DE2006503C3

DE2006503C3 - Verfahren und Vorrichtungen zur kontinuierlichen Herstellung von Pulveragglomeraten

Info

Publication number: DE2006503C3
Application number: DE2006503A
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl.-Chem. Dr.-Ing. 6200 Wiesbaden Pfrengle
Original assignee: Individual
Current assignee: Pfrengle Geb Karle Luise 6200 Wiesbaden De
Priority date: 1970-02-13
Filing date: 1970-02-13
Publication date: 1975-03-27
Also published as: SE367924B; DE2006503A1; DE2006503B2; FR2078461A5; GB1297728A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur kontinuierlichen Herstellung von Pulveragglomeraten in einer Drehtrommel, die mit mindestens einem im oberen Viertel der Trommel befindlichen feststehenden Abstreifer versehen ist, durch Aufsprühen von Flüssigkeit, wobei die Drehtrommel mit mindestens einer solchen Umfangsgeschwindigkeit betrieben wird, daß mindestens Teile des Pulvers in einer abstreiferfreien Trommel bis zum Zenit der Trommel hochgehoben würden (kritische Umfangsgeschwindigkeit).

Es ist bekannt, agglomerierte Pulverprodukte, wie z. B. Wasch- und Reinigungsmittel, dadurch herzustellen, daß in Drehtrommeln umlaufendes Pulversubstrat mit Flüssigkeiten, z.B. Tensiden, besprüht wird, worauf gegebenenfalls das besprühte Material zur Verbesserung der Agglomeration noch eine Zeitlang in der Drehtrommel verweilt, indem es sich kontinuierlich in Richtung auf den Produktausfall weiterbewegt (britische Patentschrift 918 499).

In der Praxis wird der Vorgang in einer relativ langsam laufenden, waagerecht liegenden zylindrischen Trommel durchgeführt, so daß die Durchsatzleistung relativ gering ist.

Zur kontinuierlichen Herstellung voluminöser PuI-veragglomerate unter Aufsprühen von Flüssigkeit auf

die Pulverstoffe ist weiterhin eine Drehtrommel bekannt, deren Verhältnis von Achsenla'nge zu Durchmesser 3:1 bis 1,1 beträgt, die sine oder mehrere Sprühdüsen zum Aufsprühen von Flüssigkeit und schließlich einen bestimmt dimensionierten Stauring

κ» am Pulveraustrittsende aufweist (deutsche Auslegeschrift 1 299 599). Sie kann mit so hoher Umfangsgeschwindigkeit betrieben werden, daß Teile des Pulvers den Zenit der Drehtrommel erlangen.
Obgleich die Verwendung der zuletzt erwähnten Drehtrommel mit erheblichen Vorteilen verbunden ist, genügt insbesondere die erzielte Agglomeration oft den gestellten Forderungen nicht. Zwar kann durch Verlängerung der Trommel eine Nachmischzone für trockenes Pulver geschaffen werden, doch

ao wirkt sich diese nicht auf die angestrebte Agglomeratgröße aus.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren bereitzustellen, das die bekannten Nachteile nicht besitzt, insbesondere eine hohe Durchsatzleistung aufweist und

as Agglomerate der erwünschten Beschaffenheit zu erzeugen gestattet.

Die Aufgabe wins gelöst, indem das Verfahren der eingangs genannten Art entsprechend der Erfindung derart ausgestaltet wird, daß man anschließend das besprühte Pulverprodukt in dergleichen oder in einer nachgeschalteten Drehtrommel mit einer unter der kritischen liegenden Umfangsgeschwindigkeit weiterbehandelt.

Zur Erläuterung des Begriffs der kritischen Umfangsgeschwindigkeit ist auf das Verhalten des zu agglomerierenden Pulvers einzugehen. In einer mit mäßiger Umdrehungszahl rotierenden Drehtrommel bildet ein Pulver mit guter RieseJQhigkeit eine ungefähr ebene Oberfläche aus, die mehr oder weniger in der Drehrichtung ansteigt. Bei stärkerer Rotationsgeschwindigkeit werden Teile des Pulvers stärker an der Wand emporgezogen und überstürzen sich. Noch höhere Umdrehungsgeschwindigkeit läßt Teile des Pulvers den Zenit erreichen, während bei außer-

♦5 ordentlich hohen Drehzahlen das gesamte Pulver in Form eines mitrotierenden Ringes der Trommelwand anliegt.

