Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Behandeln von Teilchen.
Die Teilchen können bei der Durchführung des Verfahrens, bzw. bei der Benutzung der Einrichtung, chargenweise als teilchenförmiges Gut in trockenem oder mehr oder weniger feuchtem Zustand in einen gegen die Umgebung abgeschlossenen Wirbelraum eingebracht und mit einem von unten nach oben durch diesen hindurchgeleiteten Gas - zum Beispiel Luft - kontinuierlich oder intermittierend verwirbelt werden, sodass sie zusammen mit dem Gas eine Wirbelschicht bilden. Eventuell können die Teilchen auch erst in einem Wirbelraum durch Zersprühen einer Lösung und/oder Dispersion und anschliessendes Trocknen der dabei entstehenden Tröpfchen gebildet werden.
Das Verfahren und die Einrichtung dienen insbesondere zum chargenweisen Agglomerieren von Teilchen, sodass aus den ursprünglich im Wirbelraum vorhandenen Teilchen durch eine Agglomeration bzw. Aufbau-Granulation grössere Agglomerat- bzw. Granulat-Teilchen gebildet werden. Das Verfahren und die Einrichtung können jedoch eventuell auch zum Überziehen von in den Wirbelraum eingebrachten oder aus zersprühten Tröpfchen gebildeten und eventuell vor dem Überziehen bereits im Wirbelraum agglomerierten Teilchen verwendet werden. Zum Agglomerieren und/oder Überziehen kann mindestens während eines Teils der Verwirbelungsdauer ein Sprühmaterial kontinuierlich oder intermittierend im Wirbelraum zersprüht und auf die verwirbelten Teilchen aufgesprüht werden.
Das Sprühmaterial ist mindestens zum Teil flüssig und besteht zum Beispiel aus einer Wasser und/oder ein organisches Lösungsmittel aufweisenden Lösung und/oder Dispersion oder - wenn die zu agglomerierenden Teilchen bereits ein festes Bindemittel enthalten - nur aus Wasser und/oder einem organischen Lösungsmittel. Nach dem Besprühen mit einem Sprühmaterial können die Teilchen noch ohne Besprühung verwirbelt und getrocknet werden. Das Verfahren und die Einrichtung können statt zum Agglomerieren und/oder Überziehen sowie anschliessendem Trocknen von Teilchen eventuell auch nur zum Trocknen von Teilchen dienen.
Die in den Wirbelraum eingebrachten oder in diesem aus Tröpfchen gebildeten Teilchen und/oder das gegebenenfalls auf die Teilchen aufgesprühte Sprühmaterial weisen zum Beispiel mindestens einen pharmazeutischen Wirkstoff sowie mindestens einen pharmazeutischen Hilfsstoff auf. Die als Produkt hergestellten Teilchen können dann unmittelbar als Arzneimittel dienen oder zum Beispiel durch Tablettieren, Verkapseln und dergleichen zu einem Arzneimittel weiterverarbeitet werden.
Es ist bekannt, Teilchen zum Agglomerieren chargenweise in einen Wirbelraum einzubringen, mit Luft zu verwirbeln, während eines Teils der Verwirbelungsdauer mit einem flüssigen Sprühmaterial zu besprühen und die dabei gebildeten Agglomerat- bzw. Granulat-Teilchen ohne Besprühung im gleichen Wirbelraum weiter zu verwirbeln und zu trocknen. Die Durchflussrate der durch den Wirbelraum geleiteten Luft wird dabei häufig aufgrund von visuellen Beobachtungen der verwirbelten Teilchen im Verlauf der Verwirbelung geändert, damit sich die Höhe, in welche die Teilchen aufgewirbelt werden, trotz des beim Agglomerieren zunehmenden und beim anschliessenden Trocknen wieder abnehmenden Teilchengewichts nicht allzu stark ändert.
Der Ablauf der Agglomeration während der Verwirbelung der Teilchen und die Eigenschaften der dabei hergestellten Agglomerat- bzw. Granulat-Teilchen werden stark durch die momentane Feuchte der Teilchen und die von der Feuchte abhängigen Kohäsionskräfte beeinflusst. Die im Verlauf der Verwirbelung der Teilchen vorhandene, momentane Feuchte von diesen kann zum Beispiel die mittlere Teilchengrösse, die Verteilung der Teilchengrössen, die Struktur, die Porosität, die mechanische Festigkeit, wie auch die Abriebfestigkeit, die chemische sowie mikrobielle Stabilität, die Wirkstoffabgabe und andere für die Qualität des hergestellten Produkts wichtige Eigenschaften beeinflussen. Im Übrigen ist auch die am Ende der Verwirbelung in den Teilchen verbleibende Feuchte selbst - d.h. die sogenannte Restfeuchte - eine wichtige Eigenschaft der Agglomerat- bzw. Granulat-Teilchen.
Die zu agglomerierenden Teilchen haben häufig bereits beim Einbringen in den Wirbelraum eine gewisse Feuchte, die von Charge zu Charge verschieden sein kann. Im Verlauf des Verfahrens wird die Feuchte der Teilchen durch das Besprühen mit einem mindestens teilweise flüssigen Sprühmaterial und durch den Flüssigkeitsaustausch zwischen den Teilchen und der diese verwirbelnden Luft verändert. Die momentane Feuchte der Teilchen während der Verwirbelung hängt selbstverständlich von der Sprührate des Sprühmaterials und der insgesamt zersprühten Menge des letzteren, aber auch von mehreren andern Variablen sowie Verfahrensparametern, wie der Anfangsfeuchte der Teilchen beim Einbringen in den Wirbelraum und dem Flüssigkeitsaustausch der Teilchen mit der diese verwirbelnden Luft ab.
Dieser Flüssigkeitsaustausch hängt von der Temperatur, der Feuchte sowie der Durchflussrate der genannten Luft und auch von der Bewegung der verwirbelten Teilchen ab. Wenn diese Luft - wie es häufig geschieht - aus der Umgebung angesaugt, erhitzt und ohne Beeinflussung ihrer Feuchte in den Wirbelraum geleitet wird, kann ihre vom Wetter und von der Tages- sowie Jahreszeit abhängige Feuchte also auch die Feuchte der Teilchen beeinflussen. Ferner wird die Durchflussrate der durch den Wirbelraum geleiteten Luft - wie weiter vorne beschrieben - meistens während des Verfahrens geändert. Des Weitern hängt die den Flüssigkeitsaustausch zwischen den Teilchen und der Luft ebenfalls beeinflussende Bewegung der Teilchen von deren Grösse und der Durchflussrate der Luft ab.
Die momentane Feuchte der Teilchen während der Verwirbelung hängt also in komplexer Weise von einander gegenseitig beeinflussenden Variablen ab, die teilweise nicht oder nur unvollkommen kontrolliert werden können. Da die Feuchte der Teilchen während der eigentlichen Agglomeration - wie dargelegt - die Eigenschaften der Teilchen des hergestellten Produkts stark beeinflusst, haben viele bekannte Verfahren und Einrichtungen zum Agglomerieren von Teilchen den Nachteil, dass die Eigenschaften und die Qualität des Produkts bei der industriellen, chargenweisen Produktion bei verschiedenen Produkt-Chargen häufig stark voneinander abweichen.
Beim Überziehen von Teilchen können sich zum Teil ähnliche Schwierigkeiten ergeben. Beim Überziehen besteht zum Beispiel die Gefahr, dass die Teilchen wegen einer momentanen Überfeuchtung und den daraus resultierenden Bindungskräften in unerwünschter Weise agglomerieren und Klumpen bilden.
Beim Trocknen von Teilchen ist es häufig wichtig, dass diese eine in engen Grenzen liegende Restfeuchte haben.
Es besteht daher ein Bedürfnis, bei einer mit Hilfe von einer Verwirbelung erfolgenden Behandlung von Teilchen gewährleisten zu können, dass das hergestellte Produkt immer die gewünschte Qualität hat, auch wenn sich beispielsweise die Anfangsfeuchte der Teilchen und/oder die Feuchte der zum Verwirbeln der Teilchen in den Wirbelraum eingeleiteten Luft ändert.
Es wurde bereits vorgeschlagen, die Feuchte von verwirbelten Teilchen mittels einer Sonde kapazitiv zu messen, die in die Wirbelschicht hineinragende Elektroden besitzt. Eine solche kapazitive Messung der Feuchte hat jedoch den Nachteil, dass das Messergebnis nicht nur von der zu messenden Feuchte der Teilchen, sondern auch von der Feuchte der im Wirbelraum vorhandenen Luft abhängig ist. Ferner können Kondensate grosse Messfehler verursachen. Zudem können die Teilchen bei einem relativ kleinen Abstand der einander benachbarten Elektroden zwischen diesen hängen bleiben und die Elektroden kurzschliessen, während ein relativ grosser Abstand der Elektroden voneinander nur eine geringe Messempfindlichkeit ergibt und nur eine träge Messung ermöglicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile der bekannten Verfahren und Einrichtungen zum Behandeln - insbesondere Agglomerieren und/oder eventuell Überziehen und/oder Trocknen - von Teilchen in einer Wirbelschicht zu vermeiden und insbesondere die Sicherung der Qualität des bei der Behandlung hergestellten Produkts zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens und der Einrichtung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Gemäss der Erfindung wird ein Schaufeln aufweisender Rotor im Wirbelraum angeordnet. Die Teilchen können dann in verwirbeltem, fluidisiertem Zustand oder eventuell während vorübergehender Verwirbelungsunterbrüchen in auf einen gasdurchlässigen, den Wirbelraum am unteren Ende begrenzenden Boden abgesunkenem Zustand in Kontakt mit den Schaufeln des Rotors gelangen. Ferner wird gemäss der Erfindung eine Grösse gemessen, die mit dem Drehmoment und/oder der Leistung verknüpft ist, das bzw. die zum Drehen des Rotors erforderlich ist oder eventuell vom Letzteren erzeugt wird.
Der Rotor wird bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens mit einer Antriebsvorrichtung gedreht. Ferner kann dann mit Messmitteln als Grösse das von der Antriebsvorrichtung zum Drehen des Rotors auf diesen übertragene Drehmoment und/oder die von einem zur Antriebsvorrichtung gehörenden, elektrischen Motor zum Drehen des Rotors verbrauchte, elektrische Leistung gemessen werden.
Eventuell kann man jedoch auf eine Antriebsvorrichtung verzichten und vorsehen, dass der Rotor durch das zum Verwirbeln der Teilchen durch den Wirbelraum hindurch geleitete, an den Schaufeln des Rotors vorbeiströmende Gas und die gegen die letzeren stossenden Teilchen gedreht wird und dann eine Grösse messen, die mit dem Drehmoment und/oder der Leistung verknüpft ist, das bzw. die vom rotierenden Rotor erzeugt wird.
Hier sei noch angemerkt, dass die Leistung und das Drehmoment selbstverständlich gemäss den Gesetzen der Mechanik miteinander verknüpft sind und dass zum Beispiel die bei konstanter Drehzahl des Rotors zum Drehen aufzubringende oder von diesem abgegebene Leistung proportional zu dem vom Rotor aufgenommenen bzw. abgegebenen Drehmoment ist.
Wenn verwirbelte oder eventuell auf einem gasdurchlässigen Boden aufliegende Teilchen in Kontakt mit den Schaufeln des rotierenden Rotors gelangen, finden Stösse zwischen den Rotor-Schaufeln und den Teilchen statt. Dabei muss bei jedem Stoss der gesamte Impuls sowie Drehimpuls der beiden am Stoss beteiligten Partner - d.h. des Rotors und des Teilchens - erhalten bleiben. Bei einem elastischen Stoss würde ferner auch die gesamte kinetische Energie der Stoss-Partner erhalten bleiben. Die Teilchen sind jedoch plastisch verformbar, so dass die Stösse nicht rein elastisch sind. Dementsprechend wird bei einem Stoss eines Teilchens gegen eine Schaufel ein Teil der vor dem Stoss vorhandenen, kinetischen Energie der Stoss-Partner für die plastische Verformung des Teilchens verbraucht und letztlich in Wärme umgewandelt.
Die Verformbarkeit eines Teilchens hängt von dessen Kohäsion und/oder Kohäsivität sowie Viskosität und also von den innerhalb des Teilchens wirkenden, dieses zusammenhaltenden Kohäsionskräften ab. Die Kohäsionskräfte hängen ihrerseits von der Feuchte der Teilchen ab. Die gemessene, mit dem vom Rotor aufgenommenen bzw. abgegebenen Drehmoment und/oder mit der vom Rotor aufgenommenen bzw. abgegebenen Leistung verknüpfte Grösse ist also variabel und gibt ein Mass für die Feuchte der Teilchen, für die von dieser Feuchte abhängigen, innerhalb eines Teilchens wirkenden Kohäsionskräfte sowie die aus diesen resultierende Kohäsion bzw. Kohäsivität.
Wie schon beschrieben, haben die momentanen Feuchte der Teilchen und die damit verknüpften Kohäsionskräfte vor allem beim Agglomerieren, aber auch beim Überziehen und/oder Trocknen von Teilchen grossen Einfluss auf den Ablauf der Behandlung der Teilchen und auf verschiedene Eigenschaften der bei der Behandlung hergestellten Produkt-Teilchen.
Hier ist anzumerken, dass die Kohäsionskräfte der Teilchen natürlich nicht nur von deren Feuchte, sondern auch von der chemischen Zusammensetzung sowie eventuell anderen Eigenschaften der Teilchen abhängig sind. Entsprechendes gilt für die Eigenschaften des bei der Behandlung in der Wirbelschicht hergestellte, teilchenförmige Produkt. Man wird jedoch insbesondere beim Entwickeln eines neuen Produkts im Verlauf einer Behandlung Stichproben von Teilchen aus dem Wirbelraum herausnehmen und diese Teilchen untersuchen. Desgleichen können Teilchen des durch die vollständige Behandlung erzeugten, teilchenförmigen Produkts untersucht werden. Bei diesen Untersuchungen kann man zum Beispiel die Feuchte, die Grösse, die mechanische, die chemische sowie mikrobielle Stabilität, die Porosität, die Wirkstoffabgabe und andere Eigenschaften der Teilchen messen und/oder prüfen.
Die Ergebnisse dieser Untersuchungen können dann für ein bestimmtes Produkt mit den Werten der mit Hilfe des Rotors gemessenen, variablen Grösse und/oder mindestens einer mit dieser (rechnerisch) verknüpften Grösse verglichen werden. Dadurch kann bestimmt werden, welche Werte die genannte(n) Grösse(n) in den verschiedenen Phasen des Verfahrens haben sollte(n) und/oder wie die Grösse(n) zeitlich ändern sollte(n), damit das hergestellte Produkt optimale Eigenschaften hat.
Man kann zum Beispiel sowohl bei chargenweiser Behandlung von Teilchen für Versuche als auch bei Behandlungen für die industrielle Produktion die gemessene, mit dem Drehmoment und/oder der Leistung des Rotors verknüpfte Grösse für jede Charge kontinuierlich oder intermittierend sowie quasi-kontinuierlich oder zumindest in ausgewählten, definierten Zeitpunkten der Behandlung in analoger oder digitaler Form registrieren und/oder speichern. Die registrierten und/oder gespeicherten Werte der gemessenen Grösse können dann zusammen mit anderen festgehaltenen Daten als Informationen für die Validierung des Verfahrens und für die Bewertung der Qualität der durch die Behandlung in der Wirbelschicht hergestellten Teilchen dienen. Die mit Hilfe des Rotors gemessene Grösse kann auf diese Weise zur Sicherung der Qualität des hergestellten Produkts beitragen.
