DE3216022A1

DE3216022A1 - Strahlmuehle mit begrenztem wirbel

Info

Publication number: DE3216022A1
Application number: DE19823216022
Authority: DE
Inventors: Anthony John 37101 McEwen Tenn. Coombe
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1981-04-29
Filing date: 1982-04-29
Publication date: 1982-11-18
Also published as: MX159071A; US4502641A

Description

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Dii Erfindung betrifft eine Strahlmühle mit begrenztem Wi bei und einer Einrichtung zur Messung der Druckdiffc; enz durch die Mühle, sowie ein Verfahren zürn Vermal len von teilchenförmigen! TiO₂ mit der erwähnten St: ahlmühle, um TiC>2 mit verbessertem Glanz bei wirksaj.er Energieausnutzung zu erzielen.

Strahlmühlen mit begrenztem Wirbel sind an sich bekannt und werden in der Industrie, wie Pigmenttechnik, kosmetische Technik und Kunststofftechnik, wegen ihres Wirkungsgrades und ihrer Wirtschaftlichkeit beim Zerkleinern te:: lchenförmiger Feststoffe verwendet. Die US-Patentschrift 2.032.827 beschreibt solche Mühlen mit Einzeihe.i ten.

In der US-Patentschrift 3„4C>2.086 ist eine Strahlmühle mil begrenztem Wirbel als Ausführungsform mit einer im wesentlichen scheibenförmigen Kammer beschrieben, welche voj. zwei im wesentlichen parallelen kreisförmigen Platten eingeschlossen ist, die axiale Wände bilden, wobei ein ringförmiger Rand eine Umfangswand bildet. Die Höhe der Kammer ist in der Achsrichtung wesentlich geringer als der Durchmesser. Um den Umfang der Umfangswand herum ist eine Anzahl von Düsen in gleichmäßigen Abständen zuis Einblasen eines Fluids angeordnet, welches die Energie zur Vermahlung liefert, und ein Einlaß oder mehrere Einlasse für die Zufuhr der zu vermählenden teilchenförmigen Feststoffe. Das Fluid und die teilchenförmigen Feststoffe v_rden tangential zum Umfang eines

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Kreises eingeblasen, der kleiner als der Kammerumfang ist. Eine koaxiale Leitung in direkter Verbindung mit der Mahlkammer dient zum Austragen der vermählenen Feststoffe. In der US-Patentschrift 3 726 484 verhindc rn paraxiale symmetrische Diskontinuitäten, die von dei, axialen Wänden der Kammer abstehen, das Austragen von üborgrößeteilchen, bevor sie auf die gewünschte Größe reduziert worden sind.

Das Fließen von teilchenförmigen Feststoffen zu der Mühle wurde so geregelt, daß eine wirksame Vermahlung der Feststoffe möglich war. Strahlmühlen kombinieren die Vermahlung und Sichtung in einer einzigen Kammer. Wenn das Fluid tangential in den Umfang der Kammer zusammen mit zu vermählenden Feststoffen eingeführt wird, entsteht ein Wirbel, durch welchen die Teilchen längs einer spiraligen Bahn bis zum schließlichen Austrag am Auslaß gefegt werden. Gewöhnlich wird die Fluidzufuhrgeschwindickeit konstant gehalten. Der Wirkungsgrad der Vermahlung und die Qualität des Produkts, wenn TiCU vermählen wird, werden durch das Verhältnis der Fluidzufuhrgeschwindig}eit zu der Zufuhrgeschwindigkeit der korpuskularen Feststoffe beeinflußt.

Im allgemeinen besteht im Falle von TiO-, ι ie Neigung zu einem unregelmäßigen Fließen der Feststoffe, wenn Strömungsmesser verwendet werden, infolge einer Pii mentansammlung in der Einrichtung zur Strömungsmessung se wie eine Ansammlung in der Zuführungsrutsche, wo Mes; ungen durchgeführt werden. Die Feststoff-Zufuhrgeschwii.digkeiten können daher unkontrollierbar veränderlich sein«, Diese Veränderlichkeit kann zu einem uneffizienten Energieverbrauch und zu einem Produkt führen, das unter dem Standard liegt. Diese Veränderlichkeit kann die gleiche n<chteilige Wirkung auf die TiC^-Vermahlung haben, selbs-¹ wenn der Strö-

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mui gsmesser zur Regelung der Zufuhrgeschwindigkeit von TiC 2 zur Strahlmühle verwendet wird.

