DD139525A5 - FLUID BED APPARATUS - Google Patents
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Description
— /J —- / J -
Beschreibungdescription
WirbelschichtapparatürWirbelschichtapparatür
An we ndung s ge biet d er Er fin dung;_An introduction to the invention; _
Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtapparatur mit einem Wirbelschichtbehälter, in dem eine im wesentlichen horizontale Rotorscheibe über einem Siebboden angeordnet und um eine zumindest annähernd vertikale Achse drehantreibbar ist.The invention relates to a fluidized-bed apparatus with a fluidized-bed container in which a substantially horizontal rotor disk is arranged above a sieve bottom and is rotatably drivable about an at least approximately vertical axis.
Charakteristik der bekannten techn. Lösungen:Characteristic of the known techn. Solutions:
——»-——« —— —— ».—— ι, τ η-τι τ 1ii i 11 .ιi-ίil ima ι T. ι.»ιι«ιι·<- »---« - - ».-- ι, τ η-τι τ 1ii i 11 .ιi-ίil ima ι T. ι
Für die Durchmischungs- und Wärmeübergangseigenschaften in Wirbelschichtapparaturen ist bekanntlich die Feststoffbewegung neben der Blasenbildung und -bewegung im Wirbelbett ausschlaggebend.For the mixing and heat transfer properties in fluidized bed apparatuses, it is known that the solids movement in addition to the bubble formation and movement in the fluidized bed is decisive.
Besonders bei Reaktionsgütern mit unterschiedlicher Dichte und/oder unterschiedlicher Partikelgröße und/oder unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit ist eine gute Durchmischung bzw. die Verhinderung der Reaktionsgutentmischung oft äußerst problematisch. Dies ist auch bei der Herstellung von pharmazeutischen Granulaten sehr oft ein störendes Problem.Especially in the case of reactants with different density and / or different particle size and / or different surface properties, thorough mixing or prevention of the reaction mixture is often extremely problematic. This is very often a disturbing problem in the production of pharmaceutical granules.
Bisher versuchte man, diesen Problemen durch Verwendung von verschiedenen Einbauten oder pneumatischen Mischvorrichtungen oder durch schwingende bzw. oszillierende Siebböden in den Wirbelschichtreaktoren zu begegnen.Heretofore, attempts have been made to address these problems by using various internals or pneumatic mixing devices, or by vibrating or oscillating sieve trays in fluidized bed reactors.
Es wurde ferner versucht, durch Anbringung eines Sternrührers über dem Siebboden die Kanalbildung (Konzentration des Gutes in schmalen Kanälen bzw. Schläuchen) zu verhindern und dadurch die Wirbelschichtbewegung zu verbessern. Durch den Sternrührer wird jedoch praktisch keine Zentrifugalbewegung des Gutes bewirkt. Das Gut strömt wie bei allen bisher bekannten derartigen Apparaturen vorwiegend innen hoch und außen abwärts. Dies hat bei einigen Anwendungen, insbesondere beim Besprühen des Gutes zum Herstellen eines Granulats die unerwünschte Folge, daß feuchtes Gut mit der Wand in Berührung kommt und dort leicht festbacken kann.Attempts have also been made to prevent channeling (concentration of the material in narrow channels or hoses) by attaching a star stirrer above the sieve bottom, thereby improving the fluidized bed movement. By the star stirrer, however, virtually no centrifugal movement of the material is effected. The good flows as in all previously known such equipment mainly inside high and outside down. This has in some applications, especially when spraying the material to produce a granulate, the undesirable consequence that moist material comes into contact with the wall and can easily cake there.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den Mischeffekt in einer Wirbelschichtapparatur so zu verbessern, daß das Gut außen nach oben und innen nach unten strömt. Darlegung desThe invention is therefore based on the object to improve the mixing effect in a fluidized bed apparatus so that the material flows outside upwards and inwards downwards. Presentation of the
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wirbelschichtbehälter sich nach oben verjüngt. Damit wird erreicht, daß das von der Rotorscheibe radial nach außen geschleuderte und anschließend längs der Innenwand des Wirbelschichtbehälters nach oben strömende Gut von dieser Innenwand allmählich radial nach innen umgelenkt wird, so daß es schließlich im Bereich der Achse des Wirbelschichtbehälters nach unten strömt und unten erneut in den Einflußbereich. der Rotorscheibe gelangt.This object is achieved in that the fluidized bed container tapers upwards. This ensures that the radially outwardly thrown from the rotor disk and then along the inner wall of the fluidized bed upflowing Good is gradually deflected radially inwardly from this inner wall, so that it eventually flows in the axis of the fluidized bed tank down and again below into the sphere of influence. the rotor disk passes.
