DE19630532A1 - Verfahren zum Herstellen von Pulvern bzw. Granulaten aus der Schmelze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Pulvern bzw. Granulaten mit Korngrößen zwischen 500 µm und 6 mm aus der Schmelze.

Es ist bekannt, in der großtechnischen Produktion von Pulvern oder Granulaten aus den Schmelzen unterschiedliche Verfahren einzusetzen, z. B. die Sprüh­ kristallisation, die Kristallisation auf einer Schuppenwalze oder die Kristallisation als Pellets auf einem Kühlband oder einem Pastellierteller.

Bei der Sprühkristallisation in einem Sprühturm strömt Gas, das in der Regel aus Luft besteht, im Gleich- oder Gegenstrom zur versprühten, zu kristallisierenden Flüssigkeit. Das Gas kühlt die versprühte Flüssigkeit ab, so daß sich kleine Kristalle mit Korngrößen bis zu 0,5 mm bilden, die schnell erstarren.

Nachteilig sind hier jedoch die hohen Luftmengen, die typischerweise 3000 bis 5000 m³/h Luft bezogen auf 1 t/h Aufgabenmenge betragen. Auch die aufwendige Trennung von Gas und Staub in nachgeschalteten Trennapparaten, z. B. Zyklonen oder Filtern, sowie die Feuchtigkeit des eingesetzten Luftstromes bei der üblichen Verwendung von Umgebungsluft sind nachteilig. Bei der Ver­ wendung von Umgebungsluft werden außerdem farbempfindliche Stoffe geschädigt und erhalten ein dunkleres Aussehen. Unerwünscht ist ferner der relativ hohe Anteil von Staub kleinster Korngröße im Produkt. Weitere Nachteile liegen in den hohen Investitionskosten und der notwendigerweise großen Bau­ höhe der Sprühtürme.

Schuppenartige Partikel mit Längsabmessungen von mehr als etwa 5 mm können durch Kristallisation auf einer Schuppenwalze hergestellt werden. Hier fließt die zu erstarrende Flüssigkeit auf eine gekühlte, sich drehende Walze, wobei zusätzlich eine Auftragswalze vorgesehen sein kann. Auf der Schuppenwalze bildet sich eine dünne Schicht, die nach ihrem Erstarren am Ende der Umdrehung in Form von Schuppen abgekratzt wird.

Nachteilig ist die Einschränkung bei der Wahl der Verweilzeit, die bei vor­ gegebenem Apparat nur über die Umfangsgeschwindigkeit eingestellt werden kann. Erforderlich ist außerdem eine genaue Temperaturführung der Schuppen­ walze und der Auftragswalze. Auch die Form der erhaltenen Produkte führt zu Problemen, denn Schuppen weisen eine schlechte Fließfähigkeit auf und backen oft in den Versandgebinden, z. B. Säcken und Big Bags zusammen. In nach­ folgenden Verarbeitungsschritten sind Schuppen außerdem schwierig zu hand­ haben. Weitere Probleme entstehen durch den Staubanteil der Schuppenware. Schließlich ist ein hoher apparativer Aufwand für eine Inertisierung erforderlich. Verluste am Produkt entstehen in diesem Verfahren durch Abtropfen am Rande der Schuppenwalze.

Pellets mit Durchmessern von mindestens 3 bis 5 mm lassen sich durch Kristallisieren der Schmelze auf einem Kühlband oder auf einem Pastellierteller herstellen. Dabei wird die Schmelze auf eine kalte Fläche, das rotierende Kühl­ band oder den sich drehenden Pastellierteller, getropft. Die Geschwindigkeit der Kühlfläche ist so einzustellen, daß die Tropfen bis zur Abnahme völlig erstarrt sind. Wird diese Bedingung nicht eingehalten, so wird die Kühlfläche mit dem Produkt verschmiert.

Nachteilig sind hier die relativ große Länge des Kühlbandes und der hohe apparative Aufwand zum Inertisieren.

