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Gebiet der Anmeldung
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In
ihrem allgemeinsten Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung
auf ein Fluidbett-Granulationsverfahren zum Erhalten eines Fertiggranulats
aus einer vorbestimmten Substanz, welches Verfahren eine Phase der
Gewinnung des Fertiggranulats aus dem Granulationsfluidbett umfasst.
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Im
restlichen Teil der Beschreibung und in den sich anschließenden Ansprüchen meinen
wir mit dem Ausdruck „Fertiggranulat" ein Granulat der
vorbestimmten Substanz in vorbestimmter Größe oder, anders ausgedrückt, mit
einer vorbestimmten Korngröße.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung empfiehlt sich insbesondere,
aber nicht ausschließlich,
für die
Fluidbettgranulation von Substanzen wie zum Beispiel Harnstoff,
Ammoniumnitrat, Ammoniumchlorid und ähnliche Substanzen, die granuliert werden
können.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Granulationsvorrichtung, die zur Ausführung des
vorerwähnten Verfahrens
verwendet wird.
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Stand der Technik
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Wie
man weiß,
findet bei einem Fluidbett-Granulationsverfahren die Gewinnung von
Granulat bzw. Granulatkörnchen
aus einer vorbestimmten Substanz über ein kontinuierliches Wachstum
(an Volumen und an Masse) von Granulatausgangskörnchen dieser Substanz statt,
die gleichzeitig mit einem Strom einer geeigneten Wachstumssubstanz
kontinuierlich in einen Granulationsraum eingeleitet werden, in
dem ein entsprechendes Fluidbett besteht.
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Die
Wachstumssubstanz hat allgemein dieselbe Beschaffenheit wie die
zu granulierende Substanz und liegt in flüssiger Form vor, die sich dazu eignet,
die Ausgangskörnchen
und die wachsenden Granulatkörnchen,
die zusammen das Fluidbett bilden, zu benetzen, an ihnen anzuhaften
und sie zu verfestigen.
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Das
Wachstum der Körnchen
setzt sich fort, bis eine vorbestimmte Körngröße erreicht ist, woraufhin
das so gewonnene, eventuell gekühlte
Fertiggranulat gewonnnen und zur Lagerung und/oder Verpackung befördert wird.
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Es
ist auch bekannt, dass das vorstehend erwähnte Granulationsfluidbett
(aus Ausgangskörnchen
und wachsenden Granulatkörnchen
gebildet) durch einen beträchtlichen
und gesteuerten, kontinuierlichen Strom aus aufsteigender Luft oder
eines anderen gasförmigen
Fluids, auch als Fluidifikationsluft bekannt, gebildet und aufrechterhalten
wird.
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Um
ein gutes Granulationsergebnis zu erzielen, ist es vonnöten, dass
nur das Fertiggranulat aus dem Granulationsfluidbett gewonnen wird,
und aus dem entsprechenden Granulationsraum extrahiert oder zumindest
ausgetragen wird.
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Es
ist auch die durch wirtschaftliche Zwangsbedingungen vorgegebene
Forderung bekannt, ein Fluidbett-Granulationsverfahren zu verwirklichen
und bereitzustellen, mit dem die Gewinnung von monodispersem Fertiggranulat
gewährleistet
ist, d.h. ein Fertiggranulat mit einem Korndurchmesser innerhalb eines
engen vorbestimmten Abmessungsbereichs.
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Zu
diesem Zweck wird in der internationalen Patentanmeldung WO 02/074427
desselben Anmelders ein sogenanntes Fluidbett-Granulationsverfahren
mit vertikalem Wachstum gelehrt. In einem Verfahren dieser Art folgen
die wachsenden Granulatkörnchen
zyklisch und viele Male einander ähnlichen, planaren und im Wesentlichen
kreisförmigen
Bewegungsbahnen, bis sie das Granulationsfluidbett durch die Grundplatte
verlassen, auf dem das Fluidbett realisiert ist, welche Grundplatte
in diesem Fall mit einer Vielzahl von geeignet bemessenen Schlitzen
ausgestattet ist, deren Größe mit dem
Durchmesser der Granulatkörnchen
korreliert (größer ist),
die man herstellen möchte.
