PL192081B1 - Sposób mielenia rozdrobnionego materiału i młyn do rozdrobnionego materiału - Google Patents

Abstract

1. Sposób mielenia rozdrobnionego materia- lu, w którym podaje sie rozdrobniony material do pojemnika posiadajacego powierzchnie wewnetrzna, wprawia sie w ruch obrotowy po- jemnik z odpowiednio wysoka predkoscia obro- towa, przy której rozdrobniony material formuje sie, w czasie tego obracania, w warstwe utrzy- mywana na powierzchni wewnetrznej pojemni- ka oraz doprowadza sie do kontaktu warstwe z elementem wywolujacym scinanie dla wywo- lywania scinania w wymienionej warstwie, zna- mienny tym, ze obraca sie pojemnik (10, 40) z predkoscia odpowiednia do utworzenia, co najmniej jednej zasadniczo zestalonej strefy w wymienionej warstwie rozdrobnionego mate- rialu przez co, co najmniej jedna z tych stref wspólpracuje z elementem wywolujacym scina- nie (26, 24, 58) do zwiekszenia scinania wywola- nego w ten sposób w wymienionej warstwie (23). PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób mielenia rozdrobnionego materiału i młyn do rozdrobnionego materiału. Wynalazek dotyczy młyna obrotowego służącego do zmniejszania rozmiaru drobin takich materiałów jak ceramika, minerały i farmaceutyki.

Młyny dotychczasowej konstrukcji zawierają cylindryczny bęben obracany wokół osi, ogólnie ustawionej poziomo. Obracający się bęben jest zasilany rozdrobnionym jednorodnym materiałem w postaci płynnej zawiesiny lub proszku, prędkość obrotowa bębna wynosi od połowy do trzech czwartych „prędkości krytycznej (to jest minimalnej prędkości, przy której materiał znajdujący się na powierzchni wewnętrznej bębna przemieszcza się dokładnie dookoła w kontakcie z młynem). To powoduje działanie bębnujące, ponieważ materiał podawany i wszystkie inne media rozdrabniające (mielniki) przebywają część drogi do góry po wewnętrznej ścianie bębna, i wtedy opadają z powrotem na inne drobiny materiału podawanego, rozbijając je lub rozdrabniając.

W tradycyjnych młynach obrotowych potrzeby energetyczne związane z mieleniem wzrastają stromo wraz ze wzrostem miałkości przemiału. Przy zastosowaniach gdzie jest wymagany miałki przemiał, mogą być stosowane młyny mieszadłowe, w których masa rozdrabnianego materiału jest mieszana, tak by powstawało ścinanie się drobin i by występowały liczne zderzenia o niskiej energii, co w pewnym zakresie poprawia ten problem. Jednak dzisiejsze stosowanie młynów mieszadłowych jest ograniczone z powodu nakładanych zakresów relacji, tak odnośnie górnych granicznych rozmiarów materiału podawanego, jak i odnośnie nieefektywności przekazywania energii przy ultradrobnych rozmiarach przemiału. Te ograniczenia, razem z ograniczeniami przepustowości i trudnościami oddzielania produktu od mediów rozdrabniających związanymi z lepkością, przy ultradrobnych rozmiarach przemiału nakładają w efekcie ograniczenia w dziedzinie praktycznej i ekonomicznej przy stosowaniu tamtej techniki.

Sposób mielenia rozdrobnionego materiału, w którym podaje się rozdrobniony materiał do pojemnika posiadającego powierzchnię wewnętrzną, wprawia się w ruch obrotowy pojemnik z odpowiednio wysoką prędkością obrotową, przy której rozdrobniony materiał formuje się, w czasie tego obracania, w warstwę utrzymywaną na powierzchni wewnętrznej pojemnika oraz doprowadza się do kontaktu warstwę z elementem wywołującym ścinanie dla wywoływania ścinania w wymienionej warstwie, według wynalazku charakteryzuje się tym, że obraca się pojemnik z prędkością odpowiednią do utworzenia co najmniej jednej zasadniczo zestalonej strefy w wymienionej warstwie rozdrobnionego materiału przez co, co najmniej jedna z tych stref współpracuje z elementem wywołującym ścinanie do zwiększenia ścinania wywołanego w ten sposób w wymienionej warstwie.

Korzystnie pojemnik obraca się z prędkością obrotową odpowiednią do wywoływania siły działającej na warstwę rozdrobnionego materiału o wielkości przynajmniej 100 razy większej niż siła grawitacji.

Korzystnie wytwarza się co najmniej jedną strefę mieszania w warstwie rozdrobnionego materiału przez element ścinający, a wymienione strefy mieszania znajdują się pomiędzy elementami ścinającymi i strefami zestalonymi.