Die Kräfte, denen das Pulvereinzelteilchen im Laufe der Rotationsbewegung ausgesetzt ist, ändern ir.it Ausnahme der Schwerkraft ständig ihre Richtung. Während am Boden der Trommel sich Schwerkraft und Zentrifugalkraft addieren, wirken sie im Zenit der Trommel einander entgegen. Die Trommelwand, die mit einer bestimmten Umfangsgeschwindigkeit das Pulverbetl unterwandert, erteilt der ihr anliegenden Schicht von Pulverteilchen fast dieselbe Geschwindigkeit; diese nimmt wieder die nächstliegende Pulverschicht mit usw. Je besser nun die Rieselfähigkeit des Pulvers ist, d. h. je geringer die

Kohäsionskräfte innerhalb der Pulverschichten sind, desto früher führt die Einwirkung der Schwerkraft zu einer Ablösung der Pulverteilchen von den der Trommelwand näherliegenden Schichten; sie fallen in Form einer Wurfparabel zurück ins Trommel-

innere und werden von der Pulveroberfläche unter drehender Bewegung wieder aufgenommen. Bei schlechterer Rieselfähigkeit des Pulvers weiden bei derselben Umfangsgeschwindigkeit der Trommel die

Pulverschichten höher gehoben: sie trennen sich erst daß sich auch schon bei mäßiger Pulverzufuhr in

an einer höheren Stelle von den darunter liegenden dem zum Aufsprühen benützten breiten Teil eine tie-

Pulverschichten bzw. der Trommelwand, und es fere Materialschicht bildet, die das Aufsteigen des

können Teile davon früher den Zenit erreichen. Pulvers zum Zenit begünstigt.

Neben dem von der Rieselfähigkeit abhängigen 5 Die Erfidung wird an Hand der Fig. I bis 4 urad Anstieg des Pulvers in der Drehtrommel ist auch des Ausführungsbeispiels näher und beispielsweise dessen Schüttgewicht von wesentlichem Einfluß. Ein erläutert. Es veranschaulicht
schweres Pulver löst sich früher von der Wand und Fig. I eine zwei Drehtrommeln aufweisende Vorfällt früher zurück als ein leichtes. richtung im Längsschnitt,

Die Umfangsgeschwindigkeit, bei der Teile des io F i g. 2 eine Drehtrommel aus koaxial verbundenen

Pulvers in einer abstreifelfreien Drehtrommel gerade Zylindern unterschiedlichen Durchmessers im Längs-

deren Zenit erreichen, ist hier als »kritische Umfangs- schnitt,

geschwindigkeit« verstanden. F i g. 3 eine einseitige konische Drehtrommel im

Infolge des im Bereich der Aufsprühzone herr- Längsschnitt und

sehenden Bewegungszustandes wird eine hohe Auf- 15 Fig. 4 einen Querschnitt durch eine der Dreh-

sprühgeschwindigkeit erzielt. Sie ist gegeben trommeln der F i g. 1 bis 3 im Bereich der Aufsprüh-

1. durch die große Aufsprühfläche, zone.

2. durch die hohe Oberflächeneraeuerungsrate. Die Vorrichtung der F i g. 1 besitzt eine Aufsprüh-Letztere ergibc sich insbesondere durch die über- trommel Λ, die mit z.B. doppelt so großer Umdre-

stürzende Bewegung der an der Wand hochgezogenen ao hungszahl rotiert als die Aggi^merationstrommel B.

und zurückfallenden und in Form eines Puhervor- Die beiden zylindrischen Trommeln werden über

hangs niederrieselnden Pulverteile. Ein Hindurch- Laufringe α angetrieben. Die Trommeln sind um 5°

sprühen durch den Pulvervorhang auf die Aufsprüh- in der Arbeitsrichtung geneigt. In der Trommel A

fläche erhöht noch weiterhin die Wahrscheinlichkeit, verursacht ein Stauring b am unteren Ende die BiI-

daß jedes Flüssigkeitströpfchen mit einen» noch un- 35 dunp; eines Pulverbetts, auf welches aus der Düse r

besprühten Pulverteilchen zusammentrifft. Eine große Flüssigkeit aufgesprüht wird. Von derselben Seite her

