WO2019170663A1 - Rührwerksmühle - Google Patents

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diameter
grinding
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agitator mill
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Eduard Nater
Andreas Rieche
Norbert Kern
Achim Sturm
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Bühler AG
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    • B02C17/161—Arrangements for separating milling media and ground material
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B02C2017/165—Mills in which a fixed container houses stirring means tumbling the charge with stirring means comprising more than one agitator

Definitions

  • the invention relates to a stirred mill according to the preamble of claim 1.
  • the invention makes reference to the European patent EP 1 992 412 A1. From this, such a stirred mill is known. Agitator mills are used to disperse suspensions, ie solids in liquids. This is used, for example, in the production of adhesives, printing inks, cosmetics or pharmaceuticals.
  • the material to be ground is fed via a Zufiihrkanal in a grinding chamber of the stirred mill, which is formed between the outer wall of a rotor and a container wall, and crushed together with Mahlöskörpem, such as ceramic balls, which are also referred to as grinding media, and with the aid of tools which are arranged on the rotor and / or on the container wall.
  • the stirring agglomerates are dispersed and crushed crystal structures.
  • the original particle size of 100-500 pm can be reduced to less than 3 pm.
  • the finished product is then directed via a Mahlgut- discharge channel through a MahlSystemtrenn adopted, in particular in the form of a protective sieve, to a drain line.
  • MahlSystemtrenn worn by a Mahl
  • the rotor forms a kind of rotating cage around the separator.
  • the grinding media should be possible only in the grinding space between the rotor and the container wall.
  • the grinding media are accelerated and concentrated outwardly by the tools mounted on the rotor and extending to the vicinity of the vessel wall and by the centrifugal forces created. If tools are arranged on the container wall, they extend in the direction of the rotor.
  • the optionally arranged on the container wall tools are preferably arranged offset from the tools mounted on the rotor, so that they can pass through during the rotation of the rotor between the arranged on the container wall tools.
  • the millbase flows through this dense grinding media packing in the direction of the rotor axis.
  • the invention has for its object to avoid the flooding of Mahlkörpem on the MahlSystemtrenn adopted due to drag forces and consequent blockage of the separator.
  • the core of the invention is to effectively prevent the accumulation of grinding media on the separator by reducing the distance between the rotor and separator. This can be achieved by increasing the diameter of the separating device, ie in particular the sieve diameter.
  • the distance between the rotor and separator can be selected depending on the diameter of the grinding media, rather than exclusively depending on the size of the agitator mill.
  • a maximum value which is independent of the size of the grinding media, can be set for the distance.
  • the object is achieved by an agitator mill having the following features.
  • the agitator mill has a grinding container and a grinding chamber which is delimited by a container wall, and an agitator rotatable about the central longitudinal axis a rotor with an inner diameter d35l.
  • On the rotor tools are mounted, which extend in the direction of the container wall.
  • second tools can be arranged on the container wall, which extend in the direction of the rotor.
  • the agitator mill further includes an inner stator disposed within the rotor. Between the rotor and an outer wall of the inner stator, a Mahlgutabschreibkanal is formed, through which the ground material is passed to the separator and then to a drain line.
  • the grinding chamber is at least partially filled with grinding media of diameter c.
  • the tools mounted on the rotor leave only a small gap to the container wall 9, wherein the gap has a gap width b, for which applies in relation to the diameter c of the grinding media: 4c ⁇ b ⁇ 6c, where the minimum gap width b is: 1 , 0 mm ⁇ b ⁇ 2.0 mm.
  • stripping tools At the inner stator extending to the rotor stripping tools can be arranged. These stripping tools, if present, preferably overlap one another in the direction of the central longitudinal axis and are arranged on the inner stator such that they exert a pulse directed in the direction of flow on the grinding media when the rotor is driven.
  • a gap is preferably formed, for whose gap width e in relation to the diameter c of the grinding media applies: 4c ⁇ e ⁇ 6c, wherein for a minimum gap width e is: 1.0 mm ⁇ c ⁇ 2, 0 mm.