Die momentanen Werte der mit Hilfe des Rotors gemessenen Grösse, und/oder einer rechnerisch mit dieser verknüpften Grösse können auch in noch näher beschriebenen Arten zum Steuern des Verfahrens bzw. Einrichtung benutzt werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens wird eine Charge von Teilchen nach ihrer mit Hilfe einer Verwirbelung erfolgenden Behandlung im Wirbelraum in mindestens einen anderen Wirbelraum gebracht und in diesem wieder verwirbelt. Man kann zum Beispiel eine Charge von Teilchen nacheinander in zwei bis vier Wirbelräumen verwirbeln und dabei verschiedenen Behandlungen unterziehen. Dabei soll mindestens einer der Wirbelräume, vorzugsweise mindestens der erste Wirbelraum und eventuell auch noch der zweite Wirbelraum einen Rotor mit Schaufeln enthalten.
Ein solches Verfahren, bei dem eine Charge von Teilchen mehrere Wirbelräume einer Einrichtung durchläuft, hat den Vorteil, dass eine Teilchen-Charge in jedem Wirbelraum nur während einer relativ kurzen Zeitdauer verwirbelt und behandelt werden muss. Mit einer solchen Einrichtung kann man bei der Entwicklung eines neuen, teilchenförmigen Produkts zuerst zu Versuchszwecken einzelne Teilchen-Chargen behandeln und dabei nur relativ kleine Mengen des Produkts herstellen. Wenn dann für die kommerzielle Verwertung des Produkts grössere Mengen von diesem hergestellt werden sollen, kann man mit der gleichen Einrichtung in kurzen Zeitabständen Teilchen-Chargen zum gewünschten Produkt verarbeiten und dieses also zwar chargenweise, aber doch fast quasi-kontinuierlich herstellen.
Die Möglichkeit, ein und dieselbe Einrichtung sowohl bei der Entwicklung eines neuen Produkts zur Herstellung kleiner Produktmengen als auch bei der industriellen Produktion zur Herstellung grosser Produktmengen in kurzer Zeit zu verwenden, ergibt erhebliche Vorteile. Man kann dann nämlich die bei Versuchen in der Entwicklungsphase des Produkts optimierten Verfahrensparameter und die optimierte Produkt-Formulierung, d.h. die Zusammensetzung des Produkts, praktisch unveränderlich für die industrielle, kommerzielle, quasi-kontinuierliche Produktion übernehmen.
Dies ergibt wiederum den Vorteil, dass man beim Übergang von der Behandlung einzelner Teilchen-Chargen in der Entwicklungsphase zur quasi-kontinuierlichen Behandlung von Teilchen -Chargen bei der industriellen Produktion mindestens weitgehend auf zusätzliche, zeitraubende Versuche verzichten kann, wie sie sonst zum Beispiel beim Wechsel von einer Einrichtung mit einem kleinen Wirbelraum zu einer Einrichtung mit einem grösseren Wirbelraum für die sogenannte Massstabsvergrösserung ("Scale-up") nötig sind.
Dabei ist es sehr vorteilhaft, dass die für die Qualität eines Produkts wichtigen Eigenschaften - wie zum Beispiel bei einem Granulat die mittlere Teilchengrösse, die Verteilung der Teilchengrössen, die mechanische, chemische sowie mikrobielle Stabilität, die Langzeitstabilität sowie Lagerbarkeit, die Restfeuchte, die Struktur sowie Porosität, Tablettierbarkeit, Fliessfähigkeit, die Verteilung des Wirkstoffs oder der Wirkstoffe, die Löslichkeit der Teilchen sowie die Wirkstoffabgabe bei der Verwendung der Granulat-Teilchen für eine Therapie oder Diagnose usw. - beim Übergang von der Entwicklungsphase zur industriellen Produktion erhalten bleiben.
Der Erfindungsgegenstand wird nun anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
die Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Wirbelschicht-Einrichtung mit mehreren Wirbelräumen,
die Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1 mit einem Ausschnitt aus dem den ersten Wirbelraum begrenzenden Behälter in grösserem Massstab,
die Fig. 3 eine Schrägansicht des im ersten Wirbelraum angeordneten Rotors und des diesen umschliessenden Mantels,
die Fig. 4 eine Schrägansicht eines anderen Rotors und
die Fig. 5 einen der Fig. 2 entsprechenden Ausschnitt aus einem Behälter mit einem anders angeordneten Rotor.
Die in der Fig. 1 ersichtliche, als Ganzes mit 1 bezeichnete Wirbelschicht-Einrichtung besitzt mehrere, nämlich drei separate, in kleinem Abstand nebeneinander angeordnete und lösbar an einem nicht gezeichneten Gestell befestigte, nur vereinfacht gezeichnete Wirbelschicht-Behälter 11, 12, 13. Diese werden im Folgenden in der Reihenfolge der Bezugszeichen als erster bzw. zweiter bzw. dritter und letzter Wirbelschicht-Behälter bezeichnet. Die drei Behälter sind im Allgemeinen identisch ausgebildet. Jeder Behälter 11, 12, 13 hat eine Wandung 15 und ist im Allgemeinen - d.h. abgesehen von mindestens einem durchsichtigen Fenster, Befestigungsmitteln, Anschluss-Stutzen und dergleichen - rotationssymmetrisch zu einer vertikalen, beim ersten Behälter mit 16 bezeichneten Achse.
Die Wandung 15 besteht aus mehreren lösbar miteinander verbundenen Teilen und besitzt einen Mantel, der unten und oben je einen zylindrischen Abschnitt und dazwischen einen sich nach oben konisch erweiternden Abschnitt hat. In jedem Behälter ist ungefähr beim unteren Ende des konischen Mantelabschnitts ein gasdurchlässiger Sieb-Boden 17 angeordnet und mit nicht bezeichneten Befestigungsmitteln lösbar an der Wandung 15 befestigt. Der obere, zylindrische Mantelabschnitt enthält ein nur vereinfacht gezeichnetes Filter 18. Dieses besitzt zum Beispiel einen rüttelbar im Behälter angeordneten Halter oder zwei separat rüttelbare Halter, wobei der bzw. jeder Halter ein flexibles Filtertuch mit mindestens einer Zotte hält. Ferner ist zum Beispiel noch eine ebenfalls nur vereinfacht gezeichnete Filter-Reinigungsvorrichtung 19 vorhanden.
Diese kann zum Beispiel mindestens eine Rüttelvorrichtung aufweisen, um den bzw. jeden Halter und das von diesem gehaltene Filtertuch zu rütteln. Das Filter kann jedoch statt mindestens eines flexiblen Filtertuchs mindestens eine starr im Behälter befestigte, im Wesentlichen formfeste Filterpatrone und zum Beispiel mehrere solche besitzen. Die Filter-Reinigungsvorrichtung kann in diesem Fall Mittel zum Ausblasen der bzw. jeder Filterpatrone aufweisen.
Jeder Behälter 11, 12, 13 begrenzt einen gasdicht gegen die Umgebung abgeschlossenen Innenraum, der durch den Sieb-Boden 17 und das Filter 18 in drei Bereiche unterteilt ist. Der zwischen dem Sieb-Boden 17 und dem Filter 18 vorhandene Bereich des Innenraums der drei Behälter 11, 12, 13 bildet einen ersten Wirbelraum 21 bzw. einen zweiten Wirbelraum 22 bzw. einen dritten und letzten Wirbelraum 23. Die Achsen 16 der Behälter 11, 12, 13 bilden auch die Achsen der Wirbelräume 21 bzw. 22 bzw. 23, wobei die letzteren im Wesentlichen rotationssymmetrisch zur zugeordneten Achse 16 sind. Jeder Behälter ist unterhalb des Sieb-Bodens 17 mit einem Gaseinlass 25 und oberhalb des Filters 19 mit einem Gasauslass 27 versehen.
Jeder Behälter 11, 12, 13 hat einen in seinen Wirbelraum mündenden Teilchen-Einlass und einen aus dem Wirbelraum herausführenden Teilchen-Auslass. Der Teilchen-Einlass des ersten Behälters ist mit 31 bezeichnet. Der Teilchen-Auslass des ersten Behälters ist durch einen zum Beispiel durch ein kurzes Rohrstück begrenzten, horizontalen Durchgang 33 mit dem Teilchen-Einlass des zweiten Behälters 12 verbunden. Der Teilchen-Auslass des Letzteren ist durch einen horizontalen Durchgang 34 mit dem Teilchen-Einlass des dritten Behälters 13 verbunden.
Die Durchgänge bzw. \ffnungen der Teilchen-Einlässe des zweiten sowie dritten Behälters und die Teilchen-Auslässe aller drei Behälter 11, 12, 13 münden unmittelbar über den Sieb-Böden 17 oder in höchstens sehr kleinem Abstand von diesen in den Wirbelraum des betreffenden Behälters, während sich die Mündungsöffnung des Teilchen-Einlasses 31 zum Beispiel weiter oben in einem gewissen Abstand vom Sieb-Boden des Behälters 11 befindet. Jeder Teilchen-Einlass und Teilchen-Auslass der Behälter 11, 12, 13 ist mit einer Absperrvorrichtung 37 versehen, die ein verstellbares, beispielsweise verschwenk- oder verschiebbares Absperrelement aufweist.
Die Absperrelemente können wahlweise in eine Schliess- und eine Freigabe-Stellung gebracht werden, in der sie den Durchgang des betreffenden Teilchen-Einlasses bzw. -Auslasses für die Teilchen abschliessen bzw. freigeben, wobei die Absperrelemente in der Schliess-Stellung die Durchgänge auch mindestens einigermassen und vorzugsweise vollkommen gasdicht abschliessen. Die Absperrelemente sind derart angeordnet, dass sie die Enden der Durchgänge in ihren Schliess-Stellungen mehr oder weniger bündig mit den Innenflächen der Wandungen 15 der Behälter abschliessen. Der Teilchen-Auslass des dritten und letzten Behälters 13 ist durch einen Durchgang 35 einer kurzen Leitung mit dem Teilchen-Einlass einer Trennvorrichtung 39 verbunden, die zum Beispiel durch einen Zyklon gebildet ist und einen Teilchen-Auslass 39a hat.
Im ersten Wirbelraum 21 ist eine in der Fig. 1 und besonders deutlich in der Fig. 2 ersichtliche Sprühvorrichtung 41 mit mindestens einer Sprühdüse angeordnet. Gemäss den Fig. 1 und 2 kann zum Beispiel eine in Abstand vom Sieb-Boden 17 stehende, zur Achse 16 des Behälters 11 koaxiale, eine nach unten gerichtete Austrittsmündung aufweisende Sprühdüse vorhanden sein. Im Übrigen kann die Sprühdüse entweder als Einstoff- oder als Zweistoffdüse ausgebildet sein.
Im ersten Wirbelraum 21 ist ferner ein in den Fig. 1 bis 3 ersichtlicher Rotor 43 angeordnet. Dieser ist um eine Rotor-Drehachse 44 drehbar. Der Rotor 43 besteht im Wesentlichen aus einem Schaufelrad mit einer Nabe 45 und mindestens zwei, zum Beispiel mindestens drei und nämlich vier Schaufeln 46. Diese bilden einen Kranz und sind auf einen Umfangskreis der Nabe 45 gleichmässig um diese sowie die Drehachse 44 herum verteilt. Die Schaufeln 46 ragen zum Beispiel in mehr oder weniger radialer Richtung von der Drehachse 44 sowie der Nabe 45 weg nach aussen und haben der Letzteren abgewandte freie Enden bzw. Randabschnitte. Die Schaufeln 46 sind vorzugsweise ähnlich wie die Schaufeln bzw.
Flügel eines Laufrades eines Axial-Gebläses oder eines Flugzeugpropellers oder einer Schiffsschraube gegen durch die Rotor-Drehachse verlaufende und gegen zu dieser rechtwinklige Ebenen geneigt und/oder verwunden. Die Nabe ist starr an einer Welle 47 befestigt. Die Rotor-Drehachse ist zum Beispiel vertikal und bezüglich des ersten Behälters 11 sowie des ersten Wirbelraums 21 exzentrisch, d.h. in horizontaler Richtung gegen die Achse 16 des ersten Behälters 11 und des ersten Wirbelraums 21 versetzt. Der Rotor 43 und insbesondere dessen Schaufeln 46 befinden sich zum Beispiel unterhalb der Sprühdüse der Sprühvorrichtung 41 in Abstand von dieser sowie vom Sieb-Boden 17 und sind - entsprechend der Anordnung der Achsen 16 sowie 44 - seitlich gegen die Sprühdüse versetzt.
Ferner ist im ersten Wirbelraum 21 vorzugsweise ein auch in der Fig. 3 gezeichneter ring- und/oder hülsenförmiger Mantel 49 vorhanden, der den Rotor 43 und insbesondere dessen Schaufeln 46 in einem zur Rotor-Drehachse 44 rechtwinkligen Schnitt umschliesst. Der Mantel 49 ist zur Drehachse 44 rotationssymmetrisch, an beiden Enden offen und beispielsweise zylindrisch. Zwischen den äusseren, freien Enden der Schaufeln 46 und der Innenfläche des Mantels ist ein freier Zwischenraum vorhanden, sodass der Rotor 43 rotieren kann ohne den Mantel 49 zu berühren.
Die Welle 47 des Rotors 43 ist über Übertragungsmittel 51 mit einer zum Beispiel seitlich vom Behälter 11 ausserhalb des Wirbelraums 21 angeordneten Antriebsvorrichtung 55 verbunden. Die Übertragungsmittel 51 besitzen Drehmoment-Messmittel 52 und zum Beispiel noch ein Kegelrad-Getriebe 53 sowie eine dieses mit der Antriebsvorrichtung 55 verbindende, horizontale Welle 54. Der Mantel 49 und die zu den Drehmoment-Messmitteln 52 sowie dem Kegelrad-Getriebe 53 gehörenden Gehäuse sind mit einer nur in der Fig. 2 und nur vereinfacht gezeichneter Halterung 56 starr, aber lösbar an der Wandung 15 des Behälters 11 befestigt, sodass sie zum Beispiel auf einer Seite der Wandung 15 durch eine in dieser vorhandene, beim Betrieb durch die Halterung 56 verschlossene \ffnung aus dem Behälter 15 herausgenommen werden können.
Die Welle 54 ist durch nur vereinfacht dargestellte, in und/oder an der Halterung 56 angeordnete Durchführungsmittel 57 hindurch aus dem Behälter 11 herausgeführt und durch diese mindestens staubdicht und eventuell annähernd oder vollkommen gasdicht gegen die Halterung 56 sowie die Wandung 15 abgedichtet. Der Rotor 43 und die Welle 47 sind mit Lagermitteln drehbar gelagert, die zum Beispiel im Gehäuse der Drehmoment-Messmittel 52 und/oder im Gehäuse des Kegelrad-Getriebes 53 angeordnet sein können. Die Drehmoment-Messmittel 52 sind vorzugsweise zwischen dem Rotor 43 und dem Kegelrad-Getriebe 53 angeordnet und besitzen einen Messwandler, um das von der Antriebsvorrichtung 55 über das Kegelrad-Getriebe 53 auf den Rotor 43 übertragene Drehmoment zu messen und in ein analoges oder digitales, elektrisches Signal umzuwandeln.