Es rfurde nun eine Vorrichtung entwickelt, bei welcher die bisherigen nachteiligen Wirkungen vermieden sind und we]ehe einen wirksameren Gebrauch der Strahlenergie zur· Vermählen ermöglicht und eine verbesserte Qualität des Produkts ergibt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt gegenüber den bekannten Vorrichtungen eine Verbesserung dar.

Die erfindungsgemäße Strahlmühle mit begrenztem Wirbel zur.i Vermählen von feinpulverigen Feststoffen besitzt eir.e scheibenförmige Kammer, welche durch zwei gegenüberliegende kreisförmige axiale Wände und eine Umfangswand bee renzt wird, eine Anzahl von Einlassen, die sich durch die Umfangswand erstrecken und so ausgerichtet sind, da£ gasförmiges Fluid in die Kammer tangential zu einem Kreis geleitet wird, dessen Radius kleiner als der Radius R., der Kammer ist, eine Einrichtung zum Eintragen feinpulveriger Feststoffe in die Kammer an der Umfangswand sowie eine Einrichtung zum Austragen zum Abziehen von feinpulverigen Feststoffen und eines gasförmigen Fluids läi.gs der Achse der Kammer, wobei sich die Erfindung dadurch unterscheidet, daß die Strahlmühle mit einer Einrichtung zum Messen des Druckunterschiedes zwischen dem Austrag und dem Eintrag der Mühle durch Öffnungen in der Kar.iraerumfangswand und in der Austrageinrichtung versehen ist, wobei jede öffnung mit einer Einrichtung zum Einblasen in die Mühle versehen ist, um eine Verstopfung zu verhindern.

Ferner wurde festgestellt, daß die Vermahlung von T1O2 Picmentteilchen durch die Einspeisung dieser Teilchen in

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eine Strahlmühle mit einer Geschwindigkeit, durch welche eine konstante Druckdifferenz innerhalb der Strahlmühle von 2,5 bis 15 m (1OO bis 600 ") Wassersäule aufrechterhalten wird, Vorteile gegenüber den bekannten Verfahren ergab.

In dem Falle, in welchem überhitzter Dampf die Fluidenergie ist, die einer Strahlmühle zugeführt wird, wird der Dampfdruck in Geschwindigkeit umgewandelt, wenn sich der Dampf in den Strahlen undDüsen entspannt. Die Strahlen und Düsen sind um die Mahlkammer herum so angeordnet, daß die Dampfstrahlen den Dampf und den teilchenförmigen Feststoff innerhalb der Kammer zu einem Wirbel bewegen. Die Geschwindigkeit, mit welcher der Dampf und die teilchenförmigen Feststoffe um die Kammer herum wandern, ist die tangentiale Geschwindigkeit.

Die tangentiale Geschwindigkeit nimmt ab, wenn die teilchenförmigen Feststoffe in den Dampf eingeleitet werden, da die Feststoffe auf Kosten der kinetischen Energie des Dampfes beschleunigt werden. Je größer die Feststoffzufuhrgeschwindigkeit ist, desto größer ist die Herabsetzung der tangentialen Geschwindigkeit. Die tangentiale Geschwindigkeit wird noch weiter reduziert durch die zusätzliche Reibung in dem Falle, in welchen die Feststoffe schwieriger zu vermählen sind, so daß sie langer in der Vermahlungskammer gehalten werden. Die tangentiale Geschwindigkeit ist daher eine Funktion der Dampfströmung, der Pigmentzufuhrgeschwindigkeit und der Pigmentvermahlbarkeito

Die Vermahlungsenergie auf dem Gebiet der Pigmente wurde traditionell bestimmt als das Verhältnis oer Dampfströmung

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zur Feststoffpigmentzufuhrgeschwindigkeit (S/P) für Strahlmühlen. Aus der vorangehenden Diskussion ergibt sich, daß die tangentiale Geschwindigkeit direkt proport ional der Dampfströmung und umgekehrt proportional der Pigmentzufuhrgeschwindigkeit ist, d.h. ein direktes Maß der Vermahlungsenergie.