  • grinding element return channels for returning the grinding elements from the region of the separating device to the grinding chamber are formed in the agitator.
  • the diameter c of the grinding media is preferably c ⁇ 0.65 mm and preferably 0.02 mm ⁇ c ⁇ 0.3 mm.
  • FIG. 1 shows a detail of an agitator mill according to an embodiment of the
  • the agitator mill shown in FIG. 1 has in the usual way a grinding container 2 with an internal grinding chamber 8.
  • the grinding chamber 8 is at least partially precipitated with Mahlkörpem 43 (not shown) with a diameter c.
  • the agitator mill further comprises an inner stator 22 and a rotatable about a central longitudinal axis 19 rotor 35 with a diameter d35l.
  • a Mahlgut- discharge channel 47 is formed between an outer wall 23 of the stator 22 and the rotor 35.
  • tools 38 are mounted, which protrude into the grinding chamber 8.
  • 9 second tools 74, offset from the attached to the rotor 35 tools are arranged on the container wall.
  • a protective screen 30 which is rotationally symmetrical to the central longitudinal axis 19 is formed.
  • the protective screen 30 prevents the flow of Mahlkörpem 43 in a downstream drain line 31, which is located within the inner stator 22.
  • the distance s between protective sieve 30 and rotor 35 has also been selected to be correspondingly greater.
  • this does not lead to a proportional increase in the product flow. Rather, the product flow falls short of expectations. This is due to the fact that it may occur in operation that due to the drag forces and despite a means for retaining the grinding media 43 they are washed ashore on the protective sieve 30. This can lead to flow reduction or complete blockage of the screen.
  • the distance s between the protective screen 30 and rotor 35 is reduced.
  • the distance s can be selected independently of the design of the agitator mill depending on the diameter c of the grinding media. This leads to a higher permeability of the agitator mill, since the risk of alluvium 43 flooding against the protective sieve 30 and thereby to a faster reduction of the coarse grain in the product to be dispersed.
  • the distance s between protective sieve 30 and rotor 35 is dependent on the grinding body diameter c s ⁇ 5 ⁇ c or
  • the distance s regardless of the size of the grinding media, is no greater than 2 mm.

Abstract

Mit der Erfindung wird eine Rührwerksmühle zum Behandeln von fließfähigem Mahlgut bereitgestellt. Die Rührwerksmühle weist einen Mahlbehälter (2), einen Mahlraum (8), der von einer Behälterwand (9) begrenzt ist, und ein um die Mittel-Längs-Achse (19) drehbares Rührwerk mit einem Rotor (35) mit einem Innen-Durchmesser d351 auf. An dem Rotor sind Werkzeuge (38) angebracht, die sich in Richtung der Behälterwand erstrecken. Die Rührwerksmühle weist ferner einen Innen-Stator (22) auf, der innerhalb des Rotors angeordnet ist. Zwischen dem Rotor und einer Außenwand (23) des Innen-Stators ist ein Mahlgutabführkanal (47) ausgebildet, durch den das Mahlgut zur Trenneinrichtung (30) und danach zu einer Ablaufleitung geführt wird. Der Mahlraum ist zumindest teilweise mit Mahlkörpern mit Durchmesser c gefüllt. Oberhalb des Innen-Stators ist eine Trenneinrichtung mit einem Durchmesser d30 angeordnet. Für den Abstand s zwischen Rotor und Mahlkörpertrenneinrichtung gilt s = 0,5 * (d351 - d30) ≤ 5 * c.

