СПОСОБ ГРАНУЛИРОВАНИЯ ИЛИ АГЛОМЕРАЦИИ И ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ НЕГО
METHOD OF PELLETISING OR NODULISING AND TOOL TO THIS END

Настоящее изобретение относится к способу гранулирования или агломерации и к инструменту и устройству для него.
Гранулирование и агломерация известны из технологии производства. При гранулировании из одного или нескольких ингредиентов получают гранулированный материал, т.е. зернистый и сыпучий твердый материал. При агломерации размеры частиц увеличиваются, поэтому данный процесс является обратным измельчению.
Известно, что во время гранулирования или агломерации соответствующие ингредиенты и любые добавки должны вводиться в смеситель и смешиваться при помощи перемешивающего устройства.
Используемые для этого перемешивающие устройства часто содержат множество лопастей, которые закреплены на центральном валу и продолжаются радиально наружу и под углом вверх или вниз в своих радиально внешних концах.
При этом показано, что при использовании таких инструментов и таких устройств продолжительность перемешивания, необходимая для достижения требуемого эффекта гранулирования или агломерации, очень велика. Кроме того, при использовании известных инструментов можно получать гранулированные материалы с размерами гранул в пределах 0,1-2,0 мм или больше. Выход гранулированных материалов с размерами гранул менее 1,0 мм относительно мал и составляет 30-60%. Поэтому для получения тонко гранулированных материалов с размерами гранул в пределах 0,1-0,8 мм, предпочтительно, используют распылительные грануляторы, у которых выход достигает почти 100%.
Таким образом, исходя из описанного известного уровня техники, целью настоящего изобретения является создание инструмента для гранулирования и/или агломерации для устройства гранулирования и/или агломерации и соответствующего устройства гранулирования и/или агломерации и способа гранулирования и/или агломерации, при использовании которых требуемый эффект гранулирования или агломерации может быть достигнут значительно быстрее и, кроме того, может быть получен значительно более тонко гранулированный материал при значительно более высоком выходе материала с размером гранул в пределах 0,1-0,8 мм.
В соответствии с изобретением данная цель достигается посредством инструмента для гранулирования и/или агломерации, предназначенного для устройства гранулирования и/или агломерации, причем упомянутый инструмент содержит вал для закрепления и по существу дискообразный элемент с диаметром d, который прикреплен к нему, причем дискообразный элемент содержит верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и периферийную поверхность, соединяющую верхнюю и упомянутую нижнюю поверхность. Кроме того, периферийная поверхность содержит множество по существу V-образных пазов, проходящих параллельно оси вала.
Неожиданно оказалось, что такой инструмент демонстрирует значительно более высокие результаты особенно при гранулировании, а также при агломерации.
Поскольку настоящее изобретение было создано в основном для гранулирования, изобретение описано ниже только со ссылкой на гранулирование. Однако показано, что преимущества получаются также и при агломерации, так что специально указано, что упомянутый инструмент и упомянутый способ могут быть также использованы для агломерации.
В одном особенно предпочтительном варианте осуществления упомянутые пазы имеют глубину t, причем t находится в пределах 0,05-0,4, предпочтительно в пределах 0,1-0,3 и наиболее предпочтительно в пределах 0,15-0,25 диаметра упомянутого дискообразного элемента. С одной стороны, пазы не должны быть слишком глубокими, чтобы обеспечить надлежащее перемещение материала, подвергаемого гранулированию, в радиальном направлении наружу вдоль верхней и нижней поверхности дискообразного элемента, а с другой стороны, не должны быть слишком маленькими, поскольку требуемый эффект гранулирования имеет место внутри пазов или на краях, которые образованы упомянутыми верхней или нижней поверхностями и стенками пазов. Таким образом, пазы проходят от верхней поверхности до нижней поверхности дискообразного элемента.
Таким образом, края, образованные стенками пазов и верхней и нижней поверхностями дискообразного элемента, должны быть по возможности острыми, т.е. радиус закругления должен быть менее 1 мм.
В другом особенно предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере одна стенка паза выполнена по меньшей мере частично из более твердого материала, чем дискообразный элемент. Как уже было упомянуто, требуемый эффект гранулирования создается в основном посредством пазов, что может приводить к повышенному износу стенок пазов и, в частности, краев, образованных стенками пазов и верхней и нижней поверхностями дискообразного элемента. Поэтому предусмотрено, что стенка паза, по меньшей мере частично, предпочтительно, на участке, примыкающем к периферийной поверхности, должна быть выполнена из более твердого материала. Таким образом, дискообразный элемент может быть армирован, например, твердым металлическим сплавом (карбидом), керамическим материалом или упрочненным стальным элементом.
В качестве альтернативы или дополнительно, стенка паза дискообразного элемента содержит углубление, в которое вставляют изнашиваемый элемент, предпочтительно, из более твердого материала. Элемент, вставленный в упомянутое углубление, может быть прочно или разъемно соединен с упомянутым дискообразным элементом. Когда изнашиваемые элементы изнашиваются, их можно просто заменять.
В качестве альтернативы, весь радиально внешний край дискообразных элементов, содержащих пазы, может быть выполнен из более твердого материала.
Показано также, что эффект гранулирования может быть дополнительно усилен, если более твердый материал или изнашиваемый элемент выступает за пределы верхней поверхности, и/или нижней поверхности, и/или периферийной поверхности на расстояние а, поскольку в этом случае эффект гранулирования создается только посредством участка, выполненного из более твердого материала. При этом расстояние а должно быть меньше, чем толщина е дискообразного элемента.
Кроме того, для многих применений может быть предпочтительно, если стенка паза содержит по меньшей мере два участка, отделенных друг от друга, выполненных из более твердого материала, чем дискообразный элемент или два вставленных изнашиваемых элемента, наиболее предпочтительно, с более твердым материалом или изнашиваемыми элементами, выступающими за пределы верхней поверхности и/или нижней поверхности в обоих участках.
Кроме того, показано, что эффект гранулирования может быть улучшен, если верхняя поверхность в круговом участке, продолжающемся из периферийной поверхности на глубину t паза в направлении вала, не содержит элемента, который выступает аксиально вверх за пределы стенок паза или за пределы элемента, выполненного из более твердого материала, закрепленного на или в стенках паза. Проведенные исследования с разными геометриями инструмента показали, что возвышения, выступающие аксиально вверх на верхней стороне дискообразного элемента и не примыкающие непосредственно к стенкам паза, приводят к менее плотному контакту между гранулируемым материалом и поверхностью диска, что существенно ухудшает эффект гранулирования.
Наиболее предпочтительно, по меньшей мере на верхней поверхности дискообразного элемента в круговом участке, продолжающемся из периферийной поверхности на расстояние, составляющее 0,35, или более предпочтительно, 0,45 диаметра дискообразного элемента в направлении вала, отсутствует элемент (кроме более твердого материала, который может быть предусмотрен), выступающий за пределы верхней поверхности дискообразного элемента. В идеале только вал для закрепления выступает за пределы верхней поверхности дискообразного элемента. Верхняя поверхность дискообразного элемента, предпочтительно, цельная и по возможности плоская и гладкая.
Поскольку, как правило, инструмент в соответствии с изобретением не может быть закреплен прямо на нижней части емкости, для многих применений может быть целесообразно, если нижняя поверхность содержит по меньшей мере один, а предпочтительно по меньшей мере два элемента закручивания, которые выступают за пределы нижней поверхности в аксиальном направлении, причем упомянутые элементы закручивания, предпочтительно, расположены с одинаковым угловым интервалом в окружном направлении.
Так, например, элемент закручивания может быть закреплен на каждой «перемычке», образованной между двумя соседними пазами дискообразного элемента. В качестве альтернативы, можно также закреплять соответствующие элементы закручивания только на каждой второй, третьей или четвертой «перемычке».
В другом особенно предпочтительном варианте осуществления предусмотрено, что пазы должны быть расположены на одинаковом расстоянии друг от друга в окружном направлении.
