in den Feingutauslass 58 gelangen und an der Wand der Austrittskammer 41 nur in geringem Maße Abrieb erzeugen. Deswegen ist das Schutzrohr 57 auch nur eine höchst vorsorgliche Maßnahme. Die aus Gründen einer guten Trenntechnik hohe Strömungsgeschwindigkeit im Sichtrad 8 herrscht jedoch noch im Austrag- oder Austrittsstutzen 20, weshalb das Schutzrohr 56 wichtiger ist als das Schutzrohr 57. Besonders bedeutsam ist der Durchmessersprung mit einer Durchmessererweiterung beim Übergang vom Austrittstutzen 20 in die Austrittskammer 41.
Im übrigen kann der Windsichter 7 durch die Unterteilung des Sichtergehäuses 21 in der beschriebenen Weise und die Zuordnung der Sichterkomponenten zu den einzelnen Teilgehäusen wiederum gut gewartet werden und können schadhaft gewordene Komponenten mit relativ geringem Aufwand und innerhalb kurzer Wartungszeiten ausgewechselt werden.
Während in der schematischen Darstellung der Fig. 2 das Sichtrad 8 mit den beiden Deckscheiben 32 und 33 und dem zwischen diesen angeordneten Schaufelkranz 59 mit den Schaufeln 34 noch in bereits bekannter, üblicher Form mit parallelen und parallelflächigen Deckscheiben 32 und 33 dargestellt ist, ist in Fig. 3 das Sichtrad 8 für ein weiteres Ausführungsbeispiel des Windsichters 7 einer vorteilhaften Weiterbildung dargestellt.
Dieses Sichtrad 8 gemäß der Fig. 3 enthält zusätzlich zu dem Schaufelkranz 59 mit den Schaufeln 34 die obere Deckscheibe 32 und die dazu axial beabstandete untere abströmseitige Deckscheibe 33 und ist um die Drehachse 40 und und damit die Längsachse des Windsichters 7 drehbar. Die diametrale Ausdehnung des Sichtrades 8 ist senkrecht zur Drehachse 40, d.h. zur Längsachse des Windsichters 7, unabhängig davon ob die Drehachse 40 und damit die genannte Längsachse senkrecht steht oder horizontal verläuft. Die untere abströmseitige Deckscheibe 33 umschließt konzentrisch den Austrittsstutzen 20. Die Schaufeln 34 sind mit beiden Deckscheiben 33 und 32 verbunden. Die beiden Deckscheiben 32 und 33 sind nun abweichend vom Stand der Technik konisch ausgebildet und war vorzugsweise derart, dass der Abstand der oberen Deckscheibe 32 von der abströmseitigen Deckscheibe 33 vom Kranz 59 der Schaufeln 34 nach innen, d.h. zur Drehachse 40 hin, größer wird und zwar bevorzugt kontinuierlich, wie beispielsweise linear oder nicht linear, und mit weiterem Vorzug so, dass die Fläche des durchströmten Zylindermantels für jeden Radius zwischen Schaufelaustrittskanten und Austrittsstutzen 20 konstant bleibt. Die infolge des kleiner werdenden Radius bei bekannten Lösungen geringer werdende Abströmgeschwindigkeit bleibt bei dieser Lösung konstant.
Außer der vorstehend und in der Fig. 3 erläuterten Variante der Gestaltung der oberen Deckscheibe 32 und der unteren Deckscheibe 33 ist es auch möglich, dass nur eine dieser beiden Deckscheiben 32 oder 33 in der erläuterten Weise konisch ausgebildet ist und die andere Deckscheibe 33 bzw. 32 eben ist, wie dies im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 2 für beide Deckscheiben 32 und 33 der Fall ist. Insbesondere kann dabei die Form der nicht parallelflächigen Deckscheibe derart sein, dass zumindest annähernd so, dass die Fläche des durchströmten Zylindermantels für jeden Radius zwischen Schaufelaustrittskanten und Austrittsstutzen 20 konstant bleibt.
Nachfolgend wird noch zur weitergehenden Erläuterung und als Basis weiterer erfinderischer Aspekte auf die optimale Strahllänge bei Strahlmühlen eingegangen
Aus Beobachtungen von Versuchsergebnissen im Niederdruckbereich (p₀ < 4 bar (abs)) lässt sich eine Abhängigkeit der optimalen Strahllänge vom Mahlgasdruck folgern. Nachfolgend wird ein Ansatz dargelegt, diese Abhängigkeit zu quantifizieren. Gleichzeitig erfolgt eine theoretische Vorhersage, ob eine derartige Abhängigkeit auch von der Mahlgastemperatur besteht.
Um die Vorgänge während der Strahlexpansion zu beschreiben wird zunächst davon ausgegangen, dass sowohl die Druckverhältnisse am Strahlmantel, durch welchen die zu zerkleinernden Feststoffpartikel in den Strahl gelangen, um dort beschleunigt und zerkleinert zu werden, als auch an der "Staufläche", wo sich gegebenenfalls zwei oder mehrere Strahlen treffen, konstant sein sollen.
Weiterhin wird angenommen, dass diese Druckverhältnisse mit der Impulsstromdichte im Strahl korrelieren:
worin bedeuten

