DD241246A1 - Wirbelschichtapparat zur umhuellung koerniger gueter - Google Patents

Abstract

Wirbelschichtapparat zur chargenweisen oder kontinuierlichen Umhuellung koerniger Gueter, anwendbar in der chemischen und pharmazeutischen Industrie, in der Land- und Forstwirtschaft sowie bei der Nahrungs- und Futtermittelherstellung. Aus dem Ziel der Erfindung, vorzugsweise pflanzliche Samen je nach Bedarf kontinuierlich oder chargenweise mit einer Feststoffhuelle zu versehen, wurde die technische Aufgabe abgeleitet, eine Vorrichtung zu schaffen, mit Hilfe derer es moeglich ist, die koernigen Gueter zu fluidisieren und sie gleichzeitig nach einem der beiden Betriebsregimes mit festen Stoffen, die teilweise oder vollstaendig in Fluessigkeiten geloest, geschmolzen und suspendiert sein koennen, zu umhuellen. Erfindungsgemaess wurden definierte Verhaeltnisse zwischen der Neigung des Anstroembodens, seiner Perforation (Aufteilung in verschiedene Flaechenanteile mit bestimmten Oeffnungsverhaeltnissen) und der maximal zu erreichenden Groesse der Teilchen gefunden. Eine spezielle, alternativ zu gebrauchende Gestaltung des Abzugsmechanismus erlaubt, den Wirbelschichtapparat unter jeweils optimalen Prozessbedingungen chargenweise oder kontinuierlich betreiben zu koennen.

Description

— Der Gasstrom bewegt sich durch die Abzugsmechanismen mit einer Geschwindigkeit, die beim Chargenbetrieb weit oberhalb und bei kontinuierlicher Prozeßführung wenig unterhalb der Austragsgeschwindigkeit der größten Teilchen gewählt werden muß. In beiden Fällen wird ein fontänenartiges Emporschleudem des Gutes unmittelbar über den Abzugsmechanismen bewirkt. Damit verbunden ist eine große mechanische Beanspruchung der Teilchen sowie die Gefahr ihres Austragens mit dem Abgas. Zudem verlangt der Chargenbetrieb, um den Feststoff im Apparat zu halten, einen unverhältnismäßig großen Gasdurchsatz in den Abzugsmechanismen zu realisieren.

— Beim Chargenbetrieb muß das Gut nach seiner Umhüllung deri Apparat in möglichst kurzer Zeit verlassen. Dafür sind bisher gebräuchliche Abfördereinrichtungen, wie Zellenradschleuse!! oder Förderschnecken, wegen ihrer beschränkten Schluckfähigkeit und weil sie das im Dichtstrom anfallende Gut z.T. zerquetschen, ungeeignet.

— Für den Prozeß des Granulatwachstums, zur Erzielung eines guten Vermischungszustandes in der Wirbelschicht und um die den Wirbelraum begrenzenden Wandungen frei von Ablagerungen zu halten, hat es sich bewährt, den Anströmboden mit unterschiedlichen, z. B. radial veränderlichen Öffnungsverhältnissen zu versehen. Ein Drosseln der Gaszufuhr durch den Anströmboden, wie es zum Entleeren des Apparates nach chargenweiser Umhüllung des Gutes unvermeidlich ist, kann bei bisher bekannter Festlegung der Öffnungsverhältnisse dazu führen, daß oberhalb bestimmter Anströmbodensegmente die Wirbelpunktgeschwindigkeit unterschritten wird und das Gut liegen bleibt. Gefordert werden muß aber eine vollständige Entleerung des Apparates, weil, wie bei der Samenpillierung, zwei- oder mehrfach umhüllte Teilchen Ausschuß darstellen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, körnige Güter, vorzugsweise pflanzliche Samen, je nach Bedarf kontinuierlich oder chargenweise mit einer Feststoff hülle zu versehen. Dabei muß ein mechanisches Zerstören von Teilchen ausgeschlossen sein, es dürfen keine noch nicht bis zur Zielgröße angewachsenen Körner anfallen, und ein mehrmaliges oder stärkeres als gewünschtes Umhüllen von Partikeln ist zu verhindern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit Hilfe derer es möglich ist, körnige Güter, vorzugsweise pflanzliche Samen, zu fluidisieren und sie gleichzeitig kontinuierlich oder chargenweise mit festen Stoffen, die teilweise oder vollständig in Flüssigkeiten gelöst, geschmolzen oder suspendiert sein können, zu umhüllen. Auszuschließen ist, daß Teilchen mit dem Fluidisierungsmedium ausgetragen werden. Teilchen kleinerer Abmessungen als die zu erreichende Zielgröße dürfen den Apparat nicht durch die Abzugsmechanismen verlassen können.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist so zu gestalten, daß entsprechend der jeweiligen Prozeßführung geringstmögliche spezifische Gasdurchsätze mit gerade ausreichender Pressung benötigt werden.