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Insbesondere
nehmen bei einem derartigen Verfahren mit fortschreitender Granulation
die Granulatkörnchen
in Größe und Gewicht
zu, bis der die vorstehend erwähnten
Schlitze durchquerende Strom aus Fluidifikationsluft sie nicht mehr
länger
unterstützen
bzw. in der Schwebe halten kann.
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An
diesem Punkt verlassen die fertigen Granulatkörnchen das Granulationsbett
und „fallen
durch Schwerkraft" im
Gegenstrom zum Fluidifikationsstrom durch diese Schlitze.
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Es
wäre festzuhalten,
dass die Fluidifikationsluft des Fluidbetts, genau wie die von der
Luft durchströmten
Schlitze, aufgrund ihrer Funktion des „Klassierens" der Granulatkörnchen,
d.h. des Auslesens der fertigen Granulatkörnchen aus allen im Fluidbett
vorhandenen Ausgangskörnchen
und wachsenden Körnern,
auch als Klassierungsluft bzw. Klassierungsschlitze bezeichnet werden.
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Die
fertigen und klassierten Granulatkörnchen, die das Granulationsfluidbett
verlassen, gelangen bei einem Verfahren der vorstehend erwähnten Art
in einen unterhalb des Granulationsbetts befindlichen Sammelraum
oder Sammelzone, der bzw. die notwendigerweise mit einem über dem
Atmosphärendruck
lie genden Druck beaufschlagt ist, da er bzw. sie mit dem beträchtlichen
Strom aus Fluidifikationsluft beaufschlagt wird, d.h. durchströmt ist.
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Um
die Lagerung und Verpackung des in der vorstehend erwähnten Art
und Weise gewonnenen und klassierten Fertiggranulats ausführen zu
können, muss
es aus dem Sammelraum bzw. der Sammelzone gewonnen werden, d.h.
aus dem unter Druck gesetzten Raum ausgetragen und extrahiert werden.
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Zu
diesem Zweck sieht der Stand der Technik mechanische Extraktorsysteme
vor, wie zum Beispiel einen Eimerkettenförderer oder ein Becherwerk und
andere ähnliche
mechanische Extraktoren, die bei Einsatz in Fällen wie dem hier betrachteten
einen Dichteingriff an einer geeigneten Granulataustragöffnung vorsehen
würden,
die zum Beispiel in einer Wand vorgesehen ist, die den Sammelraum
ausbildet.
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Der
Einsatz solcher Extraktionssysteme würde jedoch vorhersehbar einige
Nachteile mit sich bringen, die bezüglich der Kosteneffizienz des
Granulationsverfahrens, das man ausüben möchte, völlig unannehmbar sind.
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Und
zwar ist eine wie die vorstehend betrachtete, kontinuierliche mechanische
Extraktion aus einem unter Druck gesetzten Raum, um begrenzte oder
wenigstens gesteuerte Luftverluste im Granulatsammelraum gewährleisten
zu können
und mithin eine zufriedenstellende Abdichtung zwischen dem Extraktor
und der jeweiligen Granulataustragöffnung sicherstellen zu können, ist
konstruktionstechnisch sehr komplex in der Realisierung und erfordert mühevolle
und schwierig auszuführende
Wartungsvorgänge.
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Ein
weiterer Nachteil, der mit der mechanischen Handhabung des fertigen
und klassierten Granulats zusammenhängt, besteht in der Gefahr,
dass das Granulat eine Art Mahl- oder Zerkleinerungsvorgang durchmacht,
was mit der Bildung von Stäuben einhergeht
und auch eine wesentliche Reduzierung der Ausbeute des gesamten
Produktionszyklus mit sich bringt.
