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Die
Erfindung betrifft eine Apparatur zur Behandlung von partikelförmigem Gut,
mit einer Prozesskammer zum Aufnehmen und Behandeln des Gutes, die
einen mit Durchtrittsöffnungen
versehenen Boden aufweist, durch die Prozessluft in die Prozesskammer
einführbar
ist, und mit einem Auslass zum Abführen von Prozessluft von der
Prozesskammer.
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Diese
Apparaturen dienen insbesondere dazu, um ein partikelförmiges Gut
zu granulieren oder zu coaten. Ein gasförmiges Medium, sogenannte Prozessluft,
wird über
den Boden in die Prozesskammer eingeführt und tritt dabei durch die
zahlreichen Öffnungen,
meist in Form von Schlitzen zwischen sich überlappenden Leitplatten etwa
horizontal gerichtet in die Prozesskammer ein.
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Dabei
ist bekannt geworden, den Boden unterschiedlich auszugestalten,
wie das beispielsweise aus der
DE 199 04 147 A1 , der
DE 102 02 582 C1 oder der
DE 102 48 116 B3 bekannt
ist. Das zu behandelnde Gut wird durch die Prozessluft verwirbelt, wobei
die Wirbelcharakteristik jeweils von der Gestaltung des Bodens abhängig ist.
Wird beispielsweise der Prozessluft noch eine gewisse umfängliche
Komponente auferlegt, bildet sich nach und nach ein toroidal umlaufender
Wirbelstromring aus.
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Sollen
aus staubfeinem Pulver größere Agglomerate
gebildet werden, also soll das Gut granuliert werden, wird dem toroidalen
Ring über
Düsen ein
klebriges Medium zugeführt.
Bei der
DE 102 48 116
C1 sind es beispielsweise in der Wand des Behälters, der
die Prozesskammer umschließt,
eingesteckte schräg
nach oben gerichtete Sprühdüsen. Beim
Coaten soll einem bereits vorhandenen größeren Körper möglichst gleichmäßig eine Überzugsschicht
aufgebracht, also aufgesprayt werden.
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Die
von der Prozessluft verwirbelten Gutteilchen fallen aufgrund der
Schwerkraft wieder auf den Boden herab, trennen sich also von der
Prozessluft, die am oberen Abströmende über einen
Auslass aus der Prozesskammer abströmt.
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Die
Prozessluft wird über
einen Einlass in einer unter dem Boden angeordneten Anströmkammer eingeführt und
dringt dann durch die zahlreichen Öffnungen durch den Boden in
die Prozesskammer ein.
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Nach
Verlassen der Prozesskammer, ggf. nach Durchströmen von am oberen Ende der
Prozesskammer angeordneten Filtern, wird die Prozessluft aus der
Apparatur abgeführt
und aufgearbeitet.
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Bei
herkömmlichen
Apparaturen sind separate sogenannte Monobloc-Einheiten vorgesehen, die
in Räumen
abseits der Apparatur, meist daneben oder darüber, angeordnet sind und über Rohrleitungssysteme
mit der Apparatur verbunden sind.
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Man
spricht in solchen Fällen
von Zuluft-Monobloc-Einheiten, die für die Konditionierung der Prozessluft
verantwortlich sind und von Abluft-Monobloc-Einheiten, die für die umweltgerechte
Entsorgung der Prozessabluft sorgen. Die zugeführte Prozessluft wird entsprechend
erwärmt
und auf einen bestimmten Trocknungs-/Feuchtigkeitsgehalt gebracht
sowie in ein zur Prozessführung
geeignetes Durchströmmaß bewegt.
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Je
nach Art der Behandlung des Gutes muss der abgeführten Prozessluft Feuchtigkeit,
insbesondere Lösemittel,
entzogen werden.
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Die
bekannte Art des Zusammenspiels zwischen der eigentlichen Apparatur,
also der Wirbelschicht-Granulier- und Coatinganlage (auch WSG genannt)
und den notwendigen Zuluft-Monobloc- und Abluft-Monobloc-Einheiten
benötigt
viel Platz und Raum. Dabei entstehen oftmals lange Luftwege über Versorgungsrohre
und daraus resultierend große
Innenoberflächen,
die von Fall zu Fall zu reinigen oder sonst wie zu warten sind.
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Da
sich solche Apparaturen verbreitet in der pharmazeutischen Industrie
im Einsatz finden, sind diese Leitungen aus hochwertigen metallischen
Materialien hergestellt, die eine relativ große metallische Masse darstellen,
die einer schnellen Veränderung von
Prozesslufttemperaturen entgegenstehen, da diese große Masse
ein träges
System darstellt.
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Luftführende Rohrleitungen
sind nur selten an ihrer Innenoberfläche gut einsehbar, so dass
deren Reinigung nur mit technisch aufwändigen integrierten Reinigungssystemen
beherrschbar sind. Man spricht dabei von „Cleaning in place" oder „Washing
in place"-Einrichtungen.
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Zerklüftete Anlagesysteme
erfordern auch relativ große
Aufwendungen zur Schall- und Wärmeisolierung,
woraus erhebliche Kosten für
die Errichtung und den Betrieb einer derartigen Apparatur resultieren.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen
und eine Apparatur der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass
eine kosteneffektive Prozessführung
möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass in die Apparatur eine Vorrichtung zur Konditionierung der Prozessluft
und zur Umwälzung der
Prozessluft im Kreislauf integriert ist.
