Vorrichtung zum Aufsprühen von Flüssigkeiten auf Pulverstoffe
Es ist bekannt, Pulverstoffe in rotierenden Trommeln mit Flüssigkeiten zu besprühen. Diese Trommeln sind normalerweise zylindrisch, und zwar mit unterschiedlichem Durchmesser/Längenverhältnis. Es wird dabei teils von der Stirnfläche aus, teils aus einer innerhalb der Trommel selbstmontierten Düse aufgesprüht. Es ist ferner eine doppelt konische Trommel bekannt, bei der zwei Kegelrümpfe mit ihren Basisflächen zusammengefügt sind und bei der von der einen Schmalseite aus eingesprüht wird.
In all diesen Apparaturen können Aufsprühverfahren durchgeführt werden, wobei sich eine kurze zylindrische Trommel und die Doppelkonustrommel nur für diskontinuierlichen Betrieb eignen, während in einer mehr langgestreckten zylindrischen Trommel auch im kontinuierlichen Betrieb Aufsprühprodukte hergestellt werden können.
Es wurde nun gefunden, dass insbesondere für die kontinuierliche Herstellung voluminöser Agglomerate aus Pulvern durch Aufsprühen von Flüssigkeiten sich die folgende Vorrichtung besonders gut eignet:
Die Vorrichtung besteht aus einer rotierenden Trommel in Form eines Kegelrumpfes, bei der das Pulvermaterial am weiten Ende eingeführt und das Aufsprühprodukt am schmalen Ende aus der Trommel abgeführt wird, wobei die flüssigen Bestandteile aus einer oder mehreren Vernebelungsdüsen durch Öffnungen in der Stirnwand in die Trommel hineingesprüht werden, und zwar vorzugsweise in Richtung auf die Pulveroberfläche und vorzugsweise durch die Stirnwand des weiten Endes.
Die Basis-Mantellinie der Trommel kann dabei in Richtung auf das schmale Ende des Kegelrumpfs schwach geneigt sein, vorzugsweise aber eben oder mässig ansteigend. Unter der schwachen Neigung ist eine solche von höchstens 50 zu verstehen, während bei ansteigender Basis-Mantellinie der Erhebungswinkel kleiner sein muss als der halbe Kegelöffnungswinkel.
Der Kegelöffnungswinkel soll normalerweise nicht mehr als 500 betragen und vorzugsweise zwischen 10 und 450 liegen. Neigung bzw. Steigung der Basis-Mantellinie, Kegelöffnungswinkel und Umdrehungsgeschwindigkeit der Trommel müssen aufeinander abgestimmt sein, wobei die für das Produkt angestrebten Eigenschaften in Betracht gezogen werden müssen.
Bei den zylindrischen Trommeln nach dem Stand der Technik kann die Basis-Mantellinie allenfalls waagrecht liegen, doch ist sie im allgemeinen in der vorgesehenen Durchflussrichtung geneigt, wobei Neigung und Umdrehungsgeschwindigkeit für den Materialdurchsatz bestimmend sind. Bei waagrechter Basis-Mantellinie ist der Durchsatz sehr gering: Er wird nur durch die grössere Materialschichthöhe auf der Einlaufseite bestimmt.
Bei der erfindungsgemässen Trommel kommt jedoch ein weiteres Bewegungsmoment hinzu: Bei waagrechter Basis-Mantellinie findet eine zusätzliche Materialbewegung statt, wie sie in Fig. 1 schematisch gezeigt wird. Der Pfeil zeigt die Arbeitsrichtung an. Ein am Materialeingang a befindliches Teilchen wird von der aufsteigenden Trommelwand hochgehoben, wobei die Umdrehungsgeschwindigkeit der Trommel als gerade so gross angenommen sei, dass das Teilchen bis auf die Höhe der oberen Mantellinie, also nach b, hochgehoben wird, von dort aber vermöge der Schwerkraft c - bis auf das verbleibende Pulverbett - herunterfällt. Von dort wird es wieder nach d gehoben, fällt nach e usw., bis es bei f angelangt ist und über den Überlaufring g die Trommel verlässt, d. h. das Teilchen hat nach 9 Umdrehungen der Trommel diese durchwandert.
Die konische Form der Trommel beschleunigt also bei Einführung des Pulvermaterials am weiten Ende des Kegelrumpfs den Materialdurchfluss erheblich. Die Tatsache, dass die Pulveroberfläche nicht waagrecht in der Trommel liegt, sondern in der Drehrichtung der Trommel schief ansteigend, beeinträchtigt die prinzipielle Richtigkeit der vorstehenden Überlegungen nicht.