Wytwarza się następujące kolejno po sobie na przemian strefy zestalone i strefy mieszania za pomocą elementów ścinających rozstawionych wzdłuż osi wymienionego pojemnika.

Tworzy się wymienioną co najmniej jedną strefę mieszania za pomocą elementu ścinającego zawierającego promieniowe elementy wchodzące w warstwę rozdrobnionego materiału.

Zapobiega się ruchowi obrotowemu za pomocą wymienionego nieruchomego elementu ścinającego.

Młyn do rozdrobnionego materiału, zawierający pojemnik obrotowy posiadający powierzchnię wewnętrzną, układ zasilania do podawania rozdrobnionego materiału do pojemnika, układ nadający ruch obrotowy pojemnikowi o odpowiednio wysokiej prędkości, przy której rozdrobniony materiał tworzy w czasie takiego obracania warstwę pozostającą na powierzchni wewnętrznej oraz element wywołujący ścinanie stykający się z wymienioną warstwą, by wywoływać ścinanie w wymienionej warstwie, a element ścinający zawiera, co najmniej jeden element promieniowy rozciągający się w rozdrobnionej warstwie, według wynalazku charakteryzuje się tym, że element ścinający jest zamocowany nieruchomo w stosunku do ruchu obrotowego.

Korzystnie pojemnik ma prędkość obrotową nadaną przez wymieniony układ przynajmniej dziesięć razy większą niż minimalna prędkość, przy której rozdrobniony materiał formuje się w warstwę utrzymywaną na wewnętrznej powierzchni pojemnika w czasie ruchu obrotowego tego pojemnika.

PL 192 081 B1

Korzystnie pojemnik ma prędkość obrotową nadaną przez wymieniony układ, która wywołuje siłę działającą na warstwę rozdrobnionego materiału o wielkości przynajmniej 100 razy większej niż siła grawitacji.

Ponadto młyn zawiera elementy ścinające rozstawione wzdłuż osi wymienionego pojemnika, które wytwarzają następujące kolejno po sobie na przemian strefy zestalone i strefy mieszania.

Przedmiot wynalazku zostanie uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczny przekrój pionowy pierwszego przykładu, fig. 2 - schematyczny przekrój pionowy drugiego przykładu, fig. 3 - powiększony przekrój pionowy, wykonany przez komorę mielenia młyna z fig. 2, podczas działania, przedstawiający utworzenie następujących kolejno po sobie wewnątrz bębna, stref mieszania i stref martwych.

Młyn przedstawiony na fig. 1 ma bęben 10 o kształcie zewnętrznym cylindrycznym, zamontowany na łożyskach 12 z możliwością ruchu obrotowego wokół środkowej osi 14, napędzany za pomocą koła pasowego bębna 16 zamocowanego na powierzchni zewnętrznej bębna. Powierzchnia zewnętrzna bębna ma także na sobie radiator żebrowy 18 do chłodzenia, który wchodzi do rynny z wodą chłodzącą 20 znajdującą się poniżej bębna.

Podawanie płynnego rozdrobnionego materiału, na przykład zawiesiny lub proszku, jest doprowadzane do jednego z końców bębna i odbywa się z kosza samowyładowczego 21 przez wlot zasilania 22, gdzie jest on odrzucany na zewnątrz, tak, że formuje warstwę 23 na powierzchni wewnętrznej bębna. Bęben jest wprawiany w ruch obrotowy z prędkością konkretnie powyżej prędkości krytycznej, przy której cały ładunek jest mielony i wszystkie media rozdrabniające raczej przemieszczają się dokładnie dookoła w kontakcie z bębnem, niż podlegają podkrytycznemu działaniu bębnowania, jak to ma miejsce w dotychczasowej technice mielenia. Bęben jest korzystnie wprawiany w ruch obrotowy z prędkością obrotową przynajmniej trzy razy większą od prędkości krytycznej, a najbardziej korzystnie przynajmniej dziesięć razy większą, tak, że warstwa ładunku mielonego znajduje się pod wysokim ciśnieniem, ściskana przez siłę odśrodkową o wysokiej wartości. Wielkość przykładanych sił ściskających może być różnicowana przez różnicowanie prędkości obrotowej bębna zewnętrznego.

Warstwa ładunku jest wzruszana przez występy tarczowe lub palcowe 24 obracającego się przeciwnie członu 26 wywołującego ścinanie, znajdującego się wewnątrz bębna, zamontowanego na wale środkowym 28 ułożyskowanym w łożyskach 30. Wał ten jest obracany za pomocą koła pasowego 32 napędzającego wał. Na wylot przez wał 28 przechodzi kanał 27 dla wody chłodzącej.

