Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln, insbesondere Granulieren oder
Durchmischen, von Teilchen nach dem Wirbelbett-Verfahren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln, insbesondere Granutieren oder Durchmischen, von Teilchen nach dem Wirbelbett-Verfahren, wobei die zu behandelnden Teilchen in einem Behälter mittels eines ersten aufwärtsgerichteten Gasstromes in einen quasi-flüssigcn Zustand versetzt werden und mittels mindestens eines zweiten a ! s Träger eines Behandtungs- mittels dienenden Gasstromes durchströmt werden ; sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
In verschiedenen Industriezweigen ist es häufig notwendig, aus Teilchen kleinerer Abmessungen Granulate herzusiellen. Solche Granulate werden zu Tablette wei- terverarbeitet, indem sie kontinuierlich einer Tablettenpressmaschine zugeführt werden, in der sie unter Druck zu Tabletten geformt werden. Für das richtige Funktionieren einer solchen Tablettenpressmaschine ist es wesentlich, dass die Granulate kontinuierlich ungehindert zufliessen können. Sind die Granulate zu klein, dann haben sie die Tendenz, sich zu Klumpen zusammenzuballen, und damit den freien Zufluss der Granulate zur Tablettenpressmaschine zu verhindern. Es ist deshalb ganz offensichtlich, dass die Herstettung der Granulate in gewisser Grösse und Form anzustreben ist, die einen freien Fier der Granulate ermöglicht.
Dicse Forderungen sind beispielsweise für die Nahrungsmittelindustrie von Be deutung.
Das Wirbelbettverfahren ist ein bekanntes weitverbreitetes Verfahren, um Teilchen mit einem Gas in Berührung zu bringen oder um Teilchen zu mischen.
Es wird ausgeführt, indem man die Teilchen in einen aufrecht stehenden Behälter eingibt und Gas von unten her durch den Behälter bezichungsweise die Teilchenmasse durchleitet. Dabei wird die Geschwindigkeit des Gases so eingestellt, dass sie die Schwerkraft der Teilchen überwinden kann und sie in suspendierter. anscheinend schwereloser Form hält. Das durchströmende Gas wirkt auf die suspendierten Teilchen ein, und die Masse gleicht dann hinsichttich ihres üe- wegungsbildes einer kochenden Fliissigkeit. Unter so !- chen Bedingungen besitzt die Teilchenmasse einen quasi-flüssigen Zustand. Es ist auch bereits bekannt.
Teilchen nach dem Wirbetbett-Verfahren zu mischen und/oder zu granulieren, indem man eben einem ersten Gasstrom, der für die Durchwirbelung der Teilchen sorgt, einen zweiten Gasstrom mit höherer Geschwindig- keit in aufwärtsgehender Richtung und im wesentlichen vertikal durch die quasi-ftüssige Teiichenmasse schickt.
Der zweite Gasstrom kann nun eine feindispqrgierte Flüssigkeit, wie beispie [sweise e ; ne Granulierflüssigkeit, zur gegenseitigen Bindung der Teilchen enthatten, um die Teilchen im Wirbelbett zu Granulaten zu formen.
Zweck d : r Erfindung ist es, die obigen Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die ebenfalls nach dem Wirbelbett-Verfahren arbeiten, jedoch gegenüber dem bekannten Wirbelbett Verfahren einen wesentlich höheren Prozentsatz an Granulaten mit den gewünschten Eigenschaften liefern.
Demgemäss ist Gegenstand der Erfindung. a) das eingangs genannte Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man die Teilchen über einen Blasboden für den ersten Gasstrom so lenkt, dass sie gegen die Achse des Behälters zu strömen, und das zweite Gas dann im Gegenstrom zum ersten Gasstrom durch die Teifchenmasse führte sowie b) eine Vorrichtung zur Durchfiihrung dieses Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen aufrecht stehenden Behälter aufwcist, dessen unterer Teil als Wirbelbett ausgebildet ist und zum Einblasen des ersten Gasstromes einen gasdurchlassigen, nach unten gerichteten kegelstumpfförmigen Boden besitzt.
in dessen zentralem Bereich ein nach oben sich verjüngender Einsatz vorgesehen ist und dessen oberer Teil als Expansionskammer ausgebildet ist und eine nach oben divergierende Wandung aufweist, wobei der Behälter mindestens eine Diisc zum Einblasen mindcstens eines zweiten Gasstromes im Gegenstrom zum ersten auf wcist.
