EP4121211B1 - Vorrichtung und verfahren zum vermahlen von mahlgut, insbesondere aus thermoplasten und/oder elastomeren - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum vermahlen von mahlgut, insbesondere aus thermoplasten und/oder elastomeren Download PDF

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EP4121211B1
EP4121211B1 EP21715494.7A EP21715494A EP4121211B1 EP 4121211 B1 EP4121211 B1 EP 4121211B1 EP 21715494 A EP21715494 A EP 21715494A EP 4121211 B1 EP4121211 B1 EP 4121211B1
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EP
European Patent Office
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nitrogen
ground
cooling unit
cooling
temperature
Prior art date
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EP21715494.7A
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EP4121211C0 (de
EP4121211A1 (de
Inventor
Holger Hannemann
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Boilesen Hansen Birgit
Original Assignee
Boilesen Hansen Birgit
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Publication date
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    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
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    • B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/0056—Other disintegrating devices or methods specially adapted for specific materials not otherwise provided for
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    • B02C13/00—Disintegrating by mills having rotary beater elements ; Hammer mills
    • B02C13/22—Disintegrating by mills having rotary beater elements ; Hammer mills with intermeshing pins ; Pin Disk Mills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B02C7/00—Crushing or disintegrating by disc mills
    • B02C7/02—Crushing or disintegrating by disc mills with coaxial discs
    • B02C7/04—Crushing or disintegrating by disc mills with coaxial discs with concentric circles of intermeshing teeth

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for grinding regrind, in particular from thermoplastics and/or elastomers, in particular rubber waste, such as old tires.
  • the mode of operation of a disintegrator is based on impact and impact comminution through concentrically arranged, interlocking impact element formations on counter-rotating rotor disks.
  • the comminution work is carried out by the impact of the impact elements and mutual particle collisions.
  • the ground material arriving through pneumatic transport is pre-shredded centrally on the axis by a first formation of impact elements and then forcibly passes through the following arranged impact element rings.
  • the desired quality of the ground material such as the fineness, can be significantly influenced by changing the rotor speed, the geometry or the number of impact elements.
  • pin mills eddy current mills, air turbulence mills or the like can also be used, in which the grinding material is also crushed by impact-impact stress.
  • Previous grinding methods also assume that the material to be ground and the respective high-speed impact mills must be kept as cold as possible in order to ensure the state of brittleness in order to achieve the highest possible degree of fineness. Therefore, a large amount of liquid nitrogen is added to the ground material in the cooling phase in the vortex screw cooler and the ground material is fed into the impact mill together with the subsequent gaseous nitrogen.
  • the degree of fineness to be achieved in an impact mill operating in this way also depends on how the feed stream of the regrind and the gaseous nitrogen flows at different radii positioned impact elements interact or how much energy is exchanged between the stream of ground material and the correspondingly shaped and specifically arranged impact elements when the rotor disks move at defined rotation speeds.
  • the object of the invention is therefore to provide a grinding device and a method which enables the grinding of material to be ground, in particular from thermoplastics and/or elastomers, in a simple and efficient manner in order to increase the degree of fineness while at the same time optimizing the consumption of liquid nitrogen and drive energy .
  • milled material is understood to mean, in particular, an elastic to viscous-elastic material that does not bond effectively under normal temperatures or without cooling or becoming brittle can be crushed in an impact mill.
  • Such milled material can be, for example, wax, rubber, a thermoplastic, an elastomer or a material with comparable properties.
  • an impact mill is understood to mean a mill in which the grinding material is comminuted by impact-impact stress.
  • the ground material fed in is hit by a fast-moving impact element and crushed by impact.
  • the rapidly accelerated ground material hits a stationary or otherwise accelerated surface (impact element, other particle) and is comminuted by impact (impact).
  • impact mills are, for example, high-speed disintegrators, pin mills, eddy current mills, air turbulence mills or the like.
  • the impact mill has at least one connection for feeding the regrind cooled to the regrind output temperature and a nitrogen stream of gaseous nitrogen into the impact mill and a fines outlet for discharging the fines produced in the impact mill.
  • a mixture of ground material and gaseous nitrogen, a stream of ground material the nature of which, in particular with regard to its density, is to be optimized according to the invention.
  • the grinding device further has a mixing cell, wherein the mixing cell is designed to provide a nitrogen stream of gaseous nitrogen with a predetermined nitrogen flow target temperature and a predetermined nitrogen stream target throughput and to condition or control the temperature and meter it Supply nitrogen stream to the connection of the impact mill.
  • a grinding material flow density of the grinding material flow in the impact mill can advantageously be optimized, which increases the degree of fineness of the discharged fine material can be improved while at the same time optimizing the consumption of drive energy of the impact mill and of nitrogen and with the nitrogen flow target temperature and nitrogen flow target throughput appropriately adapted to the design of the impact mill, higher degrees of fineness can be achieved reproducibly.
  • the nature of the regrind stream can be influenced by the mixing cell according to the invention, which is able to provide a nitrogen stream with a correspondingly predetermined target nitrogen stream throughput and a predetermined target nitrogen stream temperature, so that a stream of regrind is formed at least at the entrance to the impact mill -Density can be adjusted with the in The appropriately designed impact mill enables optimized operation.
  • the nitrogen flow target temperature and the nitrogen flow target throughput of the nitrogen stream supplied to the impact mill depend on the design of the impact mill, in particular depending on an arrangement, number and shape of the impact elements and the set rotation speeds of the Rotor disks on which these impact elements are located and/or depending on the ground material fed in, in particular a specific one. Heat capacity of the ground material is specified.
  • an optimal grinding material flow density and correspondingly optimized operation of the impact mill or the grinding device with a high degree of fineness can be achieved reproducibly for each impact mill and for each regrind.
  • the grinding device has at least one pre-cooling unit for pre-cooling the supplied regrind to an intermediate regrind temperature , preferably in countercurrent with the aid of gaseous nitrogen, the at least one pre-cooling unit being connected upstream of the cooling unit in such a way that the ground material pre-cooled to the intermediate regrind temperature by the at least one pre-cooling unit enters the liquid nitrogen directly or indirectly after being fed into the cooling unit and can immerse yourself in it.
  • the cooling unit preferably has a tank, the tank being able to be filled with liquid nitrogen up to a fill level limit in order to cool the regrind contained therein to a defined regrind starting temperature of up to approximately -196 ° C.
  • the ground material is cooled over a long period of time by at least one pre-cooling, which preferably takes place in countercurrent only using gaseous nitrogen, and by a main cooling, which takes place exclusively using nitrogen in liquid form. Since the liquid nitrogen acts on the ground material in a tank and the pre-cooled ground material is preferably removed from the tank on the underside, the ground material can be cooled efficiently and with a long residence time in the tank and thereby effectively embrittled. This gives the ground material the opportunity to be cooled evenly right down to the inside or down to the core. This means that the material to be ground can keep its temperature at a low level for longer, so that a low initial temperature of the fine material can be maintained even after the grinding process. The ground material can therefore remain in its brittle state throughout the entire grinding process.
  • the pre-cooling and the main cooling have an overall positive effect on the grinding process in the impact mill, since the material is generally more brittle or has an almost uniform brittleness due to the long residence time in a cold environment. This means that the material in the impact mill breaks better overall, which has a positive effect on the fineness of the fine material.
  • a locally and thermally decoupled supply of the substances participating in the grinding process in the impact mill, cooled ground material and gaseous nitrogen or nitrogen stream for inerting and ensuring brittle fracture can also advantageously take place.
  • such a decoupled feeding is to be understood as meaning that the substances are initially individually and independently of one another and locally separately dosed in a targeted manner and individually tempered and can then be fed to the impact mill individually or together in order to interact as a stream of ground material together with the impact elements of the impact mill. Feeding into the impact mill does not necessarily have to be done separately. Rather, both independently dosed and individually tempered substances can be brought together, for example via a Y-piece in front of the impact mill, and fed together as a mixture (ground material stream) via the connection into the impact mill.
  • the mixing cell has a plurality of inflows and an outflow, with the mixing cell via the several inflows, for example - gaseous nitrogen from a nitrogen gas generator and / or residual gas from a pneumatic filter, i.e. from the grinding process, and / or a pre-cooling gas stream from which at least one pre-cooling unit and / or - liquid nitrogen can be supplied from a nitrogen tank.
  • nitrogen sources can be used to adjust the correspondingly specified throughput or the specified temperature of the nitrogen stream, making the process more flexible becomes.
  • further nitrogen sources can also be provided.
  • the existing pre-cooling gas stream or the existing nitrogen residual gas from the grinding process can be used, or gaseous nitrogen can be specifically generated with a nitrogen gas generator or liquid nitrogen from a nitrogen tank be provided in order to provide the specified amount of nitrogen and / or to achieve an appropriate temperature control.
  • the mixing cell further has a mixing chamber, wherein the gaseous nitrogen supplied via the multiple inflows and the liquid nitrogen evaporating in the mixing chamber can be mixed in the mixing chamber on a heat exchange path in such a way that at the outflow, which is connected to the Connection of the impact mill is connected or connectable, forming a nitrogen flow with the predetermined nitrogen flow target temperature and the predetermined nitrogen flow target throughput.
  • This allows the nitrogen stream to be easily conditioned in the mixing chamber from the different inflows.
  • channels arranged in a meandering shape in section for example formed by tubes inserted into one another, can be provided in the mixing chamber, within which the supplied gaseous nitrogen is passed from the individual inflows to the outflow with mutual mixing.
  • a sensor system is assigned to at least each inflow through which gaseous nitrogen is introduced into the mixing chamber, the sensor system being designed to provide an actual mass flow and/or an actual temperature of at least the gaseous nitrogen in the respective inflow capture.
  • a sensor system is also provided at the outlet of the mixing cell in order to enable a target/actual comparison of the outgoing conditioned nitrogen stream. This can also be used, for example, to determine whether more or less liquid nitrogen needs to be fed into the mixing chamber via the respective inflow in order to reduce or increase the nitrogen flow temperature and thus align it with the nitrogen flow target temperature.
  • an inlet valve is assigned to at least some of the inflows, the respective inlet valve being designed to enable or prevent a supply of gaseous nitrogen and / or liquid nitrogen via the respective inflow into the mixing chamber.
  • a throttle valve is preferably provided as the inlet valve, the throttle cross section of which can be finely adjusted in order to regulate the respective incoming mass flow. The dosage of the individual nitrogen sources can therefore be easily and precisely controlled.
  • check valves can also be provided for each inflow. Such a check valve can also be provided in the drain in order to prevent the flow of ground material from flowing back into the mixing chamber of the mixing cell in the event of an unwanted increase in pressure, for example in the impact mill.
  • the mixing cell has a mixing cell control device, wherein the mixing cell control device is designed, for example via a corresponding algorithm, to control the inlet valve of the respective inflow in such a way, preferably based on the values measured by the sensor system, that the mixing chamber receives gaseous nitrogen and/or liquid nitrogen supplied and mixed therein via the heat exchange path in such a way that a nitrogen flow with the predetermined nitrogen flow target temperature and the predetermined nitrogen flow target throughput is formed at the outlet of the mixing cell.
  • the mixing cell control device is designed, for example via a corresponding algorithm, to control the inlet valve of the respective inflow in such a way, preferably based on the values measured by the sensor system, that the mixing chamber receives gaseous nitrogen and/or liquid nitrogen supplied and mixed therein via the heat exchange path in such a way that a nitrogen flow with the predetermined nitrogen flow target temperature and the predetermined nitrogen flow target throughput is formed at the outlet of the mixing cell.
  • the design of the at least one pre-cooling unit is variable and can be selected, for example, depending on the location and application.
  • at least one countercurrent pre-cooling unit each with a pre-cooling section, and/or at least one container pre-cooling unit with a container interior can be provided as the pre-cooling unit.
  • the at least one countercurrent pre-cooling unit is designed to pre-cool existing or transported ground material in the at least one counter-current pre-cooling unit in a countercurrent of gaseous nitrogen within the respective pre-cooling section. Countercurrent is understood here to mean that the conveying direction of the ground material is aligned opposite to the conveying direction of the gaseous nitrogen.
  • the container pre-cooling unit for example a refrigerated container, is designed to pre-cool the ground material located in the container interior as desired, for example according to the Linde process.
  • the at least one countercurrent pre-cooling unit is connected upstream of the cooling unit in such a way that a pre-cooling gas stream formed in the cooling unit by evaporation of the liquid nitrogen can be introduced into the at least one counter-current pre-cooling unit in order to do so in the respective counter-current pre-cooling unit ground material located within the respective pre-cooling section in a countercurrent through the pre-cooling gas stream to pre-cool the ground material to an intermediate temperature.
  • the intermediate ground material temperature should approximately correspond to the nitrogen intermediate temperature of the pre-cooling gas stream after the pre-cooling gas stream has passed through all countercurrent pre-cooling units, with temperatures of, for example, less than approx. -40°C can prevail.
  • the nitrogen which is already evaporating in the cooling unit, can be used as a countercurrent for the pre-cooling of the ground material, so that no further substances or cooling elements are necessary for the pre-cooling in the at least one counter-current pre-cooling unit.
  • the warmer ground material immersed in the liquid nitrogen of the cooling unit automatically leads to the evaporation of the liquid nitrogen and thus ensures a pre-cooling gas stream that can be used for pre-cooling.
  • the at least one countercurrent pre-cooling unit is arranged above the cooling unit, so that the pre-cooling gas stream formed by evaporation of the liquid nitrogen can reach the respective pre-cooling section of the respective counter-current pre-cooling unit in a chimney-like manner as a countercurrent. Accordingly, no additional gas lines or gas ducts are necessary to direct the gaseous nitrogen from the cooling unit into the respective countercurrent pre-cooling unit for pre-cooling.
  • conveying paths between the at least one countercurrent precooling unit and the main cooling unit can also be omitted for the precooled ground material if a first countercurrent precooling unit is used as at least one countercurrent precooling unit, which is designed in such a way and is connected directly or indirectly upstream of the cooling unit in such a way that that of the first countercurrent pre-cooling unit supplied ground material can fall due to gravity along a first pre-cooling section of the first countercurrent pre-cooling unit and the supplied falling ground material can simultaneously be pre-cooled in a countercurrent of gaseous nitrogen, preferably the pre-cooling gas stream, within the first pre-cooling section and then into the liquid nitrogen of the tank can reach.
  • a first countercurrent precooling unit is used as at least one countercurrent precooling unit, which is designed in such a way and is connected directly or indirectly upstream of the cooling unit in such a way that that of the first countercurrent pre-cooling unit supplied ground material can fall due to gravity along a first pre-cooling section of the first counter
  • the pre-cooling gas flow can rise upwards from the cooling unit into the first countercurrent pre-cooling unit, counter to the direction of fall of the ground material caused by gravity, in order to generate a countercurrent. This simplifies the pre-cooling and feeding of the ground material into the cooling unit.
  • the first countercurrent pre-cooling unit for the pre-cooling and the cooling unit for the main cooling can be designed as separate system parts of the grinding device or can be combined in one component. It is only necessary to ensure that the evaporating nitrogen from the cooling unit can be guided as completely as possible into the first countercurrent pre-cooling unit in order to be able to ensure pre-cooling of the ground material in countercurrent.
  • the first pre-cooling section in the first countercurrent pre-cooling unit and possibly also further pre-cooling sections in further counter-current pre-cooling units must be adapted in such a way that a comprehensive energy exchange can take place in countercurrent between the evaporating gaseous nitrogen of the pre-cooling gas stream and the supplied ground material.
  • the amount of evaporating nitrogen in the pre-cooling gas stream increases after start-up the system reaches a certain state of equilibrium after a certain period of time. If the respective pre-cooling section is ideally coordinated, an efficient energy exchange takes place in this equilibrium state, as a result of which the intermediate temperature of the ground material and the intermediate nitrogen temperature at the corresponding points (see above) approximately equalize, for example at approx. -40 ° C Or less.
  • a second counter-current pre-cooling unit can be provided, which is designed in such a way and is connected directly or indirectly upstream of the cooling unit in such a way that the ground material supplied to the second counter-current pre-cooling unit can be transported in a vortex screw interior along a second pre-cooling section and the supplied ground material can be simultaneously pre-cooled in a countercurrent of gaseous nitrogen, preferably the pre-cooling gas stream, within the second pre-cooling section while mixing with the gaseous nitrogen.
  • a pre-cooling gas stream formed in the cooling unit by evaporation of the liquid nitrogen can reach the vortex screw interior of the second countercurrent pre-cooling unit, through which the ground material is fed through the rotation of the vortex screw is transported.
  • the pre-cooling gas stream can therefore additionally ensure counter-current pre-cooling in the second counter-current pre-cooling unit after it has possibly passed the pre-cooling section in the first counter-current pre-cooling unit.
  • liquid nitrogen can be let into the interior of the vortex screw at least temporarily.
  • a third countercurrent pre-cooling unit is formed by a feed silo, the feed silo providing regrind for the grinding process, wherein gaseous nitrogen, for example residual gas from a pneumatic filter, can be introduced into the feed silo in such a way that the regrind contained therein can be pre-cooled within a third pre-cooling section in countercurrent of gaseous nitrogen before the ground material is discharged from the feed silo.
  • gaseous nitrogen for example residual gas from a pneumatic filter
  • pre-cooling can advantageously take place in the feed silo in order to support the pre-cooling process.
  • residual nitrogen gas from a pneumatic filter of the grinding device can be used, for example.
  • a container pre-cooling unit which is arranged, for example, in front of the feed silo, the ground material for pre-cooling is located within a container interior of the container pre-cooling unit, the container interior being, for example, less than -10 ° C, preferably less than - 30 ° C, in particular down to -70 ° C, is cooled, for example according to the Linde process and, if necessary, supported by residual nitrogen gas from a pneumatic filter of the grinding device in the process.
  • the ground material located in the interior of the container is then fed to the one or more countercurrent pre-cooling unit(s) already pre-cooled.
  • At least one counter-current pre-cooling unit in particular the first counter-current pre-cooling unit, is preferably provided before the main cooling.
  • this can enable alternative or further, possibly more energy-efficient pre-cooling.