Gewünscht wird daher ein Verfahren zum Herstellen von Pulvern bzw. Granulaten mit Korngröße im Bereich von 0,5 bis etwa 6 mm in einem einzigen Apparat, wobei die Verweilzeit auf einfache Weise einstellbar ist und die Granulate möglichst staubfrei sind. Die gewünschte Korngröße soll dabei gezielt einstellbar sein. Schmelzkristallisatoren mit diesen Eigenschaften sind bisher aus dem Stand der Technik nicht bekannt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kontinuierliches, wirtschaft­ liches und für die großtechnische Produktion geeignetes Verfahren zum Her­ stellen von Pulvern bzw. Granulaten mit einer gezielt einstellbaren Korngröße zwischen 0,5 mm und 6 mm aus der Schmelze bereitzustellen. Die herzustellen­ den Granulate sollen außerdem weitgehend staubfrei sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die Schmelze kontinuierlich einem mit einer Kühleinrichtung versehenen zylindrischen Behälter zuführt, in dem sich Rührschaufeln um die Behälterachse drehen, die zugeführte Schmelze mittels der rotierenden Rührschaufeln auf die zumindest bereichsweise gekühlte Innenwand des Behälters verteilt und dort erstarren läßt und die auf diese Weise gebildete Schicht mittels der Rührschaufeln einerseits abträgt und andererseits zu einem an dem einen Ende des zylindrischen Behälters vor­ handenen Auslaß fördert.

Zum gezielten Einstellen der gewünschten Korngröße des Produktes wird vor­ geschlagen, daß man das Verfahren in einem Apparat mit Rührschaufeln durch­ führt, deren Stellwinkel, insbesondere für jede Rührschaufel getrennt, einstellbar ist. Dabei ist die erhaltene Korngröße um so geringer, je stärker die Schaufeln in Förderrichtung, also in Richtung auf den Auslaß, eingestellt sind und je höher die Drehzahl der Schaufeln ist.

Zum Herstellen von besonders feinem Pulver wird vorgeschlagen, daß man die für die Schichtbildung vorgesehene Innenwand des Behälters zumindest bereichsweise kühlt und daß die rotierenden Rührschaufeln sämtlich in Förder­ richtung auf den Auslaß hin eingestellt sind. Vorzugsweise haben dabei die Rühr­ schaufeln eine Umfangsgeschwindigkeit von mindestens 10 m/s, insbesondere mindestens 20 m/s. Insbesondere wird die gesamte für die Schichtbildung vor­ gesehene Innenwandfläche des Behälters auf eine Temperatur gekühlt, die mindestens 20°C, insbesondere mindestens 30°C, unter dem Erstarrungspunkt (FP) der Schmelze liegt.

Kugelförmige Granulate mit nur geringem bzw. ohne Staubanteil und einem Durchmesser von 1 bis 3 mm lassen sich ebenfalls mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellen. Dazu wird die Innenwand des Behälters nur geringfügig gekühlt, so daß die im Behälter entstehenden Partikel klebrig bleiben und agglomerieren. Eine mittlere Drehzahl der Rührschaufeln wird eingestellt.

Vorgeschlagen wird daher, daß man die gesamte für die Schichtbildung vor­ gesehene Innenwand des Behälters auf eine Temperatur kühlt, die 5 bis 15°C unterhalb der Erstarrungstemperatur der Schmelze liegt und daß die Rührschaufeln mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 5 bis 30 m/s, insbesondere von 10 bis 20 m/s rotieren.

Zur Herstellung der genannten kugelförmigen Granulate wird alternativ vor­ geschlagen, daß man die für die Schichtbildung vorgesehene Innenwand des Behälters im Bereich des Einlasses auf eine mindestens 10°C unterhalb der Erstarrungstemperatur der Schmelze liegende Temperatur kühlt (Erstarrungs­ zone) und die Temperatur des mittleren Bereich der Innenwand auf 5 bis 10°C oberhalb der Erstarrungstemperatur einstellt (Granulierzone). An die Granulier­ zone kann sich noch eine Auswortzone im Bereich des Auslasses des Behälters anschließen. Der Stellwinkel der Schaufeln in den einzelnen Zonen wird ent­ sprechend der gewünschten Korngröße der jeweiligen Wärmeübergangs-, Stoff­ übergangs-, Transport- und Granulieraufgabe angepaßt. Man erhält relativ große Granulate, wenn der Stellwinkel in der Granulierzone nur geringfügig in Förder­ richtung eingestellt ist, so daß die Verweilzeit in diesem Bereich relativ groß ist.

Zum Herstellen von kugelförmigen Granulaten ohne Staubanteil und mit einem Durchmesser von 3 bis 6 mm wird vorgeschlagen, daß man die für die Schicht­ bildung vorgesehene Innenwand des Behälters zumindest im Einlaß- und mitt­ leren Bereich auf einer Temperatur hält, die nur um höchstens 5°C von der Erstarrungstemperatur der Schmelze abweicht, wobei die Rührschaufeln mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 15 bis 20 m/s rotieren. Vorzugsweise sind die Rührschaufeln nur geringfügig in Förderrichtung eingestellt.