Nach dem vorliegenden Verfahren können nun Teil- chen eines einheitlichen Stoffes oder Teilchen aus ver schiedenen Stoffen bchandeit werden.
Die geforderte Strömung der zu behandelndcn Teilchen wird crreicht durch die kegelstumpfförmige Aus bitdung des Bcdcns des als Wirbelbett dienenden Teiles des Behälters und durch den sich nach oben zu verjüngendon Einsatz im zentralen Teil des Bodens.
Sofern das vorliegende Verfahren zum Granulicren von Teilchen verwendet wird, wird zweckmässig ein zweiter Gasstrom eingeleitet. der a) s Behandtungsmittei eine Granulierflüssigkeit feindispergiert enthält.
Darüber hinaus können das vorliegende Verfahren und die vorliegende Vorrichtung auch zum tlberziehen von Teilchen mit einem Material verwendet werden. In diesem Fatte verwendet man als zweiten Gasstrom einen soichen, der ais Behandlungsmittel ein Mittet enthält. das sich zum Überziehen der Teilchen eignet.
Damit ist es möglich, auf vorteilhafte Weise Teilchen, wie beispielsweise Tabletten, herzustellen. Als Behandlungsmittel kann der zweite Gasstrom beispielsweise eine Flüssigkeit oder einen sehr fein gemahlenen Feststoff, beispieisweise in Puiverform, enthalten.
Bei der vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens zur Anwendung ge) angenden Vorrichtung ist die Höhe des Expansionsraumes vorzugsweise so bemessen, dass die Geschwindigkeit des Gasstromes im oberen Bereich der Expansionskammer stark reduziert ist, um es einem mitgeförderten Teitchen zu ermöglichen, auf Grund seiner Schwerkraft in das Wirbelbett zurückzufallen. Die Düse zum Einblasen mindestens eines zweiten Gasstromes ist vorzugsweise oberhalb des Niveaus angeordnet, das die Teilchenmasse im quasi-flüssigen Zustand einnimmt.
Gegebenenfalls kann allerdings die Düse auch so angeordnet sein, dal3 sie im oberen Bereich der Teilchenmasse liegt. Der zweite Gasstrom enthatt, wie bereits ausgeführt, zweckmässig ein Be handlungsmittcl, das je nach dem gewünschten An wendungsgebiet entweder eine Granulierungsflüssigkeit oder ein Ubcrzugsmateriai sein kann. Die Düse ist vorzugsweise so ausgebildet, dass der von ihr erzeugte Gasstrom nach unten zu divergiert.
Die vorliegende Vorrichtung ist vorzugsweise noch mit einer Filtereinrichtung, wie beispielsweise Filtertaschen, ausgerüstet. um den Gasstrom zu filtern, der den Wirbelbett-Bereich verfasst. Bei einer so ausgestatteten Vorrichtung können sich leichte Teilchen in den Filtertaschen festsetzen und müssen dann wieder herausgeschüttett werden. Eine solche Ausgestaltung ist von Wichtigkeit, wenn ein grosser Teil der Teilchen granuiate ais Träger dient und nur ein sehr kleiner Teil den Wirkstoff bildet. Sind jedoch die Teilchen aus Wirkstoffen leichter. dann werden sie in die Filtertaschen gebiasen, aus denen sie wieder leicht entfernt werden können.
Um nun zu bewirken, dass solche Teilchen tatsächlich aus den Filtertaschen ausgebracht wer den. ist es sehr zweckmässig, die Filtertaschen periodisch zu schütteln. Dieser Vorgang wurde bisher von Hand ausgeführt.
