Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend
in einer ersten Ausführungsform
ein Verfahren zur Gewinnung eines trockenen feinstteiligen Feststoffgutes
mittels Naßvermahlung
des gröberen
Einsatzgutes und/oder Ausfällung
als feinstteiliges Feststoffgut aus einem flüssigen Lösungsmittel mit jeweils anschließender Trocknung
des primär
angefallenen nassen Mahl- bzw.
Fällgutes,
wobei dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass zur Gewinnung
eines auch bei Auftrocknung auf Restfeuchtegehalte von 0,1 bis 1
Gew.-% nicht-agglomerierenden schüttfähigen Festtoffgutes mit Teilchengrößen im Mikro-
und/oder Nano-Bereich die nachfolgenden Arbeitsschritte miteinander
verbunden werden:
- – Flash-Verdampfung eines Anteils
der bei der Trocknung abzutrennenden Flüssigphase und Überführung des
dabei anfallenden feinstteiligen teilgetrockneten Feststoffgutes
in eine Mahltrocknungsanlage sowie
- – anschließende Entfernung
der Restfeuchte unter den Bedingungen einer trocknenden Vermahlung.
In einer weiteren Ausführungsform
betrifft die Erfindung nicht-agglomerierendes feinstteiliges trockenes
Feststoffgut mit Teilchengrößen im Mikro- und/oder
Nano-Bereich, das nach dem zuvor geschilderten Verfahren hergestellt
worden ist.
Zur Offenbarung der ersten Arbeitsstufe
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
die als Entspannungsverdampfung oder als Flash-Verdampfung bezeichnet
wird, kann beispielsweise auf die
DE-PS 100 21 539 verwiesen werden. Beschrieben
werden hier einerseits das Verfahren zur Sprühtrocknung von Flüssigphasen
enthaltenden Zusammensetzungen nach dem Prinzip der Flash-Verdampfung,
sowie andererseits die für
die Durchführung
dieses Verfahrens geeigneten Vorrichtungen. Erwähnt ist noch die breite Anwendbarkeit
dieses Verfahrenstyps auf die Gewinnung von Feststoffen unterschiedlichster
praktischer Bedeutung. So werden beispielsweise als Anwendungsgebiete
dieser Technologie die Be- und Verarbeitung von Lebensmitteln, die
Herstellung von Desinfektions- oder Textilbehandlungsmitteln, die Herstellung
von pharmazeutischen Präparaten, Pflanzenschutz-
oder Behandlungsmitteln, die Verarbeitung von Bau- oder Bauhilfsstoffen,
von Farben, Lacken, Polymeren, Komponenten aus der Keramikindustrie,
sowie der Einsatz auf dem Gebiet der Herstellung von pulverförmigen oder
granulären
Wasch-, Netz- oder Reinigungsmitteln bzw. von Rohstoffen für Wasch-,
Netz- oder Reinigungsmittel beschrieben. Auch die jetzt erfindungsgemäß beschriebene
Modifikation bzw. Weiterentwicklung dieses Verfahrens ist im Sinne
dieser breiten technologischen Anwendbarkeit zu verstehen.
Das in der zuvor benannten deutschen
Patentschrift beschriebene Verfahren – und damit die erste Stufe
im jetzt erfindungsgemäß betroffenen Verfahren – ist dadurch
gekennzeichnet, dass man
- a) eine flüssige oder
pastöse
Lösungsmittel-haltige
Zusammensetzung auf eine Temperatur erhitzt, die über dem
Siedepunkt des Lösungsmittels
unter Normalbedingungen liegt,
- b) die erhitzte flüssige
oder pastöse
Lösungsmittel-haltige
Zusammensetzung unter Überdruck und
bei einer Temperatur, die über
dem Siedepunkt des Lösungsmittels
liegt einer Zerstäubungsvorrichtung
zuführt
und
- c) die erhitzte flüssige
oder pastöse
Lösungsmittel-haltige
Zusammensetzung unter Überdruck und
bei einer Temperatur, die über
dem Siedepunkt des Lösungsmittels
liegt, mittels einer Zerstäubungsvorrichtung
in einen nicht unter Überdruck
befindlichen Relaxationsraum zerstäubt.
Die als "Lösungsmittel" bezeichnete Flüssigphase
im Einsatzmaterial ist in der Regel Wasser, die technische Lehre
auch im Sinne der vorliegenden Erfindung ist allerdings darauf nicht
eingeschränkt.
Bei der unter Überdruck erfolgenden Zerstäubung in
den nicht unter Überdruck
befindlichen Relaxationsraum kommt es zu einer Entspannungsverdampfung
eines Anteils des Lösungsmittels.