Die Antriebsvorrichtung 55 weist einen elektrischen Motor auf, um die Welle 54 mit einer festen oder eventuell elektrisch veränderbaren Drehzahl zu drehen. Ferner kann die Antriebsvorrichtung 55 eventuell noch ein Getriebe mit fester oder einstellbarer Über- bzw. Untersetzung aufweisen.
Im zweiten Wirbelraum 22 kann eventuell ebenfalls ein in der Fig. 1 mit 58 bezeichneter Rotor vorhanden sein. Dessen vertikale Drehachse ist zum Beispiel analog wie beim Rotor 43 exzentrisch zur Achse des zweiten Behälters 12 und des zweiten Wirbelraums 22, könnte jedoch stattdessen - da der zweite Wirbelraum keine Sprühdüse enthält - mit der Achse des zweiten Behälters zusammenfallen. Im Übrigen ist der Rotor 58 zum Beispiel gleich oder ähnlich wie der Rotor 43 von einem Mantel umschlossen, mit Lagermitteln drehbar gelagert und über Übertragungsmittel, die Drehmoment-Messmittel sowie ein Kegelrad-Getriebe besitzen, mit einer nicht ersichtlichen, einen elektrischen Motor aufweisenden Antriebsvorrichtung verbunden.
Die Wirbelschicht-Einrichtung 1 besitzt noch Gasaufbereitungs- und Gasfördermittel 61. Diese besitzen einen Lufteinlass 63 zum Einlassen der als Gas dienenden, aus der Umgebung angesaugten Luft. Die Mittel 61 besitzen zum Beispiel ferner ein Filter 64, mindestens einen Gaserhitzer 65 und eine Gasmischvorrichtung 67. Die Letztere hat einen Heissgaseingang 67a, einen Kaltgaseingang 67b und - für jeden Wirbelschicht-Behälter - einen Gasausgang 67c. Der Lufteinlass 63 ist mit dem Einlass des Filters 64 verbunden. Dessen Auslass ist über den Gaserhitzer 65 mit dem Heissgaseingang 67a und über eine den Gaserhitzer überbrückende Leitung mit dem Kaltgaseingang 67b verbunden. Jeder Gasauslass 67c ist über ein Paar zur Gasmischvorrichtung gehörende Dosiervorrichtungen 68 bzw. 69 mit dem Gaseinlass 67a bzw. 67b verbunden.
Der dem ersten Behälter 11 zugeordnete Gasausgang 67c der Gasmischvorrichtung 67 ist zum Beispiel über eine Absperr- und Dosiervorrichtung 71 mit dem Gaseinlass 25 des ersten Behälters verbunden. Jeder der beiden anderen Gasausgänge 67c der Gasmischvorrichtung 67 ist zum Beispiel über ein Stromregelventil 72 und über eine Absperrvorrichtung 73 mit dem Gaseinlass 25 des zugeordneten Wirbelschicht-Behälters verbunden.
Der Gasauslass 27 des ersten Wirbelschicht-Behälters 11 ist über einen Durchflussmesser 75, eine Absperrvorrichtung 76 und über ein Stromregelventil 77 mit dem Eingang einer in der Art eines Ventilators ausgebildeten, einen elektrischen Motor besitzenden Pumpe 80 verbunden. Die Gasauslässe 27 des Wirbelschicht-Behälters 12 bzw. 13 sind je über einen Durchflussmesser 75 und eine Absperrvorrichtung 76 mit der das Stromregelventil 77 mit dem Eingang der Pumpe 80 verbindenden Leitung verbunden. Die Trennvorrichtung 39 besitzt einen Gasauslass, der über eine Absperrvorrichtung 78 mit dem Eingang der Pumpe 80 verbunden ist. Deren Ausgang ist mit einem in die Umgebung mündenden Luftauslass 81 verbunden.
Die Einrichtung besitzt einen Temperatursensor 85 zum Messen der Temperatur des vom Gaserhitzer 65 erhitzten und der Gasmischvorrichtung 67 zugeführten Gases. In den die Gasmischvorrichtung 67 mit den Wirbelschicht-Behältern 11, 12, 13 verbindenden Gaszuleitungen ist ja ein Temperatursensor 86 vorhanden, um die Temperatur des den Wirbelräumen zugeführten Gases zu messen. Ferner ist in jedem Wirbelraum 21, 22, 23 mindestens einen Temperatursensor 87 zum Messen der Temperatur der verwirbelten Teilchen vorhanden. Zudem können noch Temperatursensoren 88 vorhanden sein, um die Temperaturen des aus den Wirbelräumen hinausströmenden Gases zu messen. Ferner können nicht gezeichnete Drucksensoren vorhanden sein, um die Drücke des durch die Wirbelräume strömenden Gases und die von den Wirbelschichten in diesem strömenden Gas erzeugten Druckdifferenzen zu messen.
Zudem können möglicherweise noch Feuchtigkeitssensoren zum Messen der Feuchtigkeit des durch die Wirbelräume hindurchgeleiteten Gases vorhanden sein.
Eine Teilchen-Zufuhrvorrichtung 91 besitzt zum Beispiel einen Speicher 92. Der Speicher 92 ist über eine Absperr- und Dosiervorrichtung 93 und eine nach unten geneigte Leitung 94 mit dem Teilchen-Einlass 31 verbunden.
Eine Sprühmaterial-Zufuhrvorrichtung 96 besitzt ein Reservoir 97, eine Absperr- und/oder Dosiervorrichtung 98 und eine Pumpe 99. Diese hat einen Ausgang, der über eine Leitung 100 mit der Sprühvorrichtung 41 verbunden ist. Falls es sich bei der Sprühdüse der Sprühvorrichtung 41 um eine Zweistoffdüse handelt, ist noch eine mit dieser verbundene, nicht gezeichnete Druckluftquelle vorhanden, wobei dann dafür eventuell die Pumpe 99 weggelassen werden kann.
Die Dosiervorrichtungen 68, 69, die Absperr- und Dosiervorrichtung 71 sowie die Absperrvorrichtungen 73, 76 78 haben einen Gas-Durchgang und ein verstellbares, zum Beispiel aus einer Klappe oder einem Schieber bestehendes Absperr- und/oder Dosier-Element, mit dem der Gas-Durchgang wahlweise gesperrt oder freigegeben und/oder der Gas-Durchfluss durch den Gas-Durchgang stetig dosiert werden kann. Die Stromregelventile 71, 77 können zum Beispiel eine als verstellbares Drosselelement dienende Klappe aufweisen, an der eine diese gegen den Gasstrom drückende Feder angreift, deren Federkraft manuell einstellbar ist.
Die Absperrvorrichtungen 37, 73, 76, 78, die Dosiervorrichtungen 68, 69, die Absperr- und Dosiervorrichtungen 71, 93 und die Absperr- und/oder Dosiervorrichtung 98 können manuell betätigbar bzw. verstellbar sein, sind jedoch vorzugsweise mit elektrischen oder pneumatischen Stellvorrichtungen ausgerüstet.
Die Einrichtung 1 besitzt noch eine Steuervorrichtung 103. Ferner sind elektrische Leitungen und eventuell Druckluft-Leitungen vorhanden, die durch Pfeile bei der Steuervorrichtung 103 angedeutet sind. Diese Leitungen verbinden die Steuervorrichtung 103 mit den elektrischen Motoren der Pumpen, den Motoren zum Drehen der Rotoren 43 sowie 58, den Drehmoment-Messmitteln zum Messen der auf die Rotoren 43 sowie 58 übertragenen Drehmomente, den allfälligen, elektrischen oder pneumatischen Stellvorrichtungen der Vorrichtungen 37, 68, 69, 71, 73, 76, 78, 93, 98, dem Gaserhitzer 64, den Temperatursensoren 85, 86, 87, den Durchflussmessern 75 und den allfälligen Druck- sowie Feuchtigkeitssensoren.
Die Steuervorrichtung besitzt elektronische Schaltungsmittel, insbesondere einen Prozessrechner, optische Signalgeber, wie Lämpchen und Leuchtdioden, manuell bedienbare Bedienungselemente und eventuell pneumatische Elemente. Die Steuervorrichtung 103 besitzt ferner Anzeigemittel mit mindestens einem Anzeigeinstrument und beispielsweise mehreren Anzeigeinstrumenten und/oder mindestens einem Bildschirm, um verschiedene gemessene Grössen gleichzeitig oder wahlweise oder automatisch wechselnd in analoger oder digitaler Form anzuzeigen. Die Steuervorrichtung 103 weist des weiteren Registrier- und/oder Speichermittel auf, um verschiedene gemessene Grössen sowie eventuell gewisse Betriebsparameter kontinuierlich in analoger oder digitaler Form kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich oder in bestimmten Zeitpunkten des Verfahrens zu registrieren und/oder zu speichern.
Die Registrier- und/oder Speichermittel können zum Beispiel ausgebildet sein, um gewisse gemessene Grössen und/oder mit diesen verknüpfte Grössen in analoger Form kontinuierlich auf einen Papierstreifen aufzeichnen und/oder in digitaler Form quasi-kontinuierlich oder mindestens in bestimmten Zeitpunkten des Verfahrens mit einem Drucker auszudrucken und/oder in einem Speicher und/oder auf einem magnetischen oder optischen Datenträger zu speichern. Die Steuervorrichtung 103 besitzt ferner elektronische Regel-Schaltungsmittel, um gewisse Vorrichtungen und/oder Motoren in zum Teil noch beschriebener Weise aufgrund der Werte von gemessenen Grössen - beispielsweise der zum Drehen der Rotoren 43, 57 erforderlichen Drehmomente und/oder der mit den Temperatursensoren 85, 86 gemessenen Gas- bzw.
Luft-Temperaturen und/oder der mit den Durchflussmessern 75 gemessenen Gas-Durchflussraten und/oder der mit den Drucksensoren gemessenen Drücke und/oder Druckdifferenzen zu steuern und/oder zu regeln.
Im Folgenden wird der Betrieb der in der Fig. 1 sowie teilweise in den Fig. 2, 3 gezeichneten Einrichtung zum Behandeln, nämlich Agglomerieren bzw. Granulieren und Trocknen von Teilchen 111 erläutert.
Der Speicher 92 der Teilchen-Zufuhrvorrichtung 91 enthält beim Beginn des Betriebs zum Beispiel ein Schüttgut, das mindestens eine Charge zu behandelnder Teilchen 111 aufweist. Diese enthalten zum Beispiel mindestens einen pharmazeutischen Wirkstoff und normalerweise noch mindestens einen Hilfsstoff und können abhängig von ihrer vorherigen Behandlung, Herkunft und Lagerung trocken oder mehr oder weniger feucht sein. Das Reservoir 97 der Sprühmaterial-Zufuhrvorrichtung 96 enthält ein mindestens zum Teil flüssiges Sprühmaterial 113. Diese besteht zum Beispiel aus einer wässrigen Lösung eines Bindemittels.
Bei der Behandlung einer Teilchen-Charge wird diese nacheinander in noch näher beschriebener Weise in den drei Wirbelräumen 21, 22, 23 verwirbelt und behandelt. Die Pumpe 80 saugt dabei jeweils Luft aus der Umgebung durch den Lufteinlass 63 an und von unten nach oben durch mindestens einen der Wirbelräume hindurch. Wenn nur eine einzelne Teilchen-Charge verarbeitet werden soll, braucht beim Verwirbeln von dieser eventuell nur durch den die Teilchen-Charge momentan gerade enthaltenden Wirbelraum Luft hindurch gesaugt werden. Wenn grosse Mengen von Teilchen behandelt werden sollen, kann man gleichzeitig Luft durch alle drei Wirbelräume hindurchsaugen und in diesen gleichzeitig je eine Charge von Teilchen verwirbeln sowie behandeln.
Die Temperaturen der den verschiedenen Wirbelräumen zugeführten Luft können zum Beispiel durch die Steuervorrichtung 103 aufgrund der mit den Temperatursensoren 85 und 86 gemessenen Temperaturen auf vorgegebene und einstellbare Sollwerte geregelt werden. Die Steuervorrichtung kann hierzu die Dosiervorrichtungen 68, 69 und eventuell den Gaserhitzer 64 steuern.
Der Gaserhitzer 65 erhitzt die durch ihn hindurchströmende Luft auf eine zweckmässigerweise mindestens 70 DEG C und beispielsweise mindestens 80 DEG C betragende Temperatur. Die erhitzte Luft kann in der Gasmischvorrichtung 67 mit kalter, d.h. nicht erhitzter und also Umgebungstemperatur aufweisender Luft vermischt werden, wobei das Mischverhältnis für jeden Wirbelraum separat einstellbar ist. Die optimalen Temperaturen der den Wirbelräumen zuzuführenden Luft sind von der Art und Temperaturempfindlichkeit der Teilchen abhängig. Für viele Zwecke wird dem ersten und dem zweiten Wirbelraum vorzugsweise Luft zugeführt, deren Temperatur vorzugsweise mindestens 50 DEG C bis vorzugsweise höchstens 100 DEG C beträgt.
Die Temperatur der dem zweiten Wirbelraum 22 zugeführten Luft ist zum Beispiel kleiner als die Temperatur der dem ersten Wirbelraum zugeführten Luft oder höchstens gleich dieser Temperatur. Man kann zum Beispiel dem ersten Wirbelraum 21 Luft mit einer Temperatur von ungefähr 50 DEG C bis 80 DEG C und dem zweiten Wirbelraum Luft mit einer Temperatur von 40 DEG C bis 50 DEG C zuführen. Die dem dritten und letzten Wirbelraum 23 zugeführte Luft hat vorzugweise eine niedrigere Temperatur als die den andern Wirbelräumen 21, 22 zugeführte Luft. Die Temperatur der dem letzten Wirbelraum 23 zugeführte Luft beträgt vorzugsweise weniger als 40 DEG C, noch besser höchstens etwa 30 DEG C und ist zum Beispiel ungefähr oder genau gleich der Raum- bzw. Lufttemperatur in der Umgebung der Wirbelschicht-Einrichtung 1.
Wenn die in den Lufteinlass 63 eingesaugte Luft ungefähr Raumtemperatur hat, kann also dem mit dem letzten Wirbelraum 23 verbundenen Gaseinlass 25 zum Beispiel ausschliesslich kalte, nicht erhitzte Luft zugeführt werden.
Bei der in der Fig. 1 gezeichneten Wirbelschicht-Einrichtung 1 wird die aus der Umgebung in die Wirbelräume gesaugte Luft vor dem Einströmen in diese keiner den Wasserdampfgehalt der Luft beeinflussenden Behandlung unterzogen. Die in die Wirbelräume strömende Luft hat also eine ähnliche absolute Feuchte wie die Luft in der Umgebung der Behälter 11, 12, 13.
Zum Behandeln einer Teilchen-Charge wird die vorher geschlossene Absperrvorrichtung 37 des Teilchen-Einlasses 31 des ersten Behälters 11 vorübergehend geöffnet. Ferner wird über die Absperr- und Dosiervorrichtung 93 eine Charge mit der gewünschten Menge von Teilchen 111 in den ersten Wirbelraum eingebracht. Die Teilchen rutschen dabei unter der Einwirkung der Schwerkraft in dem ersten Wirbelraum 21 hinein. Zudem kann mit der Pumpe 80 Luft durch den Speicher 92 sowie die Leitung 94 in den ersten Wirbelraum hineingesaugt werden. Diese Luft unterstützt dann das Einbringen von Teilchen in den ersten Wirbelraum.
