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Vorrichtung zum Aufsprühen von Flüssigkeiten auf. Pulverstoffe Es
ist bekannt, Pulverstoffe in rotierenden Trommeln mit Flüssigkeiten zu besprühen.
Diese Trommeln sind normalerweise zylindrisch, und zwar mit unterschiedlichem Durchmesser/Längenverhltnis.
Es wird dabei teils von der Stirnfläche aus, teils aus einer innerhalb der Trommel
selbst montierten Düse aufgespruht. Es ist ferner eine doppelt konische Trommel
bekannt, bei der zwei Kegelrümpfe mit ihren Basisflächen zusammengefügt sind und
bei der von der einen Schmalseite aus eingesprüht wird-In all diesen Apparaturen
können Aufsprühverfahren durchgeführt werden, wobei sich eine kurze zylindrische
Trommel und die Doppelkonustrommel nur für diskontinuierlichen Betrieb eignen, während
in einer mehr langgestreckten zylindrischen Trommel auch im kontinuierlichen Betrieb
Aufsprühprodukte hergestellt werden kön° nen.
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Bs wurde nun gefunden, daß insbesondere fUr die kontinuierliche Herstellung
voluminöser Agglomerate aus Pulvern durch Aufsprühen von Flüssigkeiten sich die
folgende Vorrichtung besonders gut eignet : Die Vorrichtung besteht aus einer rotierenden
Trommel in Form ei nes Kegelrumpfes, bei der das Fulvcrmaterial am weiten Bnde eingeführt
und das Aufprühprodukt am schmalen Ende aus der Trommel abgeführt wird, wobei die
flüssigen Bestandteile aus einer oder meh reren Vernebelungsdüsen durch Öffnungen
in der Stirnwand in die
Trommel hineingespruht werden, und zwar
vorzugsweise in Richtung auf. die Pulveroberfläche und vorzugsweise durch die Stirnwand
des weiten Eindes.
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Die Basis-Mantellinie der Trommel kann dabei in Dichtung auf das schmale
Ende des Kegelrumpfs schwach geneigt sein, voraugsweise aber eben oder mäßig ansteigend.
Unter der "schwachen" neigung ist eine solche von höchstens 5° zu verstehen, während
bei ansteitender Basis-Mantellinie der Erhebungswinkel kleiner sein muß als der
halbe Kegelöffnungswinkel. Der Kegelöffnungswinkel soll normalerweise nicht mehr
als 50° betragen und vorzugsweise zwischen 10 und 45 liegen. Neigung bzw. Steigung
der Basis-mantellinie, Kegelöffnungsweinkel und Umdrehungsgeschwindigkeit der Trommel
müssen aufeinander abgestimmt sein, wobei die für das Produkt angestrebten Eigenschaften
in Betracht gezogen werden massent Bei den zylindrischen Trommeln nach dem Stande
der Technik kann die Basis-Mantellinie allenfalls waagrecht liegen, doch ist sie
im allgemeinen in der vorgesehenen Durchflußrichtung geneigt, wobei Neigung und
Umdrehungsgeschwindigkeit fUr den Materialdurchsatz bestimmend sind, Bei waagrechter
Basis-mantellinie ist der Durchsatz sehr gering: Er wird nur durch die gräßere materialschichthöhe
auf der Eidaufseite bestimmt.
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Bei der erfindungsgemäßen Trommel kommt jedoch ein weiteres Bewegungsmoment
hinzu: Bei waugrechter Basis-Mantellinie findet eine zusätzliche Materialbewegung
statut, wie sie in Fig. 1 schematisch gezeiet wird. Der Pfeil zeigt die Arbeitsrichtung
an. Ein am Materialeingang a befindliches Teilchen wird von der aufsteigenden Trommelwand
hochgehoben, wobei die Umdrehungsgeschwindigkeit der Trommel als gerade so groß
angenommen sei, daß das Teil-
Jhen bisauf die Hdhe der oberen Mantellinie
also nach b, hochgehoben wird, von dort aber vermdge der Schwerkraft nach c-bis
auf das verbleibende Pulverbett - herunterfällt. Von dort wird es wieder nach d
gehoben, lt nach e usw., bis es bei f angelangt ist und über den Uberlaufring g
die Trommel verläßt, d. ho das Teilchen hat nach 9 Umdrehungen der Trommel diese
durchwandert Die konische Form der Trommel beschleunigt also bei Einführung des
Pulvermaterials am weiten Ende des Kogelrumpfs den Materialdurchfluß erheblich.
