DE3248504C2 - - Google Patents

Description

Die Anwendung von verschiedenen im Zerstäubungstrockner, Schaufeltrockner, Bandtrockner und anderen Trocknern getrockneten Produkte, z. B. Chemikalien und Farbstoffen, erfolgt durch Lösen dieser Produkte in verschiedenen Lösungsmitteln, meistens in Wasser. Die Produkte müssen eine bestimmte, definierte Menge Wirksubstanz enthalten. Es werden entweder reine Stoffe, z. B. Chemikalien, welchen nur einen geringen Anteil an Nebenprodukten enthalten oder auch Produkte, welche einen relativ großen Anteil (10-70 Gew.-%) an Zusätzen enthalten, verkauft. Als Beispiel können Farbstoffe erwähnt werden, bei denen eine bestimmte Farbstärke im Vergleich zum Referenzmuster gewährleistet werden muß. Dies wird dadurch erreicht, daß sogenannte Coupagemittel den Farbstoffen zugegeben werden. Es kann auch vorkommen, daß in den Farbstoffen schon nach der Synthese eine bestimmte Menge von an und für sich inerten (fremden) Stoffen (Kochsalz, Glaubersalz) vorhanden ist. Die Coupagemittel dürfen die applikatorischen Eigenschaften nicht verschlechtern, bzw. sie sollen eine Verbesserung bringen.

Hinsichtlich der Handhabung müssen diese Handelsprodukte bestimmte Anforderungen erfüllen. Als wichtigste wird betrachtet: gute Löslichkeit, gute Lösegeschwindigkeit, möglichst geringes Stäuben, gute Rieselfähigkeit und Benetzbarkeit. Alle oben erwähnten Eigenschaften zu erfüllen, ist sehr schwierig, weil eine Verbesserung einer Eigenschaft oft eine Verschlechterung der anderem mit sich bringt: z. B. aus Partikeln mit einer harten Oberfläche entsteht kein oder sehr wenig Staub, diese Partikel lösen sich aber sehr schlecht, so daß die erforderliche Lösegeschwindigkeit nicht erreicht wird.

In der Literatur sind Verfahren/Einrichtungen beschrieben, mit welchen Wirbelschichtgranulate hergestellt werden. Es sollen dadurch Produkte entstehen, welche im Vergleich zu anderen Verfahren besseres Stäubeverhalten aufweisen. Die Verfahren kennzeichnen sich im wesentlichen dadurch, daß die Wirbelschicht, welche aus einem Gemisch der Produktpartikel verschiedener Größe besteht, mit der Trocknungsluft aufgewirbelt und mit den Tropfen der zu trocknenden Lösung oder Produktsuspension besprüht wird. Die Partikel in der Wirbelschicht werden dadurch größer, binden sich zusammen, bzw. es entstehen neue Schichten an der Oberfläche: andererseits werden diese Partikel durch die Zusammenstöße beim Wirbeln abgerieben, wodurch Staub entsteht.

Je nach Produkteeigenschaften und Trocknungsbedingungen entstehen kleinere (kleiner als 1 mm) oder gröbere Partikel (größer als 2 mm). In der Regel bilden sich bei niedriger Sprühleistung kleinere Partikel, welche aber eine kompakte Struktur und Oberfläche aufweisen. Die großen Partikel weisen eine kleinere spezifische Oberfläche und dadurch die längere Lösedauer auf. Ein weiterer Nachteil der Herstellung von großen Partikeln besteht darin, daß sich dabei auch sehr große Klumpen bilden können, welche dann als Störungsquelle erscheinen. Natürlich können optimale Trocknungsbedingungen experimentell ermittelt werden, diese erscheinen jedoch meist als Kompromiß zwischen den gegenwirkenden Faktoren. Auf diese Art und Weise können die Granulate mit optimalen applikatorischen Eigenschaften meist nicht hergestellt werden. Um dieses zu verbessern, wurden verschiedene Maßnahmen wie z. B. kontinuierliche Produktentnahme, gezielte Entstäubungsbedingungen, Anwendung von verschiedenen Zusätzen bei der Trocknung von wasserlöslichen oder dispergierbaren Farbstoffen, erprobt. Aber auch bei kontinuierlichem Betrieb und Sichten des aus der Wirbelschicht entzogenen Granulats weist dieses ziemlich große Polydispersität, d. h. große Teilchengrößebreite (die Differenz zwischen der größten und der kleinsten Partikelgröße, die als Korngröße-Differenz zwischen 10% und 90% Rückstand bestimmt wird) auf. Durch die Vibrationen beim Transport entmischen sich dann die gröberen von den feineren Partikeln, was man als Ursache von Unregelmäßigkeiten bei der Anwendung betrachten kann, besonders bei Feststoff-Produkt- Mischungen von Bedeutung.