Das Stromregelventil 77 begrenzt dabei die Durchflussrate der durch den ersten Wirbelraum hindurchgesaugten Luft und damit die Durchflussrate der durch den Teilchen-Einlass 31 in den ersten Wirbelraum einströmenden Luft auf einen unter der Saugrate der Pumpe 80 liegenden Maximalwert, sodass die allfällige, gleichzeitige Gasströmung durch den zweiten und dritten Wirbelraum nicht zusammenbricht.
Wenn sich die Teilchen-Charge im ersten Wirbelraum 21 befindet, wird der Teilchen-Einlass 31 wieder geschlossen. Ferner wird die mit dem Gaseinlass 25 des ersten Behälters 11 verbundene, vorzugsweise vorher geschlossene Absperr- und Dosiervorrichtung 71 geöffnet. Die sich im ersten Wirbelraum 21 befindenden Teilchen werden nun während einer gewissen Zeitdauer in diesem durch die dem Gaseinlass des ersten Behälters zugeführte und aufwärts durch diesen sowie insbesondere den ersten Wirbelraum strömende Luft verwirbelt. Die Teilchen bilden dann eine Wirbelschicht.
Die während der Verwirbelung einer Charge von Teilchen im ersten Wirbelraum 21 stattfindende, erste Behandlung der Teilchen umfasst zwei Haupt-Phasen, nämlich erstens eine Sprüh- sowie Agglomerationsphase und zweitens eine Trocknungsphase. Die Sprühmaterial-Zufuhrvorrichtung 96 führt der Sprühdüse der Sprühvorrichtung 41 während der zur Sprüh- sowie Agglomerationsphase gehörenden Verwirbelungsdauer der Teilchen kontinuierlich oder intermittierend Sprühmaterial 112 zu. Dieses wird von der Sprühdüse zersprüht und von oben her nach unten auf die verwirbelten Teilchen aufgesprüht. Die ursprünglich vorhandenen Teilchen werden beim Besprühen agglomeriert.
Die dabei gebildeten Agglomerat-Teilchen werden danach während der Trocknungsphase im ersten Wirbelraum 21 noch ohne Zersprühung von Sprühmaterial verwirbelt und mindestens so weit getrocknet, dass die Teilchen bei Zusammenstössen nicht mehr miteinander verbunden werden und also nicht weiter agglomerieren. Zu den beiden Haupt-Phasen ist anzumerken, dass die Agglomeration und die Trocknung der Teilchen nicht scharf voneinander getrennt sind. Einerseits entzieht nämlich die durch den ersten Wirbelraum strömende Luft den Teilchen schon während der Besprühung und vor allem während allfälliger Besprühungsunterbrüchen Feuchtigkeit, sodass auch während der ersten Haupt-Phase eine gewisse Trocknung der Teilchen stattfindet.
Andererseits können die Teilchen nach der Beendung der Zersprühung von Sprühmaterial eventuell im Anfangsteil der zweiten Haupt-Phase noch während einer gewissen Zeitdauer agglomerieren.
Nach dieser Behandlung der Teilchen-Charge im ersten Wirbelraum 21 werden die zwei bei den Enden des Durchgangs 33 angeordneten, vorher geschlossenen Absperrvorrichtungen 37 vorübergehend geöffnet. Ferner werden die mit dem ersten und dem zweiten Behälter 11 bzw. 12 verbundenen Absperrvorrichtungen 73, 76 in Stellungen gebracht, in denen die Pumpe 80 Luft durch den Gaseinlass des ersten Behälters 11 in den ersten Wirbelraum 21, von diesem durch den Durchgang 33 in den zweiten Wirbelraum 22 und durch diesen nach oben saugt. Diese Luft befördert die vorher im ersten Wirbelraum 21 verwirbelte Teilchen-Charge in den zweiten Wirbelraum 22.
Wenn dies geschehen ist, werden die an den Enden des Durchgangs 33 vorhandenen Absperrvorrichtungen 37 geschlossen Die Teilchen-Charge wird nun mit von unten nach oben durch den zweiten Behälter 12 und insbesondere den zweiten Wirbelraum 22 strömender Luft verwirbelt und dabei einer zweiten Behandlung unterzogen, bei der die Teilchen ein wenig abgekühlt und weiter getrocknet werden. Der Flüssigkeitsgehalt des Gutes wird dabei mindestens annähernd auf den für die ganze Behandlung in der Wirbelschicht-Einrichtung 1 vorgesehenen Endwert reduziert.
Nach dieser Behandlung im zweiten Wirbelraum 22 wird die Teilchen-Charge durch vorübergehendes Freigeben des Durchgangs 34 mit Hilfe von Luft in den dritten Wirbelraum 23 befördert. Diese Beförderung der Teilchen vom zweiten in den dritten Wirbelraum wird analog durchgeführt, wie die vorher beschriebene Beförderung der Teilchen vom ersten in den zweiten Wirbelraum.
Die Teilchen-Charge wird danach während einer gewissen Zeitdauer im dritten Wirbelraum verwirbelt und einer dritten Behandlung unterzogen. Bei dieser werden die Teilchen auf eine Temperatur abgekühlt, die zum Beispiel ungefähr 20 DEG C bis 30 DEG C beträgt und also ungefähr gleich der normalen Raumtemperatur sowie der Lufttemperatur in der Umgebung oder nur wenig grösser als diese beiden letztgenannten Temperaturen ist. Die Teilchen werden bei der Verwirbelung im dritten Wirbelraum nur noch wenig oder eventuell überhaupt nicht weiter getrocknet.
Nach der Behandlung der Teilchen im dritten Wirbelraum 23 wird die vorher geschlossene Absperrvorrichtung 37 des Teilchen-Auslasses des dritten Behälters vorübergehend geöffnet. Ferner wird die mit dem Gasauslass des dritten Behälters 13 verbundene Absperrvorrichtung 76 geschlossen. Falls die mit der Trennvorrichtung 39 verbundene Absperrvorrichtung 78 vorher geschlossen war, wird sie jetzt geöffnet. Die Teilchen-Charge wird daher durch die in den dritten Wirbelraum 23 hinein und von diesem in die Trennvorrichtung 39 gesaugte Luft aus dem dritten Wirbelraum 23 in die Trennvorrichtung 39 transportiert. Diese trennt die Teilchen von der zu deren Transport dienenden Luft. Die Teilchen werden nun vom Teilchen-Auslass 39a der Trennvorrichtung 39 zum Beispiel in ein Gebinde 81 gefüllt und in diesem aufbewahrt und/oder mit einer Fördervorrichtung weitertransportiert.
Die aus dem Teilchen-Auslass 39a herausgelangenden Teilchen können entweder das Endprodukt des Herstellungsverfahrens oder ein Zwischenprodukt bilden, das noch zu einem Endprodukt weiterverarbeitet wird. Das Endprodukt kann dann zum Beispiel als Arzneimittel dienen.
Nach dieser allgemeinen Beschreibung des Verfahrens zum Behandeln einer Charge von Teilchen 111 sollen anschliessend noch einige Einzelheiten beschrieben werden.
Die beim Agglomerationsvorgang im ersten Wirbelraum gebildeten Agglomerat-Teilchen sind grösser und schwerer als die ursprünglich in dem ersten Wirbelraum eingebrachten Teilchen 111. Die Durchflussrate der aufwärts durch den ersten Wirbelraum 21 hindurchgesaugten Luft wird daher im Verlauf des Agglomerationsvorgangs durch Verstellen der mit dem Gaseinlass 25 des ersten Behälters 11 verbundene Absperr- und Dosiervorrichtung 71 und nötigenfalls der Dosiervorrichtungen 68, 69 kontinuierlich oder schrittweise derart vergrössert, dass die Teilchen im ersten Wirbelraum 21 trotz ihres zunehmenden Gewichts immer bis ungefähr in die gleiche Höhe aufgewirbelt werden.
Die Gas-Durchflussrate kann zum Beispiel in der Versuchsphase durch eine Person über Bedienungselemente der Steuervorrichtung 103 aufgrund von visuellen Beobachtungen der Wirbelschicht und/oder aufgrund der mit Hilfe der erwähnten Drucksensoren ermittelten, von der Wirbelschicht im ersten Wirbelraum verursachten Druckdifferenz eingestellt werden. Dabei wird die Durchflussrate mittels des mit dem Gasauslass des ersten Behälters 11 verbundenen Durchflussmessers gemessen und von den Anzeigemitteln der Steuervorrichtung 103 angezeigt. Die gemessenen Werte der Durchflussrate können dabei durch die Steuervorrichtung 103 und/oder eine Person registriert und/oder gespeichert werden.
Bei der industriellen Behandlung von Teilchen kann die Durchflussrate der durch den ersten Wirbelraum strömenden Luft dann zum Beispiel automatisch durch die Steuervorrichtung 103 gemäss einem vorgegebenen zeitlichen Programm und/oder unter Verwendung der Druckdifferenz-Messwerte gesteuert und/oder geregelt werden.
Beim Verwirbeln von Teilchen in einem der Wirbelräume 21, 22, 23 werden die sich in der Nähe der Achse 16 des Behälters und Wirbelraums befindenden Teilchen angehoben und sinken dann im peripheren Bereich des Wirbelraums wieder nach unten, wie es in der Fig. 2 für den ersten Wirbelraum 21 durch Pfeile angedeutet ist. Einige der im ersten Wirbelraum 21 verwirbelten Teilchen passieren bei ihrer Bewegung den vom Mantel 49 umschlossenen, an die Schaufeln 46 des Rotors 43 angrenzenden Bereich des Wirbelraums. Wenn der Rotor gemäss der Fig. 2 exzentrisch bezüglich der Achse 16 im Wirbelraum angeordnet ist, bewegen sich die den Innenraum des Mantels 49 passierenden Teilchen vorherrschend nach unten und also entgegen der aufwärts durch den Wirbelraum strömenden Luft.
Die für eine bestimmte Behandlung optimale Drehrichtung und Drehzahl des Rotors 43 kann zum Beispiel durch Versuche ermittelt werden. Die Antriebsvorrichtung 55 kann den Rotor 43 beispielsweise mit konstanter Drehzahl in einer Drehrichtung drehen, in welcher die aufwärts am Rotor 43 vorbeiströmende Luft die von der Antriebsvorrichtung 55 erzeugte Drehung des Rotors unterstützt. Das von der Antriebsvorrichtung 55 auf den Rotor 43 übertragene Drehmoment ist von der Durchflussrate der durch den Wirbelraum strömenden Luft abhängig, wird aber auch stark durch die Stösse zwischen den verwirbelten Teilchen und den Schaufeln 46 des Rotors 43 beeinflusst. Das Drehmoment und/oder dessen zeitliche Änderung gibt daher - wie schon in der Einleitung dargelegt - ein Mass für die Feuchte sowie die von dieser abhängige Kohäsion bzw. Kohäsivität sowie Viskosität der Teilchen.
Die Drehmoment-Messmittel 52 messen das von der Antriebsvorrichtung 55 zum Drehen des Rotors 43 auf diesen übertragene Drehmoment und stellen dessen Wert durch ein elektrisches Signal dar. Die gemessenen Drehmoment-Messwerte werden von der Steuervorrichtung 103 angezeigt sowie registriert und/oder gespeichert.
Der zur Steuervorrichtung 103 gehörende Prozessrechner kann zudem eventuell die gemessenen Werte des Drehmoments mit den zeitlich ändernden, ebenfalls gemessenen Werten der Durchflussrate der durch den ersten Wirbelraum strömenden Luft verknüpfen und zum Beispiel in kurzen Zeitabständen periodisch und quasi-kontinuierlich mindestens eine Grösse berechnen, bei welcher zum Beispiel der Einfluss der Luftströmung auf das Drehmoment mehr oder weniger vollkommen eliminiert ist und die quasi ein Mass für den Netto-Einfluss der gegen die Schaufeln 46 stossenden Teilchen auf das Drehmoment ist. Eventuell kann die Steuervorrichtung statt dieser Grösse oder zusätzlich zu einer solchen mindestens eine Grösse berechnen, die direkt ein Mass für die Kohäsion und/oder Kohäsivität und/oder Grösse der verwirbelten Teilchen ist.
Eventuell kann der Prozessrechner der Steuervorrichtung die Drehmoment-Messwerte auch noch mit Messwerten von andern Grössen, beispielsweise mit den Messwerten der mit mindestens einem der Temperatursensoren 86, 87, 88 Gas- bzw. Luft- und/oder Teilchen-Temperatur und/oder mit dem Druck der Luft im Wirbelraum 21 und/oder der von der Wirbelschicht erzeugten Druckdifferenz verknüpfen. Die gemessenen, zeitlich ändernden Werte des Drehmoments und/oder von mindestens einer mit diesem verknüpften Grösse werden von den Anzeigemitteln der Steuervorrichtung kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich angezeigt. Ferner registrieren und/oder speichern die Registrier- und/oder Speichermittel der Steuervorrichtung 103 das gemessene Drehmoment und/oder eine mit diesem verknüpfte Grösse kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich oder mindestens in vorgegebenen Zeitpunkten des Verfahrens.
Der zeitlich ändernde, kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich gemessene Wert des zum Drehen des Rotors 43 erforderlichen Drehmoments wird zudem zum Steuern und/oder Regeln des Verfahrens verwendet. Man kann zum Beispiel die Zufuhr von Sprühmaterial 113 zur Sprühvorrichtung 41 abhängig vom gemessenen Drehmoment und/oder mindestens einer der erwähnten, mit diesem verknüpften Grössen steuern und/oder regeln. Dabei kann zum Beispiel die Zufuhrrate des Sprühmaterials abhängig von mindestens einer der genannten Grössen gesteuert und verändert werden. Ferner kann zum Beispiel die Zufuhr von Sprühmaterial vorübergehend unterbrochen und/oder beendet werden, wenn das Drehmoment und/oder dessen Differentialquotient nach der Zeit und/oder eine andere mit dem Drehmoment verknüpfte Grösse mindestens ein bestimmtes Kriterium erfüllt.
Wie in der Einleitung dargelegt, hängt die momentane Feuchte der Teilchen einerseits in komplexer Weise von verschiedenen Variablen ab und hat andererseits einen grossen Einfluss auf die Eigenschaften der bei der Behandlung entstehenden Teilchen. Wie ebenfalls aus der Einleitung hervorgeht, ermöglicht daher die Messung des zum Drehen des Rotors 43 erforderlichen, mit der Feuchte und Kohäsion der Teilchen verknüpften Drehmoments und die Verwendung dieses gemessenen Drehmoments und/oder mindestens einer mit diesem verknüpften Grösse für die Validierung und Steuerung des Verfahrens die Qualität des hergestellten Produkts zu verbessern.
Wenn die Teilchen nach der Agglomerationsphase im ersten Wirbelraum noch während einer Trocknungsphase ohne Besprühung mit Sprühmaterial verwirbelt und bei einem Trocknungsvorgang bis zu einem gewissen Grad getrocknet werden, wird das zum Drehen des Rotors 43 erforderliche Drehmoment ebenfalls noch durch die Feuchte der Teilchen beeinflusst. Das am Ende der Verwirbelung der Teilchen im ersten Wirbelraum gemessene Drehmoment gibt daher ein Mass für die Feuchte der Teilchen in diesem Zeitpunkt. Man kann daher den am Ende der Verwirbelung im ersten Wirbelraum gemessenen Wert des Drehmoments zum Beispiel ebenfalls für die Validierung des Verfahrens registrieren und/oder speichern. Man kann jedoch auch vorsehen, die Verwirbelung im ersten Wirbelraum zu beenden, wenn das genannte Drehmoment und/oder eine mit diesem verknüpfte Grösse mindestens ein vorgegebenes Kriterium erfüllt.
