CH648493A5 - FLUID FILM APPARATUS AND USE OF THE SAME. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtapparatur gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Verwendung der Wirbelschichtapparatur. The invention relates to a fluidized bed apparatus according to the preamble of claim 1 and a use of the fluidized bed apparatus.
Für die Durchmischungs- und Wärmeübergangseigen-schaften in Wirbelschichtapparaturen ist bekanntlich die Feststoffbewegung neben der Blasenbildung und -bewegung im Wirbelbett ausschlaggebend. For the mixing and heat transfer properties in fluidized bed apparatuses, it is known that the movement of solids in addition to the formation and movement of bubbles in the fluidized bed is decisive.
Besonders bei Reaktionsgütern mit unterschiedlicher Dichte und/oder unterschiedlicher Partikelgrösse und/oder unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit ist eine gute Durchmischung bzw. die Verhinderung der Reaktionsgutentmischung oft äusserst problematisch. Dies ist auch bei der Herstellung von pharmazeutischen Granulaten sehr oft ein störendes Problem. Particularly in the case of reaction goods with different densities and / or different particle sizes and / or different surface properties, thorough mixing or the prevention of reaction goods separation is often extremely problematic. This is very often a disruptive problem in the production of pharmaceutical granules.
Bisher versuchte man, diesen Problemen durch Verwendung von verschiedenen Einbauten oder pneumatischen Mischvorrichtungen oder durch schwingende bzw. oszillierende Siebböden in den Wirbelschichtreaktoren zu begegnen. So far, attempts have been made to counter these problems by using various internals or pneumatic mixing devices or by oscillating or oscillating sieve trays in the fluidized bed reactors.
Es wurde ferner versucht, durch Anbringung eines Stern-rührers über dem Siebboden die Kanalbildung (Konzentration des Gutes in schmalen Kanälen bzw. Schläuchen) zu verhindern und dadurch die Wirbelschichtbewegung zu verbessern. Durch den Sternrührer wird jedoch praktisch keine Zentrifugalbewegung des Gutes bewirkt. Das Gut strömt wie bei allen bisher bekannten derartigen Apparaturen vorwiegend innen hoch und aussen abwärts. Dies hat bei einigen Anwendungen, insbesondere beim Besprühen des Gutes zum Herstellen eines Granulats die unerwünschte Folge, dass feuchtes Gut mit der Wand in Berührung kommt und dort leicht festbacken kann. Attempts were also made to prevent channel formation (concentration of the material in narrow channels or hoses) by attaching a star stirrer above the sieve bottom and thereby improving the fluidized bed movement. However, practically no centrifugal movement of the material is brought about by the star stirrer. The material flows, as in all previously known apparatuses of this type, predominantly upwards and downwards on the outside. In some applications, in particular when spraying the material to produce granules, this has the undesirable consequence that moist material comes into contact with the wall and can easily get stuck there.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Wirbelschichtapparatur der eingangs genannten Art, um die Nachteile bekannter Ausführungen zu vermeiden und um insbesondere den Mischeffekt so zu verbessern, dass das Gut aussen nach oben und innen nach unten strömt. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definierten Massnahmen gelöst. The object of the invention is to create a fluidized bed apparatus of the type mentioned at the outset in order to avoid the disadvantages of known designs and in particular to improve the mixing effect in such a way that the material flows upwards and downwards inside. This object is achieved by the measures defined in the characterizing part of patent claim 1.
Damit wird in sehr vorteilhafter Weise erreicht, dass das von der Rotorscheibe radial nach aussen geschleuderte und anschliessend längs der Innenwand des Wirbelschichtbehälters nach oben strömende Gut von dieser Innenwand allmählich radial nach innen umgelenkt wird, so dass es schliesslich im Bereich der Achse des Wirbelschichtbehälters nach unten strömt und unten erneut in den Einflussbereich der Rotorscheibe gelangt. Die Vorteile der Wirbelschichtapparatur liegen also darin, dass man in einfacher Weise eine wesentliche Verbesserung der Mischgüte erzielen kann. Das ist gleichermassen für Wirbelschichtmischer, -trockner, -re-aktoren und -granulatoren von grosser Bedeutung und hat sich insbesondere bei der Herstellung pharmazeutischer Granulate bewährt. It is thus achieved in a very advantageous manner that the material that is thrown radially outward from the rotor disk and then flows upward along the inner wall of the fluidized bed container is gradually deflected radially inward from this inner wall, so that it finally ends downward in the region of the axis of the fluidized bed container flows and comes again into the area of influence of the rotor disc below. The advantages of the fluidized bed apparatus are therefore that a significant improvement in the mixing quality can be achieved in a simple manner. This is also of great importance for fluidized bed mixers, dryers, re-actuators and granulators and has proven particularly useful in the manufacture of pharmaceutical granules.
