RS58531B1 - Postupak i uređaj za hladno mlevenje - Google Patents

Description

Opis

[0001] Pronalazak se odnosi na postupak za hladno mlevenje u kojem se materijal za mlevenje melje u uređaju za mlevenje i pre ili za vreme procesa mlevenja hladi tečnim kriogenim rashladnim sredstvom.

[0002] Posebno teškim za mlevenje smatraju se materijali koji imaju gumeno-elastične, viskoelastične ili plastične osobine i/ili materijali koji iz različitih razloga imaju visoku spremnost aglomeracije mlevenih čestica, kao što su tehnički plastični materijali, voskovi, farmaceutski proizvodi ili određeni prirodni materijali. Pošto pomenuta svojstva ometaju pouzdano usitnjavanje, ovi materijali se tokom takozvanog hladnog mlevenja pre procesa mlevenja, na primer u hladnjaku sa vrtložnim puže, učine krtim pomoću kriogenog rashladnog sredstva i zatim se doziraju u mlin. Problem je u tome što se tokom procesa mlevenja toplota u znatnoj meri uvede u hladni materijal za mlevenje. Ovo je utoliko primetnije ukoliko je manja veličina čestica. Naime, što su manje čestice, to je veća potrošnja energije specifične za masu koja je potrebna za mljevenje. Ispod materijala koji zavisi od veličine čestica od nekoliko mikrometara, već izmlevene čestice imaju tendenciju da se kombinuju i formiraju nove aglomerate. Visoke temperature koje se javljaju tokom mlevenja mogu tako dovesti do sinterovanja čestica sa rezultatom da aglomerati imaju čvrstoću uporedivu sa originalnom sirovinom. U DE 2516 764 Al je prema tome opisano hlađenje materijala za mlevenje, u kojem se na materijal za mlevenje u samom mlinu dovodi hladna struja gasa, na primer, hladan gasoviti azot. Međutim, problem sa takvim postupcima hlađenja koji koriste gas kao rashladno sredstvo je da se između sirovine i gasovitog rashladnog sredstva odvija samo veoma slab prenos toplote, što rezultuje time da se mora obezbediti velika količina gasovitog rashladnog sredstva.

[0003] Što se tiče provođenja toplote, hlađenje sirovine pomoću kriogenog rashladnog sredstva prisutnog u tečnom stanju je mnogo povoljnije. Takav postupak, u kome se kao rashladno sredstvo koristi tečni azot, poznat je, na primer, iz DE 102007 051 548 Al. Prenos toplote je u ovom slučaju tako dobar da se unutar čestica sirovine javlja velika temperaturna razlika između brzo ohlađene spoljnje površine i još uvek toplog jezgra, što zauzvrat pogoduje usitnjavanju čestica. Iz tog razloga, ovaj postupak je naročito pogodan da se čak i pri mlevenju plastičnih, viskoelastičnih i gumeno-elastičnih materijala, lako mogu realizovati veličine čestica manje od 10 mikrona, naročito 1 do 3 mikrona, pri čemu se može preskočiti dodavanja aditiva (supstance koje treba da spreče ponovnu aglomerizaciju samlevenih čestica posle završetka procesa mlevenja). Problem je u tome što se duboko hlađeno tečno rashladno sredstvo sa temperaturom ključanja vodi kroz odgovarajuće dovodne vodove. Deo rashladnog sredstva će stoga zbog neizbežnog unosa toplote ispariti kroz zidove dovodnih vodova već pri dovodu u mlin i time utiče na efekat hlađenja. Konkretno, kada se napajanje rashladnog sredstva kontroliše pomoću ventila koji potpuno sprečava dovod rashladnog sredstva za određeno vreme, ispred ventila u dovodnom vodu se formira mehur gasa, koji i nakon potpunog otvaranja ventila za određeno vreme uzrokuje samo nedovoljno hlađenje sirovine. Zbog nepoznavanja stvarne veličine mehura gasa, to može dovesti do prekomernog prebacivanja regulacionog kola pa sve do pozitivne povratne veze, čime regulacija sistema postaje potpuno nemoguća.