Die Vorteile der Erfindung liegen also darin, daß man in einfacher Weise eine wesentliche Verbesserung der Mischgüte in Wirbelschichtapparaturen erzielen kann. Diese Verbesserung ist gleichermaßen für Wirbelschichtmischer, -trockner, -reaktoren und -granulatoren von großem Interesse. Die Erfindung hat sich insbesondere bei der Herstellung von pharmazeutischen Granulaten bewährt.The advantages of the invention are thus that it is possible to achieve a substantial improvement in the quality of mixing in fluidized bed apparatus in a simple manner. This improvement is equally of great interest to fluid bed mixers, dryers, reactors and granulators. The invention has proven particularly useful in the manufacture of pharmaceutical granules.
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Der Abstand zwischen Siebboden und Rotorscheibe beträgt vorzugsweise 0,5 - 20 mm. Damit wird erreicht, daß das durch den Siebboden nach oben strömende Gas sofort eine radial nach außen gerichtete Strömungskomponente erhält, was ebenfalls zu der erwünschten Strömung des Gutes radial nach außen im unteren Bereich der Wirbelschicht beiträgt.The distance between the sieve bottom and rotor disk is preferably 0.5 to 20 mm. This ensures that the gas flowing upwards through the sieve bottom immediately receives a radially outwardly directed flow component, which likewise contributes to the desired flow of the material radially outward in the lower region of the fluidized bed.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird diese Strömung noch dadurch unterstützt, daß die Rotorscheibe einen flachen Kegel mit einem Neigungswinkel von bis zu 45° bildet.According to one embodiment of the invention, this flow is further supported by the fact that the rotor disc forms a flat cone with an inclination angle of up to 45 °.
Um das Abgleiten des Gutes vom mittleren Bereich der Rotorscheibe zu erleichtern, kann die Rotorscheibe mit einem Zentralkegel versehen sein, dessen Grundflächendurchmesser 15 bis 5o % des Durchmessers der Rotorscheibe und dessen Höhe 5 bis 50 % des Durchmessers der Rotorscheibe betragen kann.In order to facilitate the sliding of the material from the central region of the rotor disk, the rotor disk may be provided with a central cone whose base diameter 15 to 5o% of the diameter of the rotor disk and whose height may amount to 5 to 50% of the diameter of the rotor disk.
Die Grundfläche der Rotorscheibe beträgt vorzugsweise 60 bis 80 % der Bodenfläche des Wirbelschichtbehälters. Die Rotorscheibe deckt also zumindest den mittleren Teil des Siebbodens ab und verhindert somit weitgehend, daß das Wirbelbett in von der Innenwand des Wirbelschichtbehälters entfernten Bereichen von einem starken, aufwärtsgerichteten Luftstrom erfaßt wird.The base area of the rotor disk is preferably 60 to 80% of the bottom area of the fluidized bed tank. The rotor disk therefore covers at least the middle part of the sieve bottom and thus largely prevents the fluidized bed from being detected in areas remote from the inner wall of the fluidized bed container from a strong, upward air flow.
Dennoch kann die Rotorscheibe perforiert sein, da das durch die Rotorscheibe hindurch nach oben strömende Gas auf jeden Fall retdial nach außen abgelenkt wird, wenn die Rotorscheibe mit hinreichender Drehzahl rotiert.Nevertheless, the rotor disk may be perforated, as the gas flowing upwardly through the rotor disk will in any case be retdially deflected outwards as the rotor disk rotates at a sufficient speed.
Die Ablenkwirkung der Rotorscheibe auf das Wirbelbett kann noch dadurch verstärkt werden, daß Schikanen- oder flügel- oder schaufeiförmige Mitnehmer an der Oberseite der Rotorscheibe angebracht sind.The deflection effect of the rotor disk on the fluidized bed can be further enhanced by baffles or wing or shuttle-shaped driver are attached to the top of the rotor disk.
