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Vorrichtung zur Behandlung und Umhüllung von Schüttgütern gleichmäßiger
Körnung in der Wirbelschicht Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur
gleichmäßigen Oberflächenbehandlung bzw. Oberflächenumhüllung von Schüttgütern wie
z. B, pharmazeutische Erzeugnisse, Saatgut, Kontaktmassen, Erzeugnisse der Lebensmittel-
und Genußmittelindustrie oder auch Oberflächenbehandlung bzw. Oberflächenumhüllung
aus korrosionstechnischen Gründen.
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Bekannt sind Verfahren und Vorrichtungen zur Behandlung und Umhüllung
von Schüttgütern, bei denen dieselben entweder nach traditionellen Dragierverfahren
oder nach neueren Verfahren der Wirbelschichttechnik verarbeitet werden. Bei den
bekannten Dragierverfahren wird das zu umhüllende Schüttgut in rotierenden Trommeln
oder dergleichen mechanisch bewegt und dabei zumeist eine Dragiermasse in fester
oder angeteigter Form als Vielkomponentengemisch infolge gegenseitiger Berührung
von Schütt-Stit und Dragiermasse allmählich aufgetragen. In der Regel sind hierfür
Zusatzeinrichtungen wie z. B.
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Trocknumgsanlagen usw. notwendig, Zuweilen wird das Verfahren auch
dahingehend abgewandelt, daß die Dragiermasse durch Zerstäubereinrichtungen auf
das Schüttgut aufgesprüht wird. Bei den analogen Wirbelschichtverfahren werden in
das fluidisierte Schüttgut Umhüllungsstoffe oder andere Behandlungsstoffe in verdüster
Form einzeln oder im Gemisch, jedoch immer im Gleichstrom zum Fluidisierungsmedium,
eingebracht und damit ein Dragierfilm oder dergleichen erzeugt.
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Gemeinsam ist beiden Veriahren, daß sie jeweils diskontinuierlich
arbeiten. Eine Reihe von Nachteillen der
traditionellen Umhüllung
ozw. Behandlung, wie ein großer Zeitaufwand, die komplizierte Rezeptur der Dragiermasse
und deren Menge, die bis zu 100 yO des Anfangsgewichtes des Schütgutes betragen
kann und zumeist notwendige Nachoehandlungsverfahren konnten im wesentlichen bereits
durch einführung der Wirbelschichttechnologie bei der Umhüllung bzw. behandlung
von Schüttgütern gemildert oder beseitigt werden0 Dagegen weisen aber auch die entsprechenden
Wirbelschichtverfahren folgende Nachteile auf2 1) Bei der Wirbelschichtumhüllung
bzw. -behandlung von Schüttgütern mit relativ großem Einzelkormdurchmesser ist das
System Schüttgut/Wirbelmedium zunehmend instabil und die Aufrechterhaltung einer
homogenen Wirbelschicht schwierig, 2) Bei der Einlialtung der notwendigen Wirbelschichtparameter
unterliegen die fluidisierten Feststoffteilchen einem hohen mechanischen Verschleiß
infolge Abriebs.
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3) Die Zuführung einer zur jeweiligen Umhüllung bzw Behandlung notwendigen
dritten Komponente zum System Feststoff/Wirbelmedium in Form versprüht er Umhüllungs-bzw.
Behandlungslösung führt zu Substanzverlusten, da die Nebeltröpfchen derselben infolge
der stets vorhandenen Klassierwirkung einer Wirbelschicht mit dem Abluftstrom teilweise
ausgetragen werden, bevor sie auf dem fluidisierten Fetstoffteilchen fixiert wurden.
Hierbei erfolgt die Zuführung der Nebelröpfchen wie bei allen vergleichbaren Wirbelschichtprozessen
generell im Gleichstrom.