Es wurden bereits Möglichkeiten für die Steuerung der Durchflussrate der durch den ersten Wirbelraum strömenden Luft erwähnt. Eventuell kann man das mit Hilfe des Rotors 43 gemessene Drehmoment ebenfalls noch zum Steuern der Durchflussrate der Luft heranziehen.
Beim Verwirbeln der Teilchen im zweiten und dritten Wirbelraum 22 bzw. 23 kann die Durchflussrate der zum Verwirbeln der Teilchen von unten nach oben durch die Wirbelräume hindurchgeleiteten Luft während der ganzen Verwirbelungsdauer einen konstanten, mit den beiden Stromregelventilen 72 eingestellten Wert haben.
Wie schon geschrieben, hat die dem zweiten Wirbelraum 22 zugeführte Luft vorzugsweise eine niedrigere Temperatur als die dem ersten Wirbelraum 21 zugeführte Luft. Dies ergibt bei auf Hitze empfindlichen Teilchen den Vorteil, dass die bereits im ersten Wirbelraum bis zu einem gewissen Grad getrockneten und daher eine geringere Feuchte als im ersten Wirbelraum aufweisenden Teilchen im zweiten Wirbelraum schonend weiter getrocknet werden können.
Während der im zweiten Wirbelraum 22 erfolgenden Verwirbelung und Trockungsbehandlung der Teilchen kann das zum Drehen des im zweiten Wirbelraum 22 angeordneten Rotors 88 gemessen werden. Dieses Drehmoment und/oder eine damit verknüpfte Grösse gibt dann ein Mass für die Feuchte der im zweiten Wirbelraum verwirbelten Teilchen. Man kann daher die gemessenen Werte des mit dem Rotor 58 gemessenen Drehmoments registrieren und/oder speichern und zum Validieren der im zweiten Wirbelraum erfolgenden Trocknungsbehandlung verwenden. Zudem kann man die mit dem Rotor 58 gemessenen Messwerte eventuell verwenden, um die im zweiten Wirbelraum erfolgende Trocknungsbehandlung zu steuern und dadurch die am Ende der im zweiten Wirbelraum stattfindenden Trocknungsbehandlung verbleibende Restfeuchte der Teilchen festzulegen.
Die optimalen Verfahrensparameter hängen selbstverständlich auch von den Bestandteilen, d.h. den chemischen Zusammensetzungen der ursprünglich in den ersten Wirbelraum eingebrachten Teilchen 111 sowie des Sprühmaterials 111 und den gewünschten Eigenschaften des Endprodukts ab. Beim Entwickeln eines neuen Produkts kann man zum Beispiel durch Variieren der Verfahrensparameter sowie Untersuchungen an den Teilchen günstige Verfahrensparameter und insbesondere auch Kriterien ermitteln, um das Verfahren aufgrund der mit den Rotoren 43, 58 gemessenen Messwerte und aufgrund der Messwerte von anderen Grössen optimal zu steuern. Bei der industriellen Produktion kann man dann serienweise Teilchen-Chargen behandeln, wobei das Verfahren dann - zum Beispiel teilweise oder vollständig automatisch durch die Steuervorrichtung 103 gesteuert werden und/oder geregelt werden kann.
Beim Verwirbeln von Teilchen in den drei Wirbelräumen können eventuell ursprünglich in den ersten Wirbelraum eingebrachte Teilchen und/oder Agglomerat-Teilchen und vor allem durch Abrieb von diesem Teilchen entstandene, kleinere Staubpartikel zu den Filtern 18 gelangen und an deren Oberflächen hängen bleiben. Nötigenfalls können die Filter 18 mit den Filter-Reinigungsvorrichtungen 19 von Zeit zu Zeit durch Rütteln oder Ausblasen mit Druckluft gereinigt werden. Die an dem Filter haftenden Teilchen und/oder Staubpartikel fallen dabei wieder in die Wirbelräume. Solche Reinigungen der Filter 18 können - bei geeigneter Ausbildung der Filter und der Filter-Reinigungsvorrichtung - auch durchgeführt werden, während gleichzeitig Luft von unten nach oben durch die Wirbelräume hindurch geleitet wird und Teilchen ver wirbelt werden.
Unter Umständen kann es jedoch nötig oder vorteilhaft sein, die Verwirbelung für das Reinigen der Filter jeweils zu unterbrechen. Falls das im ersten Behälter 11 vorhandene Filter 18 während der Sprüh- sowie Agglomerationsphase gereinigt und die Verwirbelung der Teilchen dazu unterbrochen wird, wird während des Unterbruchs der Verwirbelung selbstverständlich auch die Zersprühung von Flüssigkeit unterbrochen. Ferner kann eventuell auch die Drehmoment-Messung unterbrochen werden.
Die Rotoren 43 und 58 der Wirbelschicht-Einrichtung 1 können durch einen Rotor 143 der in der Fig. 4 ersichtlichen Art ersetzt werden. Der Rotor 143 definiert eine Rotor-Drehachse 144 und hat eine Nabe 145, an der zwei entlang der Rotor-Drehachse 144 gegeneinander versetzte Gruppen oder Kränze von Schaufeln 146 bzw. 147 befestigt sind. Die zur gleichen Gruppe bzw. zum gleichen Kranz gehörenden Schaufeln 146 bzw. 147 sind entlang einem zur Drehachse 144 koaxialen Kreis verteilt, sodass die sich entsprechenden Punkte der zur gleichen Gruppe gehörenden Schaufeln in ein und derselben zur Drehachse 144 rechtwinkligen Ebene liegen. Die zur einen Gruppe gehörenden Schaufeln 146 sind dabei gegen die zur anderen Gruppe gehörenden Schaufeln 147 um die Rotor-Drehachse 144 herum versetzt.
Der erste Wirbelschicht-Behälter 11 der Einrichtung 1 kann durch den zum Teil in der Fig. 5 ersichtlichen, ersten Wirbelschicht-Behälter 211 ersetzt werden. Dieser besitzt eine Wandung 215 und enthält einen im Innenraum des Behälters 211 angeordneten, mit nicht gezeichneten Befestigungsmitteln lösbar befestigten, gasdurchlässigen Sieb-Boden 217. Dieser bildet die untere Begrenzung des ersten Wirbelraums 221, der eine Sprühvorrichtung 241 mit mindestens einer Sprühdüse enthält. Ein im Wesentlichen aus einem Schaufelrad bestehender Rotor 243 ist um eine beispielsweise vertikale Rotor-Drehachse 244 drehbar im Wirbelraum 221 angeordnet.
Der Rotor 243 befindet sich praktisch unmittelbar über dem Sieb-Boden 217, sodass die Schaufeln des Rotors nur in einem kleinen Abstand vom Sieb-Boden stehen, der beispielsweise höchstens gleich dem Durchmesser eines sich an die äusseren Enden der Schaufeln des Rotors anschmiegenden Hüll-Zylinders ist. Der Rotor 243 ist an einer beispielsweise den Sieb-Boden durchdringenden, drehbar gelagerten Welle 247 befestigt und über diese und Übertragungsmittel 251 mit einer Antriebsvorrichtung 255 verbunden, die beispielsweise ausserhalb des Behälters auf einer Seite von diesem angeordnet ist. Die Übertragungsmittel 251 weisen beispielsweise unter dem Sieb-Boden angeordnete Drehmoment-Messmittel 2521 ein Kegelrad-Getriebe 253 und eine dieses mit der Antriebsvorrichtung 555 verbindende, durch Durchführungsmittel aus dem Behälter 211 herausgeführte, horizontale Welle 254 auf.
Es sei angemerkt, dass der in der Fig. 5 gezeichnete Behälter 211 keinen den Rotor 243 umschliessenden, dem Mantel 49 entsprechenden Mantel besitzt. Soweit vorgängig nichts anderes geschrieben wurde, kann der Behälter 211 gleich oder ähnlich ausgebildet und mit zusätzlichen Bauteilen ausgerüstet sein wie der Behälter 11.
Beim Betrieb der den Behälter 211 aufweisenden Einrichtung kann man während der Behandlung einer Teilchen-Charge die zum Verwirbeln der Teilchen dienende Luftströmung durch den ersten Wirbelraum von Zeit zu Zeit während einer kurzen Zeitdauer unterbrechen, wie es eventuell ohnehin zum Reinigen des im Behälter vorhandenen, in der Fig. 5 nicht mehr ersichtlichen Filters nötig ist. Bei derartigen Unterbrüchen der Verwirbelung sinken die Teilchen auf den Sieb-Boden 217 ab und bilden auf diesem eine lockere, ruhende, den Rotor 243 bedeckende und umschliessende Schicht. Die Antriebsvorrichtung 255 kann den Rotor während der ganzen Behandlung von Teilchen im ersten Wirbelraum 221 oder mindestens während den Verwirbelungsunterbrüchen drehen.
Wenn die Teilchen in den Verwirbelungsunterbrüchen auf dem Sieb-Boden 217 aufliegen, bewegt der Rotor die sich im Bereich seiner Schaufeln befindenden Teilchen. Das zum Drehen des Rotors 243 erforderliche Drehmoment gibt dann ein Mass für die Feuchte und Kohäsion der Teilchen.
Der gemäss der Fig. 1 im zweiten Wirbelraum 22 der Einrichtung 1 angeordnete Rotor 58 kann selbstverständlich auch durch einen analog zum Rotor 243 angeordneten Rotor ersetzt werden.
Die Einrichtungen und Verfahren können noch auf andere Arten geändert werden. Die Sprühvorrichtungen 41 und 241 könnten zum Beispiel anstelle einer zur Achse des Behälters koaxialen Sprühdüse einige um diese Achse herum verteilte Sprühdüsen aufweisen. Dafür könnte der im ersten Wirbelraum angeordnete Rotor dann eine mit der Behälter-Achse zusammenfallende Drehachse haben. Ferner könnte man den zylindrischen Mantel 49 durch einen Mantel ersetzen, dessen Innenfläche mindestens zum Teil konisch und/oder im Axialschnitt gebogen ist und sich zum Beispiel von den Schaufeln des Rotors weg nach oben und/oder nach unten erweitert. Möglicherweise könnte man anstelle eines undrehbar, befestigten Mantels einen mit den äusseren Enden der Schaufeln des Rotors verbundenen Mantel vorsehen, der dann beim Drehen des Rotors zusammen mit diesem rotiert.
Eventuell kann man auch bei den in relativ grossem Abstand vom Sieb-Boden angeordneten Rotoren 43, 58 - analog wie beim Rotor 243 - auf einen den Rotor umschliessenden, dem Mantel 49 entsprechenden Mantel verzichten. Des Weiteren könnte man die Rotoren mit Schaufeln versehen, deren Flächen im Wesentlichen überall zur Rotor-Drehachse parallel sind, sodass die Schaufeln keine axiale Förderung von Gas ergeben und ein zur Drehachse paralleler Gasstrom keine Drehung des Rotors verursacht. Ferner können die Rotor-Drehachsen horizontal oder geneigt statt vertikal sein. Zudem kann man eventuell mehr als einen Rotor im gleichen Wirbelraum anordnen. Es ist auch möglich nur im ersten Wirbelraum der Einrichtung mindestens einen Rotor anzuordnen.
Ferner kann man das Kegelrad-Getriebe 53 und/oder 253 weglassen und die Antriebsvorrichtung zum Drehen des Rotors eventuell im Innenraum des Behälters anordnen.
Die Steuervorrichtung 103 kann eventuell noch Leistungs-Messmittel zum Messen der elektrischen Leistungen aufweisen, die von den zum Drehen der Rotoren 43, 58, 143, 243 dienenden Motoren verbraucht wird. Diese Leistungen können dann ebenfalls angezeigt sowie registriert und/oder gespeichert werden. Dafür können dann eventuell die Drehmoment-Messmittel wegfallen.
Wie bereits in der Einleitung erwähnt, kann man eventuell auf eine mit dem Rotor verbundene Antriebsvorrichtung verzichten und mit den Messmitteln das Drehmoment und/oder die Leistung messen, das bzw. die vom Rotor abgegeben wird, wenn dieser durch die an ihm vorbeiströmende Luft gedreht wird. Ferner können die Messmittel eventuell statt des Drehmoments und/oder der Leistung, das bzw. die zum Drehen des Rotors erforderlich ist oder von diesem abgegeben wird, nur die Änderung des Drehmoments und/oder der Leistung und/oder eine andere mit dem Drehmoment und/oder der Leistung verknüpfte Grösse messen.
Ferner kann die Einrichtung anstelle der für alle Wirbelschicht-Behälter gemeinsame Pumpe 80 für jeden Wirbelschicht-Behälter mit einer separaten Pumpe oder mindestens mit zwei Pumpen ausgerüstet werden, von denen eine dem ersten Wirbelschicht-Behälter und die andere den restlichen Wirbelschicht-Behältern zugeordnet ist. Die Gasauslässe der Behälter können dann analog wie in der Fig. 1 über einen Durchflussmesser 75 und eine Absperrvorrichtung 76 mit dem Eingang der zugeordneten Pumpe verbunden sein, wobei die den ersten Behälter mit einer Pumpe verbindende Leitung eventuell auch noch ein Stromregelventil 77 enthalten kann.
Des Weiteren können Messmittel zum Messen der elektrischen Leistung vorhanden sein, die zum Antrieb des Motors der Pumpe 80 bzw. der Motoren der diese ersetzenden Pumpen oder mindestens des Motors der mit dem ersten Wirbelschicht-Behälter verbundenen Pumpe verbraucht wird. Diese Leistung bzw. jede dieser Leistungen ist beim Verwirbeln von Teilchen vom Zustand der Teilchen sowie der Wirbelschicht abhängig und kann von der Steuervorrichtung angezeigt sowie registriert und/oder gespeichert werden. Die bzw. jede gemessene Leistung des Motors einer Pumpe kann dann ebenfalls für die Validierung und/oder die Steuerung des Verfahrens verwendet werden.
Wie auch in der Einleitung beschrieben, können das Verfahren und die Einrichtung auch zum Überziehen von Teilchen dienen. Beim Überziehen von Teilchen kann man zum Beispiel die Zersprühung des Sprühmaterials aufgrund der mit dem Rotor gemessenen Grösse steuern, um zu verhindern, dass die Teilchen wegen einer momentanen Überfeuchtung in unerwünschter Weise agglomerieren.
Wie ebenfalls in der Einleitung erwähnt, können das Verfahren und die Einrichtung statt zum Agglomerieren und/oder Überziehen sowie anschliessenden Trocknen von Teilchen ausschliesslich zum Trocknen von Teilchen dienen. Beim Trocknen von Teilchen kann die mit dem Rotor gemessene Grösse zum Beispiel beim Steuern des Verfahrens verwendet werden, um den Trocknungsvorgang in einem Zeitpunkt zu beenden, in welchem die Teilchen eine vorgesehene Restfeuchte haben.
Des Weiteren kann das Verfahren eventuell mit einer Einrichtung durchgeführt werden, die nur einen Wirbelschicht-Behälter und dementsprechend nur einen Wirbelraum aufweist, in dem mindestens ein Rotor mit Schaufeln angeordnet ist.