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Durch
diese Maßnahme
wird sich nun von dem etablierten Prinzip der entfernt von der Apparatur
vorhandenen Monoblocbauweise gelöst
und wesentliche Behandlungen der Prozessluft direkt in der Apparatur
durchgeführt,
nämlich
die Konditionierung der Prozessluft und die Umwälzung in der Apparatur im Kreislauf.
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Durch
diese kompakte Bauweise im Sinne einer Integration der notwendigen
Bauelemente in die Apparatur resultiert ein geringer Platz- und
Raumbedarf. Zugleich sind geringere Massen an Bauelementen notwendig,
was gleichbedeutend mit schnelleren Temperatur- und Regelgeschwindigkeiten
ist.
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Die
kompakte Bauweise führt
auch zu geringeren Schall- und Wärmeemissionen.
Es sind weniger Oberflächen
vorhanden, die mit der Prozessluft in Berührung treten, somit sind auch
die zu reinigenden Flächen
wesentlich geringer. Insgesamt resultieren geringere Kosten für die Gesamtanlage
und auch ein geringerer Energiebedarf aufgrund von wesentlich geringeren
Energieverlusten.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung zur
Konditionierung zumindest um die Prozesskammer herum angeordnet.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass eine sehr kompakte Bauweise resultiert, die
zugleich die Möglichkeit
eröffnet,
einfachen Zugang zu den Bauteilen der Vorrichtung zur Konditionierung
von der Außenseite
her zu erhalten. Diese kompakte Bauweise erlaubt auch entsprechende
Schall- und Wärmedämmmaßnahmen
in einfachster Art und Weise.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung
zur Konditionierung zumindest einen Kondenser und einen Lufterhitzer
auf.
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Die
von der Prozesskammer abströmende Prozessluft
enthält
meist Lösemittel
des Behandlungsmediums, das in der Prozesskammer auf das Gut aufgebracht
wird, insbesondere Wasser und organische Lösemittel. Ferner ist nicht
ausgeschlossen, dass trotz Vorhandensein von Filtern gasförmige oder
sonstige kleinste Flüssigkeitströpfchen von
der Prozessluft mitgerissen werden und somit eine Schadstoffbelastung
der Prozessabluft darstellen. In dem Kondenser können diese Bestandteile auskondensiert
und von der Prozessabluft abgetrennt werden.
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Durch
die Anordnung des Kondensers unmittelbar in der Apparatur entfallen
somit Leitungen zum Zuführen
der schadstoffbelasteten Prozessluft zu abseits liegenden Einheiten,
die den Kondenser enthalten.
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Die
Anordnung des Lufterhitzers in der Apparatur erlaubt ein Aufwärmen der
Prozessluft auf Prozesstemperatur unmittelbar nachdem diese den
Kondenser verlassen hat. Damit sind sowohl der Abkühlvorgang
zum Auskondensieren von mitgeführten Schadstoffen
und das anschließende
Wiedererwärmen
auf Prozesstemperatur energiebilanztechnisch günstig durchzuführen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist eine Filteranordnung vorgesehen,
um Feststoffe aus von der Prozesskammer abströmender Prozessluft zu entfernen.
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Diese
an sich bekannte Maßnahme
hat den Vorteil, dass die Prozessluft von mitgerissenen Feststoffpartikeln
befreit wird. Die Filteranordnung kann aus bekannten dynamischen
Filtersystemen bestehen, die auch feinste Partikel zurückhalten,
die durch Druckstöße periodisch
vom Filter abgelöst
und der Prozesskammer zurückgeführt werden.
Dies können Filterkerzen,
Filterpatronen oder auch sogenannte Clownkragen-Filter sein, die
am oberen Endbereich der Prozesskammer angeordnet sind.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Filteranordnung
strömungstechnisch
vor der Vorrichtung zum Konditionieren angeordnet.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass die Prozessluft durch die Filteranordnung
von mitgerissenen Feststoffpartikeln befreit wird bevor diese Prozessluft
den Kondenser erreicht. Dadurch wird ausgeschlossen, dass die Oberfläche des
Kondensers durch diese mitgerissenen Feststoffpartikel verschmutzt
wird, diese sich also auf dessen Oberfläche ablagern.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Filteranordnung
ebenfalls um die Prozesskammer herum angeordnet.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass trotz vorhandener Filter eine kompakte Bauweise
der gesamten Apparatur entsteht, und dass auch hier die Filteranordnungen
sehr leicht zugänglich
sind, nämlich
beispielsweise von der Außenseite
her.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist unter dem Boden ein
Ventilator zum Umwälzen
der Prozessluft angeordnet.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass die Anordnung unter dem Boden eine Stelle
darstellt, an der ein solcher Ventilator günstig untergebracht werden
kann, da solche Böden üblicherweise
ohnehin eine kreisförmige
Außenkontur
aufweisen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Ventilator strömungstechnisch
zwischen Kondenser und Lufterhitzer angeordnet.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass die dem Ventilator zuströmende Prozessluft bereits von allen
Schadstoffen befreit ist und von diesem nur noch an dem Lufterhitzer
vorbeigeführt
und zum Boden verbracht werden muss. Dies erlaubt eine besonderes effektive
Steuerung der Konditionierung der Prozessluft hinsichtlich Menge
und/oder Wärmeinhalt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest eine Düse vorgesehen,
mittels der ein Behandlungsmedium für das Gut in die Prozesskammer
einsprühbar
ist.
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Diese
an sich bekannte Maßnahme
führt dazu,
dass über
die Düsen
an einer geeigneten Stelle das Behandlungsmedium in die Prozesskammer
eingeführt
werden kann.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist Sprühluft zum
Versprühen
des Behandlungsmediums über
eine Leitung von der Prozessluft abziehbar und der Düse zuführbar.
