DE2242530C3 - Verfahren zum Kühlen von Mahlgut - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen von Mahlgut durch Versprühen eines verflüssigten tiefsiedenden Gases, wobei das Mahlgut während der Förderung zur Mühle in direkten Wärmeaustausch mit dem versprühten Gas gebracht wird.

Bei einer Reihe von technischen Anwendungsfällen müssen bei Raumtemperatur zähe Werkstoffe in Pulverform vorliegen, z. B. Thermoplaste, welche beim Wirbel-Sinter-Verfahren zur Herstellung von Kunst-Stoffüberzügen auf Metallgegenstände aufzubringen sind. Das Mahlen dieser Stoffe läßt sich sehr vereinfachen, wenn sie durch verflüssigtes tiefsiedendes Gas, z. B. Stickstoff, vor dem Mahlvorgang abgekühlt werden. Das durch die Abkühlung versprodete Mahlgut

wird beim Feinmahlen nicht mehr elastisch bzw. plastisch verformt, so daß nur die reine Bruchenergie aufgebracht werden muß. Der Bruch erfolgt an den Korngrenzen, die entstandenen Teilchen haben eine einheitliche Struktur und glatte Oberflächen. Das

is Verspröden ist für thermoplastische Kunststoffe mit hohem Schmelzindex, wie z. B. Polyvinylchlorid, Polyamid und Polyäthylen, unumgänglich, da sie infolge ihrer Wärmeempfindlichkeit durch die in der Mühle entstandene Wärme zusammenbacken.

Gut bewährt hat sich das Kaltmahlen auch bei Gewürzen, da die für den Geschmack wichtigen, leicht flüchtigen ätherischen öle erhalten bleiben und eine Oxydation der Gewürze vermieden wird, wenn zum Abkühlen ein inertes Gas wie Stickstoff verwendet wird.

Aus der DT-PS 10 04 460 ist eine Einrichtung zum Kaltmahlen von festen, zähen Werkstoffen bekannt, bei der da? Mahlgut zunächst ein Flüssigbad durchläuft, bevor es durch eine Fördereinrichtung, vorzugsweise eine in ihrer Umlaufgeschwindigkeit regelbare Förder- schnecke, zur Mühle transportiert wird. Diese Einrich tung hat sich für die Vermahlung von wärmeempfindlichen Kunststoffen bestens bewährt. Sie hat allerdings den Nachteil, daß das Mahlgut in der Regel bis auf die Siedetemperatur des verwendeten tiefsiedenden Gases, im allgemeinen Stickstoff, abgekühlt wird. Zwar kann bei der bekannten Einrichtung auch eine Teilkühlung des Mahlgutes erfolgen, indem man die Verweildauer im Flüssiggasbad kurz hält, doch kann eine gewisse minimale Verweildauer nicht unterschritten werden.

Der Grad der Teilkühlung hängt auch von der Teilchengröße des Mahlgutes ab. Diese kann jedoch ebenfalls in vielen Fällen, z. B. bei Gewürzen, nicht beliebig vorgegeben werden. Eine Teilkühlung von z. B. -30⁰C ist aber gerade beim Mahlen von Gewürzen völlig ausreichend, eine Vollkühlung keineswegs wirtschaftlich optimal.

Nach dem Verfahren der US-PS 26 09 150 versucht man eine Teilkühlung zu erreichen, indem man das zu versprödende Mahlgut unmittelbar vor dem Mahlen mit flüssigem Stickstoff besprüht. Einigermaßen befriedigende Ergebnisse lassen sich hiermit jedoch nur bei grobem Mahlgut erreichen. Je feiner das Mahlgut ist, um so häufiger werden Teilchen nur unvollkommen oder überhaupt nicht benetzt, bleiben warm und behindern den Mahlvorgang. Auch bei grobem Mahlgut wird nur die Oberfläche gekühlt, eine gleichmäßige Teil- oder Tiefkühlung des gesamten Kerns wird nicht erreicht.