Aus der Verjüngung des Wirbelschichtbehälters ergibt sich die Möglichkeit, die Strömungsverhältnisse in der Wirbelschichtapparatur unabhängig von der zirkulierenden Luftmenge in einfacher Weise an verschiedenartige Granulate anzupassen. Dieser zusätzliche Vorteil wird durch die Hö-henverstellbarkeit der Rotorscheibe vorzugsweise im unteren konischen Behälterteil erreicht. The tapering of the fluidized bed container gives the possibility of adapting the flow conditions in the fluidized bed apparatus to different types of granules in a simple manner, regardless of the amount of air circulating. This additional advantage is achieved by the height adjustment of the rotor disk, preferably in the lower conical part of the container.
Der Spalt zwischen Behälterinnenwand und Aussenrand der Rotorscheibe kann dann durch Anheben der Rotorscheibe verringert werden. Auf diese Weise kann z.B. bei gleicher Luftmenge die Luftgeschwindigkeit erhöht werden. Es ist ferner möglich, den Luftdurchsatz z.B. sogar zu verringern und trotzdem die Luftgeschwindigkeit durch eine gleichzeitige Verkleinerung des Spaltes zu erhöhen. Die letztgenannte Ausgestaltung hat also den Vorteil, dass die Wirbelschichtapparatur jeweils optimal an die Strömungseigenschaften des Granulates angepasst werden kann. Dadurch wird z.B. eine produktspezifische Optimierung der Betriebsbedingungen im Hinblick auf die Produktqualität ermöglicht. The gap between the inner wall of the container and the outer edge of the rotor disk can then be reduced by lifting the rotor disk. In this way e.g. the air speed can be increased with the same amount of air. It is also possible to increase the air flow rate e.g. even to decrease and still increase the air speed by simultaneously reducing the gap. The latter embodiment has the advantage that the fluidized bed apparatus can be optimally adapted to the flow properties of the granules. This will e.g. enables product-specific optimization of the operating conditions with regard to product quality.
Die Vorteile der Wirbelschichtapparatur liegen also darin, dass man in einfacher Weise eine wesentliche Verbesserung der Mischgüte erzielen kann. Das ist gleichermassen für Wirbelschichtmischer, -trockner, -reaktoren und -granulatoren von grosser Bedeutung und hat sich insbesondere bei der Herstellung pharmazeutischer Granulate bewährt. The advantages of the fluidized bed apparatus are therefore that a significant improvement in the mixing quality can be achieved in a simple manner. This is also of great importance for fluidized bed mixers, dryers, reactors and granulators and has proven particularly useful in the manufacture of pharmaceutical granules.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Wirbelschichtapparatur nach der Erfindung können mit den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 4 erreicht werden. Advantageous embodiments of the fluidized bed apparatus according to the invention can be achieved with the features of claims 2 to 4.
Um das Abgleiten des Gutes vom mittleren Bereich der Rotorscheibe zu erleichtern, kann die Ausgestaltung gemäss Anspruch 2 erfolgen. In order to facilitate the sliding of the material from the central area of the rotor disk, the configuration according to claim 2 can be carried out.
Wenn die Ausgestaltung gemäss Patentanspruch 3 erfolgt, deckt die Rotorscheibe mindestens den mittleren Bereich des Siebbodens ab und verhindert somit weitgehend, dass das Wirbelbett in von der Innenwand des Wirbelschichtbehälters entfernten Bereichen von einem starken, aufwärtsgerichteten Luftstrom erfasst wird. If the configuration is according to claim 3, the rotor disk covers at least the central region of the sieve bottom and thus largely prevents the fluidized bed from being caught by a strong, upward-directed air flow in regions remote from the inner wall of the fluidized bed container.
Trotzdem kann die Ausgestaltung auch nach Patentanspruch 4 erfolgen, da das durch die Rotorscheibe hindurch nach oben strömende Gas auf jeden Fall radial nach aussen abgelenkt wird, wenn die Rotorscheibe mit hinreichender Drehzahl rotiert. Nevertheless, the embodiment can also be carried out according to claim 4, since the gas flowing upward through the rotor disk is in any case deflected radially outwards when the rotor disk rotates at a sufficient speed.