  • a metering screw is connected upstream of the at least one countercurrent pre-cooling unit, the metering screw metering the ground material provided from a feed silo and/or from a screening device (as return of coarse grain) and/or from the container pre-cooling unit into the at least a countercurrent pre-cooling unit.
  • the speed or the feed rate of the ground material via the metering screw can be specifically adjusted, for example depending on the pre-cooling gas flow generated, in order to specifically control the cooling and grinding process.
  • a screw conveyor preferably a motor-operated screw conveyor, is connected downstream of the cooling unit, the screw conveyor metering the regrind cooled to the regrind output temperature, i.e. with a defined mass flow, to at least one connection of the impact mill.
  • the ground material supplied to the impact mill can also be dosed in order to make the grinding in the impact mill efficient.
  • the ground material and/or the fine material are kept inert within the entire grinding device. This advantageously ensures that the entire process is not negatively affected by migration of oxygen and humidity from the ambient air. This can be achieved by appropriately closed system parts in which gaseous nitrogen and/or excess pressure is present located.
  • gaseous nitrogen which is provided by the nitrogen gas generator, is conveyed into the circuit via the mixing cell by appropriately opening the respective inlet valve. This means that the nitrogen gas generator, which is connected to the mixing cell, can also prevent moist ambient air from entering the circuit when the system is switched off.
  • the ground material By pre-cooling and cooling in the liquid nitrogen bath, the ground material is efficiently absorbed into the interior, as already described
  • the ground material is cooled to a low starting temperature before it enters the impact mill with a defined mass flow and is ground there together with an appropriately conditioned stream of nitrogen, so that the grinding process can be made more efficient overall and, depending on the application, even higher degrees of fineness can be achieved reproducibly can be.
  • the provision of the cooled ground material into the impact mill is thermally decoupled from the provision of the nitrogen stream of gaseous nitrogen before it is fed to the impact mill. This allows the impact mill or the grinding device to be operated more efficiently overall, as already described.
  • the Fig. 1 shows schematically a grinding device 1a according to the prior art, which serves to feed ground material 3 fed into a feed silo 2 via a lower feed silo opening 2a through an impact mill 4, for example a disintegrator 4a, in a certain degree of fineness ground.
  • the ground material 3 is metered accordingly via a metering screw 5 and fed into a cooling unit 6, preferably a motor-operated vortex screw cooler 6a, with a ground material input temperature TE3 of, for example, 20 ° C.
  • liquid nitrogen LN from a nitrogen tank 35 with a nitrogen liquid temperature TLN of approx Ground material 3 to cool down and thus become brittle.
  • the ground material 3 cooled by the liquid nitrogen LN to a ground material initial temperature TA3 and the nitrogen gas created by evaporation at approximately the same temperature pass via a connection 4b into the impact mill 4 or the disintegrator 4a and is ground in cooled form in an inert atmosphere.
  • the grinding material starting temperature TA3 of the grinding material 3 can be approx. -150°C.
  • a further nitrogen stream 20 can also be supplied to the disintegrator 4a via the connection 4b, so that in the disintegrator 4a there is a mixture (grind stream 30) of regrind 3, nitrogen gas created by evaporation for inerting and the possibly additionally supplied nitrogen stream 20, whereby this grinding material stream 30 has a certain grinding material flow density Rho at connection 4b, which changes during the grinding process due to heat development.
  • the optional nitrogen stream 20 serves to support the pneumatic conveyance of the ground material mixed with gaseous nitrogen GN or the fine material 9 produced in the impact mill 4 and mixed with gaseous nitrogen GN.
  • a fine material stream 90 produced therein consisting of fine material 9 mixed with gaseous nitrogen GN with a fine material output temperature TA9 of, for example, approximately -20 ° C is discharged via a fine material outlet 4c.
  • the nitrogen stream 20 automatically ensures that the fine material stream 90 (fine material 9 mixed with gaseous nitrogen GN) is pushed out of the fine material outlet 4c, so that the fine material stream 90 is conveyed pneumatically to the next element of the grinding device 1a, here a cyclone 10.
  • the pneumatic transport of the fine material stream 90 to the cyclone 10 is supported by a blower 15.
  • the fine material stream 90 then passes into a cyclone 10, in which most of the fine material 9 is separated from the fine material stream 90 from the gaseous nitrogen GN, with the fine material 9 in particular, for example rubber powder, then being discharged from the cyclone 10.
  • This fine material 9 is then passed, in possibly warmed form, into a sieving device 12, in which it is separated (depending on its later use via the appropriately selected sieve cuts) into its different fine material fractions, i.e. coarse grain 11G and fine grain 11F.
  • the coarse grain 11G of the fine material 9 can optionally be conveyed back to the metering screw 5 in any way, for example via a repassing line 24, and thus be fed back into the grinding process.
  • the fine grain 11F for example, has a grain spectrum of ⁇ 200 ⁇ m and can be used as finished product 13 accordingly.
  • the fine dust 11S is also passed into the screening device 12 in warmed form, if necessary.
  • a blower 15 is provided to convey the cold gaseous nitrogen GN and the fine dust 11S from the cyclone 10 into the pneumatic filter 14. This sucks in the remaining fine material stream 90 made of gaseous nitrogen GN and the fine material dust 11S from the cyclone 10 and blows the filtered gaseous nitrogen GN as a cold nitrogen stream 20 to support the pneumatic transport to the connection 4b back to the impact mill 4.
  • regrind 3 is metered accordingly via a metering screw 5 and fed with a regrind input temperature TE3 into a first countercurrent pre-cooling unit 16a and from this into the actual cooling unit 6.
  • the first countercurrent pre-cooling unit 16a is used to pre-cool the ground material 3 to an intermediate ground material temperature TZ3 of, for example, between -35 ° C and - 45 ° C.
  • This intermediate regrind temperature TZ3 is present at the lower end of the first countercurrent pre-cooling unit 16a when the temperature is ideal, so that the regrind 3 can pass into the main cooling at this temperature.
  • the ground material 3 located in the first countercurrent pre-cooling unit 16a is passed through an in Fig. 2 pre-cooled upward pre-cooling gas stream 17 made of gaseous nitrogen GN.
  • This pre-cooling gas stream 17 has an intermediate nitrogen temperature TZN of, for example, between -35 ° C and -45 ° C, at least at the upper end of the first countercurrent pre-cooling unit 16a.
  • the intermediate grinding material temperature TZ3 and the nitrogen intermediate temperature TZN are set depending on the design and application of the grinding device 1b, but can also deviate from the values mentioned. Overall, the temperature values mentioned in the exemplary embodiments of the invention, in particular for the gaseous nitrogen GN, the ground material 3 and the fine material 9, depend on the design and the application and can therefore deviate accordingly from the values mentioned.
  • the pre-cooling gas stream 17 acts on the supplied regrind 3 on a specific first pre-cooling section SVa, this taking place in a countercurrent, i.e. the regrind 3 falling downwards over the first pre-cooling section SVa is fed through the pre-cooling gas stream 17 which is oriented in the opposite direction cooled down.
  • the pre-cooling gas stream 17 is largely generated by the fact that liquid nitrogen LN located in the cooling unit 6 evaporates and the resulting gaseous nitrogen GN is guided upwards like a chimney through the first countercurrent pre-cooling unit 16a.
  • the cooling unit 6 and the first countercurrent pre-cooling unit 16a can be designed in one piece or as separate structural units, the expansion of the first countercurrent pre-cooling unit 16a being determined by the first pre-cooling section SVa. In this respect, the representation should be in Fig.
  • the cooling unit 6 is formed by a tank 6b, into which liquid nitrogen LN from a nitrogen tank 35 with a nitrogen-liquid temperature TLN of approximately -196 ° C is admitted via a nitrogen inlet 7 and which is continuous is refilled up to a certain level limit 18.
  • the countercurrently pre-cooled ground material 3 with the intermediate ground material temperature TZ3 (e.g. -45° C.) is fed to the tank 6b via an upper side 6c of the cooling unit 6 or the tank 6b.
  • the ground material 3 cools down further and becomes further brittle.
  • the warmer ground material 3 immersed in the liquid nitrogen LN of the cooling unit 6 leads to the evaporation of the liquid nitrogen LN, so that a pre-cooling gas stream 17 that can be used for pre-cooling is formed.
  • the first pre-cooling section SVa in the first countercurrent pre-cooling unit 16a is to be adapted in such a way that a comprehensive energy exchange can take place in the countercurrent between the gaseous nitrogen GN evaporating in the tank 6b (pre-cooling gas stream 17) and the ground material 3 passing through the first counter-current pre-cooling unit 16a .
  • the amount of evaporating gaseous nitrogen GN of the pre-cooling gas stream 17 assumes a state of equilibrium after a certain time after the grinding device 1b has started up.
  • the first pre-cooling section SVa is ideally coordinated, an energy exchange takes place in this equilibrium state, as a result of which the ground material intermediate temperature TZ3 is at the lower end of the first countercurrent pre-cooling unit 16a and the nitrogen intermediate temperature TZN is at the upper end of the first counter-current pre-cooling unit 16a approximately equal, for example between -35°C and -45°C or less.
  • the tank 6b is connected to a motor-operated screw conveyor 19 via a preferably underside access 6d.
  • the embrittled regrind 3 located in the tank 6b can be conveyed at ideal temperature control with a defined regrind output temperature TA3 of approximately -196 ° C in the direction of the impact mill 4, for example the disintegrator 4a, and this with a defined mass flow via the connection 4b are supplied.
  • a disintegrator 4a an equally effective pin mill, eddy current mill, air eddy mill, etc. can also be used as a high-speed impact mill 4.
  • an impact mill 4 is generally understood to mean a mill in which the comminution of the brittle ground material 3 is achieved by impact-impact stress.
  • the ground material 3 fed in is hit by a fast-moving impact element in the impact mill 4 and comminuted by impact.
  • the rapidly accelerated ground material 3 hits a stationary or otherwise accelerated surface (impact element, other particle) and is comminuted by impact (impact).
  • the ground material 3 is then ground in cooled form in an inert atmosphere.
  • the fine material 9 produced therein is discharged from the fine material outlet 4c with a fine material output temperature TA9 of, for example, approximately -50 ° C.
  • a nitrogen stream 20 automatically ensures that the fine material 9, which is mixed with gaseous nitrogen GN to form a fine material stream 90, is pushed out or pneumatically transported from the fine material outlet 4c.
  • the respective impact mill 4 or the disintegrator 4a is supplied with a specifically conditioned gaseous nitrogen stream 20 made of cold gaseous nitrogen GN with an adjustable temperature via the connection 4b Nitrogen stream temperature T20 of, for example, between -75 ° C and - 90 ° C and supplied with an adjustable nitrogen stream throughput ND (kg per h).
  • the nitrogen stream 20 serves to inert the atmosphere in the impact mill 4 and to ensure effective brittle fracture during grinding, as described below.
  • the materials participating in the grinding process ie the cooled material to be ground 3 and the gaseous nitrogen GN from the nitrogen stream 20, are supplied in a thermally completely decoupled manner, which together form a stream of material to be ground 30.
  • the two substances (3 + 20) are introduced into the impact mill 4 as in Fig. 2 shown, not separated. Rather, both individually dosed and individually tempered substances (3 + 20) are brought together, for example via a Y-piece in front of the impact mill 4, and passed together as a mixture or as a stream of ground material 30 into the impact mill 4 via the connection 4b.
  • a mill material flow density Rho of the mill material stream 30 that prevails in the impact mill 4 can advantageously be set lower or in a controlled manner so that the energy consumption for driving the impact mill 4 used is correspondingly decreases or is optimized and the degree of fineness of the fine material 9 can also be optimized. At the same time, nitrogen consumption can also be reduced, making the grinding process more efficient overall.
  • an impact mill 4 for comminution by impact-impact stress has several impact elements which are attached to two counter-rotating rotor disks on different track radii.
  • an interaction takes place between the impact elements and the supplied regrind stream 30 consisting of regrind 3 and gaseous nitrogen stream 20. Due to this interaction, there is an exchange of energy between the grinding material stream 30 and the impact elements, which in turn leads to heat development in the impact mill 4. This heat development depends both on the nature of the grinding material stream 30 and on the design and operating parameters of the respective impact mill 4.
  • the grinding material stream 30 is also heated, which can lead to the grinding material 3 losing its state of brittleness, i.e. at least partially returning to the elastic state, and as a result the desired degree of fineness can no longer be achieved during grinding.
  • the cold energy stored in the cooled regrind stream 30 is sufficient to cover the energy used in each case Impact mill 4 to compensate for the heat development caused by the energy exchange and thereby keep the ground material 3 completely in a state of brittleness.
  • a particularly cold nitrogen stream 20 with a high nitrogen stream throughput ND can be provided for this purpose, but at the same time the grinding material stream density Rho in the impact mill 4 increases so much that both the required drive energy and the heat development in the impact mill 4 increase sharply and the ground material 3 loses its state of brittleness due to the increased heat development.
  • the nitrogen flow throughput ND and the nitrogen flow temperature T20 of the nitrogen flow 20 must therefore be set specifically in such a way that the resulting grinding material flow density Rho of the grinding material flow 30 from grinding material 3 and nitrogen flow 20 leads to heat development in the impact mill 4 used in each case, which is caused by the stored cold energy in the cryogenic regrind stream 30 can be compensated for without the regrind 3 losing its state of brittleness.
  • the regrind 3 is ideally evenly cooled down to the inside or up to the core, whereby the regrind 3 can keep its temperature at a low level for longer, so that with a correspondingly optimized setting of the regrind flow density Rho, the fine material initial temperature is also lower TA9 can be achieved after the grinding process.
  • the pre-cooling and the main cooling therefore have an overall positive effect on the grinding process in the impact mill 4, since the material as a whole, ie especially in the interior or in the core, is more brittle or has an almost uniform brittleness and sufficient cold energy can also be stored for the grinding process.
  • a mixing cell 21 is provided, which in an exemplary embodiment is in the Figures 4a and 4b is shown.
  • nitrogen from different independent sources can be mixed with one another in such a way that a nitrogen stream 20 with a nitrogen stream throughput ND (dosing) and with a nitrogen stream temperature T20 (e.g. approx. -87 ° C) (temperature control) is provided, which ideally correspond to a predetermined nitrogen flow target throughput NDS or a predetermined nitrogen flow target temperature TS20.
  • This provision of the nitrogen stream 20 is specifically thermally decoupled from the provision of the ground material 3.
  • This specifically metered and tempered nitrogen stream 20 is passed together with the ground material 3 via the connection 4b into the impact mill 4, so that a grinding material stream 30 results, which has a corresponding grinding material flow density Rho at the connection 4b, which increases during the grinding process due to the Heat development changed.
  • the targeted mixing of the nitrogen in the mixing cell 21 provides a nitrogen stream 20, which is conditioned in such a way that the cold energy stored in the cooled grinding material stream 30 is dimensioned just enough to cover the heat development caused by the energy exchange in the impact mill 4, which is caused by depends on the construction and operating parameters of the impact mill 4, and thus keeps the milled material completely in a state of brittleness. At the same time, this also optimizes the consumption of drive energy for the impact mill 4 and nitrogen achieved and the ground material 3 is sufficiently inerted in the respective impact mill 4.
  • the mixing cell 21 is specifically controlled by a mixing cell control device 21a in order to set a target nitrogen flow throughput NDS or a nitrogen flow target temperature TS20 for the nitrogen stream 20 provided for the respective impact mill 4 and the material to be ground 3 to obtain individually optimized grinding material flow density Rho of the grinding material flow 30 at the connection 4b of the impact mill 4.
  • impact mills 4 for example disintegrators 4a
  • the Rho also depends on the grinding material flow density Heat development is different in each impact mill 4.
  • the properties (specific heat capacity) of the material to be ground 3 also have an influence on the grinding process.
  • a different regrind stream density Rho and also a different temperature of the regrind stream 30 in the sense mentioned above are considered optimal for the operation of the impact mill 4 and the resulting degree of fineness of the fines 9. Therefore, for each impact mill 4 and for each ground material 3 a corresponding nitrogen flow target throughput NDS and a corresponding nitrogen flow target temperature TS20 for the nitrogen stream 20 must be specified or set in order to ensure optimal operation and a correspondingly high degree of fineness of the fine material 9 can be achieved reproducibly.
  • Such an optimized setting can be carried out by a control or regulation via the mixing cell control device 21a.
  • the mixing cell 21 points as in Fig. 4a , 4b shown by way of example, several inflows 25a, 25b, 25c, 25d, via which a mixing chamber 21b in the Mixing cell 21 gaseous nitrogen GN and / or liquid nitrogen LN can be supplied, the inflows 25a, 25b, 25c, 25d each being connected to corresponding nitrogen sources by lines.
  • a meandering heat exchange path 21c can be formed, within which the gaseous nitrogen GN from the individual inflows 25a, 25b, 25c and, if necessary, the liquid nitrogen LN (from 25d). can mix during its evaporation. Due to the meandering shape, the heat exchange path 21c is enlarged compared to a single chamber, so that effective thermal mixing can take place before the gaseous nitrogen GN leaves the mixing cell 21 as a nitrogen stream 20 via an outlet 28.
  • the inflows 25a, 25b, 25c, 25d are preceded by inlet valves 26a, 26b, 26c, 26d, for example finely adjustable throttle valves, which can be electrically controlled by the mixing cell control device 21a in order to open or close them.
  • inlet valves 26a, 26b, 26c, 26d for example finely adjustable throttle valves, which can be electrically controlled by the mixing cell control device 21a in order to open or close them.
  • the supply of the liquid or gaseous nitrogen GN, LN from the respective lines into the mixing chamber 21b can be controlled in a targeted manner.
  • a check valve is assigned to each inflow 25a, 25b, 25c, 25d.
  • the mixing cell 21 has the drain 28, via which the mixture of liquid and/or gaseous nitrogen LN, GN conditioned in the mixing chamber 21b can be fed to the impact mill 4 as a nitrogen stream 20.
  • the drain 28 also has a check valve to prevent the nitrogen stream 20 from flowing back, for example in the event of a corresponding excess pressure in the impact mill 4.
  • the inflows 25a, 25b, 25c, 25d are in accordance with the described embodiment (see Fig. Fig. 2 , 3 ) connected to the following nitrogen sources via appropriate lines.