die atsache, daß die Pulveroberfläche nicht waagrecht-in der Trommel liegt, sondern
in der Drehrichtung der Trommel schief ansteigend, beeinträchtigt die prinzipielle
Richtigkeit der vorstehenden Überlegungen nicht.
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Man kann natürlich denselben Effekt mit einer zylindrischen Trommel
erzielen, wenn die Trommel genügend stark in der Arbeitsrichtung geneigt wird. Beim
Aufsprühen von Flüssigkeiten ergibt sich dann aber der wesentliche Nachteil, da6
dann nur am Ausfallende eine gnügend grole Pulveroberfläche als Aufsprühfläche gebildet
wird, wahrend am Trommelanfang kein oder nur sehr wenig Pulvermaterial zum Aufsprührn
zur Verfügung steht. Es muß hier also entweder von der oberen Stirnwand aus aber
die ganze Länge der Trommel-hinweg auf die am anderen Ende der Trommel befindliche
maximale Pulveroberflßche aufgesprüht werden, oder von der unteren Stirnwand aus
entgegen der Wanderungsrichtung des Pulvers In beiden Fällen bleibt ein gro3er Teil
der Trommel für den Aufsprüh-und Agglomeriervorgang ungenützt, da ja der Agglomeriervorgang
sich an das Aufsprühen anschlie3t und nicht umgekehrt, Wesentlich günstiger liegen
die Verhaltnisse jedoch in der erfindungsgemäßen Trommel. Hier bildet sich durch
die konische Form der
Trommel am Trommelanfang eine sehr breite
Pulveroberfläche, die sich zum AufsprUhen der Flüssigkeit eignet, während in Richtung
auf das Austragsende die Pulveroberfläche schmaler wird. Dieser Teil wird dann für
die Bildung von Agglomeraten voll ausgenützt.
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Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Trommel auf der Höhe a-f, d.h.
die For und Grouse der Pulveroberfläche. Der maximale Aufsprühkreis h hat auf der
Zeichnung einen Durohmesser von 48,2 mm.
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Läßt man nun die untere Mantellinie der Trommel gegen das Ausfallende
hin um 6° ansteigen, dann ist die Verweilzeit in der Trommel langer~ : Bel gleicher
Umdrehungsgeschwindigkeit hat, wie Fig. 3 zeigt, das Teilchen erat nach 19 Trommelumdrehungen
die Apparatur durchwandert. Die Form und Grouse der Pulveroberfläche lot dann jedoch
bei gleichem Uberlaufring gunatiger, da dann der Pulverausgangspunkt a wesentlich
höher liegt als bei Fig. 1.
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Wie aus Fig. 4 zu entnehmen ist, resultiert aus der größeren Pulveroberflache
dann auch ein größerer maximale Aufsprühkrei s h2: Sein Durchmesser von 61 mm ergibt
eine 1,71mal so große maximale Aufsprühfläche (gegenüber Fig. 2), d.h. erlaubt bei
gleicher Umdrehungszahl eine1,71malgrößereAufsprühgeschwindigkeitn Bei der Trommel
nach Fig. 1 liegt der Kegelöffnungswinkel bei 25°o Fig. 5 zeigt eine Trommel gleicher
Linge und mit gleichem Durch messer des schmaleren Endes, jedoch mit einem Kegelöffnungewinkel
von 40°. Die untere Mantellinie steigt um 10°. Hier benötigt das Pulver 8 1/2 Trommelumdrehungen,-um
von a nach g zu gelangen. Aus FiC. 6 ist die sehr große Aufsprühfläche zu ereehen
: Der maximale Aufsprühkreis hat einen Durchmesser von 75 mm, woraus sich die 2,
42fache maximale Aufsprühfläche gegenüber Fig. 2 ergibt.