Przy maksymalnym ścinaniu, wał jest obracany szybko w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu bębna 10. Alternatywnie, wał może być obracany w tym samym kierunku co bęben, ale z różniącą się prędkością. Ta druga sytuacja eliminuje „martwe miejsca wewnątrz warstwy ładunku, w których siła „G” (siła grawitacyjna -tu w znaczeniu siły odśrodkowej) pochodząca od ruchu obrotowego wynosi zero i obniża zużycie energii przez młyn.

Drobiny znajdujące się w warstwie ładunku, przy wzajemnym oddziaływaniu na siebie i/lub przy oddziaływaniu drobin na media rozdrabniające, są poddawane intensywnym naprężeniom wytwarzanym podczas mieszania występami 24, przechodzącymi przez sprężoną warstwę ładunku, w czasie ruchu obrotowego. Wysokie ciśnienie warstwy ładunku spowodowane ruchem obrotowym wzmacnia przekazywanie energii od występów do ładunku, tym samym przekazując względnie dużą część będącej w dyspozycji energii wejściowej bezpośrednio do drobin, w postaci naprężeń ułatwiających pękanie.

Ścinanie sprężonej warstwy części stałych, powoduje zarówno ścinające jak i ścierne pękanie drobin, występujące przy właściwej energii, odpowiedniej do wywoływania umiejscowionych naprężeń i pęknięć przykładanych jednocześnie do wielkiej stosunkowo części zbiorowości ogólnej drobin, znajdującej się wewnątrz młyna. Rezultatem netto jest wysoce jednorodny rozkład bardzo drobnych drobin, przy zdolności do doznawania skutecznych pęknięć, wywoływanych przez ten mechanizm w zbiorowości ogólnej drobin o wysokich wartościach wielkości rozkładu wewnątrz młyna.

Dodatkowo, oprócz pęknięć ściernych, drobiny mogą także pękać pod wpływem siły ściskania mediów rozdrabniających i ciśnienia masy cząstek stałych, na skutek wyolbrzymionej siły „grawitacyjnej wewnątrz młyna. Wielkość tej siły ściskającej i wielkość gęstości upakowań, występujących pomiędzy drobinami, oraz pomiędzy drobinami i mediami rozdrabniającymi, może być zmieniana. Przypuszcza się też oczywiście, że niektóre pęknięcia powodowane są przez rozbijanie lub ścieranie się powierzchni drobin, zachodzą przy zderzeniach o wysokiej prędkości, ale występuje to w mniejszym stopniu niż pęknięcia ścierne.

Koniec wyładowczy 33 bębna 10 w młynie, posiada pierścieniową płytę powstrzymującą 34 rozciągającą się promieniowo do wewnątrz od wewnętrznej powierzchni bębna. Większa siła odśrodkowa

PL 192 081 B1 działająca na ciężkie drobiny mediów rozdrabniających, powoduje utrzymywanie mediów rozdrabniających wewnątrz młyna, na zewnątrz w kierunku promieniowym płyty powstrzymującej 34, i przez to pozostawanie ich we wnętrzu młyna, podczas gdy miałki produkt przemieszczany przez wchodzący materiał podawany do młyna, przechodzi promieniowo wewnątrz płyty powstrzymującej, i wchodzi do rynny wyładowczej 36.

Figury 2 i 3 przedstawiają młyn pionowy zbudowany według drugiego przykładu, zawierający nie obracające się człony ścinające.

Bęben obrotowy 40 młyna jest zamontowany na osi pionowej 42 z możliwością ruchu obrotowego, ułożyskowany w ramie 44 w łożyskach 46 i wprawiany w ruch obrotowy z wysoką prędkością, za pośrednictwem koła pasowego 48 napędzającego bęben.

Młyn jest wstępnie załadowany mieszaniną mediów rozdrabniających, dostarczanych przez kosz 50 z mediami rozdrabniającymi, za pośrednictwem zaworu kulowego 52, a podawanie proszku lub zawiesiny płynnej odbywa się przez wlot zasilania 54. Ładunek przechodzi na dół nieruchomą rurą zasilania 55 do wewnątrz bębna. Napędzane wirniki zasilania 56 przymocowane do obracającego się bębna, przekazują ruch wirujący na ładunek, który formuje się w wysoko sprężoną warstwę utrzymywaną na wewnętrznej powierzchni bębna.

