FI112782B - Menetelmä erittäin hienojen jauheiden teolliseksi tuottamiseksi - Google Patents

Description

112782

Menetelmä erittäin hienojen jauheiden teolliseksi tuottamiseksi Förfarande för industriell produktion av synnerligen fina pulver

Esillä oleva keksintö koskee itsenäisen patenttivaatimuksen 1 lajimääritelmän 5 mukaista menetelmää, jolla voidaan hyvin taloudellisesti, tehokkaasti ja kuivana tuottaa prosessiteollisuuden tarvitsemia täyteaineita ja aiempaa hienompia päällystysaineita -ja pigmenttejä.

Tällä hetkellä on yleisesti käytössä 1-faasi periaatteeseen perustuvia erityyppisiä 10 mikronisointimenetelmiä, joilla tuotetaan kuivia prosessiteollisuuden tarvitsemia täyte -ja päällysteaineita, sekä pigmenttejä. 1-faasi periaatteeseen perustuvissa laitteissa käytetään jauhatusenergiana korkeapaineista, energistä työkaasua, paineilmaa, höyryä tai jotain suojakaasua.

15 1-faasi tekniikalla toimivan mikronisointilaitteen olennaisena osana on usein myös sisäänrakennettu pneumaattinen luokitin, joka on usein varustettu mekaanisella roottorilla. 1-faasi periaatteella toimivat prosessit toimivat yleisesti niin, että hie- .

•": nonnettava aine syötetään prosessiin vaiheessa, jossa pelkän ja erillisissä kaasusuut- timissa kiihdytetyn, korkeapaineisen esim. 9 bar, tai jopa 16 bar työkaasun avulla ‘•30 kehitetään jauhettaviin hiukkasiin/ partikkeleihin kineettistä energiaa, minkä seu-.,. · rauksena ne jossain määrin jauhautuvat. On selvää, että partikkeleihin syntynyt • kineettinen energia, huolimatta korkeapaineisesta ja energisestä työkaasusta jää • · ·' varsin vähäiseksi ja jauhatusteho huonoksi. Erityisen vaikea on 1-faasi tekniikalla saada tuotettua tuotteita, joissa tarvitaan erityisesti hiukkasia joiden koko on • · ; ’£ 5 alueella 0,2 - 5 mikronia tai keskimääräinen hienous on 0,2 - 5 mikronia, esi-’; · ’ merkiksi teollisuusmineraaleista. Tällöin energiankulutus/kustannus nousee erittäin , i ·' voimakkaasti ja laitteiston tuotantoteho laskee.

: : ’: 1 - faasi periaatteella toimivan jauhatusmenetelmän toimintaedellytyksiä huonontaa ‘ ·" 3 0 myös se, että hiukkaskoon pienentyessä hiukkasten luokittelu roottorilla varustettua pneumaattista luokitinta käyttäen tulee erittäin vaikeaksi, koska alle 5 mikronin hiukkaset pienen massansa takia käyttäytyvät lähes kaasun tavoin.

2 112782 1-faasivirtauksella toimivat laitteet on usein myös rakennettu niin, että jauhaminen ja luokittelu tapahtuvat samassa tilassa ja ovat sidoksissa toisiinsa myös työkaasun määrän kautta. Tämä ei ole hyvä asia, koska pieni muutos jommassa kummassa osaprosessissa saattaa vaikuttaa haitallisesti toiseen osaprosessiin. Tämän tyyppiset 5 rajoitteet nykyisissä 1- faasi periaatteeseen perustuvissa laitteissa rajoittavat voimakkaasti mahdollisuuksia tuottaa teollisuuden tarvitsemia kuivia ja keskihienou-deltaan 0,2 -5,0 mikronin lopputuotteita taloudellisesti ja tehokkaasti.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on edellä mainittujen haittojen poistaminen , 10 mikä on aikaansaatu itsenäisen patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosan mukaisella menetelmällä.

Keksinnön muut tunnusmerkit ilmenevät epäitsenäisistä patenttivaatimuksista.