Die Regelung der Druckdifferenz ermöglicht eine Regelung der Vermahlungsenergie, die ihrerseits die Produktqualität regelt. Bei der Regelung der Druckdifferenz wird die Pigmentzufuhrgeschwindigkeit als die Stellgröße gewählt. Die Pigmentzufuhr wird gewählt wegen der Schwierigkeiten bei der direkten Messung und da bei konstanter Dampfgeschwindigkeit, wenn die Produktion auf ein Höchstmaß gebracht wird, die Druckdifferenz primär eine Funktion der Pigmentzufuhr wird. Die Geschwindigkeit der Pigmentzufuhreinrichtung wird so eingestellt, daß eine konstante Δ P aufrechterhalten wird. Die Regelwirkung ist umgekehrt zur Pigmentzufuhr, da die Druckdifferenz umgekehrt proportional zur Pigmentzufuhrgeschwindigkeit ist. Wenn die Druckdifferenz zunimmt, wird eine zusätzliche Zufuhr dadurch herbeigeführt, daß die Feststoffzufuhr beschleunigt wird. Die erhöhte Zufuhrgeschwindigkeit vermindert Δ P. In gleicher Weise würde eine verminderte ΔΡ eine Herabsetzung in der Zufuhr von Feststoffen erfordern, um Δ? auf das gewünschte Niveau zu erhöhen. Die Zufuhrgeschwindigkeit kann von Hand verändert oder automatisch eingestellt werden.

Wie bereits erwähnt, spricht die Druckdifferenz auf Veränderungen in der Pigmentvermahlbarkeit an. Wenn ein Pigment aus irgendeinem Grunde schwieriger zu vermählen wird, wird die Druckdifferenz herabgesetzt, so daß eine Herabsetzung in der Zufuhr von Feststoffen zur Mühle not-

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wendig wird. Das Auftreten einer erhöhten Schwierigkeit beim Vermählen von Feststoffen ging bisher unerkannt durch die Mühle, so daß die Teilchengröße des Produkts zu groß und der Glanz des TiO₂ Pigments zu gering werden konnte. Nun kann zum ersten Mal das Abfallen von ^P dazu verwendet werden, eine solche Minderung bzw. einen solchen Verlust an Glanz zu vermeiden. Ein Abfallen von /^P ist eine Warnung, daß die Pigmentteilchen mehr Vermahlung erfordern, so daß sie länger in der Mühle gehalten werden müssen, um die erforderliche Teilchengröße zu erreichen. Die Möglichkeit, Korrekturen in der Zufuhrgeschwindigkeit bezogen auf Δ Ρ durchzuführen, bringt daher einen Vorteil gegenüber den bekannten Arbeitsverfahren beim Erzielen eines Produkts von gleichmäßiger Qualität.

Darüberhinaus ist eine Regelung der Festsi offzuführgeschwindigkeit mit Δ P zuverlässiger als eine Regelung der Feststoffe von Hand, die auf einer direkten Messung der Feststoffließgeschwindigkeit beruht. Bei Strömungsmessern besteht die Gefahr von Ungenauigkeiten. Sie unterliegen einem Drift, einer Verstopfung, einer Verschmutzung usw.ο Die erfindungsgemäßen Druckabzapfleitungen können ebenfalls verstopft werden, jedoch ist die Wahrscheinlichkeit einer Verstopfung geringer. Dies ist dadurch bedingt, daß ein konstanter Reinigungsfluß durch die Abzapfleitungen aufrechterhalten wird. Wenn jedoch eine Verstopfung der Druckabzapfleitungen stattfindet, so wird dies sofort bemerkbar. Es können sofort Korrekturmaßnahmen getroffen werden, um eine gleichmäßige Produktqualität sicherzustellen. Das Vermählen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht ferner eine TiO^-Minderung der Vermahlungsenergie von etwa 5 - 10 % gegenüber dem bisher erforderlichen Bedarf.

