DE69619714T2

DE69619714T2 - Vorrichtung und verfahren zur behandlung teilchenförmiger materialien

Info

Publication number: DE69619714T2
Application number: DE69619714T
Authority: DE
Inventors: Kim Walter
Original assignee: Aeromatic Fielder AG
Current assignee: GEA Aseptomag AG
Priority date: 1995-12-01
Filing date: 1996-12-02
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2016-12-03
Also published as: JP3756191B2; JP2000501981A; DK136595A; EP0958043B1; DK0958043T3; EP0958043A1; AU1030597A; WO1997020625A1; DE69619714D1; US6270801B1; ES2173335T3

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Teilchenverarbeitung, einschließlich des Herstellens und/oder Verarbeitens von Körnern, Pellets oder anderen teilchenförmigen Materialien durch Granulieren, Beschichten, Einkapseln oder Schichtvorgänge.
Verschiedene Arten von Ausrüstungen und Verfahren werden gemeinhin verwendet oder wurden vorgeschlagen, um Körner aus feinen teilchenförmigen Materialien zu erzeugen und auch die anderen oben beschriebenen Verfahren bei teilchenförmigen Materialien durchzuführen.
Beispiele von Vorrichtungen, die für diesen Zweck konstruiert worden sind, sind die folgenden: Mixer mit hoher Scherung, Plantetenmixer, Trommeln und ähnliche Vorrichtungen, die Scheuerwirkung haben, stationäre oder vibrierende fluidisierte Betten, und Vorrichtungen, die sich dadurch auszeichnen, dass sie eine sich drehende Scheibe am Boden einer Kammer und eine Einrichtung zum Zuführen einer Gasströmung durch einen ringförmigen Schlitz zwischen der Scheibe und der Kammerwand haben.
Diese zuletzt erwähnte Art von Vorrichtung ist in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen vorhanden, nämlich in einer, in der das teilchenförmige Material in einer Gasströmung fluidisiert gehalten wird, während es dem Einfluss der sich drehenden Scheibe ausgesetzt wird, und einer, bei der die Fluidisierung vermieden wird, so dass eine maximale Steuerung zwischen den Partikeln erreicht wird.
Um eine Körnungswirkung zu erzeugen, wird die Oberfläche der Primärpartikel, die in Körnchen umgewandelt werden sollen, durch Aufsprühen einer zerstäubten Flüssigkeit auf die Partikel benetzt. Die Flüssigkeit kann ein Lösungsmittel oder eine Lösung sein, die in Kontakt mit den Partikeloberflächen eine bestimmte Haftung auf diese bringt, oder sie kann eine Schmelze sein, die die gleiche Fähigkeit hat. Alternativ können die Partikeloberflächen durch Kondensation von Dampf, wie Wasserdampf, benetzt werden.
Das gleiche gilt für den Pulverschichtungsvorgang, bei dem die Oberflächen von Partikeln, die Primärpartikel, Körner oder Pellets sein können, benetzt wird, um deren Oberfläche haftend zu machen, so dass ein eingespritztes feines Pulver darauf haftet.
Der Körnerbildungsvorgang und die Charakteristika des dadurch erzielten Produkts hängen von verschiedenen Merkmalen ab, u. a.: dem Benetzungsvorgang, der Menge der mechanischen Komprimierung, der die Materialien ausgesetzt sind, dem Einfluss von Reibung der Partikel aneinander während des Vorgangs, und dem Maß, mit dem die Partikel in wechselseitigem Kontakt während des Vorgangs sind.
Die oben erwähnten verschiedenen Arten und Ausführungsformen von Vorrichtungen zum Durchführen der fraglichen Verfahren sehen alle unterschiedliche im Hinblick auf die spezifizierten Merkmale Bedingungen vor. Folglich wird normalerweise für einen bestimmten Zweck eine bestimmte Vorrichtungsart aus den oben erwähnten bevorzugt.
Bei bestimmten Verfahren im pharmazeutischen Gebiet und auch in bestimmten Zweigen der Lebensmittel- und Erfrischungsindustrie werden oftmals Vorrichtungen vom letzten der oben erwähnten Typen bevorzugt, d. h. Vorrichtungen, die als Hauptcharakteristiken eine sich drehende Scheibe im Boden einer Bearbeitungskammer haben und eine Einrichtung, um eine Gasströmung nach oben durch den ringförmigen Raum oder Schlitz zwischen der Scheibe und den Wänden der Kammer vorzusehen, wobei das Gas in einer Menge vorgesehen wird, die geringer als diejenige ist, die die Fluidisierung des teilchenförmigen behandelten Materials hervorrufen würde. Insbesondere zum Erzeugen von Pellets durch Pulverschichten auf Partikeln wird diese Art von Geräten als den anderen der oben beispielhaft erwähnten Vorrichtungen überlegen erachtet, und die vorliegende Erfindung betrifft eine solche Vorrichtung.

Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik

Entsprechende Vorrichtungen sind bekannt. Somit beschreibt die EP 228633 B1 von Aeromatic AG eine Vorrichtung, die Roto- Prozessor TM genannt wird, die zwei Behandlungszonen hat, eine innere Zone, die die sich drehende Scheibe umgibt, und eine äußere fluidisierte Bettzone. Solch eine Vorrichtung wird für verschiedene Zwecke verwendet, beispielsweise dem Nassgranulierungs-Pelletisieren, bei dem ein Ausgangspulver mit Wasser oder einer Binderlösung granuliert wird und nach Bedarf nachfolgend in der Fluidbettzone getrocknet wird, oder um zu beschichten, indem eine Flüssigkeit auf Kernmaterial gesprüht wird, wobei einige Lagen an Beschichtung aufgebracht werden können, wenn entweder die gleichen oder verschiedene Beschichtungsflüssigkeiten verwendet werden. Die Vorrichtung kann auch zum Schichten von Flüssigkeiten verwendet werden, wobei ein Ausgangsprodukt, beispielsweise inerte Kerne, Kristalle usw., mit einer aktiven Substanz besprüht werden, die in einer Flüssigkeit gelöst oder suspendiert ist, wobei die Flüssigkeit gleichzeitig getrocknet wird. Pellets können auch durch Schichten von Pulvern geformt werden, wobei eine Substanz als Pulver zugesetzt wird und an der Oberfläche der Kerne oder Pellets durch gleichzeitiges Besprühen mit einem flüssigen Bindemittel angebunden wird und die resultierenden Pellets nachfolgend oder gleichzeitig getrocknet werden.
Eine andere Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen von Pellets durch Pulverschichten auf Partikel sind in EP 505319 B1 beschrieben, wobei Flüssigkeit und Pulver in die Partikelschicht auf der sich drehenden Scheibe durch eine Düse eingeführt werden, die leicht in die Zone über der Scheibe vorsteht.
Eine ähnliche Vorrichtung ist in der EP 526394 A2 beschrieben, die speziell für die Schmelzbeschichtung von Partikeln gestaltet ist.
Verschiedene Hilfseinrichtungen für diese Arten von Vorrichtungen sind bekannt. Gemäß der US-A-4556175 ist die Vorrichtung zusätzlich mit einem Rührwerk ausgestattet und in der US-A-4623098 ist ferner ein Disintegrator mitumfasst.
Die EP-608844 A1 betrifft auch ein Verfahren und eine Vorrichtung des fraglichen Typs für die Pulverbeschichtung und betrifft die Justierung der relativen Mengen von Flüssigkeit und Feststoffen in dem Verfahren. Gemäß der Spezifikation können Leitblecheinrichtungen an der inneren Wand des Granuliergefäßes oder der sich drehenden Scheibe vorgesehen werden, um das Scheuern und die Fluidisierung des behandelten Materials zu unterstützen. Die Spezifikation erwähnt auch die Möglichkeit des Einführens von Gas zum Trocknen durch einen Bereich der Seitenwand des Granuliergefäßes.
Bei den fraglichen Vorrichtungen wird das zu behandelnde Material in Bewegung durch eine Kombination von mechanischer Kraft und Gasströmung gehalten. Das Material wird durch die Reibung vorwärts getrieben, die zwischen der sich drehenden Scheibe und dem Material vorhanden ist. Wenn das Material Geschwindigkeit durch die Scherkraft in der Drehrichtung der Scheibe gewinnt, wird es durch die Zentrifugalkraft in Richtung der Kammerwand bewegt.