Bei dieser Flash-Verdampfung wird der eingesetzte flüssige Stoffstrom
auf einen niedrigeren Druck gedrosselt, dabei verdampft ein Teil
der Flüssigkeit,
die sich dabei abkühlt,
d.h. die für
den Verdampfungsvorgang erforderliche Verdampfungsenthalphie wird
hierbei der verbleibenden Restflüssigkeit
entnommen. Durch die schockartige Druckabsenkung im Entspannungsvorgang
bildet sich in der gesamten Masse des Einsatzgutes eine große Anzahl
kleinster Dampfblasen, die die angestrebte Zielvorstellung des Trockenprodukts
in feinster Teilchengröße fördern.
Zur Zerstäubung der unter Überdruck
befindlichen Einsatzmasse eignen sich übliche Zerstäuberdüsen, beispielsweise
Pneumatik-Zerstäuberdüsen, Hohlkegeldüsen, Vollkegeldüsen, Flachstrahldüsen, Vollstrahldüsen oder
Ultraschallzerstäuber.
Die Arbeitsbedingungen in diesem
Teilschritt der erfindungsgemäß eingesetzten
Flash-Verdampfung
können
im breiten technologisch üblichen
Bereich liegen. Sie sind üblicherweise
der Sensitivität des
aufzuarbeitenden Feststoffmaterials anzupassen. Auf das allgemeine
Fachwissen kann in diesem Zusammenhang verwiesen werden. So können beispielsweise
erhöhte
Drucke im Bereich von 5 bis 300 bar und Temperaturen im Temperaturbereich
von 10 bis 350°C,
vorzugsweise 30 bis 90°C
oberhalb der Siedetemperatur der Flüssigphase bei Normaldruck zur
Anwendung kommen. In diesem Zusammenhang kann es erfindungsgemäß bevorzugt
sein, das zu flashende Einsatzgut der Flashzone mit Temperaturen zuzuführen, die
wenigstens 25°C,
vorzugsweise wenigstens 50°C
und insbesondere wenigstens 75°C über der
Siedetemperatur der abzutrennenden Flüssigphase unter den Arbeitsbedingungen
in der Relaxationszone liegen.
Der Entspannungsschritt in der Flash-Verdampfungsstufe
wird in der Regel einstufig durchgeführt, in Sonderfällen kann
aber auch eine mehrstufige Druckabsenkung erfolgen, die dann insbesondere zur
Ausbildung eines stufenweisen Flash-Effektes führt.
Bevorzugte Überdrucke im Bereich vor der Flash-Stufe
liegen im Bereich von etwa 5 bar bis 90 bar, insbesondere bei etwa
20 bis 60 bar. Beim Arbeiten mit wasserhaltigen Einsatzmaterialien
sind bevorzugte Temperaturen für
das der Flash-Stufe zuzuführende
Einsatzgemisch im Bereich bis 350°C,
insbesondere im Bereich von 120 bis 250°C, vorzugsweise 150 bis 200°C. Der zur
Entspannungsverdampfung eingesetzte Relaxationsraum wird normalerweise bei
Normaldruck oder Unterdruck gehalten, wobei hier der Einsatz von
Normaldruck bevorzugt ist. Die Anwendung von Unterdruck im Relaxationsraum
wird immer dann von Bedeutung sein können, wenn es sich um die Aufarbeitung
von vergleichsweise temperatursensitiven Materialien handelt, die
den Einfluß höherer Temperaturen,
insbesondere in Gegenwart der Flüssgphase
nicht ermöglichen.
In solchen Fällen
kann das erfindungsgemäße Verfahren dahingehend
modifiziert werden, dass vergleichsweise niedrigere Temperaturen – beispielsweise
Maximaltemperaturen im Bereich von 50 bis 100 °C – in den temperaturbedingten
Verfahrensstufen eingesetzt werden und dass anschließend die
Flash-Stufe durch die Entspannung in einen Relaxationsraum mit Unterdruck
erfolgt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht insoweit
also auch die Anpassung an die Temperatursensitivität der aufzuarbeitenden
Materialien.
