PL218640B1

PL218640B1 - Method and device for biomass milling

Info

Publication number: PL218640B1
Application number: PL394325A
Authority: PL
Inventors: Włodzimierz Borusiak
Original assignee: Rbb Stal J Borusiak Spółka Komandytowa
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2015-01-30
Also published as: PL394325A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do jednoczesnej mikronizacji i suszenia słomy, siana, drewna, ziarna zbóż i innych substancji organicznych zwanych biomasą.The subject of the invention is a method and a device for simultaneous micronization and drying of straw, hay, wood, grains and other organic substances called biomass.

Stan technikiState of the art

Urządzenia do mikronizacji materiałów znane z literatury technicznej, oparte są głównie na generowaniu naprężeń ściskających w specjalnie do tego skonstruowanych maszynach do mielenia. Ścieranie się cząstek lub ich zderzanie w procesie mielenia stanowi dość powszechną grupę będących w użyciu maszyn. W urządzeniach tych jedynie kilka procent dostarczonej energii jest wykorzystywanych na proces rozdrabniania obrabianego surowca, a jej reszta jest rozpraszana na straty cieplne, mechaniczne lub degradację elementów rozdrabniających jak bijaki lub kule.Devices for the micronization of materials known from technical literature are based mainly on the generation of compressive stresses in specially designed grinding machines. Particle abrasion or collision in the grinding process is a fairly common group of machines in use. In these devices, only a few percent of the supplied energy is used for the comminution of the processed raw material, and the rest is dissipated into thermal and mechanical losses or the degradation of grinding elements such as hammers or balls.

Dotychczasowy sposób rozdrabniania połączonego z suszeniem biomasy pozyskanej z odpadów z tartaków lub zakładów papierniczych, a także nawozu lub siana został zastrzeżony w patencie US 7,481,385B2 z 27.01.2009. Metoda ta polega na tym, że cząsteczki odpadów wyżej wymienionych wprowadza się do komory posiadającej wirnik obracający się z dużą prędkością, cząsteczki te są spychane dzięki sile odśrodkowej na ścianki i przegrody komory i na skutek działania siły kinetycznej wielokrotnie uderzają o siebie, o ścianki i przegrody komory co powoduje szybki wzrost temperatury cząsteczek, a rezultatem tego jest wyparowanie lub wytrącenie wilgoci z materiału. Wilgoć ta zmienia się w parę i ulatuje z komory. Materiał stały zostaje wydmuchany z komory za pomocą powietrza i odseparowany od powietrza w separatorze cyklonowym. W ten sposób wilgoć w odpadzie zostaje znacząco zredukowana.The hitherto method of grinding combined with drying of biomass obtained from waste from sawmills or paper mills, as well as manure or hay, was claimed in the patent US 7,481,385B2 dated January 27, 2009. This method consists in introducing the above-mentioned waste particles into a chamber with a rotor rotating at high speed, these particles are pushed by centrifugal force against the walls and partitions of the chamber and, due to the kinetic force, they repeatedly hit each other, against the walls and partitions. the chamber, which causes the temperature of the particles to rise rapidly, which results in the evaporation or precipitation of moisture from the material. This moisture becomes steam and escapes from the chamber. Solid material is blown out of the chamber with air and separated from the air in a cyclone separator. In this way, the moisture in the waste is significantly reduced.

Znany jest również z opisu patentowego PL 64936 młyn wentylatorowy z wirnikiem z zamontowanymi na obwodzie bijakami i wykładziną pancerną w spiralnej obudowie znajdujący zastosowanie w rozdrabnianiu węgla brunatnego i kamiennego.Also known from the patent description PL 64936 is a fan mill with a rotor with beaters mounted on the periphery and an armored lining in a spiral casing, which is used in grinding brown and hard coal.

Znane metody mikronizacji czyli głębokiego rozdrabniania materiałów do wielkości cząstek o wymiarach mikro i nanometrów nie umożliwiają efektywnego prowadzenia procesu na tym poziomie deaglomeracji, zwłaszcza w zakresie systemów przemysłowych o dużych wydajnościach procesów.Known methods of micronization, i.e. deep comminution of materials to the size of micro- and nanometer-sized particles, do not allow for the effective conduct of the process at this level of deagglomeration, especially in the field of industrial systems with high process efficiency.