W przykładzie z fig. 2 i 3 ścinak zawierający człon umieszczony wewnątrz bębna jest nieruchomyi składający się z jednej lub więcej tarcz 58 połączonych z nieruchomo zamocowanym wałem 60. Tarcze mają otwory 62 w rejonie swobodnej wewnętrznej powierzchni 63 warstwy ładunku, dla pozwolenia na ruch w kierunku osiowym miałko rozdrobnionego materiału, na wskroś przez młyn, do końca wyładowczego. Jeżeli palce lub inne występy są stosowane zamiast tarcz 58, otwory 62 są niepotrzebne.

Po wprowadzeniu ładunku wstępnego, nie dodaje się dalej mediów rozdrabniających, a przez wlot zasilania 54 jest podawany ciągły strumień materiału zasilającego. Młyn jest przystosowany do odbierania podawanych zawiesin płynnych o wysokiej zawartości materiału stałego, na przykład od 50% do 90% materiału stałego, typowo od55% do 75%, w zależności od rodzaju materiału podawanego i wymaganej redukcji wymiarowej. Media rozdrabniające i większe drobiny znajdujące się w warstwie ładunku, będą dążyły do przemieszczania się osiowo na wskroś przez młyn, wskutek wysokich sił ściskających działających na ładunek. Jednak zamiast tego występuje wędrówka drobin w kierunku promieniowym, przy której większe drobiny wprowadzone w podawanej zawiesinie wędrują promieniowo na zewnątrz, na wskroś przez ładunek, pod wpływem wysokiej wartości siły odśrodkowej, i są poddawane mieleniu i łamaniu poprzez wydajny mechanizm, opisywany powyżej w odniesieniu do fig. 1. Ponieważ rozmiar drobin się zmniejsza, mniejsze drobiny wędrują promieniowo do wewnątrz dopóki one nie osiągną wewnętrznej powierzchni swobodnej na warstwie ładunku, przy której wartość ciśnienia miejscowego równa się zero.

Drobiny miałkie osiągające powierzchnię swobodną mogą następnie przemieszczać się w kierunku osiowym, na wskroś przez młyn, poprzez otwory 62 w tarczach, przechodzić promieniowo do wewnątrz pierścienia wyładowczego 64 i wpadać do rynny wyładowczej 66. Do nieruchomego wału 60 może być przymocowana łopatka skrobaka 68 utrzymująca swobodny przepływ materiału przez pierścień wyładowczy.

Zgłaszający stwierdził, że przy bardzo wysokich prędkościach obrotowych, przy których ten młyn pracuje, korzystnie przynajmniej 100 razy zwiększających grawitację, na przykład przy grawitacji powiększonej aż do 200 razy, w ładunku powstają strefy z ubitym materiałem stałym, oddalone od tarcz 58,i obracają się zgodnie z wirującym bębnem. To może być stosowane jako zjawisko korzystne, uzyskiwane przy rozstawianiu tarcz ścinających dalej od siebie, na odległość odpowiednią do tworzenia się litych „martwych stref w ładunku, występujących pomiędzy kolejnymi tarczami i w rejonach przyległych do końcowych powierzchni czołowych wirującego bębna. Te martwe strefy 70, pokazane na fig. 3 jako ciemniejsze, działają skutecznie jako lite dyski rozciągające się do wewnątrz od wewnętrznej ściany bębna, równoległe do tarcz i obracające się z wysoką prędkością względem tarcz. To wytwarza ekstremalnie wysoką szybkość ścinania występującą w przylegających do tarcz rejonach 72, gdzie ładunek jest mieszany (pokazane na fig. 3 jako strefy jaśniejsze), przy czym końcowe powierzchnie bębna są chronione przed nadmiernym zużywaniem się.

Minimalna odległość między tarczami wymagana do powstawania tego zjawiska, to jest stref gdzie ładunek się miesza przemiennie z litymi martwymi strefami, będzie się zmieniała zależnie od stosowanej prędkości obrotowej i od rodzaju ładowanego materiału, ale w przypadkach ekstremalnie wysokiej siły G (siły grawitacyjnej - tu w znaczeniu siły odśrodkowej) i wysokiej zawartości materiału stałego w ładunku, może to być nie więcej niż 50mm.

PL 192 081 B1

W porównaniu do przykładu z fig. 1, przykład z fig. 2 i 3 ma przewagę pod względem mniejszego zapotrzebowania na moc, ponieważ nie jest konieczne napędzanie członu wywołującego ścinanie drobin. Zapotrzebowanie młyna na moc może być dalej obniżone przez zredukowanie długości komory mielenia i stosowanie tylko pojedynczej tarczy ścinającej.