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Je nachdem, ob und in welchem Maß die Rotorscheibe perforiert ist, hat der Ringspalt zwischen ihr und der Innenwand des Wirbelschichtbehälters eine mehr oder weniger entscheidende Bedeutung für die Luftgeschwindigkeit im gesamten Wirbelschichtbehälter. Die Luftgeschwindigkeit ist ihrerseits eine kritische Prozeßgröße, die entsprechend den Strömungseigenschäften des Produktes (Granulatdurchmesser und Gewicht) jeweils optimal eingestellt werden muß. Aus der Verjüngung des Wirbelschichtbehälters ergibt sich die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Wirbelschichtapparatur in der Weise zu verbessern, daß die Strömungsverhältnisse in der Apparatur unabhängig von der zirkulierenden Luftmenge in einfacher Weise an verschiedenenartige Granulate angepaßt werden können.Depending on whether and to what extent the rotor disk is perforated, the annular gap between it and the inner wall of the fluidized bed container has a more or less decisive importance for the air velocity in the entire fluidized bed container. The air velocity is in turn a critical process variable, which must be optimally adjusted according to the flow properties of the product (granule diameter and weight). From the taper of the fluidized bed container there is the possibility to improve the fluidized bed apparatus according to the invention in such a way that the flow conditions in the apparatus can be adapted independently of the circulating air quantity in a simple manner to various types of granules.
Dieser zusätzliche Vorteil wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß die Rotorscheibe im unteren konischen Behälterteil höhenverstellbar ausgebildet ist. Der Spalt zwischen Behälterinnenwand und Außenrand der.Rotorscheibe kann dann durch Anheben der Rotorscheibe verringert werden. Auf diese Weise kann z.B. bei gleicher Luftmenge die Luftgeschwindigkeit erhöht werden. Es ist ferner möglich, den Luftdurchsatz sogar zu verringern und trotzdem die Luftgeschwindigkeit durch eine gleichzeitige · Verkleinerung des Spaltes zu erhöhen. Die Höhenverstellbarkeit der Rotorscheibe hat also den Vorteil, daß die Wirbelschichtapparatur jeweils optimal an die Strömungseigenschaften des. Granulates angepaßt werden kann. Dadurch wird eine produktspezifische Optimierung der Betriebsbedingungen im Hinblick auf die Produktqualität ermöglichtThis additional advantage is inventively achieved in that the rotor disk is designed to be height adjustable in the lower conical container part. The gap between the container inner wall and the outer edge der.Rotorscheibe can then be reduced by lifting the rotor disk. In this way, e.g. with the same amount of air, the air speed can be increased. It is also possible to even reduce the air flow rate and still increase the air velocity by simultaneously reducing the gap. The height adjustability of the rotor disk thus has the advantage that the fluidized bed apparatus can be optimally adapted to the flow properties of the granules. This enables a product-specific optimization of the operating conditions in terms of product quality
Ausführungsbeispiele ι Exemplary embodiments
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:In the following embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to schematic drawings. Show it:
Fig. 1 einen senkrechten Schnitt einer Wirbelschicht-.apparatur mit perforierter Rotorscheibe undFig. 1 shows a vertical section of a fluidized-.-Apparatus with perforated rotor disk and
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Fig. 2a bis 2c drei Varianten einer Rotorscheibe und einesFig. 2a to 2c three variants of a rotor disk and a
sich nach oben verjüngenden Wirbelschichtbehälters, ebenfalls im senkrechten Schnitt dargestellt.upwardly tapered fluidized bed tank, also shown in vertical section.