Zur Förderung der Auftrocknung des
feinteiligen Feststoffgutes schon in dieser ersten Arbeitsstufe
der Flash-Verdampfung können
in an sich bekannter Weise geeignete Hilfsmittel bzw. Hilfsmaßnahmen
mitverwendet werden. So ist in der Regel schon in dieser Arbeitsstufe
der Einsatz eines Heißgasstromes
zweckmäßig, wobei
aus praktischen Gründen
der Heißluft
besondere Bedeutung zukommt, soweit unerwünschte Sekundärreaktionen
im Trocknungsgut mit diesem Luftstrom ausgeschlossen werden können. Weiterhin
kann diese Stufe der Entspannungsverdampfung kombiniert werden mit den
bekannten Arbeitselementen der Sprühtrocknung, so daß die Entspannungsverdampfung
am Kopf einer Sprühzone
vorgenommen wird, die von einem trocknenden Heißgasstrom durchströmt wird. Einzelheiten
hierzu finden sich in den im nachfolgenden noch diskutierten zeichnerischen
Darstellungen des erfindungsgemäßen Verfahrensprinzips.
Das feinstteilige Feststoffe enthaltende
teilgetrocknete Produkt aus der Flash-Stufe wird im Sinne der erfindungsgemäßen Lehre
einer nachfolgenden weiteren Trocknungs- und Verteilungsstufe zugeführt. Hierbei
handelt es sich um die Arbeitsstufe der abschließenden Mahltrocknung.
Die in der ersten Verfahrensstufe
anfallenden sehr feinen und bereits weitgehend trockenen Pulver
werden üblicherweise
mit Hilfe eines Heißgasstromes
in den nachfolgenden Mahlraum gefördert. Dort findet eine weitergehende
Mahlung/Deagglomeration und die abschließende Trocknung statt. Die Förderluft
zur Mühle
ist üblicherweise
auf Trocknungstemperaturen vorgewärmt. Geeignete Einsatztemperaturen
für diesen
Luftstrom sind in der Regel auf die Temperatursensibilität des aufzutrocknenden Gutes
und natürlich
auch auf dessen Erweichungs- bzw.
Schmelztemperaturbereiche abzustimmen. In Betracht kommen beispielsweise
Einsatztemperaturen, die bei der Auftrocknung von Restwasser in
dieser zweiten Trocknungsstufe unter Normaldruck z.B. im Bereich
bis 400°C,
vorzugsweise im Bereich von 100 bis 300°C, insbesondere bei 150 bis
250°C liegen.
Mittels dieser vorgeheizten Förderluft
werden die in der Flash-Verdampfungsstufe gebildeten feinsten Partikel
in den Mahlraum transportiert, dort findet eine weitergehende Mahlung/Deagglomeration
und Trocknung statt.
In der erfindungsgemäß vorgesehenen
Kombination der Flash-Trocknung als erste Verfahrensstufe und der
nachgeschalteten Mahltrocknung kann sichergestellt werden, dass
die in der Mahltrocknungsstufe noch zu entfernenden Feuchteanteile
so gering sind, dass die angestrebten Restfeuchtewerte im Trocknungsgut
ohne technische Schwierigkeiten eingestellt werden können. Restfeuchtewerte
im zu trocknenden Gut nach der ersten Arbeitsstufe (Flash/Sprüh-Trocknung) im Bereich
von beispielsweise 10 bis 25 Gew.-% oder auch noch geringere Restfeuchten
lassen sich in der Regel problemlos einstellen. Der durchschnittliche
Fachmann kann hier unter Einsatz seines Fachwissens die jeweils
wünschenswerte
Optimierung auswählen.
Unerwünschte Agglomerationsschritte
im Trocknungsprozeß und
in der Lagerung des Feinstgutes können auf diese Weise vermieden
werden. Das Verfahren in seiner Gesamtheit benutzt technisch bekannte
Verfahrensschritte und ermöglicht
damit erstmalig die großtechnische
Herstellung des feinkörnigen
Gutes mit Teilchengrößen im Nano-Bereich.
Die Gewinnung von etwas gröberen
Materialien mit Teilchengrößen im Mikro-Bereich
wird auf diese Weise ebenfalls besonders einfach und damit technologisch
in praktisch beliebigen Mengen zugänglich.
Zur Durchführung der Mahltrocknungsstufe kann
auf die einschlägige
Literatur verwiesen werden. Genannt seien hier beispielsweise Hans
Günther
Hirschberg "Handbuch Verfahrenstechnik und Anlagenbau", Springer
Verlag Berlin, 1999, Seiten 1030 bis 1031 und die dort benannte
Fachliteratur.