Im erfindungsgemäßen Verfahren setzt man vorzugsweise Schmelzen aus Fett­ säuren oder Fettsäurederivaten oder Gemische daraus ein.

Ferner wird vorgeschlagen, daß man zusätzlich pulverförmige und/oder flüssige Stoffe in unterschiedliche Bereiche zugibt. Damit ist es möglich, erstarrte, spröde Kristalle durch eine spätere Flüssigkeitszufuhr zu benetzen und dann diese innerhalb dieses Behälter zu granulieren. Bei der Zugabe durch Pulver ergibt sich die Möglichkeit, daß klebrige, schlecht zu erstarrende Stoffe abgepudert werden. Möglich ist auch die getrennte Zufuhr von mehreren Flüssigkeiten. So können z. B. temperaturempfindliche Stoffe erst beim Kristallisieren zur Hauptkomponente zudosiert werden, so daß eine Temperaturbeanspruchung dieser Stoffe durch die noch flüssige, heiße Hauptkomponente vermieden wird.

Zur Unterstützung des Wärme- und Stoffübergangs wird in einer weiteren vorteil­ haften Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß man einen Gasstrom, insbesondere Luft oder ein Inertgas, im Gleich- oder Gegenstrom durch den Behälter leitet. Vorzugsweise besteht das Inertgas aus Stickstoff. Das Gas kann durch den Behälter gedrückt oder gesaugt werden. Mitgerissenes Pulver wird aus dem Gasstrom in einem nachgeschalteten Trennapparat, z. B. einem Zyklon oder Filter abgetrennt.

Vorzugsweise fährt man das Inertgas, z. B. Stickstoffgas, im Kreis. Staubanteile können, müssen aber nicht abgeschieden werden. Der Kreisgasstrom kann gekühlt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können daher auf eine wenig aufwendige Weise luftempfindliche Substanzen aus ihrer Schmelze unter inerten Bedin­ gungen kristallisiert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich beispielsweise in einem Apparat durchführen, wie er in der EP 0 459 328 A1 beschrieben ist. Nach dem Stand der Technik wird dieser Apparat nicht zur Kristallisation, sondern als kontinuierlicher Trockner eingesetzt.

Im folgenden werden die Vorteile und insbesondere die Vielfalt der Möglichkeiten im erfindungsgemäßen Verfahren zusammengefaßt. Substanzen mit einer oder mehreren Komponenten mit einem festen Erstarrungspunkt oder einem Erstarrungsbereich lassen sich zu pulverförmigen Kristallen oder staubarmen bis staubfreien Granulaten aus der Schmelze kristallisieren. In den Kristallisier­ apparat können reine Flüssigkeiten, Flüssigkeitsgemische, mehrere Flüssigkeiten an unterschiedlichen Aufgabestellen sowie Feststoffe und Flüssigkeiten an unter­ schiedlichen Aufgabestellen zugeführt werden. Es lassen sich Granulate mit einem engen Kornspektrum herstellen. Luftempfindliche Substanzen können unter inerten Bedingungen auf einfache Weise kristallisiert werden. Die Herstellung von Pulver aus der Schmelze durch Kristallisation ist möglich, ohne daß aufwendige Sprühtürme notwendig wären. Das Vermischen und Kristallisieren kann in einem Verfahrensschritt zusammengefaßt werden. Das Kristallisieren und Abpudern kann ebenfalls in einem Verfahrensschritt erreicht werden. Auch eine eventuell vorgeschaltete chemische Reaktion, z. B. eine Verseifung mit NaOH, KOH, Ca(OH)₂, Zn(OH)₂ und dergleichen, und ein Trocknen, Vermischen und Granulieren kann in einem einzigen Verfahrensschritt und einem einzigen Apparat durchgeführt werden. Beim Einsatz von lnertgas kann dieses im Kreislauf gefahren werden. Dabei ist eine erheblich reduzierte Gasmenge im Vergleich zum bekannten Verfahren in einem Sprühturm möglich. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich außerdem in einem Apparat mit kleiner Bauhöhe und geringem Platzbedarf durchführen.

Nachfolgend werden die Ergebnisse von erfindungsgemäßen Versuchsbeispielen genannt.

1. Beispiel (entsprechend Anspruch 3)

Ein Gemisch aus jeweils 50% Stearinsäure und Palmitinsäure mit einem Erstarrungspunkt FP von 55°C wurde als Schmelze einem Technikums-Trockner nach der EP 0 459 328 A1 mit einem Innendurchmesser D = 155 mm mit 12 kg/h zugeführt. Bei hoher Drehzahl (3000 U/min) entsprechend einer Umfangs­ geschwindigkeit der Rührschaufeln von 24 m/s, einer Wandtemperatur von 15°C und einem N2-Strom von 0,22 m/s wurde ein Pulver mit einer Korngröße < 1 mm erhalten. Das Produkt war weiß.