Feines Mahlgut kann jedoch auch im Flüssiggasbad der Einrichtung der deutschen Patentschrift 10 04 460 nicht oder nur schwer abgekühlt werden. Solches feines Mahlgut ist beispielsweise abgesiebtes Grobgut, sogenanntes Überkorn, welches zur zweiten Mahlung der Mühle aufgegeben wird. Bei der Abkühlung im Flüssiggasbad agglomerieren nämlich die Körner je nach Feuchtigkeitsgehalt mehr oder weniger stark zu Klumpen. Dadurch wird sowohl die Gleichmäßigkeit der Kühlung als auch die Förderung vom Bad zur Mühle beeinträchtigt. Das verdampfende Gas bläst zudem das

feine Mahlgut sofort weg, wodurch es schwierig wird, das Mahlgut überhaupt in das Bad hineinzubringen. Nachteilig ist in diesem Fall außerdem, daß das verdampfte kalte Gas nicht zur Vorkühlung des Mahlgutes im Gegenstrom verwendet werden kann, weil der Widerstand des Gutbettes zu groß ist

Diesen Nachteil vermeidet ein aus der FR-AS 20 08 275 bekanntes Verfahren, bei dem das ggf. grob zerkleinerte Mahlgut mittels eines im Kreislauf geführten Gasstromes durch die Zerkleinerungsvorrichtung geführt wird. Die Kühlung erfolgt dabei durch einen zweiten Gasstrom im Zwangsgegenstrom zur Bewegungsrichtung des Mahlgutes in einem vertikalen Kühlkanal. Hierbei darf eine gewisse Mindestgröße der Mahlgutteilchen nicht unterschritten werden, da die Teilchen sonst vom Kühlgasstrom aus der Anlage hinausgefördert würden. Auch das Verfahren gemäß dieser Auslegeschrift ist daher für die Zerkleinerung von feinem Mahlgut nicht brauchbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Kühlen von Mahlgut durch Versprühen eines verflüssigten tiefsiedenden Gases zu schaffen, welches es ermöglicht, Mahlgut unabhängig von der Teilchengröße auf beliebige Temperaturen zwischen der Umgebungstemperatur und der Siedetemperatur des Gases abzukühlen.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das Mahlgut zusammen mit dem Kühlgas in der Fördereinrichtung intensiv gemischt und verwirbelt wird.

Als Fördereinrichtung wird ein Paddelschneckenmischer bevorzugt Dies ist eine Förderschnecke, die infolge ihrer besonderen Gestaltung eine besonders intensive Mischung von Kühlmittel und Fördergut gewährleistet Die Schneckenwelle trägt am Umfang anstelle einer durchgehenden Wendel einzelne Kreissegmente (Paddel), deren Anstellwinkel zur Wellenachse bzw. zur Förderrichtung verstellbar ist

Die einzelnen Paddel an der Schneckenwelle sorgen für eine intensive Mischung des Gutes, während bei einer reinen Förderschnecke das Material nur so bewegt wird, daß die einzelnen Partikel ihre Lage zueinander nicht verändern. Die gute Mischung sorgt im Gegensatz zu bekannten Verfahren dafür, daß das zu kühlende Gut vom aufgesprühten und vom verdampften Kühlmittel gleichmäßig beaufschlagt wird. Durch den intensiven Kontakt der Körner miteinander werden etwaige Temperaturunterschiede ausgeglichen und die eingesetzte Kälte wird wirtschaftlich ausgenutzt Die gleichmäßigste Kühlung wird erreicht, wenn der Paddelschneckenmischer nur zu maximal 50% beaufschlagt wird (Füllgrad 50%), d. h, bei stillstehender Schnecke wird nur die untere Hälfte des Troges gefüllt. Die Schnecke wird mit so hoher Drehzahl betrieben, daß das Gut nicht nur gefördert, sondern hochgewirbelt wird.

Bevorzugtes Kühlmittel ist flüssiger Stickstoff, aber für Sonderzwecke lassen sich ohne weiteres auch andere verflüssigte Gase verwenden.

Je nachdem, ob man eine Teilkühlung oder eine Vollkühlung des Mahlgutes anstrebt, und je nach der Kornfeinheit des Mahlgutes läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren ausgestalten. Drei entsprechende Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen anhand der Zeichnungen erläutert werden. Es zeigt

Fi g. 1 eine Einrichtung zur Teilkühlung des Mahlgutes,

F i g. 2 eine Abwandlung der Einrichtung von F i g. 1 für den Fall, d0ß das Mahlgut nicht direkt mit dem flüssigen Gas in Berührung kommen darf,

F i g. 3 eine Einrichtung zur Vollkühlung des Mahlgutes,

Fig.4 Einzelheiten der Sprühvorrichtung und der Temperaturkontrolle.

