comminution of organic material

11
Comminution of Organic Material By Johannes A. Müller* The comminution of materials of bioorganic origin such as organic solids, biological agglomerates or micro-organisms is described in this work. The intent of this disintegration process is to release products, to improve the product quality or to enhance biological degradation processes. Special analytical techniques based on biochemical parameters are required in order to characterize the result of the comminution of organic materials. These techniques supplement techniques that are known from the comminution of brittle inorganic materials. The defined stressing of single particles can be used to characterize the comminution properties of solid bioorganic materials. The disintegration of micro-organisms has been investigated in the fields of biotechnological product release and biodegradability of wastewater sludges. It is possible to optimize the operational parameters of stirred ball mills based on stress intensity and stress number in order to reduce the energy input and to improve product release. 1 Introduction Comminution is a process that has existed for several thousand years. Therefore there is a lot of experience and knowledge available in this area of mechanical process technology. The comminution of organic materials was certainly one of the first practical applications of comminution in the history of mankind. However, most of the recent scientific studies in the area have been done on compression and impact stress on hard, brittle materials. Comminution processes are important for the treatment of raw materials and the manufacturing of products. Since a high-energy input is necessary for the comminution of inorganic materials, research concerning the optimization of comminution processes has been supported for economic reasons as well. The results can only be transferred partially to the comminution of non-brittle materials, due to principal differences in material properties. The definition of organic materials has to be restricted for this paper. In this study only organic substances of bioorganic origin, which are materials that have been developed through biological composition or growing processes, are examined. The comminution of materials that consist completely or partially of substances that belong to the field of organic chemistry, like plastics or materials with plastic components are not included. The state of the art in this field is described in the work of Schubert [1]. Bioorganic materials are comminuted in order to release product, to improve the product quality or to enhance biological degradation processes. Depending on the source material, properties vary significantly. Therefore it is useful to distinguish between organic solids like hay, seeds, grain, fruits, meat, etc., and suspended micro-organisms like bacteria, protozoa, etc. Organic solids are present in very large quantities as products or waste from agriculture, the food industry, and many other fields. Comminution processes are mainly used to release the desired product. For instance, comminution can be applied to extract juice from fruit, oil from seeds or starch from potatoes. Another field of application is the improvement of biological degradation processes. In the degradation of organic solids, hydrolysis of the particulate compounds is the rate-limiting step [2,3]. Influencing this effect is possible by modifying the properties of the materials by comminution. This mechanical treatment releases cell components and creates new surfaces for biodegradation. An improvement of the biological hydrolysis can be expected this way. Suspended micro-organisms are mostly used in biotechno- logical production processes. Cell disintegration is one step necessary during the processing of bio-products. The process starts in the bioreactor where micro-organisms grow and produce their metabolic products; these are enzymes and special proteins. One must distinguish between extra-cellular products, which phase through the cell wall into the surrounding fluid and intra-cellular products, which are continuously accumulated inside the cells. For the second case cell disintegration is necessary to win the products. During the following processing steps the product will be concentrated and purified. The main goal of the disintegration process is to supply just enough comminution energy to partially destroy the cell wall structure so that the cytoplasm is released into the surrounding fluid. Suspended micro-organisms are used in large quantities in wastewater cleaning processes. The process of cleaning waste- water is linked with the generation of sewage sludge, a large fraction of which consists of the micro-organisms that are growing within the process. Treatment and disposal of this by- product causes immense expense and more problems than the wastewater treatment itself. Improvements in wastewater treatment have led to an increasing amount of sludge. On the other hand the options for sludge disposal are decreasing. Therefore there is a high demand for new technologies to reduce the amount of sludge. Disintegration is a promising new technology. The disintegration of micro-organisms causes the Chem. Eng. Technol. 26 (2003) 2, Ó 2003 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 0930-7516/03/0202-00207 $ 17.50+.50/0 207 ± [*] J. A. Müller (e-mail: [email protected]), Institute of Mechanical Process Engineering and Institute of Sanitary and Environmental Engineering, Post Box 3329, Technical University of Braunschweig, D-38023 Braunschweig, Germany. 0930-7516/03/0202-0207 $ 17.50+.50/0 Full Paper

Upload: ja-mueller

Post on 06-Jun-2016

214 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: Comminution of Organic Material

����������� �� ���� �������

�� �������� � ���� �

��� ���� �� �� � ����� �� �������� ���� ���� �� ������ ������ �������� �������� �� �� ����������� ��������� � �� ����� ��� � �� �� �� ��� ���� �� ������� � � ������� ������ �� � ����� �� ������ ���� � �� �������� �������� ������� �� ���������� ������ ����� ��� �������� ����� �� �������� ����� ��� ��� ������� � ����� � ������ ���� �� ����� �� �� ���� ���� ������� ������ ����� �������� �������� �������� �� ��� ����� ��� �� ���� �� �� �� �� ������� � ������ ��� ������ � ������ �� ����� ��� ���� ��� �� ���� � ������ ���� ������ �� ������ �� �� ���� �������� � ������ ��� ��� ���� �� �� ����������� ��� ���� ���� �� �� � �� ������� �� ����������� ������ ������� ��� ����������� � �� ��� ��� �� �������� � ������� � �� �� �� ����� ��������� ��� �� � ���� ���� ��� ����� �� � ���� � ��� � ��� � ���� ����� � ����� � ������ �� ������ ��� ��� � ����������� ��������

� ������ ����

!��� �� � � ������� �� ��� �"� �� ��� ������� ������� ������ ��������� ���� � � �� �� �"������� ������������ �������� � �� ���� �� �������� ������� ����������

��� ���� �� �� ������ � ����� ��� ��� ���� ��� �� �� ��� ���� ��� ������ ��� �� ���� �� � �� �� ��� �������� #������� �� �� �� ����� ���� �� � ���� � ������ ���� ���� ���� �� ��������� ��� ��� � ���� ������� �� �� � ������ !��� �� ��������� ��� ��� �� ��� �� ��� �� �� ��� � ����� ��� �� ������ ���� �������� �� ���� � ���������� ��� � ��������� ��� ������ �� �� ������� � ������ �������� ��������� ���� �� �� �� ���� �� ��������� ��� ���� ������ ����� ������ ������� �� ����� ��� ����� � ��� ���� �� ���������� ��� ���� � �� ���� �� �� ������ ��� ������ ��� � ������� ���������� � � ���� ������ ���

��� ���� �� �� ������ � ����� ��� � �� ��� �� �� ��� �� ������ � �� � ��� ���� ������ ���� ����� �� ������������� ���� ��� � ����� �� ���� ���� ��������� �������������� ����� �� �� ������ ���������� ��� �"�������� ���� �� �� � ����� �� ����� ����� ��� ����� ���� �� ���� ����� �� ������ � �� ���� �� ���������� ��� ��� ���� �� �� � ����� � � ���� � ������� ���� �� �������� ��� � � � �� �� �� � �� ���� � �������� � �� ���� �� ������� $%&�

�������� � ����� ��� ���� �� � ����� � ������������� � � ����� �� ������ ���� � �� � ��������������� ������� �� ���������� '������� �� �� ������� ����� ������ �� ���� ������� ��� ��������� � ������ ��� ����� �� ���� ������ ����� ��� ���� ������ ����� ��� ���� � � ��� ��� ��������� ����������� ��� ��� ������� ����� � ��

(����� ����� ��� ������ � ���� ����� ���� �� �������� � �� ��� � ��� ������ ���� �� ���� ���� ��� ������ � ��� ������ !��� �� ��������� ��� ���� ���� �������� �� ������ ������ � )�� �� ����� ���� �� ��� �������� ��" ��� *��� ��� ��� � �� ���������� � ���� ����� � ���� +�� ��� ���� �� ������ �� � �� ������� ���������� ������� �� ���������� � �� ������� �� �������� ������ ��������� �� �� ��� ���� � �������� � ���� ��� �� � �� $,�-& ��������� �� ����� � ������� �������� �� ������ �� �� �� � ����� �� ���� ������ �������� ��� �� �������� ���� ������� � ������� �� ��� �������� ��� ��������� ��� +� ������� �� �� �������� ��������� ��� �� �"��� �� �� ����

��������� ����������� ��� �� �� ���� � �� ������������ ������ �� ���������� !��� ��� ���� �� � ��� � ����������� ����� �� ��������� �� ��������� �� ��� �������� �� � � �� ������ �� ����� ����������� ���� ���������� ��� � ����� ������ �. ���� ��� ������ ��������� ��� ���� (�� �� �� ����� �� ���� �" ����������������� �� ���� ����� ������ �� ���� ���� � � ������������ ���� ��� � ����������� ������ �� ���� ������ ������� ������� �� ���� �� ������ )�� �� ���������� ���� ��� ���� �� � ��������� � �� �� ������ ��'���� �� �������� ��������� � ��� �� ������ ��� �������� �� �� ��� ������� ����� ���� �� �� ��� ���� ��������� � � ������ *�� ������ ���� �� ������ ���� ���� ��� ��� �� ���� ���� � ��� ��� �� �� �� �� ����� ��������� � � �� ���������� �����

��������� ����������� ��� ���� � ����� ���� �� ���� ��� �� ������� ���������� ��� ������� �� ������� ��� ���� �� � ����� � � �� ������ �� �� ������ ������� � ��������� �� �� ���� ����� � �� �� ����������� �� ��������� � �� �� �������� ���� �� ��� ������� �� �� ��������� ������ ���� �"����� ��� ��� ������� ��� ����� ��� �� ��� �� ����� ������� � � ��� ��� �� ��� �� ���� ��� � �� �������� ���� �� ������� (� ��� ��� ���� �� �� ��� ��� ������ ������� ��� ������������������� ���� � � ��� ����� ��� ��� ���������� ������� �� ���� �� �������'�� ���� �� � � ������ ��� ���������� ��� ��� ���� �� �� ����������� ������ ��

���� ��� ������� �� /,00-1 ,� � ,00- 2 345�6!# 6����� 7�# 8 !�� 97�+� 2���� 0:-0�;<%=>0->0,0,�00,0; ? %;�<0@�<0>0 ,0;

A

$�& B� +� CD���� /����E *��������F �������1� �� � � �� C��������G������ 4�������� ��� �� � � �� ��� ��� ��� 4������� ��4��������� G�� ��" --,:� �������� H����� � �� ������������'�-I0,- ������������ 7������

0:-0�;<%=>0->0,0,�0,0; ? %;�<0@�<0>0

���� ����

Page 2: Comminution of Organic Material

������� �� ������ ���� ������ ���� ��� ����� ��������� � ���������� �������� ������� �� �������� ��� ��� ���� ��������� ����������� � ���� �� �� ��� � �������� ������������������ ��� ����� � �� ������� �� �� ��������������� ����������� ���� ��� ����������� ��� �� ���������� �� �� ��� ���� �� � ��������� ������ ��� �"���������� ������� �� � ��� ��� �� �� ������������)�� ������� �� ��� ��� �� �� ����� ��� ����� ������ �� �� ��� ������ �� �� ������ ������� ���������� ������������� �� ���� ���� �� ��� ������� ��� ��������� �� ��� ���� ��� ����� � ���� ���� ��� �� ��������

� ���� ��������� �� ����������� �������

������ ����� ��� �������� ��� ������� � ����� ������� ���� �� ���� �� ����� �� ������ � ����������� �������� �������� �������� �� ��� ����� ��� �� ���� �� �� ������� ��� �� �� � ������ !���� �� ����� � ��� �� ������ ����� ���� ������� ����� ���������� ��������� �� �������� ������ �� �� �� �������

��� ���� �� ���� �����������

)�� �� ���� �� �� ���� �������� ����� ����� �� ��� �� �� �� ���� � ��� � �� ���� �� ��� ��� ����� ��� �� ������� �� ��� ��� ������ ��� ��� ����� ��� ��� '������� �� ����� ���� ���� � ��� ��� ���� ����� � � �� �� ��� ����� 2� ����� �� �� ��������������������� � � ���������� ���������� �����)�� � �������� ���� �� ������� ������� � ����������� ��� �� ����� ������ � ����� ����� �� ������� �� ���� �������� ��� ���� � ���� ��� �� ��� �� �������� �������� ������� �� �� ����� � �������� ������� �� ��� ��������� ��� � ��E �� ��������� ��� ���� ����� J,00 ������� �� �������� ���� ����� ������ �� ���� ��� ���

+�� ��� ������ �� ���� ������� ������ � � ������ � ����� �� ��� �� ���� �� ��������� ������ ���� ��� ��������� � �� �� �� ����� � ��� �������� � ���� ������ ����� ������� �� ��� ����� ���� ��� ������ ��� <00 �� ��� �� ���� ���� )�� ������� �� � ����� �� ��� ������� ����� ��� ���� ���� ��� �� ����� ����� ������� ���������� ��� �� ��� ��� ��� �� ��� �� �� ���� ���� �� �� ���� ������ ���� �� � �� ���� � ��� ��� �� �� ����� �����

� �� ���� �� ��������� ������� � �� ��� ��� ��� ���� �� �"���� <00 �� �� ��� ��� ��� ������� ��� �� ������ �� ������� ������ �� ���� ��� ��� ��� � �� ���� ��� ������������ ���� � �� ������ ��� ��� ��� ������ ������

��� ������� �� ��������� ���� ����������

��� �� ������� �� �� ������ ��� �� �� ���� ���� �������� � �� � �� ������� �� ������ � ����

�������� ���������� �� ���� �� ����� ��� � �� ��� ��� ����� ��� �� ������ �� ���� � ����� � ������� ������ �� ����� � � � ��� ��������� ��� ��� ������������������ ����� ������� �������� � ���� � ������ �� ������ �� ��� ���� �� ��� �� ������ �� �����

+� �� ������� �� � ���������� ������ � ��� ������ ������ ��� ���� � �� ���� ��*�� �� �� �� �� ����������������� �� �� ���� ��� ���� ���� ����� � �� ���� �� ��� �� ��� �� � ��� ��� �� ������ �� �� �� �� �������� �� �� �� ���� ��������� �� �� ��� ����� �� ��� �� ������ �������� � � � ��� ������ �� � �� � ��� ��� $K&�

������� �� �� ����� ��������� � �� �������� ������������� � � ��� ��� � ���� ��� ��������� ����� ��������� �� �������� ������ ������� � ��� �� ������������� ��� �� �� ���� ��� ��� ������ �� ��� ���� ��''!(' ���� �� ������ �"���� ����� �� �� �� ��������� ��� �������� �� ������� �� ������ � ���� �� ����� �� ��� ���� ����� �� /4�� /%11%1� + �"������� �"���� ����� !('� ���� ������� ������������ � �� �� ����� ��� �� ������ �� ��� ���� ��������� �� !(' ������� $<&� � �� ���� �� ���� ������� ����� !('� ��� �� ������� �� ��� ���� ����� ���������� � ����� ��� � ��� �� ��!('�� �� ��� �� ������!('� ��� �� !('�� �� �� ��� �� ������ !('0� ���� ��� ��������

''!(' L $/!(' A !('�1>/!('� A !('�1& M %00 $N& /%1

� �� ���� �� �� �� �� ������ ��� ���� �� �� ��� � �� �� ����������� � ������ �"���� � � ���� � ��� �������� �� ������ �� ���� ��� ���� ��� ������ �� ��� ����� ��� ''(� � �� ����� �� �� ������� ������ �"���������� ���(!� �� ��� �� ������ ������ � ���� �� � �������� �"���� ������ ��� (!�� �� �� ��� �� ������������ �������� � 4�� /,1� ��� ������ �"���� ������ ��� ���� �� ���� �� � �� � ����� �� ������ ������������ � ��� �� ��� ��� �� �� ������ ������ �������� ��� �� ������ �"���� ������ �� �� �� ��� �������� � ���� ��� �� ������ �� ��� ���� ��� ''(� �������%00N�

''� L $% A /(!>(!�1& M %00 $N& /,1

����������� �� !��"#����� ����� ��������

2�������� ��������� ���� �� ���� �� ������� �������� �� � ����� � ���� � �"� �� �������� � ��� ���$=&� (��� � ��� �������� �� ���� ��� ����� �� ���� ������ ������ ��� ��� ������� �� ������ ��������� ��� ������������ � ���� ��� ����� �� ���� �� $;&� ��� �"� ������� �� ��� �� ���� ������ �� ����� ����� �� ���� ������ ���� ���� ��� �� �� � ����� ���� �� ���� ��� ������

,0I � ,00- 2 345�6!# 6����� 7�# 8 !�� 97�+� 2���� 0:-0�;<%=>0->0,0,�00,0I ? %;�<0@�<0>0 ���� ��� ������� �� /,00-1 ,

A

%1 3� �� ������ � �� ��� �� �� ������

���� ����

Page 3: Comminution of Organic Material

��� ��� ��� �� �� �"������ �� �� �����" ���� ���������� �� ������ �� � ������

�� �� ���� �� �������� �� !��"#����� ��������

O������� ���*�� � �� � ��� ������ � ��� � ��� ������� ��� �� ����� ��� ���� ���� �� ���� ������� ����� �� �� ��� �������� ������� $I&� ��� ��������� � ��� � ������ �� ������ � ���� � �� ���� � ���� ��� ���� ���������� �� ����� �� ������ �� ������� � �� ��� � ��� ��� ����� ������ ������ ���� ��� � ����� ��� ������ $:& ������� � ����� ��� ���� ��� �������� � ��������� GD � $%0&��� ���������� �� �������� ������� �� ����� ���� �� ���� ���� �� ���"�� � ��� ���� � ������ �������� ���� ������ ��� �� �� �� ������ � ����� � ���� � �� �� ���� ���� � ���� � �� ������ ���� ������ � � ��� �� ��� ����������� � ��� �� ���� ������ ��� ��� �"���� ����������� � ���� � �� ���� $%%&� 4��� ����� �� ��������� ������ �� �� ������ ���������� � ����������� ���� ��������� ������ �� �� ��� �� ������ ��� ����� ��������� ��� ����� �" ���� ��� �"�����

�� ����� ��������� �� �� ������� ������ �� ���������� � ����� � ������ �� � ��� �� ������ �� $%,&���� ������ � ������ �� ����� ��� ���� ��� �� ������� ������������������� �� ������ � +� �� �"���� ������� �� � ����������� �� ����� ��� �� ����� � ����� �)�� %�

��� ������ ��������� ����� ����� � � ����� ������ ��� �� ��� ����� �� �� �"����� � +� ������� ���� ������� ��� �� ������ ��� �� ����� �� �� ���� ����������� ���� � ���� � ���� �� �� � ���� ���� �� ��� �������� ������� ��� ���� ��� ���� �� ��� ��������� �� �� � ����� '������� �� �� � ���� ������ �� ������� � ���� � � �� ��� ����� � ���� �� � �� �"�� ���� � � ��������C��� ������ ����� ��� ��� ���� �� ��� �� � ��� ��� �� ��� ���� � ������� )����� �������������� ��� �� �� ����� ��� �� ���� ������ � ��� ��� ��������� �� ��������� � ����� ��� ���� ������� � �� ���������

� ���� � ������ �� �� � ��� ��� �� �� ��� ���� �� ���������� � � �� ������ ���� ������� �� � ����������� �� ������ ���� ��� �������� �� �� � ����� �������� �� �� $%-&���� ������ �� � �������� �� ��� � ��� ������ �� � ������ ����� �� ����� � �� ���� � �� ��������������� �������� � ���� �� ������� ������ �� �� ���

'��������� �� ���� ��� ����� ��� ��������� �� ������� �� ������ ������ ��������� � ����� �� �"���������� � ���� � � �������� )�� ,�

����� ������ �� ��� �� ������������� �������� ��� ������ ����� �� � ���������� ��� � ��� �� �� �� ������� �� ������� ���� �� ������� ������ �� ��������2����� ��� �� ������� ��� �� �� ��� � �� �� � �� ����������� � ��� � �� ��� � ���� � �"� C��� �� �� � �����/���� ��� �� �� ���� 1 ���� � ��������� ��� � ���� �� ��"���� � ��������� �� ��� �� ��� ���"�+� � ����� �� ��������������� � ����� �� � �� ��������� � ���� ���� ����(� �� � ��� ���� � ����� �� ��� � ���� � ���� ���� ��������� ���� �� � ��� �� � ��"� � � ����� ��� ����� � � ���� �� � � �� ��� � � ����� ������� ��/�� � �� ����� ��� �����1� ��� �� ����� ��������� ������ ���� ����� ������ ����� � ��������� �� � ��� � ����������� � ��������

��� ���������� �� � ����� � � ��� �� ��� �� ���� ������� ������ ���� � � ��� �� �� �������� �� � ��������� �� �� �� �������� ������ �� �� � ������ )�� -����� �� ������� ���� � ������ /�������� � )�� %1 ������ �� �� �� �� ��� �� ��� �� �� � ���� � �� � ������

��� �� � ���� �� � �� ������� �� �� ������� ���� ������� �� �� �� �� ��� �� ���������� ��� ���� �"��� ��� � �� ������� ��� � ����� � � ��� �� ��� �� � ���������� �� � ����� �� �� �� �� ������� ����� � �� ������� ��� ���� �� ��� ���� ��� � ��� �� �� � ��� ,0 �� ���� ����� �� �� �� �������� � � �� �������� � ��� ��� �� ��� ���� ������� �� �� �� ���� � � �� ���������������� ������ �� �������� ������ �� �� �� ���� � ��������������� ���� ������� ���� � ������� 4�� � ���� ��� �������� � �� ��� ����� ����� ����� � ����� �� �� �� ��� ��

���� ��� ������� �� /,00-1 ,� � ,00- 2 345�6!# 6����� 7�# 8 !�� 97�+� 2���� 0:-0�;<%=>0->0,0,�00,0: ? %;�<0@�<0>0 ,0:

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0,1

0,2

0,3

0,4MaximumStrength

OO’

MacroscopicFracture

BiologicalYield

Strength

Com

pres

sive

Str

ess

σ [

N/m

m²]

Deformation ε [-]

$���� �� 3���� �� � � ����������� �� �"����� ��� � ����� ��� ��� � ������ �� �� �"�����

0 1 2 3 4 5 6 7 80

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

W

Sc

L R

Cl

P

CcSl

AlA

Bspec

. Ene

rgy

Wm [

J/kg

] to

rea

ch σ

max

max. Compressive Strength σmax [N/mm²]

$���� �� !������ �� �� ������ ������ ����� � ����� ��" � � ���"� ��������� � ���� � /!�������� � ����� :<N1� � A ������� + A+�����+� A+����� G AG� � ��!� A!���� ��������� �� A ����� ���� �����!�A !���� ���� ����� �� A ����� ��������� 3 A 3�� ��� 2 A 2��� � O A O���

���� ����

Page 4: Comminution of Organic Material

��� �������� ���� �� ������ �� ������ � �� � � ������� ����� �� ���� ���� � �� �� ��� ��������� ������ ������ � ��� �"����� ��� ��� �� �������� ���������������� �� �� ���� � ��� ��� ������ ��� �� �� � � ������ ������� ��� ������

)�� - ������� � �� �� ���� ���� ���� ��� ����������������� �� ����� � ��������� � � ��� ��� ����� � � ������ �� ����� � � ���� ���� ���� ��� �� ����� �� �� ���� ����� �� � �� ��� ��� �� ��� ���� � �� � �� ����������� )�� - ���� �� ���� ��� ������� ���������� � ��������� ���� ������� �� ���� �� �� � ������ ���� ����+ ������ ��� �� ���� �� ��������� ��� �� ����� � �� ����������������� ��������� ��� � ��������� ���� � ����� �� �� � �����

�� ����������� �� #������� ����� ��������

C�������� ��� �� �� ������ � ����� �� ������������ � ����� � � ����� �� ���� ������� ������ ���������� ����� ����� ��� ������ ��� ��� ���� ������ �� ���� � ������� $%K&�

!��� �� ��������� � ������ ��� ��� ���� ����� �� ��� ���� ������ �� ��� ���������� +� �� �� � ��� ������ ��� ���� ������ �� � ������� ���� �� ����� �� ���� ���� ������ ��� < �+��� ��� � ��� ���� �� ����� ���� �� �� ���� ��� � �*�� ������ �� � ������ ���$%<&�

��� ���� �� ��������� ���� � �� ���� ���� �� ��������� ������ � �� �� � ��� �� ��� ��� ��� �� �������� � ����� ����� ������ ��� ��� ������ ���� � ����� �� � ����� � �� ���� ������� � ���� �� �� ��� �� $%=&�� ���� $%;&� �� *�����

!��� ����������� ���� �������� ��������������� ������ ����������� �� ���� � ��� ���� ������ ���

< � ��� ��� ��� �� ���� � � �� �� ������� ���������� � �� �� � ������

��� ��� �������� ���*�� � ��� ����� � ������ ���� ����������� �� ������� �� �� ���� ���� �� ��� ���������������� � �� ������ � ����� ��� �"����� O������� ���� ���� �� ������� �� � ��� ���� � ����� � ����� ��������� �� ���� �� � �� ���� ��� ������ )�� ��� �����������*�� � ���� � �� �� �� ��� ������ � � �� ��� �� ����� �� ��� �� ������� �� ������ ��� � ���� ��� + ��� �� � ��� � ��� ��� � � � ��������� ������� � �� ��������� �� ������ ������ $%I&� 3� ��� ���� �� ���������� ���� ���� ���������� �� � ��� �� � �� � ���������� ��� � ��������� ��� ��� � ������� $%:�,0&�

+��� ����� �� ������� � ������ ��� �� ���� ���� ������ ������ )�� �� �� �� ��� ������� �� � ��������� � �������� ��� ������ ������� ������� ��������� �� �� ����� � �� �� ������ �� � ������� ������������� ��� �� �� ��� ���� ���� ��� �� ��� ���� �� ���� ����� � �� ������ �� �� ���� ���� ��� )�� �"���� ���������� ��� ��� ��� �� � ���� �� ��� ��� �� ���� �� ��� � �� ���� ��� ������ �� ����� �� �� � �" ��� ��� )�� �������� �� �� � ����� �������� �� �� ��� � ����� �� ����� ��� ���������� ��� ������� ��� ������ ���� ����� ������ ��� ��� �������� ���������� ��� ���� ��� ����� ���� ��� ��� ���� ������� ��� �������� ������ �� � �� �� � ���� �� ���� �� ���� ��� ����������� ��� ������ �� �� ��� � ���� ��� �� ��*�� �� �� �� ������ ��� + �� ���� ������ �� �� ���� ��������� ����� �� ���� � �� �� ����� �� �� ��� ���� ��� �� ��� �� ����� � ����� � �� ��� $,%&� ������� $,,&���� � �P $,-&�

)�� K ����� �� ����� �� ���� �� �� ��� � �� �� ��������� �� ������ �������� /'O!('1 ��� �� �� ������ ��� ��� /"<01�

��� ���� �� ��� ������� � ��� ���� � �� �� ��� � �� � ��� ��� �� �� �� ��� �� ���� � � ���� ���� ��

,%0 � ,00- 2 345�6!# 6����� 7�# 8 !�� 97�+� 2���� 0:-0�;<%=>0->0,0,�00,%0 ? %;�<0@�<0>0 ���� ��� ������� �� /,00-1 ,

Carro

t, len

gthw

ise

Carro

t, cr

ossw

ise

Swede,

leng

thwise

Swede,

cros

swise

Apple

Potat

oe

Banan

a

Whe

at, w

etRice

Barley

Lent

ils

Whe

at

Almon

d

Sunflo

werse

eds

0

200

400

600

800

1000

Com

posi

tion

[g/

kg]

Res

idue

Fat

Wat

er

0

40

80

120

160

200

App

aren

t Ela

stic

Mod

ulus

Ea

[N

/mm

²]

$���� � �������� �� �� � ���� ������ ��� ��������� �� �� ��� �� ��� �� � �� �� ������� ���� � ������ 4� /!��������� � ����� :<N1�

���� ����

Page 5: Comminution of Organic Material

� � ��� �� �� �� ��� ��� ������� ������ �������� � ������ ���� � ������ �� �� ������ ������ ��� ��� ���� ����������� �� �� ������� ������� ��� ��� ��� ����� ��� �� �� �� ��� ������ ��� �� ����� �� ������������ ��� ��������� ������ ������ � �� � ���� ���������� ��� ������ � �� ������� �� ����� ������ ������ ��� ���

+� ����� � )�� K� �� �������� �� ���� �� ��� ���������� �� �� ������ �� !(' �������� 'O!('� ��� �� ����� ��� ��� ��� � �� ���� �� �� ���� �� �� ���� ��� ���� �� ��� � ��� ��� ���� �� �� ������ ��� � ������ �� �� !(' ������� ��� �� ������ �� ��� ��� �������

��� ��� ��� ��� �� ��� �� �� � �� �� ������ ���� ���� �� ����� ���� �� � ��� �� �� �� ����� �� ���� ���� �������� �������� ������� �� ��� ���� ��� � �������� �� ���� ����� �� ������� �� ����� ������ �� ���� ��� ���������� �� ��� ���� ��� �� ������ ��� � �� ������ ���� ��� �� ������ �� !(' �������� ���� � ���� ������� ��� ������������� ���� �� �������� � ��� �������� � �������� �� ���� �� � � � �� ������ ���� �� ���

% ������� �� ��� ��������������� �� �"�������

��� ��� ���� �� �� ����������� � ���� ������ �� � �� �����E � �� ��������� ��� �� ������� �� � ����������������� � ��� � �������� �� ��������� ��� �� �������� �� �������� ������� �� ���������� � �� ���� ���������� �� ��������� �� ��� ��� �� �� ���������������� �� /�����1 �� �� �� �� ������ � ���� �� � ���� �������� ���

)�� �� ��� ��� �� �� �������� �������� �� ��� ����� ���� �� �� ����������� � ���� ����� �� � ������� ���� ��������� �� ��� ��� �� �������� ������� ����������� �������� � �� ��������� ��������� ��������� �� �� ����� �� ��� �� �� ������ ������ �� ����

�� ��� ����� ����� ��� C� ���� �� ��� � �� � ��� �����/������ ������ ���� �� ��1 ��� �� �� ����������

%�� ������������� �������

)��� ��� ��� �� ��� ���� ����� �� ��� �� ������� ����������� ��� ���� �� � ����E� �������� ��� ���� �� ���� �� �������� ���� ����

�������� ��� � ����� ��� ��� �� � � �� ����� ��� ����� ��� K0A%I0 Q!� ������ ��� �� ���� ���� �� ������ �"�� �� ��������� ���� ����� ��� �������� ����"��� �������� ��� �� ���� ������� ������> ��� ��� �� � ���� ���� ��� ��

��� ��������� �������� ����� ����� ��� ����� ! ����!"��������� �! �� #��� �

��� ������ ��������� ��� �� ��� ���� �� �� ������ ������� ����� � ������� �� ��������� ������ ���� �� �� � ����������� !�� � �� � ���� �� ��� � ���� /�� �������� ����������� ���������1� C�������� � ���� �� �� ����� ����� �� ������ ��� ������ ���� ���� ���� � �� � ������ ��� �� � ���� � �� �� ���� ����� ��� �� �� � ���� ��� �� ������� �� �������� � ��� ������ �� ��� ���� �� /3��� ���� ������ B� ���� �������� ����� ��� ����������1� �� �� �� � ��� ���� ���� � ���� ��� ���� � ������ �������� ���� �� ��� R��� �� �� �������� � ���� ��������� �� ������ ����� �� �� �� ������� ��������� ����� ���� �� ������ � ����� ����������� + ������� ��� �� �� �������� � ���� � �� ��� ������ ����� � ����� ���� ������ �� ��� ���� ��� ��� ��� �������� ��� ���������� �� ������� ��� ���� ��� /��� �����1� ����� ��� �� � ���� �� �������� ��� ���� �� ���E

� ���� ���� C��� /��C1 ����� �� � ��������� ������������ �� �� � % - ����� ���� � ���� ����� �������� � � ������ ������ +� �� � �� ������ �� ����� � � ��� � ���� ����� � ��� ����������� ��� ��� ���� ��� �� ���� �� ����� �� ������ ������ ��� ���������������� )��� ��� ����� ����� �� �� ����� ��� ���� ���� �� � ���� ����� ������ ������ ���� �� ��������� ��� ���� ������ �������� ������ $,K&�

#�� G������� #��������� /#G#1 �������� ����� �� ��� �� �� ���������������� ��� � ��������� ��������� ��� ��������� �� ��������� � � ��������� �� �������� ������� ���� ������� � ���� �� �� � ������� ����� ��� ��� ����� ��� ��������� ������ ������ �� ���������� ��� ���� �� �������� ����� ����� �� ������������� �� �� ����� ��� �� ���� ����� � �������� �� �-00 >�� 2��� �� ��� � �� ������� �� ����� �������������� ������ � ��� ������ � � �� ���� ������ ����� ���� �� ��� ������� ������� !����� ��� ������������� �� <00 ��� ������� $<&�

���� ��� ������� �� /,00-1 ,� � ,00- 2 345�6!# 6����� 7�# 8 !�� 97�+� 2���� 0:-0�;<%=>0->0,0,�00,%% ? %;�<0@�<0>0 ,%%

1000 10000 1000000

2

4

6

8

10

12

14

16

DRCOD

cutting mill

ball mill

de

gre

e o

f C

OD

re

lea

se

DR

CO

D

[%]

specific energy Espec [kJ/kg]

0

150

300

450

600

x50

cutting mill

ball mill

me

an

pa

rtic

le s

ize

x 5

0

[µm

]

$���� %� 4���� �� �� ���� �� �� ��� � �� �� �� ������� �� �������������� /������� �� !('1 ��� �� �� ��� ��� ��� ��� /������� ������ ������� � �� ���� �� ��� ���� �� � �� �� �� �� ��� �� ����������� �� ���� ��� �� � �� ���� �� �� ���� �� � �� � ���� ���� ��1�

���� ����

Page 6: Comminution of Organic Material

H� ������ #��������� /H#1 ����� �� ���� �*��������� �� + ������ �� ������� � ��� ������� ��� ��� ��,0AK0 �#�� + ���������� �� �� ��������� ���� � ���� �������� �� ���� ���� � � �������� ������� ���� ��� ���� �� �� � ���� ���� � � �� ����� !�� � �� ���������� ���� �� �� �� ���� �� ������������ ��� �������������� ���� � �� ������ ������ �� ��� ������� 2� �������������� ��� ������� �� ������ � ��� ��� �� ��� �� ���� �������� ���� ��� �� $,<�,=&�

���C�������� B� ������������ /CB�1 ���������� �������� �� � <0 ��� ��� ��� �������� �� ������ ������ �������� ��� �������� �� ������ /-0A%00 >�1 ������ �� � ���� � ����� �� ��� ���� �� ���� ����� $,;�,I&�

��� #�� G��������� G���� �������� /#GG1 � ������ ����������� � ���� ��� ������ � ��� �� �� ��� �������� �� � %0 �6� ��� ����� ����� � ���� %0 �� ������ ������ ���� ��� �������� �� ���������� ���� ���� � ���� ���� �� $,:&� � �� ��� � ������ ����� �� ��� ������� �������� ���� ����� ���� ������

��� 3��� �!�� ��������������� /3!1 ���� � ����� ��������� � � � ��� ���� �� ����� ���� �� � �� ���������� �� ���� ���� ������� ����� �� � ��� �� �� �� �� �� � � ��� ���� �� ������ �� ����� ������ $-0&�

��� "��� � ������� �� ��� ����� ��� � $����% �� �&'�(& )�

��� ��� �� ����� ������ � ������� �� ���� ��� �"�������� �� �� �*�� �� � �� � � �� ������� ��� ����� ��� �� �� ������ � ���� ���� �� ����� 4"���� ��� �� ���� � �� ��� ��� �� ��� �� ���� ��� �� ����� ���������� �� ��� � ������� ��� #�� ��� �� ��� ���� ����� ������ ������ ���� 7��� ����� � ���� ���� ������������������ �� ������� �� �������� � ����� ���)���� � ���� ��� ��� �� ������� ��� � �� ��� � ���� �� ����� ����� �� � �������� )�� ������� ��� ���� ����� ����� � ����� ������ ���� ���� ��� ���� ����� ����*�� ��������� ���� � ����� �� ������ ��E �� ������� �� �� ���� ��� �� �� ����� ���������� ��������� �� �������� ��� ������� � � �� ����� ��� ���� � ���������� C����� ��������� ���� � ����� ����� ���/J ,00 Q!1 ������� �� �������� �� ��� �� ���������� ��� ���� �������� ��� �� �������� �� ��������� �� �� ��� ��� �� ��� �� ������� �� � ��� ��� ������� � �� ������� � ��������� ����� ��� ����� �� ��� ��� ��� �� ������ �� �� �� ���� ��� �� � ���$-%�-,&�

��* �������� � ������� ����� ��� � ��+���

)��������� ������ ��� ��� ����� � �� ������ ���� �������� ��� � ��� ��� ����� ��� ��������� ������ ��� ��� ���������� � ����� � �������� � �� ���� ��� +� �� ��� �� �� ������ ��� � �� ��� ������ ���� � ������ ������� ���

�������� � ���� � �� ���� �� �� ������ �� �� ������������� ��� �� ����� ����������� ��� �� �*�� ������� ������ �� � ��� $-K&�

��� #,� ����� � ������� ����� #-��� �� ". ������ �,� �

��� � �� ���� ��������� � �� ��� �� �"�� �� ������������ �� ������ � ��� + ����� � �"�� �� � ��������� ������ �������� ��� ������� � � ������ ���� �� ����������� �� ���� ������ ��������� �� ������� �� ������� �� �� �� ������ ��� ������� ������� ��� #����� ������������������ �� �� ���������� � � ��� ����� ��������������� �� �� �� � ��� ���� ��� �������� �� ������� �� �� ������ � �� ������ ������� �� �� ����� ��� �� � ���� �� ���� � �� �� �� �������� �������������� $-<�-=&�

��/ 0��������� � ������� ����� ��-.���

��� ����� � ���� ������ �� �������� �� �� ���� ������� ���� ������� �� ��� ��� � � � ��� � ���� � ���� ������� �� ��� ���� ��� +� ��� � ��������� ��� ��� ����� ����� ���� �� ������ � ���� ����� ����� C����������� ���� �� ���� � � ����� ��� ������� �� ��������4" ����� ������ ��� ������� � �������� � �� ������� �� �� ����� ���� � �� ���� � �� $-;�-I&�

��� � ��-�1���2 � �������

�� ������� ��� ����� �� �� �� �� ������ �� ����� ��� ��� ��� �� ���������� ������� � � � ��� ����� ���� �� ����� �� �� ��� �� ��� �� ������� ��� �������� �� ���� ���� ������ ��� �� ��� �� ������� �� ������� � �� ��� � ���� ��� ����� �� ���� ������� �� � ��� ���� �� ��� ��� ��� ���������� �� ������� ������� � �� �"������ $-:�K0&�

��3 ����� ���� � �������

H��� ���� ���� ������ �� � ���� �� ������ ��� ����� �� ��� ���� �� ������#��G����G���������������� ������ ���� ��� �� ���� �� ���� ������ ������ � ������������� ���� � �� ������ ���������� +������� ��� �� ��������� ���� ���� � �� ����� � �� ��������� � ������� ���� �� �������� 4��� ������� �� � �� � ��� � ������� � ������ ��� �� � �� ������� � � ���� ���� ���� ����� �� ������ ��������� ��� � �� �� ���� ���� ��� �� ���� ����������� � ���������� � ����� (��� � ��� �����������"����� � � � �� ������� ���� ���� ������ �� �� ���$K%&�

,%, � ,00- 2 345�6!# 6����� 7�# 8 !�� 97�+� 2���� 0:-0�;<%=>0->0,0,�00,%, ? %;�<0@�<0>0 ���� ��� ������� �� /,00-1 ,

���� ����

Page 7: Comminution of Organic Material

%�� ��������� �� �� ���� ��& '�����& ��� ����� ��������������� �������

+���������� �� ������� � ���� � ������� ������ � �� ������� �� !(' ��� �� ������ ������ ����� � )�� < ���������� � ���� ��� ������� � ����� ��� ����� ��� �� �

C�������� � ���� ��� ����� ��� �� ����� ���������� �� ��� ���� �� � � � ���� ���� ��� ������ ��� ������� ��� �� ���� ��� ������� �� ���� ������������ ���� � �� �� ������� ��� ���� ���� ������� ���� ���������� ��� �� � ��� � ����� )����� ����� ��� �� ������� �� ����� ������� �� ��� ���� ��� )�� ��������� �� �� ������ ������ �� ������ ������ �� ���������� � ���� ������ �� ��� �� ��� �� �� ����� ��� �� ������ �� ���� �� ���� �� ���������� )�� ������� ��� �� � ��� �������������� ����� �� �� �������� ������� ���� ����� �� ������� � � �"� �� ���� ����

+ �������� �� ������� � ���� ��� �������� ���� ���� �� � ����� � )�� =�

��� 3��� �!�� ��������������� ����� �� ����� ������������ ��� �� �� ������ ��������� �� ����� � #��������� �� ��� ���� �� ��� �� ����� � ���� ���� �"��� ��� �� 3��� �!�� ������

)�� �� ����� �� �� � � ���� ������� ��� ��� ���� � �� ���� � � ������ � 4����� ������ �� � �� �� ���� �� � �� � ��� ��� ��� ��� ���� ��� ��� �� �� �� ��� ��� ������� ��� ���������� ������ ��� ����� �� ������ ���)�� ������ ��� ����� � ��� �� ������ �� �� �� ��������������� �������� �� �� ��� ��� �� ����� ��� ���������� ���� ��� �� � ���

+������ ��� ���� �� ������ ��� ������ ������ ��� ��� ��� ����� �� ��� �� ��� �� ��� �� ��������� ����� �������� ��� �� ������� �� � ����� !������ ���� ��� ����� ���� ������� ������ �� ������ ��� ��������� ���� � �� ������ ���� �������� � �� ��������� ����� �� ������������ ��������� ��� � �� ���� ��������� �� �� ������ ����� �� �� � ���� ���� ��� C�������� ��� ���� ��� ������ ������ �� ��� �� ��� �������� ������ ���� ������ ���� ��������

'������� �� �� ������ ������� ������� � ����"����� � ����� ������� �� �� ���� �� ����� �� �"������� �� ��������� ������ �� � ��������� �"����� � ��� � �� ���� �� � ����� )�� �"���� � � ���� ���� ��� �� ����������� ���� ���� ��� ���� � � �� ��� �������� ����������� �� ��������� ����� ������ ��� �� ���� �� ����� �������� ��� ����� �������� ����� �� �� ���������� ���� ����� ������� �� ���� ����� �� �� ��� ����������� ����� ������� ���� ���� ��� �� � �� ����� ��� ���� �� 3��� �!�� ��������������� ���� �� � ��� ��� � �������� ��� � ��� �� ������ ��� � ��� �� � �������������� �� �� � �� ������ ��� � �� �� ��������

��� �������� ��� ���� �� �� ������ ������������ � ������� ��� ���� �� � ���� ��� ���� �������� � �� � ��� ��� $K,AK<&� ����� ������� �� ������ ��� ����� ���� ������������ ���������� ��� � ���� ���� ��� $K=&�2 � ��� � ���� ���� ��� ���������� ��� �� ���� ���� ��� (��� �������� ������� �� ��� ���� ���� �������� ��� ��� ��� � ���� ��� ���� ����� ��� �� ��� ���� ����� � � �� � ���� ���� ��� !������ �� ������ ��� ��������� � ����� � ������ �� ��� ���� �� �� <0N � ������� ��.��� �� �4����� /������ ���� 1 �� �� ������ ���� ���� �� /%;<0 �B>��1 ���� �� �"����� �� ����� �� �� ������������ ��������� /%<00 �B>��1 ��� ������� �� �� ������� �� � ���� ���� �� /%<0 �B>��1�

( $�� ����� ���� ��� ����������� �� �"��������

���������� �� ���� ��� ��� �� ��� ���� ����� �� ������� ����� �� �� ��� ������ ������� C����������� ��� ���� ����� �� �"������� �" ���������� ������� ���� ��������� ���� �� ����� ������� �� �� ������ ������ � �� ������ ����� ��� �� ������ �� �� �� ������� '��������� �� ������ ��� �� ����� � ��� �� ��������� )�� ;E

���� ��� ������� �� /,00-1 ,� � ,00- 2 345�6!# 6����� 7�# 8 !�� 97�+� 2���� 0:-0�;<%=>0->0,0,�00,%- ? %;�<0@�<0>0 ,%-

0,1 1 100

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Ultrasonic Disintegrator

Stirred Ball Mill

Thermal Disintegration

Ozone Treatment

De

gre

e o

f D

isin

teg

ratio

n

DD

CO

D [

%]

Specific Energy Espec [kWh/kg SS ]

$���� (� !������� �� ��������� ����� ��� ������ ��� ���� ��� �����

100 1.000 10.0000

10

20

30

40

50 LC, TS = ~40 g/kg HPP, TS = 44 g/kg HPH, TS = 34 g/kg SBM, TS = 32 g/kg UH, TS = 31 g/kg

Deg

ree

of D

isin

tegr

atio

n D

DC

OD [%

]

Specific Energy Espec [kJ/kgTS]

$���� )� '����� �� ��� ���� �� �� ������ ������ �� � ���� �� �� ������������ ��� ������ ��� ���� �� � ���� /3! A 3��� !�� ������ #GG A #��G���� G���� ��������� #G# A #�� G������� #��������� ��C A � �������� C��� H# A H� ������� #��������1�

���� ����

Page 8: Comminution of Organic Material

� /%1 '�� ��� �� �� ���� � ��� ���� /��� ������ ��� ����� ��1���� ��� ���� �� ����� � � � ������� ����� �� �� ��

��� ��� ��� �� �� ������� ��� ���� �� �������� � ��� ������ ������ � �� � ���� � ����� ��� ��� �� �� �������� ����� ��� ������� �� ��� ������ �� ������ ������������ ������ �� � �� �������� ��� ����� ������ �� ���� ��������� � ������� �� ����� ��� �� ������ ������ ��� ����� ��� �� �� �� ���� ����� ��� � �� ������ ��� �� ������������ �� �� �� ������� /,1 '���� �� �� ����� /���������� ��� ���� ��1�

�������� � ���� ��� ����� � � ������ ����� �� ����� �������� ������� �� ��� ������ ���� ��� ���� ����� ���� �" ����� ������ ������� ��� 3����� ����������� /�����!�� ��1 ��� �� ������ ������ ���� ����� ������� )�� ��������� �� �� ��� ���� ��������� �� ������� �� ��������� ���� �� ������ � ������� ��� �����"� �� ���������� ��� �"������� �� ��� ���� ������ �� ������ ����� ���� �� �� ����������� � �� ����� �� ��������� ���������� ��� ���������� ��������� ����� �� ��������� ��� �������� � �� ��� ���� �� �� ����������� � ������ �������

��� �� ���� ��� �� )�� ; � �� ������ � ���� ��� ��������� �� �� �� ��� ������ �� �� ����� ��� �������������� �� �������� ����� ��� ������ � � ����� �����

���� � ��� ����� �� �� �� � � �� �� ������������)�� I�

#�� ������� �� ��� ���� �� ��� ����� �� ��� ��� � ��������� ���� ����� �� ��� ���� �� ������ � ���� �� ����� �� � ��� � ��������� �������� ������� ���

� �� ����������� ������ ���� ��� ��� ���� ��� ��������� ����� ����� �� ������� �� ��� ��� ��� � �������� � ������� �� ���� ����� �� �� ��� ���� �� ����� ���������� �� ��� ���*�� �� ���� �� �� � �� ������ )�� :�

+� � ����� � ��� ��� ��� ��� ������� � ���� �� �� ���� �� ������ ��� ��� �� ��� �� ��� ��� ���� �� ����� ��� ���� �� ����������� ��������� �� � ���� ��� ���� ���� �� �� �� ������� �� �� ��� ���� �� �� ����������� � ��� �� ,�, ��� ��� ����������

,%K � ,00- 2 345�6!# 6����� 7�# 8 !�� 97�+� 2���� 0:-0�;<%=>0->0,0,�00,%K ? %;�<0@�<0>0 ���� ��� ������� �� /,00-1 ,

0 25.000 50.000 75.000 100.0000

25

50

75

100

Degree of disintegration DDO

Deg

ree

of d

isin

tegr

atio

n D

DO [%

]

Spezific Energy Espec [kJ/kgTS]

0

10

20

30

400 25.000 50.000 75.000 100.000

Ultrasound, TS = 11 g/kg

Floc size reduction Cell disruption

Med

ian

part

icle

siz

e x 50

, 3 [µ

m]

Median particle size x50, 3

$���� *� '����� �� ��� ���� �� ��� ��� ��� ��� ��� �� �� ��������� ���� �� �� ������ ������ /��L�� �� �����1�

100 µm

100 µm

$���� +� C�������� �� ��� �� � ����� ��� ������ ������ /�����1 ��� �� ������ �� � � ������������ ��������� /� ���� �� ���� �� ���� 1�

���� ����

Page 9: Comminution of Organic Material

(�� ��������� �������� �� ����� #��� �����

+ ��� �� � ���� �� �� �� � ���� ���� ��� ��� �������� � ���� �� � �� ��� ������ �� ������� � �� ���� ������ ���� ������ �� ��� ��� � � ���� ���� ��� $K;�KI&�� ��� ����� �� ��� �� ��� ������ �� ��� ��� �� ������ �� ����� � ���� ��� ������ �� �� ��� ��� ���� �� ����� �� ��� ��� ��� �� ��� ��� ������� ���� �� �������� ������ ��� �� �� ��� 2 � �� � ������ ����� �� ����� �� �� ���� �� ����� � ��� �� �������� ��� ���� ���� ��� ���� �������� !�������� ��� �� ������������� 4����� � ������ �� �� ���� �� �������� ������ �� � ������ �� ����� � �� ������ ������ �� �� � �����������+������� �4�� /-14���� ����� ������� �� ��� ��������� �� � ����� �� ����� �� �� �� ���

4���� L , � C � > / �6 �1 /-1

�����E C L ������� ����� /R1� � L ������ �� � ������� /�A%1� �6L ����� ���� �� � �� ��������� /->�1�� L ������ �� �� �� �� �� ��� � �� ��������� /��>-1�

� )�� %0 �� ��� ���� �� �� � /L������ �� ��� ���� ��1� ���� �� � ���� �� �� ������ ������ $K:&�

� �� � �� ������� ������ �� �� � �� ������ ������ �� ����� ��� ���� �� �� ��� �� � ��� �� ������� �� �� ����� ������ )�� ���� ����� ���� ����� ��� �� ���� ���� �� �� � ���� ������� �� �� ������ ������� ��� ������ �� �"������� ��� � �� ��� ������ �� ����������� ������ ��� ������ ������ ��� ��������� � ����� ������ ��� ���� �� �� � ��� �� ���� ��� �� ����� �)�� %0� )�� �������� �"����� �� ����� � ��� ����� ���� �� �� 5����� ��.��� �� �4����� ��� ����� �� �������� ��� ���� �� �� � ����6���� ������� ��������� ������������� � �� ��� ���� �� �� 5����� ��.��� �� �4�����

��� ������ � �� ��������� � ��� ��� � ���� � ��� ��� �� ��������� +� ������ �� � � �������� ������� �� ��� ����� ���� ��� � ��� ���� �����

��� ����� � ����� �� ��������� �� �� ������ ��� � �� ���� ���� �� ���� ��� ���� ��� ���� �� ��� �� �� ��� � �� �������� ����� �� �� ����� ���� ����� ��� �������E� ���� ������ ����� /����� 0�- 1 ���� ����� � � ��� ���� ������ �� �� � �� ��������� /�����

� L <0N1 ���>��� ��� � ����� � �� � �� ������ /����� = >� ��������� ��

����� �� �� � �� ����1�+� �"����� �� ��� �� ������ � �� ���� ������� ��

�� ���� ��� ���� �� ����� � ��� �� ������ ������ �� ����� ���� ��� �� ������� ������� �� � ��� ������ �� ������� �� � �� ������ ��� ����� ������ ����� �� �� � ������� � ������ ��� �� ���� �� �� �� ������ �������4����� ����� ��� ������ ������ ��� �� ���� �� � ������ ��� ���� � ��� � ��� � ���� ������

��� ��� ���� �� �� ����� � ���� ������� � � � �� �������� �� � ���� � ��� � � �"������� ( ������ �� ������ �������� � ���� � ������ �� �� �� ������ + ��� � �� � ������� ��� ���� �������� �� �� �� ������ �� ���� �� �������� �� ��� �� ������ ��� ����� �� � ���� ��� ����� ���� ��� � �� � �� ������ �� � ���� � ��� � ����������� ���� �"�������

��� ������� � ��� � ���� � ����� �� �� �� �������������� � ����� �� � �� ����� ��� ������ ������ ���)�� ��� ������ �� �� ��� ��� �� � �� ����� �� ��� ����� �� �� � � �� ������ � ���� �� �� ������ ������ �� ����� �� �� � ���� ���������� � ������ ���� � �� ������ �� �� � �� ����� ��� ��� ���� �� � �� � � �� � 4�� /<1�

��� ���� ��� �� � ��� �� �� �*�� ����� ��������� ��� �� � � ���� ���� ��� ��� �������� �� �� ������� �� �� �� ������ ������ � ����� � ����� � ��� �������� �� ��� ���� �� � ����� � )�� %%�

���� ��� ������� �� /,00-1 ,� � ,00- 2 345�6!# 6����� 7�# 8 !�� 97�+� 2���� 0:-0�;<%=>0->0,0,�00,%< ? %;�<0@�<0>0 ,%<

10 µm

10 µm

$���� ,� 4��� ������������ ��� �� ��� ��� ����� ������ /�����1 ��� �� ����� ���� ���

$���� �-� '��� ���� �� �� � /L '����� �� '�� ���� ��1 �� +� ������ ��/��� ���1 ��� ������������ �������� /���� ����1 �� � ���� �� �� ������������ $K:&�

���� ����

Page 10: Comminution of Organic Material

2 � ��������� ���� ��� �� ���� ������ � ��������� ������ � ��� �� ������ �� ��� ���� ���+ � ���� ��� �� ��0�, � �� �� �� ������ ������ � �������� )�������� ������ 0�% � �� �������� ������ ������ ��� ������ �� ��� ����� ����� ��� �� ���� ��� ���S ���� ��������� � ������ � ����� ���� ����� �� � ����� ��������� ����������� ��� �� �

��� ������ ������ ��� ��� �� ���� �� ������� ����� ���� �� � ������ �� �� ����� �� � ���� ���� � /�R1 ��� �� ������ ������ �� � �������� � ����� � ���� ���� � ��� ���� � ��� � /� 1�

4���� L �R M � /K1

��� � ���� ����� �R � � ���� �� �� �� ������� ����� ���� �� ������ �� '� �� ������ �� ����� �� ������ ��������

��� �� ������ ������� ���� �� �� ������ ������ ���� ������� ���� � �� ��������� �� �� ��� �� �� �� ����� ������ ��� �� �� �� ���� � �������� �� �� �������� ��� ��� ���������� �G �� % �E

�R L � ' �� �G ��A% /<1

��� ��� � ������ �� �� ������ ����� �� ����� ��� ���� � ��� � � � � ���� ���� ��� ��� � ���� � ��� � � � ����� �� �� �� ���� ��� ��� ��� �� ��������� �� ����� �� �� �� ��� �� ��� �� ���� � �� �� ������ ������ ��E

� L ��- ��

, �� /=1

� �� � ���� � ��� � � �� ��� � ����� ����� � ����� � �������� � ������ � ������� �� �� ����� � ���� ���� ���������� ����� ��� � �� � ���� � ��� � � �� ���� � ��������� �� ���� ������ �� �� ��� ������ � ������� ��� �� ����� � ���� ���� � � �� � ����� ��� ������ ������������ � ������� ��� �� ����� �� ��������

� ����� � ������ �� ������ ������ � ��� �� ������ � �� � ���� ���� �� � � �� �� �� � ���� � ��� �� � �� � ���� � ��� � � ����� ��� �� �� � �� ����� ������� �� ����� � ���� �� ���� �� � �� ����� �� � �������� �� )�� %,�

��� ����� �� � ���� ���� � � � � ���� ���� �� ��������� � ��������� ������ ���� ��� �� ��� ����������������� �� ����� �� �� ���� �� ����� �� � ���� ���� ���� � �������� � ��� ������ ������ ������

�� ������ �� � ���� ����� � �� ������� � ����� �� � ���� ���� ��� � ����� ������ ������ ��� ������ �� ������� �� ���� �� � ���� � ��� �� )�� %- ���������� �� ����� � ��� � ���� �� � �� ���� ��� �� �� ������������ �� ����� �� �! $<0&�

+� �� � ��� �� � ���� � ��� � ��� �� �� �� �� ��� ��������� ������ ������� 2 � �� ��� ������ ������ � ����������� �� ��� ���� �� ��� �� �������� (���� �� � �������� ��� � � �� � � ���� � ��� � ������� �� ��������� �

. /��0����������

��� ����� � ������ �� ���� �� ���� ��� ������� G��'� ����� ������ �� � �� �� � � �� C�������� G������4�������� �� �� �������� H����� � �� ������������'����� ��� ��� ��� � �� ������ �� ����� � ���� ��� ��

,%= � ,00- 2 345�6!# 6����� 7�# 8 !�� 97�+� 2���� 0:-0�;<%=>0->0,0,�00,%= ? %;�<0@�<0>0 ���� ��� ������� �� /,00-1 ,

1.000 10.0000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

vC = 6 m/sTS = 14 g/kg

dB = 0.1 mm dB = 0.2 mm dB = 0.35 mm dB = 0.75 mm dB = 1.5 mm

Deg

ree

of D

isin

tegr

atio

n D

DO

[%]

Specific Energy Espec [kJ/kg]

$���� ��� �������� �� �� ���� ��� �� �� � � ���� ���� �� �� ����� ���� �� ����� � ��� ��� ��� �� �������

100 101 102 103 104

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

TS = 8 - 15 g/kg tD = 1 - 60 min

dB = 0,1 mm, vC = 6 m/s dB = 0,2 mm, vC = 6 m/s dB = 0,35mm, vC = 2 - 10 m/s dB = 0,75 mm, vC = 2 - 10 m/s dB = 1,25 mm, vC = 2 - 10 m/s dB = 2,0 mm, vC = 6 m/s

Deg

ree

of D

isin

tegr

atio

n D

DO

[%]

Stress Number ω . ϕB. tD . dP . dB

-1 [-]

$���� ��� '����� �� ��� ���� �� �� � ���� �� �� � ���� ����� � � ����� ��� � � ����� �� ����� ��� �� �� �� � ���� � ��� ��

10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

vC = 6 m/sTS = 14 g/kg

Espec = 10,000 kJ/kg Espec = 5,000 kJ/kg Espec = 2,500 kJ/kg Espec = 1,000 kJ/kg Espec = 500 kJ/kg

Deg

ree

of D

isin

tegr

atio

n D

DO

[%]

Stress Intensity SI = ρB. vC

2 . dB

3 [Nm]

$���� � � �������� �� � ���� � ��� � �� ������ �� ��� ���� �� ��� ������������� ������ �������

���� ����

Page 11: Comminution of Organic Material

+� ������� '�� )� ������ � 9����� '�� 7� 3����� '�� O�C��������� '�� 3� G������� ��� 7� � �D������

O������E R������ %%� ,00, $!4� %;--&

�1����� ����

� $��>-& ������ �� �� �� �� �� ��� � �����������

!(' $�>3& ������ �"���� �����!('� $�>3& �"� ������ �"���� �����

���� ������� ���������!(' $�>3& !(' �� �� ��� �� �����!('0 $�>3& !(' �� �� �� ��� �� ������� $& ��� �� �� �� �����G $& ��� �� � ����������''( $A& ������ �� ��� ���� ��''!(' $A& ������ �� ��� ���� ��� ������ ��

!(' �������'O $A& ������ �� ��� ���� ��4���� $B>��& ������ ������4� $R>,& ������� ���� � ������C $R& ������� ������ $%>�& ������ �� � �� �����(! $�>3 �& ������ �"���� ������ �� ��

��� �� ������ ������(!� $�>3�& ������ �"���� ������ �� ��

�� ��� �� ������ ������� $R& � ���� � ��� ��R $A& � ���� ����� ' $�& ������ ��� $�>��& � �� ����� ��� �� �� $>�& ��������� �� ����� �� �� �� ���6 $->�& ����� ���� �� � �� ���������2 $B>��& ��� ������ ������� $A& ������ ���� $A& ����� ������ �� ������ ������� $��>-& ���� � �� �� ������ ������ $R>,& ��������� � ���� �� $%>�& ������� ����� �

������ ��

$%& 7� ������� � ����������� �% 7��80 ����� ��� ����� %0 � 4��� ���� ��!��� ��� #��������� 7������ ��� ���� �--�� !���������G��������� !'�O(C�

$,& B� +� 4�� ��� B� )� )�������� ��� ��� 9��� �,+�� /* :*;� -<,�$-& �� R���� 7� 4���� B��4� !����� B�� � 5������ B�� � C� ��� ��

0��������� 0����� �,+(� �3� %KI,�$K& C� C� ��������� ����.� 0������� �,*)� 3�� ,KI�$<& B� CD����� ��� ������� �H ����������� �,,)�$=& #��7 BT����� 7� ������� � ���� <�� ����� �,,*� �= :/;� =K0�$;& '� 2D� ������� '� 7��������� ��� ������ ���������� >?@<<< 0� �8

�� "������A�������� ���B C�6%���-� +����� ��� ' D �� ����� �� � �+������ � %�� �����E� )������� 7����� �,,*� --�

$I& #� 6�P� ��� ������� �H ����������� �,),�$:& R� !����� G� 9 O��� �� � �� 5�� ?��� �,,�� ��� <;I�

$%0& G� GD �� ��� ������� H����� T ���� �,, �$%%& 5� �� 9���� !� 9� ������� B� 3� � ����� '� �� !����� C��������

G����� �� �� 2��� � � ��� �5�� �,,(� *( :�;� <;-�$%,& 3� G������� ��� ������� �������� H����� � ����������� �---�$%-& 5� ��������� �� U���� 3� 3���� ��� ?�%� 5�� �--�� �� %<-�$%K& R� R� C������� ��.����� � ��� ���� �% ����� �� ������ ��� ����� ,��

���� 7����� ��� ������ ������ G��������� R�� 5��� �,+)�$%<& C� ��������� ��� ������� H����� T 9�� �,)*�$%=& '� ����������� �� 3���� C� 2T����� C� 9����� !� B������

4��������� ��� G������ ��� ��� V�D�������������� ������ 0?8@� 6�� � �F�+�! G �%����%% ��� $���� )���������� �� � �D� 3����� � �� ��������� ��� 6���������� CD����� �,,(�

$%;& )� C������ B� 2 ��� #� #�� ��� 2� #������ <��� ��������� H������ �%� %� ?�6���������������+ �,+)� *3:(;� <-<�

$%I& C� +� C��� � C� B� 4������� '� )� !�������� �������� �� )�� 7������� �� #�������� �� !�������� C� ����� A +�� ��� 4���� ��� 4����� �� ������� . 5� ��� 7� �(�� +����� !����� ���� ��2����� �� �,*,�

$%:& +� )����� 9��B� 3����� ����� ������ �,�� �,, � ��:�;� ,0%�$,0& )� CW����� ��� ������� �H CD������2����� ����� �,,��$,%& �� ����� � � 9� ���W��� � ��� O���� �� �E �������I� ���.����� �� �%

<� ��� ��� ������� .� 6��� � ,� !���� <� %A-:� 6!# 6����� �,++�$,,& R� ������� � ���������� @� %�� ���������+� -� +������� '�� �����

6����� �D� 7����� ������� ��� 3���� �,,-�$,-& C� � �P� ���������� @� %�� ���������+� ������� 6������ ����� �,,%�$,K& 7� 3����� B� CD����� B� ��������� 9��� 5�� ������� �--�� �* :�;� %:�$,<& H� ������� � 4������� �� 4�������� /4��E +� ���� H� R��1� ��

"��6� �8"� 6� � $��� �� �� 5����� . ������� ���� 6��� ,<� �,,,�$,=& H� R��� 9� R����� +� ���� 9��� 5������ �� ���������. �---� K,/:1�

;-�$,;& +� +������� ��� ������� �H������� �,,(�$,I& 2� 2������ @�� 9���� �,,*� ((� ,0<�$,:& C� B���� ��� �7� 7� 2���� C� 2 ������� B� +� CD����� R� '�� ��

������ '��� ���� �� �� 4��� ���� ����� 2����� � �� �% ��� <�� ���%�� ����� ��2� ������������ :���;� !'�O(C� 7������������ C�����--��

$-0& C� '�������� B� U��������� G� B������ + R�� +������� � +�������'��� �� �� ������ H��� � ������ �������� !�� �����! <�9J <�����% �� 9���� 9��� 5�� ��� !�� ������� G������ G�� %� �,,*� :I�

$-%& H� 9���� � C���������� R� 2���� (� 4� ������ 9�� 5�� ���� �,,,���:=;� I:�

$-,& C� ���*�������� #� #������� B� ��T����� 9�� 5�� ���� �,,,� ��:=;�,-<�

$--& �� ������� �� 9�������� 9� 9����� C� 3� ������ 9�� 5�� �����,,*� *�:(;� ,0:�

$-K& 5� ����� �� )������ #� 5���� C� ���� �� 9�� 5�� ���� �,,*� *�:��;�%=-�

$-<& O� �������� � ��� ������� �H ����������� �,,,�$-=& +� �������� ��� ������� � H ����������� �--��$-;& 7� #� 9�� ������ G� 4� BW�������� O� � ����� C� #����� 9�� 5�� ����

�,,�� �=/<>=1� %0<;�$-I& O� 9������ �� R���������� �� ���� ��������� �6� �� ��-.��������

G�A ����������6������ ��� :�55; :<�4����������� �� ��-.����� ��2���8��� ��8���6���-�����;� O������� ������ �� � � �� ��� ��� 4����������H ����������� �,,��

$-:& !� G� !��� 2� #� )���� �� 6� !����� !� #� !���� '� B� 3��� 9�� $���,,,� **� -<-,�

$K0& '� ������ ��� ������� �H ����������� �,*+�$K%& 6� #���� +� +���������� '� 9����� C������ G�������� �� �

�������� C� ����� � O������� � G����� 4��� �� )���� A + #����4����� G������ ��� �� ���������� � �� �% ��� <�� ���% �� ����� ��2� ������������� !'�O(C� 7����������� �--��

$K,& #��7� �D������������ ��� ������� �H 9�������� �,+*�$K-& #� ���D �� C��O� 9���� 4��� � ��� OD������������D���� ���

#���������������� ���� �D� ��� ��������� U�����������P� 0��0������8�� �� �,+)� *� =I�

$KK& C� �� '������ 0��������� 0����� �,**� �=� =K:�$K<& )� ������ B� ��������� C��������� U�����������P���������� ��� 6���

0�������������� 6��� -� !��� #����� �,,-�$K=& )� ������ ��� ������� �H ����������� �,,��$K;& R� � ���� ��� ������� �H ����������� �,+��$KI& #� 2� � ��� ������� �H ����������� �,+*�$K:& )� ������ B� ��������� C�������� '�� ���� �� �� C������������ �

� �� ���� 3�� �� 5.�� ������������ <<� 3*��*���� /5H1 �,,-�$<0& 7� 3����� ��� ������� �H ����������� �--��

���� ��� ������� �� /,00-1 ,� � ,00- 2 345�6!# 6����� 7�# 8 !�� 97�+� 2���� 0:-0�;<%=>0->0,0,�00,%; ? %;�<0@�<0>0 ,%;

���� ����