Środowisko o wysokiej „grawitacji występujące wewnątrz młynów według tego wynalazku rozszerza granice praktyczności i ekonomiczności rozdrabniania materiałów w tradycyjnych młynach mieszadłowych, w odniesieniu do górnego rozmiaru zasilania, stosunków redukcji granulacji, sprawności energetycznej i wydajności.

Chociaż zostały opisane szczególne postaci tego wynalazku, oczywiste będzie dla specjalistów, że niniejszy wynalazek może przybierać i inne specyficzne formy bez wychodzenia poza jego zasadnicze cechy. Niniejsze postaci i przykłady są więc brane pod uwagę pod wszystkimi względami jako ilustracyjne i nie ograniczające, dziedzina wynalazku jest wyznaczona raczej przez załączone zastrzeżenia patentowe niż przez poprzedzający opis, a wszystkie zmiany, które wchodzą w zakres zastrzeżeń patentowych pod względem znaczenia i równoważności, są tym samym w zamierzeniu obejmowane tymi zastrzeżeniami patentowymi.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób mielenia rozdrobnionego materiału, w którym podaje się rozdrobniony materiał do pojemnika posiadającego powierzchnię wewnętrzną, wprawia się w ruch obrotowy pojemnik z odpowiednio wysoką prędkością obrotową, przy której rozdrobniony materiał formuje się, w czasie tego obracania, w warstwę utrzymywaną na powierzchni wewnętrznej pojemnika oraz doprowadza się do kontaktu warstwę z elementem wywołującym ścinanie dla wywoływania ścinania w wymienionej warstwie, znamienny tym, że obraca się pojemnik (10, 40)z prędkością odpowiednią do utworzenia, co najmniej jednej zasadniczo zestalonej strefy w wymienionej warstwie rozdrobnionego materiału przez co, co najmniej jedna z tych stref współpracuje z elementem wywołującym ścinanie (26, 24, 58) do zwiększenia ścinania wywołanego w ten sposób w wymienionej warstwie (23).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pojemnik obraca się z prędkością obrotową odpowiednią do wywoływania siły działającej na warstwę rozdrobnionego materiału o wielkości przynajmniej 100 razy większej niż siła grawitacji.
3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że wytwarza sięco najmniej jedną strefę mieszania (72) w warstwie rozdrobnionego materiału przez element ścinający, a wymienione strefy mieszania znajdują się pomiędzy elementami ścinającymi i strefami zestalonymi.
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że wytwarza się następujące kolejno po sobie na przemian strefy zestalone i strefy mieszania za pomocą elementów ścinających rozstawionych wzdłuż osi wymienionego pojemnika.
5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że tworzy się wymienioną co najmniej jedną strefę mieszania za pomocą elementu ścinającego zawierającego promieniowe elementy (24, 58) wchodzące w warstwę rozdrobnionego materiału.
6. 6. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, znamienny tym, że zapobiega się ruchowi obrotowemu za pomocą wymienionego nieruchomego elementu ścinającego.
7. 7. Młyn do rozdrobnionego materiału, zawierający pojemnik obrotowy posiadający powierzchnię wewnętrzną, układ zasilania do podawania rozdrobnionego materiału do pojemnika, układ nadający ruch obrotowy pojemnikowi o odpowiednio wysokiej prędkości, przy której rozdrobniony materiał tworzy w czasie takiego obracania warstwę pozostającą na powierzchni wewnętrznej oraz element wywołujący ścinanie stykający się z wymienioną warstwą, by wywoływać ścinanie w wymienionej warstwie, a element ścinający zawiera co najmniej jeden element promieniowy rozciągający się w rozdrobnionej warstwie, znamienny tym, że element ścinający jest zamocowany nieruchomo w stosunku do ruchu obrotowego.
8. 8. Młyn według zastrz. 7, znamienny tym, że pojemnik ma prędkość obrotową nadaną przez wymieniony układ (16, 48) przynajmniej dziesięć razy większą niż minimalna prędkość, przy której rozdrobniony materiał formuje się w warstwę utrzymywaną na wewnętrznej powierzchni pojemnika w czasie ruchu obrotowego tego pojemnika.
9. 9. Młyn według zastrz. 8, znamienny tym, że pojemnik ma prędkość obrotową nadaną przez wymieniony układ (16, 48), która wywołuje siłę działającą na warstwę rozdrobnionego materiału o wielkości przynajmniej 100 razy większej niż siła grawitacji.

   PL 192 081 B1
10. 10. Młyn według zastrz. 9, znamienny tym, że zawiera elementy ścinające (24, 58) rozstawione wzdłuż osi wymienionego pojemnika, które wytwarzają następujące kolejno po sobie na przemian strefy zestalone i strefy mieszania.