Ferner kann man die Teilchen statt mit Luft mit einem anderen Gas, zum Beispiel Stickstoff, verwirbeln.
The invention relates to a method and a device for treating particles.
The particles can be carried out when carrying out the process or When using the device, batchwise as a particulate material in a dry or more or less moist state, it is introduced into a vortex chamber sealed off from the environment and is continuously or intermittently vortexed with a gas, for example air, which is passed through it from bottom to top, so that it form a fluidized bed together with the gas. The particles may also first be formed in a fluidized bed by spraying a solution and / or dispersion and then drying the resulting droplets.
The method and the device serve, in particular, for batch-wise agglomeration of particles, so that agglomeration or Build-up granulation larger agglomerate or Granules are formed. However, the method and the device can possibly also be used to coat particles introduced into the vortex chamber or formed from sprayed droplets and possibly agglomerated before the coating in the vortex chamber. For agglomeration and / or coating, a spray material can be continuously or intermittently sprayed in the swirling space and sprayed onto the swirled particles for at least part of the swirling time.
The spray material is at least partially liquid and consists, for example, of a solution and / or dispersion containing water and / or an organic solvent or - if the particles to be agglomerated already contain a solid binder - only of water and / or an organic solvent. After spraying with a spray material, the particles can be swirled and dried without spraying. Instead of agglomeration and / or coating and subsequent drying of particles, the method and the device may also only serve to dry particles.
The particles introduced into the vortex space or formed from droplets therein and / or the spray material optionally sprayed onto the particles have, for example, at least one pharmaceutical active ingredient and at least one pharmaceutical auxiliary. The particles produced as a product can then serve directly as a medicament or can be further processed into a medicament, for example by tableting, encapsulating and the like.
It is known to introduce particles for agglomeration in batches into a whirling room, to swirl them with air, to spray them with a liquid spray material for part of the swirling time and to agglomerate or Swirl and dry granulate particles without spraying in the same vortex space. The flow rate of the air conducted through the swirl chamber is frequently changed on the basis of visual observations of the swirled particles in the course of the swirling, so that the height to which the particles are whirled up does not change too much, despite the particle weight increasing during agglomeration and then decreasing again during drying changes strongly.
The course of the agglomeration during the swirling of the particles and the properties of the agglomerate or Granulate particles are strongly influenced by the instantaneous moisture of the particles and the cohesive forces that depend on the moisture. The instantaneous moisture present in the course of the swirling of the particles can be, for example, the average particle size, the distribution of the particle sizes, the structure, the porosity, the mechanical strength, as well as the abrasion resistance, the chemical and microbial stability, the active ingredient release and others influence important properties for the quality of the manufactured product. Incidentally, the moisture remaining in the particles at the end of the swirling is itself - d. H. the so-called residual moisture - an important property of the agglomerate or Granule particles.
The particles to be agglomerated often already have a certain moisture content when they are introduced into the swirl chamber, which can vary from batch to batch. In the course of the process, the moisture of the particles is changed by spraying with an at least partially liquid spray material and by the liquid exchange between the particles and the air swirling them. The instantaneous moisture of the particles during the turbulence naturally depends on the spray rate of the spray material and the total amount sprayed of the latter, but also on several other variables and process parameters, such as the initial moisture of the particles when they are introduced into the vortex space and the liquid exchange of the particles with them swirling air.
This fluid exchange depends on the temperature, the humidity and the flow rate of the air mentioned and also on the movement of the swirled particles. If this air - as is often the case - is sucked in from the environment, heated and directed into the whirling space without affecting its moisture, its moisture, which depends on the weather and the time of day and season, can also influence the moisture of the particles. Furthermore, as described above, the flow rate of the air passed through the swirl chamber is mostly changed during the process. Furthermore, the movement of the particles, which likewise influences the liquid exchange between the particles and the air, depends on their size and the flow rate of the air.
The instantaneous moisture of the particles during the turbulence depends in a complex way on mutually influencing variables, which cannot be controlled at all or only partially. Since the moisture of the particles during the actual agglomeration - as explained - strongly influences the properties of the particles of the product produced, many known methods and devices for agglomerating particles have the disadvantage that the properties and the quality of the product in industrial, batchwise production often differ greatly from one another for different product batches.
Similar difficulties can sometimes arise when coating particles. When coating, for example, there is a risk that the particles may undesirably agglomerate and form lumps due to momentary over-moistening and the resulting binding forces.
When drying particles, it is often important that they have a residual moisture within narrow limits.
There is therefore a need to be able to ensure in a treatment of particles by means of swirling that the product produced is always of the desired quality, even if, for example, the initial moisture of the particles and / or the moisture for swirling the particles changes air introduced into the vortex changes.
It has already been proposed to capacitively measure the moisture of fluidized particles by means of a probe which has electrodes protruding into the fluidized bed. However, such a capacitive measurement of the moisture has the disadvantage that the measurement result depends not only on the moisture of the particles to be measured, but also on the moisture of the air present in the swirl chamber. In addition, condensates can cause large measurement errors. In addition, at a relatively small distance between the electrodes adjacent to one another, the particles can get caught between them and short-circuit the electrodes, while a relatively large distance between the electrodes results in only a low measurement sensitivity and only enables slow measurement.
The object of the invention is to avoid disadvantages of the known methods and devices for treating - in particular agglomerating and / or possibly coating and / or drying - particles in a fluidized bed and in particular to improve the quality assurance of the product produced during the treatment.
This object is achieved according to the invention by a method with the features of claim 1 and by a device with the features of claim 8.
Advantageous further developments of the method and the device emerge from the dependent claims.
According to the invention, a rotor having blades is arranged in the swirl space. The particles can then come into contact with the blades of the rotor in a swirled, fluidized state or possibly during temporary swirl interruptions in a state that has sunk to a gas-permeable bottom that delimits the swirl chamber at the lower end. Furthermore, according to the invention, a variable is measured which is linked to the torque and / or the power which which is necessary to turn the rotor or may be generated by the latter.
In an advantageous development of the method according to the invention, the rotor is rotated with a drive device. Furthermore, the torque transmitted by the drive device for rotating the rotor and / or the electrical power consumed by an electric motor belonging to the drive device for rotating the rotor can then be measured using the measuring means.
However, it may be possible to dispense with a drive device and provide that the rotor is rotated by the gas flowing past the blades of the rotor, which flows past the blades of the rotor and swirls against the latter, and then measures a size that corresponds to is linked to the torque and / or the power which generated by the rotating rotor.
It should also be noted here that the power and the torque are, of course, linked to one another in accordance with the laws of mechanics and that, for example, the power to be applied or output by the rotor at a constant rotational speed is proportional to the power absorbed or taken up by the rotor. delivered torque is.
If swirled particles or particles lying on a gas-permeable floor come into contact with the blades of the rotating rotor, impacts occur between the rotor blades and the particles. For each impact, the entire momentum and angular momentum of the two partners involved in the impact must be - d. H. of the rotor and the particle - are preserved. In the case of an elastic impact, the entire kinetic energy of the impact partners would also be retained. However, the particles are plastically deformable, so that the bumps are not purely elastic. Accordingly, when a particle strikes a blade, part of the kinetic energy of the impact partner before the impact is used for the plastic deformation of the particle and ultimately converted into heat.
The deformability of a particle depends on its cohesion and / or cohesiveness and viscosity and thus on the cohesive forces acting within the particle and holding it together. The cohesive forces depend on the moisture of the particles. The measured, with the delivered torque and / or with the absorbed or by the rotor The output linked performance is therefore variable and gives a measure of the moisture of the particles, of the cohesive forces acting within a particle that depend on this moisture, and of the cohesion or resulting from them Cohesiveness.
As already described, the instantaneous moisture of the particles and the associated cohesive forces, especially when agglomerating, but also when coating and / or drying particles, have a major influence on the course of the treatment of the particles and on various properties of the product produced during the treatment. Particles.
It should be noted here that the cohesive forces of the particles are of course not only dependent on their moisture, but also on the chemical composition and possibly other properties of the particles. The same applies to the properties of the particulate product produced in the treatment in the fluidized bed. However, especially when developing a new product in the course of a treatment, samples of particles will be taken out of the vertebral space and these particles will be examined. Likewise, particles of the particulate product produced by the complete treatment can be examined. These investigations can be used, for example, to measure and / or test the moisture, the size, the mechanical, chemical and microbial stability, the porosity, the release of active ingredient and other properties of the particles.
The results of these tests can then be compared for a specific product with the values of the variable size measured with the aid of the rotor and / or at least one size (arithmetically) linked to this. This can be used to determine which values the stated size (s) should have in the different phases of the process and / or how the size (s) should change over time so that the manufactured product has optimal properties .
For example, both in batch-wise treatment of particles for trials and in treatments for industrial production, the measured quantity linked to the torque and / or the output of the rotor can be continuously or intermittently and quasi-continuously or at least in selected, for each batch Register and / or save defined times of treatment in analog or digital form. The registered and / or stored values of the measured size can then serve, together with other recorded data, as information for validating the method and for evaluating the quality of the particles produced by the treatment in the fluidized bed. The size measured with the help of the rotor can thus help to ensure the quality of the manufactured product.
The instantaneous values of the variable measured with the aid of the rotor, and / or a mathematically linked variable, can also be used to control the method or Device can be used.
In an advantageous further development of the method according to the invention, a batch of particles is brought into at least one other swirling space after being treated with the aid of a swirling and swirled in this again. For example, a batch of particles can be swirled in succession in two to four vortex spaces and subjected to different treatments. At least one of the vortex spaces, preferably at least the first vortex space and possibly also the second vortex space, should contain a rotor with blades.
Such a method, in which a batch of particles passes through several vortex spaces of a device, has the advantage that a batch of particles in each vortex space only has to be vortexed and treated for a relatively short period of time. With such a device, when developing a new particulate product, one can first treat individual batches of particles for experimental purposes and only produce relatively small amounts of the product. If larger quantities of the product are then to be produced for commercial use, batches of particles can be processed with the same device at short time intervals to produce the desired product, and so it can be produced batch-wise, but almost quasi-continuously.
The ability to use one and the same facility in both the development of a new product to produce small quantities of products and in industrial production to produce large quantities of products in a short period of time gives considerable advantages. You can then namely the process parameters optimized during tests in the development phase of the product and the optimized product formulation, i. H. adopt the composition of the product, practically unchangeable for industrial, commercial, quasi-continuous production.
This, in turn, has the advantage that, in the transition from the treatment of individual batches of particles in the development phase to the quasi-continuous treatment of batches of particles in industrial production, at least to a large extent there is no need for additional, time-consuming tests, as would otherwise be the case, for example, when changing from a device with a small swirl space to a device with a larger swirl space are necessary for the so-called scale-up.
It is very advantageous that the properties that are important for the quality of a product - such as the average particle size for a granulate, the distribution of particle sizes, the mechanical, chemical and microbial stability, the long-term stability and storability, the residual moisture, the structure and Porosity, tablettability, flowability, the distribution of the active ingredient or ingredients, the solubility of the particles and the release of the active ingredient when using the granulate particles for therapy or diagnosis etc. - are preserved during the transition from the development phase to industrial production.
The subject of the invention will now be explained in more detail with reference to exemplary embodiments shown in the drawing. In the drawing shows
the Fig. 1 shows a schematic illustration of a fluidized bed device with a plurality of fluidized beds,
the Fig. 2 shows a section along the line II-II of FIG. 1 with a section of the container defining the first vertebral space on a larger scale,
the Fig. 3 shows an oblique view of the rotor arranged in the first vortex space and of the jacket surrounding it,
the Fig. 4 is an oblique view of another rotor and
the Fig. 5 one of the Fig. 2 corresponding section from a container with a differently arranged rotor.
The in the Fig. 1 visible, designated as a whole by 1 fluidized bed device has several, namely three separate fluid bed containers 11, 12, 13, which are arranged next to one another at a small distance and are detachably fastened to a frame (not shown). In the following, these are the first or second or designated third and last fluidized bed container. The three containers are generally identical. Each container 11, 12, 13 has a wall 15 and is generally - i.e. H. apart from at least one transparent window, fastening means, connecting pieces and the like - rotationally symmetrical to a vertical axis, designated 16 in the first container.
The wall 15 consists of a plurality of parts which can be detachably connected to one another and has a jacket which has a cylindrical section at the bottom and top and a section which widens conically in between. A gas-permeable sieve bottom 17 is arranged in each container approximately at the lower end of the conical jacket section and is detachably fastened to the wall 15 with fastening means (not designated). The upper, cylindrical jacket section contains a filter 18, which is only shown in simplified form. This has, for example, a holder which can be shaken in the container or two holders which can be shaken separately, the or each holder holds a flexible filter cloth with at least one villus. Furthermore, for example, a filter cleaning device 19, which is also only shown in simplified form, is also present.
This can have, for example, at least one vibrating device in order to shake each holder and the filter cloth held by it. However, instead of at least one flexible filter cloth, the filter can have at least one essentially rigid filter cartridge rigidly fastened in the container and, for example, several such cartridges. In this case, the filter cleaning device can have means for blowing out the or each filter cartridge.
Each container 11, 12, 13 delimits an interior space which is sealed gas-tight from the surroundings and which is divided into three areas by the sieve bottom 17 and the filter 18. The area of the interior of the three containers 11, 12, 13 present between the sieve bottom 17 and the filter 18 forms a first swirl space 21 or a second vertebral space 22 or a third and last vertebra 23. The axes 16 of the containers 11, 12, 13 also form the axes of the vortex spaces 21 and 22 or 23, the latter being essentially rotationally symmetrical to the associated axis 16. Each container is provided below the sieve bottom 17 with a gas inlet 25 and above the filter 19 with a gas outlet 27.
Each container 11, 12, 13 has a particle inlet opening into its vortex space and a particle outlet leading out of the vortex space. The particle inlet of the first container is designated 31. The particle outlet of the first container is connected to the particle inlet of the second container 12 by a horizontal passage 33, for example delimited by a short pipe section. The particle outlet of the latter is connected to the particle inlet of the third container 13 through a horizontal passage 34.
The passages or Openings of the particle inlets of the second and third containers and the particle outlets of all three containers 11, 12, 13 open directly above the sieve trays 17 or at a very small distance from them into the vortex space of the container concerned, while the For example, the mouth opening of the particle inlet 31 is located further up at a certain distance from the sieve bottom of the container 11. Each particle inlet and particle outlet of the containers 11, 12, 13 is provided with a shut-off device 37 which has an adjustable, for example pivotable or displaceable shut-off element.
The shut-off elements can optionally be brought into a closed and a release position in which they block the passage of the particle inlet in question or -Close outlets for the particles or release, the shut-off elements in the closed position also closing the passages at least to some extent and preferably completely gas-tight. The shut-off elements are arranged such that they close the ends of the passages in their closed positions more or less flush with the inner surfaces of the walls 15 of the containers. The particle outlet of the third and last container 13 is connected through a short line passage 35 to the particle inlet of a separator 39 which is formed, for example, by a cyclone and has a particle outlet 39a.
In the first vertebral space 21, one in FIG. 1 and particularly clearly in FIG. 2 visible spray device 41 arranged with at least one spray nozzle. According to Fig. 1 and 2 there can be, for example, a spray nozzle which is at a distance from the sieve bottom 17 and is coaxial with the axis 16 of the container 11 and has a downwardly directed outlet mouth. In addition, the spray nozzle can be designed either as a single-substance or as a two-substance nozzle.