Celem wynalazku jest uzyskanie bardziej wydajnego sposobu i urządzenia mikronizacji biomasy przy tej samej mocy zainstalowanej oraz uzyskane większej trwałości urządzeń podczas procesu wytwarzania.The object of the invention is to obtain a more efficient biomass micronization method and device with the same installed power, and to obtain higher device durability during the production process.

Istotne cechy wynalazkuImportant features of the invention

Przedstawiony powyżej cel nieoczekiwanie osiągnięto przez nowy sposób mikronizacji biomasy, który w istotnych cechach wynalazku charakteryzuje się tym, że biomasę rozdrabnia się poprzez kolizję naddźwiękowych strumieni mieszaniny powietrza i rozdrobnionej wstępnie biomasy, w sferze mocno obniżonego ciśnienia w komorze generatora dyskowego, o prędkości obwodowej pomiędzy 300 a 800 m/s, a następnie powstałą mieszaninę powietrza, pary wodnej i zmikronizowaną biomasę przesyła się rurociągiem do baterii separatorów cyklonowych, w których rozdziela się zmikronizowaną biomasę od powietrza i segreguje w zależności od wielkości cząsteczek. Powstałe frakcje zmokronizowanej biomasy przesyła się do zbiorników.The aim presented above was unexpectedly achieved by the new method of micronization of biomass, which, in the essential features of the invention, is characterized by the fact that the biomass is comminuted by the collision of supersonic streams of the mixture of air and pre-comminuted biomass in the sphere of strongly reduced pressure in the disc generator chamber, with a peripheral speed between 300 a 800 m / s, and then the resulting mixture of air, water vapor and micronized biomass is sent via a pipeline to a battery of cyclone separators, in which micronized biomass is separated from air and segregated depending on the size of particles. The resulting fractions of the wet biomass are sent to the tanks.

W korzystnej odmianie sposobu frakcje zmikronizowanej biomasy o większych cząsteczkach przesyła się ponownie do komory generatora dyskowego.In a preferred embodiment of the process, the larger particle micronized biomass fractions are returned to the disc generator chamber.

Istotą charakterystyczną cechą urządzenie według istoty wynalazku, jest to, że urządzenie składa się z kosza do zasypywania biomasy, połączonego przenośnikiem ze zbiornikiem napełniającym rurę ssącą, zasilającą podciśnieniowy generator dyskowy, napędzany silnikiem elektrycznym oraz połączonych rurą z podciśnieniowym generatorem dyskowym baterii separatorów cyklonowych. Separatory połączone są z osuszaczem wilgotnego powietrza i filtrem oczyszczającym.The essence of the characteristic feature of the device according to the essence of the invention is that the device consists of a basket for charging biomass, connected by a conveyor with a tank filling the suction pipe, supplying a vacuum disc generator, driven by an electric motor, and connected by a pipe to a vacuum disc generator of a battery of cyclone separators. The separators are connected to a humid air dryer and a purifying filter.

Dalszą korzystną cechą rozwiązania jest to, że generator z obrotowym dyskiem wyposażony jest w szybko wirujący dysk o prędkości obwodowej od 300 do 800 m/s, napędzany wałem obrotowym zawierający łopatki generujące podciśnienie w komorze obudowy generatora, zaś łopatki w wirującym dysku uformowane są promieniście do osi dysku albo pod kątem ostrym do osi dysku albo połączone są z płaską tarczą.A further advantageous feature of the solution is that the rotating disk generator is equipped with a rapidly rotating disk with a peripheral speed of 300 to 800 m / s, driven by a rotating shaft including blades generating a negative pressure in the generator housing chamber, and the blades in the rotating disk are formed radially to disc axis either at an acute angle to the disc axis or connected to a flat disc.

Korzystne skutki wynikające z istotnych cech wynalazku.Beneficial effects resulting from the essential features of the invention.