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Die
Druckschrift US-A-2 635 684 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung
von Granulat unter Einsatz von zwei Fluidbetten zur Kühlung des
Heissgranulats, das durch Sprühkondensation
einer geschmolzenen Substanz erhalten wurde. Zur Fluidisierung beider
Betten wird derselbe Luftstrom verwendet. Das Granulat gelangt mittels
eines Überlaufrohrs aus
dem zweiten Bett heraus.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Das
der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende technische Problem besteht
darin, ein Granulationsverfahren zur Gewinnung eines Fertiggranulats
aus einer vorbestimmten Substanz in einem Granulationsfluidbett
in der sogenannten Bauart mit vertikalem Wachstum zu entwickeln
und bereitzustellen, wobei das Bett von einem entsprechenden Strom
aus Fluidifikationsluft gebildet und unterhalten wird, mit einer
Transferphase, in der das Fertiggranulat in einen unter Druck gesetzten
Raum unterhalb des Granulationsbetts fällt, und einer Phase der Gewinnung des
Granulats aus dem unter Druck gesetzten Raum, wobei die Gewinnung
des Fertiggranulats in einer einfach auszuführenden und zuverlässigen Art
und Weise stattfindet, die keine mühevolle und schwierige Wartung
erfordert, und dabei solche funktionellen Eigenschaften hat, dass
die Korngröße des Fertiggranulats
und die Integrität
des so erzeugten, monodispersen Fertiggranulats gewährleistet
ist.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
ein Fluidbett-Granulationsverfahren der oben betrachteten Art gelöst, das
dadurch gekennzeichnet ist, dass die Gewinnungsphase umfasst:
- – a)
die Bildung eines Sammelfluidbetts aus dem Fertiggranulat in dem
unter Druck gesetzten Raum durch wenigstens einen Teil der Fluidifikationsluft;
und
- – b)
die in kontinuierlichem Strom stattfindende Extraktion des Fertiggranulats
aus dem Sammelbett und dem entsprechenden unter Druck gesetzten
Raum, das Herstellen einer Fluidverbindung zwischen der Grundplatte
des Sammelbetts und einem Schacht außerhalb des unter Druck gesetzten
Raums, der im Wesentlichen stromaufwärts vom Fertiggranulat des
Sammelbetts gespeist wird.
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Die
Vorteile und Eigenschaften des Granulationsverfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung ergeben sich deutlicher aus der ausführlichen Beschreibung einer
beispielhaften Ausführungsform
davon, die nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen zu verdeutlichenden
und nicht einschränkenden
Zwecken erfolgt.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 zeigt
schematisch eine axonometrische Ansicht einer Vorrichtung zur Ausführung des Fluidbett-Granulationsverfahrens
der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt
schematisch eine Schnittansicht der Vorrichtung von 1;
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3 ist
eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsvariante der Vorrichtung
von 1.
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Ausführliche
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
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Mit
Bezug auf die vorstehend erwähnten
Figuren ist eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens der vorliegenden
Erfindung schematisch mit 1 angegeben.
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Eine
solche Vorrichtung umfasst einen selbsttragenden Aufbau 2 im
Wesentlichen in der Form eines quaderförmigen Behälters, der einen Raum A in
seinem Inneren ausbildet, in dem zwei Fluidbetten F1 und F2 zustande
kommen sollen, wie sich deutlicher aus dem restlichen Teil der Beschreibung
ergeben wird.
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Der
Behälteraufbau 2 (der
nachstehend einfach als „Behälter 2" bezeichnet werden
soll), hat lange Seitenwände 3, 4,
eine kurze Frontwand 5 und eine kurze Rückwand 6; am Boden
ist er mit einer Doppelbodenplatte ausgestattet, mit einer oberen Grundplatte 7 bzw.
einer unteren Grundplatte 7a.
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Gemäß einem
Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Unterseite 5a der
Frontwand 5 des Behälters 2 von
der Grundplatte 7 der Doppelbodenplatte beabstandet, mit
der sie somit einen Durchgang (oder eine Öffnung) 25 definiert,
durch den bzw. die der Raum A in Verbindung mit der Umgebung des Behälters 2 gesetzt
ist.