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Diese
Maßnahme
hat nun den erheblichen Vorteil, dass ein in sich abgeschlossenes
gasdichtes System geschaffen werden kann. Es entsteht im System
ein sogenanntes Luftmengen-Nullsummenspiel dadurch, dass diejenige
Luftmenge, die zum Versprühen
des Behandlungsmediums durch die Düse benötigt wird, von der Prozessluft
abgezweigt und der Düse
zugeführt
wird. Dies erlaubt eine besonders kompakte Bauweise mit einer nach
außen
hin gasdichten Führung
von sowohl der Prozessluft als auch der Sprühluft für die Düse. Da die Düse in die
Prozesskammer hineinsprüht,
vermengen sich die von der Düse
versprühten
Gasmengen mit der Prozessluft, können
zusammen aufgearbeitet bzw. konditioniert werden, also insbesondere
von Lösemittel
oder dergleichen befreit werden und dann wieder als „Rein-Sprühluft" der Düse zugeführt werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist ein Kompressor zum Verdichten der
Sprühluft
vorgesehen.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass durch diesen Kompressor individuell die Steuerung
des Sprühluftdruckes
bzw. der Sprühluftmenge
steuerbar ist. Der Kompressor kann ebenfalls integraler Bestandteil
der Apparatur sein, kann aber auch außerhalb angeordnet sein, da
zwangsläufig
das Behandlungsmedium mit irgendwelchen Substanzen von der Außenseite
her gespeist werden muss, insbesondere dem Stoff, der dem zu behandelnden
Gut zugeführt werden
soll.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist um die Prozesskammer
herum ein Ringraum angeordnet, in dem zumindest Teile der Filteranordnung
und/oder der Vorrichtung zur Konditionierung angeordnet sind.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass eine sehr kompakte schlanke Bauweise erzielt
wird, in der die Bauteile gut zugänglich um die Prozesskammer herum
angeordnet werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Prozesskammer
eine stehende zylindrische Wand auf, die durch den Boden abgeschlossen
ist, unter dem Boden ist ein Lufterhitzer und der Ventilator angeordnet,
und in einem Ringraum um die Wand sind ringförmige Filter und zumindest
ein nachgeschalteter ringförmiger
Kondensator angeordnet.
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In
dieser speziellen Ausgestaltung findet eine optimale Anpassung der
konditionierenden Vorrichtung für
die Prozessluft an die Geometrie der Prozesskammer statt, so dass
eine besonders kompakte effektiv bauende und somit auch günstig zu
betreibende Apparatur resultiert.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Prozesskammer
an einem oberen Abströmende
einen Deckel auf, der zur Umlenkung der Prozessluft in die Vorrichtung
zum Konditionieren dient.
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Der
Deckel dient also nicht nur als ein Abschluss und ggf. auch als
ein Beobachtungsfenster für
die Vorgänge
in der Prozesskammer, sondern stellt zugleich die Umlenkung der
von der Prozesskammer abströmenden
Prozessluft in die weiteren aufarbeitenden bzw. konditionierenden
Vorrichtungen, wie Filter, Kondenser etc. dar.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist am Abströmende der
Prozesskammer ein Sieb angeordnet. Insbesondere ist von Vorteil,
dieses Sieb als Schwingsieb auszubilden.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass eine Abscheidung von Feststoffpartikeln von
der abströmenden
Prozessluft möglich
ist. Aufgrund der Ausgestaltung als Schwingsieb fallen die Partikel
wieder von dem schwingenden Sieb ab und in die Prozesskammer zurück. Diese
stehen somit wieder zur Behandlung zur Verfügung. Die Ausgestaltung als
flächiges
Sieb fördert
die kompakte Bauweise der Apparatur.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Vorrichtung
zum Absaugen der von der Filteranordnung rückgehaltenen Feststoffe vorhanden.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass die Effektivität der Filteranordnung durch
das Absaugen von Feststoffen, die von Filtern zurückgehalten
wurden, erhöht
wird. Dabei müssen
bei mehrstufigen Filtern nicht alle Filter abgesaugt werden, sondern
es ist ausreichend, den oder die Filter abzusaugen, die den überwiegenden,
meist gröberen
Teil der Feststoffe zurückhalten.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung
zum Absaugen einen bewegbaren Saugstutzen auf, der die Feststoffe
von Filtern der Filteranordnung von Zeit zu Zeit absaugt.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass der Saugstutzen zum Absaugen an die Filter
oder über diese
hinweg geführt
werden kann, so dass das Absaugen während des Betriebs erfolgen
kann.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist, bei einer Filteranordnung
mit Filtern, die in einem um die Prozesskammer herum angeordneten Ringraum
angeordnet sind, der bewegbare Saugstutzen als umlaufender Saugstutzen
ausgebildet.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass durch den umlaufenden Saugstutzen laufend
Feststoffe von der Filteranordnung abgesaugt werden können, gleichzeitig
aber ausreichende Bereiche der Filter immer frei sind für den eigentlichen
Filtervorgang.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die von der Vorrichtung
zum Absaugen abgesaugte Prozessluft, nach Abtrennen der abgesaugten
Feststoffe, wieder der Apparatur rückführbar.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass das Prinzip der geschlossenen Kreislaufführung auch
in dieser Ausgestaltung aufrecht erhalten wird, indem die abgesaugte
Prozessluft wieder rückgeführt wird.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist am Abströmende der
Prozesskammer ein Sieb angeordnet, und es ist eine Vorrichtung zum
Abblasen vom am Sieb anhängender
Gutware vorgesehen.