Die in F i g. 1 dargestellte Einrichtung zur Teilkühlung des Mahlgutes besteht aus einer Mahlgutaufgabeeinrichtung Il mit einer Dosierschleuse 2. Die Dosierschleuse 2 ermöglicht es, die eingegebene Mahlgutmenge zu

ίο regeln. Außerdem verhindert sie den Zutritt von Luft in den Ablsiufschacht 3. Erfindungsgemäß wird das Mahlgut vom Paddelschneckenmischer 4 intensiv gemischt und zur Mühle 5 gefördert Das Temperaturmeßgerät 6 ist zur Regelung bei Teilkühlung nötig.

Zweckmäßig erfolgt die Temperaturmessung durch einen Temperaturfühler 7 (Fig.4), der innerhalb des Schneckenkreises im Zwischenraum zwischen zwei Paddeln 8 (Fig.4) angeordnet ist Das Kühlmittel, flüssiger Stickstoff, gelangt durch die Leitung 10 in den Ablaufscli acht 3 und wird in der Sprühvorrichtung 9 versprüht Es vermischt sich mit dem Mahlgut im Paddelschneckenmischer 4 und verdampft Das Gemisch aus Mahlgut und verdampftem Stickstoff gelangt schließlich in die Mühle 5.

Da bei der Teilkühlung lediglich die Temperatur der Mahlzone der Mühle 5 gegenüber der Raumtemperatur etwas erniedrigt werden soll, kann der verdampfte Stickstoff ohne größere Verluste mit in die Mühle 5 gesaugt l^erden. Das Abgas der Mühle 5 wird nicht rückgeführt, da es wärmer oder nur unwesentlich kälter ist als die Raumluft Es wäre bei Teilkühlung nicht vorteilhaft, das Kühlmittel in den Mühleneinlauf zu sprühen, da dabei zwar der Mahlzone die gleiche Kältemenge zugeführt würde, das Mahlgut jedoch noch teilweise mit Raumtemperatur in die Mahlzone käme. Die Folge wäre eine schlechtere Zerkleinerung. Ferner würde durch die hohe Dichte des kalten verdampften Gases die Leistungsaufnahme der Mühle erhöht, was wiederum die erforderliche Kühlleistung erhöhen würde. Durch Aufgabe des Kühlmittels in den Ablauf sch acht 3 wird dagegen erreicht, daß das kalte verdampfte Gas sich bis zum Mühleneintritt nahezu auf die Temperatur des Mahlgutes aufheizt

Fig.2 zeigt einen Sonderfall der Einrichtung nach Fig. 1. Falls das Mahlgut nicht direkt mit dem flüssigen Gas in Berührung kommen darf, um keine Kälteschäden zu erleiden, wird das flüssige Gas durch Leitung 11 in den Kanal 12 eingesprüht Der Kanal verläuft parallel zum Paddelschneckenmischer 4. Durch einen Ventilator

so 13 wird das im Kanal verdampfte kalte Gas im Gegenstram zum Mahlgut durch den Paddelschneckenmischer 41 zum Anfang des Kanals 12 im Kreislauf zurückgehiitet Eine der eingesprühten Gasmenge entsprechende Gasmenge gelangt mit dem Mahlgut in die Mühle 5. Die Gasströmung ist durch Pfeile angedeutet

Die in Fig.3 dargestellte Einrichtung dient zur Vollkühlung des Mahlgutes mit einer bevorzugten Schaltung des Paddelschneckenmischers im Umluftbetrieb. Das verflüssigte Gas gelangt durch die Leitung 14 und Sprühvorrichtung 15 in das letzte Drittel des vom Motir 16 angetriebenen Paddelschneckenmischers 4 vor dem Mühleneinlauf 17. Das entstehende Gas wird mit dem Mahlgut von der Mühle 18 angesaugt und kühlt die Mühlzone. Es kommt nach der Mahlzone durch den Auffangbehälter 19, Filter 20 und die Leitung 21 in den Mühleneinlauf 17 zurück.
Eine der durch die Leitung 14 zugegebenen