Zur Wirbelschichtapparatur gemäß Fig. 1 gehört ein sich konisch nach oben verjüngender Wirbelschichtbehälter 1, an den sich eine zylindrische Entspannungszone 2 anschließt. Dazwischen wird granulatförmiges Gut von einer Dosierpumpe 3 über einen Düsenring 4 in den Wirbelschichtbehälter 1 eingetragen. Der Wirbelschichtbehälter 1 ist an seiner Unterseite mit einem Siebboden 5 abgeschlossen, der durch pneumatische Kolben 6 in oszillierende Bewegungen versetzt werden kann. In einem Abstand von 0,5 bis 20 mm über dem Siebboden ist eine horizontale, perforierte Rotorscheibe 8 angeordnet, die in der 'Mitte einen Zentralkegel 9 aufweist und durch einen Motor 10 antreibbar ist.The fluidized-bed apparatus according to FIG. 1 includes a conically upwardly tapering fluidized-bed tank 1, to which a cylindrical expansion zone 2 adjoins. In between granular material is introduced by a metering pump 3 via a nozzle ring 4 in the fluidized bed tank 1. The fluidized bed tank 1 is closed at its bottom with a sieve bottom 5, which can be offset by pneumatic piston 6 in oscillating movements. At a distance of 0.5 to 20 mm above the sieve bottom, a horizontal, perforated rotor disk 8 is arranged, which has a central cone 9 in the middle and can be driven by a motor 10.
In der Wirbelschichtapparatur läßt sich mit einer Turbine 11 eine Luftzirkulation erzeugen. Die von der Turbine aus der Entspannungszone 2 abgesaugte Luft strömt durch ein Rundfilter 12, das zu Reinigungszwecken mit einer Abklappvorrichtung 13 versehen ist. Seitlich neben dem Wirbelschichtbehälter 1, der Entspannungszone 2 und dem Rundfilter 12 ist ein Seitenkanal 15 angeordnet. Abluft und Zuluft werden durch eine Abluftregulierklappe 16 bzw. einen.Zuluftregulierschieber 17 an einer Lufteintritts- und-austrittsöffnung 18 eingeregelt. Die Rückluft wird über ein Vorfilter 19 und einen Lufterhitzer 20 im Seitenkanal 15 sowie durch den Siebboden 5 hindurch wieder dem Wirbelschichtbehälter 1 zugeführt.In the fluidized bed apparatus, air can be generated with a turbine 11. The extracted from the turbine from the expansion zone 2 air flows through a round filter 12, which is provided for cleaning purposes with a folding device 13. Laterally next to the fluidized bed tank 1, the expansion zone 2 and the round filter 12, a side channel 15 is arranged. Exhaust air and supply air are regulated by an exhaust air regulating flap 16 and a .Zuluftregulierschieber 17 at an air inlet and outlet opening 18. The return air is fed back to the fluidized bed tank 1 via a pre-filter 19 and an air heater 20 in the side channel 15 as well as through the sieve bottom 5.
Von dem aufsteigenden Gas- oder Luftstrom werden die Feststoffteilchen des im Wirbelschichtbehälter enthaltenen Gutes, das behandelt, z.B. granuliert werden soll, aufwärts transportiert, um anschließend aufgrund der Schwerkraft nach innen auf die Rotorscheibe 8 zurückzufallen. Die von der Rotorscheibe 8 erzeugte Zentrifugalkraft treibt die Feststoffteilchen wieder in den von unten nach oben fließenden Gas- oder Luftstrom. AufFrom the rising gas or air stream, the solid particles of the material contained in the fluidized bed container, which are treated, e.g. is to be granulated, transported upwards to then fall back on the rotor disk 8 due to gravity inwards. The centrifugal force generated by the rotor disk 8 drives the solid particles back into the gas or air flow flowing from the bottom to the top. On
diese Weise ergibt sich die in Fig. 2a und 2b dargestellte gleichmäßig rotierende oder umwälzende Feststoffbewegung der Wirbelschicht.This results in the uniformly rotating or revolving solid movement of the fluidized bed shown in FIGS. 2a and 2b.
Als besonders günstig haben sich konische, sich nach oben hin verjüngende . Formen des Wirbelschichtbehälters 1 gemäß Fig.2a, 2bund 2c erwiesen, da bei diesen Querschnitten das gesamte hochströmende Gut nach innen abgelenkt wird.Conical, tapering upwards, have proven to be particularly favorable. Shapes of the fluidized bed container 1 according to Fig.2a, 2band 2c proved, since in these cross-sections, the entire high-flow Good is deflected inwards.