Aufsprühfläche ergibt sich bei ausreichendem Fiil - wird über den Schneckenzuteiler d das Pulversubstrat

lungsgrad bei einer Trommel von großem Durch- in die Trommel gebracht. Ein im Zenit festmontier-

messer, wobei eine konische Trommel in ihrem wei- ter Abstreifer e wirft das Pulver, das den Zenit er-

ten Teil eine besonders große Aufsprühfläche bietet. 30 reicht, in Form eines Pulvervorhangs zurück in die

Im Anschluß an die Aufsprühzone erfolgt die Trommel.

Weiterbehandlung des besprühten Pulverproduktes Bei der Vorrichtung gemäß F i g. 2 rotieren zwei

in der gleichen oder in einer nachgeschalteten Dreh- koaxial miteinander verbundene zylindrische Trom-

trommel mit einer unter der kritischen liegenden Um- melteile mit unterschiedlichen Durchmessern mit der-

fangsgeschwindigkeit. Denn im Gegensatz zur Erhö- 35 selben Umdrehungszahl. Der Aufsprühteil C weist

hung der Aufsprühleistung durch Vergrößerung der den größeren Durchmesser als derNachbehandlungs-

Aufsprühfläche und der Oberflächenerneuerungsrate (Agglomerier-)teil D auf. Die Umdrehungszahl ist da-

wird die A gglomeration allein durch abrollende Be- bei so einzustellen, daß im Trommelteil C ein Teil

wegung gefördert. Die Umfangsgeschwindigkeit darf des besprühten Pulvers den Zenit erreicht und vom

nur solche Werte besitzen, daß Pulver an der Dreh- 40 festmontierten Abstreifer / abgenommen wird, wäh-

trommelwand hochgehoben wird und zurückfallen rend im Trommelteil D die kritische Umfangsge-

kann, wobei eine überstürzende Bewegung resultiert. schwindigkeit in bezug auf das besprühte Pulver

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- nicht erreicht wird. Die gemeinsame Trommelachse fahrens gibt es verschiedene Möglichkeiten. Man ist um 5° in der Arbeitsrichtung geneigt. Im Tromkann in einer Vorrichtung arbeiten, die zwei über 45 melteil C bildet sich ein Pulverbett, auf das aus der eine Abdichtung miteinander verbundene zylindrische Düseg durch das herabrieselnde Pulver hindurch auf-Drehtrommeln praktisch gleichen Durchmessers auf- gesprüht wird. Die Trommel wird über die Laufweist, wobei die das /.usgangsmaterial aufnehmende ringe h angetrieben. Das Pulversubstrat wird über erste Drehtrommel im oberen Viertel einen Abstreifer den Schneckenaiteiler 1 zugeführt,
und am 'jfbergabeende einen Stauring aufweist, 5° Bei der Vorrichtung gemäß F i g. 3 erfolgt das Auf-

Eine andere Ausführungsform bedient sich einer sprühen im weiten Teil E der Trommel bei minde-Vorrichtung, die zwei mittels eines Kragens starr und stens kritischer Umfangsgeschwindigkeit. Im schmakoaxial miteinader verbundene, eine Drehtrommel- len Konusteil F, der unterhalb der kritischen Umeinheit bildende Zylinder unterschiedlicher Durch- fangsgeschwindigkeit arbeitet, wird agglomeriert. Im messer besitzt, wobei der das Ausgangsrnaterial auf- 55 weiten Aufsprühteil E bildet sich ein breites Pulvernehmende Zylinder im oberen Viertel einen Abstrei- bett, das den. Sprühkegel aus der Düse k eine große fer aufweist. Aufspnihfläche darbietet. Die Trommel kann noch-