Man kann natürlich denselben Effekt mit einer zylindrischen Trommel erzielen, wenn die Trommel genügend stark in der Arbeitsrichtung geneigt wird.
Beim Aufsprühen von Flüssigkeiten ergibt sich dann aber der wesentliche Nachteil, dass dann nur am Austragende eine genügend grosse Pulveroberfläche als Aufsprühfläche gebildet wird, während am Trommelanfang kein oder nur sehr wenig Pulvermaterial zum Aufsprühen zur Verfügung steht. Es muss hier also entweder von der oberen Stirnwand aus über die ganze Länge der Trommel hinweg auf die am anderen Ende der Trommel befindliche maximale Pulveroberfläche aufgesprüht werden, oder von der unteren Stirnwand aus entgegen der Wanderungsrichtung des Pulvers. In beiden Fällen bleibt ein grosser Teil der Trommel für den Aufsprüh- und Agglomeriervorgang ungenützt, da ja der Agglomeriervorgang sich an das Aufsprühen anschliesst und nicht umgekehrt.
Wesentlich günstiger liegen die Verhältnisse jedoch in der erfindungsgemässen Trommel. Hier bildet sich durch die konische Form der Trommel am Trommelanfang eine sehr breite Pulveroberfläche, die sich zum Aufsprühen der Flüssigkeit eignet, während in Richtung auf das Austragsende die Pulveroberfläche schmaler wird. Dieser Teil wird dann für die Bildung von Agglomeraten voll ausgenützt.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Trommel auf der Höhe a-g, d. h. die Form und Grösse der Pulveroberfläche. Der maximale Aufsprühkreis h hat auf der Zeichnung einen Durchmesser von 48,2 mm.
Lässt man nun die untere Mantellinie der Trommel gegen das Austragende hin um 60 ansteigen, dann ist die Verweilzeit in der Trommel länger: Bei gleicher Umdrehungsgeschwindigkeit hat, wie Fig. 3 zeigt, das Teilchen erst nach 19 Trommelumdrehungen die Apparatur durchwandert. Die Form und Grösse der Pulveroberfläche ist dann jedoch bei gleichem Überlaufring günstiger, da dann der Pulverausgangspunkt a wesentlich höher liegt als bei Fig. 1.
Wie aus Fig. 4 zu entnehmen ist, resultiert aus der grösseren Pulveroberfläche dann auch ein grösserer maximaler Aufsprühkreis h: Sein Durchmesser von 61 mm ergibt eine 1,71mal so grosse maximale Aufsprühfläche (gegenüber Fig. 2), d. h. erlaubt bei gleicher Umdrehungszahl eine 1,71mal grössere Aufsprühgeschwindigkeit.
Bei der Trommel nach Fig. 1 liegt der Kegel öffnungswinkel bei 25. Fig. 5 zeigt eine Trommel gleicher Länge und mit gleichem Durchmesser des schmaleren Endes, jedoch mit einem Kegelöffnungswinkel von 400. Die untere Mantellinie steigt um 100.
Hier benötigt das Pulver 8 · Trommelumdrehungen, um von a nach g zu gelangen. Aus Fig. 6 ist die sehr grosse Aufsprühfläche zu ersehen: Der maximale Aufsprühkreis hat einen Durchmesser von 75 mm, woraus sich die 2,42fache maximale Aufsprühfläche gegenüber Fig. 2 ergibt.
Bei einem Anstieg der unteren Mantellinie von 200 müsste sich bei einem Kegelöffnungswinkel von 400 ergeben, dass das Pulvermaterial nicht mehr horizontal wandert, da sich ja die Pulveroberfläche parallel zu der nunmehr horizontalen Drehachse der Trommel einstellt. Grössere, kugelförmige Granula, insbesondere solche mit trockener Oberfläche, werden jedoch an der aufsteigenden Trommelwand, deren Mantellinie von Erreichen der Waagrechten je nach der Pulvereintragungsseite noch abfällt, zum mindesten teilweise entgegen der Arbeitsrichtung zurückrollen.