In den Zeichnungen sind auch verschiedene Ausgestaltungen der Rotorscheibe 8 angedeutet. Im einfachsten Falle ist die Rotorscheibe 8 gemäß Fig.1, 2a und 2c im wesentlichen eben. Die Rotorscheibe 8 kann aber auch gemäß Fig. 2b nach außen hin abfallen, so daß sie einen flachen Kegel bildet. Der Neigungswinke Ιοί. kann maximal 45° betragen. Vorzugsweise beträgt der Neigungswinkel CC. jedoch nicht mehr als 20°. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn im Zentrum der Rotorscheibe.8 ein Zentralkegel 9 angeordnet ist und die Scheibenfläche außerdem nach außen noch leicht abfällt (oCSi5e). Die Grundfläche des Zentralkegels 9 hat üblicherweise einen Durchmesser von 15' bis 50 %, vorzugsweise 15 bis 30 %, des Rotorscheibendurchmessers, während die Höhe des Kegels zwischen 5 und 50 %, vorzugsweise 10 und 30 %, bezogen auf den Durchmesser des Rotors beträgt. Der Flächenanteil öhr Rotorscheibe sollte etwa 20 bis 95 %, vorzugsweise 60 bis 80 %, der Bodenfläche der Wirbelschichtapparatur besitzen.In the drawings, various embodiments of the rotor disk 8 are indicated. In the simplest case, the rotor disk 8 according to Figures 1, 2a and 2c is substantially flat. However, the rotor disk 8 can also fall off according to FIG. 2b to the outside, so that it forms a flat cone. The tilt angle Ιοί. can not exceed 45 °. Preferably, the inclination angle is CC. but not more than 20 °. It has proved to be advantageous if a central cone 9 is arranged in the center of the rotor disk 8 and the disk surface also slightly drops outwards (oCSi5 e ). The base area of the central cone 9 usually has a diameter of 15 'to 50%, preferably 15 to 30%, of the rotor disc diameter, while the height of the cone is between 5 and 50%, preferably 10 and 30%, based on the diameter of the rotor. The area fraction of the rotor disk should be about 20 to 95%, preferably 60 to 80%, of the bottom surface of the fluidized bed apparatus.
Die in Fig. 1 angedeutete Perforation 21 der Rotorscheibe 8 hat den Zweck, daß auch im Zentrum des Wirbelschichtbehälters ein gewisser Teil des Gas- bzw. Luftstromes nach oben strömt.The indicated in Fig. 1 perforation 21 of the rotor disk 8 has the purpose that in the center of the fluidized bed container, a certain part of the gas or air flow flows upwards.
In Sonderfällen können gemäß Fig. 2a Schikanen- oder flügel- oder schaufelförmige Mitnehmer 22 an den Rotorscheiben 8 angebracht werden.In special cases, according to FIG. 2 a baffle or wing or blade-shaped driver 22 can be attached to the rotor disks 8.
Um eine hinreichend große Zentrifugalkraft zu erzeugen, soll die Rotorscheibe 8 mit einer Geschwindigkeit von.20 bis 1000, vorzugsweise 40 bis 150 UpM, rotieren.In order to generate a sufficiently large centrifugal force, the rotor disk 8 should rotate at a speed of 20 to 1000, preferably 40 to 150, rpm.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2c ist die Rotorscheibe mittels einer Steckachse 23 höhenverstellbar gelagert, die sich zur Höhenverstellung z.B. auf einem Kolben 24 einer pneumatischen Kolben-Zylindereinheit über ein Axiallager 25 abstützt. Die Rotorscheibe 8 kann auch im Abstand von der Steckachse 23 durch Führungsrollen oder Kugellager 2 6 abgestützt sein, die ebenfalls von pneumatischen Hubvorrichtungen angehoben werden können. Wie aus Fig. 2c ersichtlich, verringert sich beim Anheben der Rotorscheibe 8 der Spalt d zwi-1' sehen dem äußeren Rand der Rotorscheibe und der Innenwand des Wirbelschichtbehälters.In the embodiment according to FIG. 2c, the rotor disk is mounted in a height-adjustable manner by means of a plug-in axle 23, which is supported for height adjustment, for example on a piston 24 of a pneumatic piston-cylinder unit via a thrust bearing 25. The rotor disk 8 can also be supported at a distance from the plug-in axis 23 by guide rollers or ball bearings 2 6, which can also be lifted by pneumatic lifting devices. As seen from Fig. 2c, is reduced when lifting of the rotor disc 8, the gap d 1 be- see the outer periphery of the rotor disc and the inner wall of the fluidized bed container '.
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