2. Beispiel (entsprechend Anspruch 5)

Ein Gemisch aus jeweils 50% Stearinsäure und Palmitinsäure mit einem Erstarrungspunkt FP von 55°C wurde als Schmelze dem bereits genannten Technikums-Trockner mit 12 kg/h zugeführt. Bei niedriger Drehzahl (600 U/min), einer Wandtemperatur von 15°C in der Einlautzone und von 60°C in der nach­ folgenden Granulierzone und einem N2-Strom von 0,22 m/s wurde ein Pulver mit einer Korngröße von 1 bis 2 mm erhalten. Es war staubarm.

3. Beispiel

Fettsäureamid (FP = 80°C) wurde als Schmelze dem genannten Technikums- Trockner mit 10 kg/h zugeführt. Bei mittlerer Drehzahl (2400 U/min), einer Wand­ temperatur von 15°C und einem N2-Strom von 0,9 m/s wurde ein Granulat mit einer Korngröße 2 bis 3 mm erhalten. Es war staubfrei. Es traten keine Farb­ veränderungen auf.

4. Beispiel

Fettsäureamid (FP = 80°C) wurde als Schmelze dem gleichen Technikums- Trockner mit 7 kg/h zugeführt. Bei mittlerer Drehzahl (2100 U/min), einer Wand­ temperatur von 60°C und mit einem N2-Strom von 0,9 m/s wurde ein Granulat mit einer Korngröße von 5 bis 10 mm hergestellt. Es war staubfrei. Es traten keine Farbveränderungen auf.

Claims (12)

1. Verfahren zum Herstellen von Pulvern bzw. Granulaten mit Korngrößen zwischen 500 um und 6 mm aus der Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schmelze kontinuierlich einem mit einer Kühleinrichtung ver­ sehenen zylindrischen Behälter zuführt, in dem sich Rührschaufeln um die Behälterachse drehen, die zugeführte Schmelze mittels der rotierenden Rührschaufeln auf die zumindest bereichsweise gekühlte Innenwand des Behälters verteilt und dort erstarren läßt und die auf diese Weise gebildete Schicht mittels der Rührschaufeln einerseits abträgt und andererseits zu einem an dem einen Ende des zylindrischen Behälters vorhandenen Aus­ laß fördert.

2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verfahren in einem Apparat mit Rührschaufeln durchführt, deren Stellwinkel, insbesondere für jede Rührschaufel getrennt, einstellbar ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die für die Schichtbildung vorgesehene Innenwand des Behälters zumindest bereichsweise kühlt und daß die rotierenden Rührschaufeln sämtlich in Förderrichtung auf den Auslaß hin eingestellt sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die gesamte für die Schichtbildung vorgesehene Innenwand des Behälters auf eine Temperatur kühlt, die 5 bis 15°C unterhalb der Erstarrungstemperatur der Schmelze liegt und daß die Rührschaufeln mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 5 bis 30 m/s, insbesondere von 10 bis 20 m/s rotieren.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die für die Schichtbildung vorgesehene Innenwand des Behälters im Bereich des Einlasses auf eine mindestens 10°C unterhalb der Erstarrungstemperatur der Schmelze liegende Temperatur kühlt (Erstarrungszone) und die Temperatur des mittleren Bereichs der Innenwand auf 5 bis 10°C oberhalb der Erstarrungstemperatur einstellt (Granulierzone).

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die für die Schichtbildung vorgesehene Innenwand des Behälters zumindest im Einlaß- und mittleren Bereich auf einer Temperatur hält, die nur um höchstens 5°C von der Erstarrungstemperatur der Schmelze abweicht, wobei die Rührschaufeln mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 15 bis 20 m/s rotieren.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man Schmelzen aus Fettsäuren oder Fettsäurederivaten oder Gemische daraus einsetzt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich pulverförmige und/oder flüssige Stoffe in den Behälter an vom Einlaß unterschiedlichen Bereichen zugibt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Gasstrom, insbesondere Luft oder ein lnertgas, im Gleich- oder Gegenstrom durch den Behälter leitet.

10. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß das lnertgas Stickstoff ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß man das lnertgas im Kreis fährt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die dem Behälter zugeführten Stoffe dort reagieren läßt und in demselben Behälter ein Pulver bzw. Granulat aus den Reaktionsprodukt herstellt.