  • TBN pre-cooling gas stream 17
  • a second inflow 25b is provided, which is connected to the blower 15 via a line, so that the second inflow 25b is supplied with the remaining residual gas R (e.g. approx. -50°C) can be supplied from the grinding process.
  • a third inflow 25c is provided, which is connected via a line to a nitrogen gas generator 22, so that the third inflow 25c is additionally generated gaseous gaseous gas via this line through a fine-scale automatic control of the third inlet valve 26c based on the signals of an upstream sensor system 40c Nitrogen GN can be supplied.
  • a fourth inflow 25d can be connected to the nitrogen tank 35 via a line, so that the fourth inflow 25d can receive liquid nitrogen via this line through a fine-scale automatic control of the fourth inlet valve 26d based on the signals from a sensor system 40 located in the outflow 28 LN (TLN approx. -196°C) can be supplied.
  • At least the inflows 25a, 25b, 25c, through which gaseous nitrogen GN is passed into the mixing chamber 21b, are each assigned a sensor system 40a, 40b, 40c, which is designed to have an actual mass flow MFa, MFb, MFc and an actual temperature TIa, TIb, TIc of the stream of gaseous nitrogen GN arriving in the respective inflow 25a, 25b, 25c.
  • This sensor system 40a, 40b, 40c is shown schematically as a combined sensor system, which includes a temperature sensor and a flow meter, although these can in principle also be arranged separately from one another.
  • the respective sensor system 40a, 40b, 40c is connected in a signal-conducting manner to the mixing cell control device 21a, which can then use a corresponding algorithm to determine how the respective inlet valves 26a, 26b, 26c, 26d are to be controlled in order to create such a mixture in the mixing chamber 21b of gaseous nitrogen GN from the different nitrogen sources, which generates a nitrogen stream 20 at the outlet 28 with the target throughput NDS or the target temperature TS20 specified for the respective impact mill 4.
  • a sensor system 40 (with a temperature sensor and a flow meter) is also arranged at the drain 28, which measures the outgoing gaseous nitrogen stream 20, so that a target/actual comparison can be carried out in the mixing cell control device 21a.
  • a suitable temperature control of the nitrogen stream 20 by appropriately controlling the fourth inlet valve 26d, such an amount of liquid nitrogen LN is admitted into the mixing chamber 21b that the nitrogen stream temperature T20 measured by the sensor system 40 is at the outlet 28 approaches the specified nitrogen flow target temperature TS20.
  • the mixing cell 21 can add or mix in the part from the other inflows 25b, 25c, 25d in the mixing chamber 21b that is missing by appropriately automatically regulating the inlet valves 26b, 26c, 26d , in order to obtain a specified nitrogen flow target temperature TS20 at a given nitrogen flow target throughput NDS, from which, depending on the impact mill 4, a corresponding grinding material flow density Rho results, for which effective brittle fracture can be ensured during grinding.
  • a second countercurrent pre-cooling unit 16b may be provided in addition to the first countercurrent pre-cooling unit 16a. In principle, this can also be provided instead of the first countercurrent pre-cooling unit 16a.
  • the second countercurrent pre-cooling unit 16b is designed in the form of a vortex screw with a vortex screw interior 16c, into which the ground material 3 metered and supplied via the metering screw 5 is transported. The transported ground material 3 comes from the second counter-current pre-cooling unit 16b via a vortex screw connection 16d, already pre-cooled, from above into the first counter-current pre-cooling unit 16a, in which it goes to the top Fig. 2 The process described is further pre-cooled in countercurrent.
  • the pre-cooling gas stream 17 made of gaseous nitrogen GN from the first countercurrent pre-cooling unit 16a also reaches the second countercurrent pre-cooling unit 16b via the vortex screw connection 16d (opposite to the transport direction of the ground material 3) and can thereby keep the ground material 3 in the vortex screw interior 16c also cool in a countercurrent via a second pre-cooling section SVb, whereby an intensive thermal exchange of energy can take place due to the turbulent flow conditions in the vortex screw.
  • liquid nitrogen LN can also be introduced from the nitrogen tank 35 via the nitrogen inlet 7 into the vortex screw interior 16c, for example to prevent excessive bubbling or evaporation of the liquid nitrogen LN in the tank 6b due to the supply when the system is started up of relatively warm ground material 3.
  • a third counter-current pre-cooling unit 16e can be provided in addition to or as an alternative to the first counter-current pre-cooling unit 16a and/or the second counter-current pre-cooling unit 16b, which is also formed by the feed silo 2 itself.
  • gaseous nitrogen GN in particular cold residual gas R, is supplied to the feed silo 2 via a bypass line 23 from the pneumatic filter 14 and the blower 15, at least partially on the underside, preferably via the feed silo opening 2a on the bottom, in order to deal with the superfluous gaseous gas Nitrogen GN to achieve pre-cooling of the ground material 3 in countercurrent in the feed silo 2.
  • the gaseous nitrogen GN can be drained off at the top in any way.
  • pre-cooling units 16 which together form a pre-cooling section SV made up of first, second and third pre-cooling sections SVa, SVb, SVc, on which the gaseous nitrogen GN acts in countercurrent on the transported ground material 3, so that this before immersion can be cooled in the cooling unit 6 in several stages to the intermediate regrind temperature TZ3.
  • This can provide additional support for the entire pre-cooling process.
  • the number of countercurrent pre-cooling units 16a, 16b, 16e as well as their arrangement to one another is fundamentally selectable, with the in Fig. 3
  • the arrangement shown already enables very efficient pre-cooling if the individual pre-cooling sections SVa, SVb, SVc are specifically coordinated with one another.
  • a container pre-cooling unit 16f as a further pre-cooling unit 16, which can be designed, for example, as a closed and inert cooling container or a silo.
  • the container pre-cooling unit 16f has a container interior 16g in which the ground material 3 is located for storage and pre-cooling.
  • pre-cooled regrind 3 is fed to the feed silo 2 before the regrind 3 is additionally pre-cooled in a countercurrent to the intermediate regrind temperature TZ3 in one, two or three further countercurrent pre-cooling units 16a, 16b, 16e.
  • the container interior 16g is, for example, pre-cooled in any way to a temperature of less than -10 ° C, preferably less than -30 ° C, in particular less than -70 ° C.
  • the fine material stream 90 consisting of the fine material 9 mixed with gaseous nitrogen GN, is passed after the impact mill 4 into a cyclone 10, in which the fine material 9 is separated.
  • This fine material 9 is then passed, in possibly warmed form, into a sieving device 12, in which it is separated (depending on its later use via the appropriately selected sieve cuts) into its different fine material fractions, ie coarse grain 11G and fine grain 11F.
  • the coarse grain 11G is conveyed back to the metering screw 5 in any way, for example via a repassing line 24, and is thus fed back into the grinding process.
  • the majority of the fine grain 11F can have a very high degree of fineness and can be used accordingly as finished product 13.
  • the grinding limit can be shifted to lower values compared to the prior art due to the uniform brittleness already mentioned.
  • the fine dust 11S is also passed, if necessary in warmed form, into the screening device 12 and the gaseous nitrogen GN as residual gas R via a blower 15, in particular into the mixing cell 21.
  • the ground material 3 and the fine material 9 are kept inert on the entire conveying path within the grinding device. This advantageously ensures that the entire process is not negatively affected by migration of oxygen and humidity from the ambient air. This can be achieved by appropriately sealed system components in which gaseous nitrogen GN and/or excess pressure is present.
  • gaseous nitrogen GN which is provided by the nitrogen gas generator 22, is conveyed into the circuit via the mixing cell 21 by appropriately opening the third inlet valve 26c. This can prevent moist ambient air from entering the circuit.

Landscapes

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Vermahlen von Mahlgut, insbesondere aus Thermoplasten und/oder Elastomeren, insbesondere Gummiabfällen, wie Altreifen.
  • Es ist bekannt, als Mahlgut Gummiabfälle, z.B. Gummigranulat gewonnen aus Altreifen, in einem Kühlaggregat, beispielsweise einem Wirbelschneckenkühler, unter Zugabe von flüssigem Stickstoff zu verspröden und anschließend in einer Prallmühle, beispielsweise einem Desintegrator mit gegenläufig arbeitenden Rotorscheiben, bestückt mit Schlagelementen, zu vermahlen. Dadurch können gemahlene Gummipartikel mit einem Kornspektrum von 0µm bis 800µm hergestellt werden. Dies ist beispielhaft in DE 102 46 240 B4 , DE 43 22 757 C1 oder DD 309 644 1 beschrieben. DE 1004460 B offenbart eine Mahlvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die Wirkungsweise eines Desintegrators beruht dabei auf Schlag- und Prallzerkleinerung durch konzentrisch angeordnete, ineinandergreifende Schlagelementformationen auf gegenläufig rotierenden Rotorscheiben. Die Zerkleinerungsarbeit wird hierbei durch die Prallwirkung der Schlagelemente und gegenseitige Teilchenkollisionen geleistet. Das durch pneumatischen Transport einlaufende Mahlgut wird zentral an der Achse durch eine erste Formation von Schlagelementen vorzerkleinert und passiert danach zwangsweise die folgend angeordneten Schlagelementkränze. Die gewünschte Mahlgutbeschaffenheit, wie z.B. die Feinheit, kann durch Veränderung der Rotorendrehzahl, der Geometrie bzw. der Anzahl der Schlagelemente entscheidend beeinflusst werden.
  • Alternativ können auch Stiftmühlen, Wirbelstrommühlen, Luftwirbelmühlen oder dgl. verwendet werden, bei denen die Zerkleinerung des Mahlguts ebenfalls durch eine Schlag-Prall-Beanspruchung erreicht wird.
  • Nachteilig bei bisherigen Verfahren ist, dass diese nicht den gewünschten Anteil an feinkörnigen Gummipartikeln enthalten. Dies folgt insbesondere daraus, dass das Mahlgut in den bisherigen Mahlprozessen aufgrund seiner thermischen Eigenschaften nur schwer gleichmäßig abgekühlt werden kann. So kann ein Gegenstand aus Gummi in seinem Inneren im Allgemeinen schwerer abgekühlt werden als an seiner Oberfläche, so dass für eine gleichmäßige Abkühlung eine sehr lange Kühlstrecke im Wirbelschneckenkühler nötig wäre, was aber unter ökonomischen und konstruktiven Gesichtspunkten wenig sinnvoll ist. In bisherigen Verfahren wird darum zur teilweisen Kompensation dieses Nachteils ein unverhältnismäßig hoher Verbrauch an flüssigem Stickstoff (LN) registriert. Dennoch ist die Sprödigkeit des Mahlgutes in bisherigen Mahlprozessen nicht gleichmäßig verteilt, so dass der Gegenstand in seinem Inneren schwerer bricht als an seiner Oberfläche. Die Versprödung des Mahlgutes kann also bereits aus diesem Grund in bisherigen Abkühlverfahren nicht optimal erreicht werden, was unmittelbare Auswirkungen auf den Feinheitsgrad der gemahlenen Gummipartikel hat.
  • Bisherige Mahlverfahren gehen ferner davon aus, dass das Mahlgut und die jeweiligen schnelllaufenden Prallmühlen so kalt wie möglich zu halten sind, um den Versprödungszustand zur Erreichung eines möglichst hohen Feinheitsgrades zu gewährleisten. Daher wird dem Mahlgut in der Abkühlphase im Wirbelschneckenkühler eine hohe Menge an flüssigem Stickstoff zugefügt und das Mahlgut zusammen mit dem danach gasförmigen Stickstoff in die Prallmühle aufgegeben. Der zu erreichende Feinheitsgrad hängt allerdings bei einer derartig arbeitenden Prallmühle, beispielsweise bei einem Desintegrator, auch davon ab, wie der aufgegebene Mahlgutstrom aus dem Mahlgut und dem gasförmigen Stickstoff mit den auf verschiedenen Radien positionierten Schlagelementen wechselwirkt bzw. wieviel Energie zwischen dem Mahlgutstrom und den entsprechend geformten und gezielt angeordneten Schlagelementen ausgetauscht wird, wenn sich die Rotorscheiben mit definierten Rotationsgeschwindigkeiten bewegen.
  • Dabei wird bei bisherigen Verfahren zum Vermahlen von Mahlgut nicht berücksichtigt, dass zum Optimieren des Feinheitsgrades neben der Form, der Anordnung und der Anzahl an Schlagelementen sowie der Rotationsgeschwindigkeiten der Rotscheiben nicht nur die Temperatur des eingebrachten Mahlgutstromes entscheidend ist, sondern insbesondere auch die Dichte des zugeführten Mahlgutstroms, da auch diese einen maßgeblichen Einfluss auf den Mahl-Prozess in der Prallmühle hat.
  • Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Mahlvorrichtung und ein Verfahren anzugeben, die in einfacher und effizienter Weise ein Vermahlen von Mahlgut, insbesondere aus Thermoplasten und/oder Elastomeren ermöglicht, um den Feinheitsgrad bei gleichzeitig optimiertem Verbrauch an flüssigem Stickstoff und von Antriebs-Energie zu erhöhen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Mahlvorrichtung und ein Verfahren nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Gattungsgemäß wird dabei von einer Mahlvorrichtung ausgegangen, die ein Kühlaggregat mit flüssigem Stickstoff zum Kühlen von zugeführtem Mahlgut auf eine Mahlgut-Ausgangs-Temperatur und eine dem Kühlaggregat mittelbar nachgeschaltete Prallmühle, beispielsweise einen Desintegrator, zum Vermahlen des auf die Mahlgut-Ausgangs-Temperatur gekühlten Mahlgutes zu Feingut aufweist. Als Mahlgut wird hierbei insbesondere ein elastisch bis zähelastischer Stoff verstanden, der sich unter normalen Temperaturen bzw. ohne eine Abkühlung bzw. eine Versprödung nicht effektiv mit einer Prallmühle zerkleinern lässt. Ein derartiges Mahlgut kann z.B. Wachs, Gummi, ein Thermoplast, ein Elastomer oder ein Stoff mit vergleichbaren Eigenschaften sein.
  • Unter einer Prallmühle wird dabei im Rahmen der Erfindung eine Mühle verstanden, bei der die Zerkleinerung des Mahlgutes durch eine Schlag-Prall-Beanspruchung erreicht wird. Bei einer Schlagbeanspruchung wird das aufgegebene Mahlgut von einem schnellbeweglichen Schlagelement getroffen und durch Schlag zerkleinert. Bei einer Prallbeanspruchung trifft das schnell beschleunigte Mahlgut auf eine feststehende bzw. anderweitig beschleunigte Fläche (Schlagelement, anderes Teilchen) und wird durch Prall (Aufprall) zerkleinert. Derartige wirkende Prallmühlen sind beispielsweise schnelllaufende Desintegratoren, Stiftmühlen, Wirbelstrommühlen, Luftwirbelmühlen oder dgl..
  • Die Prallmühle weist mindestens einen Anschluss zum Zuführen des auf die Mahlgut-Ausgangs-Temperatur gekühlten Mahlgutes sowie eines Stickstoffstroms aus gasförmigem Stickstoff in die Prallmühle und einen Feingut-Ausgang zum Austragen des in der Prallmühle produzierten Feingutes auf. In der Prallmühle liegt also ein Gemisch aus Mahlgut und gasförmigem Stickstoff, ein Mahlgutstrom, vor, dessen Beschaffenheit insbesondere bzgl. seiner Dichte gemäß der Erfindung optimiert werden soll.
  • Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass die Mahlvorrichtung weiterhin eine Mischzelle aufweist, wobei die Mischzelle ausgebildet ist, einen Stickstoffstrom aus gasförmigem Stickstoff mit einer vorgegebenen Stickstoffstrom-Soll-Temperatur und einem vorgegebenen Stickstoffstrom-Soll-Durchsatz bereitzustellen und diesen konditionierten bzw. kontrolliert temperierten und dosierten Stickstoffstrom dem Anschluss der Prallmühle zuzuführen. Dadurch kann vorteilhafterweise eine Mahlgutstrom-Dichte des Mahlgutstroms in der Prallmühle optimiert werden, wodurch sich der Feinheitsgrad des ausgetragenen Feingutes bei gleichzeitig optimiertem Verbrauch an Antriebs-Energie der Prallmühle sowie an Stickstoff verbessern lässt und bei entsprechend an die Konstruktion der Prallmühle angepasster Stickstoffstrom-Soll-Temperatur und Stickstoffstrom-Soll-Durchsatz reproduzierbar höhere Feinheitsgrade erreicht werden können.
  • Dies folgt daraus, dass der so optimierte Mahlgutstrom bei einer schnelllaufenden Prallmühle je nach Anzahl, gewählter Form oder Anordnung der Schlagelemente sowie der eingestellten Rotationsgeschwindigkeiten der Rotorscheiben mit den Schlagelementen wechselwirkt, wodurch sich eine bestimmte Wärmeentwicklung ergibt. Durch diesen Wärmeeintrag erwärmt sich der Mahlgutstrom, was bei der Wahl der falschen Betriebsparameter dazu führt, dass das Mahlgut seinen Versprödungszustand verliert, d.h. zumindest teilweise wieder in den elastischen Zustand übergeht, und dadurch der gewünschte Feinheitsgrad beim Mahlen nicht mehr erreicht werden kann.
  • Daher ist dafür zu sorgen, dass die im gekühlten Mahlgutstrom gespeicherte Kälteenergie gerade so ausreichend dimensioniert ist, um die in der Prallmühle durch den Energieaustausch bewirkte Wärmeentwicklung, die von der Konstruktion der Prallmühle abhängig ist, gerade zu kompensieren und das Mahlgut dadurch vollständig in einem Versprödungszustand zu halten. Die Konstruktion der Prallmühle und die Beschaffenheit des Mahlgutstroms, insbesondere dessen Mahlgutstrom-Dichte, die sich während des Mahlvorganges aufgrund der Wärmeentwicklung auch verändert, sind also für einen optimalen Betrieb gezielt aufeinander abzustimmen. Die Beschaffenheit des Mahlgutstroms kann dabei durch die erfindungsgemäße Mischzelle beeinflusst werden, die in der Lage ist, einen Stickstoffstrom mit einem entsprechend vorgegebenen Stickstoffstrom-Soll-Durchsatz und einer vorgegebenen Stickstoffstrom-Soll-Temperatur bereitzustellen, so dass sich zumindest am Eingang der Prallmühle eine Mahlgutstrom-Dichte einstellen kann, mit der in der entsprechend konstruierten Prallmühle ein optimierter Betrieb ermöglicht wird.