In beiden Fällen erfolgt in der ersten Trommel mais in einen etwas erweiterten konischen Teil G

bzw. Trommeleinheit das Aufsprühen der Flüssigkeit, übergehen, der im Radius jedoch geringer seift soll

und die zweite dient zum Weiterbehandeln. &> als der Teil E, um sicherzustellen, daß hier die kri-

Schließlich kann auch eine einseitig konische Dreh- tische Umfangsgeschwindigkeit nicht erreicht wird,

trommel mit Abstreifer im oberen Viertel eingesetzt Teil G dient noch zur weiteren Nachagglomeration,

werden, bei der die Pulverzufuhr von der Basisfläche Er kann auch dazu benützt werden, nochmals klei-

des Kegelrumpfs, d. h, von der weiteren Stirnfläche nere, trockene Pulvermengen dem besprühten Proaus, erfolgt. Die untere Mantellinie des Kegelrumpfs 65 dukt hinzuzumischen. Er kann aber auch zur Tföck-

kann waagerecht liegen, sie kanft aber auch schwach rtung dienen, indem z. B. vom Teil H her Heißluft

in der Arbeitsrichtung geneigt sein oder auch etwas zugeführt wird. Teil H steht fest ufld dient zum Aui-

ansteigen. Die letztere Anordnung hat den Vorteil, fangen und Abführen des aus G ausfallenden Pro-

dukts,
wird.

asu über die Zellenschleuse 1 ausgetragen

Der Abstreifer m ist einerseits an der feststehenden Frontplatte n, andererseits an der Wand von H beiderseits fest gelagert. Die konische Trommel E/F/G wird ütier die Lauf ringe ο angetrieben; ihre untere **--i-i*u!.. «*«i„» _Srt _Amr ArVieitsrichtuniü um 3° an.

wird titter ate i^aumugt υ aj._Rw. ■»„_..,

Mantellbie steigt in der Arbeitsrichtung um - .... Über die Zuteilerschnecke ρ wird das Pulversubstrat eingeführt. Der dritte Trommelteil, der zum Nachmischen dient, kann auch eine einfache Verlängerung des vorhergehenden Teils sein. Das Nachmischen trockenen Materials empfiehlt sich besonders dann, wenn gegebenenfalls noch etwas !feuchtes Aufsprühpirodukt durch »Bepudern« abgetrocknet werden muß.

Eine oder mehrere Sprühdüsen können innerhalb der Besprühungstrommel angeordnet sein. Sie werden jedoch vorzugsweise außerhalb der Trommel so montiert, daß sie — von außen leicht zugänglich — ins Innere der Trommel hineinsprühen, und zwar in Richtung auf das noch verbliebene tiefere Pulverbett und gleichzeitig durch das im Trommelinnern aufgewirbelte Pulver hindurch.

F i it. 4 zeigt das Prinzip des Aufuprühens. Der innere Kreis q bedeutet die Trommelwandung, der äußere Kreis/- den Laufring, der auf den Antriebsrollen s gelagert ist. Die Sprühdüse t sprüht durch den vom Abstreifer u erzeugten Pulvervorhang und anderes zurückfallendes Pulvermaterial hindurch auf das noch verbleibende Pulverbett v, das in der Umdrehungsrichtung hochgezogen ist.

Der Abstreifer wird vorzugsweise starr im Zenit der Trommel angeordnet, und zwar so, daß er möglichst nahe der Trommelwand anliegt. Es können auch zwei Abstreifer angeordnet sein, von denen der eine schmalere schon im aufsteigenden Trommelteil, jedoch frühestens im oberen Viertel der Trommel angreift. Aus Stabilitätsgründen werden die Abstreifer zweckmäßigerweise untereinander starr verbunden. Der oder die Abstreifer können auch federnd ausgestaltet sein, doch sind im allgemeinen si an montierte Abstreifer vorzuziehen, weil sie störungsfreier arbeiten.