15 Esillä olevan keksinnön mukaisessa menetelmässä jauhettava materiaali syötetään kaksoisventtiilisyöttimellä vastasuihkujauhimeen. Kaksoisventtiilisyöttimen väli-säiliössä käytetään varsinaista jauhatuspainetta korkeampaa syöttöpainetta. Vasta-: · · suihkujauhimen työkaasuvirtaus katkaistaan tai sitä kuristetaan lyhyeksi ajaksi, kun ' ·.: kaksoisventtiilisyöttimen alaventtiili avataan. Tämä toimenpide varmistaa irtotihey- 20 deltään alhaisen materiaalin tehokkaan siirtymisen vastasuihkujauhimen tasaussäi-: liöön, jonka loppuosassa materiaalista ja energisestä työkaasusta syntyy haluttu '] kaasu/kiintoainesuspensio. Materiaalin jauhaminen tapahtuu, aineesta riippuen, ,,,: taloudellisesti kehitetyn 1-8 bar paineisen työkaasun avulla. Syntynyt energinen kaasu/kiintoainesuspensio tekee mahdolliseksi hyödyntää tehokkaasti 2-faasivir-. ύ 5 tausta.

;: * Kaasukiintoainesuspension sisältämä kineettinen energia voidaan käyttää ja hyö-,, / dyntää erilaisissa jauhinkammioyksiköissä tehokkaasti pienessä tilavuudessa, jossa I :: myös pienet hiukkaset ovat suurenergisten hiukkasten vaikutuspiirissä hallitulla ; · 3 0 tavalla. Tämä tapahtuu käyttämällä jauhinkammioissa tarpeen mukaan erityyppisiä kiihdytyssuuttimia. Toisessa yksikössä voidaan käyttää esim. tavanomaisia kiihdy-tyssuuttimia ja toisessa kaasunpoistoreijillä varustettuja kiihdytyssuuttimia. Tällöin yksiköt tuottavat raejakaumaltaan erilaisia tuotteita eli näin voidaan kohdentaa 3 112782 energiankäyttöä joidenkin raekokojen tuottamiseen tai rajoittaa joidenkin raekokojen tuottamista.

Erillisissä jauhinyksiköissä jauhetut tuotteet voidaan pitää erillään tai yhdistää ja 5 välivarastoida ne yhteen tai useampaan jauhatuspiiriin rakennettuun välisäiliöön. Välivarastoinnin tehtävänä on massan seurannan avulla hallita jauhatuspiirin sisäisen kiertokuorman määrää. Ultrahienojen 0,2-5 mikronin hiukkasten tuottaminen, tässä tapauksessa autogeenisesti edellyttää jauhatuspiirissä suurta kiertokuormaa ja kiertokuorman tarvitsema tilavuus on järkevä rakentaa varsinaisen jauhatuslaitteen 10 ulkopuolelle.

Välisäiliössä hetkeksi varastoidun mutta kierrossa olevan materiaalin irtotiheys nousee, mikä helpottaa sen tehokasta takaisin syöttämistä vastasuihkujauhimeen.

15 Välisäiliöstä -tai säiliöistä aloitetaan materiaalin poistaminen myös lopputuotteeksi sen jälkeen, kun haluttu kiertokuorman määrä jauhatuspiiriin on syntynyt. Koska kaikki jauhettava materiaali kulkee vastasuihkujauhimen jauhinkammioiden kautta viipyvät jauhettavat hiukkaset jauhatusprosessissa min. 1 jauhatuskierron ja max.

•, ‘·· valittujen jauhatuskiertojen esim. 7 kierron ajan. Välisäiliö -tai säiliöt mitoitetaan • ‘-20 niin, että kiertokuorma voi olla tarvittaessa suurikin ja siinä on punnitusjärjestelmä, •... · joka on osa prosessin valvontaa. Välisäiliöön pitää esimerkiksi edellä mainitussa '. ·: tapauksessa mahtua materiaalia, joka on 7 x syöttömäärä.

Poistuvan lopputuotteen määrä on luonnollisesti sama kuin jauhimeen syötettävän [55 uuden materiaalin määrä. Välisäiliön käyttö tekee mahdolliseksi materiaalin hallitun kierrättämisen ja mahdollistaa sen, että tärkeitä ja erityisesti kiinteistä mineraa-..!: ’ leista vaikeasti tuotettavia 0,2-5,0 mikronin kokoisia hiukkasia voidaan tehokkaasti ' ,. tuottaa lisää käyttämällä hienonnuksessa tarvittava määrä jauhatuskiertoja ja geo-: : metrialtaan esimerkiksi erilaisia kiihdytyssuuttimia.

' ' ‘ :3 0 Välisäiliöstä vastasuihkujauhimeen palautettava materiaali on aineesta riippuen usein irtotiheydeltään erittäin kevyttä. Irtotiheys voi olla jopa alle 100 kg/m3. Tämän takia materiaali kannattaa tiivistää erillisessä puristavassa ruuvikuljettimessa 4 112782 ennen vastasuihkujauhimeen syöttämistä. Irtotiheyden nostaminen parantaa merkittävästi materiaalin käsiteltävyyttä.

Mikäli lopputuotteen pitää olla erittäin hienoa ja suljetussa piirissä kiertävän mate-5 riaalin irtotiheys laskee ruuvitiivistyksestä huolimatta alhaiseksi voidaan vastasuih-kujauhimen yhteydessä käyttää kahta kaksoisventtiilisyötintä. Tällöin paineistuk-sessa käytettävän kaasun kulutus voidaan lähes puolittaa hyödyntämällä poistettava kaasu toisen syöttimen säiliön alkupaineistukseen.

10 Välisäiliöstä lopputuotteeksi otettava materiaali voidaan tarvittaessa käsitellä erillisellä jauhatuspiirin ulkopuolella olevalla mekaanisella luokittimella, jonka toimintaperiaate ei perustu kaasunvirtauksiin, eikä kaasu ole toimintaa säätelevä tekijä. Tällaisella luokitinlaitteella voidaan hallitusti erottaa lopputuotteesta suurimpia hiukkasia ja palauttaa raaka-aineen, välisäiliön kautta kiertävän kiertokuorman 15 kanssa vastasuihkujauhimeen. Luokittimella eroitettu karkeatuote voidaan kuljettaa välisäiliöön pneumaattisena siirtona ja kuljetusilmana voidaan hyödyntää kaksois-venttiilisyöttimen välisäiliöstä alkupaineistuksen jälkeen vapautettavaa paineista ilmaa.

•2 0 Tasalaatuisesta raaka-aineesta, joka edullisesti on mekaanisessa jauhimessa esi-jauhettu materiaali, voidaan helposti tuottaa laadultaan muuttumatonta lopputuotetta. Tällä tavalla pystytään toteuttamaan keksinnön mukaista jauhatusta niin, että tarvittavaa raeluokkaa 0,2 - 5 μηι olevan tuotteen osuus kasvaa. Kierrätyksen aikana myös karkeammat raeluokat vähenevät. Tämän takia ei aina tarvita ,,25 jälkiluokitusta. Tasalaatuisen lopputuotteen varmistamiseksi laitteistoon voidaan kytkeä kontrolliyksikkö, johon on ohjelmoitu tärkeimpien mikronisointiprosessiin : liittyvien tekijöiden raja-arvot, kuten ; ’ - raaka-aineen määrä aikayksikköä kohti, - lopputuotteen määrä aikayksikköä kohti 30 - työkaasun määrä aikayksikköä kohti, sekä sen paine ja lämpötila.

- työkaasun paineistukseen käytetty energiamäärä - kiertokuorman määrä aikayksikköä kohti 5 112782

Koska jauhinyksikön kriittiset osat säilyttävät muotonsa tuhansia käyttötunteja, tuotetaan tietyillä raja-arvoilla laadultaan muuttumatonta tuotetta. Mikäli raja-arvoihin tulee poikkeamaa prosessi keskeytetään ja häiriö korjataan. Tämä yksinkertainen järjestelmä helpottaa prosessin käyttöä ja lopputuotteen laadunvalvontaa.

5

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin oheisiin piirustuksiin viitaten, jossa

Kuvio 1 esittää esimerkkiä keksinnön mukaisen menetelmän 10 suorittamiseen käytettävästä laitteistosta, sivu kuvantona, ja

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista laitteistoa oikealta katsottuna.