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4) Die Erzeugung einer homogenen Wirbelschicht setzt eine gleichmäßige
Druckverteilung des Wirbelme di ums über dem gesamten Rostquerschnitt voraus, wodurch
aber konstruktiv die Justierung der Zerstäubereinrichtung er-
Schwert
wird, da diese die verdüsten Umhüllungs- bzw, Behandlungsnebel unmittelbar in der
Wirbelschicht über dem Rost in einer strömungstechnisch ungünstigen Zone des Wirbelbettes
auf den fluidisierten Feststoff übertragen sollen Zweck der Erfindung ist es, die
Vorteile traditioneller Umhüllungsverfahren, insbesondere eine schonende Behandlung
des Schüttgutes, zu erhalten, deren Nachteile zu umgehen und darüber hinaus die
Vorteile der Wirbelschichtverfahren unter Beseitigung bzw. Milderung ihrer Nachteile
zu nutzen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das zu umhüllende bzw, zu behandelnde
Schüttgut in fluidisiertem Zustand so schonend zu Dewegen, daß ein möglicher Abrieb
weitestgehend vermieden wird. Weiterhin soll das Aufsprühen von Behandlungs- bzw.
Umhüllungslösungen verlustarm erfolgen, indem diese unter Ausnutzung neuartiger
strömungstechnischer Charaktetistika der Wirbelschicht an das zu umhüllende bzw.
zu behandelnde fluidisierte Schüttgut herangeführt werden. Inspesondere soll der
Rost als das für die Strömungsverhältnisse entscheidende Element diesen Erfordernissen
entsprechend gestaltet werden. Der auf Grund der besonderen Strömungsverhältnisse
in der Wirbelkammer realisierbare Bewegungsvorgang des fluidisierten Schüttgutes
soll außerdem als Austragshilfe verwendoar sein.
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Erfindungsgemäß wurde zur Erzielung eines wurfparabelähnlichen Bewogungsvorganges
der Einzelkörner des Schüttgutes unter fluidisierten Bedingungen und zur Erzielung
einer Rotationsbewegung der Gesamtmasse des Schüttgutes unter denseloen Vergältnissen
in einer zylindrischen Wirbelkammer eine Rostkonstruktion mit schrägtangentialen
Bohrungen entvickelt. Dadurch wurde eine, dem Bewegungsvorgang in traditionellen
Trommeln vergleichbare, schonende, tangential rotierende Bewogung des Schüttgutes
unter
gleichzeitiger Ausnutzung aller Vorteile eines Wirbelschichtverfahrens erreicht.
Es wurde dabei außerdem gefunden, daß gegenüber bekannten geradgebohrten bzw. gelochten
oder geschlitzten Rosten diese Konstraktion den Vorteil hab, daß der Druck des Wirbelmediums
über dem Rost in der zylindrischen Wirbelkammer vom Zentrum in radialer Richtung
bis zur Peripherie nach einer bestimmten Gesetzmäßigkeit in Abhängigkeit von konstruktiven
Einzelheiten des Rostes abnimmt, Diese vorhandene Durckverteilung wurde erfindungsgemäß
dazu benutzt, diX Düsenanordnung zum Versprühen der Umhüllungs- bzw. Behandlungslösung
so zu gestalten, daß die Sprülirichtung zunächst senkrecht in Richtung auf den Rost
verläuft. Bei zentraler Anordnung der Düsen strömt der Sprühnebel aus dem dort vorhandenen
Gebiet höheren Druckes in radialer und tangentialeer Richtung in das periphere Gebiet
niedrigeren Druckes ab und wird dort unter Wirbelschichtbedingungen von der in Form
eines Rotationsparaboloids sich bewegenden Schüttgutmasse vorteilhaft gleichmäßig
aufgenommen. Durch die so beschriebene Bewegung des fluidisierten Schüttgutes wird
bei Oeffnung einer Austragsklappe in der Wandung der zylindrischen Wirbelkammer
ein schneller und vollsbändiger Austrag des Schüttgutes ermöglicht, womit die Anordnung
durch Hintereinanderschaltung mehrerer Wirbelkammern quasi-kontinuierlich gestaltet
werden kann, Damit entspricht dieser Vorgang der erfindungsgemäßen Lösung, einen
Wirbelschichtprozeß unter Gegen- bzw. Kreuzstrombedingungen durchzuführen und das
Verhalten der fluldisierten Schüttmasse für den Austrag sowie für einen quasikontinuierlichen
Betrieb bei Kaskadenschaltung zu nutzen.
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Damit lassen sich die technischen Auswirkungen wie folgt darstellen:
Die
Rotationsbewegung des Schüttgutes in fluidisiertem Zustand stellt eine unterschiedliche,
vorteilhafte Art derselben dar. Die damit gleichzeitig verbundene Druckverteilung
über einem Schrägrost bewirkt eine zweckmäßige Orientierung der verdüsten Umhüllungs-
bzw.
