DE2061184B - Verfahren zum Vermählen von kor mgen Materialien, insbesondere von Kunststoffgranulaten, bei tiefen Tem peraturen - Google Patents

Description

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 20- bis 30mal größer isl als bei der Vermahlung von kennzeichnet, daß die Kompression des Kaltgas- 35 Mineralstoffen auf Mühlen ähnlicher Art, um die kreislaufes auf einen Druck erfolgt, wacher 2 bis gleiche Feinheit bzw. spezifische Oberfläche des 30 at höher ist als der für die Strahlmühle be- Mahlproduktes zu erhalten. Diese in Wärme umgenötigte Arbeitsdruck. setzte Energie wird einerseits für die Verdampfung

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch der eingeführten festen Kohlensäure und andererseits gekennzeichnet, daß die annähernd isentrope 40 für die Wiedererwärmung des vorgekühlten Einsatz-Ausdehnung des vorgekühlten Kreislaufgases auf Produktes verwendet, so daß sich eine erhebliche annähernd den Arbeitsdruck der Strahlmühle er- Temperaturerhöhung in der Mühle ergibt. Dieses folgt. Verfahren hat den Nachteil, daß eine gleichmäßige

5. Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 3 Dosierung des Kühlmittels Schwierigkeiten bietet, und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das durch 45 womit eine genaue Tempei atureinhaltung schlecht die annähernd isentrope Ausdehnung tiefgekühlte realisierbar ist. Die minimale Mahltemperatur ist be-Kreislaufgas in zwei Teilströme aufgeteilt wird, schränkt durch die Verdampfungstemperatur der wovon der eine Teilstrom für die Vorkühlung des festen Kohlensäure. Außerdem ist die Handhabung Einsatzproduktes und der andere Teilstrom als dieses Kühlmittels umständlich und der Betrieb ist Arbeitsgasstrom für die Strahlmühle dient. 50 infolge der großen Beschaffungskosten für feste Koh-

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch lensäure sehr unwirtschaftlich.

gekennzeichnet, daß die annähernd isentrope Aus- Eine andere bekannte Methode zur Erreichung der dehnung des vorgekühlten Kreislaufgases in zwei gewünschten tiefen Mahltemperaturen besteht in der Druckstufen erfolgt, wobei beim Zwischendruck Verwendung von flüssigem Stickstoff als Kühlmittel, der Expansion ein erster Teilstrom entnommen 55 wodurch jedoch ebenfalls große Kosten entstehen, wird, welcher durch Wärmetausrh mit dem zwei- und zwar durch die Beschaffung und Handhabung ten Tcilstrom, dessen Temperatur durch die Ex- dieses hochwertigen und kostspieligen Kühlmittels. pansion in der zweiten Expansionsstufe weiter Auch hier ist die Regelfähigkeit des Systems bereduziert wird, auf eine Temperatur abgekühlt schränkt. Außerdem kann bei einem direkten Konwird, die annähernd jener des expandierten zwei- 60 takt des flüssigen Stickstoffes mit dem Produkt durch ten Teilstromes entspricht, und daß dieser erste die extrem tiefen Temperaturen eine Verschlechle-Teilstrom sodann für die Tiefkühlung des Ein- ^ru"g der Struktur des Materials und der Zerkleinesatzproduktes und als Arbeilsgasstrom für die rungseigenschaften bewirkt werden.

Strahlmühle verwendet wird, während der zweite Andererseits ist es bekannt, daß körnige Materia-Teilstrom für eine Vorkühlung i'ics Einsalzpro- 65 lien, insbesondere Farbpigmente, pharmazeutische duktes dient. Produkte, Schädlingsbekämpfungsmittel und andere

in Strahlmühlen bis auf sehr große Feinheiten (1 bis 10 um) vermählen werden können. Auch Kunststoffe