Bei chargenweisem Betrieb muß eine kurzzeitige und vollständige Entleerung der umhüllten Teilchen aus dem Apparat gewährleistet sein.

Es wurde erfindungsgemäß gefunden, daß die technische Aufgabe bei Verwendung eines an sich bekannten Wirbelschichtapparates, in welchem ein mit unterschiedlichen Öffnungsverhältnissen perforierter und nach innen geneigter Anströmboden eine Gasverteilerkammer und eine Wirbelkammer trennt, lösbar ist. Im Anströmboden befindet sich eine Öffnung, an die sich nach unten ein die Gasverteilerkammer durchdringender Abzugsmechanismus anschließt. In die Wirbelkammer münden Flüssigkeitsverteilervorrichtungen sowie schwerkraftnutzende und/oder radiale und/oder tangentiale Feststoffeintrage. In der Gasverteilerkammer und oberhalb der Wirbelkammer sind Stutzen vorgesehen.

Erfindungsgemäß bestehen in Abhängigkeit von der maximalen Teilchengröße d_ma!<, und von der Bodenneigung α funktionell Zusammenhänge zwischen den mit unterschiedlichen Öffnungsverhältnissen perforierten Flächenanteilen Αφ und der gesamten Anströmbodenfläche A sowie zwischen letzterer und der Öffnung A_A in ihr:

Αφηιίη = f(O, d_max, A, (p_min) =

Αφ,™ = f(a, d_max, A, (p_max = A_Ä = f(a, d_max, A, <p_A) =

Die Bodenneigung darf α = 7° nicht überschreiten.

In der Öffnung des Anströmbodens ist ein perforierter Verschluß, der drehbar oder vertikal verschiebbar und arretierbar ist, angeordnet. Sein Öffnungsverhältnis φ_Α liegt zwischen dem größten und dem kleinsten der mit unterschiedlichen Öffnungsverhältnissen perforierten Flächenanteilen.

Das größte und das kleinste Öffnungsverhältnis wird vom maximalen Durchmesser und von der Dichte p_F der Teilchen bestimmt:

9max = ffdmax/ Pf) = CPmin = f(dmax, Pf) =

Während als drehbarer perforierter Verschluß ein einfaches Lochblech verwendet werden kann, sind bei seiner vertikal verschiebbaren und arretierbaren Ausführung schalenförmige, doppelkegelförmige, kugelförmige, linsenförmige oder tropfenförmige Gestaltungsvarianten möglich. Letztere müssen in geeigneter Weise mit Führungs- und Positioniereinrichtungen versehen sein. Als Führungseinrichtung kann ein starrer Stab dienen, der von oben in den Wirbelschichtapparat hineingeführt

und an dessen unterem Ende der perforierte Verschluß befestigt ist. Eine Arretierung der Führungseinrichtung gewährleistet einerseits ein Verschließen der Öffnung im Anströmboden, andererseits auch eine wählbare Stellung des perforierten Verschlusses bis zu einer Höhe über der Öffnung, die das Dreifache ihres Durchmessers beträgt. Die Positioniereinrichtung kann aus mindestens zwei seitlich am perforierten Verschluß befestigten Stäben bestehen, die neben der Öffnung durch den Anströmboden geführt werden.

Nach Austritt aus der Gasverteilerkammer befindet sich seitlich am Abzugsmechanismus ein Stutzen. Unterhalb dieses Stutzens schließt sich eine Verzweigung des Abzugsmechanismus an. Die beiden Verzweigungsschenkel weisen mit einem Winkel von mindestens 45° nach unten. In der Verzweigung ist ein Zweiwegeumschalter angeordnet. Am Ende des einen Verzweigungsschenkels ist eine kontinuierliche Feststoffabfördereinrichtung, z. B. eine Zellenradschleuse, eingebaut, und der andere Verzweigungsschenkel endet mit einer chargenweisen Feststoffabfördereinrichtung, etwa mit einer drehbaren Klappe. ' Der Wirbelschichtapparat kann auch mit mehreren Abzugsmechanismen ausgerüstet sein.