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Außerdem erstrecken
sich gemäß einem
anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung die vorstehend erwähnten Grundplatten 7, 7a von
der Rückwand 6 des
Behälters 2 um
einen vorbestimmten Längenabschnitt
bis über
die Frontwand 5 hinaus.
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An
den freien Vorderenden der Grundplatten 7, 7a ist
ein vertikales Blech 35 befestigt, das vorzugsweise parallel
zur Wand 5 liegt, mit welcher es eine Art Kanal oder Schacht 45 bildet,
der oben offen ist und sich über
die gesamte Breite der Wand 5 erstreckt, und über den
vorstehend erwähnten
Durchgang 25 mit dem Raum A in Verbindung steht.
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Die
Grundplatten 7, 7a der Doppelbodenplatte, die
Rückwand 6 des
Behälters 2 und
das vertikale Blech 35 bilden eine Kammer 8, die
mit dem Raum A tatsächlich
durch die Grundplatte 7 in Fluidverbindung steht, wobei
die Grundplatte perforiert, durchgestanzt oder in jedem Fall für Gasströme durchlässig vorgesehen
ist.
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Die
Kammer 8, die unterhalb des Raums A und des Schachts 45 verläuft, ist
von begrenzter Höhe
und dazu gedacht, eine Kammer zur gleichförmigen Verteilung eines gasförmigen Stroms
aus Fluidifikationsluft zu bilden, der in den Raum A und in den
Schacht 45 gelangt, wie sich aus der nun folgenden Beschreibung
deutlicher ergeben wird.
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In
vorteilhafter Weise und gemäß einem
weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung hat die Verteilerkammer 8 ausgehend
von der Rückwand 6 des
Behälters 2 in
Richtung zum vertikalen Blech 35 ein sich verjüngendes
Profil.
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Zu
diesem Zweck ist die Grundplatte 7a schräg zur gegenüberliegenden
Grundplatte 7 vorgesehen, und läuft in Richtung zum vorerwähnten vertikalen
Blech 35 auf diese zu.
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Innerhalb
des Behälters 2 und
mit einem vorbestimmten Abstand von seiner Grundplatte 7 befindet
sich eine rechteckige Ablage 9, die über ihren Umfang an den langen
Seitenwänden 3, 4 und
an der kurzen Front- bzw. Rückwand 5, 6 des
Behälters 2 befestigt
ist.
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Die
Ablage 9 bildet im Raum A eine Granulationszone B aus,
und auf ihr soll das Granulationsfluidbett F1 einer vorbestimmten
Substanz gebildet werden. Zu diesem Zweck ist die Ablage für den Strom
aus Fluidifikationsluft, der zur Bildung und Aufrechterhaltung des
Betts F1 notwendig ist, durchlässig
gestaltet (ist beispielsweise perforiert oder durchgestanzt). Außerdem ist
die vorstehend erwähnte Ablage 9 mit
einer Vielzahl von Schlitzen 9a ausgestattet, die auch
als Klassierungsschlitze bekannt sind, da sie den Durchgang des
durch den entsprechenden Klassierungsstrom klassierten Fertiggranulats
gestatten sollen, wie sich aus dem folgenden Teil der Beschreibung
deutlicher ergeben wird.
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Aus
dem vorstehenden Grund sind die Schlitze 9a geeignet bemessen
und haben eine Breite, die mit dem Durchmesser der Granulatkörnchen korreliert
(größer ist),
die man herstellen möchte.