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Das neue Merkmal des erfindungsgemäßen Gerätes und die Verwendung desselben zum Mahlen von TiO^-Pigment ist das Konzept, die Druckdifferenz mit der Zufuhrgeschwindigkeit in Beziehung zu setzen und die Regelung der Zufuhrgeschwindigkeit, um ein konstantes ^P durch die Mühle zu erhalten.

Im rolgenden wird die Erfindung in Verbindung inj t den beiliegenden Zeichnungen näher erläutert und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Gerätes im vertikalen Schnitt;

Fig. 2' eine Ansicht des in Fig. 1 dargestellten Gerätes im waagrechten Schnitt senkrecht zur Achse des Einlaßstrahlniveaus.

In den Zeichnungen ist mit 1 die Quelle des Fluids bezeichnet, welches im Falle von Heißdampf Temperatur- und Druckregelmöglichkeiten hat. Das bevorzugte Fluid ist Heißdampf. Ein Fluidsammler 2 umgibt die Umfangswand 4 der kreisförmigen Mahlkammer 5. Düsen 3, von denen nur eine gezeigt ist, verbinden den Sammler und die Mahlkammer miteinander. Jede Düse 3 tritt in die Umfangswand 4 der Kammer mit einem solchen Winkel ein, daß die Verlängerung der Düsenachse tangential zu einem Kreis um die Mitte der Kammer ist, der einen Radius hat, welcher kleiner als der Radius R der Kammer ist. Vorzugsweise wird eine Multiplizität dieser Düsen verwendet. Die Kammer 5 ist als relativ scheibenförmig gezeigt und ihre Abmessungen werden durch die obere und die untere kreisförmige Platte 7 bzw. 8 und die umfangswand 4 bestimmt. Eine Venturi-Zuführungseinrichtung 9 dient zum Einleiten des zu vermählenden Feststoffmaterial zur Kammer und ist etwa tan-

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gential ausgerichtet, um die Strömung der Feststoffe und des Fluids in den Kammerwirbel zu erleichtern. Das Fluid wird zum Venturi durch eine Düse 10 eingeleitet und dient dazu, Feststoffe in die Mahlkammer mitzuführen und einzutragen. Eine zylindrische Austrittsöffnung 6 führt Fluid und gemahlene Feststoffe aus der Mahlkammer heraus. Eine Druckabzapfleitung 12 fühlt denDruck in der Austrittsöffnung. Die Druckabzapfleitung 11 fühlt den Druck am Umfang der Mahlkammer. Das Δ P ist die Druckdifferenz über die MUhIe₀ Zur Reinigung wird ein nicht kondensierbares Fluid jeder Druckabzapfleitung zügelührt, um deren Verstopfung zu verhindern. Das Δ P wird auf den gewünschten Wert durch die Einstellung der Zuführung von Feststoffmaterial zur Mühle aufrechterhalten.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden feste korpuskulare TiO2~Teilchen der vorangehend beschriebenen Strahlmühle zugeführt. Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Fluid ist überhitzter Dampf. Der Strom von Ti0₂-Feststoffen zur Mühle kann durch eine beliebige an sich bekannte Einrichtung geschehen, beispielsweise durch eine Bandzuführung, einen Schneckenstrang, einen pneumatischen Förderer u. dgl.. Die Einrichtung für die Zufuhr der Feststoffe ist nicht kritisch. Die Zuführungsgeschwindigkeit muß jedoch einstellbar sein. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht daher eine Regelung der Strömung der TiO- Feststoffe und/oder der Strömung von Heißdampf vor, um ein konstantes ^P durch die Mühle zu erhalten. Es ist jedoch vorzuziehen, die Strömung der Ti0₂-Feststoffe zu regeln und nicht die Heißdampfströmung, so daß die Produktion auf ein Höchstmaß gebracht werden kann.

Das /\T? über die Mühle muß konstant auf einem Druckwert

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von 2,5 bis 15 m (100 bis 600 ") Wassersäule je nach dem Grad der Vermahlung der TiO₂-FeStstoffe gehalten werden. Das besondere ΔPf bei welchem das Verfahren betrieben werden kann, hängt von dem besonderen Gebrauch ab, für welchen das TiO₂ bestimmt ist, von dem Glanz oder der Teilchengröße, der bzw_o die erforderlich ist, und der Geon3trie sowie der Größe der Mühle. Daher beträgt das Δ P für einige TiO₂-Anwendungen 6,25 - 9,30 m (250 - 375") Wassersäule und 7,5 bis 10 m (300 - 400 ") Wassersäule und 8,75 - 11,25 m (35Ο - 450 ") Wassersäule für wieder andere.