Zweckmässigerweise zieht man eine pneumatische Schütteleinrichtung vor, die einen starren, drehbar ge lagerten Arm aufweist, dessen eines Ende mit den oberen Enden der Filtertaschen zusammenwirkt und dessen anderes Ende mit einem pneumatischen Zy linder gekoppelt ist. Letzterer kann eine hin und hcr gehende Bewegung ausführen und veranlasst dadurch den Arm zu einer oszillierenden Bewegung um scinen Anlenkpunkt, wodurch die Filtertaschen geschüttclt werden. Diese Massnahme verhindert das Ansammcln von feinen Teitchen in den Filtertaschen.
Die Funktionsweise einer solchen Vorrichtung zum Benandeln, insbesondere Granulieren oder Durchmi- schen, von Tei ! chen ist z. B. wie folgt. Die zu be handelnden Teilchen werden in das Wirbelbett des Behälters eingebracht und ein Gasstrom, vorzugsweise ein Luftstrom, wird von unten durch die Teilchen geblasen. und zwar mit einer solchen Geschwindigkeit, dass die Teilchen durchwirbelt werden und dabei einen quasiflüssigen Zustand einnehmen. Der zweite Gasstrom wrvl im Gegenstrom zum ersten Gasstrom durch die aufgc- wirbelte Teilchenmasse geblasen. wobei er vorzugsweise von oben auf die Teilchenmasse aufgebracht wird.
Ge gebenenfalls ist es aber auch mögtich, den Gasstrom direkt im oberen Bereich der aufgewirbelten Teilchenmasse einzubringen. Der zweite Gasstrom dient als Träger für das Behandlungsmittel, das beispielsweise eine Granulierflüssigkeit oder ein Überzugsmaterial sein kann, das in dem Gasstrom feindispergiert enthalten ist.
Während des Behandlungsvorganges strömt das zweite Gas durch die aufgewirbelte Teilchenmasse. Wird beispielsweise ein Gas mit einer Granulierflüssigkeit eingeleitet, so nimmt die Dichte im Wirbelbett zu. wodurch der Druck des ersten Gasstromes reduziert wird.
Sofern beispielweise ein in dem Behandlungsmittel enthaltenes Lösungsmittel verdampft, nimmt die Dichte des Wirbelbettes wieder ab, und der Druck des ersten Gasstromes steigt wieder an. Solche Druckschwankun- gen im ersten Gasstrom sind jedoch unerwunscht, da ein zu niedriger Druck eine ungieichmäss. ge Durch- wirbelung der Teilchen im Wirbelbett hervorruft, und ein zu hoher Druck bewirkt, dass beispielsweise gebildete Granulate hochgeschleudert werden. Diese Druckschwankungen können beispielsweise durch Messen des Druckes oberhalb des Niveaus der durchwirbelten Teilchen festgestellt werden.
Bei bekannten Vorrichtungen werden solche Druckschwankungen dadurch ausgeglichen, dass man von Hand eine Drossel reguliert, die den Strom des ersten Gases steuert, bevor dieser in das Wirbelbett eintritt. oder indem man verschiedene Stellungen der Drossein vorgibt. Dieses Verfahren reicht jedoch nicht aus, um wirksam einen konstanten Druck im Wirbelbett be ziehungsweise in der aufgewirbelten Teilchenmasse während der verschiedenen Behandiun ; sstufen, d. h. beispielsweise in den verschiedenen Stadien des Granu lierens beziehungsweise tJberziehens, sicherzustcllen.