[0004] Zadatak ovog pronalaska je, dakle, da se obezbedi postupak i uređaj za hladno mlevenje sirovine uz pomoć tečnog kriogenog rashladnog sredstva, koji omogućava pouzdanu regulaciju hlađenja i osim toga je ekonomičan i efikasan u primeni.

[0005] Ovaj zadatak se rešava postupkom navedene vrste u kojem se kriogeno rashladno sredstvo ohladi na temperaturu ispod tačke ključanja pre dovođenja u uređaj za mlevenje.

[0006] Prema ovom pronalasku se stoga tečno kriogeno rashladno sredstvo (termini "tečno" i "tečno kriogeno rashladno sredstvo“ se u nastavku koriste kao sinonimi) se pothladi tokom njegovog dovođenja u uređaj za mlevenje, tj. dovede se na temperaturu ispod njegove tačke ključanja. Pothlađenjem se rashladno sredstvo koje je već prešlo u gasnu fazu, ponovo čini tečnim i rashladno sredstvo barem uglavnom u tečnom stanju dospeva u uređaj za mlevenje. Smanjeno oslobađanje gasa unutar dovodnog voda dovodi do stalnog dotoka rashladnog sredstva u uređaj za mlevenje, koji se može dobro regulisati. Pored toga, tečno kriogeno rashladno sredstvo se i unutar uređaja za mlevenje poželjno još uvek nalazi u pothlađenom stanju, pri čemu je sirovina duže u kontaktu sa tečnim kriogenim rashladnim sredstvom. Kao "pothlađen" ovde je označeno stanje, u kome tečno kriogeno rashladno sredstvo ima temperaturu koja je znatno ispod temperature ključanja pri odgovarajućim uslovima pritiska u dovodnom vodu. Pothlađenje se odvija, na primer, toplotnim kontaktom sa rashladnim sredstvom koje ima odgovarajuće nižu temperaturu.

[0007] Kao mlin se na primer koristi mlin sa elementima za mlevenje, u kome se materijal za mlevenje sa elementima za mlevenje u posudu stavlja u posudu za mlevenje i melje usled međusobnog trenja elemenata za mlevenje kao i usled pritiskanja o zid posude. Primeri takvih mlinova su kuglasti, štapni i vibracioni mlinovi, te mlinovi sa mešalicom, kuglasti mlinovi sa mešalicom ili planetni mlinovi. Pored toga se koriste udarni mlinovi, kao što su čekić-mlinov, igličasti i univerzalni mlinovi te mlinovi sa vazdušnim mlazom, kao i frikcioni mlinovi, poput rotorskih mlinova i mlinova sa dugim zazorom, i granulatori. Direktni kontakt sirovine sa tečnim kriogenim rashladnim sredstvom omogućava veoma dobar prenos toplote iz sirovine u rashladno sredstvo. Izuzetno problematičan prenos toplote usled mlevenja, naročito u slučaju materijala koji ima elastična ili plastična svojstva, se na taj način kontinuirano kompenzuje tokom procesa mlevenja i stoga se može dobro regulisati. Direktan kontakt sirovine sa tečnim kriogenim rashladnim sredstvom u posudi za mlevenje i/ili u hladnjaku proizvoda dovodi do vrlo brzog hlađenja sirovine. Rezultujuća unutrašnja naprezanja smanjuju čvrstoću čestica sirovine i na taj način pogoduju procesu usitnjavanja. U postupku prema ovom pronalasku, veličine čestica manje od 500 um mogu se postići sa relativno malim troškovima za opremu čak i pri mlevenju plastičnih, viskoelastičnih i gumeno-elastičnih materijala. Najmanje pretežno u čvrstom ili tečnom stanju uneto rashladno sredstvo isparava nakon termičkog kontakta sa sirovinom ili elementima za mlevenje i zatim se uklanja ili koristi za hlađenje jedinice za klasifikaciju postavljene iza posude za mlevenje, kao što je filter ili klasifikator da bi se onemogućila ponovna aglomeracija pri klasifikaciji.