Das erfindungsgemäße Gerät ermöglicht ein wirksameres Vermählen von teilchenförmigen Feststoffen. Mit den bekannten Geräten wird effektiv keine so gleichmäßige Vermahlung von Feststoffen erreicht und werden keine so niedrigen Dampf/Pigment-Verhältnisse, beispielsweise eine Energieeinsparung von mindestens 5 %, erhalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein wirksameres Vermählen von TiO₀ sowie die Herstellung von TiO₉, das weniger der größeren, schwieriger zu vermählenden Teilchen hat, was einen verbesserten Glanz sowie einen gleichmässigeren Glanz ergibt. Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine wirksamere Energieausnutzung, beispielsweise eine Herabsetzung des Energieverbrauchs von mindestens 5 % im Vergleich zu den herkömmlichen Strahlmühlen.

Ende der Beschreibung.

Leerseite

Claims

Patcntmmiüle · Kuroj an Patent Attorneys . - - ^ \\.AI>it/. Di In,· D.F. Morf Di Dipl ·( hem M. Gritschneder Dipl -Phy, A. Frhr. von Wittgenstein Abu?. Mv>ri. GnlvchtHdcr. \on W m, nstcjn. (Vibch HdOI OT. 8000 München 86 Γ>Γ ΓΛΡ'--^ hcm PostanschrifUPostal Address Postfach 86 01 D-8000 München 29. April 1982 CH-117t) E.I. du Pont de Nemours and Company Wilmington, Delaware 19898, V.St.A. Strahlmühle mit begrenztem Wirbel Pat e η t a _n _s ρ r ü c h e :

1. Strahlmühle mit begrenztem Wirbel zum Vermählen feinpulveriger Feststoffe" mit einer scheibenförmigen Kammer, welche durch zwei einander gegenüberliegende kreisförmige axiale Wände und durch eine Umfangswand begrenzt wird, einer Multiplizität von Einlassen, die sich durch die Umfangswand erstrecken und so ausgerichtet sind, daß gasförmiges Fluid in die Kammer tangential zu einem Kreis gerichtet wird, dessen Radius kleiner als der Radiius (R) der Kammer ist, einer Einrichtung zum Eintragen feinpulveriger Feststoffe

ι

München-Bogenhausen, Poschingerstraße 6 ■ Telegramm: Chcmindus München ■ Telefon: (089) 98 32 22 · Telex: 5 23 992 (abitz d)

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in die Kammer an der Umfangswand und einer Austrageinrichtung zur Entnahme feinpulveriger feststoffe und gasförmiges Fluid längs der Achse de- Kammer, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlmühle mit einer Einrichtung zur Messung der Druckdiffere-iz (Δ?) zwischen dem Austrag und dem Eintrag der MU ile durch Öffnungen (6, 9) in der Kammerumfangswand (1) und in der Austrageinrichtung vorsehen ist, wobei j■'deÖffnung mit einer Einrichtung zur Reinigung der "1ühle versehen j st, um eine Verstopfung zu verhindern.

2. Strahlmühle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese zum Vermählen von TiC^-Pigment eilchen mit einer konstanten Druckdifferenz verwendbar ist, die innerhalb des Bereiches von 2,5 bis 15 m (100 - 600") Wassersäule liegt.

3. Verfahren zum Vermählen von TiO^-Pigment eststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststof "e einer Strahlmühle mit einem begrenzten Wirbel mit einer Geschwindigkeit zugeführt wird, welche eine konstan e Druckdifferenz durch die Strahlmühle aufrechterhält, di·; innerhalb des Bereiches von 2,5 bis 15 m (100 bis 600" Wassersäule liegt»

ο Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdifferenz 6,25 bis 9,30 m (250 ·· 375") beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdifferenz 7,5 bis 10 m (300 bis 400") beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch geken·.zeichnet, daß die Druckdifferenz 8,75 bis 11,25 m (350 - 450") beträgt.