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Bei einem Anatieg der unteren Mantellinie von 20° müßte sich bei einem
kegelöffnungswinkel von 40° ergeben, daß das Pulvermaterial nicht mehr horizontal-wandert,
da sich ja die Pulveroberfläche parallel zu der nunmehr horizontalen Drehachse der
Trommel einstellt. Gräßere, kugelförmige Granula, insbesondere solche mit trockener
Oberflache, werden jedoch an der aufsteigenden Tromw melwand, deren Mantellinie
vor Erreichen der Waagerechten je nach der Pulvereintragsseite noch abfallt, zum
mindesten teilweise entgegen der Arbeiterichtung zurückrollen. Aus diesem Grunde
verbieten sich Erhebungswinkel für die untere Mantellinie, die sich dem halben Kegelöffnungswinkel
nähern, d. h. bei einem Kegelöffnungsweinkel von 40° mua der Erhebungswinkel unter
20° bleiben, wobei allerdings Umdrehungsgeschwindigkeit der Trommel und Rieselfahigkeit
des Aufsprühproduktes von wesentlicher Bedeutung sind : Bei einem weniger gut rieselnden
Produkt wird besonders bei hoher Umdrehungsgeschwindigkeit der Trommel der Rückrolleffekt
selbst, bei einem Erhebungswinkel von 15° noch minimal sein, so daß die dann gegebene
vorteilhafte maximale Aufsprühfläche, die das 2, 63fache von derjenigen der Fig.
2 beträgt, noch genutzt werden kann Wesentlich für die Mengenleistung der Apparatur
ist die maximale Aufsprühgeschwindigkeit. Diese richtet sich 1) nach der maximale
Aufsprühfläche 2) der oberflächenereuerungsrate.
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Je größer die Pulveroberfläche ist, die für die Besprühung zur Verfüf,
ung steht, bzw. je größer der SprUhkreis sein kann, in dem der Sprühkegel der vernebelungsdüse
auf die Pulverfläche auftrifftder 'maximale Sprühkries" - deste rescher kann aufgesprüht
werden.
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Diese aufsprühleisteung ist aber andererseite begrenzt, weil ja die
einzelnen
Pulverteilchen die Tröpfchen aufnehmen und dann rasch von der Pulveroberfläche verschwinden
mussent um noch unbesprühten Pulverteilchen Platz zu machen. Je rascher daher dieser
Austausch stattfindet, d.h. je höher die "Oberflächenerneuerungsrate" liegt, desto
rascher kann aufgesprüht werden. Diese Oberflächenerneuerung kommt durch einen ständigen
Mischvorgang zustande: Außer der Horizontalbewegung ist es insbesondere die Vertikalbewegung,
die durch Steigerung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Trommel beachleunigt wird.
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Die Umdrehungsgeschwindigkeit soll daher mindestens 15 UpM betragen
und liegt vorzugsweise bei 20 bis 35 UpM. Sie darf jedoch nicht so groß werden,
daß die auf das Pulver einwirkende Zentrifugalkraft die Schwerkraft überwiegt, d.
h. daß das Pulver nicht mehr fällt bzw. rollt.
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Die erfindungagemäße Trommel hat nun den groben Vorteil daß eine sehr
croie AufsprUhfläche zur Verfügung steht, und zwar gleich beim Materialeingang.
Auf diese maximale Aufsprühflache wird die Sprühdüse bzw. werden die Sprühdäsen
zweckmäBigerweise eingerichtet. Bei genügend großer Pulverbewegung wird hier der
Flüssigkeitsnebel sehr rasch aufgenommen, und es erfolgt dann beim Weiterwandern
des Pulvers nach dem schmalen Ende durch die rasche Rotation der Trommel ein guter
Agglomerationseffekt unter Bildung volumindser, kugolförmiger Gebilde. Es wird auf
diese Neise die gesamte Länge der Trommel für den AufsprUh-und Agglomeriervorgang
ausgenützt.