Description

Rührwerksmühle
Die Erfindung betrifft eine Rührwerksmühle nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Die Erfindung nimmt Bezug auf die europäische Patentschrift EP 1 992 412 Al . Aus dieser ist eine derartige Rührwerksmühle bekannt. Rührwerksmühlen werden verwendet, um Suspensionen, also Feststoffe in Flüssigkeiten, zu dispergieren. Dies findet beispielsweise in der Herstellung von Klebstoffen, Druckfarben, Kosmetik oder Pharmaka Anwendung. Hierfür wird das Mahlgut über einen Zufiihrkanal in einen Mahlraum der Rührwerksmühle geführt, der zwischen der Außenwand eines Rotors und einer Behälterwand ausgebildet ist, und gemeinsam mit Mahlhilfskörpem, wie beispielsweise Keramikkugeln, die im Folgenden auch als Mahlkörper bezeichnet werden, und mit Hilfe von Werkzeugen zerkleinert, die am Rotor und/oder an der Behälterwand angeordnet sind. Durch die Rührbewegung werden Agglomerate dispergiert und Kristallstrukturen zerkleinert. Dabei kann die ursprüngliche Partikelgröße von 100-500 pm auf kleiner 3 pm verringert werden. Das fertige Produkt wird dann über einen Mahlgut- Abfuhr-Kanal durch eine Mahlkörpertrenneinrichtung, insbesondere in Form eines Schutz-Siebs, zu einer Ablaufleitung gelenkt. Der Rotor bildet dabei eine Art drehenden Käfig um die Trenneinrichtung.
Bei derartigen Rührwerksmühlen sollen sich die Mahlkörper möglichst nur in dem Mahlraum zwischen dem Rotor und der Behälterwand befinden. Die Mahlkörper werden durch die am Rotor angebrachten, sich bis in die Nähe der Behälterwand erstreckenden Werkzeuge und durch die entstehenden Zentrifugalkräfte nach außen beschleunigt und aufkonzentriert. Sind an der Behälterwand Werkzeuge angeordnet, erstrecken sich diese in Richtung des Rotors. Die gegebenenfalls an der Behälterwand angeordneten Werkzeuge sind vorzugsweise versetzt zu den am Rotor angebrachten Werkzeugen angeordnet, damit diese bei der Drehung des Rotors zwischen den an der Behälterwand angeordneten Werkzeugen durchtreten können. Das Mahlgut durchströmt diese dichte Mahlkörper-Packung in Richtung der Rotorachse. Durch die Aufkonzentration der Mahlkörper in dem Mahlraum kann weitgehend vermieden werden, dass diese in den Mahlgut-Abfuhr-Kanal gelangen. Zusätzlich zur Aufkonzentration von Mahlkörpem im ringförmigen äußeren Mahlraum sind im Mahlgut-Abfuhr-Kanal Einrichtungen vorgesehen, die ein Durchströmen der Mahlkörper zur Trenneinrichtung unterbinden sollen.
Im Mahlgut-Abführ-Kanal, der in der Regel innerhalb des Rotors angeordnet ist und durch den Rotor und den Innen-Stator begrenzt wird, befinden sich somit möglichst keine oder nur sehr wenige Mahlkörper. Dennoch kann es durch die Anschwemmung von Mahlkörpem an der Trenneinrichtung immer wieder zu einem erhöhten Druck in der Rührwerksmühle kommen, der zu einer Reduktion im Produktfluss oder sogar zur automatischen Abschaltung führen kann, um die Rührwerksmühle nicht zu beschädigen. In Rührwerksmühlen nach dem Stand der Technik können Abstreifer auf der Trenneinrichtung angebracht sein, die die Mahlkörper von der Trenneinrichtung femhalten. Jedoch kann dies bei der Dispergierung von thermisch sensitiven Stoffen, insbesondere Sprengstoffen oder anderen Gefahrstoffen, nicht erwünscht sein, da durch die Abstreifer Hitze im Mahlgut verursacht werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Anschwemmen von Mahlkörpem an der Mahlkörpertrenneinrichtung aufgrund von Schleppkräften und eine damit einhergehende Verstopfung der Trenneinrichtung zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Der Kem der Erfindung besteht darin, ein Ansammeln von Mahlkörpem an der Trenneinrichtung durch eine Verringerung des Abstands zwischen Rotor und Trenneinrichtung wirksam zu unterbinden. Dies kann durch eine Vergrößerung des Durchmessers der Trenneinrichtung, also insbesondere des Siebdurchmessers erzielt werden. Insbesondere kann der Abstand zwischen Rotor und Trenneinrichtung abhängig vom Durchmesser der Mahlkörper gewählt werden, anstatt ausschließlich abhängig von der Baugröße der Rührwerksmühle. Weiterhin kann für den Abstand ein Maximalwert, der unabhängig von der Mahlkörpergröße ist, festgesetzt werden. Durch diese Maßnahme kann die Ansammlung von aufgmnd von Schleppkräften an die Trenneinrichtung angeschwemmten Mahlkörpem reduziert werden. Somit wird sowohl ein stetiger Produktfluss als auch eine schnelle Reduzierung des Grobkoms im zu dispergierenden Produkt gewährleistet.