Zu Beginn des chargenweisen Betriebes muß man die Öffnung im Anströmboden mit dem perforierten Verschluß, dessen Ausbildungsform gewählt werden kann, abdecken. Die Stellung des Zweiwegeumschalters im Abzugsmechanismus ist so einzustellen, daß der Verzweigungsschenkel mit eingebauter kontinuierlicher Feststoffabfördereinrichtung abgesperrt ist. Schließlich hat die chargenweise Feststoffabfördereinrichtung den anderen Verzweigungsschenkel zu verschließen. Nachdem durch die Gasverteilerkammer und den Anströmboden Fluidisierungsgas in die Wirbelkammer geführt wird, sowie Abzugsgas in den Abzugsmechanismus gelangt und nach Passieren des perforierten Verschlusses ebenfalls der Wirbelkammer zuströmt, kann das zu umhüllende körnige Gut durch einen der Feststoffeintrage in die Wirbelkammer eingegeben werden, wo es fluidisiert. Die Umhüllung erfolgt, indem nach entsprechender technologisch vorgesehener Abfolge flüssige und feste Stoffe durch die Flüssigkeitsverteilervorrichtungen und Feststoffeintrage auf die Oberflächen des körnigen Gutes verteilt werden und dort agglomerieren.

Der mit unterschiedlichen Öffnungsverhältnissen perforierte Anströmboden gewährleistet eine intensive Durchmischung der Wirbelschicht und damit eine gleichmäßige Umhüllung der Teilchen.

Ist der Umhüllungsvorgang beendet, so muß man den Durchsatz an Fluidisierungsgas soweit drosseln, daß über keinem der unterschiedlich perforierten Flächenanteile des Anströmbodens die Wirbelpunktgeschwindigkeit der umhüllten Teilchen unterschritten wird. Nach gleichzeitiger Unterbrechung der Zufuhr von Abzugsgasgeben der perforierte Verschluß die Öffnung im Anströmboden und die chargenweise Feststoffabfördereinrichtung den Durchflußquerschnitt im entsprechenden Verzweigungsschenkel frei. Das umhüllte körnige Gut verläßt in kurzer Zeit den Wirbelschichtapparat vollständig, ohne infolge mechanischer Beanspruchung beschädigt zu werden.

Da die Öffnung im Anströmboden während des Umhüllungsprozesses vom perforierten Verschluß verdeckt ist, benötigt man eine weitaus geringere Abzugsgasmenge als in dem Falle, daß kein perforierter Verschluß verwendet wird und die Austragsgeschwindigkeit der umhüllten Teilchen weit überschritten werden muß. Zudem bleibt die zur Abrasion führende Impulsbelastung eingeschränkt.

Soll der Wirbelschichtapparat kontinuierlich betrieben werden, so muß man den ausgewählten perforierten Verschluß, mittels der Führungseinrichtung vertikal verschiebbar, in einem bestimmten Abstand über der unverdeckten Öffnung im Anströmboden mit Hilfe der Positioniereinrichtung arretieren. Die Stellung des Zweiwegeumschalters im Abzugsmechanismus ist so einzustellen, daß der Verzweigungsschenkel mit eingebauter chargenweiser Feststoffabfördereinrichtung abgesperrt ist. Nachdem durch die Gasverteilerkammer und den Anströmboden Fluidisierungsgas in die Wirbelkammer geführt wird, sowie Abzugsgas in den Abzugsmechanismus gelangt und ebenfalls der Wirbelkammer zuströmt, kann begonnen werden, das zu umhüllende körnige Gut durch einen der Feststoffeintrage kontinuierlich in die Wirbelkammer einzugeben. Dort wird es fluidisiert. Die Umhüllung erfolgt, indem flüssige und feste Stoffe durch die Flüssigkeitsverteilervorrichtungen und Feststoffeintrage kontinuierlich auf die Oberflächen des körnigen Gutes verteilt werden und auf diesen agglomerieren. Der mit unterschiedlichen Öffnungsverhältnissen perforierte Anströmboden gewährleistet eine intensive Durchmischung der Wirbelschicht und damit eine gleichmäßige Umhüllung der Teilchen.

Teilchen, bei denen die Umhüllung abgeschlossen ist, die also eine bestimmte Größe und damit eine Gewichtskraft erreicht haben, die gerade größer als die Geschwindigkeitskraft des Abzugsgasstromes ist, fallen in den Abzugsmechanismus und verlassen durch die kontinuierliche Feststoffabfördereinrichtung den Wirbelschichtapparat, ohne infolge mechanischer Beanspruchung beschädigt zu werden.