A_Strahl [m²] die Fläche des Strahls

C₁ Konstante

I* [N/m²] Impulsstromdichte

m_L [kg/s] Gasmassenstrom

v_ad [m/s] adiabate Gasgeschwindigkeit nach der Düse.
(Es kann mit dem Massenfluß und der Geschwindigkeit am Düsenaustritt gerechnet werden, da der Impulsstrom im Strahl erhalten bleibt.)
Unter der Voraussetzung, dass sich der Strahl kegelförmig ausbreitet und der Strahlöffnungswinkel α druck- und temperaturunabhängig ist (zumindest ersteres wurde in den Untersuchungen von Hägele, Joachim: Experimentelle Untersuchungen an Aerosolstrahlen aus Mikrodüsen; Mitteilungen aus dem Max-Planck-Institut für Strömungsforschung Nr.72, 1981, für sich stetig verjüngende Düsen ebenso wie für an das Druckverhältnis angepaßte Lavaldüsen festgestellt), lassen sich beide Flächen nach der geometrischen Beziehung $A_{Strahl} = C_{2} \cdot π \cdot a^{2}$
mit $C_{2} = f (a)$
berechnen, worin ferner bedeuten

C₂ Konstante

a [m] Strahllänge.

Der Gasmassenstrom durch eine Düse ergibt sich zu

die adiabate Strahlaustrittgeschwindigkeit wird

worin außerdem bedeuten

d_Düse	[m]	Düsendurchmesser
m_L	[kg/s]	Gasmassenstrom
p₁	[bar(abs)]	Expansionsdruck
p₀	[bar(abs)]	Gasdruck vor der Düse
R	[kJ/kgK]	Gaskonstante
T₀	[K]	Gastemperatur vor der Düse
κ		Isentropenexponent
ψ_max		Ausflusskoeffizient.

Werden die Gleichungen 2, 4 und 5 in Gleichung 1 eingesetzt, so erhält man
mit
und
worin zusätzlich bedeutet

C₃ Konstante.
Setzt man schließlich
mit

C Konstante

so erhält man nach Umformen
worin schließlich bedeutet

a_rel relative Strahllänge
Demnach ist die Strahllänge a_rel nur abhängig vom Mahlgasdruck p₀, dem Druckverhältnis p₁/p₀ und von κ, nicht jedoch von der Mahlgastemperatur.
Aus Versuchen (siehe auch Nied, R.: Strahlmahlung in der Fleißbettgegenstrahlmühle; tiz 109(1985)1, S. 23ff) ist bekannt, dass

für einen Mahlgasdruck von p0 = 7 bar(abs)
ein Druckverhältnis von p1/p0 = 1,1/7 und
κ = 1,4

_rel

Damit lässt sich der Wert der Konstanten C berechnen zu $C = 9,922$
In der Fig. 4 ist die Relation zwischen dem Gasdruck p₀ vor der Düse und der relativen Strahllänge a_rel auf der Basis der graphischen Auswertung von Gleichung 10 mit C nach Gleichung 11 graphisch dargestellt.