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Behandlungsmedien in Richtung der Schnittebene, des fluidisierten
Schüttgutes. Infolge des Umstandes, daß die erfindungsgemäße Rotationsfluidisierung
des Schüttgut es schon bei relativ kleinem Zwischenkornvolumen erreicht wird, ist
die freie Weglänge der versprühten Umhüllungs- bzw Behandlungslösung bis zum Auftreffen
auf das Schüttgut außerordentlich klein und damit die mathematische Wahrscheinlichkeit
einer schnellen und vollständigen Fixierung groß, wodurch ein verlustarmes Aufbringen
auf dem Schüttgut gesichert ist. Ist bei Behandlungs bzw, Umhüllungsvorgängen eine
mehrfache Behandlung notwendig, kann die in der Wirbelkammer erzeugte neuartige
Strömung von Wirbelmidium und Schüttgut als Austragshilfe benutzt werden und durch
Reihenschaltung mehrerer Wirbelkammern ein quasikontinuierlicher Betrieb gewährleistet
werden. Ein günstiger Impulsaustausch bei der Rotationsfluidisierung von Schüttgutpartikel
zu Schüttgutpartikel ermöglicht einen geringen Energieaufwand bezüglich des Bedarfs
an Wirbelmedium und Wirbelmidiumdruck. Der Bewegungsablauf der Schüttgutpar tikel
sichert bei der Rotationsfluidisierung die Vermeidung eines unerwünschten mechanischen
Abriebs,und infolge des geringen Zwischenkornvolumens kann trotzdem durch den unmittelbaren
Kontakt der Schüttgutpartikel eine Polierwirkung erzielt werden. Durch Anwendung
des tangential-schräggebohrten Rostes werden Randinhomogeni täten der Wirnelechicht,
wie sie im Turbulenzgebiet üblich konstruierter Roste auftreten, vermieden und damit
eine besondere Gleichmäßigkeit der Umhüllung bzw. Behandlung garantiert.
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Die Erfindung soll nachstehend am Beispiel der Umhüllung eines Schüttgutes
unter Verwendung des erfindungsgemäßen Rostes erläutert werden. In der zugehörigen
Zeichnung zeigen Fig. 1 Zusammenstellung der Apparatur Fig., 2 Grundriß des i'angential-schräggebohrben
Rostes Fig. 3 Schnitt A-A des Rostes nach Fig. 2 In einer Wirbelschichtapparatur
üblicher Bauweise gemäß Fig 1 ist zwischen dem Anströmkanal 2 und der zylindrischen
Wirbelkammer 3 der tangential-schräggebohrte Rost 1 nach Fig. 2 und Fig. 3 montiert.
Die senkrecht nach unten angeordnete Düse 4 mit Düsenrohr 5 dient zur Zerstäubung
bzw, Heranführung der Umhüllungsflüssigkeit Die durch den Anströmkenal 2 her angeführte
Wirbelluft passiert den tangenbial-schräggeborhten Rost 1 und verläßt diesen unter
Ausbildung eines Luftwirbels in der zylindrischen Wirbelkammer 3. Das auf diese
Weise angeströmte Schüttgut wird fluidisiert und folgt dem Strömungsverhalten der
Wirbelluft in der Wirbelkammer 3* Dabei erhält die Wirbelschicht die geometrische
Form eines Rotationsparaboloids. Durch die Düse 4 wird die Umhüllungsflüssigkeit
feinst zerstäubt und in Form eines abwärtsgerichteten Sprühkegels auf den Scheitelpunkt
des entstandenen Rotationsparaboloids gedüst." Hierbei verteilt sich der Umhüllungsflüssigkeitsnebel,
unterstützt durch das in der Wirbelkammer 3 vom Zentrum zur Peripherie verlaufende
Druckgefälle gleichmäßig auf die jeweils momentan an der inneren Oberfläche des
Rotationsparaboloids befindlichen Partikel des Schüttgutes. Nach
beednigtem
Umhüllungsvorgang wird die hustrags-Öffnung 6 geöffnet, wobei das noch fluidisierte
Schüttgut durch die Zentrifugalkraft der Rotation über den Austragskanal 7 entweder
in einen Sammelbehälter oder zwecks Weiter- bzw. Nachbehandlung in eine weitere
Wirbelkammer eingespeist wird