Der Abstand zwischen dem Siebboden und der Rotorscheibe kann 0,5 bis 20,0 mm betragen, wodurch erreicht werden kann, dass das durch den Siebboden nach oben strömende Gas sofort eine radial nach aussen gerichtete Strömungskomponente erhält, was ebenfalls zu der erwünschten Strömung des Gutes radial nach aussen im unteren Bereich der Wirbelschicht beiträgt. The distance between the sieve plate and the rotor disk can be 0.5 to 20.0 mm, whereby it can be achieved that the gas flowing up through the sieve plate immediately receives a radially outward flow component, which also leads to the desired flow of the material contributes radially outwards in the lower region of the fluidized bed.
In vorteilhafter Weise wird die Wirbelschichtapparatur nach der Erfindung zur Herstellung pharmazeutischer Granulate verwendet. The fluidized bed apparatus according to the invention is advantageously used for the production of pharmaceutical granules.
Bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben, dabei zeigen: Preferred embodiments of the subject matter of the invention are described in more detail below with reference to the drawing, in which:
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Fig. 1 einen senkrechten Schnitt einer Wirbelschichtapparatur mit perforierter Rotorscheibe; und 1 shows a vertical section of a fluidized bed apparatus with a perforated rotor disk. and
Fig. 2 eine Variante einer Rotorscheibe und eines sich nach oben verjüngenden Wirbelschichtbehälters, ebenfalls im senkrechten Schnitt dargestellt. Fig. 2 shows a variant of a rotor disc and an upwardly tapering fluidized bed container, also shown in vertical section.
Zur Wirbelschichtapparatur gemäss Fig. 1 gehört ein sich insgesamt konisch nach oben verjüngender Wirbel-schichtbehälter 1, an den sich eine zylindrische Entspannungszone 2 anschliesst. Dazwischen wird granulatförmiges Gut von einer Dosierpumpe 3 über einen Düsenring 4 in den Wirbelschichtbehälter 1 eingetragen. Der Wirbelschichtbehälter 1 ist an seiner Unterseite mit einem Siebboden 5 abgeschlossen, der durch pneumatische Kolben 6 in oszillierende Bewegungen versetzt werden kann. In einem Abstand von 0,5 bis 20 mm über dem Siebboden ist eine horizontale, perforierte Rotorscheibe 8 höhenverstellbar angeordnet, die in der Mitte einen Zentralkegel 9 aufweist und durch einen Motor 10 antreibbar ist. The fluidized bed apparatus according to FIG. 1 includes a fluidized bed container 1 which tapers conically upwards and which is adjoined by a cylindrical relaxation zone 2. In between, granular material is fed into the fluidized bed container 1 by a metering pump 3 via a nozzle ring 4. The bottom of the fluidized bed 1 is closed with a sieve bottom 5 which can be set into oscillating movements by pneumatic pistons 6. At a distance of 0.5 to 20 mm above the sieve bottom, a horizontal, perforated rotor disk 8 is arranged adjustable in height, which has a central cone 9 in the middle and can be driven by a motor 10.
In der Wirbelschichtapparatur lässt sich mit einer Turbine 11 eine Luftzirkulation erzeugen. Die von der Turbine aus der Entspannungszone 2 abgesaugte Luft strömt durch ein Rundfilter 12, das zu Reinigungszwecken mit einer Abklappvorrichtung 13 versehen ist. Seitlich neben dem Wirbelschichtbehälter 1, der Entspannungszone 2 und dem Rundfilter 12 ist ein Seitenkanal 15 angeordnet. Abluft und Zuluft werden durch eine Abluftregulierklappe 16 bzw. einen Zuluftregulierschieber 17 an einer Lufteintritts- und -austrittsöffnung 18 eingeregelt. Die Rückluft wird über ein Vorfilter 19 und einen Lufterhitzer 20 im Seitenkanal 15 sowie durch den Siebboden 5 hindurch wieder dem Wirbelschichtbehälter 1 zugeführt. Air circulation can be generated with a turbine 11 in the fluidized bed apparatus. The air sucked out of the expansion zone 2 by the turbine flows through a round filter 12, which is provided with a folding device 13 for cleaning purposes. A side channel 15 is arranged laterally next to the fluidized bed container 1, the relaxation zone 2 and the round filter 12. Exhaust air and supply air are regulated by an exhaust air regulating flap 16 and a supply air regulating slide 17 at an air inlet and outlet opening 18. The return air is fed back to the fluidized bed 1 through a prefilter 19 and an air heater 20 in the side channel 15 and through the sieve tray 5.