mit höheren Schmelzpunkten konnten erfolgreich bei mittleren Feinheiten vermählen werden. Diese Strahlmühlen werden teilweise mit Dampf strahlen, teilweise mit komprimierter Luft betrieben. Durch die wiederholte Einführung des Grobkorns in die Zerkleinerungszone bei gleichzeitiger sukzessiver Abfühmng des Feinkorns läßt sich damit eine sehr gleichmäßige Korngröße erzielen, d. h. ein bedeutend schmäleres Korngrößenband als bei den mechanischen Mühlen. Bei der Verwendung der Luft als Treibmittel ergibt sich im Arbeitsstrahl nach der Expansion eine bedeutend tiefere Temperatur, welche sich erst durch die Verwirbelung im Zerkleinerungsraum wieder auf die Ursprungstemperatur erhöht. Mechanische Energie wird innerhalb der Mühle nicht zugeführt im Gegensatz zu den mechanischen Mühlen, die nach dem Prallprinzip arbeiten und durch die Vernichtung der zugeführten mechanischen Energien jedenfalls beträchtliche Temperaturerhöhungen über dem Ur- «:pn'.ngwert ergeben. Bei der Strahlmühle wird die benötigte mechanische Energie im Luftkompressor eingeführt und die dadurch erzeugte Wärme kann somit vor dem Eintritt in die Mühle abgeführt werden.

Werden jedoch tiefere Mahltemperaturen verlangt als sie beim normalen Betrieb mit einer Strahlmühle erreicht werden, so ist prinzipiell auch hier eine Zumi->chung von fester Kohlensäure oder von flüssigem Stickstoff möglich, womit jedoch auch die bei den mechanischen Mühlen erwähnten Nachteile in Kauf genommen werden müssen. Außerdem haben die Sirahlmühlen den großen Nachteil, daß der Energieaufwand für die Erzeugung einer bestimmten Produktoberfläche dm ein Mehrfaches größer ist als bei mechanischen Mühlen, so daß Strahlmühlen normalerweise nicht für billige Massengüter, sondern nur für hochwertige Produkte oder für sehr große Feinheiten in Frage kommen.

Auf Grund der aufgeführten prinzipiellen primären und im Gefolge derselben auftretenden sekundären Nachteile, welche den bisher bekannten Mahlverfahren anhaften, stellt sich die Aufgabe, Kunstsloffgranulate bei geeigneter tiefer Temperatur zu vermählen, wobei der Vermahlungsprozeß, gegebenenfalls bis zu einer möglichst gleichförmigen hohen Feinheit, insgesamt auf eine wirtschaftlich optimale Weise zu erfolgen hat.

Um diese komplexe Bedingung erfüllen zu können, sind folgende Punkte zu beachten:

a) Dem Mahlprozeß soll keine zusätzliche mechanische Energie zugeführt werden, weshalb eine Strahlmühle an Stelle einer mit mechanischen Mahlelementen versehenen Mühle, beispielsweise einer nach dem Prallprinzip arbeitenden Mühle, verwendet wird.

b) Es soll kein unnötiger kostenerhöhender Energieaufwand durch eine vorangehende Verflüssigung des Kältemediums (beispielsweise flüssiger Stickstoff) getrieben werden, weshalb die Kälte durch eine Expansionsturbine ohne Gasverflüssigung erzeugt werden soll.

c) Die restliche Kälteenergie des Arbeitsgases soll nach durchgeführter Mahlung zurückgenommen werden können, weshalb ein expandiertes Kaltgas zur Vorkühlung des komprimierten Arbeitsgases vor der Expansionsturbine bzw. vor der Mahlung verwendet wird.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß sich die Nachteile der beschriebenen Malverfahren vermeiden lassen bei Anwendung eines neuen Verfahrens, welches unter Ausnutzung der Vorteile der Strahlmühle — also der damit erzielbaren gleichmäßigen Korngröße, des Fehlens von bewegten Teilen bzw. den damit verbundenen Abnützungserscheinungen, sowie den prinzipmäßig tieferen Arbeitstemperaturen in der Mühle — insgesamt gesehen bedeutend wirtschaftlicher ist, als bei Verwendung von Mühlen mit mechanischen Zerkleinerungselementen, sofern ίο der Aufwand für die Erzielung der benötigten tieferen Mahltemperaturen und für die Sichtung und Wiedervermahlung von Überkorn mitberücksichtigt wird.