Aus diesem Grunde verbieten sich Erhebungswinkel für die untere Mantellinie, die sich dem halben Kegelöffnungswinkel nähern, d. h. bei einem Kegelöffnungswinkel von 400 muss der Erhebungswinkel unter 200 bleiben, wobei allerdings Umdrehungsgeschwindigkeit der Trommel und Rieselfähigkeit des Aufsprühproduktes von wesentlicher Bedeutung sind: Bei einem weniger gut rieselnden Produkt wird besonders bei hoher Umdrehungsgeschwindigkeit der Trommel der Rückrolleffekt selbst, bei einem Erhebungswinkel von 150 noch minimal sein, so dass die dann gegebene vorteilhafte maximale Aufsprühfläche, die das 2,63fache von derjenigen der Fig. 2 beträgt, noch genutzt werden kann.
Wesentlich für die Mengenleistung der Apparatur ist die maximale Aufsprühgeschwindigkeit. Dieses richtet sich
1. nach der maximalen Aufsprühfläche
2. der Oberflächenerneuerungsrate.
Je grösser die Pulveroberfläche ist, die für die Besprühung zur Verfügung steht, bzw. je grösser der Sprühkreis sein kann, in dem der Sprühkegel der Vernebelungsdüse auf die Pulverfläche auftritt - der maximale Sprühkreis - desto rascher kann aufgesprüht werden. Diese Aufsprühleistung ist aber anderseits begrenzt, weil ja die einzelnen Pulverteilchen die Tröpfchen aufnehmen und dann rasch von der Pulveroberfläche verschwinden müssen, um noch unbesprühten Pulverteilchen Platz zu machen. Je rascher daher dieser Austausch stattfindet. d. h. je höher die Oberflächenerneuerungsrate liegt, desto rascher kann aufgesprüht werden. Diese Oberflächenerneuerung kommt durch einen ständigen Mischvorgang zustande: Ausser der Horizontalbewegung ist es insbesondere die Vertikalbewegung, die durch Steigerung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Trommel beschleunigt wird.
Die Umdrehungsgeschwindigkeit soll daher mindestens 15 UpM, vorzugsweise mindestens 25 UpM, betragen. Sie liegt insbesondere zwischen 25 und 100 UpM. Bei höheren Drehzahlen, bei denen ein Teil des Pulvers nicht mehr zurückfällt, sondern mitrotiert, wird ein vorzugsweise fest montierter Abstreifer etwa im Zenit der Trommel angebracht, der das mitrotierende Pulver wieder von der Trommelwand abnimmt und in Form eines Schleifers über das Trommelinnere verteilt. Der Düsensprühkegel trifft dann grösserenteils diesen Pulverschleier, wodurch eine Steigerung der Aufsprühgeschwindigkeit möglich ist.
Die erfindungsgemässe Trommel hat nun den gro ssen Vorteil, dass eine sehr grosse Aufsprühfläche zur Verfügung steht, und zwar gleich beim Materialeingang.
Auf diese maximale Aufsprühfläche wird die Sprühdüse bzw. werden die Sprühdüsen zweckmässigerweise eingerichtet. Bei genügend grosser Pulverbewegung wird hier der Flüssigkeitsnebel sehr rasch aufgenommen, und es erfolgt dann beim Weiterwandern des Pulvers nach dem schmalen Ende durch die rasche Rotation der Trommel ein guter Agglomerationseffekt unter Bildung voluminöser, kugelförmiger Gebilde. Es wird auf diese Weise die gesamte Länge der Trommel für den Aufsprüh- und Agglomeriervorgang ausgenützt.
Da das besprühte und zu grösseren Aggregationen agglomerierte Material wesentlich leichter rollt als das pulverige Ausgangsmaterial, kommt man in der Agglomerierzone (dem schmalen Teil des Konus), meist ohne Abstreifer aus, sofern man die Umdrehungsgeschwin digkeit entsprechend einstellt.
Für die Aufsprühung sind sowohl Flüssigkeitsdruckdüsen wie auch Luftdruckdüsen verwendbar. Auch Dreistoffdüsen (2 Flüssigkeiten + Luft) können zur Verwendung kommen. Bei Luftdruckdüsen sind die dort möglichen grossen Düsenöffnungen (Querschnitte) von Vorteil wegen der geringeren Verstopfungsgefahr.
Für eine gute Luftabführung und Trennung von Staub von der Abluft (Zyklon, Filtersack) muss dann gesorgt werden. Eine möglichst feine Versprühung ist anzustreben.
Die Anbringung der Düsen in der grossen Stirnwand hat noch folgenden Vorteil: Die Düsen können aus möglichst grosser Höhe auf die Pulveroberfläche gerichtet werden. Es ist nämlich günstiger, aus grösserer Entfernung aufzusprühen, da die einzelnen Flüssigkeitströpfchen beim Auftreffen auf die Pulveroberfläche dann weiter voneinander entfernt sind, wodurch die Verklumpungsgefahr verringert wird. Die Tröpfchen treffen dann auch nicht mit so hoher Wucht auf die Pulverteilchen, d. h. die Gefahr des Durchschlagens bis auf die Trommelwand ist dann geringer.