Die vorliegende Vorrichtung ist deshalb vorzugs- weise mit einer automatischen Drucksteuereinrichtung für den ersten Gasstrom ausgestattet, die einen in der Expansionskammer angeordneten Druckfühler einen von letzterem gesteucrten, ausserhalb der Expansionskammer angeordneten Druckübermittler. vorzugsweise einen Differenzdruckübermittler, enthält. der mit einer Steuereinrichtung, vorzugsweise regetbarcn Dros sein, zur Steuerung des ersten Gasstromes vor dessen Eintritt in das Wirbe) bett gekoppe) t ist. Bei dieser vor zugsweisen Ausführungsform der Vorrichtung wird der Druck über den Druckfühler an den Drucliübermittler weitergeleitet, der nun die Steuereinrichtung vorzugs-;
weise so steuert, dass der Druck in der Expansions kammer konstant bleibt oder höchstens zwischen vor egebenen Grenzen schwankt. Als Druckübermittler wird vorzugsweise ein OBSA-Differenzdruckübermittler vorgesehen. Als Steuereinrichtung werden zweck mässigerwcise eine oder mehrere regelbare Drosseln, vorzugsweise einstellbare Schieber, innerhalb der Zufluss Icitung für das erste Gas angeordnet.
Da Teilchen aus verschiedenen Materialien und ver schiedener Konsistenz in der Regel jeweils einen anderen Gasdruck für den ersten Gasstrom erfordern, um sie in einen quasi-flüssigen Zustand zu bringen, ist die automatische Druckstcuereinrichtung vorzugsweise so ausgestaltet, dass der optimale Behandlungsdruck eingestellt werden kann. Dies kann beispielsweise dadurch sichergestellt werden, dass man in die Vorrichtung einen
Dialset 65 Controller" in die automatische Drucksteuereinrichtung einbaut.
Das vorliegende Verfahren wird nun vorzugsweise so durchgeführt, beziehungsweise die Vorrichtung so betrieben, dass man die Ein strömmcnge des ersten Gasstromes, und zwar vor dessen Eintritt in das Wirbelbett. vergrössert, sofern der Druck oberhalb der durchwirbelten Teilchenmasse unter einen bestimmten vorgegebenen Wert oder einen vorgegebe- nen Bereich abfällt. Umgekehrt verringert man die Menge des zufliessenden ersten Gases, sofern der Druck über der durchwirbelten Teilchenmasse über einen bestimmten Wert oder eine bestimmte Grenze angestiegen ist. Hierzu verwendet man vorzugsweise die oben be schriebene Drucksteuereinrichtung.
Fin Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Er findung wird nachfolgend anhand der Zeichnun ; en naher beschrieben. Es zeigen :
Fig. I die Vorrichtung zum Behandeln, insbesondere Granulieren oder tberziehen, von Teilchen, im Längsschnitt. und
Fig. 2 die Düse zum Einbringen des zweiten Gasstromes, im Querschnitt.
In Fig. 1 ist ein Behälter dargestellt, dessen unterer aufrecht stehender zylindrischer Teil als Wirbelbett I ausgebildet ist und dessen oberer Teil als Expansionskammer 2 dient, die cinen kreisförmigen Querschni t besitzt. Das untere Ende der Expansionskammer 2 weist den gleichen Durchmesser auf wie das obere Ende des Wirbelbettes, jedoch divergiert die Wandung des Wirbelbettes gleichmässig mit der Höhe. Das Wirbelbett I weist einen durchlässigen, vorzugsweise perforierten. nach unten gerichteten kegelstumpfförmigen Boden 3 auf, durch den das erste, zur Durchwirbelung dienende Gas c eintreten kann. Im zentralen Bereich des Bodens 3 der Wirbelkammer 1 ist ein aufrecht stehender konischer Einsatz 5 vorgesehen.
Am oberen Ende des Wirbelbettes ist zentral eine Düse 6 angeordnet. die durch radia) nach aussen gerichtete Zuleitungen 7 und 8. welche durch die Wandung der Expansionskammer 2 verlaufen, in ihr r Lagc gehalten wird. Die Zuleitung 7 dient zur Zuführung von Druckluft zur Diise 6 und die Zuleitung 8 zur Zufuhruna eines Behandtungsmittels, wie beispielsweise einer Granulierflüssigkeit. Das obere Ende der Expansionskammer ist durch Filtertaschen 9 abgeschlossen.