In the first vertebral space 21 there is also a 1 to 3 visible rotor 43 arranged. This is rotatable about a rotor axis of rotation 44. The rotor 43 essentially consists of a blade wheel with a hub 45 and at least two, for example at least three and namely four blades 46. These form a ring and are distributed over a circumferential circle of the hub 45 evenly around it and around the axis of rotation 44. The blades 46, for example, project outwards in a more or less radial direction away from the axis of rotation 44 and the hub 45 and have free ends facing away from the latter or Edge sections. The blades 46 are preferably similar to the blades or
Wing of an impeller of an axial fan or an aircraft propeller or a propeller against inclined and / or twisted planes running through the rotor axis of rotation and at right angles to it. The hub is rigidly attached to a shaft 47. The rotor axis of rotation is, for example, vertical and eccentric with respect to the first container 11 and the first swirl chamber 21, i.e. H. offset in the horizontal direction against the axis 16 of the first container 11 and the first swirl chamber 21. The rotor 43 and, in particular, its blades 46 are located, for example, below the spray nozzle of the spray device 41 at a distance from the latter and from the sieve bottom 17 and — in accordance with the arrangement of the axes 16 and 44 — are laterally offset from the spray nozzle.
Furthermore, in the first vertebral space 21 there is preferably also one in FIG. 3 ring-shaped and / or sleeve-shaped casing 49, which surrounds the rotor 43 and in particular its blades 46 in a section perpendicular to the rotor axis of rotation 44. The jacket 49 is rotationally symmetrical to the axis of rotation 44, open at both ends and, for example, cylindrical. There is a free space between the outer, free ends of the blades 46 and the inner surface of the casing, so that the rotor 43 can rotate without touching the casing 49.
The shaft 47 of the rotor 43 is connected via transmission means 51 to a drive device 55 arranged, for example, laterally from the container 11 outside the swirl chamber 21. The transmission means 51 have torque measuring means 52 and, for example, also a bevel gear 53 and a horizontal shaft 54 connecting this to the drive device 55. The jacket 49 and the housing belonging to the torque measuring means 52 and the bevel gear 53 are only shown in FIG. 2 and only a simplified drawing of the holder 56 rigidly but releasably attached to the wall 15 of the container 11, so that it is removed from the container 15, for example, on one side of the wall 15 by an opening in it, which is closed during operation by the holder 56 can be.
The shaft 54 is led out of the container 11 through lead-through means 57, which are only shown in a simplified manner and are arranged in and / or on the holder 56, and are sealed at least dust-tight and possibly approximately or completely gas-tight against the holder 56 and the wall 15. The rotor 43 and the shaft 47 are rotatably supported by bearing means, which can be arranged, for example, in the housing of the torque measuring means 52 and / or in the housing of the bevel gear 53. The torque measuring means 52 are preferably arranged between the rotor 43 and the bevel gear 53 and have a measuring transducer in order to measure the torque transmitted from the drive device 55 via the bevel gear 53 to the rotor 43 and convert it into an analog or digital, convert electrical signal.
The drive device 55 has an electric motor in order to rotate the shaft 54 at a fixed or possibly electrically variable speed. Furthermore, the drive device 55 can possibly also be a transmission with a fixed or adjustable over or Have a reduction.
In the second vertebral space 22, one in FIG. 1 with 58 designated rotor. Its vertical axis of rotation is, for example, analogous to the rotor 43 eccentric to the axis of the second container 12 and the second swirl chamber 22, but could instead - since the second swirl chamber contains no spray nozzle - coincide with the axis of the second container. Incidentally, the rotor 58 is, for example, the same or similar to the rotor 43, enclosed by a jacket, rotatably mounted with bearing means and connected to a drive device (not shown) having an electric motor via transmission means which have torque measuring means and a bevel gear .
The fluidized bed device 1 also has gas processing and gas conveying means 61. These have an air inlet 63 for admitting the air which serves as gas and is drawn in from the surroundings. The means 61 also have, for example, a filter 64, at least one gas heater 65 and a gas mixing device 67. The latter has a hot gas inlet 67a, a cold gas inlet 67b and - for each fluidized bed container - a gas outlet 67c. The air inlet 63 is connected to the inlet of the filter 64. Its outlet is connected to the hot gas inlet 67a via the gas heater 65 and to the cold gas inlet 67b via a line bridging the gas heater. Each gas outlet 67c is connected via a pair of metering devices 68 or 69 with the gas inlet 67a or 67b connected.
The gas outlet 67c of the gas mixing device 67 assigned to the first container 11 is connected to the gas inlet 25 of the first container, for example, via a shut-off and metering device 71. Each of the two other gas outlets 67c of the gas mixing device 67 is connected to the gas inlet 25 of the associated fluidized bed container, for example via a flow control valve 72 and a shutoff device 73.
The gas outlet 27 of the first fluidized bed container 11 is connected via a flow meter 75, a shut-off device 76 and via a flow control valve 77 to the input of a pump 80 in the form of a fan and having an electric motor. The gas outlets 27 of the fluidized bed container 12 or 13 are each connected via a flow meter 75 and a shut-off device 76 to the line connecting the flow control valve 77 to the input of the pump 80. The separation device 39 has a gas outlet which is connected to the inlet of the pump 80 via a shut-off device 78. Its outlet is connected to an air outlet 81 opening into the surroundings.
The device has a temperature sensor 85 for measuring the temperature of the gas heated by the gas heater 65 and supplied to the gas mixing device 67. A temperature sensor 86 is present in the gas feed lines connecting the gas mixing device 67 to the fluidized bed containers 11, 12, 13 in order to measure the temperature of the gas supplied to the fluidized beds. Furthermore, at least one temperature sensor 87 for measuring the temperature of the swirled particles is present in each swirl chamber 21, 22, 23. In addition, temperature sensors 88 can also be present in order to measure the temperatures of the gas flowing out of the vortex spaces. Furthermore, pressure sensors (not shown) can be present in order to measure the pressures of the gas flowing through the fluidized spaces and the pressure differences generated by the fluidized beds in this gas flowing.
In addition, there may still be moisture sensors for measuring the moisture of the gas passed through the vortex spaces.
For example, a particle feeder 91 has a memory 92. The reservoir 92 is connected to the particle inlet 31 via a shutoff and metering device 93 and a downwardly inclined line 94.
A spray material supply device 96 has a reservoir 97, a shut-off and / or metering device 98 and a pump 99. This has an output which is connected to the spray device 41 via a line 100. If the spray nozzle of the spray device 41 is a two-substance nozzle, a compressed air source, not shown, is still connected to it, in which case the pump 99 can then possibly be omitted.
The metering devices 68, 69, the shut-off and metering device 71 and the shut-off devices 73, 76 78 have a gas passage and an adjustable shut-off and / or metering element, for example consisting of a flap or a slide, with which the gas Passage can be blocked or released and / or the gas flow through the gas passage can be metered continuously. The flow control valves 71, 77 can have, for example, a flap serving as an adjustable throttle element, on which a spring which presses against the gas flow acts and whose spring force can be adjusted manually.
The shut-off devices 37, 73, 76, 78, the dosing devices 68, 69, the shut-off and dosing devices 71, 93 and the shut-off and / or dosing device 98 can be operated manually or be adjustable, but are preferably equipped with electrical or pneumatic actuators.
The device 1 also has a control device 103. Furthermore, there are electrical lines and possibly compressed air lines, which are indicated by arrows in the control device 103. These lines connect the control device 103 to the electric motors of the pumps, the motors for rotating the rotors 43 and 58, the torque measuring means for measuring the torques transmitted to the rotors 43 and 58, the possible electrical or pneumatic actuating devices of the devices 37, 68, 69, 71, 73, 76, 78, 93, 98, the gas heater 64, the temperature sensors 85, 86, 87, the flow meters 75 and any pressure and humidity sensors.
The control device has electronic circuit means, in particular a process computer, optical signal transmitters, such as lamps and light-emitting diodes, manually operated operating elements and possibly pneumatic elements. The control device 103 also has display means with at least one display instrument and, for example, a plurality of display instruments and / or at least one screen, in order to display different measured variables simultaneously or alternatively or automatically alternately in analog or digital form. The control device 103 furthermore has registration and / or storage means in order to register and / or save various measured variables and possibly certain operating parameters continuously in analog or digital form continuously or quasi-continuously or at specific times of the method.
The registration and / or storage means can, for example, be designed to continuously record certain measured quantities and / or quantities associated with them in analog form on a paper strip and / or in digital form quasi-continuously or at least at certain points in time of the method using a Print the printer and / or store it in a memory and / or on a magnetic or optical data carrier. The control device 103 also has electronic control circuit means for switching certain devices and / or motors in a manner which is still described in part, on the basis of the values of measured variables - for example the torques required for rotating the rotors 43, 57 and / or the temperature sensors 85, 86 measured gas or
Control and / or regulate air temperatures and / or the gas flow rates measured with the flow meters 75 and / or the pressures and / or pressure differences measured with the pressure sensors.
In the following the operation of the in Fig. 1 and partly in FIGS. 2, 3 drawn device for treatment, namely agglomeration or Granulation and drying of particles 111 explained.
The memory 92 of the particle feed device 91 contains, for example, a bulk material which has at least one batch of particles 111 to be treated at the start of operation. These contain, for example, at least one active pharmaceutical ingredient and usually at least one auxiliary and can be dry or more or less moist depending on their previous treatment, origin and storage. The reservoir 97 of the spray material supply device 96 contains an at least partially liquid spray material 113. This consists, for example, of an aqueous solution of a binder.
When treating a particle batch, it is swirled and treated in succession in the three vortex spaces 21, 22, 23 in a manner described in more detail below. The pump 80 draws air from the environment through the air inlet 63 and from bottom to top through at least one of the vortex chambers. If only a single batch of particles is to be processed, air may only need to be sucked through it through the vortex space which currently contains the batch of particles. If large quantities of particles are to be treated, air can be sucked through all three vortex spaces at the same time and a batch of particles can be swirled and treated in these at the same time.
The temperatures of the air supplied to the different swirl rooms can be regulated, for example, by the control device 103 to predetermined and adjustable target values on the basis of the temperatures measured with the temperature sensors 85 and 86. For this purpose, the control device can control the metering devices 68, 69 and possibly the gas heater 64.
The gas heater 65 heats the air flowing through it to a temperature which is expediently at least 70 ° C. and for example at least 80 ° C. The heated air can be mixed in the gas mixing device 67 with a cold, e.g. H. air which is not heated and therefore has ambient temperature can be mixed, the mixing ratio being adjustable separately for each swirl space. The optimal temperatures of the air to be supplied to the vortex rooms depend on the type and temperature sensitivity of the particles. For many purposes, air is preferably fed to the first and the second vortex chamber, the temperature of which is preferably at least 50 ° C. to preferably at most 100 ° C.
The temperature of the air supplied to the second swirl chamber 22 is, for example, lower than the temperature of the air supplied to the first swirl chamber or at most equal to this temperature. For example, air with a temperature of approximately 50 ° C. to 80 ° C. can be supplied to the first swirl chamber 21 and air with a temperature of 40 ° C. to 50 ° C. in the second swirl chamber. The air supplied to the third and last swirl chamber 23 preferably has a lower temperature than the air supplied to the other swirl rooms 21, 22. The temperature of the air supplied to the last swirl chamber 23 is preferably less than 40 ° C., more preferably at most approximately 30 ° C. and is, for example, approximately or exactly equal to the room or Air temperature in the vicinity of the fluidized bed device 1.
If the air drawn into the air inlet 63 has approximately room temperature, only cold, unheated air can be supplied to the gas inlet 25 connected to the last swirl chamber 23, for example.
In the case of the 1 drawn fluidized bed device 1, the air sucked into the fluidized rooms from the environment is not subjected to any treatment influencing the water vapor content of the air before flowing into it. The air flowing into the vortex spaces therefore has an absolute humidity similar to that of the air in the vicinity of the containers 11, 12, 13.
To treat a batch of particles, the previously closed shut-off device 37 of the particle inlet 31 of the first container 11 is temporarily opened. Furthermore, a batch with the desired amount of particles 111 is introduced into the first swirl chamber via the shut-off and metering device 93. The particles slide into the first vortex space 21 under the influence of gravity. In addition, air can be sucked into the first swirl chamber with the pump 80 through the accumulator 92 and the line 94. This air then supports the introduction of particles into the first vortex.
The flow control valve 77 limits the flow rate of the air sucked through the first swirl chamber and thus the flow rate of the air flowing into the first swirl chamber through the particle inlet 31 to a maximum value below the suction rate of the pump 80, so that any simultaneous gas flow through the second and third vertebral space does not collapse.
When the particle batch is in the first vortex space 21, the particle inlet 31 is closed again. Furthermore, the shut-off and metering device 71, preferably previously closed, connected to the gas inlet 25 of the first container 11 is opened. The particles located in the first swirl chamber 21 are then swirled for a certain period of time in the air which is supplied to the gas inlet of the first container and flows upwards through it and in particular the first swirl chamber. The particles then form a fluidized bed.
The first treatment of the particles which takes place during the swirling of a batch of particles in the first swirl chamber 21 comprises two main phases, namely firstly a spraying and agglomeration phase and secondly a drying phase. The spray material supply device 96 continuously or intermittently supplies spray material 112 to the spray nozzle of the spray device 41 during the swirling time of the particles belonging to the spray and agglomeration phase. This is sprayed from the spray nozzle and sprayed onto the swirled particles from top to bottom. The particles originally present are agglomerated when sprayed.
The agglomerate particles formed in the process are then swirled in the first swirl chamber 21 during the drying phase without spraying of spray material and dried at least to such an extent that the particles are no longer connected to one another in the event of collisions and therefore do not agglomerate further. Regarding the two main phases, it should be noted that the agglomeration and the drying of the particles are not clearly separated. On the one hand, the air flowing through the first vortex space draws moisture from the particles already during the spraying and especially during any spray interruptions, so that a certain drying of the particles also takes place during the first main phase.
On the other hand, after the spray material has been sprayed off, the particles may still agglomerate for a certain period of time in the beginning of the second main phase.
After this treatment of the particle charge in the first vortex chamber 21, the two previously closed shut-off devices 37 arranged at the ends of the passage 33 are temporarily opened. Furthermore, those with the first and the second container 11 or 12 connected shut-off devices 73, 76 brought into positions in which the pump 80 sucks air through the gas inlet of the first container 11 into the first vortex chamber 21, from this through the passage 33 into the second vortex chamber 22 and through this upwards. This air conveys the particle batch previously swirled in the first swirl chamber 21 into the second swirl chamber 22.
When this has happened, the shut-off devices 37 present at the ends of the passage 33 are closed. The particle batch is now swirled with air flowing from bottom to top through the second container 12 and in particular the second vortex chamber 22 and is subjected to a second treatment in the process which the particles are cooled a little and dried further. The liquid content of the material is reduced at least approximately to the final value provided for the entire treatment in the fluidized bed device 1.
After this treatment in the second vortex chamber 22, the particle charge is conveyed into the third vortex chamber 23 by means of air by temporarily opening the passage 34. This transfer of the particles from the second to the third vertebral space is carried out analogously to the previously described transfer of the particles from the first to the second vortex space.
The particle batch is then swirled in the third vortex for a certain period of time and subjected to a third treatment. In this process, the particles are cooled to a temperature which is, for example, approximately 20 ° C. to 30 ° C. and is therefore approximately equal to the normal room temperature and the ambient air temperature or is only slightly higher than the latter two temperatures. During the swirling in the third swirl room, the particles are only slightly or possibly not further dried.