Es wurde nun festgestellt, daß die größten Partikel (einige mm Durchmesser), welche bei hoher Sprühintensität entstehen, eine poröse Struktur aufweisen, durch welche das Benetzen bei der Anwendung erleichtert wird. Im weiteren wurde ermittelt, daß die für die Applikation erforderliche Lösegeschwindigkeit dadurch erreicht wird, daß diese Partikel auf eine Größe unter 1 mm zerkleinert werden. Zudem wurde festgestellt, daß durch die Zerkleinerung die Festigkeit und dadurch die Transportstabilität gemindert werden kann. Dieser Einfluß hängt im allgemeinen nicht nur von der Zerkleinerungsart, sondern auch davon ab, ob nur die großen allein oder ein Gemisch von kleinen und großen Teilchen der Zerkleinerung ausgesetzt werden. Die Aufgabe war nun, die oben erwähnten vorteilhaften Eigenschaften zu schaffen und die nachteiligen Auswirkungen weitgehend zu eliminieren.

Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung eines gut benetzbaren, praktisch nicht staubenden Granulats aus in Wasser oder in organischen Lösungsmitteln löslichen oder dispergierbaren Substanzen oder aus einer Schmelze in einem Wirbelschichtgranulator, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man aus dem in der Wirbelschicht vorhandenen Granulat diejenigen Partikel, deren Durchmesser größer ist als das Zwei- bis Fünffache des gewünschten Minimaldurchmessers, entnimmt, die kleineren Partikel in der Wirbelschicht beläßt, beziehungsweise der Wirbelschicht wieder zuführt, die entnommenen Partikel mit einem Durchmesser über dem gewünschten Maximaldurchmesser selektiv mechanisch verkleinert und aus dem so entstandenen Partikelgemisch die Partikel mit einem Durchmesser unter dem gewünschten Minimaldurchmesser wieder der Wirbelschicht zuführt, sowie die Partikel mit dem gewünschten Durchmesser als Granulat entnimmt.

Gegenstand der Erfindung sind auch die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigten Einrichtungen, die an geeignete, bekannte Wirbelschichtgranulator-Geräte angebaut werden.

Sehr wesentlich ist zur Erreichung des erfindungsgemäßen Zieles, daß die spezifische Granulierleistung im Wirbelschichtgranulator mehr als 90 kg Granulat pro m² Siebfläche und Stunde beträgt. Vorzugsweise erfolgt die selektive, mechanische Verkleinerung der Partikel mit einem Durchmesser über dem gewünschten Maximaldurchmesser durch raspelartige Bearbeitung in einer hierzu geeigneten Vorrichtung, die z. B. aus einem zylinderförmigen, mit Schlitzen versehenen Raspel-Element innerhalb desselben sich ein motorgetriebenes Rührelement befindet, besteht.

Vorzugsweise werden die auf diese Weise hergestellten Granulat-Partikel der gewünschten Größe einer weiteren mechanischen Behandlung, bei der die Partikel abgeschliffen (besser abgerundet) werden, unterzogen. Der sowohl beim Raspeln als auch beim Abschleifen entstehende Abrieb wird dann wieder der Wirbelschicht zugeführt.