Proponowana nowa metoda zapewnia o 60% większą wydajność procesu przy tej samej mocy zainstalowanej, a wyprowadzenie strefy mikronizacji poza dysk generujący podciśnienie wydłuża o 120% jego trwałość i tym samym zmniejsza istotnie przenikanie produktów zużycia dysku (kontaminacji) do mikronizowanej biomasy.The proposed new method provides a 60% higher process efficiency at the same installed power, and the removal of the micronization zone beyond the vacuum generating disk extends its durability by 120% and thus significantly reduces the penetration of disk wear products (contamination) into the micronized biomass.

PL 218 640 B1PL 218 640 B1

Przykład użytecznego wykorzystania istotnych cech wynalazku zastosowanych w technologii produkcji i urządzeniach do produkcji przedstawiono na przykładzie wykonania w sposób schematyczny, na którym:An example of a useful use of the essential features of the invention applied in production technology and production equipment is shown schematically on the exemplary embodiment, where:

fig. 1 uwidacznia schemat instalacji przemysłowej, fig. 2 - w przekroju generator dyskowy przedstawiający strefę suszenia z wstępnym rozdrabnianiem oraz strefę mikronizacji, fig. 3 - w rzucie z góry wirujący dysk w którym łopatki są skierowanie promieniście do osi obrotu, fig. 4 - przekrój dysku z fig. 3 w ujęciu perspektywicznym, fig.5 - wirujący dysk z płaską tarczą, fig. 6 - przekrój z fig 5, fig. 7 - widok z góry wirującego dysku z łopatkami usytuowanymi pod kątem do osi obrotu i fig. 8 - przekrój dysku z fig. 7 w ujęciu perspektywicznym.Fig. 1 shows a schematic view of an industrial plant, Fig. 2 - in section a disc generator showing a drying zone with pre-grinding and a micronization zone, Fig. 3 - a top plan view of a rotating disk in which the blades are directed radially to the axis of rotation, Fig. 4 - sectional view of the disc from fig. 3 in perspective, fig. 5 - a rotating disc with a flat disc, fig. 6 - section from fig. 5, fig. 7 - top view of a rotating disc with blades at an angle to the axis of rotation, and fig. 8 - a sectional view of the disk of Fig. 7 in a perspective view.

Przedstawiony w przykładzie wykonania na fig. 1 sposób mikronizacji jest następujący: materiał biomasy wstępnie rozdrabniany zasypywany jest do kosza 1, skąd przenośnikiem 2 jest dostarczany do zbiornika 3 napełniającego rurę ssącą 4 zasilającą dyskowy generator podciśnienia 5 napędzany silnikiem elektrycznym 6. Biomasę rozdrabnia się poprzez kolizję naddźwiękowych strumieni mieszaniny powietrza i rozdrobnionej wstępnie biomasy, w sferze mocno obniżonego ciśnienia w komorze generatora dyskowego 5, o prędkości obwodowej 500 m/s. Zmikronizowana biomasa w mieszaninie z powietrzem i parą wodną przepływa do separatora cyklonowego 8, a następnie do cyklonu 9. Oczyszczone, z rozdrabnianego materiału, wilgotne powietrze przepływa do osuszacza 10 zatrzymującego wodę, a następnie filtra dokładnego oczyszczania 11. Z filtra powietrze może być zawracane ponownie do obiegu w całości albo częściowo przesyłane do atmosfery. Grubsza frakcja oddzielona w cyklonie 8 może być zawracana do ponownej mikronizacji, a frakcja drobna z cyklonu 9 przenośnikiem 14 podawana jest do zbiornika 15.The micronization method presented in the embodiment in Fig. 1 is as follows: the pre-crushed biomass material is poured into the basket 1, from where by the conveyor 2 it is delivered to the tank 3 filling the suction pipe 4 which supplies the disc vacuum generator 5 driven by an electric motor 6. The biomass is comminuted by a collision. supersonic jets of a mixture of air and pre-comminuted biomass, in the sphere of strongly reduced pressure in the chamber of the disc generator 5, with a peripheral speed of 500 m / s. Micronized biomass in a mixture with air and steam flows to the cyclone separator 8 and then to the cyclone 9. Clean, shredded, moist air flows to the dryer 10 retaining the water and then the fine filter 11. The air can be recycled from the filter again for circulation wholly or partially sent to atmosphere The coarser fraction separated in the cyclone 8 can be recycled for re-micronization, and the fine fraction from the cyclone 9 is fed to the tank 15 by the conveyor 14.