[0008] Preferirano izvođenje ovog pronalaska predviđa da se količinski protok i/ili temperatura kriogenog rashladnog sredstva koji se dovodi u uređaj za mlevenje reguliše kao funkcija jednog ili više izmerenih paramet(a)ra uređaja za mlevenje, posebno temperature mlevenja. Čak i sa malim količinskim protokom se odgovarajućim većim pothlađenjem na ovaj način može lako kompenzovati toplota uneta kroz zidove dovodnog voda i/ili osigurati da se rashladno sredstvo u još pothlađenom stanju dovede u uređaj za mlevenje i/ili u jedan od uređaja za hlađenje ispred uređaja za mlevenje.

[0009] Temperaturna razlika, za koju se rashladno sredstvo, koje je prethodno bilo na temperaturi ključanja, ohladi, izračunava se u skladu sa zahtevom da kriogena rashladna sredstva, kada se isporučuju u uređaj za mlevenje ili uređaj za prethlađenje ispred uređaja za mlevenje, budu barem uglavnom tečna i/ili još uvek pothlađena i da se tako unose u uređaj za mlevenje ili uređaj za prethlađenje. Stoga temperaturna razlika do tačke ključanja posle pothlađenja poželjno iznosi najmanje 2K, poželjno najmanje 5K, naročito poželjno najmanje 10K.

[0010] Kao poželjno kriogeno rashladno sredstvo se koristi tečni azot. Pothlađenje se izvodi, na primer, termičkim kontaktom sa kriogenim rashladnim sredstvom koje ima nižu tačku ključanja, npr. sa kupkom od tečnog azota, pri kojoj se snižavanjem pritiska postiže niska temperatura. Na primer, obezbeđena je azotna kupka u kojoj se održava pritisak od 1000 mbar, čime se postavlja temperaturu od 77 K u azotnoj kupki; smanjenje pritiska azotne kupke na 100 do 200 mbar čak dovodi do hlađenja na 60 K do 66 K. Tečni azot u dovodnom vodu koji je putem ove azotne kupke doveden u termički kontakt na ovaj način se lako može ohladiti na temperaturu od, na primer, 78 K do 80 K.

[0011] Pozivajući se na crtež, primer izvođenja pronalaska će detaljnije biti objašnjen u nastavku.

[0012] Jedini crtež (sl.1) daje šematski prikaz uređaja za hladno mlevenje za izvođenje postupka prema pronalasku.

[0013] Uređaj 1 prikazan na crtežu obuhvata uređaj za mlevenje 2 i rashladnu jedinicu 3 postavljenu ispred uređaja za mlevenje 2. Kod uređaja za mlevenje 2 se, na primer, radi o udarnom mlinu u kome se sirovina unutar posude za mlevenje 2 usitnjava pomoću rotirajućih diskova sa klinovima. Jedinica za hlađenje 3 obuhvata, na primer, vrtložni pužni hladnjak u koji se sirovina koja je ubačena preko rezervoara 4 dovodi u direktan kontakt sa tečnim kriogenim rashladnim sredstvom.

[0014] Pored toga, uređaj 1 obuhvata rezervoar 5 za duboko hlađeno tečno kriogeno rashladno sredstvo. Pod "duboko hlađeni tečni" ovde se podrazumeva plin čije se tečno stanje održava tako što se njegova temperatura skladištenja održava tehničkim merama kao što su hlađenje i/ili izolacija. Rezervoar 5 je preko toplotno izolovanog dovodnog voda 6 protočno povezan sa rashladnom jedinicom 3; drugi, takođe termički izolovani dovodni vod 8 koji na granjanju 7 polazi od dovodnog voda 6 uspostavlja protočnu vezu između rezervoara 5 i uređaja za mlevenje 2. Postojanje oba dovodna voda 6,8 nije potrebno u okviru ovog pronalaska; takođe može biti izvršeno dovođenje kriogenog tečnog rashladnog sredstva ili u rashladnu jedinicu 3 ili u uređaj za mlevenje 2. Dovod tečnog kriogenog rashladnog sredstva iz rezervoara 5 u rashladnu jedinicu 3 ili uređaj za mlevenje 2 može se regulisati ventilima za regulaciju količine 9, 10. Na ulazu rashladne jedinice 3 je postavljena jedinica za doziranje 12 koja je nepropusna za gas. Na izlazu iz uređaja za mlevenje 2 nalazi se druga ustava za materijal 13 nepropusna za gas. Kriogeno rashladno sredstvo koje je isparilo u rashladnoj jedinici 3 i uređaju za mlevenje 3 se uklanja preko odvoda za gas 14. U dovodnom vodu 6 je postavljen uređaj 15 za pothlađenje tečnog kriogenog rashladnog sredstva. Uređaj 15 je, na primer, mašina za hlađenje ili izmenjivač toplote. Na primer, uređaj 15 obuhvata kupku sa istim rashladnim sredstvom kao ono koje je uskladišteno u rezervoaru 5, ali čija je temperatura snižena smanjenjem pritiska i tako je u stanju da rashladno sredstvo koje prolazi kroz dovodni vod 6 ohladi na temperaturu ispod njegove tačke ključanja. Računarska jedinica 16 je razmenom podataka povezana sa senzorima, koji nisu ovde prikazani i koji, na primer, detektuju temperaturu u uređaju za mlevenje 2, i nalaze se u unutrašnjosti uređaja za mlevenje 2, kao i sa ventilima za regulaciju količine 9, 10, jedinicom za doziranje 12, ustavom za materijal 13 i uređajem 15.

[0015] Kada se koristi uređaj 1, sirovina se preko ulaznog 4 dovodi na jedinicu za hlađenje 3 i dovodi se u direktan kontakt sa tečnim kriogenim rashladnim sredstvom dovedenim preko dovodnog voda 6. Zbog činjenice da je rashladno sredstvo u rashladnoj jedinici 3 barem delimično još uvek u tečnom stanju, postoji naročito dobar prenos toplote sa sirovine na rashladno sredstvo. Rashladno sredstvo koje je isparilo tokom procesa hlađenja uklanja se preko odvoda za gas 14. Prethodno ohlađena sirovina zatim ulazi u uređaj za mlevenje 2 i tamo se melje. Rashladno sredstvo se i ovde takođe može dovesti preko dovodnog voda 7 kako bi se odvela procesna toplota koja nastaje tokom mlevenja i da bi se materijal za mlevenje držao na niskoj temperaturi tokom mlevenja. Samleveni materijal se zatim preko ustave za materijal 13 odvodi iz uređaja 1 i puni, na primer, u transportni kontejner, koji nije ovde prikazan.

[0016] Regulacija dotoka rashladnog sredstva vrši se pomoću računarske jedinice 16. U računarskoj jedinici 16, jedan ili više parametara u uređaju za mlevenje se detektuje kontinuirano ili u unapred određenim intervalima, na primer temperatura u uređaju za mlevenje 2 ili veličina zrna samlevenog materijala. Iz ovoga se, u skladu sa zadatim programom, izračunava vrednost za dotok rashladnog sredstva kroz dovodne vodove 6 i/ili 7 i prema tome se aktiviraju ventili za količinski protok 9, 10. Na primer, ako temperatura u uređaju za mlevenje 2 padne ispod unapred određene vrednosti, ventili za količinski protok 9, 10 su prigušeni ili potpuno zatvoreni. Da bi se osiguralo da rashladno sredstvo nije već delimično isparilo u dovodnim vodovima 6, 7 i dospelo u rashladnu jedinicu 3 ili uređaj za mlevenje 2 u gasnom stanju, što je nepovoljno za prenos toplote, rashladno sredstvo je pothlađeno pomoću uređaja 15, tj. dovedeno na temperaturu koja je najmanje 2 do 10 K ispod tačke ključanja. Kao rezultat, rashladno sredstvo dospeva u rashladnu jedinicu 3 ili uređaj za mlevenje 2 barem pretežno u tečnom stanju. Čak i unutar rashladne jedinice 3 ili uređaja za mlevenje 2, rashladno sredstvo može u početku biti u pothlađenom stanju, što dovodi do toga da se rashladno sredstvo u procesu hlađenja tokom dužeg vremenskog perioda nalazi u tečnom stanju i na taj način proizvodi veoma efikasno hlađenje materijala za mlevenje, na primer, na 120 do 100 K ili niže. Zbog snažnog hlađenja se materijal za mlevenje, čak i kod hemijski aktivnih supstanci ili supstanci sa plastičnim ili elastičnim svojstvima, može pouzdano samleti na veličinu čestica manju od 500 mikrona. U primeru izvođenja, pothlađenje se takođe može kontrolisati pomoću računarske jedinice 16 i temperatura rashladnog sredstva u dovodnom vodu 6, 7 može da varira u širokom opsegu, na primer do vrednosti između 80 K i 92 K. Na taj način se uređaj za mlevenje 2 ili rashladna jedinica 3 ne napaja suvišnim gasom čak i pri različitim brzinama protoka isporučenog rashladnog sredstva. Potrošnja struje uređaja 1 se smanjuje i protok materijala za mlevenje se povećava.

[0017] Primer: U vakuumski izolovanom rezervoaru 5 tečni azot se skladišti na pritisku u rezervoaru od oko 7,8 bara pri temperaturi ključanja. Za proces mlevenja, toplotna snaga od 5 kW treba da se odvede pomoću tečnog azota, što odgovara potrebi za tečnim azotom od 55 kg/h. Sa ukupnom dužinom vakuumski izolovanih dovodnih vodova 6, 7 od 50 m i pretpostavljenim unosom toplote od 1 W/m u dovodnim vodovima 6, 7, ukupni unos toplote preko dovodnog voda iznosi 50 W. Kao rezultat 1,12 kg azota (što odgovara masenom udelu od 2%) već isparava u dovodnoj liniji i bez pothlađenja, što odgovara zapreminskom udelu od oko 30,5% po zapremini. Kao rezultat pothlađenja prema ovom pronalasku pomoću uređaja 15, temperatura tečnog azota u dovodnom vodu se spušta na vrednost od na primer približno 85 K. Kao rezultat toga, ne samo da celokupna toplota koja se unosi u dovodne vodove 6, 7 može biti preuzeta od strane tečnog azota bez njegovog isparavanja, već i tečni azot dospeva do rashladne jedinice 3 ili uređaja za mlevenje 2 na temperaturi od približno 87 K.

Spisak referentnih oznaka

[0018]

1. Uređaj

2. Uređaj za mlevenje

3. Rashladna jedinica

4. Ulazni levak

5. Rezervoar

6. Dovodni vod

7. Grana

8. Dovodni vod

9. Ventil za regulaciju količine (u dovodnom vodu 6) 10. Ventil za regulaciju količine (u dovodnom vodu 8) 11. -12. Jedinica za doziranje

13. Ustava za materijal

14. Odvod gasa

15. Uređaj

16. Računarska jedinica

Claims (3)

Patentni zahtevi

1. Postupak za hladno mlevenje, u kom se sirovina melje u uređaju za mlevenje (2) i pre ili za vreme procesa mlevenja hladi tečnim kriogenim rashladnim sredstvom,

naznačen time,

što se tečno kriogeno rashladno sredstvo pre svog dovođenja na uređaj za mlevenje (2) hladi na temperaturu od najmanje 2K ispod tačke ključanja i barem pretežno u tečnom stanju dospeva u uređaj za mlevenje (2) i što se količinski protok i/ili temperatura kriogenog rashladno sredstva koje treba da se dovede do uređaja za mlevenje (2) reguliše u zavisnosti od jednog ili više parametara izmerenih u uređaju za mlevenje (2), posebno temperature materijala za mlevenje.

2. Postupak prema jednom od prethodnih zahteva, naznačen time, što se tečno kriogeno rashladno sredstvo ohladi za temperaturu od najmanje 5 K, poželjno najmanje 10 K.

3. Postupak prema zahtevu 1 ili 2, naznačen time, što se kao kriogeno rashladno sredstvo koristi tečni azot.