Von Vorteil kann es auch sein, die so mechanisch bearbeiteten Granulat- Partikel abschließend noch einer Sprühbehandlung zu unterziehen. Diese Sprühbehandlung erfolgt vorzugsweise ebenfalls in einem Wirbelbett und kann mit der ursprünglich verwendeten Flüssigkeit (Wasser oder organische Lösungsmittel), die mit einem anderen Lösungsmittel aber auch mit der ursprünglich eingesetzten Lösung oder Suspension erfolgen.

In einer Vielzahl der Fälle hat es sich als vorteilhaft erwiesen, Granulate mit einem Durchmesser zwischen 0,2 und 1 mm herzustellen und dazu der Wirbelschicht Teilchen mit einem Durchmesser 0,7 mm zu entnehmen und erfindungsgemäß zu behandeln.

Aus den DE-OS 30 07 292, 24 18 552, 23 41 504, 23 17 129 und 22 31 445 sind Wirbelschichtgranulatoren bekannt, die Vorrichtungen zur Zerkleinerung der im Wirbelbett hergestellten Granulate enthalten. Diese Zerkleinerungsvorrichtungen befinden sich jedoch in der Wirbelkammer, so daß alle dort anwesenden Teilchen, ob groß oder klein, wiederholt in den Zerkleinerungsprozeß einbezogen werden. Erfindungsgemäß werden dagegen in der Hauptsache nur diejenigen Partikel, deren Durchmesser größer ist als das Zwei- bis Fünffache des gewünschten Minimaldurchmesser, aus dem Wirbelbett entfernt, die zu großen Teilchen durch Raspeln auf die gewünschte Korngröße verkleinert und der entstehende Anteil an Teilchen mit zu geringer Korngröße wieder dem Wirbelbett zugefügt. Es wird also, im Gegensatz zu den Apparaturen des Standes der Technik 1. ein Gemisch vorsortierter Korngröße dem Wirbelbett entnommen, 2. in der Hauptsache nur die zu großen Teilchen mechanisch zerkleinert, und 3. die danach noch vorhandenen, zu kleinen Teilchen in das Wirbelbett zurückgeführt. Dabei erhält man ein Produkt mit einer wesentlich engeren Korngrößenverteilung.

Die Erfindung betrifft also ein Verfahren und eine Einrichtung, mit der aus allen Produkten, welche eine gewisse minimale Bindefähigkeit aufweisen und in Form einer Lösung bzw. einer Suspension mit einem Anteil von gelösten Stoffen, oder in Form einer Schmelze vorliegen, ein Wirbelschicht-Granulat hergestellt wird, welches die erforderlichen "easy handling"-Eigenschaften erfüllt. Es können ohne weiteres Lösungen, welche bisher z. B. im Zerstäubungstrockner bearbeitet wurden, getrocknet und granuliert werden.

Die "easy-handling"-Eigenschaften, zu welchen, wie bereits erwähnt, minimales Stäuben, gute Rieselfähigkeit, Benetzbarkeit, Löslichkeit und nicht zuletzt Transportstabilität gehören, können sogar auch mit wesentlich kleineren Mengen oder ohne die bisher angewendeten Zusätze erreicht werden. Dadurch können Produkte hergestellt werden, welche einen größeren Anteil an Wirkstoffen aufweisen, was die Applikation und Herstellung weiter vereinfacht und die Transport- und Lagerkosten herabsetzt.

Das Verfahren zur kontinuierlichen Wirbelschichtgranulierung von Lösungen bzw. Suspensionen mit gelöstem Anteil, bei welchem ein gut lösliches, gut benetzbares und staubarmes bzw. staubfreies Granulat hergestellt wird, besteht z. B. darin, daß die Menge der Luft, mit welcher die in einem konischen oder zylindrischen Behälter vorhandene Wirbelschicht aufgewirbelt wird, so eingestellt wird, daß unmittelbar oberhalb des Siebbodens des Behälters besonders grobe Partikel der genannten Wirbelschicht sich bewegen, so daß das in unmittelbarer Nähe des Siebbodens entnommene Granulat vorzugsweise mindestens 40 (vorteilhaft mehr als 60) Gewichtsprozente Partikel enthält, welche größer als die gewünschte Korngröße des Produktes ist, entzogen, anschließend auf eine Größe von weniger als 1 mm geraspelt, aus dem so entstandenen Gemisch die Partikel, welche kleiner als 200 Mikron sind, durch Sichten getrennt und wieder der Wirbelschicht zugeführt werden, und daß zusätzlich die Zu- und Ablufttemperatur so eingestellt wird, daß die spezifische Granulierleistung mehr als 90 kg Granulat pro 1 m²-Siebfläche und Stunde beträgt. Die spezifische Verdampfungsleistung kann beispielsweise bei wäßriger Lösung je nach Konzentration 30-210 kg Wasser pro Stunde und 1 m²-Siebfläche betragen.

Das so hergestellte Granulat kann noch in einer angeschlossenen Wirbelschicht mit 0,5-10% (vorteilhaft 1-2%) einer Flüssigkeit, Lösung oder Suspension besprüht werden. Dadurch wird das Stäubeverhalten und die Lager- und Transportstabilität weiter verbessert, ohne daß die Löslichkeit leidet.

Durch das Raspeln entstehen überraschenderweise Partikel, welche eine genügende Festigkeit und Transportstabilität aufweisen. Das Entstauben kann auf verschiedene Arten erfolgen. Am besten hat sich das Sichten - vorteilhaft stufenweise - bzw. im Gegenstrom erwiesen. Das Besprühen in der sekundären Wirbelschicht verbessert die Oberflächenstabilität.

In Fig. 1 ist eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von "easy-handling"-(EH-)Granulaten dargestellt. Sie besteht aus einer Kammer 1, aus einem auf dem Boden mit einem Sieb 3 versehenen Unterteil 2 für die Wirbelschicht 30, Luftzufuhr-Stutzen 5, einem mit Heizmedium-Anschluß-Stutzen 7, 8 versehenen Zulufterhitzer 6 Frischluftstutzen 9, einem in Kammer 1 angebrachten Abluftfilter 10, auf welchem die mit der Abluft emporgetragenen Partikel zurückgehalten werden, die mit einer bekannten und hier nicht dargestellten Vorrichtung periodisch aus dem Filter entnommen und in die Wirbelschicht zurückgebracht werden, Deckel 11 mit Verbindungsrohr 12, an dem der Saugventilator 13 mit Abluftstutzen 14 angeschlossen ist und aus der 2-Stoff-Zerstäubungsdüse 34, welche mit dem Stutzen 35 für die Flüssigkeit und dem Anschluß 36 für die Zerstäubungsluft verbunden ist. Im weiteren ist diese Einrichtung erfindungsgemäß mit einem Entnahmesystem versehen, welches aus einer mit dem Motor 16 angetriebenen Austragungsschnecke 15, Zerkleinerungsvorrichtung, bestehend aus Gehäuse 18, Rasplerelement 19, und einem mit dem Motor 21 angetriebenen Rotor 20, Entstaubungseinrichtung 22, in welcher Siebböden 23 angebracht sind, welche mit Entstaubungsluftstutzen 24 mit Regelklappe 25 und Staubrückführrohr 26 mit Regelklappe 27 versehen ist, besteht. Das Entleeren des EH-Granulates in das Faß 31 erfolgt über eine Zellenradschleuse 28 und den Stutzen 29. Die Überwachung der Wirbelschichtmenge 30 erfolgt mittels der Wirbelschicht-Druckdifferenz, welche mit einem geeigneten Meßgerät 33 ermittelt wird.

Ohne daß sich am Prinzip etwas ändert, können auch andere Elemente des Grundapparates, bzw. andere Formen angewendet werden, z. B. kann eine Einstoffdüse die 2-Stoff-Düse 34 ersetzen, ein Silo oder Container kann anstatt Faß 31 eingesetzt werden, der Unterteil 2 kann auch eine zylindrische Form aufweisen.

Die Anlage nach Fig. 1 funktioniert wie folgt:

Das im Unterteil 2 vor dem Beginn der Granulierung vorgelegte Produkt 30 (im weiteren als Wirbelschicht bezeichnet) wird durch die mit dem Ventilator 13 eingesaugte und durch den Zuluft-Erhitzer 6 erwärmte Luft aufgewirbelt und mit der durch die Düse 34 zerstäubte Lösung bzw. Suspension des zu trocknenden Produktes besprüht. Die Menge der Wirbelschicht wird mit dem Druckdifferenz-Meßgerät 33 überwacht bzw. geregelt. Die gröberen Partikel, welche sich in der Nähe des Siebes 3 ansammeln, werden mit der Schnecke so intensiv entnommen, daß die optimale Wirbelschichtmenge 30 gewährleistet ist. Diese Partikel gelangen dann in die Raspeleinrichtung, durch welche sie auf die gewünschte Größe zerkleinert (mit dem Rührer 20 durch das Raspel-Element 19 durchgepreßt) werden, ohne daß die Festigkeit der Partikel wesentlich abnimmt.

In der Entstaubungs-Vorrichtung 22 werden die entstandenen Partikel, welche kleiner als 300 Mikron sind, durch einen Falschluftstrom aus dem Stutzen 24 dem Gemisch entnommen, und mittels Staubrückführungsrohr 26 am Apparat wieder zugeführt. Die Menge der Entstaubungsluft kann mit den Klappen 25 und 27 eingestellt werden. Die Luft wird in die Kammer 1 eingesaugt, weil im Inneren ein Unterdruck von ca. 5-20 Millibar vorhanden ist. Es ist auch möglich, die Klappen so einzustellen, daß ein Teil der zugeführten Luft im Gegenstrom zum Granulatfluß aus der Entstaubungseinrichtung 22 über das Raspel-Element 19 und um die Austragungsschnecke 15 in den Unterteil 2 strömt. Mit der Schleuse 28 wird das EH-Granulat 32 aus dem Raum des niedrigen Druckes entnommen und in das Faß 31 abgefüllt.

In Fig. 2 ist eine Fig. 1 nachzuschaltende Einrichtung zum Abschleifen der Granulat-Partikel dargestellt. Die aus der Entstaubungs-Vorrichtung 22 kommenden Partikel werden in eine vom Motor 42 getriebene Siebtrommel 40 geführt (41 Achse und 44 Halterung der Siebtrommel), die von der aus 24 kommenden Falschluft durchströmt wird. Mit 43 ist das Gehäuse der Siebtrommel bezeichnet, das zur Schleuse 28 und Austragsöffnung 29 führt.

Fig. 3 illustriert eine der Entstaubungs-Vorrichtung 22 nachgeschaltete Wirbelschichtbesprüh-Einrichtung mit Gehäuse 46 und 47, Luftzufuhr-Stutzen 51, Drosselklappe 52, Siebplatte 50, Luftabfuhr 48, Drosselklappe 49, Sprühdüse 54, Luftzufuhr 56, Flüssigkeitszufuhr 55, Pumpe 57, Saugrohr 58, Flüssigkeits-Behälter 59 und Flüssigkeit 60. Die besprühten Partikel 32 werden wieder über den Stutzen 53 in das Faß 31 ausgetragen.

Die Fig. 4 und 5 illustrieren Teile der Raspeleinrichtung. Fig. 5 ist ein Schnitt aus Fig. 4. Mit 67 sind Teile des Raspel-Elementes (19 in Fig. 1) und mit 65 und 66 Teile des Rührers (20 in Fig. 1) bezeichnet.

Die Raspeleinrichtung ist leicht auswechselbar, so daß man die Granulat- Partikel auf den gewünschten Durchmesser reduzieren (mehr oder weniger verkleinern) kann.

Erfindungsgemäß können nicht nur Farbstoffe sondern auch andere Substanzen, z. B. (aus dem Bereich der Lebensmittel) lösliches Kakao-Pulver oder Milch behandelt werden.

Beispiel

Es wurden Reaktivfarbstofflösungen (C. I. Reactive Orange 93 und C. I. Reactive Violet 36) erfindungsgemäß behandelt, die Lösungen enthielten

a 30%,  b 25%,  c 25,%  d 22% reinen Farbstoffs
a 10%,  b 15%,  c 10%,  d  8% Glaubersalz
a  0%,  b  0%,  c  5%,  d 10% dinaphthylmethandisulfonsaures Natrium

und jeweils 60% Wasser. In der Raspeleinrichtung war die Spaltbreite 0,8 mm.

Bei den erhaltenen, praktisch staubfreien, leicht löslichen Granulaten hatten 95% der Teilchen einen Durchmesser <0,46 mm und 5% einen Durchmesser <0,75 mm, die durchschnittliche Teilchengröße war 0,6 mm.

Der Wirbelschichtgranulator hatte eine Siebbodenfläche von 0,75 m², pro Std. wurden 110 kg Granulat erhalten. Zulufttemperatur wurde auf 137°C eingestellt, die Ablufttemperatur war 59°C.

Auf ähnliche Weise wurde ein Säurefarbstoff (C. I. Acid Red 57, Granulatmenge 85 kg/h, Feststoffkonzentration 30%, Zulufttemperatur 115°C, Abluft 58°C) und eine Benzotriazol-Lösung (70% in Wasser, Granulatmenge 150 kg/h, Zulufttemperatur 90°C, Abluft 78°C) zu nicht staubenden, leicht löslichen Granulaten verarbeitet.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines gut benetzbaren, praktisch nicht staubenden Granulats aus in Wasser oder in organischen Lösungsmitteln löslichen oder dispergierbaren Substanzen oder aus einer Schmelze in einem Wirbelschichtgranulator, dadurch gekennzeichnet, daß man aus dem in der Wirbelschicht vorhandenen Granulat diejenigen Partikel, deren Durchmesser größer ist als das Zwei- bis Fünffache des gewünschten Minimaldurchmessers, entnimmt, die kleineren Partikel in der Wirbelschicht beläßt bzw. der Wirbelschicht wieder zuführt, die entnommenen Partikel mit einem Durchmesser über dem gewünschten Maximaldurchmesser selektiv mechanisch verkleinert und aus dem so entstandenen Partikelgemisch die Partikel mit einem Durchmesser unter dem gewünschten Minimaldurchmesser wieder der Wirbelschicht zuführt, sowie die Partikel mit dem gewünschten Durchmesser als Granulat entnimmt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Granulierleistung der Wirbelschicht mehr als 90 kg Granulat pro m² Siebfläche und Stunde beträgt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Verkleinerung der Partikel mit einem Durchmesser über dem gewünschten Maximaldurchmesser durch raspelartige Bearbeitung erfolgt.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man Partikel mit einem Durchmesser zwischen 0,2 und 1 mm herstellt und dazu der Wirbelschicht Teilchen mit einem Durchmesser 0,7 mm entnimmt.

5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die entnommenen Partikel der gewünschten Größe noch einem mechanischen Abschleifen unterzogen werden.

6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die entnommenen Partikel der gewünschten Größe abschließend einer Sprühbehandlung unterzieht.

7. Wirbelschichtgranulator zur Durchführung des Verfahrens gemäß den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß er außerhalb der Wirbelschicht eine Vorrichtung zur selektiven Verkleinerung der Partikel und eine dieser Verkleinerungsvorrichtung nachgeschaltete Entstaubungseinrichtung enthält.

8. Wirbelschichtgranulator gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur selektiven Verkleinerung ein zylinderförmiges, mit Schlitzen versehenes Raspel-Element und innerhalb desselben ein motorgetriebenes Rührelement enthält.

9. Wirbelschichtgranulator gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Vorrichtung zum mechanischen Abschleifen der Partikel enthält.

10. Wirbelschichtgranulator gemäß Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Vorrichtung für die Sprühbehandlung der Partikel enthält.