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Das
Sieb, das kleine partikelförmige
Feststoffe durchlässt,
die anschließend
von den zuvor erwähnten
Filtern rückgehalten
werden, hält
von der Prozessluft mitgerissene größere Partikel der Gutware zurück.
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Diese
werden entweder von der durch das Sieb hindurchströmenden Prozessluft
an der Unterseite des Siebes gehalten, oder haften aufgrund von Verhakungen
mit den Maschen des Siebes oder aufgrund von noch klebriger Konsistenz
an der Unterseite des Siebes.
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Dadurch
sind diese Teile der Gutware von dem weiteren Behandlungsprozess
ausgeschlossen und müssen,
um ein möglichst
gleichmäßiges Behandlungsergebnis
zu erzielen, wieder in die Prozesskammer rückgeführt werden. Dies erfolgt nunmehr
durch diese Vorrichtung zum Abblasen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung
zum Abblasen einen über dem
Sieb laufenden Blasschuh auf.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass der Blasschuh laufend Teile des Siebes freiblasen
kann, zugleich aber genügend
Bereiche des Siebes frei sind, um die Prozessluft durchtreten zu
lassen, um die insgesamte Kreislaufführung in der Apparatur aufrecht
zu erhalten.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
Vorrichtung zum Absaugen der Filter und die Vorrichtung zum Abblasen
des Siebes derart kombiniert, dass die von der Vorrichtung zum Absaugen
abgesaugte Prozessluft der Vorrichtung zum Abblasen zuführbar ist.
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Diese
Maßnahme
hat wiederum den Vorteil, dass eine geschlossene Kreislaufführung auch
bei dieser Ausgestaltung des Reinigens/Abblasens durchgeführt wird,
da nämlich
die Luftmenge, die zum Absaugen der Filter abgesaugt wird, nach
Abtrennen der ausgefilterten Feststoffe, dem System beim Abblasen
des Siebes wieder zurückgeführt wird.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist über der Prozesskammer ein sich
radial erstreckender, rotierter, kombinierter Blas/Saugschuh angeordnet.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass die beiden Vorrichtungen zum Saugen und Blasen
ein gemeinsames Bauelement aufweisen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung weist der Blas/Saugschuh eine Saugöffnung auf,
die im Bereich der Filter mündet,
und weist ferner eine Blasöffnung
auf, die im Bereich des Siebes mündet.
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Der
umlaufende Blas/Saugschuh saugt somit über die Saugöffnung die
Filter bzw. die von diesen rückgehaltenen
Feststoffe ab und gleichzeitig bläst er die rückgeführte Luft durch das Sieb und
löst dabei
anhaftende Gutware ab.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist ein Sauggerät vorgesehen, das mit dem Blas/Saugschuh
verbunden ist.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass beispielsweise ein zur Verfügung stehender
Industriestaubsauger der Apparatur beigeordnet werden kann, der
die Luft absaugt, die mitgerissenen Feststoffpartikel von dieser
abtrennt und dann die „Abluft" wieder dem Blasschuh
zuführt.
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Dies
ist nicht nur eine äußerst kosteneffektive
Ausgestaltung, da Industriestaubsauger verschiedener Ausgestaltung
zur Verfügung
stehen, sondern erlaubt eine gezielte Sammlung der von den Filtern rückgehaltenen
und von diesen dann abgesaugten Feststoffen.
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Je
nachdem, ob es sich dabei um hochwertige Feststoffe, beispielsweise
im pharmazeutischen Bereich handelt, können diese wieder verwendet werden.
Wenn es sich um kritische oder umweltgefährdende Stoffe handelt, können die
gezielt aus der Apparatur abgeführt
und gesammelt werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Kondenser einen
ersten Kondenser zum Auskondensieren von Wasser und einen zweiten
nachgeschalteten Kondenser zum Auskondensieren von Lösungsmittel
mit niedrigerem Taupunkt als Wasser auf.
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Insbesondere
im pharmazeutischen Bereich werden bei der Behandlung des Gutes
in der Prozesskammer sowohl wässrige
Lösungen
als auch Lösungen
in organischen Lösungsmitteln
verarbeitet. Durch die zweistufige Ausbildung kann zunächst das Wasser
auskondensiert werden und anschließend diejenigen Lösungsmittel,
die einen wesentlich niedrigeren Taupunkt aufweisen. Dies hat nicht
nur den Vorteil, dass durch die zweistufige Kondensation diese beiden
Stoffe getrennt rückgewonnen
werden können,
sondern dass auch verhindert wird, dass beispielsweise ein Kondenser,
der mit einem extrem kühlen
Kühlmittel
betrieben wird durch auskondensiertes Wasser vereist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Anschluss zur
Zufuhr eines Inertgases vorgesehen.
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Diese
Maßnahme
hat den erheblichen Vorteil, dass der Innenraum der Prozesskammer
mit einem solchen Schutzgas gefüllt
werden kann, so dass diese Anlage explosionsgeschützt arbeiten
kann, wozu sichergestellt wird, dass beispielsweise die Sauerstoffkonzentration
unter 6 Vol.-% gehalten wird.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Gassensor zur
Messung der Gaszusammensetzung der Prozessluft, insbesondere des
Sauerstoffgehaltes vorgesehen.
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Diese
Maßnahme
hat den Vorteil, dass mittels des Gassensors eine laufende Analyse
der Gaszusammensetzung des Prozessgases stattfinden kann, so dass
die Gefahr von Explosionen ausgeschlossen werden kann.