Die Düsen müssen nur so weit in die Trommel hineinragen, dass sie genau auf den maximalen Pulveroberflächenkreis eingestellt werden können. Sie müssen aber noch von aussen gut zugänglich sein. Das Hineinverlegen der ganzen Düsen in das Trommelinnere ist unpraktisch.
Für manche Anwendungszwecke ist es weiterhin vorteilhaft, noch eine zusätzliche, mitrotierende Kammer anzuschliessen, worin noch weitere Pulverstoffe zugemischt werden können. Dies ist z. B. zweckmässig, wenn zu feuchte Oberflächen der Agglomerationen durch ein Bepudern mit einem geeigneten feinen Pulverstoff abgetrocknet werden müssen. Aus Fig. 7 ist eine solche erfindungsgemässe Trommel mit Nachmischkammer zu ersehen.
Trommel wie auch Nachmischkammer können für niedrige Umdrehungsgeschwindigkeiten, wie z. B.
20 UpM, zur Unterstützung des Mischvorgangs im Innern mit Leitschaufeln bestückt sein. Insbesondere bei der Aufsprühtrommel selbst entfallen vorzugsweise die Leitschaufeln, insbesondere dann, wenn auf die Bildung von Agglomeraten Wert gelegt wird. Es ist daher die bevorzugte Ausführungsform, in der Aufsprühzone und gegebenenfalls auch in der Nachmischkammer einen Abstreifer anzubringen, der die Trommelwand von Ablagerungen freihält.
Wie in Fig. 7 gezeigt wird, ist es zweckmässig, die Trommel über 2 um den Trommelumfang gelegte Laufringe i auf Laufrollen k zu lagern und über diese anzutreiben. Eine Stützrolle 1 verhindert das seitliche Abrutschen. Aus einer oder mehreren Sprühdüsen ml bzw. m2 wird aufgesprüht. Diese Düsen ragen durch den feststehenden Deckel n in die Trommel hinein. Der Deckel n ist gegen die rotierende Trommel abgedichtet.
Ebenso führt durch den Deckel n eine Pulverzuteilungsvorrichtung o in die konische Trommel. Auf der anderen Seite wird die mitrotierende Nachmischkammer p über die Pulverzuteilungsvorrichtung q mit zusätzlichem Pulvermaterial gespeist. Die feststehende Austragskammer r, die gegen die rotierende Nachmischkammer p abgedichtet ist, mündet in die Austragsschleuse s. An der Austragskammer r, wie auch alternativ am Deckel n, sind Abluftableitungen t angesetzt, die über einen Ventilator und einen Zyklon die Abluft durch einen Filter sack ins Freie befördern.
In einer Apparatur entsprechend Fig. 7, bei der die Aufsprühkammer eine Länge von 110 cm hatte, der grosse Kegelrumpfdurchmesser 90 cm, der kleine 40 cm betrug, konnten bei 26 Trommelumdrehungen/ Minute 800 kg eines Haushaltsvollwaschmittels mit einem Schüttgewicht von 350 g/l hergestellt werden, d. h. eine Menge von 2300 l/h. Die Verweilzeit des Materials in der Trommel betrug 6 sec. Es entstand dabei ein sehr schön rieselfähiges, trockenes, gleichmässig agglomeriertes Produkt mit einer durchschnittlichen Korngrösse von 0,6 mm. Diese für die Grösse der Apparatur hohe Durchsatzleistung resultierte aus der grossen Aufsprühfläche an der Zulaufseite und die anschlie ssende Granulierstrecke bei entsprechend hoher Aufsprühgeschwindigkeit. Mit den Aufsprühtrommeln nach dem Stande der Technik ist eine solch hohe Durchsatzleistung nicht möglich.
Im deutschen Patent Nr. 937495 wird eine Agglomeriervorrichtung beschrieben, die äusserlich eine gewisse Ähnlichkeit mit der erfindungsgemässen Apparatur aufweist. Diese Agglomeriervorrichtung dient jedoch nicht zum Aufsprühen von Flüssigkeiten auf Pulver, sondern zum Trockenagglomerieren feiner Stäube. Die fertigen, sehr kompakten Granalien werden auch nicht am schmalen Ende, sondern am weiten Ende, nämlich der Pulvereintragsseite, abgenommen. Die erfindungsgemässe Aufsprühapparatur mit ihren grossen Vorteilen für das rasche Aufsprühen von Flüssigkeiten zur vorzugsweisen Erzielung voluminöser Agglomerationen liess sich aus der bekannten Vorrichtung nicht entnehmen.