Der oder die Abstreifer sind an sich nur in der Aufsprühtrommel bzw. im Aufsprühteil erforderlich. Sie können jedoch buch aus Stabilitätsgründen durch alle Apparateteile hindurchgefühlt und beiderseitig gelagert sein. Dann erfüllen sie die weitere Aufgabe, die gesamte Trommelwand von Krusten freizuhalten. Das erfmdungsgemaße Verfahren ist für alle AufspriJhpTodukte anwendbar und bietet besonders bei solchen Produkten Vorteile, bei denen voluminöse, gleichmäßig grobe und gut rieselnde Agglomerate erzeugt werden sollen, die sich rasch im Wasser auflösen. Es seien hier insbesondere Wasch- und Reinigungsmittel genannt, aber auch Nahrungsmittelzusatzstoffe, Instant-Pulver und die verschiedensten Chemikalien. Es wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein besonders großer Durchsatz in einer verhältnismäßig kleinen Apparatur erzielt.

So ist es z. B. möglich, in einer kleinen, einseitig konischen Trommel von nur 110 cm Länge, die eine

kurze Weiterbehandlungskammer aufweist, einen Durchsatz von bis zu 3,5 mtyh Pulvermaterial zu bewältigen. Es resultiert ein sehr schön agglomeriertes Produkt, auch wenn die Weiterbehandlungskammer nicht zum Einmischen weiteren Pulvermaterials ver-

wendet wird, sondern nur als zusätzliche Agglomerationszone.

Ausführungsbeispiel

In einer einseitig konischen Trommel wurden in is kontinuierlichem Betrieb Versuche durchgeführt. Die Drehtrommel war ein Kegelrumpf von einer Länge von 110 cm; die Stirnflächen hatten Radien von 45 und 20 cm. Die Trommel, die um ihre Mittelachse rotierte, wurde von der größeren Stirnfläche her kon-M tinuierlich mit verschiedenen Pulversubstanzen beschickt, die an der kleineren Stirnfläche die Trommel wieder verließen.

Es fanden zwei Versuchsgruppen statt. Bei der einen (a) lag die untere Mantellinie der Trommel as eben, bei «er anderen (b) stieg die untere Mantellinie in Arbeitsrichtimg, d. h. nach dem schmalen Ende hin, um 3°50' an, in welchem Falle eine wesentlich tiefere Pulverschicht in der Nähe des Pulvereintritts vorlag. Es wurde nun diejenige Rotationsgeschwindigkeit festgestellt, bei der gerade noch Teile des Pulvers bis zum Zenit hochgehoben und dort vom Abstreifer in Form eines Pulvervorhangs in die Trommel zurückbefördert wurden. Aus dieser »kritischen« Umdrehungsgeschwindigkeit wurde dann die jewei-35 "8^e »kritische Umfangsgeschwindigkeit« v_k cm/sec errechnet.

Es wurden folgende Materialien getestet: 1. leichtes, sprühgetrocknetes Natriumsulfat mit Schüttgewicht

⁴⁰ 2. Pentanatriumtriphosphat

mit Schüttgewicht

3. ein Waschpulver mit Schüttgewicht

4. Pentanatriumtriphosphat

mit Schüttgewicht

⁴⁵ 5. Natriumpolyphosphatglas (Graham-Salz) mit Schüttgewicht 13\;0g/l

Es wurde außerdem die Rieselfahigkeit der 5 Substanzen gemessen, und zwar mit dem Rieseltest so Pfrengle, veröffentlicht in S.Ö.F.W.23 (1965), bis 819, bei dem der Schüttwinkel eines in bestimmter Weise hergestellten Pulverhäufchens gemessen wird. Ie kleiner dieser Schüttwinkel ist, desto besser ist die Rieselfähigkeit Die Meßzahl ist der tg Schüttwinkel

Die Substanzen wurden jeweils durch eine Zuteilerschnecke in die Trommel gebracht, die in jedem Fallt auf eine Leistung von 1500 l/h eingestellt war.

Bei der höchstmöglichen Umdrehungszahl η = 6!

295 g/l

350 g/l 455 g/1

505 g/l

Ergebnis

Schüttgewicht

Rieseltest

v_k Versuchsgmppe a
ν» Versachsgrappe b

295

1,13 270 225 Substanz Nr. 1 3

350

0,53
>321
165

455

0,535
>321
205

505

0,51 >321 195

1300

0,766 >321 245

war bei r = 45 cm die Umfangsgeschwindigkeit 321 cm/sec v_ft)321 soll bedeuten, dal} der Zenit gerade noch nicht erreicht wurde. Bei r = 45 cm entsprach v_t = 165 einer Umdrehungszahl von 35 U/min.