Der perforierte Verschluß über der Öffnung im Anströmboden lenkt das mit relativ hoher Geschwindigkeit aus dem Abzugsmechanismus in die Wirbelkammer einströmende Abzugsgas seitlich ab und verhindert, daß Teilchen aus der Wirbelschicht nach oben ausgetragen werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen in Fig. 1 den schematischen Aufbau einer Wirbelschichtanlage und Fig. 2 Beispiele ausgewählter perforierter Verschlüsse. In einem Wirbelschichtapparat mit einer Wirbelkammer 1, dessen Durchmesser 1500 mm beträgt, wird, nachdem durch die Gasverteilerkammer 2 und den Anströmboden 3 Fluidisierungsgas in die Wirbelkammer 1 geführt und durch den schwerkraftnutzenden Feststoffeintrag 5 = 5200kg naturelles Rübensamengut, in der Korngröße 3-4mm, eingegeben wurde, im Warmluftstrom (2,5m/s) fluidisiert. Die Umhüllung erfolgt, indem flüssige und feste Stoffe, durch die Flüssigkeitsverteilervorrichtungen 4 und Feststoffeintrage 6,7, kontinuierlich auf die Oberflächen des körnigen Gutes verteilt werden und auf diesen agglomerieren. Im Abzugsmechanismus 8 wird vom Zweiwegeumschalter 9 der Verzweigungsschenkel mit kontinuierlicher Feststoffabfördereinrichtung 10 abgesperrt. Den anderen Verzweigungsschenkel verschließt die chargenweise Feststoffabfördereinrichtung 11. Der perforierte Verschluß 12, ausgeführt als drehbare Lochblechkappe, schließt die Öffnung im Anströmboden 3 ab. Der äußere Ring des Anströmbodens 3, dereine Fläche.von 0,973 m² einnimmt, besitzt ein Öffnungsverhältnis von 10%. Es schließt sich der innere Ring mit 0,385 m² Fläche und 15% Öffnungsverhältnis an. Der perforierte Verschluß 12 besitzt, wie der äußere Ring, ein Öffnungsverhältnis von 10%, auch in den Ausführungen als vertikal positionierbarer schalenförmiger Verschluß 13, als doppeiförmiger Verschluß 14, als kugelförmiger Verschluß 15, als linsenförmiger Verschluß 16 und als tropfenförmiger Verschluß 17, die durch die Positioniereinrichtung 18 und Führungseinrichtung 19 im Abzugsmechanismus 8 angeordnet sind.

Als Hüllsubstanzen werden auf das naturelle Rübensamengut in Flüssigkeit gelöste Fungizide, Insektizide, Carboxymethylzellulose und Farbstoff durch die Flüssigkeitsverteilervorrichtung 4 sowie Holzmehl und Kaolin als Feststoffe durch den radialen und tangentialen Feststoffe!ntrag 6,7 aufgegeben. Nach 40 Minuten sind die Teilchen infolge Agglomeration auf die Zielgröße von 3,5-5,5 mm angewachsen. Die Schichtmasse beträgt dann ca. 400 kg.

Zum Zwecke der Entleerung wird die Geschwindigkeit des Fluidisierungsgases in der Wirbelkammer 1 auf 1,5 m/s abgesenkt, die Zufuhr an Abzugsgas unterbrochen und die chargenweise Feststoffabfördereinrichtung 11 und der perforierte Verschluß 12 geöffnet.

Nach 175s ist die Wirbelkammer 1 vollständig entleert.

Claims (5)

1. Erfindungsanspruch:

   Wirbelschichtapparat zur chargenweisen oder kontinuierlichen Umhüllung körniger Güter, in welchem ein mit unterschiedlichen Öffnungsverhältnissen perforierter und nach innen geneigter Anströmboden eine Gasverteilerkammer und eine Wirbelkammer trennt, wobei sich im Anströmboden eine Öffnung befindet, an die sich nach unten ein die Gasverteilerkammer durchdringender Abzugsmechanismus anschließt und in die Wirbelkammer Flüssigkeitsverteilervorrichtungen sowie schwerkraftnutzende Feststoffeintrage münden, sowie in der Gasverteilerkammer und oberhalb der Wirbelkammer Stutzen vorgesehen sind, gekennzeichnet dadurch, daß in Abhängigkeit von der maximalen Teilchengröße d_max und von der Neigung α des Anströmbodens (3) funktioneile Zusammenhänge zwischen den mit unterschiedlichen Öffnungsverhältnissen perforierten Flächenanteilen Α_φ und der gesamten Fläche A des Anströmbodens (3) sowie zwischen letzterer und der Öffnung A^A in ihm bestehen