Es besteht weiterhin die Möglichkeit, die erfindungsgemäss Apparatur nicht nur kontinuierlich, sondern auch diskontinuierlich zu betreiben. Für den diskontinuierlichen Betrieb ist es notwendig, die Aufsprühkammer gegen die Nachmischkammer p abzuschliessen, was durch Anpassen eines mitrotierenden, kreisrunden, konzentrischen Deckels gegen den Überlaufring geschehen kann, der die Aufsprühkammer gegen die Nachmischkammer abgrenzt. Selbstverständlich kann dies auch dann erfolgen, wenn auf eine Nachmischkammer verzichtet wird und der Überlaufring der Aufsprühkammer diese direkt gegen die Auftragskammer r begrenzt.
Dieser mitrotierende Deckel wird dann zum Entleeren der Aufsprühkammer ein Stück weit zurückgezogen, damit das Fertigprodukt ausfallen kann. Für den kontinuierlichen Betrieb verbleibt der mitrotierende Deckel ständig in der zurückgezogenen Stellung.
Schliesslich sei noch ergänzt, dass in der erfindungsgemässen Drehtrommel auch Erhitzungsvorgänge durchgeführt werden können, um z. B. zum Zwecke der Agglomeration auf Pulverstoffe aufgesprühtes Wasser wieder wegtrocknen zu können. Hier ist es zweckmässig, für diese Nachtrocknung die Nachmischkammer p zu benützen, indem durch die Austragskammer r hindurch in die Nachmischkammer Heissluft eingeführt wird im Gegenstrom zum Pulvermaterial. Auch eine Aussenbeheizung der Nachmischkammer kommt gegebenenfalls in Frage. Man kann auch durch seitliche Einführung eines Heizgasbrenners - gegebenenfalls mit Vorkammer - in die Ausfallkammer höhere Temperaturen erzeugen, die ausreichen, um z. B. Orthophosphate in kondensierte Phosphate überführen zu können.
In diesen Fällen ist es zweckmässig, die Abluftabführung nicht bei der Austragskammer, sondern auf der Pulvereintragsseite durch die Stirnwand der Aufsprühkammer vorzunehmen.
Besonders bei gleichzeitiger Erhitzung der Apparatur mit Heissluft bzw. einem Heizgasbrenner ist es zweckmässig, auf Leitschaufeln ganz zu verzichten und auch in der Nachmischkammer einen Abstreifer anzubringen. Dies kann z. B. so geschehen, dass ein fest montierter Abstreifer durch die ganze Länge der Apparatur hindurchgeführt und etwa im Zenit so angebracht wird, dass er der Trommelwand so gut wie möglich anliegt. Statt einem solchen festmontierten Abstreifer oder zusätzlich zu diesem kann auch ein mit Federkraft elastisch angedrückter Abstreifer angebracht werden.
Ein fest montierter Abstreifer, der der Trommelwand beider Kammern mit nur geringem Abstand, z. B. 3-6 mm, durchgehend anliegt, stört die Agglomeration nicht, sofern man dafür sorgt, dass in der Agglomerationszone, d. h. im schmalen Konusteil, die Umfangsgeschwindigkeit der Trommel nicht so hoch wird, dass das Pulvermaterial vom Abstreifer erfasst wird.
Die Umdrehungszahl soll jedoch so hoch sein, dass in der Aufsprühzone, d. h. im breiten Konusteil, die Umfangsgeschwindigkeit so hoch ist, dass das Pulvermaterial vom Abstreifer in Form eines Pulverschleiers über das Trommelinnere verteilt wird.
Lässt man bei der Apparatur nach Fig. 7 die untere Mantellinie der Aufsprühkammer in der Arbeitsrichtung um 3050' ansteigen und lässt die Trommel mit einer Geschwindigkeit von 68 UpM rotieren, dann ist im letzten Drittel der Trommel die Umfangsgeschwindigkeit nicht mehr ausreichend, um ein mittelmässig rieselndes Waschpulver mit Schüttgewicht 455 g/l bis zu einem im Zenit angebrachten Abstreifer hochzuheben, und man erhält so einen sehr schönen Agglomerationseffekt.