Keksinnön mukaisesti jauhettavaa, mahdollisesti mekaanisessa jauhimessa esijau-hettua materiaalia syötetään syöttösäiliöstä 1 kaksoisventtiilisyöttimen syöttösuppi-15 loon 2, josta se jaksoittain lasketaan kaksoisventtiilisyöttimen välisäiliöön 3 tämän yläventtiilin 4 avauduttua. Materiaalierän vastaanottamisen jälkeen yläventtiili 4 suljetaan ja välisäiliö paineistetaan esimerkiksi 5 barin paineeseen, jonka jälkeen ’ ' kaksoisventtiilisyöttimen alaventtiili 5 avataan ja paineistettu materiaalierä *: pakotetaan ylipaineen avulla tasaussäiliöön 6, johon työkaasun syöttö putkesta 7 ‘20 hetkeksi katkaistaan tai kuristetaan kevyen materiaalin siirtymisen helpottamiseksi. Tämän jälkeen alaventtiili 5 suljetaan uudelleen, jonka jälkeen välisäiliön 3 paine lasketaan ympäristön paineen tasolle johtamalla siinä oleva paineenalainen kaasu " ‘ ’ johonkin putken 21 kautta. Tämän jälkeen yläventtiili 4 avataan uutta materiaali- . . erää varten suppilosta 2. Tasaussäiliössä 6 jauhettava materiaali sekoitetaan sitten I · '.. ’2 5 paineen alaisen, esimerkiksi 3,5 barin paineessa olevan työkaasun kanssa kaasu-kiintoainesuspensioksi. Tasaussäiliöstä 6 kaasu-kiintoainesuspensio kiihdytetään ; · työkaasun paineen vaikutuksesta vastasuihkujauhimen 9 kiihdytyssuuttimien 8 kautta jauhinkammioon, jossa materiaalihiukkaset jauhautuvat autogeenisesti tör-: ; ; mätessään toisiinsa suurella nopeudella. Vastasuihkujauhimessa 9 jauhautunut ‘30 kaasu-kiintoainesuspensio johdetaan putkien 10 ja 11 kautta isokokoiseen välivarastoon 12, joka on varustettu punnitusjärjestelmällä 13 siihen kerätyn mate-riaalimäärän valvomiseksi. Välivarastoon 12 on nimittäin kerättävä sellainen kiintoainemäärä, että järjestelmässä on riittävä kiertokuorma halutun lopputuote-laadun saavuttamiseksi, jota kiertokuormaa on ylläpidettävä koko jauhatuspro- 6 112782 sessin aikana. Välivarastosta 12 poistetaan ilmaa puhaltimien 14 avulla .Sopivien suodattimien 15 kautta, jotka estävät pienten materiaalihiukkasten pääsyn ulkoilmaan. Välivarastoon 12 kerätty kiintoaine tiivistyy jonkin verran, mikä parantaa sen käsiteltävyyttä, kun se palautetaan jauhettavaksi yhdessä uuden raaka-aineen 5 kanssa. Kun pyritään hyvin hienojakoiseen lopputuotteeseen, jonka irtotiheys on alhainen , välivarastoon 12 kerääntyneen kiintoaineen irtotiheyttä voidaan edelleen korottaa erillisen puristavan ruuvikuljettimen 16 avulla. Kiintoaineen kierrätys jauhatuslaitteiston läpi yhdessä syöttösäiliöstä 1 syötetyn uuden raaka-aineen kanssa jatkuu kunnes laitteistossa on saavutettu tavoiteltu kiertokuorma. Tämän 10 jälkeen prosessi jatketaan niin, että syöttösäiliöstä 1 syötetään yhtä paljon uutta raaka-ainetta, joka jauhetaan yhdessä välivarastosta 12 kierrätetyn kiintoaineen kanssa, kuin välivarastosta 12 poistetaan valmista tuotetta poistoputken 17 kautta. Tämä tuote voidaan joko käyttää sellaisenaan, taljoissakin tapauksissa johtaa jau-hatuspiirin ulkopuolella olevaan mekaanisen luokittimeen 18, jossa suurimmat 15 hiukkaset erotetaan lopputuotteesta.. Tämä erotettu karkeatuote palautetaan väli-säiliöön 12 putkea 19 kautta lisäjauhatusta varten. Karkeatuotteen palauttamiseen voidaan käyttää kaksoisventtiilisyöttimen välisäiliöstä 3, alkupaineistuksen jälkeen '': vapautettavaa paineista kaasua, joka johdetaan putkea 20 pitkin luokittimen 18 •f keräystaskuun.

• 12 0 Suositeltavan suoritusmuodon mukaan laitteistossa on kaksi rinnakkaista vastasuihkujauhinta 9, 9a omilla syöttölaitteilla 2,2a; 3,3a; 4;4a, 5;5a, 6;6a, 7,7a, mikä on eduksi esimerkiksi silloin kun jauhettavan materiaalin irtotiheys on alhainen. Tällöin on suositeltavaa että toinen vastasuihkujauhin 9 on varustettu tavanomaisilla kiihdytyssuuttimilla 8 ja toinen vastasuihkujauhin 9a on varustettu /25 kaasunpäästökanavilla varustetuilla kiihdytyssuuttimilla, jolloin myös itse jauhin- kammio on muotoiltu eri tavalla kuten suomalaisessa patenttihakemuksessa nro : 20020531 on esitetty. Tämän uudenlaisen jauhintyypin avulla pystytään hyvin ’ ·' tehokkaasti säätämään jauhatusolosuhteet niin että haluttuun raekokoluokkaan j \ kuluvaa lopputuotetta on helposti saavutettavissa.