W przykładzie realizacji urządzenia zastosowano szybko wirujący dysk 17, pokazany na fig. 2, napędzany wałem 18, którego integralną częścią są łopatki 20 które mogą być proste lub łukowate. Łopatki mogą być przykryte płaską tarczą 23. Obroty dysku są tak dobrane, aby uzyskać dla średnicy zewnętrznej D prędkość obwodową w granicach 350 m/s. W wyniku obrotów dysku w strefie suszenia i wstępnego rozdrabniania 24 generuje się duże podciśnienie, które powoduje przepływ powietrza w rurze ssącej 4, z prędkością pomiędzy 250 a 350 m/s. Przepływające powietrze porywa z sobą materiał do mikronizacji dozowany do kosza zasilającego 3. Materiał rozdrabniany ulega gwałtownemu przyśpieszeniu i zderza się z dyskiem 17 w strefie 24 ulegając wstępnemu rozdrobnieniu. Materiał rozdrabniany wraz z powietrzem zmienia pod kątem prostym kierunek przepływu i jest dalej przyśpieszany w kanałach 22 pomiędzy łopatkami 20. Siła odśrodkowa generowana przez układ napędowy przyspiesza ruch materiału znajdującego się w kanałach 22 i z przyspieszeniem dostosowanym do średnicy dysku 21 i prędkości obrotowej „n” wyrzuca materiał do strefy niezwykle wysokiej turbulencji 19 w której następuje mikronizacja materiału w procesie deaglomeracji, densyfikacji i dezintegracji spowodowanej kawitacją i propagacją fal uderzeniowych w wyniku kolizji naddźwiękowych strumieni masy - promieniowego i obwodowego. Trajektorie cząsteczek materiału opuszczających wirujący dysk 17 są funkcją promieniowej prędkości cząstek generowanych siłą odśrodkową i prędkością obwodową dysku.In an embodiment of the device, a rapidly rotating disc 17, shown in Fig. 2, is used, driven by a shaft 18, the integral part of which are blades 20, which can be straight or curved. The vanes may be covered with a flat disc 23. The rotations of the disc are selected so as to obtain a circumferential speed of 350 m / s for the outer diameter D. Due to the rotation of the disc in the drying and pre-grinding zone 24, a high negative pressure is generated which causes air to flow in the suction tube 4 at a speed between 250 and 350 m / s. The flowing air carries with it the micronization material dosed into the feed hopper 3. The ground material is rapidly accelerated and collides with the disk 17 in the zone 24, undergoing initial fragmentation. The material disintegrated with the air changes the flow direction at right angles and is further accelerated in the channels 22 between the blades 20. The centrifugal force generated by the drive system accelerates the movement of the material in the channels 22 and with an acceleration adapted to the diameter of the disc 21 and the rotational speed "n" ejects material to the extremely high turbulence zone 19 in which the material is micronized in the process of deagglomeration, densification and disintegration caused by cavitation and propagation of shock waves due to the collision of supersonic radial and peripheral mass streams. The trajectories of the material particles exiting the rotating disk 17 are a function of the radial velocity of the particles generated by the centrifugal force and the peripheral velocity of the disk.

Mieszanina powietrza, pary wodnej i zmikronizowanego materiału rurą wylotową 7 trafia do szeregowej baterii cyklonów 8 i 9 gdzie następuje rozdział zmikronizowanej biomasy od powietrza. Za baterią cyklonów 8,9 umieszczono filtr 11 w którym zostaje odseparowana woda. Osuszone powietrze jest doczyszczane w dokładnej stacji filtrów tkaninowych 12. Dalej powietrze uchodzi do atmosfery lub zawracane jest do obiegu rozdrabniania w stacji rozrządowej.The mixture of air, steam and micronized material through the outlet pipe 7 goes to a series battery of cyclones 8 and 9 where the separation of micronized biomass from air takes place. Behind the battery of cyclones 8, 9 there is a filter 11 in which water is separated. The dried air is cleaned in a fine fabric filter station 12. The air then escapes to the atmosphere or is returned to the grinding circuit in the marshalling yard.