  • Vorzugsweise kann dazu vorgesehen sein, dass die Stickstoffstrom-Soll-Temperatur und der Stickstoffstrom-Soll-Durchsatz des der Prallmühle zugeführten Stickstoffstroms in Abhängigkeit von der Konstruktion der Prallmühle, insb. in Abhängigkeit einer Anordnung, Anzahl und Form der Schlagelemente sowie der eingestellten Rotationsgeschwindigkeiten der Rotorscheiben, auf denen sich diese Schlagelemente befinden, und/oder in Abhängigkeit des aufgegebenen Mahlgutes, insbesondere einer spez. Wärmekapazität des Mahlgutes, vorgegeben wird. Dadurch kann für jede Prallmühle und für jedes Mahlgut eine optimale Mahlgutstrom-Dichte und dementsprechend ein optimierter Betrieb der Prallmühle bzw. der Mahlvorrichtung mit hohem Feinheitsgrad reproduzierbar erreicht werden.
  • Um dabei sicherzustellen, dass der jeweiligen Prallmühle bereits ein tiefkaltes Mahlgut von vorzugsweise -196°C, d.h. auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff abgekühlt, zugeführt wird, weist die Mahlvorrichtung mindestens ein Vorkühlaggregat auf zum Vorkühlen von zugeführtem Mahlgut auf eine Mahlgut-Zwischen-Temperatur, vorzugsweise im Gegenstrom mithilfe von gasförmigem Stickstoff, wobei das mindestens eine Vorkühlaggregat dem Kühlaggregat derartig vorgeschaltet ist, dass das durch das mindestens eine Vorkühlaggregat auf die Mahlgut-Zwischen-Temperatur vorgekühlte Mahlgut nach dem Zuführen in das Kühlaggregat mittelbar oder unmittelbar in den flüssigen Stickstoff gelangen und darin eintauchen kann. Das Kühlaggregat weist dabei vorzugsweise einen Tank auf, wobei der Tank bis zu einer Füllstandgrenze mit dem flüssigen Stickstoff befüllbar ist, um darin befindliches Mahlgut auf eine definierte Mahlgut-Ausgangs-Temperatur von bis zu ca. -196°C zu kühlen.
  • Dadurch wird bereits der Vorteil erreicht, dass das Mahlgut durch mindestens eine Vorkühlung, die vorzugsweise im Gegenstrom lediglich über gasförmigen Stickstoff erfolgt, und durch eine Hauptkühlung, die ausschließlich über Stickstoff in flüssiger Form erfolgt, über einen großen Zeitraum abgekühlt wird. Da der flüssige Stickstoff in einem Tank auf das Mahlgut einwirkt und vorzugsweise eine unterseitige Entnahme des vorgekühlten Mahlgutes aus dem Tank vorgesehen ist, kann das Mahlgut effizient und mit hoher Verweildauer im Tank abgekühlt und dadurch effektiv versprödet werden. Dadurch wird dem Mahlgut die Möglichkeit gegeben, dass dieses auch bis in das Innere bzw. bis zum Kern gleichmäßig ausgekühlt wird. Dadurch kann das Mahlgut seine Temperatur länger auf einem niedrigen Niveau halten, so dass auch bis nach dem Mahlvorgang noch eine geringe Feingut-Ausgangs-Temperatur gehalten werden kann. Das Mahlgut kann dadurch auch während des gesamten Mahlvorganges noch in seinem Versprödungszustand verbleiben.
  • Die Vorkühlung und die Hauptkühlung wirken sich dabei insgesamt positiv auf den Mahlprozess in der Prallmühle aus, da das Material aufgrund der langen Verweildauer in einer kalten Umgebung insgesamt spröder ist bzw. eine annähernd gleichmäßige Sprödigkeit aufweist. Dadurch bricht das Material in der Prallmühle insgesamt besser, was sich positiv auf den Feinheitsgrad des Feingutes auswirkt.
  • Dabei kann vorteilhafterweise auch eine örtlich und thermisch entkoppelte Zuführung der am Mahlprozess in der Prallmühle teilnehmenden Stoffe, abgekühltes Mahlgut und gasförmiger Stickstoff bzw. Stickstoffstrom zum Inertisieren und zum Sicherstellen eines Sprödbruchs, stattfinden.
  • Unter einem derartigen entkoppelten Zuführen ist dabei im Rahmen der Erfindung zu verstehen, dass die Stoffe zunächst einzeln und unabhängig voneinander örtlich getrennt gezielt dosiert und einzeln temperiert werden und der Prallmühle danach einzeln oder zusammen zugeführt werden können, um als Mahlgutstrom zusammen mit den Schlagelementen der Prallmühle zu wechselwirken. Das Zuführen in die Prallmühle muss dabei nicht zwangsläufig getrennt erfolgen. Vielmehr können beide unabhängig dosiert und einzeln temperiert bereitgestellten Stoffe beispielsweise über ein Y-Stück vor der Prallmühle bereits zusammengeführt und gemeinsam als Gemisch (Mahlgutstrom) über den Anschluss in die Prallmühle geleitet werden.
  • Beim Vorgehen im Stand der Technik werden die am Mahlprozess in der Prallmühle teilnehmenden Stoffe, Mahlgut und gasförmiger Stickstoff, in dem vorgeschalteten Kühlprozess gemeinsam annähernd gleich temperiert und anschließend in die Prallmühle geleitet. Dies macht die Einstellung der optimalen Mahlgutstrom-Dichte in der Prallmühle und damit eine Optimierung des Feinheitsgrades des ausgetragenen Feingutes bei gleichzeitig optimiertem Verbrauch an Antriebs-Energie der Prallmühle sowie an Stickstoff, unmöglich. Das Ziel, das Mahlgut auch während des gesamten Mahlvorganges noch in seinem Versprödungszustand zu halten und damit einen Sprödbruch sicherzustellen, ist dadurch im Stand der Technik zumindest ökonomisch nicht möglich.
  • Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Mahlvorrichtung weiterhin vorgesehen, dass die Mischzelle mehrere Zuflüsse und einen Abfluss aufweist, wobei der Mischzelle über die mehreren Zuflüsse beispielsweise - gasförmiger Stickstoff aus einem Stickstoff-Gasgenerator und/oder Restgas aus einem pneumatischen Filter, d.h. aus dem Mahlprozess, und/oder ein Vorkühl-Gasstrom aus dem mindestens einen Vorkühlaggregat und/oder - flüssiger Stickstoff aus einem Stickstoff-Tank zuführbar ist.
  • Damit kann auf verschiedenste Stickstoffquellen zurückgegriffen werden, um den entsprechend vorgegebenen Durchsatz bzw. die vorgegebene Temperatur des Stickstoffstroms einzustellen, wodurch der Vorgang flexibler wird. Anstatt oder ergänzend zu den genannten Stickstoffquellen können auch weitere Stickstoffquellen vorgesehen sein. Je nach Konstruktion der Mahlvorrichtung und Vorgabe der Soll-Werte kann dabei der ohnehin vorhandene Vorkühl-Gasstrom oder das vorhandene Stickstoff-Restgas aus dem Mahlprozess verwendet werden oder aber gezielt gasförmiger Stickstoff mit einem Stickstoff-Gasgenerator erzeugt werden oder flüssiger Stickstoff aus einem Stickstoff-Tank bereitgestellt werden, um die vorgegebene Menge an Stickstoff bereitzustellen und/oder eine entsprechende Temperierung zu erreichen.
  • Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass die Mischzelle ferner eine Mischkammer aufweist, wobei der über die mehreren Zuflüsse zugeführte gasförmige Stickstoff und der in der Mischkammer verdampfende flüssige Stickstoff in der Mischkammer derartig auf einer Wärmeaustauschstrecke vermischt werden können, dass sich an dem Abfluss, der mit dem Anschluss der Prallmühle verbunden oder verbindbar ist, ein Stickstoffstrom mit der vorgegebenen Stickstoffstrom-Soll-Temperatur und dem vorgegebenen Stickstoffstrom-Soll-Durchsatz ausbildet. Dadurch kann der Stickstoffstrom auf einfache Weise in der Mischkammer aus den unterschiedlichen Zuflüssen konditioniert werden. Um eine Wärmeaustauschstrecke innerhalb der Mischkammer zu erhöhen, können im Schnitt mäanderförmig angeordnete Kanäle, beispielsweise ausgebildet durch ineinandergesteckte Rohre, in der Mischkammer vorgesehen sein, innerhalb derer der zugeführte gasförmige Stickstoff aus den einzelnen Zuflüssen unter gegenseitiger Vermischung zum Abfluss geleitet wird.
  • Vorzugsweise ist ergänzend vorgesehen, dass zumindest jedem Zufluss, durch den gasförmiger Stickstoff in die Mischkammer eingeleitet wird, eine Sensorik zugeordnet ist, wobei die Sensorik ausgebildet ist, einen Ist-Massefluss und/oder eine Ist-Temperatur zumindest des gasförmigen Stickstoffes im jeweiligen Zufluss zu erfassen. Dadurch kann die Bereitstellung eines vorgegeben konditionierten (Dosierung und Temperierung) Stickstoffstroms durch die Mischzelle genauer und schneller erfolgen. Vorzugsweise ist ergänzend auch eine Sensorik am Abfluss der Mischzelle vorgesehen, um einen Soll-Ist-Vergleich des ausgehenden konditionierten Stickstoffstroms zu ermöglichen. Darüber kann beispielsweise auch festgestellt werden, ob über den jeweiligen Zufluss mehr oder weniger flüssiger Stickstoff in die Mischkammer zuzuführen ist, um die Stickstoffstrom-Temperatur zu verringern bzw. zu erhöhen und damit an die Stickstoffstrom-Soll-Temperatur anzugleichen.
  • Vorzugsweise ist dazu ergänzend vorgesehen, dass zumindest einigen der Zuflüsse ein Einlassventil zugeordnet ist, wobei das jeweilige Einlassventil ausgebildet ist, eine Zufuhr von gasförmigem Stickstoff und/oder flüssigem Stickstoff über den jeweiligen Zufluss in die Mischkammer zu ermöglichen oder zu verhindern. Vorzugsweise ist dabei als Einlassventil ein Drosselventil vorgesehen, dessen Drosselquerschnitt feinstufig eingestellt werden kann, um den jeweiligen eingehenden Massefluss zu regeln. Daher kann die Dosierung der einzelnen Stickstoffquellen in einfacher Weise feinstufig gesteuert werden. Um ein Rückströmen aus der Mischkammer zu den einzelnen Stickstoffquellen zu verhindern, können weiterhin Rückschlagventile für jeden Zufluss vorgesehen sein. Auch im Abfluss kann ein derartiges Rückschlagventil vorgesehen sein, um bei einer ungewollten Druckerhöhung z.B. in der Prallmühle ein Rückströmen des Mahlgutstroms in die Mischkammer der Mischzelle zu verhindern.
  • Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass die Mischzelle eine Mischzellen-Steuereinrichtung aufweist, wobei die Mischzellen-Steuereinrichtung ausgebildet ist, beispielsweise über einen entsprechenden Algorithmus, das Einlassventil des jeweiligen Zuflusses derartig vorzugsweise basierend auf den von der Sensorik gemessenen Werten anzusteuern, dass der Mischkammer gasförmiger Stickstoff und/oder flüssiger Stickstoff zugeführt und darin derartig über die Wärmeaustauschstrecke vermischt wird, dass sich am Abfluss der Mischzelle ein Stickstoffstrom mit der vorgegebenen Stickstoffstrom-Soll-Temperatur und dem vorgegebenen Stickstoffstrom-Soll-Durchsatz ausbildet. Dadurch wird das Einstellen eines optimierten Stickstoffstromes bzw. einer optimierten Mahlgutstrom-Dichte in einfacher Weise durch eine entsprechende elektrische Ansteuerung basierend auf den von der Sensorik gemessenen Werten ermöglicht, so dass eine reproduzierbare Bereitstellung von Feingut mit hohem Feinheitsgrad erreicht werden kann.
  • Die Ausführung des mindestens einen Vorkühlaggregats ist variabel und kann beispielsweise je nach Ort und Anwendung gewählt werden. Beispielsweise kann als Vorkühlaggregat mindestens ein Gegenstrom-Vorkühlaggregat mit jeweils einer Vorkühlstrecke und/oder mindestens ein Behälter-Vorkühlaggregat mit einem Behälter-Innenraum vorgesehen sein. Dabei ist das mindestens eine Gegenstrom-Vorkühlaggregat ausgebildet, in dem mindestens einen Gegenstrom-Vorkühlaggregat vorhandenes bzw. transportiertes Mahlgut in einem Gegenstrom aus gasförmigem Stickstoff innerhalb der jeweiligen Vorkühlstrecke vorzukühlen. Unter Gegenstrom wird hierbei verstanden, dass die Förderrichtung des Mahlgutes entgegengesetzt zur Förderrichtung des gasförmigen Stickstoffs ausgerichtet ist. Das Behälter-Vorkühlaggregat, beispielsweise ein Kühl-Container, ist ausgebildet, in dem Behälter-Innenraum befindliches Mahlgut beliebig vorzukühlen, beispielsweise gemäß dem Linde-Verfahren.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das mindestens eine Gegenstrom-Vorkühlaggregat dem Kühlaggregat derartig vorgeschaltet ist, dass ein in dem Kühlaggregat durch Verdampfung des flüssigen Stickstoffs ausgebildeter Vorkühl-Gasstrom in das mindestens eine Gegenstrom-Vorkühlaggregat eingeleitet werden kann, um das in dem jeweiligen Gegenstrom-Vorkühlaggregat befindliche Mahlgut innerhalb der jeweiligen Vorkühlstrecke in einem Gegenstrom durch den Vorkühl-Gasstrom auf eine Mahlgut-Zwischen-Temperatur vorzukühlen. Die Mahlgut-Zwischen-Temperatur sollte dabei je nach Auslegung der Vorkühlstrecke am Übergang zum Kühlaggregat in etwa der Stickstoff-Zwischen-Temperatur des Vorkühl-Gasstroms entsprechen, nachdem der Vorkühl-Gasstrom alle Gegenstrom-Vorkühlaggregate passiert hat, wobei jeweils Temperaturen von beispielsweise weniger als ca. -40°C vorherrschen können.
  • Dadurch kann für die Vorkühlung des Mahlgutes der ohnehin im Kühlaggregat verdampfende Stickstoff als Gegenstrom verwendet werden, so dass für die Vorkühlung im mindestens einen Gegenstrom-Vorkühlaggregat keine weiteren Stoffe bzw. Kühlelemente nötig sind. Das in den flüssigen Stickstoff des Kühlaggregats eintauchende wärmere Mahlgut führt dabei automatisch zum Verdampfen des flüssigen Stickstoffs und sorgt damit für einen zur Vorkühlung verwendbaren Vorkühl-Gasstrom.
  • Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass das mindestens eine Gegenstrom-Vorkühlaggregat oberhalb des Kühlaggregates angeordnet ist, so dass der durch Verdampfung des flüssigen Stickstoffs ausgebildete Vorkühl-Gasstrom kaminartig als Gegenstrom in die jeweilige Vorkühlstrecke des jeweiligen Gegenstrom-Vorkühlaggregats gelangen kann. Demnach sind keine zusätzlichen Gasleitungen oder Gasführungen nötig, um den gasförmigen Stickstoff zur Vorkühlung aus dem Kühlaggregat in das jeweilige Gegenstrom-Vorkühlaggregat zu leiten.
  • Vorteilhafterweise können aber auch für das vorgekühlte Mahlgut Förderstrecken zwischen dem mindestens einen Gegenstrom-Vorkühlaggregat und der Hauptkühlung entfallen, wenn als mindestens ein Gegenstrom-Vorkühlaggregat ein erstes Gegenstrom-Vorkühlaggregat verwendet wird, das derartig ausgebildet und dem Kühlaggregat derartig mittelbar oder unmittelbar vorgeschaltet ist, dass das dem ersten Gegenstrom-Vorkühlaggregat zugeführte Mahlgut aufgrund der Schwerkraft entlang einer ersten Vorkühlstrecke des ersten Gegenstrom-Vorkühlaggregates fallen kann und das zugeführte fallende Mahlgut gleichzeitig in einem Gegenstrom aus gasförmigem Stickstoff, vorzugsweise dem Vorkühl-Gasstrom, innerhalb der ersten Vorkühlstrecke vorgekühlt werden kann und anschließend in den flüssigen Stickstoff des Tanks gelangen kann.
  • Gegenüber einer Anordnung des ersten Gegenstrom-Vorkühlaggregates z.B. unterhalb oder neben dem Kühlaggregat kann also ein erhöhter Förderaufwand, Isolieraufwand und Kostenaufwand vermieden werden. Gleichzeitig kann der Vorkühl-Gasstrom entgegen der durch die Gravitation bewirkten Fallrichtung des Mahlgutes nach oben aus dem Kühlaggregat in das erste Gegenstrom-Vorkühlaggregat aufsteigen, um einen Gegenstrom zu erzeugen. Dadurch sind die Vorkühlung und die Zuführung des Mahlgutes in das Kühlaggregat vereinfacht.
  • Das erste Gegenstrom-Vorkühlaggregat der Vorkühlung und das Kühlaggregat der Hauptkühlung können dabei als separate Anlagenteile der Mahlvorrichtung ausgeführt sein oder aber in einem Bauteil zusammengefasst sein. Es ist lediglich sicherzustellen, dass der verdampfende Stickstoff aus dem Kühlaggregat möglichst vollständig in das erste Gegenstrom-Vorkühlaggregat geführt werden kann, um darin für eine Vorkühlung des Mahlguts im Gegenstrom sorgen zu können.
  • Dabei ist die erste Vorkühlstrecke im ersten Gegenstrom-Vorkühlaggregat und ggf. auch weitere Vorkühlstrecken in weiteren Gegenstrom-Vorkühlaggregaten derartig anzupassen, dass im Gegenstrom ein umfassender Energieaustausch zwischen dem verdampfenden gasförmigen Stickstoff des Vorkühl-Gasstroms und dem zugeführten Mahlgut stattfinden kann. Bei einem bestimmten Durchsatz an zugeführtem Mahlgut nimmt die Menge an verdampfendem Stickstoff im Vorkühl-Gasstrom nach dem Anfahren der Anlage nach einer gewissen Zeit einen bestimmten Gleichgewichtszustand ein. Bei idealer Abstimmung der jeweiligen Vorkühlstrecke findet in diesem Gleichgewichtszustand ein effizienter Energieaustausch statt, aufgrund dessen sich die Mahlgut-Zwischen-Temperatur und die Stickstoff-Zwischen-Temperatur an den entsprechenden Stellen (s.o.) in etwa angleichen, beispielsweise bei ca. -40°C oder weniger.
  • Gemäß einer weiteren Ausführung für die Vorkühlung kann ein zweites Gegenstrom-Vorkühlaggregat vorgesehen sein, das derartig ausgebildet und dem Kühlaggregat derartig mittelbar oder unmittelbar vorgeschaltet ist, dass das dem zweiten Gegenstrom-Vorkühlaggregat zugeführte Mahlgut in einem Wirbelschnecken-Innenraum entlang einer zweiten Vorkühlstrecke transportiert werden kann und das zugeführte Mahlgut gleichzeitig in einem Gegenstrom aus gasförmigem Stickstoff, vorzugsweise dem Vorkühl-Gasstrom, innerhalb der zweiten Vorkühlstrecke unter Vermischung mit dem gasförmigen Stickstoff vorgekühlt werden kann.
  • Durch die Verwendung einer Wirbelschnecke kann ein effektiver thermischer Austausch von Energie zwischen dem gasförmigen Stickstoff und dem Mahlgut erfolgen, da durch die Wirbelschnecke turbulente statt laminare Strömungsverhältnisse herrschen und beide Stoffe dadurch besser miteinander vermischt werden und thermisch interagieren können, so dass eine effiziente Vorkühlung erfolgen kann. Dies kann ergänzend oder anstelle des ersten Gegenstrom-Vorkühlaggregates erfolgen, so dass der Prozess insgesamt flexibel gestaltet werden kann.
  • Auch in dieser Ausführung kann durch eine entsprechende Anordnung des zweiten Gegenstrom-Vorkühlaggregates ein in dem Kühlaggregat durch Verdampfung des flüssigen Stickstoffs ausgebildeter Vorkühl-Gasstrom in den Wirbelschnecken-Innenraum des zweiten Gegenstrom-Vorkühlaggregats gelangen, durch das das Mahlgut durch die Rotation der Wirbelschnecke transportiert wird. Der Vorkühl-Gasstrom kann also zusätzlich, nachdem es ggf. die Vorkühlstrecke im ersten Gegenstrom-Vorkühlaggregat passiert hat, in dem zweiten Gegenstrom-Vorkühlaggregat für eine Vorkühlung im Gegenstrom sorgen. Optional kann je nach Abstimmung des Mahlprozesses zumindest zeitweise flüssiger Stickstoff in den Wirbelschnecken-Innenraum eingelassen werden.
  • Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass ein drittes Gegenstrom-Vorkühlaggregat durch ein Aufgabesilo ausgebildet wird, wobei das Aufgabesilo Mahlgut für den Mahlprozess bereitstellt, wobei gasförmiger Stickstoff, beispielsweise Restgas aus einem pneumatischen Filter, derartig in das Aufgabesilo eingeleitet werden kann, dass das darin befindliche Mahlgut innerhalb einer dritten Vorkühlstrecke im Gegenstrom aus gasförmigem Stickstoff vorgekühlt werden kann, bevor das Mahlgut aus dem Aufgabesilo ausgetragen wird.
  • Damit kann vorteilhafterweise bereits im Aufgabesilo eine Vorkühlung stattfinden, um den Vorkühlprozess zu unterstützen. Dazu kann beispielsweise im Prozess befindliches Stickstoff-Restgas aus einem pneumatischen Filter der Mahlvorrichtung verwendet werden.
  • Wird ergänzend ein Behälter-Vorkühlaggregat verwendet, das beispielsweise vor dem Aufgabesilo angeordnet ist, befindet sich das Mahlgut zur Vorkühlung innerhalb eines Behälter-Innenraums des Behälter-Vorkühlaggregats, wobei der Behälter-Innenraum beispielsweise auf weniger als -10°C, vorzugsweise weniger als -30°C, insbesondere auf bis zu -70°C, abgekühlt wird, beispielsweise gemäß dem Linde-Verfahren und ggf. unterstützend durch im Prozess befindliches Stickstoff-Restgas aus einem pneumatischen Filter der Mahlvorrichtung. Das in dem Behälter-Innenraum befindliche Mahlgut wird anschließend dem einen oder den mehreren Gegenstrom-Vorkühlaggregat(en) bereits vorgekühlt zugeführt.
  • Um eine effiziente Vorkühlung im Gegenstrom zu ermöglichen, ist bevorzugt zumindest ein Gegenstrom-Vorkühlaggregat, insbesondere das erste Gegenstrom-Vorkühlaggregat, vor der Hauptkühlung vorzusehen. Dadurch kann je nach Anwendung und Standort der Mahlvorrichtung eine alternative oder weitere ggf. energieeffizientere Vorkühlung ermöglicht werden.
  • Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass dem mindestens einen Gegenstrom-Vorkühlaggregat eine Dosierschnecke vorgeschaltet ist, wobei die Dosierschnecke das von einem Aufgabesilo und/oder aus einer Siebvorrichtung (als Rückführung von Grobkorn) und/oder aus dem Behälter-Vorkühlaggregat bereitgestellte Mahlgut dosiert in das mindestens eine Gegenstrom-Vorkühlaggregat leitet. Demnach können die Geschwindigkeit bzw. die Zuführrate des Mahlgutes über die Dosierschnecke gezielt eingestellt werden, beispielsweise in Abhängigkeit des erzeugten Vorkühl-Gasstromes, um den Abkühl- und Mahlprozess gezielt zu steuern.
  • Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass dem Kühlaggregat eine Förderschnecke, vorzugsweise eine motorisch betriebene Förderschnecke, nachgeschaltet ist, wobei die Förderschnecke das auf die Mahlgut-Ausgangs-Temperatur abgekühlte Mahlgut dosiert, d.h. mit einem definierten Massefluss, zum mindestens einen Anschluss der Prallmühle fördert. Damit kann auch das der Prallmühle zugeführte Mahlgut dosiert werden, um das Vermahlen in der Prallmühle effizient zu gestalten.
  • Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass das Mahlgut und/oder das Feingut innerhalb der gesamten Mahlvorrichtung inert gehalten sind. Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass der gesamte Prozess nicht durch Migration von Sauerstoff und Luftfeuchte aus Umgebungsluft negativ beeinträchtigt wird. Dies kann durch entsprechend abgeschlossene Anlagenteile erreicht werden, in denen sich gasförmiger Stickstoff und/oder ein Überdruck befindet. Ergänzend kann vorgesehen sein, dass zumindest beim Abschalten der Mahlvorrichtung über die Mischzelle durch entsprechendes Öffnen des jeweiligen Einlassventils gasförmiger Stickstoff, der von dem Stickstoff-Gasgenerator bereitgestellt wird, in den Kreislauf gefördert wird. Dadurch kann über den Stickstoff-Gasgenerator, der mit der Mischzelle verbunden ist, also auch verhindert werden, dass beim Abschalten der Anlage feuchte Umgebungsluft in den Kreislauf eindringen kann.
  • Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Verfahren zum Vermahlen von Mahlgut, vorzugsweise aus Thermoplasten und/oder Elastomeren, insbesondere mit einer erfindungsgemäßen Mahlvorrichtung, mit mindestens den folgenden Schritten vorgesehen:
    • Bereitstellen von Mahlgut und Zuführen des Mahlgutes in mindestens ein Vorkühlaggregat zum Vorkühlen des zugeführten Mahlgutes, vorzugsweise im Gegenstrom, auf eine Mahlgut-Zwischen-Temperatur;
    • Zuführen des auf die Mahlgut-Zwischen-Temperatur vorgekühlten Mahlgutes in ein Kühlaggregat mit flüssigem Stickstoff, so dass das vorgekühlte Mahlgut durch den flüssigen Stickstoff auf eine Mahlgut-Ausgangs-Temperatur abgekühlt wird;
    • Fördern des auf die Mahlgut-Ausgangs-Temperatur abgekühlten Mahlgutes in eine Prallmühle;
    • Vermahlen des auf die Mahlgut-Ausgangs-Temperatur abgekühlten Mahlgutes zu Feingut unter gleichzeitiger Zuführung eines Stickstoffstroms aus gasförmigem Stickstoff, wobei der Stickstoffstrom aus gasförmigem Stickstoff der Prallmühle mit einer vorgegebenen Stickstoffstrom-Soll-Temperatur und einem vorgegebenen Stickstoffstrom-Soll-Durchsatz bereitgestellt wird, um der Prallmühle eine definierte Mahlgutstrom-Dichte eines Mahlgutstroms aus dem Mahlgut und dem Stickstoffstrom bereitzustellen.
  • Durch das Vorkühlen und das Kühlen in dem Bad aus flüssigem Stickstoff wird das Mahlgut, wie bereits beschrieben, effizient bis ins Innere auf eine niedrige Mahlgut-Ausgangs-Temperatur gekühlt, bevor es mit einem definierten Massefluss in die Prallmühle gelangt und dort mit einem entsprechend konditionierten Stickstoffstrom zusammen vermahlen wird, so dass der Mahlvorgang insgesamt effizienter gestaltet werden kann und, je nach Anwendung, auch höhere Feinheitsgrade reproduzierbar erreicht werden können.
  • Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass das Bereitstellen des abgekühlten Mahlgutes in die Prallmühle thermisch entkoppelt von der Bereitstellung des Stickstoffstroms aus gasförmigem Stickstoff erfolgt, bevor diese der Prallmühle zugeführt werden. Dadurch können die Prallmühle bzw. die Mahlvorrichtung insgesamt effizienter betrieben werden, wie bereits beschrieben.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Mahlvorrichtung gemäß dem Stand der Technik;
    Fig. 2
    eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen Mahlvorrichtung;
    Fig. 3
    eine zweite Ausführung einer erfindungsgemäßen Mahlvorrichtung; und
    Fig. 4a, 4b
    perspektivische Ansichten einer Mischzelle.
  • Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Mahlvorrichtung 1a gemäß dem Stand der Technik, die dazu dient, in einem Aufgabesilo 2 über eine untere Aufgabesilo-Öffnung 2a aufgegebenes Mahlgut 3 durch eine Prallmühle 4, beispielsweise einen Desintegrator 4a, in einem bestimmten Feinheitsgrad zu vermahlen. Auf dem Weg zur Prallmühle 4 wird das Mahlgut 3 über eine Dosierschnecke 5 entsprechend dosiert und mit einer Mahlgut-Eingangs-Temperatur TE3 von beispielsweise 20°C in ein Kühlaggregat 6, vorzugsweise einen motorisch betriebenen Wirbelschneckenkühler 6a, geleitet.
  • Über einen Stickstoff-Einlass 7 wird flüssiger Stickstoff LN aus einem Stickstoff-Tank 35 mit einer Stickstoff-Flüssigkeits-Temperatur TLN von ca. - 196°C in den Wirbelschneckenkühler 6a eingelassen, um das dem Wirbelschneckenkühler 6a zugeführte und darin zu einem Auslass 8 geförderte Mahlgut 3 abzukühlen und damit zu verspröden. Von dem Auslass 8 des Wirbelschneckenkühlers 6a gelangt das durch den flüssigen Stickstoff LN auf eine Mahlgut-Ausgangs-Temperatur TA3 abgekühlte Mahlgut 3 und das durch Verdampfung entstandene Stickstoffgas mit in etwa der gleichen Temperatur über einen Anschluss 4b in die Prallmühle 4 bzw. den Desintegrator 4a und wird darin in einer inerten Atmosphäre in abgekühlter Form vermahlen. Die Mahlgut-Ausgangs-Temperatur TA3 des Mahlgutes 3 kann dabei ca. -150°C betragen.
  • Ergänzend kann dem Desintegrator 4a über den Anschluss 4b auch ein weiterer Stickstoffstrom 20 zugeführt werden, so dass sich im Desintegrator 4a ein Gemisch (Mahlgutstrom 30) aus Mahlgut 3, durch Verdampfung entstandenes Stickstoffgas zum Inertisieren und dem ggf. zusätzlich zugeführten Stickstoffstrom 20 befindet, wobei dieser Mahlgutstrom 30 am Anschluss 4b eine gewisse Mahlgutstrom-Dichte Rho aufweist, die sich während des Mahlprozesses aufgrund einer Wärmeentwicklung verändert. Der optionale Stickstoffstrom 20 dient hierbei unterstützend der pneumatischen Förderung des mit gasförmigem Stickstoff GN vermischten Mahlguts bzw. des in der Prallmühle 4 produzierten, mit gasförmigem Stickstoff GN vermischten Feingutes 9.
  • Aus der Prallmühle 4 wird ein darin produzierter Feingutstrom 90 bestehend aus mit gasförmigem Stickstoff GN vermischtem Feingut 9 mit einer Feingut-Ausgangs-Temperatur TA9 von beispielsweise ca. -20°C über einen Feingut-Ausgang 4c ausgetragen. Dabei sorgt der Stickstoffstrom 20 im Betrieb des Desintegrators 4a automatisch für ein Herausdrücken des Feingutstroms 90 (mit gasförmigem Stickstoff GN vermischtem Feingut 9) aus dem Feingut-Ausgang 4c, so dass dadurch bereits ein pneumatisches Fördern des Feingutstroms 90 zum nächsten Element der Mahlvorrichtung 1a, hier einem Zyklon 10, ermöglicht wird. Der pneumatische Transport des Feingutstroms 90 zum Zyklon 10 wird dabei von einem Gebläse 15 unterstützt.
  • Anschließend gelangt der Feingutstrom 90 also in einen Zyklon 10, in dem der größte Teil des Feingutes 9 aus dem Feingutstrom 90 vom gasförmigen Stickstoff GN abgetrennt wird, wobei anschließend insbesondere das Feingut 9, beispielsweise Gummipulver, aus dem Zyklon 10 ausgetragen wird. Dieses Feingut 9 wird anschließend in ggf. aufgewärmter Form in eine Siebvorrichtung 12 geleitet, in der es (je nach späterer Verwendung über die entsprechend zu wählenden Siebschnitte) in seine unterschiedlichen Feingut-Fraktionen, d.h. Grobkorn 11G und Feinkorn 11F, aufgetrennt wird. Das Grobkorn 11G des Feingutes 9 kann optional in beliebiger Weise, z.B. über eine Repassierleitung 24, zurück zur Dosierschnecke 5 gefördert und damit dem Mahlprozess erneut zugeführt werden. Das Feinkorn 11F weist beispielsweise ein Kornspektrum von <200µm auf und kann als Fertiggut 13 entsprechend weiterverwendet werden.
  • Der im Zyklon 10 verbleibende Teil des Feingutstroms 90, der insbesondere aus gasförmigem Stickstoff GN und Feingutstäuben 11S besteht, wird in einem pneumatischen Filter 14 in seine Bestandteile getrennt. Da bereits eine Auftrennung im Zyklon 10 stattgefunden hat, wird der pneumatische Filter 14 zur Resttrennung von Feingutstäuben 11S und gasförmigem Stickstoff GN weniger stark belastet und kann daher entsprechend klein dimensioniert werden.
  • Der Feingutstaub 11S wird ebenfalls ggf. in aufgewärmter Form in die Siebvorrichtung 12 geleitet. Zum Fördern des kalten gasförmigen Stickstoffs GN und der Feingutstaubs 11S aus dem Zyklon 10 in den pneumatischen Filter 14, ist ein Gebläse 15 vorgesehen. Dieses saugt den verbleibenden Feingutstrom 90 aus gasförmigem Stickstoff GN sowie den Feingutstäuben 11S aus dem Zyklon 10 an und bläst den gefilterten gasförmigen Stickstoff GN als kalten Stickstoffstrom 20 zum Unterstützen des pneumatischen Transports zu dem Anschluss 4b zurück zur Prallmühle 4.
  • Um den Mahlprozess zu optimieren, sind in der erfindungsgemäßen Mahlvorrichtung 1b gemäß Fig. 2 und 3 einzelne Veränderungen vorgesehen. Für Komponenten, die gleichwirkend zum Stand der Technik (Fig. 1) sind, werden im Folgenden dieselben Bezeichnungen und Bezugszeichen verwendet.
  • Demnach ist in Fig. 2 vorgesehen, dass in einem Aufgabesilo 2 über die untere Aufgabesilo-Öffnung 2a aufgegebenes Mahlgut 3 über eine Dosierschnecke 5 entsprechend dosiert und mit einer Mahlgut-Eingangs-Temperatur TE3 in ein erstes Gegenstrom-Vorkühlaggregat 16a und aus diesem in das eigentliche Kühlaggregat 6 geleitet wird. Das erste Gegenstrom-Vorkühlaggregat 16a dient der Vorkühlung des Mahlgutes 3 auf eine Mahlgut-Zwischen-Temperatur TZ3 von beispielsweise zwischen -35°C und - 45°C. Diese Mahlgut-Zwischen-Temperatur TZ3 liegt bei idealer Temperierung am unteren Ende des ersten Gegenstrom-Vorkühlaggregates 16a vor, so dass das Mahlgut 3 mit dieser Temperatur in die Hauptkühlung übergehen kann.