Показано также, что, предпочтительно, отношение ширины паза к расстоянию между пазами в окружном направлении больше 0,05, предпочтительно, находится в пределах 0,1-5 и наиболее предпочтительно в пределах 0,3-2.
Для многих применений может быть предпочтительно, если упомянутый инструмент содержит два дискообразных элемента, которые расположены на валу для закрепления на расстоянии друг от друга в аксиальном направлении. Очевидно, может быть также предусмотрено больше двух дискообразных элементов.
Инструмент в соответствии с изобретением по существу может быть использован в любой емкости. Ось емкости может быть расположена, например, вертикально, горизонтально или под углом относительно вертикали. Высокие гранулирующие характеристики были отмечены при использовании вертикальных емкостей, в которых инструмент вращается концентрично вокруг своей собственной оси в зафиксированном положении или вращается эксцентрично относительно середины емкости вокруг центра смесителя и вокруг свой собственной оси.
Однако инструмент в соответствии с изобретением, наиболее предпочтительно, используется в устройстве гранулирования и/или агломерации с вращающейся емкостью, при этом инструмент для гранулирования и/или агломерации в соответствии с изобретением размещается во вращающейся емкости и, предпочтительно, не вращается вместе с емкостью. Другими словами, емкость вращается, в то время как вал для закрепления инструмента для гранулирования остается по существу в неизменном положении. Однако инструмент для гранулирования может вращаться вокруг оси вала.
При этом ось вращения емкости и ось вала, предпочтительно, расположены параллельно друг другу, причем наиболее предпочтительно, если ось вращения емкости и ось вала расположены на расстоянии друг от друга.
Кроме того, предпочтительно, если ось вращения емкости расположена под небольшим углом относительно вертикали. При этом, как выяснилось, особенно предпочтительными являются углы наклона в пределах 5-30°.
Кроме того, настоящее изобретение относится также к способу гранулирования или агломерации, в котором ингредиенты, подвергающиеся гранулированию или агломерации, вводят в емкость и перемешивают посредством инструмента с использованием описанного устройства гранулирования и/или агломерации.
Дополнительные преимущества, признаки и возможные применения станут очевидными из приведенного описания предпочтительных вариантов осуществления.
Фиг.1 показывает первый вариант осуществления инструмента для гранулирования в соответствии с изобретением;
Фиг.2 показывает второй вариант осуществления инструмента для гранулирования в соответствии с изобретением;
Фиг.3 показывает третий вариант осуществления инструмента для гранулирования в соответствии с изобретением;
Фиг.4 показывает четвертый вариант осуществления инструмента для гранулирования в соответствии с изобретением;
Фиг.5 показывает пятый вариант осуществления инструмента для гранулирования в соответствии с изобретением;
Фиг.6 показывает шестой вариант осуществления инструмента для гранулирования в соответствии с изобретением;
Фиг.7 показывает седьмой вариант осуществления инструмента для гранулирования в соответствии с изобретением;
Фиг.8 показывает восьмой вариант осуществления инструмента для гранулирования в соответствии с изобретением;
Фиг.9 показывает девятый вариант осуществления инструмента для гранулирования в соответствии с изобретением;
Фиг.10 показывает десятый вариант осуществления инструмента для гранулирования в соответствии с изобретением;
Фиг.11 показывает одиннадцатый вариант осуществления инструмента для гранулирования в соответствии с изобретением;
Фиг.12 показывает двенадцатый вариант осуществления инструмента для гранулирования в соответствии с изобретением;
Фиг.13 показывает тринадцатый вариант осуществления инструмента для гранулирования в соответствии с изобретением;
Фиг.14-16 показывают четырнадцатый вариант осуществления изобретения.
На фиг.1 показан первый вариант осуществления изобретения в виде сверху. Инструмент 10 состоит из дискообразного элемента 11, в центре которого имеется отверстие 13, при помощи которого дискообразный элемент 11 может быть прикреплен к валу для закрепления (не показанному).