Insbesondere wird die Aufgabe durch eine Rührwerksmühle mit folgenden Merkmalen gelöst. Die Rührwerksmühle weist einen Mahlbehälter und einen Mahlraum auf, der von einer Behälterwand begrenzt ist, und ein um die Mittel-Längs-Achse drehbares Rührwerk mit einem Rotor mit einem Innen-Durchmesser d35l auf. An dem Rotor sind Werkzeuge angebracht, die sich in Richtung der Behälterwand erstrecken. Weiterhin können an der Behälterwand zweite Werkzeuge angeordnet sein, die sich in Richtung des Rotors erstrecken. Die Rührwerksmühle weist ferner einen Innen-Stator auf, der innerhalb des Rotors angeordnet ist. Zwischen dem Rotor und einer Außenwand des Innen-Stators ist ein Mahlgutabfuhrkanal ausgebildet, durch den das Mahlgut zur Trenneinrichtung und danach zu einer Ablaufleitung geführt wird. Der Mahlraum ist zumindest teilweise mit Mahlkörpem mit Durchmesser c gefüllt. Oberhalb des Innen-Stators ist eine Trenneinrichtung mit einem Durchmesser d30 angeordnet. Aus dem Unterschied zwischen dem Innen-Durchmesser des Rotors und dem Durchmesser der Trenneinrichtung ergibt sich die Größe des Abstands s zwischen Rotor und Trenneinrichtung. Erfindungsgemäß soll dieser Abstand s in Abhängigkeit des Durchmessers c der Mahlkörper gewählt werden, und s = 0,5 · (d351 - d30) < 5 · c betragen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Abstand s in Abhängigkeit vom Durchmesser c der Mahlkörper s < 3 · c betragen. Weiterhin soll gemäß einer Ausführungsform der Erfindung der Abstand s, auch unabhängig von der Größe der Mahlkörper, den Wert 2 mm nicht überschreiten.
Vorzugsweise lassen die am Rotor angebrachten Werkzeuge nur einen kleinen Spalt zur Behälterwand 9 frei, wobei der Spalt eine Spaltweite b hat, für die im Verhältnis zum Durchmesser c der Mahlkörper gilt: 4c < b < 6c, wobei als Mindest-Spaltweite b gilt: 1 ,0 mm < b < 2,0 mm.
Am Innen-Stator können sich zum Rotor hin erstreckende Abstreif-Werkzeuge angeordnet sein. Vorzugsweise überlappen diese Abstreif-Werkzeuge, falls vorhanden, in Richtung der Mittel-Längs- Achse einander und sind am Innen-Stator derart angeordnet, dass sie beim Antrieb des Rotors einen in Durchströmrichtung gerichteten Impuls auf die Mahlkörper ausüben.
Zwischen Abstreif-Werkzeugen und Rotor ist bevorzugt ein Spalt ausgebildet ist, für dessen Spaltweite e im Verhältnis zum Durchmesser c der Mahlkörper gilt: 4c < e < 6c, wobei für eine Mindest-Spaltweite e gilt: 1,0 mm < c < 2,0 mm.
