Wervelstraalmalen

1. Wat is een straalmolen?

Straalmolens worden gebruikt om de deeltjesgrootte (granulometrie) van bulkvaste stoffen te reduceren met behulp van een hogesnelheidsgasstroom (lucht, stoom). Deze bulkvaste stoffen kunnen van verschillende aard zijn, zoals voedingsmiddelen, farmaceutische producten, metaalpoeders of mineralen. Binnen de brede familie van verkleiningsapparatuur (comminutie) en meer specifiek van impactmolens, hebben straalmaalmachines het bijzonder kenmerk dat ze **geen bewegende onderdelen** bevatten, aangezien de energie wordt geleverd door een gas dat met hoge snelheid in een maal-kamer wordt geïnjecteerd, waar ook grove deeltjes worden ingevoerd. Het maalmechanisme berust uitsluitend op inslag tussen de deeltjes onderling of tegen de wanden van de maal-kamer.

Wat zijn de voordelen van straalmolens?

Straalmolens bieden verschillende voordelen die ze aantrekkelijk maken voor bedrijven:

• Er zijn **geen bewegende onderdelen** in de maal-kamer, waardoor de installatie betrouwbaar is en minder gevoelig voor mechanische breuken of slijtage die het eindproduct zouden kunnen verontreinigen.
• Het maakt een **smalle deeltjesgrootteverdeling (PSD) mogelijk,
• Het stelt in staat om **zeer fijnmalige deeltjes** te bereiken, mogelijk in het bereik van 1-10 micron voor bepaalde materialen.

Wat zijn de nadelen van straalmolens?

Door de gebruikte technologie, gebaseerd op de injectie van een gas (meestal lucht of een inert gas zoals stikstof, argon; stoom kan ook worden gebruikt), hebben straalmolens ook enkele beperkingen:

• Hoge energieconsumptie voor het comprimeren van het gas. Dit betekent dat straalmolens voornamelijk worden gebruikt voor speciale producten met een hoge toegevoegde waarde, waarbij het proces economisch haalbaar wordt.
• Er is een **geïntegreerd scheidingssysteem** nodig om het product te recupereren uit het gas dat voor het malen wordt gebruikt: dit brengt extra kosten met zich mee en vereist meer ruimte in de fabriek.

2. Hoe werkt een straalmolen?

Het werkingsprincipe van straalmolens wordt in dit deel uitgelegd.

2.1 Hogesnelheidsimpact

Het principe van grootte-reductie toegepast in een straalmaalmachine is gebaseerd op **hogesnelheidsimpact tussen deeltjes onderling** en **tussen de deeltjes en de maal-kamer**. Een gas (meestal lucht voor luchtstraalmolens), geïnjecteerd met hoge snelheid, levert de benodigde energie voor meerdere hogesnelheidsinslagen, wat resulteert in een zeer sterke verkleining van de invoerdeeltjes.

2.2 Maalgas

Het gas dat in een straalmolen wordt gebruikt, is meestal een van de volgende:

• Lucht: het meest voorkomende en beschikbare gas, hoewel niet het goedkoopste, aangezien het compressiewerk veel energie vereist. De druk bedraagt typisch 3,5–8,5 bar(g) [Liu].
• Stoom: in feite goedkoper dan lucht als de fabriek is uitgerust met efficiënte ketels. Stoom kan echter alleen worden gebruikt als het niet reageert met het materiaal (hitte, etc.). Typische drukken liggen tussen 7–15 bar(g) met temperaturen van 200–520 °C [Liu].
• Inerte gassen: stikstof of argon kunnen in specifieke toepassingen worden gebruikt.

2.3 Componenten van straalmolens

Leveranciers bieden 2 ontwerp-typen aan [Liu]:

• Wervelbed-straalmolens
• Platte/circulaire straalmolens zonder luchtsortering

2.3.1 Wervelbed-straalmolens

Deze molens zijn voorzien van een **verticale, cilindrische maal-kamer**, waarin het materiaal in het midden wordt ingevoerd en het maalgas aan de onderkant wordt geïnjecteerd. De lucht en het product verlaten de kamer aan de bovenkant, maar de uitlaat is uitgerust met een **classificator** die bepaalt welke deeltjes (onder een doelgrootte) de molen mogen verlaten en welke terug naar de maal-kamer moeten worden gerecycleerd. Omdat het gas aan de onderkant wordt geïnjecteerd, worden de deeltjes **gefluidiseerd** met circulerende stromingen – vandaar de benaming *wervelbed-straalmolen*.

2.3.2 Platte/circulaire straalmolens zonder luchtsortering

Het andere ontwerp is eenvoudiger: het materiaal wordt in een maal-kamer gevoerd die lijkt op een schijf, waar het gas op meerdere punten wordt geïnjecteerd. De lucht en het gemalen materiaal verlaten vervolgens het centrum van de maal-kamer.

2.3.3 Voedings-systeem

Het voedings-systeem naar de maal-kamer moet fungeren als een **luchtsluis** om te voorkomen dat lucht ontsnapt en de materiaalinvoer wordt belemmerd.

2.4 Gas-vaste-stofscheiding

De gemalen deeltjes verlaten de molen met een groot volume gas. Het is vervolgens nodig om het gewenste materiaal van het gas te scheiden. Dit gebeurt doorgaans met een cycloon, een filter of een combinatie daarvan.

3. Industriële straalmaal-machines

Straalmolens kunnen worden ontworpen voor capaciteiten variërend van enkele kg/u (typisch voor R&D-laboratoria) tot **6 t/u** [Chamayou]. Hoewel dergelijke hoge capaciteiten haalbaar zijn, blijkt dat de meeste straalmolens een capaciteit hebben van enkele tientallen tot enkele honderden kg/u, aangezien ze voornamelijk worden ingezet voor**specifieke producties in de farmaceutische of cosmetische industrie**. Zeer grote straalmolens vereisen ook **veel energie** om grote hoeveelheden gas te comprimeren, wat hun economische rechtvaardiging beperkt tot zeer specifieke gevallen.

4. Toepassingen van straalmolens

Straalmolens worden in diverse industrieën toegepast voor de **micronisatie** van uiteenlopende materialen.

In de **farmaceutische industrie** worden straalmolens gebruikt om werkzame farmaceutische ingrediënten te microniseren, waardoor ze gemakkelijker oplosbaar worden en hun biologische beschikbaarheid toeneemt.

In de **voedingsmiddelenindustrie** kunnen straalmolens worden ingezet voor het microniseren van specerijen, kruiden en andere voedingsingrediënten om smaak en textuur te verbeteren.

In de **chemische industrie** worden straalmolens gebruikt om pigmenten, kleurstoffen en andere materialen te microniseren, wat hun kleur- en dispergeereigenschappen verbetert.

Straalmolens vinden ook toepassing in de **cosmetica-, keramiek- en metallurgie-industrie**. Ze bieden voordelen ten opzichte van andere maaltechnologieën dankzij hun vermogen om **fijne, uniforme deeltjes** te produceren met lage verontreinigingsgraden. Door de deeltjesgrootteverdeling te controleren en af te stemmen op specifieke toepassingen, zijn straalmolens een essentieel hulpmiddel geworden in vele industrieën voor de micronisatie van materialen.

Bron

[Liu] Vermalings- en Straalmaalbasics, Gary Liu, CEP, 2017

[Chamayou] Straalmalen, Chamayou, Elsevier, 2007