₁₁

Na fig. 3 pokazano, w rzucie z góry pierwszą odmianę wirującego dysku 17¹, w którym łopatki 11Fig. 3 shows a top view of a first variation of the rotating disk 17 ^one in which the vanes 11

20¹ są skierowanie promieniście do osi obrotu. Na fig. 4 pokazano przekrój dysku 17¹ z fig. 3 w ujęciu 22 perspektywicznym. Fig. 5 przestawia w drugiej odmianie wirujący dysk 17² z łopatkami 20² skierowanymi promieniście do osi obrotu i z zamocowana u góry płaską tarczą 23. Fig. 6 pokazuje przekrój z fig 5. Fig. 7 pokazuje trzecią odmianę w widoku z góry wirującego dysku 17³ łopatkami 20³ usytuowanymi pod kątem ostrym do osi obrotu, a fig. 8 pokazuje przekrój dysku z fig. 7 w ujęciu perspektywicznym.20 ¹ are directed radially to the axis of rotation. Fig. 4 shows a section of the disk 17 ¹ of Fig. 3 in a perspective view. Fig. 5 shows, in a second variant, a rotating disk 17 ² with blades 20 ² directed radially to the axis of rotation and a flat disk 23 at the top. Fig. 6 shows the section of Fig. 5. Fig. 7 shows a third variant in a top view of the rotating disk 17 ^{3 with} blades 20 ³ at an acute angle to the axis of rotation, and Fig. 8 shows a section of the disk of Fig. 7 in a perspective view.

Przedstawione przykłady realizacji sposobu i urządzenia do mikronizacji biomasy według istotnych cech wynalazku, nie wyczerpują wszystkich możliwych jego odmian realizacji. Ten szczegółowyThe presented embodiments of the method and device for biomass micronization according to the essential features of the invention do not exhaust all possible variants of its implementation. This detailed one

PL 218 640 B1 opis sposobu mikronizacji i urządzenia nie powinien być interpretowany jako ograniczające zasadniczą ideę wynalazczą opisaną w podstawowej części niniejszego opisu.The description of the micronization method and apparatus should not be interpreted as limiting the essential inventive concept as described in the main part of this description.

Claims

1. Method of micronization of biomass, containing a generator with a rotating disc, characterized in that the pre-crushed biomass in a known manner is micronized by the collision of supersonic streams of air mixture and pre-comminuted biomass particles, in the sphere of strongly reduced pressure in the chamber of the disc vacuum generator (5), with the peripheral speed of the rotating disc (17) between 300 and 800 m / s, then the resulting mixture of air, water vapor and micronized biomass is sent through an outlet pipe (7) to a battery of cyclone separators (8, 9), in which micronized biomass is separated from air, is segregated depending on the particle size and the resulting micronized biomass fractions are sent to storage tanks (15).

2. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that, in a preferred method variant, the larger particle micronized biomass fractions are sent back to the disc chamber of the vacuum generator (5).

3. Device for biomass micronization, comprising a generator with a rotating micronization disc connected to a cyclone separator, characterized in that it consists of a basket (1) for charging biomass connected by a conveyor (2) with a feed basket (3), a suction pipe (4) disc vacuum generator (5), driven by an electric motor (6), and connected by an outlet pipe (7) to a disc vacuum generator (5) of a battery of cyclone separators (8, 9), which are connected with a humid air dryer (10) and a filter ( 11) cleansing.

4. The device according to claim 1 3. The vacuum generator (5) as claimed in claim 1, characterized in that the disc vacuum generator (5) is provided with a rapidly rotating disc (17) with a peripheral speed of 300 to 800 m / sec driven by a shaft (18), comprising blades (20) generating a vacuum in the housing chamber (16) disc vacuum generator (5).

5. The device according to claim 1 4. A method as claimed in Claim 4, characterized in that the blades (20) in the rotating disk (17) are formed radially to the axis of the disk (17).

6. The device according to claim 1 4. A method as claimed in claim 4, characterized in that the blades (20) in the rotating disk (17) are formed at an acute angle to the axis of the disk (17).

7. The device according to claim 1 A device as claimed in claim 4, characterized in that the blades (20) in the rotating disk (17) are connected to a flat disk (23).