Beim neuen Verfahren wird zur Vermahlung eine Strahlmühle und zur Kälteerzeugung ein Kaltgaskreislauf verwendet, wobei die benötigten tiefen Temperaturen durch die Entspannung eines vorgekühlten Gasstromes erzielt werden. Die Expansion erfolgt unter Abgabe von mechanischer Leistung in Entspanao nungsmaschinen, wozu vorteilhafterweise Expansionsturbinen eingesetzt werden, welche entweder unter Zwischenschaltung eines Getriebes elektrisch oder direkt mit einem Gebläse gebremst werden können, wobei im zweiten Fall außer der einfachen Anas Ordnung noch der Vorteil gegeben ist, daß dann bereits eine Vorkompression des Kreislaufgases erfolgen kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Vermahlung von körnigen Materialien, insbesondere von Kunst-Stoffgranulaten bei tiefen Temperaturen ist demnach dadurch gekennzeichnet, daß die Vermahlung in einer Strahlmühle mit Hilfe eines Arbeitsgasstromes vorgenommen wird, der einem Kaligaskreislauf entnommen wird, welcher die für den Arbeitsgasstrom und für die Vorkühlung des Einsatzproduktes benötigte tiefe Temperatur durch annähernd isentrope Ausdehnung des vorgekühlten komprimierten Kreislaufgases erzielt, wobei diese Vorkühlung durch einen Wärmeaustausch mit dem expandierten Kreislaufgas nach dessen Verwendung für die Abkühlung des Einsatzproduktes und der Abführung der entstandenen Mahlwärme erfolgt.

Die Durchführung des Verfahrens kann auf verschiedene Weise erfolgen: so kann z. B. die Kom-♦5 pression des Kreislaufgases nur auf den Arbeitsdruck der Strahlmühle erfolgen, worauf das Kreislaufgas nach erfolgter Vorkühlung in zwei Teilströme aufgeteilt wird, wovon der erste Teilstrom in einer Turbine expandiert wird, wobei er sich weiter abkühlt und anschließend durch Wärmeaustausch den noch komprimierten zweiten Teilstrom auf annähernd die Temperatur des ersten Teilstroms reduziert, worauf der komprimierte zweite Teilstrom als Arbeitsgasstrom für die Strahlmühle dient, während der expandierte erste Teilstrom für die Vorkühluug des Einsatzproduktes verwendet wird.

Eine andere Durchführungsart des Verfahrens besteht darin, daß die Kompression auf einen Druck erfolgt, welcher um 2 bis 30 at höhei liegt als der Arbeitsdruck der Strahlmühle. In diesem Fall wird die gesamte Kreislaufgasmenge auf den Druck der Strahlmühle expandiert, worauf der Gesamtstrom in zwei Teilströme aufgeteilt wird, wovon der eine Teilstrom für die Vorkühlung des Einsatzpioduktes und der andere Teilstrom als Arbeitsgasstrom für die Strahlmühle verwendet wird.

Bei dieser Durchführungsart, welche für weniger liefe Temperaturen geeignet ist, muß der nicht durch

die Strahlmühle geführte Teilstrom nur vom Arbeitsdruck der Strahlmühle aus auf den Kompressionsdruck verdichtet werden.

Für sehr tiefe Temperaturen ist jedoch eine Durchführungsart des Verfahrens zu empfehlen, bei welcher der nicht durch die Strahlmühle geführte Teilstrom in einer weiteren Expansionsstufe auf den Austrittsdruck der Strahlmühle ausgedehnt wird, wodurch dessen Temperatur weiter erniedrigt wird, so daß

der Luft getrennt und über die Schleuse 38 abgezogen werden kann. Die mit feinen Pulverresten beladene Kreislaufluft gelangt über die Leitung 28 in den Filter 9 und wird dort feingereinigt. Die saubere Luft wird über Leitung 29 dem Wärmetauscher 10 zugeführt, wo sie Wärme aus der komprimierten Luft aufnimmt. Über die Leitung 30 wird die gereinigte vorgewärmte Luft dem Gebläse 12 zugeführt, dort nach Maßgabe der verfügbaren Leistung vorkomrri-

von Neuem beginnt.

An Hand der Fig. 2 soll ein anderes Ausführungsbeispiel des Verfahrens erläutert werden:

In der Expansionsturbine 1 werden 5000 kg Luft von 15 ata auf 6 ata expandiert, wobei die Luft von — 90⁰C auf —122° C abgekühlt wird. Ein TeU-strom von 2500 kg Luft wird in der Turbine 2 von 6 ata auf 1,8 ata expandiert. Dabei kühlt sich die Luft

mittels Wärmeaustausch auch der Arbeitsgasstrom io miert und nach Kühlung im Zwischenkühler 13 wiefür die Strahlmühle noch weiter gekühlt werden der dem Kompressor 14 zugeführt, wo der Kreislauf kann.

Als Kreislaufgas wird vorzugsweise Luft verwendet, da damit der Aufwand für die Systemauffüllung bei Leckverlusten am geringsten sein dürfte. Es können bei Bedarf auch andere Gase verwendet werden, welche sich im Betriebsbereich der Turbinen nicht verflüssigen..

Bei der Anwendung von Luft kann man selbstverständlich auch einen sogenannten offenen Kreislauf *q auf — 157° C ab.
verwenden, wobei in diesem Falle Maßnahmen vor- Über die Leitung 22 gelangt dieser Teilstrom in den

gesehen werden müssen, um Fremdgase (z. B. H₂O- Wärmetauscher 3, wo er im Gegenstrom zum zweiten Dampf und CO₈), welche bei tiefen Temperaturen Teilstrom geführt wird, welcher beim Zwischendruck auskristallisieren, aus dem Kreislauf auszuscheiden, von 6 ata über die Leitung 21 vom ersten Teilstrom

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, die as abgetrennt wurde. Im Wärmetauscher 3 erwärmt sich Temperatur beim Mahlvorgang in weiten Grenzen der erste Teilstrom von — 157° C auf — 122° C und und mit einfachen Mitteln der Regeltechnik auf ein gelangt über die Leitung 23 in den Wirbelbettkühbeliebiges Niveau einzustellen und dort genau kon- kr 5. Diesem wird vom Vorratsgefäß 4 Kunststoff stant zu halten. Granulat zugeführt, wobei er durch den ersten Luft-

Die Regelung kann durch eine Veränderung des 3° teilstrom von + 20° C auf —-110° C abgekühlt wird. Druckgefälles im Kältekreislauf, eine Veränderung Das vorgekühlte Granulat gelangt über eine Zellender Gaskreislaufmenge oder der Teilstrommenge
durch die Mühle sowie durch Veränderung der wirksamen Wärmeaustauscherfläche erfolgen.

Der Aufwand für die Kälteerzeugung nach dem neuen Verfahren ist wesentlich geringer als bei den anderen bekannten Verfahren und äußerst einfach in der Handhabung. Durch die Verwendung eines Kältekreislaufes zur Kühlung des Mahlvorganges kann ein

separater Kompressor für die Strahlmühle eingespart 40 wo die Luft auf einen Druck von etwa 1,5 ata expanwerden, wodurch sich die Kosten für die Mühle stark diert. Unmittelbar nach der Expansion reduziert sich

die Temperatur der Luft bis auf — 180° C und erwärmt sich dann durch Verwirbelung und Aufnahme von Wärme, welche bei der Zerkleinerung der Granulatkörper entsteht, auf —120⁰C Der Kunststoff wird in der Mühle zu Pulver von 100 bis 200 μΐη vermählen. Über die Leitung 37 verläßt das Pulver-Luftgemisch die Mühle 7 und vereinigte sich mit dem ersten Teilluftstrom, welcher mit einer Temperatur

peratur vorgekühlt. Der aus der Leitung 20 korn- 5° von —113° C aus dem Wirbelbettkühler 5 kommt, mende Kreislaufstrom wird in zwei Teilströme ver- Im Zyklonabscheider 8 wird das Pulver von der Lufl zweigt, wobei der eine Teilstrom in der Turbine 2 getrennt und kann über die Schleuse 38 abgezogei expandiert und dabei weiter abgekühlt wird. Über die werden. Die mit noch feinen Pulverresten beladen« Leitung 22 tritt er in den Wärmetauscher ein, wo er Luft gelangt zum Filter 9, wo das Pulver zurück Wärme durch Abkühlung des über die Leitung 21 zu- 55 gehalten und die reine Luft über die Leitung 29 abge fließenden zweiten Teilstromes aufnimmt Der erste zogen und mit einer Temperatur von —116° C ü Teilstrom gelangt in den Wirbelbettkühler S, wo das den Wärmetauscher 10 eintritt, wo sie sich im Gegen aus dem Vorratsgefäß 4 zugeführte Kunststoff-ura- strom zur komprimierten Luft auf — 1° C erwärmi nulat vorgekühlt und über die Zellenschleuse 34, die Bedingt durch die Drackveiiuste der verschiedene! Leitung 35 und die Förderschnecke 3d in den Wirbel- 6° zwischengeschalteten Apparate beträgt der Druck de bettkühler 6 gebracht wird, wo die Tiefkühlung durch Kreislaufluft in der Leitung 30 noch etwa 1 ata. De den über die Leitung 33 zufließenden zweiten Teil- Luftstrom wird entsprechend der verfügbaren Le strom erfolgt Das resultierendeGranuIat-Luftgemisch stung auf die beiden Gebläse 11 und 12 verteilt un gelangt in die Strahlmühle 7, wo die Vermahlung zu dort auf etwa 14 ata komprimiert über die !.eitungi Pulver stattfindet worauf der mit Pulver beladene 65 31 bzw. 32 gelangt die Kreislaufluft zum Zwischei zweite Teilstrom über Leitung 37 nach Vereinigung kühler 13 und von dort zum Kompressor 14, wo d mit dem ersten Teilstrom aus der Leitung 25 in den Verdichtung auf 15 ata erfolgt
Zyklon-Abschneider 8 gelangt wo das Pulver von Im Nachkühler 15 wird die Kompressionswärn

schleuse 34 in die Leitung 35 und wird mittels der Förderschnecke 36 in den Wirbelbettkühler 6 gefördert, wo es durch den zweiten Luftteilstrom auf 140⁰C unterkühlt wird, welcher mit —150°C aus dem Wärmetauscher 3 ausgetreten und durch die Leitung 33 zum Wirbelbettkühler 6 geführt wird, wo sich die Luft auf — 142° C erwärmt. Das kalte Luft-Granulatgemisch gelangt nun in die Strahlmühle 7,

reduzieren.

In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das durch den Kompressor 14 auf den Druck der Strahlmühle 7 komprimierte Kreislaufgas wird im Nachkühler 15 durch Kühlwasser von der Kompressionswärme befreit und im Wärmetauscher 10 auf eine vom Druck und der gewünschten Mahltemperatur gegebene Tem-

an Kühlwasser abgeführt und die Luft gelangt schließlich mit etwa 20° C zum Wärmetauseber 10, wo sie im Gegenstrom zur Niederdruckluft bis auf — 90° C vorgekühlt wird und schließlich wieder der Turbine 1 zugeführt wird, womit der Kreislauf von Neuem beginnt.

Das Verfahren ist nicht auf die im Beispiel genannten Werte begrenzt, sondern die Drucke können in

weiten Grenzen variieren. So kann der Druck vor der Turbine z. B. zwischen 5 und 40 ata liegen, der Zwischendruck zwischen den Turbinen 1 und 2 kann 3 bis 10 ata und der Druck im ND-System kann z. B. von 0,5 bis 2 ata variieren.

Auch die Temperaturen können sich je nach der Art der zu mahlenden Stoffe und der angewendeten Drucke in weiten Grenzen bewegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

209537/438

Claims (2)

I 2 Für die Vermahlung von kömigen Stoffen und von Patentansprüche: Kunststoffgranulaten zu Pulver mittlerer Feinheit (z. B. im Bereich von 50 bis 500 μΐη) werden meist

1. Verfahren zur Vermahlung von körnigen mechanische Mühlen verwendet, welche nach dem Materialien, insbesondere von Kunststoff-Granu- 5 Prallprinzip arbeiten. Polyamide des Types 6, 6,6 uud laten, bei tiefen Temperaturen, dadurch ge- 12 bzw. Mischpolymerisate aus diesen Sorten haben kennzeichnet, daß die Vermahlung in einer eine viel größere Zähigkeit als die Stoffe, welche Strahlmühle mit Hilfe eines Arbeitsgasstromes normalerweise mit diesen Mühlen zerkleinert werden, vorgenommen wird, der einem Kaltgaskreislauf Die Polyamide lassen sich daher bei normalen Tementnommen wird, welcher die für den Arbeitsgas- i° peraturen nicht zerkleinern oder nur unter einem sehr strom und für die Vorkühlung des Einsatzpro- hohen Energieaufwand, welcher als mechanische duktes benötigte tiefe Temperatur durch an- Energie in die Mühle eingeführt und dort in Wärme nähernd isentrope Ausdehnung des vorgekühlten umgesetzt wird. Sofern diese Wärme nicht genügend komprimierten Kreislaufgases eizielt, wobei diese wirksam abgeführt werden kann, entstehen zu hohe Vorkühiuüg durch einen Wärmeaustausch mit 15 Temperaturen, wodurch das Material teilweise bis dem expandierten Kreislauf gas nach dessen Ver- zum Schmelzpunkt erwärmt und damit der Mahleffekt wendung für die Abkühlung des Einsatzproduktes vermindert und die Leistung der Mühle erheblich und der Abführung der entstandenen Mahlwärme herabgesetzt wird. Durch eine Reduktion der Temerfolgt. peratur des Einsatzproduktes vor dem Eintritt in die

2. Verfahicn nach Anspruch 1, dadurch ge- 20 Mühle und eine geeignete Wärmeabfuhr aus der kennzeichnet, daß die Kompression des Kaltgas- Mühle selbst lassen sich die Mahlverhältnisse hedeukreislaufes auf einen Druck erfolgt, der tend verbessern, indem die Sprödigkeit und damit die mindestens dem für die Strahlmühle benötigten Zerstörbarkeit der eingegebenen Körner erhöht wird, Arbeitsdruck entspricht, und der vorgekühlte wodurch sich der Energieaufwand für die Vermah-Kreislaufgasstrom vor der Expansion mindestens 25 lung und diiinit auch die Temperaturerhöhung innerin zwei Teilströme aufgeteilt wird, wovon der eine halb der Mühle erheblich vermindert.

durch die annähernd isentrope Expansion auf eine Eine bekannte Methode für die Vorkühlung des tiefere Temperatur gebracht wird, um anschlie- Granulates und die Abführung der Mahlwärme beßend durch Wärmetausch den komprimierten steht darin, daß dem Einsatzprodukt vorgemahlene zweiten Teilstrom, welcher ais Arbeitsgasstrom 30 feste Kohlensäure beigemischt wird. Trotz der damit für die Strahlmühle benützt wird, auf eine an- in einer Prallmühle erreichten relativ guten Mahlnähernd gleiche tiefe Temperatur wie die des resultate wurde festgestellt, daß die für die Zerkleineersten Teilstromes abzukühlen. rung und die Wirbelverluste benötigte Energie etwa