Bezugszeichenliste

1: Strahlmühle
2: zylindrisches Gehäuse
3: Mahlkammer
4: Mahlgutaufgabe
5: Mahlstrahleinlass
6: Produktauslass
7: Windsichter
8: Sichtrad
9: Einlassöffnung oder Einlassdüse oder Mahldüse
10: Mahlstrahl
11: Heizquelle
12: Heizquelle
13: Zuführungsrohr
14: temperaturisolierender Mantel
15: Einlass
16: Auslass
17: Zentrum der Mahlkammer
18: Reservoir- oder Erzeugungseinrichtung
19: Leitungseinrichtungen
20: Austrittsstutzen
21: Sichtergehäuse
22: Gehäuseoberteil
23: Gehäuseunterteil
24: Umfangsflansch
25: Umfangsflansch
26: Gelenk
27: Pfeil
28: Sichtraumgehäuse
28a: Tragarme
29: Austragkonus
30: Flansch
31: Flansch
32: Deckscheibe
33: Deckscheibe
34: Schaufel
35: Sichtradwelle
35a: Drehlager
36: obere bearbeitete Platten
37: untere bearbeitete Platte
38: Gehäuseendabschnitt
39: Produktaufgabestutzen
40: Drehachse
41: Austrittskammer
42: obere Deckplatte
43: abnehmbarer Deckel
44: Tragarme
45: kegelförmiges Ringgehäuse
46: Ansaugfilter
47: Lochplatte
48: Feingutaustragrohr
49: Abweiskegel
50: Sichtlufteintrittsspirale
51: Grobgutaustrag
52: Flansch
53: Flansch
54: Dispersionszone
55: an der Innenkante bearbeitete (angefaste) Flansche und Auskleidung
56: auswechselbares Schutzrohr
57: auswechselbares Schutzrohr
58: Feingutaustritt/-auslass
59: Schaufelkranz

Claims

Verfahren zur Erzeugung feinster Partikel mittels einer Strahlmühle (1), wobei der relative Abstand a_rel = a/d_Düse, mit a für die Strahllänge und d_Düse für den Düsendurchmesser, von zumindest annähernd konzentrisch angeordneten Mahlstrahleinlässen (5), deren Mittellinien sich wenigstens ungefähr in einem Punkt treffen, in Abhängigkeit vom Betriebsmitteldruck eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für den relativen Abstand a_rel = a/d_Düse gilt $a_{rel} = C \cdot \sqrt{p_{0}^{2} \cdot ψ_{\max}^{2} \cdot \frac{κ}{κ - 1} \cdot [1 - {(\frac{p_{1}}{p_{0}})}^{\frac{κ - 1}{κ}}]}$
wobei bedeuten p₀ [bar(abs)] Gasdruck vor der Düse Ψ_max Ausflusskoeffizient κ Isentropenexponent p₁ [bar(abs)] Expansionsdruck und ferner C = 9,922.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Mahlstrahleinlass (5) durch eine Einlassdüse oder Mahldüse (9) gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass 3 oder 4 Mahlstrahleinlässe (5) vorhanden sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fließbettstrahlmühle verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in die Strahlmühle (1) integrierter dynamischer Windsichter (7) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Windsichter (7) einen Sichtrotor oder ein Sichtrad (8) mit einer mit abnehmendem Radius zunehmenden lichten Höhe enthält, so dass beim Betrieb die durchströmte Fläche des Sichtrotors oder -rades (8) zumindest annähernd konstant ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Windsichter (7) einen Sichtrotor oder ein Sichtrad (8) mit einem insbesondere auswechselbaren Tauchrohr (20) enthält, das so gestaltet ist, dass es sich mitdreht, wenn der Sichtrotor oder das Sichtrad (8) rotiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feingutaustrittskammer (41) vorgesehen ist, die in Strömungsrichtung eine Querschnittserweiterung aufweist.