Device for spraying liquids onto powder materials
It is known to spray powder substances in rotating drums with liquids. These drums are usually cylindrical with different diameter / length ratios. It is sprayed on partly from the end face and partly from a self-assembled nozzle inside the drum. Furthermore, a double-conical drum is known in which two conical bodies are joined by their base surfaces and in which spraying is carried out from one narrow side.
Spray-on processes can be carried out in all of these apparatuses, a short cylindrical drum and the double-cone drum being suitable only for discontinuous operation, while spray-on products can also be produced in continuous operation in a more elongated cylindrical drum.
It has now been found that the following device is particularly suitable for the continuous production of voluminous agglomerates from powders by spraying on liquids:
The device consists of a rotating drum in the form of a conical hull, in which the powder material is introduced at the wide end and the spray product is discharged from the drum at the narrow end, the liquid components being sprayed into the drum from one or more atomizing nozzles through openings in the end wall preferably towards the powder surface and preferably through the end wall of the wide end.
The base surface line of the drum can be slightly inclined in the direction of the narrow end of the conical hull, but is preferably flat or slightly rising. The slight inclination is to be understood as one of at most 50, while with a rising base surface line the elevation angle must be smaller than half the cone opening angle.
The cone opening angle should normally not be more than 500 and preferably between 10 and 450. The inclination or incline of the basic surface line, the cone opening angle and the speed of rotation of the drum must be coordinated with one another, taking into account the properties sought for the product.
In the case of the cylindrical drums according to the prior art, the base surface line can at best lie horizontally, but it is generally inclined in the intended flow direction, the inclination and speed of rotation being decisive for the material throughput. With a horizontal basic surface line, the throughput is very low: it is only determined by the greater material layer height on the inlet side.
In the case of the drum according to the invention, however, a further moment of movement is added: with a horizontal base surface line, an additional movement of material takes place, as shown schematically in FIG. The arrow shows the working direction. A particle located at the material inlet a is lifted up by the ascending drum wall, the speed of rotation of the drum being assumed to be just high enough that the particle is lifted up to the level of the upper surface line, i.e. to b, but from there by gravity c - except for the remaining powder bed - falls down. From there it is lifted back to d, falls to e, etc., until it has reached f and leaves the drum via the overflow ring g, i.e. H. the particle has passed through the drum after 9 revolutions.
The conical shape of the drum accelerates the material flow considerably when the powder material is introduced at the wide end of the conical body. The fact that the powder surface does not lie horizontally in the drum, but rather inclined in the direction of rotation of the drum, does not impair the fundamental correctness of the above considerations.
The same effect can of course be achieved with a cylindrical drum if the drum is inclined sufficiently in the working direction.
When spraying liquids, however, there is then the essential disadvantage that a sufficiently large powder surface is only formed as a spraying area at the discharge end, while at the beginning of the drum no or only very little powder material is available for spraying. It must either be sprayed from the upper end wall over the entire length of the drum onto the maximum powder surface located at the other end of the drum, or from the lower end wall against the direction of migration of the powder. In both cases, a large part of the drum remains unused for the spraying and agglomeration process, since the agglomeration process follows the spraying process and not vice versa.
However, the conditions are much more favorable in the drum according to the invention. The conical shape of the drum creates a very wide powder surface at the beginning of the drum, which is suitable for spraying the liquid, while the powder surface becomes narrower in the direction of the discharge end. This part is then fully used for the formation of agglomerates.
Fig. 2 shows a section through the drum at level a-g, i.e. H. the shape and size of the powder surface. The maximum spray circle h has a diameter of 48.2 mm in the drawing.
If the lower surface line of the drum is now allowed to rise by 60 towards the discharge end, the dwell time in the drum is longer: at the same speed of rotation, as shown in FIG. 3, the particle only wandered through the apparatus after 19 drum rotations. The shape and size of the powder surface is then more favorable with the same overflow ring, since the powder starting point a is then significantly higher than in FIG. 1.
As can be seen from FIG. 4, the larger powder surface then also results in a larger maximum spray circle h: Its diameter of 61 mm results in a maximum spray area 1.71 times as large (compared to FIG. 2), i.e. H. allows a 1.71 times greater spray speed with the same number of revolutions.
In the drum according to FIG. 1, the cone opening angle is 25. FIG. 5 shows a drum of the same length and with the same diameter of the narrower end, but with a cone opening angle of 400. The lower surface line rises by 100.