Kühlmittelmenge entsprechende Menge verdampftes Gas wird durch die Abzweigleitung 22 in die Mitte des Paddelschneckenmischers 4 geleitet Von dort strömt es im Gegenstrom zum Mahlgut an den Anfang des Paddelschneckenmischers 4 und gibt dabei seine Restkälte an das Mahlgut ab. Durch Leitung 23 verläßt es schließlich die Anlage. Die Gasströmung ist durch die Pfeile angedeutet Wenn die gesamte Anlage gut isoliert ist, wird durch diese Anordnung eine optimale Ausnutzung des Kühlmittels erreicht Die Anlage ist besonders gut geeignet zum Kühlen und Mahlen von Pulver (Überkorn), Granulat und Gemischen aus Pulver und Granulat Die Temperatur von Mahlgut und Mühle kann über die Kühlmittelmenge in weiten Grenzen geregelt werden, die Anlage ist also zur Vollkühlung ebenso geeignet wie zur Teilkühlung.

Für einen zufriedenstellenden Betrieb der erfindungsgernäßen Einrichtung ist es von Bedeutung, daß der freie Raum über der Schnecke genügend groß ist, so daß kein Gut vom Gasstrom mitgerissen wird. Aus dem gleichen Grund ist beim Austritt des Abgases ein Dom anzuordnen. Der Paddelschneckenmischer wird zweckmäßig leicht zur Mühle hin geneigt installiert, damit er und die Mühle beim Anfahren vorgekühlt werden können.

Die Fig.4 zeigt in einem Schnitt durch den Paddelschneckenmischer 4 die bevorzugte Anordnung des Temperaturfühlers 7 innerhalb des Schneckenkreises im Zwischenraum zwischen zwei Paddeln 8. Es ist ferner eine Sprühvorrichtung 24 dargestellt Das austretende flüssige Gas trifft zunächst auf ein Prallblech 25, bevor es mit dem Mahlgut in Berührung kommt Anstelle von Prallblechen können auch poröse Platten od. dgl. verwendet werden, um die kinetische Energie des austretenden Strahles zu vernichten. Dies ist besonders beim Anfahren wichtig, da sonst das Mahlgut plötzlich stark aufgewirbelt wird, wodurch die stetige Arbeit der Einrichtung gestört wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kühlen von Mahlgut durch Versprühen eines verflüssigten tiefsiedenden Gases, wobei das Mahlgut während der Förderung zur Mühle (5, 18) in direkten Wärmeaustausch mit dem versprühten Gas gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Mahlgut zusammen mit dem Kühlgas in der Fördereinrichtung (4) intensiv gemischt und verwirbelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verflüssigte tiefsiedende Gas in den Ablaufschacht (3) der Mahlgutaufgabeeinrichtung (1) eingesprüht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verflüssigte tiefsiedende Gas in einen zur Fördereinrichtung (4) des Mahlgutes parallelen Kanal (12) eingesprüht wird und das im Kanal verdampfte kalte Gas im Gegenstrom zum Mahlgut durch die Fördereinrichtung zurück in den Kanal geleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verflüssigte tiefsiedende Gas in das letzte Drittel der Fördereinrichtung (4) vor dem Mühleneinlauf (iT\ gesprüht wird, nach dem Verdampfen die Mühle (18) durchströmt und zum Mühleneinlauf zurückgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung des Mahlgutes durch flüssigen Stickstoff erfolgt

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bestehend aus einer mit einer Dosierschleuse versehenen Mahlgutaufgabeeinrichtung mit Ablaufschacht, einer Mühle mit Mühleneinlauf und einer Fördereinrichtung für das Mahlgut zwischen Ablaufschacht und Mühleneinlauf, gekennzeichnet durch einen Paddelschnekkenmischer(4) als Fördereinrichtung.

7. Einrichtung nach Anspruch 6 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Sprühvorrichtung (9) für das flüssige tiefsiedende Gas im Ablaufschacht (3) der Mahlgutaufgabeeinrichtung (1).

8. Einrichtung nach Anspruch 6 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen zum Paddelschneckenmischer (4) parallelen Kanal (12) mit einer Sprühvorrichtung für das flüssige tiefsiedende Gas und einem Ventilator (13) zum Umwälzen von verdampften Gas durch den Paddelschneckenmischer im Gegenstrom zum Mahlgut zurück in den Kanal.

9. Einrichtung nach Anspruch 6 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Sprühvorrichtung (15) für das flüssige tiefsiedende Gas im letzten Drittel des Paddelschneckenmischers (4) vor dem Mühleneinlauf (17) und einer Rückführleitung (21) aus der Mahlzone in den Mühleneinlauf für das verdampfte Gas.