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In 1 sind
mit 10 und 11 Pfeile dargestellt, die die Einspeisung
(mit an sich bekannten Systemen realisiert und deshalb nicht dargestellt)
von Granulatausgangskörnchen
der zu granulierenden Substanz schematisch darstellen, wobei die
Einspeisung an gegenüberliegenden
Seitenwänden 3, 4 des
Behälters 2 über deren
gesamte Länge
stattfindet. Mit 12 und 13 sind Zufuhr-/Verteilereinrichtungen
für eine flüssige Granulatwachstumssubstanz
schematisch dargestellt, die auch bekannt und deshalb nicht im Einzelnen
dargestellt sind; diese sind an den Seitenwänden 3 und 4 unterhalb
der freien Oberfläche
des Granulationsfluidbetts F1 angeordnet, welches auch von herkömmlicher
Art und deshalb nicht im Einzelnen dargestellt ist.
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In 2 ist
eine der Rückwand 6 zugeordnete Öffnung schematisch
bei 14 dargestellt, die dem Eintritt von Luft in das Innere
der Kammer 8 dient. Diese Öffnung 14 steht in
Fluidverbindung mit an sich bekannten und deshalb nicht dargestellten
Mitteln zum Einblasen von Luft in die Kammer 8.
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Mit
Bezug auf die Vorrichtung der 1 und 2 wird
nun eine Ausführungsform
des Granulationsverfahrens der vorliegenden Erfindung beschrieben.
In einem Anfangszustand bildet sich auf der Ablage 9 ein
Granulationsfluidbett F1 aus, das aus Granulatausgangskörnchen und
wachsenden Granulatkörnchen
besteht. Das Bett wird durch einen kontinuierlichen Strom aus Fluidifikationsluft
erhalten, unterstützt
und aufrechterhalten, der in die Kammer 8 eingeleitet wird
und von hier durch die Grundplatte 7 in den Raum A unterhalb
der Ablage 9 gelangt.
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Wenn
die Granulatkörnchen
im Granulationsfluidbett eine vorbestimmte Größe und ein vorbestimmtes Gewicht
haben, wobei sie nachstehend als Fertiggranulat bezeichnet werden,
kann der Strom aus Fluidifikationsluft sie nicht mehr länger unterstützen bzw.
in der Schwebe halten, und sie fallen durch die Schwerkraft bedingt
durch die Klassierungsschlitze 9a hindurch.
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An
diesem Punkt wirkt auf das so gewonnene Fertiggranulat eine Transferphase
ein, bei der das Fertiggranulat – und nur dieses – in einen
unter Druck gesetzten Raum unterhalb des Granulationsbetts F1 fällt.
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Gemäß einem
Merkmal der vorliegenden Erfindung bildet das Fertiggranulat – und nur
dieses – in dem
unter Druck gesetzten Raum ein Sammelfluidbett F2 des Fertiggranulats
aus, das durch den Strom aus Fluidifikationsluft gebildet und unterstützt wird, der
für das
Fluidbett 1 verwendet wird.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung findet die Extraktion
des fertigen und klassierten Granulats aus dem Sammelfluidbett F2,
d.h. aus dem unter Druck gesetzten Sammelraum, im Wesentlichen über eine
hydraulische Einrichtung in kontinuierlichem Strom statt, da der
Sammelraum, genauer gesagt die Grundplatte 7 des in dem
Raum realisierten Betts F2 in Fluidverbindung mit dem Schacht 45 steht.
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Der
Schacht 45 und der Sammelraum können als „kommunizierende Gefäße" betrachtet werden,
so dass sich im Schacht 45 die Füllhöhe des Fertiggranulats, also
die Füllhöhe des Fluidbetts
F2 im Schacht 45, auf einer Höhe (piezometrischen Höhe) stabilisiert,
die dem im Sammelraum vorhandenen Innendruck entspricht, sich also
mit dem Innendruck ausgleicht, um so den kontinuierlichen Austrag des
Fertiggranulats zu ermöglichen,
und dabei den Druck im Inneren des Sammelraums aufrechterhält, der
zum Betrieb des oberen Granulationsfluidbetts F1 notwendig ist.