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Es
versteht sich, dass die vorgenannten und nachstehend noch zu erläuternden
Merkmale nicht nur in der angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die
Erfindung wird anhand eines ausgewählten Ausführungsbeispiels in Zusammenhang
mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Apparatur mit integrierter
Vorrichtung zur Konditionierung der Prozessluft und zu deren Umwälzung,
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2 einen
Querschnitt durch die Apparatur von 1,
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3 stark
schematisiert ein Prinzipschema der erfindungsgemäßen Apparatur
mit einigen imperiphären
Zusatzgeräten
zur Versorgung der Düse,
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4 zeigt
einen der 1 vergleichbaren Vertikalschnitt
durch eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Apparatur,
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5 einem
dem Schnitt von 2 vergleichbaren Schnitt der
Apparatur von 4, und
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6 ein
der 3 entsprechendes Prinzipschema der weiteren Ausgestaltung
der Apparatur.
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Eine
in den 1 bis 3 dargestellte Apparatur zur
Behandlung von partikelförmigem
Gut ist in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
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Wie
insbesondere aus der Schnittdarstellung von 1 hervorgeht,
weist die Apparatur 10 einen Behälter 12 auf, der eine
innere stehende hohlzylindrische Wand 14 aufweist. Die
Wand 14 umgrenzt eine Prozesskammer 16, die durch
einen Boden 18 abgeschlossen ist.
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Der
Boden 18 ist aus einer Reihe an sieben übereinander gelegten Ringblechen
zusammengesetzt, die sich einander teilweise überlappen, so dass zwischen
den Ringblechen Schlitze ausgebildet sind, die ringförmige Durchtrittsöffnungen
durch den Boden darstellen.
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In
der Draufsicht von 2 ist stellvertretend ein solches
Ringblech mit der Bezugsziffer 17 bezeichnet, ein entsprechender
ringförmiger
Schlitz mit der Bezugsziffer 19.
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Mittig
im Boden 18 ist eine Düse 20 aufgenommen,
die als Ringspaltdüse
ausgebildet ist, wobei der hier nicht bezeichnete Ringspalt der
Düse 20 umfänglich verläuft und
die Düse 20 somit
in der Bodenebene ringförmig
aussprüht.
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Die
nähere
Ausgestaltung und die Arbeitsweise eines solchen Bodens ist beispielsweise
in der
DE 102 48 116
C1 beschrieben, auf die diesbezüglich ausdrücklich Bezug genommen wird.
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Eine
derartige Zerstäubungsdüse mit einem 180° Sprühwinkel
und einem Umschlingungswinkel von 360° ist beispielsweise in der
DE 102 32 863 A1 beschrieben,
auf die hier ausdrücklich
Bezug genommen wird.
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Die
Kombination eines solchen Bodens mit einer derartigen Sprühdüse ist ferner
in der internationalen Patentanmeldung PCT/EP 2004/010096 vom 10.09.2004
beschrieben.
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Die
innere Wand 14 ist im Abstand von einer äußeren Wand 22 umrundet,
wodurch zwischen den Wänden 14 und 22 ein
Ringraum 24 ausgebildet ist. Die Außenwand 22 überragt
in der Höhe
etwas die Wand 14 und ist mit einem Deckel 26 verschlossen.
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Eine
Filteranordnung 28 weist ein Schwingsieb 30 auf,
das das obere Ende der Wand 14 bedeckt.
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Im
oberen Bereich des Ringraumes 24 sind zwei ringförmig umlaufende
V-Filter 32 und 33 zwei verschiedener Filterklassen
angeordnet.
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Das
Schwingsieb 30 dient als Abluftvorfilter, das V-Filter 32 als
Abluftfeinfilter und das darunter liegende V-Filter 33 als
Abluftfeinstfilter.
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Unterhalb
der Filteranordnung 28 ist im Ringraum 24 ein
zweistufiger 35 angeordnet, der über Anschlüsse 37, 38 mit
einem Kühlmedium 40 beaufschlagbar
ist. Je nach Art der auszukondensierenden Stoffe, beispielsweise
Wasser und Lösungsmittel, wie
Aceton, Isopropanol, Ethanol etc., werden über Anschlüsse 37 und 38 Kühlmedien 40 im
Bereich von –40°C bis +5°C zugeführt.
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Die
innere Wand 14 endet im Abstand vor einem Sockel 41,
der einen unteren Abschluss der äußeren Wand 22 darstellt.
Dadurch ist eine ringförmige Öffnung 42 vorhanden.
Im Bereich dieser Öffnung 42 ist
ein Tropfenabscheider 43 angeordnet, der über einer
Sammelwanne 44 steht, die mit einem Auslass 45 verbunden
ist, so dass auskondensierte Flüssigkeiten
einem Sammelgefäß 46 (siehe 3)
zugeführt
werden können.
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In
einem Raum 47 unterhalb des Bodens 18 und innerhalb
der Wand 14 ist ein Ventilator 48 angeordnet,
der als Radialgebläse
wirkt. Dieser saugende Zentrifugal-Hochleistungsventilator wird über einen hydraulischen,
pneumatischen oder elektrischen Antrieb betrieben. Mittig zentral über dem
Ventilator 48 steht die Düse 20, die nach unten
vom Boden 18 aus der Apparatur 10 abziehbar ist.
Der etwa zylindrische Körper
der mittigen Düse 20,
der sich unterhalb des Bodens 18 erstreckt, ist im Abstand
von einem Rohr 51 umgeben.