Die Arbeitsprinzipien des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind bezüglich
des angestrebten feinstteiligen Feststoffgutes in vielgestaltiger
Weise und in einem sehr breiten Bereich einzusetzen. Ohne Anspruch
auf Vollständigkeit
werden im nachfolgenden wesentliche Elemente der erfindungsgemäßen Lehre
zusammenfassend dargestellt: Das erfindungsgemäße Verfahrensprinzip und die
damit erfindungsgemäß herzustellenden
trockenen feinstteiligen Feststoffe können sowohl anorganischen als auch
organischen Ur sprungs sein. Wie nachfolgend noch erläutert fallen
in den Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre
insbesondere aber auch Abmischungen aus anorganischen und organischen
Feststoffkomponenten. Das aufzuarbeitende Feststoffmaterial kann
seinerseits in vorgefertigter feinstteiliger Feststoffform in das
Verfahren eingebracht werden, es ist aber ebenso möglich, wenigstens
Anteile des letztlich zu gewinnenden Feststoffmaterials als gelöstes Material
in das Verfahrens zusammen mit der Flüssigphase einzubringen. Auch
der gesamte Eintrag des letztlich zu gewinnenden Feststoffmaterials
in Form seiner Lösung
in der Flüssigphase
fällt in den
Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre.
Möglich wird
das insbesondere durch die stufenweise Auftrocknung, die in ihrer
ersten Arbeitsstufe die Flash-Trocknung und damit bereits die Ausbildung extrem
feiner Feststoffteilchen in dieser ersten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorsieht. Stoffanteile, die nach der Flash-Stufe noch nicht den
erwünschten
Grad an Feinteiligkeit erreicht haben, werden dann in der nachfolgenden
Arbeitsstufe der Mahltrocknung in den angestrebten Größenbereich umgewandelt.
Einsatzmaterialien für die Gewinnung
der erfindungsgemäß definierten
feinstteiligen Feststoffmaterialien können ausgewählte 1-komponentige Stoffe,
ebenso aber auch Stoffgemische mehrfacher Feststoffkomponenten sein.
Diese Stoffgemische können
dabei schon vor dem Einsatz in das erfindungsgemäße Mehrstufenverfahren abgemischt worden
sein, im nachfolgenden wird allerdings erläutert, wie sich in besonderen
Ausführungsformen
der Erfindung interessante Ausgestaltungen solcher Mehrkomponentermischungen
herstellen lassen.
Die erfindungsgemäße Lehre sieht in einer besonders
wichtigen Ausführungsform
vor primär
gebildete Feststoffteilchen mit wenigstens einer weiteren Materialschicht
zu umhüllen,
die bevorzugt ebenfalls als Feststoff ausgebildet ist. Möglich ist
es dabei insbesondere bei dem Aufbau solcher mehrschichtigen Feststoffteilchen
unterschiedliche Löslichkeiten bzw.
Lösungsgeschwindigkeiten
der einzelnen Materialschichten für den praktischen Einsatz bei
der späteren
Verwendung dieser Feststoffteilchen vorzusehen. Es kann hier insbesondere
bevorzugt sein, äußere Materialschichten
mit höherer
bzw. schnellerer Löslichkeit
für den
beabsichtigten Einsatzzweck auszubilden und damit beispielsweise
auch im praktischen Einsatz unlösliche
Materialfeststoffkerne mit einer löslichen einlagigen und/oder
mehrlagigen Hülle
zu umgeben.
Unter Berücksichtigung der nachfolgend noch
im einzelnen geschilderten Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens
anhand der beigefügten 1 und 2 zu möglichen Verfahrensabläufen sei
zu den hier angesprochenen Modifikationen vorab schon das folgende
ausgeführt:
In
einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lehre
wird eine Abmischung von feinstteiligen unlöslichen Feststoffteilchen in
einer Flüssigphase
dadurch modifiziert, dass dieser Flüssigphase wenigstens anteilsweise
lösliche
Komponenten zugegeben werden. Bei der nachfolgenden 2-stufigen Auftrocknung
des Einsatzmaterials im erfindungsgemäßen Sinne wird dann diese zunächst in
der Flüssigphase gelöste Komponente – bzw. ein
entsprechendes Gemisch mehrerer solcher Komponenten – auf der Oberfläche des
jeweiligen einzelnen Feststoffteilchens abgelagert und dort aufgetrocknet.
Durch die Bemessung geeigneter Mengen an löslichen oder teillöslichen
Komponenten in der Flüssigphase
kann sichergestellt werden, dass die angestrebte Feinstteiligkeit
der herzustellenden Feststoffkomponenten eingehalten wird. Im praktischen
Einsatz eines solchen Kombinationsmaterials mittels einer dabei
herzustellenden Flüssigphase
geht dann die äußere Hülle wieder
in den, in diesem Fall angestrebten Zustand der Lösung in
der Flüssigphase über, während sich
die Kernteilchen des feinstteiligen Feststoffes nicht oder vergleichsweise
langsamer darin auflösen. Es
leuchtet sofort ein, dass hier der Zugang zu wichtigen Kombinationswerkstoffen
möglich
wird. Solche zusätzlichen
Feststoffanteile können
dabei 1-lagig und/oder auch mehrlagig aufgetragen werden. Dabei können gleiche
und/oder verschiedene zusätzliche Wertstoffe
in den einzelnen Lagen vorgesehen sein.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann es in einer Ausführungsform
bevorzugt sein, die als potentielle Hüllsubstanzen vorgesehenen zusätzlichen
Wertstoffe in das aufzutrocknende Material vor der Flash-Stufe einzubringen.