Von dem aufsteigenden Gas- oder Luftstrom werden die Feststoffteilchen des im Wirbelschichtbehälter enthaltenen Gutes, das behandelt, z.B. granuliert werden soll, aufwärts transportiert, um anschliessend aufgrund der Schwerkraft nach innen auf die Rotorscheibe 8 zurückzufallen. Die von der Rotorscheibe 8 erzeugte Zentrifugalkraft treibt die Feststoffteilchen wieder in den von unten nach oben fliessenden Gas- oder Luftstrom. Auf diese Weise ergibt sich die dargestellte gleichmässig rotierende oder umwälzende Feststoffbewegung der Wirbelschicht. The solid particles of the material contained in the fluidized bed container, which is treated, e.g. to be granulated, transported upwards, and then falling back on the rotor disk 8 due to gravity. The centrifugal force generated by the rotor disk 8 drives the solid particles back into the gas or air stream flowing from bottom to top. In this way, the uniformly rotating or circulating solid movement of the fluidized bed is shown.
Besonders günstig ist, dass die konische, sich nach oben hin verjüngende Form des Wirbelschichtbehälters 1 das gesamte hochströmende Gut nach innen ablenkt. It is particularly favorable that the conical shape of the fluidized bed container 1, which tapers towards the top, deflects the entire high-flowing material inwards.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn im Zentrum der im wesentlichen ebenen Rotorscheibe 8 ein Zentralkegel 9 angeordnet ist und die Scheibenfläche ausserdem nach aussen noch leicht abfallt (a ^ 15 °C). Die Grundfläche des Zentralkegels 9 hat üblicherweise einen Durchmesser von 15 bis 50%, vorzugsweise 15 bis 30%, des Rotorscheibendurchmessers, während die Höhe des Kegels zwischen 5 und 50%, vorzugsweise 10 und 30% bezogen auf den Durchmesser des Rotors beträgt. Der Flächenanteil der Rotorscheibe sollte etwa 20 bis 95%, vorzugsweise 60 bis 80%, der Bodenfläche der Wirbelschichtapparatur besitzen. It has proven to be advantageous if a central cone 9 is arranged in the center of the essentially planar rotor disk 8 and the disk surface also slopes slightly outwards (a ^ 15 ° C.). The base area of the central cone 9 usually has a diameter of 15 to 50%, preferably 15 to 30%, of the rotor disk diameter, while the height of the cone is between 5 and 50%, preferably 10 and 30%, based on the diameter of the rotor. The surface area of the rotor disk should have about 20 to 95%, preferably 60 to 80%, of the bottom surface of the fluidized bed apparatus.
Die in Fig. 1 angedeutete Perforation 21 der Rotorscheibe 8 hat den Zweck, dass auch im Zentrum des Wirbelschichtbehälters 1 ein gewisser Teil des Gas- bzw. Luftstromes nach oben strömt. The perforation 21 of the rotor disk 8 indicated in FIG. 1 has the purpose that a certain part of the gas or air flow also flows upwards in the center of the fluidized bed container 1.
Um eine hinreichend grosse Zentrifugalkraft zu erzeugen, soll die Rotorscheibe 8 mit einer Geschwindigkeit von 20 bis 1000, vorzugsweise 40 bis 150 UpM, rotieren. In order to generate a sufficiently large centrifugal force, the rotor disk 8 should rotate at a speed of 20 to 1000, preferably 40 to 150 rpm.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 ist gezeigt, wie die Rotorscheibe 8 mittels einer Steckachse 23 höhenverstellbar gelagert werden kann, die sich zur Höhenverstellung z. B. auf einem Kolben 24 einer pneumatischen Kolben-Zylinder-einheit über ein Axiallager 25 abstützt. Die Rotorscheibe 8 kann auch im Abstand von der Steckachse 23 durch Führungsrollen oder Kugellager 26 abgestützt sein, die ebenfalls von pneumatischen Hubvorrichtungen angehoben werden können. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, verringert sich beim Anheben der Rotorscheibe 8 der Spalt d zwischen dem äusseren Rand der Rotorscheibe und der Innenwand des Wirbelschichtbehälters. In the embodiment according to FIG. 2 it is shown how the rotor disk 8 can be mounted in a height-adjustable manner by means of a plug-in axis 23 which can be used for height adjustment, for. B. is supported on a piston 24 of a pneumatic piston-cylinder unit via an axial bearing 25. The rotor disk 8 can also be supported at a distance from the stub axle 23 by guide rollers or ball bearings 26, which can also be raised by pneumatic lifting devices. As can be seen from FIG. 2, the gap d between the outer edge of the rotor disk and the inner wall of the fluidized bed container is reduced when the rotor disk 8 is raised.
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