Beim Vergleich der beiden Reihen bemerkt man, data hei Versuchsgruppe a, bei welcher Trommelstellung die Pulverschicht beim !Pulvere ingang ziemlich dünn war, nur in einem Falle der Zenit erreicht werden konnte, so daß der Abstreifer einen Pulvervorhang erzeugte. Dagegen wurde bei Versuchsgruppe b bei jeder der Substanzen der 21etiit erreicht, d. h., aus der dickeren Pulverschicht wurde mehr Material hochgezogen, so daß in jedem Falle noch Pulver zum Zenit aufstieg.

Beim Vergleich der Zahlen der Versuchsgruppe b kann man nachfolgendes feststellen:

Substanz 2 und 3 haben nahezu denselben Rieseltest, jedoch unterschiedliche¹.; SchUHgewicht; daher erfordert Substanz 3 mit dem höheren Schüttgewicht eine höhere Umfangsgeschwindigkeit für das Aufsteigen zum Zenit.

Substanz 1 hat ein etwas; günstigeres Schüttgewicht als 2, müßte also eine niedrigere v_k haben; da aber der Rieseltest mehr als doppe!;; so hoch ist, erfordert 1 eine höhere Umfangsgeschwindigkeit, um zum Zenit aufzusteigen.

Substanz 4 müßte nach dem Schüttgewicht, wie auch nach dem Rieseltest in der v_k niedriger liegen

S als 5. Der Unterschied ist auch tatsächlich beträchtlich.

2 und 4 sind im Rieseltest etwa gleich; dlas wesentlich höhere Schüttgewicht von 4 führt zu einer höheren v_k.

ίο Bei der Versuchsgruppe a mit nur niedriger Pulverschicht gelangen nur bei der Substanz mit dem niedrigsten Schüttgewicht noch Pulveranteile bis zum Zenit.

Ein höherer Füllungsgtad der Trommel erniedrigt,

ij wie schon ausgeführt, die kritische Umfangsgeschwindigkeit. Der höhere Füllungsgrad läßt sich jedoch auch in der TrommelsteHung a durch Erhöhung der Pulverzufuhr leicht erreichen.

Es sei also festgehalten: bei einer Drehtrommel

so bestimmter Ausmaße und eines bestimmten Füllungsgrades hat jede Pulversubstanz als besondere Kennzahl eine bestimmte kritische Umfangsgeschwindigkeit, bei der Teile von ihr bis zum Zenit der Trommel hochgehoben werden.

Hierzu 1 Blatt Zeiclinungen

Claims

Patentansprüche:

J. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Pulveragglomereten in einer Drehtrommel, die mit mindestens einem im oberen Viertel der Trommel befindlichen feststehenden Abstreifer versehen ist, durch Aufsprühen von Flüssigkeit, wobei die Drehtrommel mit einer solchen Umfangsgeschwindigkeit betrieben wird, daß mindestens Teile des Pulvers in einer abstreiferfreien Trommel bis zum Zenit der Trommel hochgehoben würden (kritische Umfangsgeschwindigkeit), dadurch gekennzeichnet, daß man anschließend das besprühte Pulverprodukt in der gleichen oder in einer nachgeschalteten Drehtrommel mit einer unter der kritischen liegenden Umfangsgeschwindigkeit weiterbehandelt.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei über eine Abdichtung miteinander verbundene zylindrische Drehtrommeln praktisch gleichen Durchmessers, wobei die das Ausgangsmaterial aufnehmende erste Drehtrommel im oberen Viertel einen Abstreifer und am Übergabeende einen Stauring aufweist.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei mittels eines Kragens starr und koaxial miteinander verbundene, eine Drehtrommeleinheit bildende Zylinder unterschiedlicher Durchmesser, wobei der das Ausgair-gsmatt .ial aufnehmende Zylinder im oberen Viertel einpn Abstreifer aufweist.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine einseitig konisch ausgebildete Drehtrommel mit Abstreifer im oberen Viertel.