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Um
das Rohr 51 herum ist ein Lufterhitzer 52 angeordnet,
der über
Anschlüsse 54, 55 zur
Außenseite
hin mit einem Heizmedium 57 versorgbar ist. Die Heizmedien
können
Warmwasser, Heißwasser oder
Dampf sein. Er kann auch mit elektrischer Energie betrieben werden.
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Im
Raum zwischen der Außenseite
des Körpers
der Düse 20 und
dem Rohr 51 sind Klappen 50 angeordnet.
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Zwischen
dem Ventilator 48 und dem Lufterhitzer 52 sind
weitere Klappen 49 angeordnet.
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Je
nach Stellung der Klappen wird mehr oder weniger Prozessluft, die
durch den Ventilator 58 Richtung Lufterhitzer 52 bewegt
wird, direkt dem Lufterhitzer 52 zugeführt oder im Bypass zwischen
Lufterhitzer 52 und Körper
der Düse 20 der
Unterseite des Bodens 18 zugeführt. Eine hier nicht näher dargestellte
Steuerung erlaubt ein entsprechendes Verstellen der Klappen.
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Wie
aus den Schnittdarstellungen ersichtlich, sind die Wände 14, 22 mit
einer Isolation 59 bzw. einer Isolation 61 versehen,
so dass der 35 thermisch vom Lufterhitzer 52 isoliert
ist und umgekehrt.
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Der
im Ringraum 24 angeordnete 35, der Ventilator 48 und
der Lufterhitzer 52 bilden Teile einer Vorrichtung 60 zum
Konditionieren von Prozessluft 21 und zur Umwälzung der
Prozessluft 21 im Kreislauf.
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Um
ein in sich abgeschlossenes Kreislaufsystem auszubilden, wird über eine
Ansaugleitung 63 Prozessluft 21, nachdem diese
die Tropfenabscheider 43 durchdrungen hat, aus der Apparatur 10 abgeführt, wie
das aus 3 ersichtlich ist.
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Die über die
Ansaugleitung 63 abgezogene Prozessluft 21 wird
von einem Kompressor 73 verdichtet und über zwei Leitungen 74, 75 der
Düse 20 als
Sprühluft
wieder zugeführt.
Das von der Düse 20 zu
versprühende
Behandlungsmedium 76 wird in einem Mischbehälter 67 mit
einem Rührer 69 aufbereitet
und über
eine Pumpe 71 der Düse 20 zugeführt.
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Wie
bereits zuvor erwähnt
ist die Düse 20 mit einer
Ringspaltdüse
versehen, die das Behandlungsmedium im Zusammenwirken mit der Sprühluft zu
einer etwa horizontal im Abstand über der obersten Leitplatte
des Bodens 20 verlaufenden planebenen Sprühflade aussprüht.
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Die
Anordnung der übereinander
angeordneten Ringbleche 17 ist derart, dass die Prozessluft 21 in
einer radial von innen nach außen
gerichteten Strömung
austritt, von der Innenseite der Wand 14 nach oben umgelenkt
wird, die dabei zu behandelnden Gutteilchen mitreißt, die
anschließend
dann wieder mittig auf den Kopf der Düse 20 zurückfallen,
wie das in 1 durch die entsprechende Bewegungspfeile
dargestellt ist.
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In
der Prozesskammer 16 werden also die zu behandelnden Gutteilchen
durch die durch den Boden 18 hindurchtretende Prozessluft 21 verwirbelt, beispielsweise
zu einem toroidal umlaufenden Ring. Die planeben ausgesprühte Sprühflade behandelt das
zu behandelnde Gut äußerst gleichmäßig.
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Die
Prozessluft 21 tritt am oberen Ende der Prozesskammer 16 aus
dieser aus und tritt dabei durch das Schwingsieb 30 hindurch,
wodurch grobe mitgerissene Feststoffteile abgetrennt werden und durch
die Anordnung als Schwingsieb von diesen bzw. von dessen Unterseite
wieder abgeschüttelt
und der Prozesskammer 16 zurückgeführt werden.
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Von
der Unterseite des Deckels 26 wird die Prozessabluft 21 vertikal
nach unten umgelenkt und gleichmäßig in den
Ringraum 24 eingeführt.
Sie strömt
in dem Ringraum 24 von oben nach unten, durchströmt den ersten
V-Filter 32 sowie den zweiten V- Filter 33, wodurch auch feinste
mitgerissene Feststoffpartikel ausgefiltert werden.
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Anschließend durchläuft die
Prozessabluft den zweistufigen Kondenser 35, durch den
sowohl Wasser als auch andere Lösemittel
auskondensiert werden. Das Kondensat wird in der bodenseitigen Sammelwanne 44 gesammelt.
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Die
Tropfenabscheider 43 sorgen dafür, dass noch feine mitgerissene
Tropfen abgetrennt werden.
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Die
so aufgearbeitete Prozessabluft 21 strömt nunmehr in den Raum 47 und
ist von allfälligen
Verunreinigungen, sei es von Feststoffen oder von Flüssigkeitsteilchen
befreit. Über
die Ansaugleitung 63 wird ein Teil angesaugt und wie zuvor
beschrieben über
den Kompressor 33 der Düse 20 als Sprühluft zugeführt.
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Die
Prozessluft 21 wird über
den Ventilator 48 dem Lufterhitzer 52 zugeführt, wobei
der Prozessluft 21 ein entsprechender Wärmeinhalt übertragen wird.
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Je
nach Stellung der Klappen 49, 50 wird mehr oder
weniger Prozessluft 21 unmittelbar über den Lufterhitzer 52 geführt.