   ,ίη = f(a, d_max, A, <p_min) =

   Αφ™* = f(a, d_max, A, Cp_max) =

   A_A = f(a, d_max, A, Φα) =

   wobei das maximale und das minimale Öffnungsverhältnis des Anströmbodens (3) vom maximalen Durchmesser d_max sowie der Dichte <Pf der Teilchen bestimmt wird:

   <Pmax = f(d_max, ψ f) =
   <Pmin = fWmax» <P F> =

   und in der Öffnung des Anströmbodens (3) zum Abzugsmechanismus (8) hin ein arretierbarer, drehbar oder vertikal verschiebbar ausgeführter perforierter Verschluß (12), dessen Öffnungsverhältnis Ψα zwischen dem maximalen und dem minimalen Öffnungsverhältnis des Anströmbodens (3) liegt, angeordnet ist.
2. 2. Wirbelschichtapparat nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Neigung α des Anströmbodens (3) 7° nicht überschreitet.
3. 3. Wirbelschichtapparat nach Punkt ^gekennzeichnet dadurch, daß der Verschluß (12) als ein Lochblech ausgebildet ist.
4. 4. Wirbelschichtapparat nach den Punkten 1 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Verschluß (12) als schalenförmige (13), doppelkegelförmige (14), kugelförmige (15), linsenförmige (16) oder tropfenförmige (17) Gestaltungsvariante mit einer Führungseinrichtung (19) und einer Positioniereinrichtung (18) ausgeführt ist, wobei als Führungseinrichtung (19) ein starrer Stab dient, der von oben in den Wirbelschichtapparat hineingeführt und an dessen unterem Ende der perforierte Verschluß (12), der bis zu einer Höhe über der Öffnung im Anströmboden (3), die das Dreifache ihres Durchmessers beträgt, arretierbar befestigt ist, während die Positioniereinrichtung (18) aus mindestens zwei seitliche am perforierten Verschluß (12) befestigten Stäben besteht, die durch den Anströmboden (3) neben der in ihm befindlichen Öffnung geführt sind.
5. 5. Wirbelschichtapparat nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere Abzugsmechanismen (8) angeordnet sind.

   Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft einen Wirbelschichtapparat, der in der chemischen und pharmazeutischen Industrie, in der Land-und Forstwirtschaft sowie bei der Nahrungs- und Futtermittelherstellung anwendbar ist, sofern körnige Güter mit einer Hüllsubstanz zu versehen sind, insbesondere, wenn pflanzliche Samen ummantelt werden müssen.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Bekannt sind Wirbelschichtapparate für eine kontinuierliche Behandlung körniger Güter mit Vorrichtungen zum pneumatischklassierenden Granulatabzug und radialveränderlichem Öffnungsverhältnis des schräg angeordneten Anströmbodens. In DD-WP F 26B/119304 wird ein zylindrischer Wirbelschichtapparat beschrieben, dessen Anströmboden ein radial nach außen zunehmendes Öffnungsverhältnis besitzt. Der Granulatabzug endet nach oben in einer Öffnung des Anströmbodens. Vorrichtungn zur Strömungsberuhigung sind über dieser Öffnung nicht vorhanden. Zur kontinuierlichen Granulierung staubförmiger Feststoffe, vorgesehen vorzugsweise für die Waschmittelherstellung, wurden Wirbelschichtapparate mit Anströmboden, die den Teilchen in der Schicht gerichtete Transportimpulse verleihen (DD-WP B01 F/124008), und die kombinierte Staubzuführungs- und Granulatabzugsvorrichtungen besitzen (DD-WP B01 F/124008, DD-WP B01J/139526, DD-WP BOIJ/139527, DD-WP B01 J/258340.7, DD-WP B01J/258 341.5, DD-WP B01 J/258342.3), entwickelt. Ein Wirbelschichtapparat mit einem nach außen abnehmenden Öffnungsverhältnis des Anströmbodens, pneumatischklassierendem Granulatabzug und speziellem mechanischem Rührer zur Erhöhung des Vermischungseffektes, der kontinuierlich zu betreiben ist, wird in DD-WP B01J/260785 vorgeschlagen. Soll eine Wirbelschichtanlage zur Umhüllung körniger Güter sowohl chargenweise als auch kontinuierlich betrieben werden, wie es z. B. auf Grund unterschiedlichen· Losgrößen die Pillierung pflanzlicher Samen erfordert, so sind bei der Verwendung bekannter technischer Lösungen eine Reihe erheblicher Mangel unvermeidbar: