DE3204466A1

DE3204466A1 - Verfahren und einrichtung zur diskontinuierlichen granulation von festkoerpern bzw. festkoerpergemischen nach dem wirbelschichtprinzip

Info

Publication number: DE3204466A1
Application number: DE19823204466
Authority: DE
Inventors: Karl 7850 Lörrach Hammer
Original assignee: Aeromatic AG
Current assignee: GEA Aseptomag AG
Priority date: 1981-02-10
Filing date: 1982-02-09
Publication date: 1982-10-21
Also published as: CH645035A5; DE3204466C2; US4489504A

Description

Verfahren und Einrichtung zur diskontinuierlichen Granulation von Pestkörpern bzw. Pestkörpergemischen nach dem Wirbelschichtprinzip

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur diskontinuierlichen Granulation von Pestkörpern bzw. Pestkörpergemischen nach dem Wirbelschichtprinzip, wobei jeweils eine Charge der zu granulierenden Substanz in einem geschlossenen Gehäuse durch einen aufsteigenden Luftstrom in den Wirbelzustand gebracht, benetzt und anschliessend getrocknet und damit in ihrer Struktur fixiert wird.

Die Wirbelschichttechnik ist heute in der Fachwelt allgemein bekannt und wird beispielsweise zur Granulation pulverförmiger Substanzen angewendet. Dabei, wird das zu granulierende Pulver in einen geschlossenen Behälter eingebracht, durch dessen unteren, luftdurchlässigen Boden vorbeheizte Luft eingeblasen wird. Vor dem im oberen Teil des Behälters angeordneten Luftaustritt befindet ■ sich ein Staubfilter, so dass das pulverförmige Medium den Behälter im Laufe des Verfahrens nicht verlassen kann. Durch Einsprühung von Flüssigkeit unter gleichzeitiger Beachtung der im Behälter herrschenden Bedingungen kann nun erreicht werden, dass das staubförmige Vorlageprodukt durch Agglomeration und Granulation eine Kornvergrösserung erfährt. Man erreicht hierdurch eine bessere Handhabung,

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Löslichkeit sowie Staubfreiheit des Produktes, also Eigenschaften, die wir heute an den bekannten, sogenannten Instantprodukten kennen und schätzen.

Besonders kritisch bei diesem Wirbelschicht-Granulierverfahren ist die Einbringung und gleichmässige Verteilung der Feuchtigkeit. Diese hat den Zweck, die einzel-'nen Partikel des staubförmigen Mediums anzulösen und dadurch eine agglomeration zu erzielen, so dass die Aufgabe darin besteht, die Flüssigkeit so in das geschlossene Gehäuse bzw. in das Wirbelbett einzubringen, dass man eine möglichst grosse Oberfläche der pulverförmigen Substanz benetzt. Man erzielt hierdurch ein Anlösen der Staubteile an ihrer Oberfläche, wodurch die Teilchen aneinander haften und Granulate bzw. Agglomerate bilden.

Es hat sich insbesondere bei grossen Wirbelschichtanlagen als schwierig erwiesen, das Lösemittel in feinster Form gleichmässig verteilt auf das Produkt aufzubringen. Dies dürfte darauf zurückzuführen sein, dass man durch die bisher übliche Zerstäubung von Wasser in einer Zweistoffdüse mit Druckluft unterschiedliche Tropfengrössen erreichte, wobei gleichzeitig der Nachteil eines relativ grossen Druckluftverbrauches in Kauf genommen werden musste; andererseits erreicht man mit diesem Verfahren erfahrungsgemäss zunächst nur.die Oberfläche des Wirbelbettes und muss bei Verwendung des Wasser-Luftgemisches entsprechend lange Sprühzeiten in Kauf nehmen, weil man alle Produktteüe erreichen will.

Es ist ferner bekannt, die erforderliche Flüs-

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sigkeit in Dampfform direkt ins Wirbelbett einzublasen. Diese Dampfeinblasung, bei welcher der Dampf eine Temperatur von etwa 150 ⁰C besitzt, führt jetloch erfahrungsgemäss bei direkter Berührung von Dampf und Produkt im Bereich der Dampfdüse zu örtlicher Ueberhitzung und Ueberfeuchtung, so dass das Produkt leicht zur Klumpenbildung neigt. Auch kann beobachtet werden, dass an der Dampfdüse Kondensatbildung auftritt, so dass Produktanbackungen und dadurch wiederum Klumpenbildungen die Folge sind.

Im übrigen muss festgestellt werden, dass die Reichweite eines Dampfstrahles im Wirbelbett sehr gering ist und beispielsweise bei tief unten in Wirbelbett liegenden Dampfdüsen nur wenige Zentimeter beträgt. Bei hochliegenden Dampfdüsen wird der Dampfstrahl nach oben zum Filter abgelenkt und durchnässt das Filter, wodurch der Luftdurchsatz blockiert wird.

Bei direkter Berührung des Dampfes mit Apparategehäuseteilen führt dies dort zur Kondensation und Klumpenbildung. Um die einmal gebildeten Substanzklumpen wieder aufzulösen, wurde' vorgeschlagen, Dampf und staubförmiges Produkt in einer Rohrstrecke zusammenzuführen, das Produkt durch Kondensation des Dampfes an der Oberfläche anzulösen und das feuchte Gut anschliessend auf eine rotierende Prallplatte zu schleudern. Dabei entstehen Granulate, die durch Rotation von der Prallplatte weggeschleudert werden, anschliessend im Heissgasstrom vorgetrocknet und schliesslich im Wirbelbett fertig getrocknet werden müssen. Dieses Verfahren ist sehr kosten- und zeitaufwendig und ausserdem schwer steuerbar, so dass erfahrungsge-

mass immer wieder Klumpenbildung bzw. Ueberfeuchtung auftreten.

Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zur diskontinuierlichen Granulation von Pestkörpern bzw. Pestkörpergemischen nach dem Wirbelschichtprinzip vorzuschlagen, bei welchem Dampf in das Wirbelbett so eingeblasen wird, dass sich derselbe rasch und gleichmässig auf der gesamten Produktoberfläche verteilt, ohne dass örtliche Ueberfeuchtung oder Ueberhitzung auftreten. Die gefürchtete Klumpenbildung sowie das Schmelzen des Produktes bzw. dessen Anbackungen an den Düsen sollen damit wirksam verhindert werden. Letztes Ziel des Verfahrens ist somit die gleichmassige Befeuchtung der gesamten Produktoberfläche ohne Tropfenbildung, wodurch ein gleichmässiges Granulat mit engem Kornspektrum ohne Klumpenbildung erzielt wird.

Das den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Verfahren ist im unabhängigen Patentanspruch 1, die zur Durchführung dieses Verfahrens dienende Einrichtung im unabhängigen Patentanspruch 9 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Nachstehend wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes nebst einiger Konstruktionsvarianten erläutert.

Fig. 1 ist ein vereinfachter Vertikalschnitt einer Einrichtung zur "Granulation eines pulverförmigen

Mediums,

Pig. 2 veranschaulicht im grösseren Massstabe, ebenfalls anhand eines Vertikalschnittes, die Anordnung der Dampfdüse,

Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung einer Ausführungsvariante der Dampfdüse,

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer Konstrukt ionsvariante,

Fig. 5 zeigt anhand eines vereinfachten Vertikalschnittes zwei in der gleichen Anlage angeordnete konstruktive Varianten zur Einbringung des Dampfes in das Wirbelbett^

Fig. 6 ist ein Vertikalschnitt einer weiteren Ausführungsform einer zur Einblasung des Dampfes dienenden Vorrichtung und

Fig. 7 zeigt im Schnitt eine weitere Variante.

Fig. 1 zeigt ein in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnetes Gehäuse, das einen oberen, zylindrischen Teil la sowie einen unteren, sich nach unten konisch verjüngenden Teil Ib aufweist. Am Unterteil des Gehäuses befindet sich ein gasdurchlässiger Boden 2, während der Oberteil durch ein Staubfilter 3 abgedeckt ist. Im Betrieb wird eine solche, nach dem Wirbelschichtprinzip arbeitende Vorrichtung zunächst bis zu einer gewissen Höhe mit einer pulverförmigen Substanz gefüllt, die durch Einblasung vorbeheizter Luft durch den gasdurchlässigen Boden 2 im Wirbelzustand gehalten wird. Die Luft tritt über das Filter 3 und einen Auslassstutzen 4 aus dem Gehäuse wieder aus.

Nach einer bestimmten Behandlungsdauer, die durch Einbringung von Flüssigkeit erfolgt und nachstehend noch im einzelnen beschrieben wird, wird die im Gehäuse 1 befindliche

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Charge des Produktes entnommen und eine neue Charge eingebracht. Es handelt sich somit um eine diskontinuierliche Behandlung des Produktes innerhalb des geschlossenen Gehäuses 1.
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Wie Fig. 1 ferner zeigt, sind am Umfang des konischen Gehäuseunterteiles Ib ringförmig eine Anzahl von Düsen 5 angeordnet, welche jeweils eine zentrale Dampfdüse 6 umfassen. Die Dampfdüse ragt mit ihrem dem Wirbelbett W abgewandten Abschnitt bis ins Zentrum eines Dampfzuleitungsrohres 7 j das mit einem Regulierventil 8 und einer Kondensatableitvorrichtung 9 versehen ist. Mittels des Regulierventils 8 lässt sich somit Dampf in Richtung des Pfeiles 10 durch die Düse 6 in das Wirbelbett einblasen.

Am Umfang des kegelförmigen Gehäuseunterteiles Ib ist ferner durch eine Wand 11 eine Luftkammer 12 gebildet, die von der in Richtung des Pfeiles 13 einströmenden Versorgungsluft des Wirbelbettes mit Luft beschickt wird.

Während somit ein Grossteil der einströmenden, vorbeheizten Druckluft in Richtung der Pfeile 14 durch den gasdurchlässigen Boden 2 in das Wirbelbett eintritt, gelangt ein Bruchteil dieser Druckluft über die Kammer 12 in den Bereich einer Anzahl kreisförmiger Oeffnungen 15, welche die Mündungen 6a der Dampfdüse 6 konzentrisch umgeben.

Dank dieser konzentrischen Anordnung von Dampfdüse 6 und Luftaustrittsöffnung 15 tritt der Dampfstrahl 10 somit nicht direkt mit der Substanz des Wirbelbettes W · in Kontakt, sondern wird zunächst von einer Lufthülle umgeben, welche - wie Fig. 1 schematisch zeigt - unter dem

Einfluss der nach oben strömenden Luft 1*1 leicht nach oben geneigt ist. Es ist klar, dass sich die einzelnen Lufthüllen, von welchen in Fig. 1 nur eine mit L bezeichnete dargestellt ist, im Mittelbereich des Gehäuses 1 gegenseitig durchdringen und dort intensiv vermischen. Von Bedeutung ist jedoch hierbei, dass der Dampfstrahl 15 kurz nach dem Verlassen der Düsenmündung 6a zunächst nicht mit der zu granulierenden Substanz in Berührung kommt, sondern innerhalb der Lufthülle L eine Strecke weit in das Wirbelbett hineingetragen wird. Hierdurch wird erreicht, dass das Produkt in der äusseren Begrenzungsfläche des Luftstrahles L beschleunigt wird, sich parallel zum Luftstrahl mitbewegt und sich schliesslich mit der Luft in einer turbulenten Strömung vermischt, wenn der Luftstrahl an Geschwindigkeit verliert. Der im Zentrum des Luftstrahles L eingeblasene, vorzugsweise leicht überhitzte Dampf vermischt sich nach einer ersten Eintrittsstrecke mit der Luft und kühlt sich dadurch langsam ab. Die Berührung mit dem zu granulierenden Produkt erfolgt somit erst dann, nachdem der Dampf auf eine für das Produkt unschädliche Temperatur abgekühlt wurde.

Dank dieser Art der Einblasung wird das Dampf-Luftgenisch gleichmässig auf einen grossen Wirbelbettbe-5 reich verteilt und kondensiert bei Berührung mit den kälteren Produkt.+;eilchen, wodurch diese an der Oberfläche angelöst werden und Granulate bzw. Agglomerate bilden. Durch das Einblasen des Dampfes innerhalb des vom Luftstrahl L gebildeten Mantelstromes wird das zu granulierende Produkt von der Düsenmündung 6a weggeblasen, wodurch der Dampf auf eine grosse Produktfläche verteilt wird. Die örtliche

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Ueberfeuchtung des Produktes und die damit verbundene Klumpenbildung werden dadurch, wie "Versuche gezeigt haben, wirksam verhindert.

Fig. 2 zeigt in grösserem Massstabe die Anordnung der Dampfdüse gemäss einer Variante. In der vertikalen Wand des Gehäuses 1 ist hier ein rohrförmiger Eintritt sstutzen 16 befestigt j in welchem koaxial eine Dampfdüse 17 angeordnet ist. Auch hier ragt die Dampfdüse mit ihrem hinteren Abschnitt in den Mittelbereich eines Dampfrohres 18, das durch eine Dampfzuleitung 19 mit Dampf versorgt wird. Ueber eine Ableitung 20 und eine Kondensatableitvorrichtung 21 wird das innerhalb des Rohres 18. anfallende Kondensat abgeführt.

Der rohrförmige Stutzen 16 bildet ein Lufteintritt srohr₃ durch welches Luft in Pfeilrichtung in das auch hier mit W bezeichnete Wirbelbett eintreten kann. An der ringförmigen Innenfläche des Lufteintrittsrohres 16 sind Drallkörper 22 angebracht^ die dem eintretenden Luftstrahl eine rotierende Bewegung erteilen. Der durch die aufströmende Luft l4 leicht nach oben geneigte Dampfstrahl 10 befindet sich somit auch hier innerhalb eines mit L bezeichneten Luftmantels, der jedoch im Gegensatz zur Aus-. führungsform nach Fig. 1 um den Dampfstrahl 10 eine schraubenlinienförmig rotierende Bewegung ausführt. Die mit dieser Anordnμng erzielten Vorteile entsprechen der bereits anhand von Fig. 1 gegebenen Beschreibung.

Gemäss der in Fig. 3 schematisch dargestellten Variante kann im unteren Gehäuseabschnitt Ib, und zwar an

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dessen Innenseite, ein Lufteintrittsstutzen 23 angeordnet werden, dessen oberer Abschnitt 23a gegenüber dem unteren Abschnitt 23b etwas weiter gegen die Gehäuseachse vorgezogen ist. Die konzentrisch innerhalb des Lufteintritts-Stutzens 23 angeordnete Dampfeintrittsdüse 24 wird dadurch von den herabfallenden Produktteilchen geschützt. Das Dampfzuleitungsrohr ist hier mit 25 bezeichnet.

Eine weitere Variante ist schemat.isch in Fig. dargestellt. In der Wandung des auch hier wieder mit Ib bezeichneten Gehäuseunterteils ist ein Mantelrohr 26 angeordnet, das in radialer Richtung ins Wirbelbett hineinragt. An seiner Unterseite weist dieses Mantelrohr eine Anzahl von Luftaustrittsöffnungen 27 auf. Das Mantelrohr 26 ist gegenüber der Atmosphäre offen, so dass Luft in dasselbe in Richtung des Pfeiles 28 eintreten kann.

Innerhalb des Mantelrohres 26 ist ein Dampfrohr 29 angeordnet, das an seiner Unterseite eine Reihe von Dampfdüsen 30 besitzt. Diese Dampfdüsen 30 ragen vom Mittelbereich des Dampfrohres 29 bis in den Bereich der Luftaustrittsöffnungen 27 des Mantelrohres. Die Dampf-Versorgung des Dampfrohres 29 erfolgt über eine Zuleitung 31, welche über ein Regulierventil 32 an eine Dampfleitung 33 angeschlossen ist. Ferner sind zwei Kondensatabscheider 35, sowie eine Entwässerung 34 vorgesehen, wodurch das anfallende Kondensat in einen drucklosen Wasserbehälter 36 abgeleitet wird.

Auch bei dieser Anordnung ist der mit 37 bezeichnete, aus den Dampfdüsen 30 austretende Dampfstrahl kon-

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zentrisch von einem Luftmantel L umgeben. Auch hier wird eine verfrühte Kondensation bzw. Abkühlung des Dampfes durch den Luftmantel verhindert, wobei sich die Luftmäntel aneinander-grenzender Düsen nach einer gewissen Strekke innerhalb des Wirbelbettes W turbulent vermischen und dadurch eine grosse Oberfläche der im Wirbelbett befindlichen Substanz befeuchtet wird.

Gemäss Fig. 5 sind für das Gehäuse die unverändert gebliebenen Teile mit den bereits in Fig. 1 eingeführten Bezugszahlen bezeichnet. Hier ist im Zentrum des Gehäuses 1 ein Dampfverteiler 38 angeordnet, welcher ein Gehäuse 39 aufweist. Das Gehäuse 39 ist in seinem Oberteil 40 konisch ausgebildet und weist an seinem kugeligen Unterteil 4l eine Anzahl von Luftaustritt soff nungen 42 auf. In diese Luftaustrittsöffnungen 42 ragen eine Reihe von Dampfdüsen 43, die von einer zentralen Dampfkammer 44 aus mit Dampf beschickt werden. Die Dampfkammer 44 wird über eine Leitung 45 mit Dampf versorgt, während der Zwischenraum zwischen der Dampfkammer 44 und dem Gehäuse 39 über eine Leitung 46 mit der Atmosphäre oder einer Druckluftquelle, verbunden ist. Ferner ist an die Dampfkammer 44 eine Kondensatableitung 47 angeschlossen.

Das Zusammenwirken der Dampfdüsen 43 mit den Luftaustrittsöffnungen 42 entspricht im wesentlichen der bereits beschriebenen Anordnung. Der Vorteil dieser Variante besteht unter anderem darin, dass die Austrittsöffnungen der Dampfdüsen 43 nach unten gerichtet und dadurch dem Einfluss der herabfallenden Substanzpartikel entzogen sind.

In Pig. 5 ist am Boden 48 des Gehäuses 1 ein weiterer, mit 49 bezeichneter Dampfverteiler angeordnet. Hier ragt vom Mittelbereich des Gehäusebodens 48 ein konzentrisches Rohr 50 nach oben, das einen konischen Oberteil 51 besitzt und an seinem Umfang eine Reihe von Luftaustrittsoffnungen 52 aufweist. In diese Luftaustrittsöffnungen ragen wiederum Dampfdüsen 53, die von einem zentralen Dampfrohr 54 gespeist werden. Das Dampfrohr 54 wird über eine Dampfleitung 55 mit Regulierventil 56 gespeist, während an seinem Unterteil eine Kondensatableitung 57 mit Kondensatabscheider 58 angeordnet ist. Die in radialer Richtung auf dem Dampfverteiler 49 austretenden Dampfstrahlen 59 sind auch hier von einem Luftmantel L umgeben.

Bei allen beschriebenen Ausführungen kann die Zufuhr der zur Bildung des Luftmantels L erforderlichen Luft dadu-rch erfolgen, dass die Luftaustrittsöffnungen lediglich mit der Atmosphäre verbunden sind, so dass die Aussenluft durch den innerhalb des Gehäuses 1 herrschenden Unterdruck angesaugt wird. Es ist aber auch möglich und kann in mancher Hinsicht in bestimmten Fällen von Vorteil sein, dass die im Bereich der Dampfdüsenmündungen angeordneten Luftaustrittsöffnungen mit einer Druckluftquelle (Kompressor) verbunden sind. Ferner wäre es möglich, die durch den Stutzen 4 (Fig. 5) austretende Abluft im Hinblick auf die Rückgewinnung der von dieser mitgeführten Wärme dem System wieder zuzuführen, indem man die Luftaustrittsöffnungen der Dampfverteiler mit dieser Abluft beschickt .

Eine Variante eines am Boden 48 des Gehäuses 1

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angeordneten DampfVerteilers ist schematisch in Fig. 6 dargestellt. Ein vom Gehäuseboden 48 nach oben ragender Stutzen 6O ist mit Luftaustrittsöffnungen 6l versehen, welche ringförmig im gegenseitigen Abstand an demselben angebracht sind. In den Stutzen 60 ragt von unten ein Dampfrohr 62, an dessen Oberteil eine Reihe von Dampfdüsen 63 radial nach aussen gerichtet sind. Durch das Zusammenwirken der Luftaustrittsoffnungen 6l und der Dampfdüsen 63 bildet sich wiederum die bereits beschriebene Situation eines konzentrischen DampfStrahles 64, der innerhalb eines Luftmantels L radial in das Wirbelbett W eindringt. Das Dampfrohr 62 weist, wie Fig. 6 zeigt, einen ringförmigen Querschnitt auf und umschliesst eine Kolbenstange 65, an deren unterem Ende ein in einem Zylinder 66 gleitend gelagerter'Kolben 67 befestigt ist. Der Zylinder ist mit Druckluftanschlüssen 68 bzw. 69 versehen. Am oberen Ende der Kolbenstange 65 ist eine Abdeckhaube 70 befestigt, welche sich, durch Steuerung des Kolbens 67 auf- und abbewegen lässt. Der nach unten ragende, zylindrische Mantel 71 der Abdeckhaube 70 überdeckt dabei in seiner nicht gezeichneten unteren Ruhelage die Luftaustrittsöffnungen 6l, so dass das herabfallende Produkt, das sich nach Beendigung des Granulierprozesses im unteren Behälterteil sammelt, dank der Abdeckhaube 70 nicht durch die Luftaustritt soffnungen 6l austreten.

Das Dampfrohr 62 ist auch hier über eine Dampfleitung 72 mit Dampf beschickt und ferner in seinem unteren Teil mit einer Kondensatableitung 73 versehen.

AS

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Das beschriebene Verfahren und die zugehörige Einrichtung lassen sich im Rahmen des bekannten Wirbelschichtprinzipes zur diskontinuierlichen Granulation verwenden, wobei der Ausdruck Granulation im vorliegenden Zusammenhang so aufzufassen ist, dass er auch die Agglomeration pulverförmiger Substanzpartikel mit umfasst. Versuche haben gezeigt, dass sich dank dem beschriebenen Verfahren ein gleichmässiges Granulat erzielen lässt, das keiner Nachbehandlung mehr bedarf. Die zusammen mit dem Dampf in das Wirbelbett eintretende Luft hat nach dem beschriebenen Verfahren die vierfache Funktion, dass sie . als Trägerstoff des Dampfes dient, dass sie ferner zur Trocknung beiträgt, den Dampf innerhalb des Wirbelbettes verteilt und schliesslich durch die Bildung eines Schutzmantels Raum für das Vordringen des Dampfes in das Wirbelbett schafft. Der Dampf wird dadurch, wie sich durch Versuche bestätigen liess, auf der gesamten Gutsoberfläche sehr gleichmässig verteilt, wobei die Dampfkondensation erst bei der Berührung des Dampfes mit dem Produkt erfolgt.

Die Dampfeinblasung kann je nach Anforderung an das Produkt und die Grosse der Apparatur an verschiedenen Stellen des Gehäuses 1 erfolgen. -Vorzugsweise wird jedoch der Dampfstrahl möglichst eine relativ grosse radiale Bewegungskomponente aufweisen, damit dessen Berüh*- rung mit der kalten Gehäusewandung vermieden wird.

Das beschriebene Verfahren und die entsprechende Einrichtung können vom Fachmann im Rahmen der den Schutzbereich definierenden unabhängigen Patentansprüche in mannigfaltiger Weise variiert werden. So wäre es selbstver-

ständlich möglich, die beschriebenen Einrichtungen durch Schnellschlussventile in der Zuluftleitung bzw. Flammen-Sperren oder Rückschlagventile zu ergänzen und die Luftzufuhr durch Drosselstellen zu regulieren. Die Regulierung der Lufteintrittsgeschwindigkeit kann auf die Qualität des Endproduktes einen relativ grossen Einfluss ausüben.

Die Anordnung der Dampfdüsen 6 (Fig. 1) bezüglich der Dampf-Ringleitung 7 kann beispielsweise so erfolgenj dass die Dampfdüsen waagerecht, d.h. radial gegen die vertikale Mittelachse des Gehäuses 1 gerichtet sind. Es ist aber auch möglich, die Düsen unter einem Winkel nach oben zu richten, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, oder deren Anordnung so zu wählen, dass die verlängerten Düsenachsen Tangenten an einen gedachten, zur Gehäuseachse konzentrischen Kreis bilden. Gemäs-s Fig. 1 ragen die Düsen mit ihrem hinteren Abschnitt bis fast in den Mittelbereich des Dampfrohres 7· Auf diese Weise kann mit relativ grosser Sicherheit gewährleistet werden, dass das innerhalb des Dampfrohres 7 anfallende Kondensat nicht vom Dampf mit in das Wirbelbett gerissen wird.

Fig. 7 zeigt schematisch eine weitere Variante einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, wobei die in Fig. 1 bereits eingeführten Bezugszahlen nach Möglichkeit beibehalten wurden.

Im Gegensatz zu den beschriebenen Ausführungsformen ist hier die zur Einblasung von Dampf und Luft dienende Vorrichtung, die insgesamt mit Ik bezeichnet-ist, in der Gehäusewand schräg nach unten gerichtet. Während die Figur nur eine Vorrichtung Jk zeigt, können selbstverständlich mehrere solcher Vorrichtungen am Umfang des Gehäuses im gegenseitigen Abstand, auch in verschiedenen Höhen, vorge-

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IO

-Ansehen sein.

Der zur Einblasung in das Wirbelbett W bestimmte Dampf wird zunächst in einem Kondensator 75 entwässert, anschliessend in einem Druckminderventil 76 auf einen konstanten Druck zwischen 3 und 5 bar reduziert und dadurch leicht überhitzt. Mittels eines Rgelventiles 77 wird der Dampfdurchsatz gesteuert und einem mit 78 bezeichneten Dampfdom zugeführt.

- . ■

Der Eintritt des Dampfes in den Dampfdom erfolgt tangential, so dass eventuell anfallendes Kondensat durch Zentrifugalkräfte abgeschieden und über einen Kondensatabscheider 79 abgeleitet werden kann.

Ein mit 80 bezeichnetes Dampfdüsenrohr entnimmt

den Dampf im Zentrum des Dampfdomes 78 an der mit Z bezeichneten Stelle, wodurch das unerwünschte Mitreissen von Wassertropfen verhindert wird.

Ueber ein Luft-Zuleitungsrohr 8l wird saubere Luft aus dem Hauptluft strom entnommen und durch den Differenzdruck zwischen dem Luftaufbereitungsgehäuse 82 und dem Wirbelbett W beschleunigt; dadurch tritt die Luft mit hoher Geschwindigkeit in das Wirbelbett ein. Auch hier ist das Dampf-Düsenrohr 80 koaxial innerhalb des Luftzuleitungsrohres 81 angeordnet, so dass der Dampfstrahl beim Eintritt in das Wirbelbett von einem konzentrischen Luftmantel umgeben ist.

Das Dampf-Düsenrohr 80 ist ferner innerhalb des Luftzuleitungsrohres 81 in axialer Richtung verstellbar angeordnet, wodurch u.a. auch der Zeitpunkt bestimmt werden kann, an welchem sich Dampf und Luft nach dem Austritt aus

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der Vorrichtung 7*J innerhalb des Wirbelbettes vermischen. Dank dieser axialen Verstellbarkeit des Dampf-Düsenrohres lässt sich somit innerhalb gewisser Grenzen bestimmten, wie weit der Dampfstrahl unter dem Schutz des Luftmantels in das Wirbelbett eindringen kann, um sich dabei soweit abzukühlen, dass die erwähnten nachteiligen Wirkungen vermieden werden können.

Dank der hohen Geschwindigkeit der eingeblasenen Luft bildet sich im aufgewirbelten Produkt auch hier eine Art von Kanal, durch welchen der Dampf in das Wirbelbett vordringt, sich zu einem bestimmten Zeitpunkt mit der Luft mischt und schliesslich auf der Produktoberfläche verteilt und dort kondensiert.

Für den Fall einer Explosion ist ein Rückschlagventil 83 vorgesehen, welches ein Uebertreten der Flammen in das Luftaufbereitungsgehäuse 82 verhindert.

Mit dem beschriebenen Verfahren lassen sich alle Produkte granulieren, die normalerweise mit Wasser granuliert würden. Man erzielt ein gleichmässiges Granulat mit engem Kornspektrum. Das Verfahren ist störunanfällig. Die negativen, von Zweistoffdüsen bekannten Erscheinungen wie Produktanbackungen, Nachtropfen, ungleichmässige Wasserzuteilung bei· mehreren Düsen, ungleichmässige Tropfengrösse etc. entfallen vollständig.

Auch ist es dank dem beschriebenen Verfahren mög-.lieh, selbst sehr grosse Anlagen mit nur einer Dampfdüse zu betreiben.

Die Wärmeenergie des Dampfes geht in das Produkt über, wodurch während der Sprüh- und Granulierphase ein

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Heizen der Zuluft nur in ganz seltenen Fällen erforderlich wird. Dies ergibt über die gesamte Sprüh,- und Trocknungszeit einen gleichmässigen Dampfverbrauch ohne Spitzenwerte.

Die nach dem Wirbelschichtprinzip zu behandelnden Produkte sind in den allermeisten Fällen für den menschlichen Verbrauch bestimmte Konsumgüter. Es ist daher erforderlich, dass ein lebensmittelrechtlich unbedenklicher Dampf verwendet wird. Falls ein solcher Dampf nicht verfügbar ist, so kann eine Aufbereitung durch Filtrierung in einem Aktivkohlefilter erfolgen, oder es kann ein separater Dampfgenerator die Dampfversorgung sicherstellen, wobei das Speisewasser demineralisiert sein sollte.

Das beschriebene Verfahren kann auch in Kombination mit der bisher bekannten Wirbelschicht-Sprühgranulation angewendet werden, wobei eventuelle Granulierhilfsmittel zugesetzt werden können.

Der Patentanwalt

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1) Verfahren zur diskontinuierlichen Granulation von Festkörpern bzw. Festkörpergemischen nach dem Wirbelschichtprinzip, wobei jeweils eine Charge der zu granulierenden Substanz in einem geschlossenen Gehäuse durch einen aufsteigenden Luftstrom in den Wirbelzuständ gebracht, benetzt und anschliessend getrocknet und damit in ihrer Struktur fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer Stelle der Wirbelschicht ein Dampfstrahl eingeblasen und dabei so von einer Lufthülle umgeben wird, dass der Dampfstrahl koaxial zur Lufthülle in das Wirbelbett vordringt, derart, dass die vorzeitige Kondensation des Dampfes sowie die örtliche Ueberfeuchtung der zu granulierenden Substanz vermieden und eine gleichmässige Benetzung der Substanz erzielt wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Dampf geradlinig durch eine gegen die vertikale Achse der Wirbelschicht gerichtete Düse und im Umfangsbereich der Düse Luft in die Wirbelschicht eingeblasen wird.

3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft vor dem bzw. beim Eintritt in die Wirbelschicht einen Drall erhält.

4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3₃ dadurch gekennzeichnet, dass Dampf und Luft vom Mittelbereich des Wirbelbettes aus in dasselbe aus mehreren, radial und/oder nach unten gerichteten Düsen eingeblasen werden.

5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3_S dadurch gekennzeichnet, dass Dampf und Luft von der Peripherie des Wirbelbettes her aus mehreren radial gerichteten Düsen in Richtung der Wirbelschichtachse eingeblasen werden.

6) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Dampf und Luft von der Peripherie des Wirbelbettes her aus mindestens einer Düse schräg nach unten in das Wirbelbett eingeblasen werden (Fig. 7).

7) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einblasen von Dampf und/ oder Luft die Druckdifferenz benutzt wird, welche zwischen dem atmosphärischen Druck und dem im. Wirbelbett herrschenden Unterdruck besteht.

8) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einblasen von Dampft und/ oder Luft ein ausserhalb des Wirbelbettes angeordneter ■ Saugzugventilator verwendet wird.

9) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Wirbelbett abgezogene, bereits vorgewärmte Abluft zusammen mit dem Dampf dem Wirbelbett wieder zugeführt wird.

10) Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Gehäuse, das in seinem unteren Teil einen gasdurphlässigen Boden, im oberen Teil ein

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Staubfilter und dazwischen mindestens eine Vorrichtung zur Einführung von Feuchtigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass am bzw. im Gehäuse (1) mindestens eine mit Dampf, insbesondere Wasserdampf, beschickte Dampfdüse (6, 17, 30, 43, 53, 63) angeordnet ist, an deren Umfangsbereich eine mit Gas, insbesondere Luft beschickte Manteldüse (15, 22, 23, 27, 42, 52, 61) so angeordnet ist, dass dieselbe die Dampfdüse ringförmig umgreift und der austretende Gasstrom um den Dampfstrahl mindestens in seinem der Austrittsmündung benachbarten Abschnitt einen konzentrischen Mantel (L) bildet.

11) Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Dampfdüsen (6) ringförmig in der Gehäusewand (Ib) befestigt und radial gegen die Gehäuseachse gerichtet sind.

12) Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die die Dampfdüsen (6) umgebenden Manteldüsen (15) in einem das Gehäuse (Ib) im Düsenbereich umgebenden Ringraum (12) angeordnet sind, der mit der dem gasdurchlässigen Boden (2) zugeführten Zuluft beschickt wird.

13) Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Manteldüse (23) in radialer Richtung über die Mündung der Dampfdüse (24) hinausragt und dass deren Oberteil (23a) zum Schütze der Dampfdüse (24) vor herabfallendem Material weiter gegen die Gehäuseachse ragt, als deren unterer Abschnitt (23b).

14) Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass von der Gehäusewand (Ib) ein mit nach unten gerichteten Dampfdüsen (30) versehenes erstes Rohr (29) ins Gehäuseinnere ragt, das innerhalb eines zweiten Rohres

(26) angeordnet ist, wobei das erste Rohr (29) mit Wasserdampf, der Zwischenraum zwischen den beiden Rohren (26, 29) mit Luft beschickt ist und das zweite Rohr (26) im Mündungsbereich jeder Dampfdüse (30) eine die Dampfdüsenmündung konzentrisch umgebende kreisförmige Luftaustritts-Öffnung (27) aufweist.

15) Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial zur Gehäuseachse ein Dampfverteiler (38) angeordnet ist, der einen inneren Dampfraum (44) und einen denselben ringförmig umgebenden Luftraum aufweist, wobei die Dampfdüsen (43) vom Dampfraum (44) durch den ringförmigen Luftraum in das Wirbelbett gerichtet sind und die Luftraumwand (4l) im Mündungsbereich der Dampfdüsen (43) mit kreisrunden Luftaustrittsöffnungen

(42) versehen sind.

16) Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfverteiler (38) im Abstand vom Gehäuseboden (48) angeordnet und mittels der Zuleitungsrohre (45, 46) für Dampf und Luft in der Gehäusewand (1) aufgehängt ist, wobei die Austrittsmündungen der Dampf- und Luftdüsen nach unten bzw. schräg nach unten gerichtet sind.

17) Einrichtung nach Anspruch 15s dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfverteiler (49) im Mittelbe-

reich des Gehäusebodens (48) aufsitzt und mit radial von der Gehäuseachse nach aussen gerichteten Dampf- und Luftdüsen (53, 52) versehen ist.

l8) Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfverteiler (Fig. 6) ein inneres Zuströmrohr (62) für den Dampf aufweist, das von einem äusseren, mit den entsprechenden Luftaustrittsöffnungen (61) versehenen Rohr (60) umgeben ist, wobei auf dem äusseren Rohr (60) teleskopartig eine am Umfang desselben verschiebbare Abdeckhaube (70) sitzt,, welche über eine das innere Rohr (62) durchdringende Stange (65) heb- und senkbar ist, derart, dass die Abdeckhaube in deren unteren Lage die Luftaustrittsöffnungen (61) des äusseren Rohres (60) verschliesst.

19) Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine von einer Luftzuleitung (8l) konzentrisch umgebene Dampfleitung (80) in der Wandung des Gehäuses (1) schräg nach unten in das Wirbelbett (W) gerichtet ist.

20) Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfleitung (80) im Mittelbereich (Z) eines mit entwässertem Dampf beschickten Dampfdomes (78) mündet und die die Dampfleitung (80) konzentrisch umgebende Luftleitung (8l) an die zur Speisung des Wirbelbettes (W) dienende Hauptluftleitung (82) angeschlossen ist.

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