30 Tällöin molempien jauhinyksiköiden kaksoisventtiilisyöttimet voidaan edullisesti tahdistaa niin, että toisen kaksoisventtiilisyöttimen välisäiliöön 3, materiaalierän luovuttamisen jälkeen, jäänyt jäikipaine voidaan putkien 21 ja 21a kautta hyödyntää toisen kaksoisventtiilisyöttimen välisäiliön 3a alkupaineena uuden 7 112782 materiaalierän vastaanottamisen jälkeen, kun putkessa 20 oleva venttiili 23 pidetään suljettuna. Tällöin kaasunkulutus syötön yhteydessä lähes puolittuu. 1 ·

Claims (11)

1. Menetelmä erittäin hienojen jauheiden teolliseksi tuottamiseksi, jossa jauhettavaa materiaalia sekoitetaan korkeapaineiseen työkaasuun kaasu-kiintoainesuspensioksi, 5 joka kiihdytyssuuttimien (8) kautta johdetaan vastasuihkujauhimen (9) jauhinkam-mioon jauhettavaksi autogeenisesti, tunnettu siitä, että jauhautunut kaasukiinto-ainesuspensio johdetaan ainakin yhteen jauhatuspiirissä olevaan välisäiliöön (12), jossa kaasu poistetaan seoksesta ja välisäiliöön (12) kerätään kiintoainetta, joka palautetaan jauhettavaksi yhdessä uuden raaka-aineen kanssa kunnes laitteistossa 10 on tavoiteltu kiertokuorma, jonka jälkeen prosessi jatkuu niin, että siitä poistetaan yhtä paljon valmista tuotetta kuin siihen lisätään raaka-ainetta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että välisäiliöön (12) kerääntyneen kiintoaineen irtotiheys korotetaan erillisen puristavan ruuvikuljetti- 15 men (16) avulla ennen vastasuihkujauhimeen (9) palauttamista.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jauhettavaa • materiaalia syötetään vastasuihkujauhimeen (9) kaksoisventtiilisyöttimen (3) ja : tasaussäiliön (6) kautta, jolloin kaksoisventtiilisyöttimessä (3) käytetään varsinaista "20 syöttöpainetta korkeampaa syöttöpainetta ja vastasuihkujauhimen (9) työkaasu- virtaus katkaistaan tai kuristetaan hetkeksi kun kaksoisventtiilisyöttimen alaventtiili (5) avataan. * ·

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jauhatus suori- * » i ,' 2 5 tetaan ainakin kahdessa vastasuihkujauhimessa (9,9a), jolloin toisessa on tavanomaiset kiihdytyssuuttimet (8) ja toisessa kaasunpäästökanavilla varustettuja ; : kiihdytyssuuttimia erittäin hienojakoisen materiaalin tehokkaaksi jauhamiseksi.

: 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jauhettavan •30 materiaalin paineistamiseen ja syöttämiseen käytetään kahta rinnakkaista kaksois-venttiilisyötintä (3, 3a), jotka tahdistetaan niin, että toiseen kaksoisventtiili-syöttimeen (3, 3a) materiaalierän luovuttamisen jälkeen jäänyt jälkipaine on hyödynnettävissä toisen kaksoisventtiilisyöttimen (3a, 3) alkupaineena uuden materiaalierän vastaanottamisen jälkeen. 9 112782

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että välisäiliöstä (12) poistettu lopputuote johdetaan erilliseen, jauhatuspiirin ulkopuolella olevaan mekaaniseen luokittimeen (18) jossa suurimmat hiukkaset erotetaan lopputuotteesta ja palautetaan välisäiliöön (12) lisäjauhatuskierrosta varten. 5

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lopputuotteen laadun tasaisuuden varmistamiseksi laitteistossa on kontrolliyksikkö, johon on ohjelmoitu jauhatusprosessin tärkeimpien parametrien raja-arvot, kuten raaka-aineen määrä, työkaasun määrä, paine, ja lämpötila, työkaasun paineistuk- 10 seen käytetty energiamäärä ja kiertokuorman määrä.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jauhatusolosuhteet säädetään niin, että lopputuotteessa on tavoiteltu osuus raeluokkaan 0,2 - 5 μιη kuuluvia hiukkasia. 15

8 112782

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jauhettava materiaali kierrätetään prosessissa 2-10 kertaa, edullisesti 4-7, lopputuotteen asetetun raeluokan saavuttamiseksi. • · • « ,,20

10. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että luokittimella < (18) eroitettu karkeatuote palautetaan välisäiliöön (12) pneumaattisena siirtona < « kaksoisventtiilisyöttimen välisäiliöstä (3,3a) alkupaineistuksen jälkeen vapautettavan paineisen kaasun avulla. •25

11, Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että raaka-aineena käytetään mekaanisella jauhimella esijauhettua materiaalia. » 112782