  • Das im ersten Gegenstrom-Vorkühlaggregat 16a befindliche Mahlgut 3 wird dabei durch einen in Fig. 2 nach oben gerichteten Vorkühl-Gasstrom 17 aus gasförmigem Stickstoff GN vorgekühlt. Dieser Vorkühl-Gasstrom 17 weist zumindest am oberen Ende des ersten Gegenstrom-Vorkühlaggregates 16a eine Stickstoff-Zwischen-Temperatur TZN von beispielsweise zwischen -35°C und -45°C auf. Die Mahlgut-Zwischen-Temperatur TZ3 und die Stickstoff-Zwischen-Temperatur TZN stellen sich hierbei je nach Auslegung und Anwendung der Mahlvorrichtung 1b ein, können von den genannten Werten aber auch abweichen. Insgesamt sind die in den Ausführungsbeispielen der Erfindung genannten Temperaturwerte, insbesondere für den gasförmigen Stickstoff GN, das Mahlgut 3 und das Feingut 9, abhängig von der Auslegung und der Anwendung und können daher von den genannten Werten entsprechend auch abweichen.
  • Der Vorkühl-Gasstrom 17 wirkt gemäß dieser Ausführung auf einer bestimmten ersten Vorkühlstrecke SVa auf das zugeführte Mahlgut 3 ein, wobei dies in einem Gegenstrom erfolgt, d.h. das über die erste Vorkühlstrecke SVa nach unten fallende Mahlgut 3 wird durch den entgegengesetzt ausgerichteten Vorkühl-Gasstrom 17 abgekühlt.
  • Der Vorkühl-Gasstrom 17 wird gemäß dieser Ausführungsform maßgeblich dadurch erzeugt, dass in dem Kühlaggregat 6 befindlicher flüssiger Stickstoff LN verdampft und der dadurch entstehende gasförmige Stickstoff GN kaminartig durch das erste Gegenstrom-Vorkühlaggregat 16a nach oben geleitet wird. Das Kühlaggregat 6 und das erste Gegenstrom-Vorkühlaggregat 16a können dabei einteilig oder aber als getrennte Baueinheiten ausgeführt sein, wobei die Ausdehnung des ersten Gegenstrom-Vorkühlaggregates 16a durch die erste Vorkühlstrecke SVa bestimmt ist. Insofern soll die Darstellung in Fig. 2 lediglich schematisch andeuten, dass zwischen dem Kühlaggregat 6 und dem ersten Gegenstrom-Vorkühlaggregat 16a ein beliebiger Übergang besteht, der einen Durchgang von vorgekühltem Mahlgut 3 in das Kühlaggregat 6 sowie von gasförmigem Stickstoff GN in das erste Gegenstrom-Vorkühlaggregat 16a ermöglicht.
  • Das Kühlaggregat 6 wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel durch einen Tank 6b ausgebildet, in den über einen Stickstoff-Einlass 7 flüssiger Stickstoff LN aus einem Stickstoff-Tank 35 mit einer Stickstoff-Flüssigkeits-Temperatur TLN von ca. -196°C eingelassen ist und der fortlaufend bis zu einer bestimmten Füllstandgrenze 18 nachgefüllt wird. Über eine Oberseite 6c des Kühlaggregats 6 bzw. des Tanks 6b wird dem Tank 6b das im Gegenstrom vorgekühlte Mahlgut 3 mit der Mahlgut-Zwischen-Temperatur TZ3 (z.B. -45°C) zugeführt. Sobald das vorgekühlte Mahlgut 3 im Tank 6b in den flüssigen Stickstoff LN gelangt, kühlt sich das Mahlgut 3 weiter ab und wird weiter versprödet. Das in den flüssigen Stickstoff LN des Kühlaggregats 6 eintauchende wärmere Mahlgut 3 führt dabei zum Verdampfen des flüssigen Stickstoffs LN, so dass sich ein für die Vorkühlung verwendbarer Vorkühl-Gasstrom 17 ausbildet.
  • Dabei ist die erste Vorkühlstrecke SVa im ersten Gegenstrom-Vorkühlaggregat 16a derartig anzupassen, dass im Gegenstrom ein umfassender Energieaustausch zwischen dem im Tank 6b verdampfenden gasförmigen Stickstoff GN (Vorkühl-Gasstrom 17) und dem durch das erste Gegenstrom-Vorkühlaggregat 16a gelangende Mahlgut 3 stattfinden kann. Beim Zuführen des Mahlgutes 3 nimmt die Menge an verdampfendem gasförmigen Stickstoff GN des Vorkühl-Gasstroms 17 nach dem Anfahren der Mahlvorrichtung 1b nach einer gewissen Zeit einen Gleichgewichtszustand ein. Bei idealer Abstimmung der ersten Vorkühlstrecke SVa findet in diesem Gleichgewichtszustand ein Energieaustausch statt, aufgrund dessen sich die Mahlgut-Zwischen-Temperatur TZ3 am unteren Ende des ersten Gegenstrom-Vorkühlaggregats 16a und die Stickstoff-Zwischen-Temperatur TZN am oberen Ende des ersten Gegenstrom-Vorkühlaggregats 16a in etwa angleichen, beispielsweise zwischen -35°C und -45°C oder weniger.
  • Über einen vorzugsweise unterseitigen Zugang 6d ist der Tank 6b mit einer motorisch betriebenen Förderschnecke 19 verbunden. Das im Tank 6b befindliche versprödete Mahlgut 3 kann darüber bei idealer Temperierung mit einer definierten Mahlgut-Ausgangs-Temperatur TA3 von ca. -196°C in Richtung der Prallmühle 4, beispielsweise des Desintegrators 4a, gefördert und dieser mit einem definierten Massestrom über den Anschluss 4b zugeführt werden. Als schnelllaufende Prallmühle 4 kann anstelle eines Desintegrators 4a aber auch eine gleichwirkende Stiftmühle, Wirbelstrommühle, Luftwirbelmühle, etc., zur Anwendung kommen. Unter einer Prallmühle 4 wird dabei im Rahmen der Erfindung allgemein eine Mühle verstanden, bei der die Zerkleinerung des versprödeten Mahlgutes 3 durch eine Schlag-Prall-Beanspruchung erreicht wird. Bei einer Schlagbeanspruchung wird das aufgegebene Mahlgut 3 von einem schnellbeweglichen Schlagelement in der Prallmühle 4 getroffen und durch Schlag zerkleinert. Bei einer Prallbeanspruchung trifft das schnell beschleunigte Mahlgut 3 auf eine feststehende bzw. anderweitig beschleunigte Fläche (Schlagelement, anderes Teilchen) und wird durch Prall (Aufprall) zerkleinert.
  • In der jeweiligen Prallmühle 4 wird das Mahlgut 3 anschließend in einer inerten Atmosphäre in abgekühlter Form vermahlen. Aus der Prallmühle 4 wird das darin produzierte Feingut 9 mit einer Feingut-Ausgangs-Temperatur TA9 von beispielsweise ca. -50°C aus dem Feingut-Ausgang 4c ausgetragen. Dabei sorgt ein Stickstoffstrom 20 im Betrieb der Prallmühle 4 automatisch für ein Herausdrücken bzw. einen pneumatischen Transport des Feingutes 9, das mit gasförmigem Stickstoff GN zu einem Feingutstrom 90 vermischt ist, aus dem Feingut-Ausgang 4c.
  • Neben dem Mahlgut 3 wird der jeweiligen Prallmühle 4 bzw. dem Desintegrator 4a über den Anschluss 4b ein gezielt konditionierter gasförmiger Stickstoffstrom 20 aus kaltem gasförmigen Stickstoff GN mit einer einstellbaren Stickstoffstrom-Temperatur T20 von beispielsweise zwischen -75°C und - 90°C und mit einem einstellbaren Stickstoffstrom-Durchsatz ND (kg pro h) zugeführt. Der Stickstoffstrom 20 dient dabei zur Inertisierung der Atmosphäre in der Prallmühle 4 sowie zum Sicherstellen eines effektiven Sprödbruchs beim Mahlen, wie nachfolgend beschrieben. Dabei erfolgt ein thermisch vollständig entkoppeltes Zuführen der an dem Mahlprozess teilnehmenden Stoffe, d.h. dem gekühlten Mahlgut 3 und dem gasförmigen Stickstoff GN aus dem Stickstoffstrom 20, die zusammen einen Mahlgutstrom 30 ausbilden.
  • Unter einem vollständig entkoppelten Zuführen ist dabei zu verstehen, dass die Stoffe (3 + 20) zunächst einzeln und unabhängig voneinander gezielt dosiert und einzeln temperiert (TA3, T20) werden und der Prallmühle 4 nach einem dosierten und einzeln temperierten Bereitstellen zugeführt werden. Das Einführen der beiden Stoffe (3 + 20) in die Prallmühle 4 erfolgt dabei, wie in Fig. 2 dargestellt, nicht getrennt. Vielmehr werden beide einzeln dosiert und einzeln temperiert bereitgestellten Stoffe (3 + 20) beispielsweise über ein Y-Stück vor der Prallmühle 4 zusammengeführt und gemeinsam als Gemisch bzw. als Mahlgutstrom 30 über den Anschluss 4b in die Prallmühle 4 geleitet.
  • Dies unterscheidet die erfindungsgemäße Ausführung in Fig. 2 von der bekannten Ausführung in Fig. 1 (Stand der Technik), wobei in Fig. 1 verdampfter gasförmiger Stickstoff GN aus dem Wirbelschneckenkühler 6a zusammen bzw. "thermisch gekoppelt" mit dem Mahlgut 3 direkt in die Prallmühle 4 gelangt, so dass keine unabhängige Dosierung und keine einzelne Temperierung der am Mahlprozess in der Prallmühle 4 teilnehmenden Stoffe, Mahlgut 3 und gasförmiger Stickstoff GN, erfolgt. Dadurch ist der Mahlprozess gemäß der Anordnung des Standes der Technik (Fig. 1) weniger effizient als bei der erfindungsgemäßen Anordnung (Fig. 2), wie nachfolgend beschrieben:
    Durch ein thermisch entkoppeltes Zuführen des Stickstoffstroms 20 und des vorgekühlten Mahlgutes 3 in die Prallmühle 4 kann eine in der Prallmühle 4 vorherrschende Mahlgutstrom-Dichte Rho des Mahlgutstroms 30 vorteilhafterweise geringer bzw. kontrolliert so eingestellt werden, dass der Energieverbrauch zum Antreiben der verwendeten Prallmühle 4 entsprechend sinkt bzw. optimiert wird und auch der Feinheitsgrad des Feingutes 9 optimiert werden kann. Gleichzeitig kann dadurch auch der Verbrauch an Stickstoff reduziert werden, so dass der Mahlprozess insgesamt effizienter wird.
  • Dies folgt daraus, dass eine Prallmühle 4 zum Zerkleinern durch eine Schlag-Prall-Beanspruchung mehrere Schlagelemente aufweist, die auf zwei gegenläufig rotierenden Rotorscheiben auf unterschiedlichen Bahnradien befestigt sind. Dabei findet je nach Anzahl, gewählter Form oder Anordnung sowie der eingestellten Rotationsgeschwindigkeiten der Rotorscheiben eine Wechselwirkung zwischen den Schlagelementen und dem zugeführten Mahlgutstrom 30 aus Mahlgut 3 und gasförmigem Stickstoffstrom 20 statt. Aufgrund dieser Wechselwirkung kommt es zu einem Energieaustausch zwischen dem Mahlgutstrom 30 und den Schlagelementen, der wiederum zu einer Wärmeentwicklung in der Prallmühle 4 führt. Diese Wärmeentwicklung ist dabei sowohl abhängig von der Beschaffenheit des Mahlgutstroms 30 als auch von der Konstruktion und den Betriebsparametern der jeweiligen Prallmühle 4.
  • Durch diese Wärmeentwicklung wird auch der Mahlgutstrom 30 erwärmt, was dazu führen kann, dass das Mahlgut 3 seinen Versprödungszustand verliert, d.h. zumindest teilweise wieder in den elastischen Zustand übergeht, und dadurch der gewünschte Feinheitsgrad beim Mahlen nicht mehr erreicht werden kann.
  • Daher ist dafür zu sorgen, dass die im gekühlten Mahlgutstrom 30 gespeicherte Kälteenergie ausreichend ist, um die in der jeweils verwendeten Prallmühle 4 durch den Energieaustausch bewirkte Wärmeentwicklung gerade zu kompensieren und das Mahlgut 3 dadurch vollständig in einem Versprödungszustand zu halten. Dazu kann grundsätzlich ein besonders kalter Stickstoffstrom 20 mit hohem Stickstoffstrom-Durchsatz ND bereitgestellt werden, wodurch sich jedoch gleichzeitig die Mahlgutstrom-Dichte Rho in der Prallmühle 4 so stark erhöht, dass sowohl die benötigte Antriebsenergie als auch die Wärmeentwicklung in der Prallmühle 4 stark steigt und das Mahlgut 3 durch die erhöhte Wärmeentwicklung seinen Versprödungszustand verliert.
  • Der Stickstoffstrom-Durchsatz ND und die Stickstoffstrom-Temperatur T20 des Stickstoffstroms 20 sind also gezielt derartig einzustellen, dass die daraus folgende Mahlgutstrom-Dichte Rho des Mahlgutstroms 30 aus Mahlgut 3 und Stickstoffstrom 20 zu einer Wärmeentwicklung in der jeweils verwendeten Prallmühle 4 führt, die von der gespeicherten Kälteenergie im tiefkalten Mahlgutstrom 30 kompensiert werden kann, ohne dass das Mahlgut 3 den Versprödungszustand verliert.
  • Bei der Einstellung der Mahlgutstrom-Dichte Rho des Mahlgutstroms 30 wird dabei davon ausgegangen, dass der Prallmühle 4 durch die optimierte Vorkühlung und Hauptkühlung ein sehr kaltes Mahlgut 3 mit einer optimalen Mahlgut-Ausgangs-Temperatur TA3 von -196°C (Temperatur des flüssigen Stickstoffs LN) bereitgestellt wird. Da der Stickstoff in gasförmiger Form zur Vorkühlung (im ersten Gegenstrom-Vorkühlaggregat 16a) und in flüssiger Form zur Hauptkühlung (im Kühlaggregat 6) länger auf das Mahlgut 3 einwirkt als im Stand der Technik (Fig. 1), ist eine definierte Mahlgut-Ausgangs-Temperatur TA3 von -196°C einstellbar. Zudem ist das Mahlgut 3 idealerweise bis zum Inneren bzw. bis zum Kern gleichmäßig ausgekühlt, wodurch das Mahlgut 3 seine Temperatur länger auf einem niedrigen Niveau halten kann, so dass bei entsprechend optimierter Einstellung der Mahlgutstrom-Dichte Rho auch eine geringere Feingut-Ausgangs-Temperatur TA9 nach dem Mahlvorgang erreicht werden kann. Die Vorkühlung und die Hauptkühlung wirken sich also insgesamt positiv auf den Mahlprozess in der Prallmühle 4 aus, da das Material insgesamt, d.h. insbesondere auch im Inneren bzw. im Kern, spröder ist bzw. eine annähernd gleichmäßige Sprödigkeit aufweist und auch ausreichend Kälteenergie für den Mahlprozess gespeichert werden kann.
  • Um einen geeignet dosierten und temperierten Stickstoffstrom 20 für die Prallmühle 4 zu erhalten, ist eine Mischzelle 21 vorgesehen, die in einer beispielhaften Ausführungsform in den Figuren 4a und 4b dargestellt ist. In der Mischzelle 21 kann Stickstoff aus unterschiedlichen unabhängigen Quellen derartig miteinander vermischt werden, dass ein Stickstoffstrom 20 mit einem Stickstoffstrom-Durchsatz ND (Dosierung) und mit einer Stickstoffstrom-Temperatur T20 (z.B. ca. -87°C) (Temperierung) bereitgestellt wird, die idealerweise einem vorgegebenen Stickstoffstrom-Soll-Durchsatz NDS bzw. einer vorgegebenen Stickstoffstrom-Soll-Temperatur TS20 entsprechen. Dieses Bereitstellen des Stickstoffstroms 20 erfolgt dabei gezielt thermisch entkoppelt vom Bereitstellen des Mahlgutes 3.
  • Dieser gezielt dosierte und temperierte Stickstoffstrom 20 wird zusammen mit dem Mahlgut 3 über den Anschluss 4b in die Prallmühle 4 geleitet, so dass sich ein Mahlgutstrom 30 ergibt, der am Anschluss 4b eine entsprechende Mahlgutstrom-Dichte Rho aufweist, die sich während des Mahlprozesses aufgrund der Wärmeentwicklung verändert. Dabei wird durch die gezielte Vermischung des Stickstoffs in der Mischzelle 21 ein Stickstoffstrom 20 bereitgestellt, der so konditioniert ist, dass die im gekühlten Mahlgutstrom 30 gespeicherte Kälteenergie gerade so ausreichend dimensioniert ist, um die in der Prallmühle 4 durch den Energieaustausch bewirkte Wärmeentwicklung, die von der Konstruktion und den Betriebsparametern der Prallmühle 4 abhängig ist, gerade zu kompensieren und das Mahlgut dadurch vollständig in einem Versprödungszustand zu halten. Gleichzeitig wird dadurch auch ein optimierter Verbrauch an Antriebs-Energie der Prallmühle 4 und an Stickstoff erreicht und es erfolgt eine ausreichende Inertisierung des Mahlgutes 3 in der jeweiligen Prallmühle 4.
  • Die Mischzelle 21 wird dabei von einer Mischzellen-Steuereinrichtung 21a gezielt gesteuert, um durch Vorgabe eines Stickstoffstrom-Soll-Durchsatzes NDS bzw. einer Stickstoffstrom-Soll-Temperatur TS20 für den bereitgestellten Stickstoffstrom 20 eine für die jeweilige Prallmühle 4 sowie das zu mahlende Mahlgut 3 individuell optimierte Mahlgutstrom-Dichte Rho des Mahlgutstroms 30 am Anschluss 4b der Prallmühle 4 zu erhalten. Da sich Prallmühlen 4, beispielsweise Desintegratoren 4a, in ihrer genauen Konstruktion voneinander unterscheiden können, insbesondere in einer Anordnung, Anzahl und Form der Schlagelemente sowie den Rotationsgeschwindigkeiten der Rotorscheiben, auf denen sich diese Schlagelemente befinden, ist auch die von der Mahlgutstrom-Dichte Rho abhängige Wärmeentwicklung in jeder Prallmühle 4 unterschiedlich. Weiterhin haben auch die Eigenschaften (spez. Wärmekapazität) des zu mahlenden Mahlgutes 3 einen Einfluss auf den Mahlprozess. Daher gilt für jede Prallmühle 4 und für jedes Mahlgut 3 unter Umständen eine andere Mahlgutstrom-Dichte Rho und auch eine andere Temperatur des Mahlgutstroms 30 im oben genannten Sinne als optimal für den Betrieb der Prallmühle 4 sowie den erhaltenen Feinheitsgrad des Feingutes 9. Daher ist für jede Prallmühle 4 und für jedes Mahlgut 3 ein entsprechender Stickstoffstrom-Soll-Durchsatz NDS und eine entsprechende Stickstoffstrom-Soll-Temperatur TS20 für den Stickstoffstrom 20 vorzugeben bzw. festzulegen, um auf diese Weise einen optimalen Betrieb zu gewährleisten sowie einen entsprechend hohen Feinheitsgrad des Feingutes 9 reproduzierbar zu erreichen.
  • Eine derartig optimierte Einstellung kann durch eine Steuerung oder eine Regelung über die Mischzellen-Steuereinrichtung 21a erfolgen. Die Mischzelle 21 weist dazu wie in Fig. 4a, 4b beispielhaft dargestellt mehrere Zuflüsse 25a, 25b, 25c, 25d auf, über die einer Mischkammer 21b in der Mischzelle 21 gasförmiger Stickstoff GN und/oder flüssiger Stickstoff LN zugeführt werden kann, wobei die Zuflüsse 25a, 25b, 25c, 25d jeweils durch Leitungen mit entsprechenden Stickstoffquellen verbunden sind. In der Mischkammer 21b kann beispielsweise durch Ineinanderstecken von mehreren Rohren unterschiedlichen Durchmessers eine im Schnitt mäanderförmige Wärmeaustauschstrecke 21c ausgebildet werden, innerhalb derer sich der gasförmige Stickstoff GN aus den einzelnen Zuflüssen 25a, 25b, 25c sowie ggf. der flüssige Stickstoff LN (aus 25d) nach seiner Verdampfung vermischen kann. Durch die Mäanderform ist die Wärmeaustauschstrecke 21c gegenüber einer einzelnen Kammer vergrößert, so dass eine effektive thermische Vermischung stattfinden kann, bevor der gasförmige Stickstoff GN die Mischzelle 21 als Stickstoffstrom 20 über einen Auslass 28 verlässt.
  • Den Zuflüssen 25a, 25b, 25c, 25d sind jeweils Einlassventile 26a, 26b, 26c, 26d, beispielsweise feinstufig regelbare Drosselventile, vorgeschaltet, die von der Mischzellen-Steuereinrichtung 21a elektrisch angesteuert werden können, um diese zu öffnen oder zu schließen. Dadurch kann das Zuführen des flüssigen bzw. gasförmigen Stickstoffs GN, LN aus den jeweiligen Leitungen in die Mischkammer 21b gezielt gesteuert werden. Um ein Rückströmen von Stickstoff aus der Mischkammer 21b in die einzelnen Leitungen zu verhindern, ist jedem Zufluss 25a, 25b, 25c, 25d ein Rückschlagventil zugeordnet. Weiterhin weist die Mischzelle 21 den Abfluss 28 auf, über den das in der Mischkammer 21b konditionierte Gemisch aus flüssigem und/oder gasförmigem Stickstoff LN, GN der Prallmühle 4 als Stickstoffstrom 20 zugeführt werden kann. Der Abfluss 28 weist ebenfalls ein Rückschlagventil auf, um ein Rückströmen des Stickstoffstroms 20, beispielsweise bei einem entsprechenden Überdruck in der Prallmühle 4, zu verhindern.
  • Die Zuflüsse 25a, 25b, 25c, 25d sind dabei gemäß der beschriebenen Ausführungsform (s. Fig. 2, 3) mit den folgenden Stickstoffquellen über entsprechende Leitungen verbunden. Zunächst ist ein erster Zufluss 25a mit einer Leitung zum ersten Gegenstrom-Vorkühlaggregat 16a (s. Fig. 2) und/oder zu einem zweiten Gegenstrom-Vorkühlaggregat 16b (s. Fig. 3) verbunden, wobei dem ersten Zufluss 25a über diese Leitung durch ein feinstufiges automatisches Regeln des ersten Einlassventils 26a basierend auf den Signalen einer vorgeschalteten Sensorik 40a der Vorkühl-Gasstrom 17 (TZN z.B. ca. -40°C) aus der jeweiligen Vorkühlung zugeführt werden kann. Im Normalbetrieb wird dabei eine derartige Menge an gasförmigem Stickstoff GN durch das jeweilige Gegenstrom-Vorkühlaggregat 16a, 16b geleitet und nach der Vorkühlung des Mahlgutes 3 dem ersten Zufluss 25a der Mischzelle 21 zugeführt, dass das erste Einlassventil 26a zu 100% zu öffnen ist, um das Ausbilden eines Überdrucks vor dem ersten Zufluss 25a der Mischzelle 21 zu vermeiden.
  • Weiterhin ist ein zweiter Zufluss 25b vorgesehen, der über eine Leitung mit dem Gebläse 15 verbunden ist, so dass dem zweiten Zufluss 25b über diese Leitung durch ein feinstufiges automatisches Regeln des zweiten Einlassventils 26b basierend auf den Signalen einer vorgeschalteten Sensorik 40b das verbleibende Restgas R (z.B. ca. -50°C) aus dem Mahlprozess zugeführt werden kann. Ferner ist ein dritter Zufluss 25c vorgesehen, der über eine Leitung mit einem Stickstoff-Gasgenerator 22 verbunden ist, so dass dem dritten Zufluss 25c über diese Leitung durch ein feinstufiges automatisches Regeln des dritten Einlassventils 26c basierend auf den Signalen einer vorgeschalteten Sensorik 40c zusätzlich generierter gasförmiger Stickstoff GN zugeführt werden kann. Des Weiteren kann ein vierter Zufluss 25d über eine Leitung mit dem Stickstoff-Tank 35 verbunden sein, so dass dem vierten Zufluss 25d über diese Leitung durch ein feinstufiges automatisches Regeln des vierten Einlassventils 26d basierend auf den Signalen einer im Abfluss 28 befindlichen Sensorik 40 flüssiger Stickstoff LN (TLN ca. -196°C) zugeführt werden kann.
  • Zumindest den Zuflüssen 25a, 25b, 25c, durch die gasförmiger Stickstoff GN in die Mischkammer 21b geleitet wird, ist jeweils eine Sensorik 40a, 40b, 40c zugeordnet, die ausgebildet ist, einen Ist-Massenfluss MFa, MFb, MFc sowie eine Ist-Temperatur TIa, TIb, TIc des in dem jeweiligen Zufluss 25a, 25b, 25c ankommenden Stroms aus gasförmigem Stickstoff GN zu ermitteln. In Fig. 4b ist diese Sensorik 40a, 40b, 40c schematisch als kombinierte Sensorik dargestellt, die einen Temperatursensor und einen Durchflussmesser beinhaltet, wobei diese aber grundsätzlich auch getrennt voneinander angeordnet sein können. Die jeweilige Sensorik 40a, 40b, 40c ist dabei signalleitend mit der Mischzellen-Steuereinrichtung 21a verbunden, die daraufhin über einen entsprechenden Algorithmus ermitteln kann, wie die jeweiligen Einlassventile 26a, 26b, 26c, 26d anzusteuern sind, um in der Mischkammer 21b ein derartiges Gemisch an gasförmigem Stickstoff GN aus den unterschiedlichen Stickstoffquellen zu erzeugen, das am Abfluss 28 ein Stickstoffstrom 20 mit dem für die jeweilige Prallmühle 4 vorgegebenen Soll-Durchsatz NDS bzw. der Soll-Temperatur TS20 erzeugt wird.
  • Zur Kontrolle ist auch am Abfluss 28 eine Sensorik 40 (mit einem Temperatursensor und einem Durchflussmesser) angeordnet, die den ausgehenden gasförmigen Stickstoffstrom 20 misst, so dass in der Mischzellen-Steuereinrichtung 21a ein Soll-Ist-Vergleich durchgeführt werden kann. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass für eine geeignete Temperierung des Stickstoffstroms 20 durch eine entsprechende Ansteuerung des vierten Einlassventils 26d eine derartige Menge an flüssigem Stickstoff LN in die Mischkammer 21b eingelassen wird, dass sich die durch die Sensorik 40 gemessene Stickstoffstrom-Temperatur T20 am Abfluss 28 an die vorgegebene Stickstoffstrom-Soll-Temperatur TS20 annähert.
  • Soll dabei beispielsweise der über den ersten Zufluss 25a einströmende gasförmige Stickstoff GN aus dem Vorkühl-Gasstrom 17 aus dem ersten und/oder einem zweiten Gegenstrom-Vorkühlaggregat 16a, 16b - nach der Vorkühlung des Mahlgutes 3 im Gegenstrom - als Basisquellstrom verwendet werden, so kann die Mischzelle 21 durch entsprechendes automatisches Regeln der Einlassventile 26b, 26c, 26d den Teil aus den anderen Zuflüssen 25b, 25c, 25d in der Mischkammer 21b hinzufügen bzw. beimischen, der fehlt, um bei einem vorgegebenen Stickstoffstrom-Soll-Durchsatz NDS eine vorgegebene Stickstoffstrom-Soll-Temperatur TS20 zu erhalten, aus der je nach Prallmühle 4 eine entsprechende Mahlgutstrom-Dichte Rho resultiert, für die ein effektiver Sprödbruch während des Mahlens sichergestellt werden kann.
  • Um die Vorkühlung flexibler zu gestalten, kann gemäß Fig. 3 ergänzend zu dem ersten Gegenstrom-Vorkühlaggregat 16a ein zweites Gegenstrom-Vorkühlaggregat 16b vorgesehen sein. Grundsätzlich kann dieses auch anstatt des ersten Gegenstrom-Vorkühlaggregats 16a vorgesehen sein. Das zweite Gegenstrom-Vorkühlaggregat 16b ist in Form einer Wirbelschnecke mit einem Wirbelschnecken-Innenraum 16c ausgebildet, in den das über die Dosierschnecke 5 dosierte und zugeführte Mahlgut 3 transportiert wird. Das transportierte Mahlgut 3 gelangt aus dem zweiten Gegenstrom-Vorkühlaggregat 16b über einen Wirbelschnecken-Anschluss 16d bereits vorgekühlt von oben in das erste Gegenstrom-Vorkühlaggregat 16a, in dem es nach dem oben zu Fig. 2 beschriebenen Prozess im Gegenstrom weiter vorgekühlt wird.
  • Gleichzeitig gelangt der Vorkühl-Gasstrom 17 aus gasförmigem Stickstoff GN aus dem ersten Gegenstrom-Vorkühlaggregat 16a über den Wirbelschnecken-Anschluss 16d auch in das zweite Gegenstrom-Vorkühlaggregat 16b (entgegengesetzt zur Transportrichtung des Mahlgutes 3) und kann dadurch das Mahlgut 3 im Wirbelschnecken-Innenraum 16c ebenfalls in einem Gegenstrom über eine zweite Vorkühlstrecke SVb abkühlen, wobei aufgrund der turbulenten Strömungsverhältnisse in der Wirbelschnecke ein intensiver thermischer Austausch von Energie stattfinden kann. Zur Feinabstimmung kann zumindest zeitweise auch flüssiger Stickstoff LN aus dem Stickstoff-Tank 35 über den Stickstoff-Einlass 7 in den Wirbelschnecken-Innenraum 16c eingeleitet werden, um beispielsweise beim Anfahren der Anlage ein übermäßiges Sprudeln bzw. Verdampfen des flüssigen Stickstoffs LN im Tank 6b aufgrund der Zuführung von relativ warmem Mahlgut 3 zu verhindern.
  • Um die Vorkühlung flexibler zu gestalten, kann ergänzend oder alternativ zu dem ersten Gegenstrom-Vorkühlaggregat 16a und/oder dem zweiten Gegenstrom-Vorkühlaggregat 16b ein drittes Gegenstrom-Vorkühlaggregat 16e vorgesehen sein, das durch das Aufgabesilo 2 selbst mit ausgebildet wird. Gemäß Fig. 3 wird dazu gasförmiger Stickstoff GN, insbesondere kaltes Restgas R, über eine Bypass-Leitung 23 aus dem pneumatischen Filter 14 und dem Gebläse 15 zumindest anteilig unterseitig, vorzugsweise über die unterseitige Aufgabesilo-Öffnung 2a, dem Aufgabesilo 2 zugeführt, um mit dem überflüssig vorhandenen gasförmigen Stickstoff GN eine Vorkühlung des Mahlgutes 3 im Gegenstrom auch im Aufgabesilo 2 zu erreichen. Oberseitig kann der gasförmige Stickstoff GN in beliebiger Weise abgelassen werden.
  • Gemäß dieser Ausführungsform sind also mehrere Vorkühlaggregate 16 vorgesehen, die gemeinsam eine Vorkühlstrecke SV aus erster, zweiter und dritter Vorkühlstrecke SVa, SVb, SVc ausbilden, auf der der gasförmige Stickstoff GN im Gegenstrom auf das transportierte Mahlgut 3 einwirkt, so dass dieses vor dem Eintauchen in das Kühlaggregat 6 in mehreren Stufen auf die Mahlgut-Zwischen-Temperatur TZ3 abgekühlt werden kann. Dadurch kann der gesamte Vorkühlprozess zusätzlich unterstützt werden. Die Anzahl an Gegenstrom-Vorkühlaggregaten 16a, 16b, 16e sowie auch deren Anordnung zueinander ist grundsätzlich wählbar, wobei die in Fig. 3 gezeigte Anordnung bereits eine sehr effiziente Vorkühlung ermöglicht, wenn die einzelnen Vorkühlstrecken SVa, SVb, SVc gezielt aufeinander abgestimmt werden.
  • Ergänzend kann gemäß Fig. 3 vorgesehen sein, das dem Aufgabesilo 2 als weiteres Vorkühlaggregat 16 ein Behälter-Vorkühlaggregat 16f vorgeschaltet ist, das beispielsweise als ein abgeschlossener und inert gehaltener Kühl-Container oder ein Silo ausgeführt sein kann. Das Behälter-Vorkühlaggregat 16f weist einen Behälter-Innenraum 16g auf, in dem sich das Mahlgut 3 zur Lagerung und Vorkühlung befindet. Dem Aufgabesilo 2 wird also in dem Fall bereits vorgekühltes Mahlgut 3 zugeführt, bevor das Mahlgut 3 in ein, zwei oder drei weiteren Gegenstrom-Vorkühlaggregaten 16a, 16b, 16e zusätzlich in einem Gegenstrom auf die Mahlgut-Zwischen-Temperatur TZ3 vorgekühlt wird. Der Behälter-Innenraum 16g wird beispielsweise auf eine Temperatur von weniger als -10°C, vorzugsweise weniger als -30°C, insbesondere weniger als -70°C, in beliebiger Weise vorgekühlt.
  • Wie auch im Stand der Technik wird der Feingutstrom 90, bestehend aus dem mit gasförmigem Stickstoff GN vermischten Feingut 9, nach der Prallmühle 4 in einen Zyklon 10 geleitet, in dem eine Abtrennung des Feingutes 9 erfolgt. Dieses Feingut 9 wird anschließend in ggf. aufgewärmter Form in eine Siebvorrichtung 12 geleitet, in der es (je nach späterer Verwendung über die entsprechend zu wählenden Siebschnitte) in seine unterschiedlichen Feingut-Fraktionen, d.h. Grobkorn 11G und Feinkorn 11F, aufgetrennt wird. Das Grobkorn 11G wird in beliebiger Weise, z.B. über eine Repassierleitung 24, zurück zur Dosierschnecke 5 gefördert und damit dem Mahlprozess erneut zugeführt. Der Großteil des Feinkorns 11F kann in dieser Variante einen sehr hohen Feinheitsgrad aufweisen und kann als Fertiggut 13 entsprechend weiterverwendet werden. Die Mahlgrenze kann aufgrund der bereits angesprochenen, gleichmäßigen Sprödigkeit gegenüber dem Stand der Technik zu geringen Werten verschoben werden.
  • Der im Zyklon 10 verbleibende Teil des Feingutstroms 90, der insbesondere aus gasförmigem Stickstoff GN und Feingutstäuben 11S besteht, wird in dem pneumatischen Filter 14 in seine Bestandteile getrennt. Da bereits eine Auftrennung im Zyklon 10 stattgefunden hat, wird der pneumatische Filter 14 zur Resttrennung von Feingutstäuben 11S und gasförmigem Stickstoff GN weniger stark belastet und kann daher entsprechend klein dimensioniert werden. Der Feingutstaub 11S wird ebenfalls ggf. in aufgewärmter Form in die Siebvorrichtung 12 und der gasförmige Stickstoff GN als Restgas R über ein Gebläse 15 insbesondere in die Mischzelle 21 geleitet.
  • Für die Ausführungsformen in Fig. 2 und Fig. 3 ist weiterhin vorgesehen, dass das Mahlgut 3 sowie das Feingut 9 auf der gesamten Förderstrecke innerhalb der Mahlvorrichtung inert gehalten wird. Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass der gesamte Prozess nicht durch Migration von Sauerstoff und Luftfeuchte aus Umgebungsluft negativ beeinträchtigt wird. Dies kann durch entsprechend abgeschlossene Anlagenteile erreicht werden, in denen sich gasförmiger Stickstoff GN und/oder ein Überdruck befindet.
  • Ergänzend kann vorgesehen sein, dass beim Abschalten der Mahlvorrichtung 1b über die Mischzelle 21 durch entsprechendes Öffnen des dritten Einlassventils 26c gasförmiger Stickstoff GN, der von dem Stickstoff-Gasgenerator 22 bereitgestellt wird, in den Kreislauf gefördert wird. Dadurch kann verhindert werden, dass feuchte Umgebungsluft in den Kreislauf eindringen kann.
    • Bezugszeichenliste
    • 1a
    Mahlvorrichtung (Stand der Technik)
    1b
    Mahlvorrichtung
    2
    Aufgabesilo
    2a
    Aufgabesilo-Öffnung
    3
    Mahlgut
    4
    Prallmühle
    4a
    Desintegrator
    4b
    Anschluss
    4c
    Feingut-Ausgang
    5
    Dosierschnecke
    6
    Kühlaggregat
    6a
    Wirbelschneckenkühler
    6b
    Tank
    6c
    Oberseite des Tanks 6b
    6d
    Zugang
    7
    Stickstoff-Einlass
    8
    Auslass des Wirbelschneckenkühlers 6a
    9
    Feingut
    10
    Zyklon
    11G
    Grobkorn
    11F
    Feinkorn
    11S
    Feingutstaub
    12
    Siebvorrichtung
    13
    Fertiggut
    14
    pneumatischer Filter
    15
    Gebläse
    16
    Vorkühlaggregat
    16a
    erstes Gegenstrom-Vorkühlaggregat
    16b
    zweites Gegenstrom-Vorkühlaggregat
    16c
    Wirbelschnecken-Innenraum
    16d
    Wirbelschnecken-Anschluss
    16e
    drittes Gegenstrom-Vorkühlaggregat
    16f
    Behälter-Vorkühlaggregat
    16g
    Behälter-Innenraum
    17
    Vorkühl-Gasstrom
    18
    Füllstandsgrenze
    19
    Förderschnecke
    20
    Stickstoffstrom
    21
    Mischzelle
    21a
    Mischzellen-Steuereinrichtung
    21b
    Mischkammer
    21c
    Wärmeaustauschstrecke
    22
    Stickstoff-Gasgenerator
    23
    Bypass-Leitung
    24
    Repassierleitung
    25a, 25b, 25c, 25d
    Zuflüsse in die Mischzelle 21
    26a, 26b, 26c, 26d
    Einlassventile (Drosselventil)
    28
    Abfluss
    30
    Mahlgutstrom
    35
    Stickstoff-Tank
    40
    Sensorik am Abfluss
    40a, 40b, 40c
    Sensorik am Zufluss
    90
    Feingutstrom
    GN
    gasförmiger Stickstoff
    LN
    flüssiger Stickstoff
    MFa, MFb, MFc
    Ist-Massefluss im jeweiligen Zufluss
    ND
    Stickstoffstrom-Durchsatz
    NDS
    Stickstoffstrom-Soll-Durchsatz
    Rho
    Mahlgutstrom-Dichte
    SV
    Vorkühlstrecke
    SVa
    erste Vorkühlstrecke
    SVb
    zweite Vorkühlstrecke
    SVc
    dritte Vorkühlstrecke
    T20
    Stickstoffstrom-Temperatur
    TS20
    Stickstoffstrom-Soll-Temperatur
    TA3
    Mahlgut-Ausgangs-Temperatur
    TA9
    Feingut-Ausgangs-Temperatur
    TE3
    Mahlgut-Eingangs-Temperatur
    TIa, TIb, TIc
    Ist-Temperatur im jeweiligen Zufluss
    TLN
    Stickstoff-Flüssigkeits-Temperatur
    TZ3
    Mahlgut-Zwischen-Temperatur
    TZN
    Stickstoff-Zwischen-Temperatur

Claims (15)

  1. Mahlvorrichtung (1b) zum Vermahlen von Mahlgut (3), insbesondere aus Thermoplasten und/oder Elastomeren, mit
    - einem Kühlaggregat (6) mit flüssigem Stickstoff (LN) zum Kühlen von zugeführtem Mahlgut (3) auf eine Mahlgut-Ausgangs-Temperatur (TA3) und
    - einer dem Kühlaggregat (6) nachgeschalteten Prallmühle (4) zum Vermahlen des auf die Mahlgut-Ausgangs-Temperatur (TA3) gekühlten Mahlgutes (3) zu Feingut (9), wobei die Prallmühle (4)
    - mindestens einen Anschluss (4b) zum Zuführen des auf die Mahlgut-Ausgangs-Temperatur (TA3) gekühlten Mahlgutes (3) sowie eines Stickstoffstroms (20) aus gasförmigem Stickstoff (GN) in die Prallmühle (4) und
    - einen Feingut-Ausgang (4c) zum Austragen des in der Prallmühle (4) produzierten Feingutes (9) aufweist,
    wobei mindestens ein Vorkühlaggregat (16) vorgesehen ist, wobei bereitgestelltes Mahlgut (3) durch das mindestens eine Vorkühlaggregat (16) auf eine Mahlgut-Zwischen-Temperatur (TZ3) vorgekühlt werden kann, wobei das mindestens eine Vorkühlaggregat (16) dem Kühlaggregat (6) derartig vorgeschaltet ist, dass das durch das mindestens eine Vorkühlaggregat (16) auf die Mahlgut-Zwischen-Temperatur (TZ3) vorgekühlte Mahlgut (3) nach dem Zuführen in das Kühlaggregat (6) in den flüssigen Stickstoff (LN) gelangen kann,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    weiterhin eine Mischzelle (21) vorgesehen ist, wobei die Mischzelle (21) ausgebildet ist, den Stickstoffstrom (20) aus gasförmigem Stickstoff (GN) mit einer vorgegebenen Stickstoffstrom-Soll-Temperatur (TS20) und einem vorgegebenen Stickstoffstrom-Soll-Durchsatz (NDS) bereitzustellen und dem Anschluss (4b) der Prallmühle (4) zuzuführen, zum reproduzierbaren Erreichen eines hohen Feinheitsgrades des ausgetragenen Feingutes (9).
  2. Mahlvorrichtung (1b) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischzelle (21) mehrere Zuflüsse (25a, 25b, 25c, 25d) und einen Abfluss (28) aufweist, wobei der Mischzelle (21) über die mehreren Zuflüsse (25a, 25b, 25c, 25d) beispielsweise
    - gasförmiger Stickstoff (GN) aus einem Stickstoff-Gasgenerator (22) und/oder Restgas (R) aus einem pneumatischen Filter (14) und/oder ein Vorkühl-Gasstrom (17) aus dem mindestens einen Vorkühlaggregat (16) und/oder
    - flüssiger Stickstoff (LN) aus einem Stickstoff-Tank (35) zuführbar ist.
  3. Mahlvorrichtung (1b) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischzelle (21) ferner eine Mischkammer (21b) aufweist, wobei der über die mehreren Zuflüsse (25a, 25b, 25c, 25d) zugeführte gasförmige Stickstoff (GN) und der in der Mischkammer (21b) verdampfende flüssige Stickstoff (LN) in der Mischkammer (21b) derartig auf einer Wärmeaustauschstrecke (21c) vermischt werden können, dass sich an dem Abfluss (28), der mit dem Anschluss (4b) der Prallmühle (4) verbunden ist, ein Stickstoffstrom (20) mit der vorgegebenen Stickstoffstrom-Soll-Temperatur (TS20) und dem vorgegebenen Stickstoffstrom-Soll-Durchsatz (NDS) ausbildet.
  4. Mahlvorrichtung (1b) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einigen Zuflüssen (25a, 25b, 25c, 25d) ein Einlassventil (26a, 26b, 26c, 26d), insbesondere ein feinstufig regelbares Drosselventil, zugeordnet ist, wobei das jeweilige Einlassventil (26a, 26b, 26c, 26d) ausgebildet ist, eine Zufuhr von gasförmigem Stickstoff (GN) und/oder flüssigem Stickstoff (LN) über den jeweiligen Zufluss (25a, 25b, 25c, 25d) in die Mischkammer (21b) zu dosieren.
  5. Mahlvorrichtung (1b) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest jedem Zufluss (25a, 25b, 25c), durch den gasförmigen Stickstoff (GN) in die Mischkammer (21b) geleitet werden kann, eine Sensorik (40a, 40b, 40c) zugeordnet ist, wobei die Sensorik (40a, 40b, 40c) ausgebildet ist, einen Ist-Massefluss (MFa, MFb. MFc) und/oder eine Ist-Temperatur (TIa, TIb, TIc) des gasförmigen Stickstoffes (GN) im jeweiligen Zufluss (25a, 25b, 25c) zu erfassen
  6. Mahlvorrichtung (1b) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abfluss (28) eine Sensorik (40) zugeordnet ist, die ausgebildet ist, eine Stickstoffstrom-Temperatur (T20) und/oder einen Stickstoffstrom-Durchsatz (ND) des aus dem Abfluss (28) ausgegebenen Stickstoffstroms (20) zu messen.
  7. Mahlvorrichtung (1b) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischkammer (21b) eine im Schnitt mäanderförmige Wärmeaustauschstrecke (21c) aufweist.
  8. Mahlvorrichtung (1b) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischzelle (21) eine Mischzellen-Steuereinrichtung (21a) aufweist, wobei die Mischzellen-Steuereinrichtung (21a) ausgebildet ist, das Einlassventil (26a, 26b, 26c, 26d) des jeweiligen Zuflusses (25a, 25b, 25c, 25d) derartig anzusteuern, dass der Mischkammer (21b) gasförmiger Stickstoff (GN) und/oder flüssiger Stickstoff (LN) zugeführt wird und sich gasförmiger Stickstoff (GN) in der Mischkammer (21b) derartig vermischt, dass sich am Abfluss (28) der Mischzelle (21) ein Stickstoffstrom (20) mit der vorgegebenen Stickstoffstrom-Soll-Temperatur (TS20) und dem vorgegebenen Stickstoffstrom-Soll-Durchsatz (NDS) ausbildet.
  9. Mahlvorrichtung (1b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das auf die Mahlgut-Ausgangs-Temperatur (TA3) gekühlte Mahlgut (3) und der von der Mischzelle (21) bereitgestellte Stickstoffstrom (20) aus gasförmigem Stickstoff (GN) unabhängig voneinander dosiert und einzeln temperiert bereitgestellt werden können, bevor diese der Prallmühle (4) über den mindestens einen Anschluss (4b) zugeführt werden, zum reproduzierbaren Erreichen eines hohen Feinheitsgrades des ausgetragenen Feingutes (9).
  10. Mahlvorrichtung (1b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass als Vorkühlaggregat (16) mindestens ein Gegenstrom-Vorkühlaggregat (16a, 16b, 16e) mit jeweils einer Vorkühlstrecke (SVa, SVb, SVc) und/oder mindestens ein Behälter-Vorkühlaggregat (16f) mit einem Behälter-Innenraum (16g) vorgesehen ist,
    wobei das mindestens eine Gegenstrom-Vorkühlaggregat (16a, 16b, 16e) ausgebildet ist, in dem mindestens einen Gegenstrom-Vorkühlaggregat (16a, 16b, 16e) vorhandenes Mahlgut (3) in einem Gegenstrom aus gasförmigem Stickstoff (GN) innerhalb der jeweiligen Vorkühlstrecke (SVa, SVb, SVc) vorzukühlen, und wobei das Behälter-Vorkühlaggregat (16f), beispielsweise ein Kühl-Container, ausgebildet ist, in dem Behälter-Innenraum (16g) befindliches Mahlgut (3) vorzukühlen,
    wobei das mindestens eine Gegenstrom-Vorkühlaggregat (16a, 16b) dem Kühlaggregat (6) derartig mittelbar oder unmittelbar vorgeschaltet ist, dass ein in dem Kühlaggregat (6) durch Verdampfung des flüssigen Stickstoffs (LN) ausgebildeter Vorkühl-Gasstrom (17) in das mindestens eine Gegenstrom-Vorkühlaggregat (16a, 16b) eingeleitet werden kann, um das in dem jeweiligen Gegenstrom-Vorkühlaggregat (16a, 16b) befindliche Mahlgut (3) innerhalb der jeweiligen Vorkühlstrecke (SVa, SVb) in einem Gegenstrom durch den Vorkühl-Gasstrom (17) auf eine Mahlgut-Zwischen-Temperatur (TZ3) vorzukühlen.
  11. Mahlvorrichtung (1b) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
    - ein erstes Gegenstrom-Vorkühlaggregat (16a) derartig ausgebildet und dem Kühlaggregat (6) derartig mittelbar oder unmittelbar vorgeschaltet ist, dass das dem ersten Gegenstrom-Vorkühlaggregat (16a) zugeführte Mahlgut (3) aufgrund der Schwerkraft entlang einer ersten Vorkühlstrecke (SVa) des ersten Gegenstrom-Vorkühlaggregates (16a) fallen kann und das zugeführte, fallende Mahlgut (3) gleichzeitig in einem Gegenstrom aus gasförmigem Stickstoff (GN), vorzugsweise dem Vorkühl-Gasstrom (17), innerhalb der ersten Vorkühlstrecke (SVa) vorgekühlt werden kann, und/oder
    - ein zweites Gegenstrom-Vorkühlaggregat (16b) derartig ausgebildet und dem Kühlaggregat (6) derartig mittelbar oder unmittelbar vorgeschaltet ist, dass das dem zweiten Gegenstrom-Vorkühlaggregat (16b) zugeführte Mahlgut (3) in einem Wirbelschnecken-Innenraum (16c) entlang einer zweiten Vorkühlstrecke (SVb) transportiert werden kann und das zugeführte Mahlgut (3) gleichzeitig in einem Gegenstrom aus gasförmigem Stickstoff (GN), vorzugsweise dem Vorkühl-Gasstrom (17), innerhalb der zweiten Vorkühlstrecke (SVb) unter Vermischung mit dem gasförmigen Stickstoff (GN) vorgekühlt werden kann, wobei dem Wirbelschnecken-Innenraum (16c) über einen Stickstoff-Einlass (7) flüssiger Stickstoff (LN) zuführbar ist, beispielsweise aus einem Stickstoff-Tank (35), und/oder
    - ein drittes Gegenstrom-Vorkühlaggregat (16e) durch ein Aufgabesilo (2) ausgebildet wird, wobei das Aufgabesilo (2) Mahlgut (3) für den Mahlprozess bereitstellt, wobei gasförmiger Stickstoff (GN), beispielsweise Restgas (R) aus einem pneumatischen Filter (14), derartig in das Aufgabesilo (2) eingeleitet werden kann, dass das darin befindliche Mahlgut (3) innerhalb einer dritten Vorkühlstrecke (SVc) in einem Gegenstrom vorgekühlt werden kann, bevor das Mahlgut (3) aus dem Aufgabesilo (2) ausgetragen wird.
  12. Mahlvorrichtung (1b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass dem mindestens einen Vorkühlaggregat (16), insbesondere dem mindestens einen Gegenstrom-Vorkühlaggregat (16a, 16b), eine Dosierschnecke (5) vorgeschaltet ist, wobei die Dosierschnecke (5) das von dem Aufgabesilo (2) und/oder aus einer Siebvorrichtung (12) bereitgestellte Mahlgut (3) dosiert in das mindestens eine Gegenstrom-Vorkühlaggregat (16a, 16b) leitet, und/oder dem Kühlaggregat (6) eine Förderschnecke (19), vorzugsweise eine motorisch betriebene Förderschnecke (19), nachgeschaltet ist, wobei die Förderschnecke (19) das auf die Mahlgut-Ausgangs-Temperatur (TA3) abgekühlte Mahlgut (3) dosiert zum mindestens einen Anschluss (4b) der Prallmühle (4) fördert, wobei das auf die Mahlgut-Ausgangs-Temperatur (TA3) abgekühlte Mahlgut (3) vorzugsweise unterseitig aus dem Kühlaggregat (6) entnehmbar ist.
  13. Mahlvorrichtung (1b) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Mahlgut (3) und/oder das Feingut (9) innerhalb der gesamten Mahlvorrichtung (1b) inert gehalten sind.
  14. Verfahren zum Vermahlen von Mahlgut (3), vorzugsweise aus Thermoplasten und/oder Elastomeren, insbesondere mit einer Mahlvorrichtung (1b) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit mindestens den folgenden Schritten:
    - Bereitstellen von Mahlgut (3) und Zuführen des Mahlgutes (3) in mindestens ein Vorkühlaggregat (16) zum Vorkühlen des zugeführten Mahlgutes (3) auf eine Mahlgut-Zwischen-Temperatur (TZ3);
    - Zuführen des auf die Mahlgut-Zwischen-Temperatur (TZ3) vorgekühlten Mahlgutes (3) in ein Kühlaggregat (6) mit flüssigem Stickstoff (LN), so dass das vorgekühlte Mahlgut (3) durch den flüssigen Stickstoff (LN) auf eine Mahlgut-Ausgangs-Temperatur (TA3) abgekühlt wird;
    - Fördern des auf die Mahlgut-Ausgangs-Temperatur (TA3) abgekühlten Mahlgutes (3) in eine Prallmühle (4);
    - Vermahlen des auf die Mahlgut-Ausgangs-Temperatur (TA3) abgekühlten Mahlgutes (3) zu Feingut (9) unter gleichzeitiger Zuführung eines Stickstoffstroms (20) aus gasförmigem Stickstoff (GN), wobei der Stickstoffstrom (20) aus gasförmigem Stickstoff (GN) der Prallmühle (4) mit einer vorgegebenen Stickstoffstrom-Soll-Temperatur (TS20) und einem vorgegebenen Stickstoffstrom-Soll-Durchsatz (NDS) konditioniert bereitgestellt wird, um der Prallmühle (4) eine definierte Mahlgutstrom-Dichte (Rho) eines Mahlgutstroms (30) aus dem Mahlgut (3) und dem Stickstoffstrom (20) bereitzustellen, zum reproduzierbaren Erreichen eines hohen Feinheitsgrades des ausgetragenen Feingutes (9).
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das abgekühlte Mahlgut (3) und der Stickstoffstrom (20) aus gasförmigem Stickstoff (GN) unabhängig voneinander dosiert und einzeln temperiert bereitgestellt werden, bevor diese der Prallmühle (4) zugeführt werden, wobei die Stickstoffstrom-Soll-Temperatur (TS20) und der Stickstoffstrom-Soll-Durchsatz (NDS) des der Prallmühle (4) zugeführten Stickstoffstroms (20) vorzugsweise in Abhängigkeit von der Prallmühle (4) und/oder in Abhängigkeit des aufgegebenen Mahlgutes (3) vorgegeben wird.
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