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Für die Aufsprühung sind sowohl Flüssigkeitsdruckdüsen wie auch LuftdruckdUsen
verwendbar. Auch Dreistoffdüsen (2 Flüssigkeiten + Luft) können zur Verwendung kommen.
Bei Luftdruckdüsen sind die dort möglichen großen Düsenöffnungen (Querschnitte)
von Vorteil wegen der geringeren Verstopfungsgefahr. FUr eine gute Luftabführung
und
Trennung von Staub von der Abluft Zyklon, filtersack) muß dann gesorgt werden. Eine
möglichst feine Versprühung ist anzustreben.
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Die Anbringung der DUsen in der großen Stirnwand hat noch folgenden
Vorteil : Die Dusen können aus möglichst groer Hoche auf die Pulveroberfläche gerichtet
werden. Es ist nämlich günstiger, aus größerer Entfernung aufzusprühen, da die einzelnen
Flüssigkeitströpfchen beim Auftreffen auf die Pulveroberfläche dann weiter voneinander
entfernt sind, wodurch die Verklumpungsgefahr verringert wird. Die Trdpfchen treffen
dann auch nicht mit so hoher Wucht auf die Pulverteilchen, d. h. die Gefahr des
Durchschlagene bis auf die e Trommelwand ist dunn geringer.
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Die DJaen müsson nur soweit in die Trommel hineinragen, daß sie genau
auf den maximalen Pulveroberfläehenkreia eingestellt werden kannene Sie müssen aber
noch von außen ut zugänglich sein. Das. Hineinverlegen der ganzen Düse in das Trommelinnere
ist unpraktisch.
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Für manche Anwendungszwecke ist es weiterhin vorteilhaft, noch eine
zusatzliche, mitrotierende Kammer znzuschliessen, worin noch weitere Pulverstoffe
zugemischt werden können. Dies ist z. B. zweckmäßig, wenn zu feuchte Oberflächen
der Agglomerationen durch ein Bepudern mit einem geeigneten feinen Pulverstoff abgetrocknet
werden müssen.
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Aus Fig. 7 ist eine solche erfindungsgemäße Tremmal mit nachmischkammer
zu ersehen.
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Trommel wie audh Nachmischkammer können zur Unterstützung des Mischvorgangs
im Innern mit leitschaufeln bestückt sein. Bei der Aufsprühtrommel selbat können
Leitschaufeln entfallen, insbesondere dann, wenn auf die Bildung von Agglomeraton
Wert gelegt wird. Es ist dann auch möglich, in der Aufsprühzone einen Abstreifer
anzubringen, der
die Trommelwand von Ablagerungen freihält^ Wie
in Fig. 7 gezeigt wird, ist es zwockmäßig, die Trommel über 2 um den Trommelumfang
gelegte Laufringe i auf Laufrollen k zu lagern und über diese anzutreiben Eine Stützrolle
1 verhindert das seitliche Abrutschena Aus einer oder mehreren Sprühdüsen m1 bzwu
m2 wird aufgesprühte Die Düaen ragen durch den feststehenden Deckel n in die Trommel
hinein. Der Deckel n ist gegen die rotierende Trommel abgedichtet. Ebenso führt
durch den Deckel n eine Pulverzuteilungsvorrichtung o in die konische Trommel. Auf
der anderen Seite wird die mitrotierende Nachmischkammer p über die Pulverzuteilungsvorrichtung
q mit zusätzlichem Pulfermaterial gespeiste Die feststehedde Austragskammer r, die
gegen die rotierende Nachmischkammer p abgedichtet ist, mündet in die Austrsgsschleuse
s.. An der Austragskammer r, wie auch gegebenenfalls am Deckel n, sind Abluftableitungen
t angesetzt, die über einen Ventilator und einen Zyklon die Abluft durch einen Filtersack
ins Freie befördern.
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In einer Apparatur entsprechend Figo 7 bei der die Aufsprühkammer
eine Lange von 110 cm hatte, der grobe Kegelrumpfdurchmesser 90 cm, der kleine 40
cm betrug, konnten bei 26 Trommelumdrehungen/Minute 800 kg eines kompletten hauschlatswaschmittels
mit einem Schüttgewicht won 350 g/l hergestellt werden, d.h. eine Menge von 2,300
1/h.