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Die
nunmehr erwärmte
Prozessluft wird der Unterseite des Bodens 18 zugeführt, tritt
durch die Schlitze 19 im Boden durch und bildet ein zunächst etwa
horizontal ausgerichtetes Luftpolster, auf dem sich der toroidal
bewegte, stark fluidisierte Ring an verwirbelten Gutteilchen befindet.
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Aus 1 und 3 ist
ersichtlich, dass über
einen Anschluss 65, der mit einem Ventilator 77 verbunden
ist, dem Aktivkohlefilter 79 nachgeschaltet sind, im System
dauerhaft ein gewisser Unterdruck von etwa 100 Pa aufrecht erhalten
werden kann.
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In
dem System selbst besteht ein sogenanntes Luftmengen-Nullsummenspiel,
das heißt
die über die
Ansaugleitung 63 aus dem inneren Kreislauf abgezogene Prozessluft
wird wieder als Sprühluft über die
Düse zugeführt, so
dass keine Prozessluftmengen die Apparatur verlassen oder dieser
von außen zugeführt werden
müssen.
Da in solchen Systemen gegenüber
der Außenseite
ein gewisser Unterdruck aufrecht erhalten werden soll, ist der als
Schnüffel-Ventilator
bezeichnete Ventilator 77 vorhanden, der in der Lage ist,
den Systemunterdruck von 100 Pa herzustellen und gleichzeitig die
Packung des Aktivkohlefilters 70 bzw. dessen Widerstand
zu überwinden.
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In
der Praxis ist das System vollkommen gasdicht, der Schnüffelventilator 77 arbeitet
immer gegen den Unterdruck, fördert
aber keine Luftmenge, weil eine Leckage nicht vorhanden ist.
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Die
Befüllung
der Prozesskammer 16 mit dem zu behandelnden Gut kann von
oben bei geöffnetem
Deckel 26 und abgehobenem Schwingsieb 30 erfolgen.
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Die
Entleerung des behandelten Gutes erfolgt radial oder tangential über einen
Stutzen 82, der einen radial oder tangential angeordneten
Verschlussstopfen 84 aufweist, welcher manuell oder mechanisiert/automatisiert
herausgezogen oder wieder eingesteckt werden kann. Das durch die
Prozessluft 21 über
den Boden 18 radial und tangential bewegte Produkt aus
behandelten Gutteilchen findet selbständig den Weg zu dem Entleerstutzen 82 in
ein entsprechendes, hier nicht näher
dargestelltes Aufnahmegefäß.
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Die
dargestellte Anordnung erlaubt auch eine sehr einfache Reinigung
des gesamten Innenraums des Systems.
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Es
ist möglich,
den gesamten Innenraum mit einer Spül-/Reinigungsflüssigkeit
zu fluten und diese durch nunmehr relativ langsames Bewegen des
Ventilators 48 umzuwälzen,
also quasi einen Art Waschmaschineneffekt zu erzielen.
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Für eine einfache
Zugänglichkeit
für die
im Ringraum 24 aufgenommenen Teile der Vorrichtung 60 ist
es möglich,
die gesamte äußere Wand 22 anzuheben,
oder diese äußere Wand 22 als
segmentweise bewegbare aufschwingbare Türen auszubilden.
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In
den 4 bis 6 ist eine weitere Ausgestaltung
einer erfindungsgemäßen Apparatur
dargestellt, die in ihrer Gesamtheit mit der Bezugsziffer 90 bezeichnet
ist.
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Die
Apparatur 90 ist in zahlreichen Bauelementen gleich aufgebaut
wie die in 1 bis 3 beschriebene
Apparatur, so dass an sich gleiche Bauteile auch mit den gleichen
Bezugsziffern versehen sind.
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Die
Apparatur 90 weist, wie zuvor beschrieben, einen stehenden
hohlzylindrischen Behälter 92 auf,
der eine Prozesskammer 94 umschließt.
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Die
Prozesskammer 94 weist einen Boden 96 auf, der
gleich ausgebildet ist wie der zuvor beschriebene Boden 18,
in dem mittig eine entsprechende Düse 20 aufgenommen
ist, die an ihrer Unterseite den Ventilator 48 trägt. Entsprechend
ist auch ein Lufterhitzer 52 mit dessen Anschlüssen 54 und 55 vorgesehen.
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Auch
bei der Apparatur 90 ist die Prozesskammer 94 von
einem Ringraum 98 umgeben, in dem entsprechende Bauteile
der Vorrichtung zur Konditionierung der Prozessluft angeordnet sind.
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So
ist ersichtlich, dass auch hier zwei ringförmige V-Filter 100 und 101 am
oberen anströmseitigen
Ende des Ringraumes 98 angeordnet sind.
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Im
Unterschied zu der Apparatur 10 ist noch ein dritter V-Filter 102 strömungstechnisch
nach dem zweiten V-Filter 101 angeordnet.
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Dieser
dritte V-Filter 102 dient als eine dritte statische Filterstufe,
als sogenannte S-Filterklasse, also als ein Schwebstofffilter.
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Ferner
ist zum Unterschied zu der in 1 gezeigten
Apparatur 10 der Kondenser 35 als zweiteiliger
Kondenser ausgebildet.
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In
dem Ringraum 98 ist dazu, strömungstechnisch nach dem dritten
V-Filter 102, ein ringförmiger
erster Kondenser 104 vorgesehen, der dazu dient, Wasser
aus der Prozessluft auszukondensieren. Über die entsprechenden Anschlüsse 37 und 38 wird
entweder kaltes Wasser beispielsweise mit 6°/12°C oder eine Sohle mit –5°/0°C zu- bzw.
wieder abgeführt.