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Ein
weiterer wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht aufgrund
des Einsatzes eines Fluidbetts zur Sammlung und Extraktion des Fertiggranulats
aus der Granulationsvorrichtung, insbesondere aus dem Sammelraum
für das
Fertiggranulat, wo der Druck einen größeren Wert als der Atmosphärendruck
hat, in den sehr geringen oder überhaupt nicht
vorhanden mechanischen Belastungen, denen das Fertiggranulat unterworfen
ist, mit einer sich daraus ergebenden Garantie der Bewahrung der
Korngröße und Integrität des fertigen
und klassierten Granulats.
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Die
durch die vorliegende Erfindung erreichten Vorteile verwandeln sich
in eine beträchtliche
Energieeinsparung und eine beträchtliche
Steigerung des Ausstoßes
des gesamten Produktionszyklus um.
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Insbesondere
ist das Verfahren der Extraktion des Fertiggranulats aus einem unter
Druck gesetzten Raum vom Granulator nach außen einfach auszuführen, selbst
für lange
Betriebszyklen zuverlässig,
und erfordert keine speziellen Wartungseingriffe.
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Natürlich kann
ein Durchschnittsfachmann, um eventuellen und spezifischen Erfordernissen nachzukommen,
zahlreiche Modifikationen vornehmen.
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Es
wird nun als Beispiel das Granulationsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung in einer Ausführungsvariante
beschrieben, das in einer 3 gezeigten
Granulationsvorrichtung ausgeführt
wird, bei der Einzelheiten und zusammenwirkende Teile mit demselben
Aufbau und derselben Funktion wie bei der vorhergehenden Ausführungsform
mit denselben Bezugszahlen und Bezugszeichen versehen sind.
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In
dieser Ausführungsvariante
ist ein Sammelfluidbett F2 für
das fertige und klassierte Granulat realisiert worden, und zwar
mit einer begrenzten Länge
bezüglich
der zuvor für
das Sammelfluidbett beschriebenen Länge, und das fertige und klassierte Granulat,
das aus dem Granulationsfluidbett F1 kommt, wird in das Bett F2 über eine
entsprechende Transporteinrichtung 30, zum Beispiel eine
Schütte, ein
Endlosförderband
oder ähnliche
Transportsysteme eingeleitet, die in dem Sammelraum für das Granulat
unter der Ablage 9 im Behälter 2 angeordnet
ist bzw. sind.
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Das
Sammelfluidbett F2 erstreckt sich gemäß der vorliegenden Erfindung
im Schacht 45 und innerhalb des unter Druck gesetzten Raums,
und über
die Frontwand 5 des Behälters 2 um
einen entsprechenden vorbestimmten Abschnitt begrenzter Länge hinaus.
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Gemäß einem
weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird das Fluidbett F2
nur durch einen Teil der Fluidifikationsluft des Granulationsfluidbetts
F1 fluidisiert. Insbesondere wird dieser Teil der Fluidifikationsluft
des Granulationsfluidbetts F1 im Sammelfluidbett F2 über eine
Grundplatte 7 verteilt, die für gasförmige Ströme durchlässig ist, und zwar durch eine
entsprechende Kammer 80, die mit einer Öffnung 80a zur Einleitung
der Fluidifikationsluft ausgestattet ist und sich unterhalb des
Betts F2 und über die
zuvor erwähnte
begrenzte Länge
erstreckt.
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Zur
Einleitung des restlichen Teils der Fluidifikationsluft in das Granulationsfluidbett
F1 ist der Behälter 2 mit
einer Öffnung 80b ausgestattet,
die unterhalb der Ablage 9 der Rückwand 6 zugeordnet
ist und dem Eintritt von Luft in das Innere des Raums A dient.
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Die Öffnungen 80a und 80b stehen
in Fluidverbindung mit jeweiligen, an sich bekannten und deshalb
nicht dargestellten Mitteln zum Einblasen von Luft in die Kammer 80 bzw.
den Raum A.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsvariante der
vorliegenden Erfindung kann der Schacht 45 mit einer Breite
realisiert werden, die in Bezug auf die Breite der entsprechenden
Frontwand 5 des Behälters 2 kleiner
ist.