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Die Verweilzeit des Materials in der Trommel betrug 6 sec. Es entsand
dabei ein sehr schön rieselfähiges, trockenes, gleichmäßig agglomeriertes Produkt
mit einer durchschnittlichen Korngröße von 0, 6 mm-Diese fUr die Grdbe der Apparatur
hohe Durchsatzleistung resultierte aus der großen AufsprUhfläche an der Zulaufseite
und die anschliessende Granulierstrecke bei entsprechend hoher Aufsprühgeschwindigkeit.
Mit den Aufaprühtrommeln nach dem Stande der technik ist eine
solch
hohe Durchsatzleistung nicht möglich.
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Im Patent 937 495 wird eine Agglomeriervoirichtung beschrieben, die
äußerlich eine gewisse Ähnlichkeit mit der erfindungagemäßen Apparatur aufweist.
Diese Agglomeriervorlichtung dient jedoch nicht zum Aufsprühen von Flüssigkeiten
auf Pulver, sondern zum Trockenagglomerieren feiner Stäube. Die fertigen, sehr kompakten
Granalien werden auch nicht am schmalen Ende, sondern am weiten Ende, namlich der
Pulvereintragsseite, abgenommen. Die erfindungsgemäße Aufspruhapparatur mit ihren
größen Vorteilen für das rasche Aufsprühen von Flüssigkeiten zur vorzugsweisen Erzielung
voluminöser Agglomerationen ließ sich aus der bekannten Vorrichtung nicht entnehmen.
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Es besteht weiterhin die Möglichkeit, die erfindungagemäße Apparatur
nicht nur kontinuierlich, sondern auch diskontinuierlich zu benutzeno Für eine diskontinuierliche
Anwendungsweise ist es notwendig, die Aufsprühkammer gegen die Nachmischkammer p
abzuschliessen, was durch Anpassen eines mitrotierenden, kreisrunden, konzentrischen
Deckels gegen den Überlaufring geschehen kannt der die Aufspruhkammer gegen die
Nachmischkammer abgrenzt. Selbstverständlich kann dies auch dann erfolgen, wenn
auf eine Nachmischkammer verzichtet wird und der Überlaufring der Aufsprühkammer
diese direkt gegen die Austragskammer r begrenzt. Dieser mitrotierende Deckel wird
dann zum Entleeren der Aufsprühkammer ein Stück weit zurückgezogen, damit das Fertigprodukt
ausfallen kann. Für den kontinuierlichen Betrieb verbleibt der mitrotierende Deckel
ständig in der zurückgezogenen Stellung.
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Eine derartige Vorrichtung ist bereits in der fruheren Patentanmeldune
C 37 509 IVa/12g beschdeben worden.
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Schließlich sei noch ergänzt, daj in /der erfindungsgemäßen Drehtrommel
auch Erhitzungsvorgähne durchgeführt werden können, um z. B. zum
Zwecke
der Agglomeration auf Pulveratoffe aufgesprühtes Nasser wieder-wegtrocknen zu können.
Hier ist es zweckmäßig, fUr diese nachtrocknung die Nachmischkamer p zu benutzen,
indem durch die Austragskammer r hindurch in die Nachmischtammer Heißluft eingeführt
wird im Gegenstrom zum Pulvermaterial. Auch eine Außenbeheizung der Nachmischkammer
kommt gegebenenfalls infrage. Man kann auch durch seitliche Einfuhrung eines Heizgasbrenners-gegebenenfalls
mit Vorkammer-indie Ausfallkammer höhere Temperaturen erzeugen, die ausreichen,
um z.B. Orthophosphate in kondensierte Phosphate überführen zu könnenr In diesen
Pollen ist es zweckmäßig, die Abluftabfahrung nicht bei der Austragskammer, sondern
auf der Pulvereintragsseite durch die Stirnwand der Aufsprühkammer vorzunehmen.