Diese Materialzuführung
kann dabei gleichzeitig mit dem Feststoffkernmaterial oder auch
davon zeitlich getrennt, jedoch vor der Flash-Stufe, erfolgen. Im
einzelnen kann hier auf das allgemeine Fachwissen verwiesen werden.
Die eingangs formulierte Aussage
zum Gegenstand der Erfindung, wonach in einer weiteren Ausführungsform
erfindungsgemäß nicht
nur das Verfahren zur Herstellung des feinstteiligen Feststoffgutes
betroffen ist, sondern insbesondere das durch dieses Verfahren gewonnene
nicht-agglomerierende trockene Feststoffgut mit Teilchengrößen im Mikro- und/oder
Nano-Bereich unmittelbar
selber auch Gegenstand der Erfindung ist, erstreckt sich selbstverständlich auch
auf die hier zuletzt geschilderten Ausführungsformen entsprechender
mehrkomponentiger Feststoffteilchen.
Das erfindungsgemäße Mehrstufenverfahren wird
in den beigefügten
schematischen Zeichnungen in unterschiedlichen Ausführungsformen
dargestellt. Hier gilt im einzelnen:
In 1 ist eine Variante der erfindungsgemäßen Kopplung
von Flash-Verdampfung und Mahl-/Trocknung dargestellt. Im Rührwerksbehälter (9)
befindet sich beispielsweise eine wäßrige Suspension aus sehr feinen
Pigmentteilchen. Die Suspension wird über eine Hochdruck-Dosierpumpe
(10) der Sprühdüse (12)
nach Überhitzen
der Suspension im Wärmetauscher
(11) zugeführt.
In der Hohlkegeldüse
erfolgt der Druckabbau von ca. 70 bar auf Normaldruck. Hierbei verdampft
ein großer
Teil des Wassers unter Abbau der Übertemperatur der Suspension
auf 100°C.
Zur Unterstützung
der Trocknung wird heiße Luft über ein
Regelventil (15) dem Sprühtrocknungsbehälter zugeführt, beispielsweise
im Gegenstrom. Nach Filtration (13) gelangt die nunmehr
feuchte Abluft über
ein Gebläse
(14) ins Freie.
Die Luft zur Trocknung kann über einen
Ventilator (1) mit nachgeschaltetem Wärmetauscher (2) zur
Verfügung
gestellt werden. In den heißen
Luftstrom erfolgt die Eindosierung des feuchten Feststoffes beispielsweise über eine
Durchblas-Zellradschleuse (3). Bei Bedarf besteht die Möglichkeit, über eine
Dosiereinheit (16) einen Mahlhilfsstoff zuzugeben. Die
Deagglomeration und/oder Zerkleinerung des feuchten Feststoffes
unter trocknenden Bedingungen wird in einer geeigneten Mühle (4)
vorgenommen. Je nach erreichtem Mahlgrad bzw. Produktverhalten erfolgt
die Abscheidung des trockenen Feststoffes in feinsten Partikeln
in einer geeigneten Vorrichtung (5), beispielsweise einem
Zyklon und/oder einem Filter, gegebenenfalls ausgestattet mit feinen
Keramikfiltern oder einer elektrostatischen Abscheideeinheit. Der
Lufttransport erfolgt über
das Gebläse
(6), von wo aus die gereinigte Luft in die Atmosphäre gelangt.
Der abgeschiedene Feststoff wird über eine Zellradschleuse
(7) oder ein Ventil in die Trommel (8) entlassen.
Die 2 stellt
eine vereinfachte Variante der oben beschriebenen Anordnung dar.
Die Suspension ist hochkonzentriert und enthält nur relativ wenig Wasser,
so daß eine
sprühturmähnliche
zusätzliche
Trocknung entfallen kann. Die Suspension wird direkt in den Eingangskanal
der Mühle
geflasht, der heiße
Luftstrom reicht zur vollständigen
Trocknung aus. Neben dem Mahlhilfsmittel (16) ist hier noch
die Zugabe eines Compoundbestandteils (17) vorgesehen,
die über
eine Zellradschleuse (18) dosiert werden.
Das nachfolgende Beispiel schildert
eine konkrete Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lehre.