After the treatment of the particles in the third vortex chamber 23, the previously closed shut-off device 37 of the particle outlet of the third container is temporarily opened. Furthermore, the shut-off device 76 connected to the gas outlet of the third container 13 is closed. If the shut-off device 78 connected to the separating device 39 was previously closed, it is now opened. The particle batch is therefore transported from the third swirl chamber 23 into the separating device 39 by the air sucked into the third swirl chamber 23 and from there into the separating device 39. This separates the particles from the air used to transport them. The particles are now filled, for example, into a container 81 from the particle outlet 39a of the separating device 39 and stored therein and / or transported further with a conveying device.
The particles emerging from the particle outlet 39a can either form the end product of the manufacturing process or an intermediate product which is still processed to an end product. The end product can then be used as a drug, for example.
After this general description of the process for treating a batch of particles 111, some details will be described below.
The agglomerate particles formed in the first vortex space during the agglomeration process are larger and heavier than the particles 111 originally introduced in the first vortex space. The flow rate of the air sucked upwards through the first vortex chamber 21 is therefore continuously or gradually increased in the course of the agglomeration process by adjusting the shut-off and metering device 71 connected to the gas inlet 25 of the first container 11 and, if necessary, the metering devices 68, 69 such that the particles are whirled up to approximately the same height in the first vertebral space 21 despite their increasing weight.
The gas flow rate can be set, for example, in the test phase by a person using control elements of the control device 103 on the basis of visual observations of the fluidized bed and / or on the basis of the pressure difference determined by the fluidized bed in the first fluidized bed and determined by means of the pressure sensors mentioned. The flow rate is measured by means of the flow meter connected to the gas outlet of the first container 11 and displayed by the display means of the control device 103. The measured values of the flow rate can be registered and / or stored by the control device 103 and / or a person.
In the industrial treatment of particles, the flow rate of the air flowing through the first swirl chamber can then, for example, be automatically controlled and / or regulated by the control device 103 according to a predetermined time program and / or using the pressure difference measured values.
When particles are swirled in one of the vortex spaces 21, 22, 23, the particles located in the vicinity of the axis 16 of the container and the vortex space are raised and then sink down again in the peripheral region of the vortex space, as shown in FIG. 2 for the first vertebral space 21 is indicated by arrows. When moving, some of the particles swirled in the first vortex chamber 21 pass through the region of the vortex chamber enclosed by the jacket 49 and adjoining the blades 46 of the rotor 43. If the rotor according to Fig. 2 is arranged eccentrically with respect to the axis 16 in the swirl chamber, the particles passing the interior of the jacket 49 predominantly move downwards and therefore counter to the air flowing upwards through the swirl chamber.
The optimum direction of rotation and speed of rotation of the rotor 43 for a specific treatment can be determined, for example, by tests. The drive device 55 can, for example, rotate the rotor 43 at a constant speed in a direction of rotation in which the air flowing past the rotor 43 supports the rotation of the rotor generated by the drive device 55. The torque transmitted from the drive device 55 to the rotor 43 depends on the flow rate of the air flowing through the swirl chamber, but is also strongly influenced by the impacts between the swirled particles and the blades 46 of the rotor 43. The torque and / or its change over time therefore gives - as already explained in the introduction - a measure of the moisture as well as the cohesion or Cohesiveness and viscosity of the particles.
The torque measuring means 52 measure the torque transmitted by the drive device 55 for rotating the rotor 43 and represent its value by an electrical signal. The measured torque measured values are displayed and registered and / or stored by the control device 103.
The process computer belonging to the control device 103 may also link the measured values of the torque with the time-changing, also measured values of the flow rate of the air flowing through the first swirl chamber and, for example, periodically and quasi-continuously calculate at least one variable at short intervals, at which for example the influence of the air flow on the torque is more or less completely eliminated and which is quasi a measure of the net influence of the particles hitting the blades 46 on the torque. Instead of this size or in addition to such a size, the control device can possibly calculate at least one size that is directly a measure of the cohesion and / or cohesiveness and / or size of the swirled particles.
The process computer of the control device may also be able to measure the measured torque values with measured values of other sizes, for example with the measured values obtained with at least one of the temperature sensors 86, 87, 88 gas or Link the air and / or particle temperature and / or the pressure of the air in the fluidized bed 21 and / or the pressure difference generated by the fluidized bed. The measured, temporally changing values of the torque and / or of at least one variable linked to it are displayed continuously or quasi-continuously by the display means of the control device. Furthermore, the registration and / or storage means of the control device 103 register and / or store the measured torque and / or a variable associated therewith continuously or quasi-continuously or at least at predetermined times of the method.
The time-changing, continuously or quasi-continuously measured value of the torque required to turn the rotor 43 is also used to control and / or regulate the method. For example, the supply of spray material 113 to the spray device 41 can be controlled and / or regulated as a function of the measured torque and / or at least one of the variables mentioned associated with it. For example, the feed rate of the spray material can be controlled and changed depending on at least one of the sizes mentioned. Furthermore, for example, the supply of spray material can be temporarily interrupted and / or stopped if the torque and / or its differential quotient over time and / or another variable associated with the torque meets at least one specific criterion.
As explained in the introduction, the instantaneous moisture of the particles depends on various factors on the one hand in a complex manner and on the other hand has a major influence on the properties of the particles that are produced during the treatment. As can also be seen from the introduction, the measurement of the torque required for rotating the rotor 43, which is associated with the moisture and cohesion of the particles, and therefore the use of this measured torque and / or at least one quantity associated with it enables the validation and control of the method to improve the quality of the manufactured product.
If, after the agglomeration phase in the first swirl chamber, the particles are swirled during a drying phase without spraying with spray material and are dried to a certain extent during a drying process, the torque required for rotating the rotor 43 is also still influenced by the moisture of the particles. The torque measured at the end of the swirling of the particles in the first vortex space therefore gives a measure of the moisture of the particles at this point in time. The torque value measured at the end of the swirling in the first swirl space can therefore also be registered and / or stored, for example, for the validation of the method. However, provision can also be made to end the swirling in the first swirl space if the torque mentioned and / or a quantity associated with it fulfills at least one predetermined criterion.
Possibilities for controlling the flow rate of the air flowing through the first swirl chamber have already been mentioned. The torque measured with the aid of the rotor 43 may also be used to control the flow rate of the air.
When the particles are swirled in the second and third swirl spaces 22 and 23, the flow rate of the air passed through the swirling spaces from bottom to top for swirling the particles can have a constant value set with the two flow control valves 72 during the entire swirling period.
As already described, the air supplied to the second swirl chamber 22 preferably has a lower temperature than the air supplied to the first swirl chamber 21. In the case of particles sensitive to heat, this has the advantage that the particles which have already been dried to a certain degree in the first vortex space and therefore have a lower moisture content than those in the first vortex space can be gently dried in the second vortex space.
During the swirling and drying treatment of the particles taking place in the second swirl chamber 22, that for rotating the rotor 88 arranged in the second swirl chamber 22 can be measured. This torque and / or a quantity associated with it then gives a measure of the moisture of the particles swirled in the second vortex space. The measured values of the torque measured with the rotor 58 can therefore be registered and / or stored and used to validate the drying treatment taking place in the second swirl chamber. In addition, the measured values measured with the rotor 58 can possibly be used to control the drying treatment taking place in the second vortex chamber and thereby to determine the residual moisture of the particles remaining at the end of the drying treatment taking place in the second vortex chamber.
Of course, the optimal process parameters also depend on the components, i. H. the chemical compositions of the particles 111 originally introduced into the first vortex space and of the spray material 111 and the desired properties of the end product. When developing a new product, for example, by varying the process parameters and investigations on the particles, favorable process parameters and in particular also criteria can be determined in order to optimally control the process on the basis of the measured values measured with the rotors 43, 58 and on the basis of the measured values of other variables. In industrial production, batches of particles can then be treated in series, the method then being able to be controlled and / or regulated automatically, for example partially or completely, by the control device 103.
When particles are swirled in the three vortex spaces, particles and / or agglomerate particles originally introduced into the first vortex space and, in particular, smaller dust particles formed by abrasion from this particle can reach the filters 18 and remain attached to their surfaces. If necessary, the filters 18 can be cleaned with the filter cleaning devices 19 from time to time by shaking or blowing them out with compressed air. The particles and / or dust particles adhering to the filter fall back into the vortex spaces. Such cleaning of the filter 18 can - with a suitable design of the filter and the filter cleaning device - also be carried out while at the same time air is passed from bottom to top through the vortex spaces and particles are swirled ver.
Under certain circumstances, however, it may be necessary or advantageous to interrupt the swirling for cleaning the filters. If the filter 18 present in the first container 11 is cleaned during the spraying and agglomeration phase and the swirling of the particles is interrupted, the spraying of liquid is of course also interrupted during the interruption of the swirling. The torque measurement may also be interrupted.
The rotors 43 and 58 of the fluidized bed device 1 can be replaced by a rotor 143 which is shown in FIG. 4 apparent type can be replaced. The rotor 143 defines a rotor axis of rotation 144 and has a hub 145 on which two groups or rings of blades 146 or rings which are offset with respect to one another along the rotor axis of rotation 144 147 are attached. The same group or blades 146 belonging to the same ring or 147 are distributed along a circle coaxial to the axis of rotation 144, so that the corresponding points of the blades belonging to the same group lie in one and the same plane perpendicular to the axis of rotation 144. The blades 146 belonging to one group are offset against the blades 147 belonging to the other group about the rotor axis of rotation 144.
The first fluidized bed container 11 of the device 1 can be replaced by the part shown in FIG. 5 visible, first fluidized bed container 211 to be replaced. This has a wall 215 and contains a gas-permeable sieve bottom 217 which is arranged in the interior of the container 211 and is releasably fastened with fastening means not shown. This forms the lower boundary of the first swirl chamber 221, which contains a spray device 241 with at least one spray nozzle. A rotor 243 essentially consisting of a paddle wheel is arranged in the swirl chamber 221 so as to be rotatable about a vertical rotor axis of rotation 244, for example.
The rotor 243 is practically immediately above the sieve bottom 217, so that the blades of the rotor are only at a small distance from the sieve bottom, which is, for example, at most equal to the diameter of an enveloping cylinder which clings to the outer ends of the blades of the rotor is. The rotor 243 is fastened to a rotatably mounted shaft 247, which penetrates the sieve bottom, for example, and is connected via this and transmission means 251 to a drive device 255, which is arranged, for example, outside the container on one side thereof. The transmission means 251 have, for example, torque measuring means 2521 arranged under the sieve bottom, a bevel gear transmission 253 and a horizontal shaft 254 connecting this to the drive device 555 and led out of the container 211 through feed-through means.
It should be noted that the one shown in FIG. 5 drawn container 211 does not have a jacket surrounding the rotor 243 and corresponding to the jacket 49. Unless otherwise stated above, the container 211 can have the same or a similar design and can be equipped with additional components as the container 11.
In operation of the device having the container 211, during the treatment of a batch of particles, the air flow which serves to swirl the particles through the first vortex space can be interrupted from time to time for a short period of time, as may be the case in any case for cleaning what is present in the container the Fig. 5 no longer visible filter is necessary. With such interruptions in the swirling, the particles sink to the sieve bottom 217 and form a loose, resting layer covering and enclosing the rotor 243 thereon. The drive device 255 can rotate the rotor during the entire treatment of particles in the first vortex space 221 or at least during the vortex interruptions.
When the particles in the swirl interruptions rest on the sieve bottom 217, the rotor moves the particles located in the area of its blades. The torque required to rotate the rotor 243 then gives a measure of the moisture and cohesion of the particles.
The according to Fig. 1 rotor 58 arranged in the second vortex chamber 22 of the device 1 can of course also be replaced by a rotor arranged analogously to the rotor 243.
The facilities and procedures can be changed in other ways. For example, the spray devices 41 and 241 could have some spray nozzles distributed around this axis instead of a spray nozzle coaxial with the axis of the container. For this purpose, the rotor arranged in the first swirl chamber could then have an axis of rotation coinciding with the axis of the container. Furthermore, the cylindrical jacket 49 could be replaced by a jacket, the inner surface of which is at least partially conical and / or curved in axial section and, for example, widens upwards and / or downwards away from the blades of the rotor. Instead of a non-rotatably fastened jacket, it would be possible to provide a jacket connected to the outer ends of the blades of the rotor, which then rotates together with the rotor when the rotor is rotated.
It is also possible, if the rotors 43, 58 are arranged at a relatively large distance from the bottom of the sieve - analogously to the rotor 243 - to dispense with a casing surrounding the rotor and corresponding to the casing 49. Furthermore, the rotors could be provided with blades, the surfaces of which are essentially parallel everywhere to the axis of rotation of the rotor, so that the blades do not produce any axial conveyance of gas and a gas flow parallel to the axis of rotation does not cause the rotor to rotate. Furthermore, the rotor axes of rotation can be horizontal or inclined instead of vertical. It is also possible to arrange more than one rotor in the same vortex space. It is also possible to arrange at least one rotor only in the first vortex chamber of the device.
Furthermore, the bevel gear 53 and / or 253 can be omitted and the drive device for rotating the rotor may be arranged in the interior of the container.
The control device 103 may also have power measuring means for measuring the electrical power consumed by the motors used to rotate the rotors 43, 58, 143, 243. These services can then also be displayed, registered and / or saved. The torque measuring equipment can then possibly be omitted.
As already mentioned in the introduction, it may be possible to dispense with a drive device connected to the rotor and to measure the torque and / or the power using the measuring means. which is released by the rotor when it is rotated by the air flowing past it. Furthermore, the measuring means may possibly instead of the torque and / or the power, the or which is required to turn the rotor or is released by it, only measure the change in torque and / or power and / or another quantity related to the torque and / or power.
Furthermore, instead of the pump 80 common to all fluidized bed containers, the device can be equipped with a separate pump for each fluidized bed container or at least two pumps, one of which is assigned to the first fluidized bed container and the other to the remaining fluidized bed containers. The gas outlets of the containers can then be analogous to those in Fig. 1 via a flow meter 75 and a shut-off device 76 to the input of the associated pump, the line connecting the first container to a pump possibly also containing a flow control valve 77.
Furthermore, there may be measuring means for measuring the electrical power which are used to drive the motor of the pump 80 or the motors of the pumps replacing them or at least the motor of the pump connected to the first fluidized bed container is consumed. This achievement or each of these services is dependent on the state of the particles and the fluidized bed when swirling particles and can be displayed and registered and / or stored by the control device. The or each measured power of the motor of a pump can then also be used for the validation and / or the control of the method.
As also described in the introduction, the method and the device can also serve to coat particles. When coating particles, for example, the spraying of the spray material can be controlled on the basis of the size measured with the rotor in order to prevent the particles from undesirably agglomerating due to momentary overwetting.
As also mentioned in the introduction, the method and the device can be used exclusively for drying particles instead of for agglomerating and / or coating and then drying particles. When drying particles, the size measured with the rotor can be used, for example, when controlling the process, in order to end the drying process at a point in time when the particles have an intended residual moisture.
Furthermore, the method can possibly be carried out with a device which has only one fluidized bed container and, accordingly, only one fluidized bed, in which at least one rotor with blades is arranged.
It is also possible to swirl the particles with another gas, for example nitrogen, instead of air.