Die Filter@aschen bestehen aus einem flexiblem Material. da- : eine Maschengrösse aufweist, die fein genug ist, um feinen Puder am Durchtritt durch die Filtertaschen 9 zu hindern.
Die in Fig. dargestellte Düse hat sich als besonders geeignet erwiesen. um dem Austreten des Be handlungsmittel enthaltenden zweiten Gasstromes einen sich nach unten erweiterndcn Strömungsverlauf zu verleihen. Diese Düse wird hergestellt von Messrs. Lechler Nozzles Limited. Die Düse weist ein äusscres zylindrisches Gehäuse 11 auf, das auf seiner Innenseite einen festangeordneten hohlen Einsatzkonus 12 trägt.
Dieser Einsatzkonus 12 weist an seinem oberen Ende 23 einen Flansch 13 auf und ist an seinem unteren sich verjüngenden Ende mit einer engin zentralen Öffung 14 versehen. Ausserdem besitzt der Einsatzkonus einen weiteren Flansch 21, dessen äusserer Rand mit einer Reihe von schrägen Schlitzen 22 ausgestattet ist. Die Schlitze 22 wirken mit dem Auslass 18 des Gehäuscs I 1 zusammen. Der Einsatzkonus ist teilweise durch einen Block 19 ausgefüllt, der einen wendelfömig angeordne- ten Kanal 15 enthält, der sich vom unteren Ende des Blockes 19 bis zu dessen oberem Ende erstreckt. Das Gehäuse 11 ist mit einem Einlassstutzen 16 ausgestattet. der mit dem Spalt 17 zwischen dem Gehäuse II und dem Einsatzkonus 12 zusammenwirkt.
Die in Fig. 2 dargestellte Düse stellt nur eine der vielen möglichen Düsen dar. die ebenfalls in der vorliegenden Vorrichtung mit gutem Ergebnis vcrwen ct werden können.
Die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Vor- richtung, die die in Fig. 2 dargestellte Düse enthält, ist wie folgt. Sollen mit der vorliegenden Vorrichtung Teilchen granuliert werden, so werden diese in das Wirbelbett 1 eingebracht und ein Gasstrom c eines ersten Gases mit solcher Geschwindigkeit, abhängig von Temperatur und Druck, durch den perforierten Boden 3 in das Wirbelbett I eingeleitet, dass die Teilchen, beispielsweise ein Pulver, in einen quasi-flüssigen Zustand versetzt werden. Die Granulierflüssigkeit wird nun durch das obere Ende 23 und durch den wendelförmigen Kanal 14 der in Fig. 2 dargestellten Düse eingebracht.
Auf diese Weise wird der Granulierflüssigkeit beim Verlassen der Offnung 14 eine rotierende Bewegung erteilt. Die Granulierflüssigkeit wird dann von der über den Einlassstutzen 16. den Spalt 17, die Schlitze 22 und die Auslauföffnung 18 eingebrachte Luft erfasst und zusätzlich beschleunigt. Es ergibt sich dabei ein konischer Sprühstrahl für die Granulierflüssigkeit, der durch die aus der Öffnung 18 austretende Luft, welche als das zweite Gas dient, abwärts bewegt wird. Der Luftstrom durchdringt dann die sich in einem quasiflüssigen Zustand befindlichen Teilchen in einer Richtung, die durch die Pfeile a) in Fig. I angedeutet ist.
Das Strömungsbild der sich in quasi-flüssigem Zustand befindlichen Teilchenmasse ist durch die Pfeile b angedeutet.
Mit e : ner Vorrichtuna der vorlicuenden Art kann beispielsweise ein Pulver granuliert werden. das 30 kg Rohrzucker, 3.4 kg Askorbinsäure und 2.2 kg Akazienextrakt enthält. Als Granulierflüssigkeit verwendet man; eine Lösung von 1,5 kg Akazienharz in 9 Liter kochendem Wasser.