Das vom ersten Kondenser 104 auskondensierte Wasser wird
von einer ringförmigen
Auffangwanne 105 aufgefangen und wird über einen Auslass 106,
einem Auffanggefäß 46,
wie es schon im Zusammenhang mit 3 beschrieben
wurde, zugeführt.
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Ein
zweiter Kondenser 107 ist am unteren Ende des Behälters 92 angeordnet
und wird über
entsprechende Anschlüsse 108, 109 mit
einem Kühlmedium
versorgt, beispielsweise einem Tief-Temperaturkältemittel (- –20°C) wie beispielsweise
Frigen.
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Dieser
zweite Kondenser 107 dient dazu, um Flüssigkeiten mit einem niedrigeren
Taupunkt als Wasser auszukondensieren, also beispielsweise organische
Lösungsmittel.
Das vom zweiten Kondenser 107 auskondensierte Kondensat
wird in einer bodenseitigen Auffangwanne 110 aufgefangen
und über
einen Auslass 111 einem zweiten Auffanggefäß 112 zugeführt, wie
das aus 6 ersichtlich ist. Über dem
zweiten Kondenser 107 ist ein Lochblech 114 angeordnet,
das als Strömungsgleichrichter
fungiert, so dass eine relativ gleichgerichtete Strömung nunmehr über den
Ventilator 48 der Unterseite des Bodens 96 über den
Lufterhitzer 52 zugeführt
wird.
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Im
Deckel 123 der Apparatur 90 ist eine Vorrichtung 116 zum
Absaugen von Prozessluft sowie eine Vorrichtung 117 zum
Einblasen von Prozessluft angeordnet. Diese beiden Vorrichtungen 116, 117 sind
derart kombiniert, dass sie einen gemeinsamen Saug/Blasschuh 118 aufweisen,
wie dieser insbesondere auch aus 5 ersichtlich
ist.
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Der
Saug/Blasschuh 118 ruht über eine Laufrolle 120 auf
der Oberkante 121 des Behälters 92. Ein mittiger
zentraler eben falls im Deckel 123 aufgenommener Antrieb 122 sorgt
dafür,
dass der Saug/Blasschuh 118 rotiert, und zwar um die zentrale stehende
Mittellängsachse
der Apparatur 90, also um die Längsachse der Antriebswelle 124,
wie das aus 4 und 5 ersichtlich
ist.
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Aus 5 ist
ersichtlich, dass der Saug/Blasschuh 118 in Uhrzeigerrichtung
umläuft, beispielsweise
mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 5 bis 10 U/min. Das obere
Ende der Prozesskammer bzw. des Behälters 92 ist mit einem
statischen Sieb 113 abgeschlossen.
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Aus
der Schnittzeichnung von 4 ist ersichtlich, dass der
Saug/Blasschuh 118 einen Saugstutzen 126 aufweist,
dessen Öffnung
direkt über
dem V-Filter 100 mündet.
Ein entsprechender Blasschuh 128 ist so ausgebildet, dass
dessen Ausblasöffnung
direkt über
dem Sieb 113 mündet.
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Aus
der Draufsicht von 5 ist ersichtlich, dass sich
dieser Saug/Blasschuh 118 etwa radial und gleichzeitig über einen
gewissen Umfangsabschnitt des obersten V-Filters 100 erstreckt.
Durch den Saugstutzen werden die Filter 100 und 101 abgesaugt.
Gleichzeitig wird der radial weiter innen liegende Bereich des Siebes 113 abgeblasen.
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Wie
aus 6 ersichtlich, ist die kombinierte Vorrichtung
zum Saugen und Blasen über
entsprechende Leitungen 136 und 137 mit einem
Sauggerät 134 in
Form eines Industriestaubsaugers verbunden.
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In
anderen Worten ausgedrückt,
saugt das Sauggerät 134 über den
Saugstutzen 126 die Filter 100 und 101 ab,
d.h. die von diesen rückgehaltenen Feststoffe 130 werden
mitgerissen, dem Sauggerät 134 zugeführt, dort
ausgefiltert und die „Abluft" wird dem Blasschuh 128 rückgeführt und
durch diese wird an der Unterseite des Siebes 113 anhaftende
Gutware 132 in die Prozesskammer 94 bzw. in die über dem Boden 96 verwirbelnden
zu behandelnden Gutteilchen wieder zugeführt. Somit ist dies in einem
geschlossenen Kreislauf durchführbar.
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Aus 4 ist
ersichtlich, dass ein Inertgasanschluss 140 vorgesehen
ist, über
den der Innenraum mit einem Inertgas beaufschlagbar oder spülbar ist.
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In
dem zuvor in Zusammenhang mit 3 beschriebenen
System zur Aufrechterhaltung eines Unterdrucks mit dem Schnüffel-Ventilator 77 ist
zusätzlich
ein Gassensor 142 integriert, der über die Leitung 144 mit
der Prozessluft in Verbindung steht. Durch diesen Gassensor 142 kann
die jeweilige Gaszusammensetzung analysiert werden, insbesondere dahingehend,
ob eine explosive Mischung vorliegt, was dann nicht der Fall ist,
wenn die Sauerstoffkonzentration unter 6 Vol.-% gehalten wird. Entsprechende
steuertechnische Maßnahmen
können
dann noch vorgesehen werden, um einen solchen Sauerstoffschwellwert
nicht zu überschreiten.