Here the powder needs 8 drum revolutions to get from a to g. The very large spray area can be seen in FIG. 6: The maximum spray circle has a diameter of 75 mm, which results in 2.42 times the maximum spray area compared to FIG.
With an increase in the lower surface line of 200, with a cone opening angle of 400 it should result that the powder material no longer migrates horizontally, since the powder surface is parallel to the now horizontal axis of rotation of the drum. Larger, spherical granules, in particular those with a dry surface, will, however, at least partially roll back against the working direction on the ascending drum wall, the surface line of which falls from reaching the horizontal depending on the powder entry side.
For this reason, elevation angles for the lower surface line which approach half the cone opening angle are prohibited, i.e. H. With a cone opening angle of 400, the elevation angle must remain below 200, although the speed of rotation of the drum and the flowability of the sprayed product are of essential importance: With a product that does not trickle as well, the rollback effect itself becomes minimal, especially at a high rotational speed of the drum, with an elevation angle of 150 it is still minimal so that the then given advantageous maximum spray area, which is 2.63 times that of FIG. 2, can still be used.
The maximum spray speed is essential for the quantitative output of the apparatus. This is directed
1. after the maximum spray area
2. the surface renewal rate.
The larger the powder surface that is available for spraying, or the larger the spray circle in which the spray cone of the atomizing nozzle hits the powder surface - the maximum spray circle - the faster it can be sprayed. On the other hand, this spraying power is limited because the individual powder particles take up the droplets and then quickly disappear from the powder surface in order to make room for powder particles that have not yet been sprayed. The faster this exchange takes place. d. H. the higher the surface renewal rate, the faster it can be sprayed on. This surface renewal comes about through a constant mixing process: apart from the horizontal movement, it is in particular the vertical movement that is accelerated by increasing the speed of rotation of the drum.
The speed of rotation should therefore be at least 15 rpm, preferably at least 25 rpm. In particular, it is between 25 and 100 rpm. At higher speeds, at which part of the powder no longer falls back but rotates with it, a preferably permanently mounted scraper is attached approximately in the zenith of the drum, which removes the rotating powder from the drum wall again and distributes it over the inside of the drum in the form of a grinder. The nozzle spray cone then mostly hits this powder veil, which enables the spraying speed to be increased.
The drum according to the invention now has the great advantage that a very large spray surface is available, namely right at the entry of the material.
The spray nozzle or the spray nozzles are expediently set up on this maximum spray area. If the powder movement is sufficiently large, the liquid mist is absorbed very quickly here, and as the powder moves on to the narrow end, the rapid rotation of the drum results in a good agglomeration effect with the formation of voluminous, spherical structures. In this way, the entire length of the drum is used for the spraying and agglomeration process.
Since the sprayed material, which has agglomerated into larger aggregations, rolls much more easily than the powdery starting material, the agglomeration zone (the narrow part of the cone) usually does not need a scraper, provided that the speed of rotation is set accordingly.
Both liquid pressure nozzles and air pressure nozzles can be used for spraying. Three-substance nozzles (2 liquids + air) can also be used. In the case of air pressure nozzles, the large nozzle openings (cross-sections) possible there are advantageous because of the lower risk of clogging.
Good air extraction and separation of dust from the exhaust air (cyclone, filter bag) must then be ensured. A spray that is as fine as possible is desirable.
Attaching the nozzles in the large end wall has the following advantage: The nozzles can be directed onto the powder surface from the greatest possible height. This is because it is more beneficial to spray from a greater distance, since the individual liquid droplets are further apart when they hit the powder surface, which reduces the risk of clumping. The droplets then do not hit the powder particles with such great force, i. H. the risk of penetration through to the drum wall is then lower.
The nozzles only have to protrude so far into the drum that they can be set precisely to the maximum powder surface circle. But they still have to be easily accessible from the outside. Relocating all the nozzles inside the drum is impractical.
For some purposes it is also advantageous to connect an additional, co-rotating chamber, in which further powder substances can be added. This is e.g. B. useful if the surfaces of the agglomerations that are too moist have to be dried by dusting them with a suitable fine powder material. From FIG. 7, such a drum according to the invention with a post-mixing chamber can be seen.
The drum as well as the post-mixing chamber can be used for low rotational speeds, e.g. B.
20 rpm, to support the mixing process inside with guide vanes. In particular in the case of the spray drum itself, the guide vanes are preferably omitted, in particular when the formation of agglomerates is important. It is therefore the preferred embodiment to install a scraper in the spray zone and, if necessary, also in the post-mixing chamber, which keeps the drum wall free from deposits.
As shown in FIG. 7, it is expedient to mount the drum on rollers k by means of 2 races i placed around the drum circumference and to drive it via these. A support roller 1 prevents sideways slipping. One or more spray nozzles ml or m2 are sprayed on. These nozzles protrude through the fixed cover n into the drum. The cover n is sealed against the rotating drum.
A powder dispensing device o also leads through the cover n into the conical drum. On the other hand, the co-rotating post-mixing chamber p is fed with additional powder material via the powder dispensing device q. The fixed discharge chamber r, which is sealed against the rotating post-mixing chamber p, opens into the discharge lock s. Exhaust air ducts t are attached to the discharge chamber r, and alternatively to the cover n, which convey the exhaust air through a filter bag into the open via a fan and a cyclone.
In an apparatus according to FIG. 7, in which the spray chamber had a length of 110 cm, the large conical diameter 90 cm, the small 40 cm, 800 kg of a household detergent with a bulk density of 350 g / l could be produced at 26 drum revolutions / minute be, d. H. a quantity of 2300 l / h. The residence time of the material in the drum was 6 seconds. The result was a very nice, free-flowing, dry, evenly agglomerated product with an average grain size of 0.6 mm. This throughput, which is high for the size of the apparatus, resulted from the large spray surface on the inlet side and the subsequent granulating section at a correspondingly high spray speed. Such a high throughput is not possible with the spray drums according to the state of the art.
In the German patent no. 937495 an agglomeration device is described which externally has a certain similarity to the apparatus according to the invention. However, this agglomerating device is not used to spray liquids onto powder, but rather to dry agglomerate fine dusts. The finished, very compact granules are not removed from the narrow end, but rather from the wide end, namely the powder entry side. The spraying apparatus according to the invention, with its great advantages for the rapid spraying of liquids to preferably achieve voluminous agglomerations, could not be taken from the known apparatus.
It is also possible to operate the apparatus according to the invention not only continuously but also discontinuously. For discontinuous operation it is necessary to close the spray chamber from the post-mixing chamber p, which can be done by adapting a rotating, circular, concentric cover against the overflow ring, which delimits the spray chamber from the post-mixing chamber. Of course, this can also be done if a post-mixing chamber is dispensed with and the overflow ring of the spray chamber limits it directly against the application chamber r.
This co-rotating cover is then pulled back a little to empty the spray chamber so that the finished product can fail. The lid, which rotates with it, remains in the retracted position for continuous operation.
Finally, it should be added that heating processes can also be carried out in the rotary drum according to the invention in order to e.g. B. to be able to dry away water sprayed on powder materials for the purpose of agglomeration. It is useful here to use the post-mixing chamber p for this post-drying, in that hot air is introduced through the discharge chamber r into the post-mixing chamber in countercurrent to the powder material. External heating of the post-mixing chamber may also be considered. You can also by lateral introduction of a hot gas burner - if necessary with an antechamber - generate higher temperatures in the failure chamber, which are sufficient to z. B. to be able to convert orthophosphates into condensed phosphates.
In these cases it is advisable not to discharge the exhaust air at the discharge chamber, but rather on the powder input side through the end wall of the spray chamber.
Especially when the apparatus is heated with hot air or a hot gas burner at the same time, it is advisable to dispense with guide vanes altogether and also to attach a scraper in the post-mixing chamber. This can e.g. This can be done, for example, that a fixed scraper is passed through the entire length of the apparatus and is attached approximately at the zenith so that it lies against the drum wall as closely as possible. Instead of such a permanently mounted wiper or in addition to it, a wiper that is elastically pressed on by spring force can also be attached.
A permanently mounted scraper, which the drum wall of both chambers with only a small distance, z. B. 3-6 mm, is in continuous contact, the agglomeration does not interfere, provided that it is ensured that in the agglomeration zone, d. H. in the narrow part of the cone, the peripheral speed of the drum is not so high that the powder material is caught by the scraper.
However, the number of revolutions should be so high that in the spray zone, d. H. in the wide conical part, the peripheral speed is so high that the powder material is distributed over the inside of the drum by the scraper in the form of a powder veil.
If, in the apparatus according to FIG. 7, the lower surface line of the spray chamber is allowed to rise by 3050 'in the working direction and the drum is rotated at a speed of 68 rpm, then the peripheral speed in the last third of the drum is no longer sufficient for a medium trickling speed Lifting washing powder with a bulk density of 455 g / l up to a scraper attached in the zenith, and you get a very nice agglomeration effect.