Дискообразный элемент 11 содержит верхнюю поверхность, которая может быть видна на фиг.1, нижнюю поверхность, которая обращена к плоскости бумаги, и периферийную поверхность, которая соединяет верхнюю поверхность с нижней поверхностью. Периферийная поверхность содержит большое количество V-образных пазов 12 с глубиной t.
Паз имеет ширину b, а расстояние между пазами равно а. Дискообразный элемент 11 имеет диаметр d. Стенки пазов выполнены с острыми краями, т.е. участки перехода между верхней и нижней поверхностью и стенками пазов не скошены, а имеют очень небольшой радиус кривизны. Смежные пазы разнесены с угловым интервалом 18° в окружном направлении.
На фиг.2 показан второй вариант осуществления изобретения, в котором инструмент 20 также содержит отверстие 23, которое используется для прикрепления инструмента к валу для закрепления. Второй вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления по существу тем, что предусмотрено значительно большее количество пазов 22. Соответственно, пазы разнесены с угловым интервалом 11,25° в окружном направлении.
На фиг.3 показан третий вариант осуществления изобретения. Инструмент 30 состоит из дискообразного элемента. При этом также предусмотрено центральное отверстие 33 для прикрепления к валу для закрепления (не показанному).
В данном варианте осуществления имеется также две окружности с резьбовыми отверстиями 34 и 35, в которых один или несколько элементов закручивания могут быть закреплены на нижней поверхности инструмента 30.
На фиг.4 показан четвертый вариант осуществления изобретения, в котором пазы 42 образованы несимметрично в поперечном сечении. Кроме того, основание паза содержит плоский участок.
На фиг.5 показан пятый вариант осуществления изобретения, в котором ширина паза настолько большая, что расстояние между двумя смежными пазами становится минимальным.
В варианте осуществления инструмента 60, показанном на фиг.6, паз 62 содержит одну по существу плоскую стенку и одну выпукло-изогнутую стенку.
На фиг.7 показан седьмой вариант осуществления инструмента 70 в соответствии с изобретением.
На фиг.8-11 показаны восьмой-одиннадцатый варианты осуществления изобретения. Данные варианты осуществления отличаются геометрической формой пазов и шириной и глубиной пазов.
На фиг.12 показан другой предпочтительный вариант осуществления. Инструмент 120 содержит дискообразный элемент 121 с большим количеством пазов 122. Каждый паз 122 содержит на одной стенке паза углубление 125, которое приспособлено для приема материала, который, предпочтительно, является более твердым по сравнению с материалом дискообразного элемента 121. В данное углубление может быть вставлен, например, твердый металлический сплав (карбид).
Вставленный твердый металлический сплав (карбид) может выступать как за пределы верхней поверхности, так и за пределы нижней поверхности в аксиальном направлении и за пределы периферийной поверхности.
На фиг.13 показан тринадцатый вариант осуществления изобретения, в котором глубина паза очень мала.
На фиг.14-16 показан четырнадцатый вариант осуществления изобретения. На фиг.14 показан перспективный вид инструмента 140. Инструмент 140 содержит два дискообразных элемента 141 и 146, которые оба расположены на валу 147 для закрепления. Они расположены на расстоянии друг от друга в аксиальном направлении. Оба дискообразных элемента 141, 146 содержат пазы 142. В каждом случае одна стенка каждого паза 142 содержит два элемента, выполненные из более твердого материала, например твердого металлического сплава (карбида). Эти пластины 147 из твердого металлического сплава выступают за пределы верхней, нижней и периферийной поверхностей дискообразного элемента в аксиальном и радиальном направлении. Кроме того, верхний дискообразный элемент 146 содержит четыре U-образные выемки 148, через которые материал, подвергаемый гранулированию, может проходить к нижнему дискообразному элементу 141.
На фиг.15 показан вид сверху нижнего дискообразного элемента 141. Можно видеть, что вставные пластины 147 и 147' из твердого металлического сплава (карбида) расположены в соответствующих углублениях в стенках пазов.
Верхний дискообразный элемент 146, показанный на фиг.16, содержит соответствующие U-образные выемки 148, через которые материал может проходить сверху через выемку 148 к нижнему дискообразному элементу 141.