Ferner sind im Rührwerk Mahlkörper-Rückführkanäle zur Rückführung der Mahlkörper aus dem Bereich der Trenneinrichtung in den Mahlraum ausgebildet. Für den Durchmesser c der Mahlkörper gilt vorzugsweise c < 0,65 mm und bevorzugt 0,02 mm < c < 0,3 mm. Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung anhand der Zeichnung. Es zeigt
Fig. 1 : einen Ausschnitt einer Rührwerksmühle gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung als vertikalen Längsschnitt Die in Fig. 1 dargestellte Rührwerksmühle weist in üblicher Weise einen Mahlbehälter 2 mit einem innenliegenden Mahlraum 8 auf. Der Mahlraum 8 ist zumindest teilweise mit Mahlkörpem 43 (nicht gezeigt) mit einem Durchmesser c gefällt. Die Rührwerksmühle weist weiterhin einen Innen-Stator 22 und einen um eine Mittel-Längs- Achse 19 drehbaren Rotor 35 mit einem Durchmesser d35l auf. Dabei ist zwischen einer Außenwand 23 des Stators 22 und dem Rotor 35 ein Mahlgut- Abfuhr-Kanal 47 ausgebildet. Am Rotor 35 sind Werkzeuge 38 angebracht, die in den Mahlraum 8 hineinragen. Weiterhin sind an der Behälterwand 9 zweite Werkzeuge 74, versetzt zu den am Rotor 35 angebrachten Werkzeuge angeordnet. Oberhalb des Stators 22 befindet sich als Trenneinrichtung ein Schutz-Sieb 30, das rotationssymmetrisch zur Mittel-Längs- Achse 19 ausgebildet ist. Das Schutz-Sieb 30 verhindert den Durchfluss von Mahlkörpem 43 in eine nachgelagerte Ablaufleitung 31, die sich innerhalb des Innen-Stators 22 befindet. Zwischen Schutz-Sieb 30 und Rotor 35 ist ein Abstand s ausgebildet. Der Abstand s kann dabei als s = 0,5 · (d35l - d30) beschrieben werden und kann insbesondere durch die Wahl den Durchmesser d30 des Schutz- Siebes 30 eingestellt werden.
Bei einer Vergrößemng der Dimensionen der Rührwerksmühle wurde bisher auch der Abstand s zwischen Schutz-Sieb 30 und Rotor 35 entsprechend größer gewählt. Dies führt jedoch wider Erwarten nicht zu einer proportionalen Steigerung des Produktflusses. Vielmehr bleibt der Produktfluss hinter den Erwartungen zurück. Dies hängt damit zusammen, dass es im Betrieb Vorkommen kann, dass aufgrund der Schleppkräfte und trotz einer Einrichtung zum Rückhalten der Mahlkörper 43 diese an das Schutz-Sieb 30 angeschwemmt werden. Dies kann zur Durchflussreduktion oder zur vollständigen Verstopfung des Siebes führen.
Um dies wirksam zu unterbinden, wird der Abstand s zwischen Schutz-Sieb 30 und Rotor 35 verringert. Dabei kann der Abstand s unabhängig von der Bauform der Rührwerksmühle abhängig vom Durchmesser c der Mahlkörper gewählt werden. Dies führt zu einer höheren Durchlässigkeit der Rührwerksmühle, da die Gefahr der Anschwemmung von Mahlkörpem 43 an das Schutz-Sieb 30 sinkt und dadurch zu einer schnelleren Reduzierung des Grobkoms im zu dispergierenden Produkt.
Erfindungsgemäß beträgt der Abstand s zwischen Schutz-Sieb 30 und Rotor 35 in Abhängigkeit vom Mahlkörperdurchmesser c s < 5 · c bzw.
0,5 · (d351— d30) < 5 · c.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gilt für den Abstand s in Abhängigkeit vom Mahlkörperdurchmesser c s < 3 · c.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Abstand s, auch unabhängig von der Größe der Mahlkörper, nicht größer als 2 mm.
Obwohl das zuvor geschilderte Ausführungsbeispiel eine Rührwerksmühle mit einer vertikalen Mittel-Längs- Achse 19 zeigt, sind die geschilderten Ausführungen auch ohne Weiteres in horizontaler Position einsetzbar oder in einer dazwischen liegenden Position.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Rührwerksmühle zum Behandeln von fließfahigem Mahlgut,
- mit einem Mahlbehälter (2) und einem Mahlraum (8), der von einer Behälterwand (9) begrenzt ist, und
- mit einem um eine Mittel-Längs- Achse (19) drehbaren Rührwerk mit einem Rotor (35) mit einem Durchmesser d351 , und
- wobei an dem Rotor (35) Werkzeuge (38) angebracht sind, die sich in Richtung der Behälterwand (9) erstrecken, und
- mit einem Innen-Stator (22), der innerhalb des Rotors (35) angeordnet ist, und
- wobei zwischen dem Rotor (35) und einer Außenwand (23) des Innen-Stators (22) ein Mahlgutabfuhrkanal ausgebildet ist, und
- wobei der Mahlraum (8) zumindest teilweise mit Mahlkörpem mit Durchmesser c gefüllt ist, und
- wobei oberhalb des Innen-Stators (22) eine Mahlkörpertrenneinrichtung (30) mit Durchmesser d30 angeordnet ist, und dadurch gekennzeichnet, dass für den Abstand s zwischen Rotor (35) und Mahlkörpertrenneinrichtung (30) gilt: s = 0,5 · (d351 - d30) < 5 · c.
2. Rührwerksmühle nach Anspruch 1, wobei für den Abstand s zwischen Rotor (35) und Mahlkörpertrenneinrichtung (30) gilt: s = 0,5 · (d35l - d30) < 3 · c.
3. Rührwerksmühle nach Anspruch 1 oder 2, wobei s < 2 mm gilt.
4. Rührwerksmühle nach Anspruch 1 bis 3, wobei die Mahlkörpertrenneinrichtung (30) ein zylinderförmiges Schutz-Sieb aufweist.
5. Rührwerksmühle nach Anspruch 1 bis 4, wobei die am Rotor (35) angebrachten Werkzeuge (38) nur einen kleinen Spalt (39) zur Behälterwand (9) freilassen, wobei der Spalt zwischen den Werkzeugen (38) und der Behälterwand (9) eine Spaltweite b hat, für die im Verhältnis zum Durchmesser c der Mahlkörper gilt: 4c < b < 6c, wobei als Mindest- Spaltweite b gilt: 1,0 mm < b < 2,0 mm.
6. Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei am Innen-Stator (22) sich zum Rotor (35) hin erstreckende Abstreif- Werkzeuge angeordnet sind.
7. Rührwerksmühle nach Anspruch 6, wobei die am Innen-Stator (22) angeordneten Abstreif- Werkzeuge in Richtung der Mittel-Längs- Achse (19) einander überlappen und am Innen- Stator (22) derart angeordnet sind, dass sie beim Antrieb des Rotors (35) einen in Durchströmrichtung gerichteten Impuls auf die Mahlkörper ausüben.
8. Rührwerksmühle nach Anspruch 7, wobei zwischen den Abstreif- Werkzeugen und dem Rotor (35) ein Spalt ausgebildet ist, für dessen Spaltweite e im Verhältnis zum Durchmesser c der Mahlkörper gilt: 4c < e < 6c, wobei für eine Mindest- Spaltweite e gilt: 1,0 mm < c < 2,0 mm.
9. Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zweite Werkzeuge (74) an der Behälterwand (22) angeordnet sind, die sich in Richtung des Rotors (35) erstrecken.
10. Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei im Rührwerk (20) Mahlkörper-Rückführkanäle (55) zur Rückführung der Mahlkörper (43) aus dem Bereich der Mahlkörpertrenneinrichtung (30) in den Mahlraum (8) ausgebildet sind.
11. Rührwerksmühle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei für den Durchmesser c der Mahlkörper gilt: c < 0,65 mm und bevorzugt 0,02 mm < c < 0,3 mm.
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