Die Verfahren Granulierung, Pulverbeschichtung und Beschichtung benötigen alle das Benetzen des Materials, und es ist wesentlich für das Erreichen eines gleichmäßigen Produkts, das die gewünschten Charakteristika im Hinblick auf Partikelgröße, Partikelgrößenverteilung, physikalischer Festigkeit, Löslichkeit usw. hat, dass der Benetzungsvorgang sehr gleichmäßig auf allen Partikeln, die das Material bilden, durchgeführt wird. Das Benetzen wird gewöhnlich durch Zerstäuben einer Flüssigkeit durch eine Zwei-Fluid-Düse gemacht, wobei ein Druckgas verwendet wird, beispielsweise Druckluft. Es ist daher wichtig, dass das Material innerhalb der Kammer in einer kontrollierten Weise umherbewegt werden kann, so dass jeder Teil des Materials an der Sprühdüse im wesentlichen gleich oft vorbei gelangt.
Dieses gleichmäßige Benetzen der Partikel ist noch wichtiger bei Vorrichtungen der fraglichen Art als bei Vorrichtungen mit hoher Scherung, bei denen die intensive mechanische Bearbeitung eine rasche gleichmäßige Verteilung der Feuchtigkeit auf den Partikeloberflächen erleichtert.
Im Hinblick auf das Erreichen einer kontrollierten Bewegung des teilchenförmigen Materials und auch einer hohen Trocknungskapazität sind Vorrichtungen, die derjenigen ähneln, die die Basis der vorliegenden Erfindung bildet, mit einer Einrichtung ausgerüstet worden, um das teilchenförmige Material in einem fluidisierten Zustand zu halten.
Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung ist in der DE 37 05 343 C2 beschrieben. In dieser Patentspezifikation wird fluidisierendes Gas durch eine Anzahl von Schlitzen in einem sich drehenden Element im Boden der Vorrichtung eingeführt und auch durch die Wände in deren oberen Teil. Das Gas, das durch die Wände eingeführt wird, bildet einen Winkel zur radialen Richtung, wodurch die Geschwindigkeit der wirbelartigen Bewegung des behandelten teilchenförmigen Materials in der Kammer erhöht wird.
Bei bestimmten Anwendungen ist jedoch die Fluidisierung des behandelten Materials im Hinblick auf das gewünschte Ergebnis nicht passend. Insbesondere beim Pulverbeschichtungsverfahren bläst das fluidisierende Gas die feinsten Partikel weg und der Kontakt zwischen den feinen Partikeln und den Kernen, auf denen die feinen Partikel haften sollten, wird zu schlecht.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der diskutierten Art vorzusehen, bei der eine kontrollierte und gleichmäßige Bewegung des teilchenförmigen Materials erreicht wird, ohne dass das Material in einem wesentlichen Ausmaß fluidisiert wird. Durch Vermeiden der Fluidisierung wird eine effizientere Komprimierung erreicht, die insbesondere bei Pulverbeschichtungsvorgängen wichtig ist.
Dabei wird gleichzeitig der Verbrauch an Druckgas wesentlich im Vergleich zum Verbrauch reduziert, wenn das teilchenförmige Material fluidisiert werden muss.
Die meisten der Verarbeitungsvorrichtungen des fraglichen Typs, d. h. Vorrichtungen, die eine sich drehende Scheibe haben, die den Boden einer Kammer bildet, und die eine Einrichtung zum Vorsehen einer Gasströmung nach oben durch einen Schlitz zwischen der Scheibe und der Kammerwand haben, die bislang kommerziell verfügbar sind, sind gewöhnlich so dimensioniert, dass sie Chargen von Produktkörnern erzeugen, die typischerweise kleiner als 20 kg sind, wobei typische Chargengrößen 10 bis 15 kg sind.
Es besteht ein Bedarf für diese Art von Vorrichtungen, die eine wesentlich höhere Produktionskapazität hat. Man hat jedoch festgestellt, dass ein einfaches Hochskalieren der Dimensionen der bekannten Vorrichtungen, damit größere Chargen behandelt werden können, zu einer schlechteren und ungleichmäßigeren Produktqualität führt. Insbesondere die Größenverteilung der Körner wird zu breit, und beim Schichten oder Beschichten wird die Variation zwischen der Behandlung, die die einzelnen Partikel erfahren, unannehmbar hoch. Dies führt dazu, dass keine Reproduzierbarkeit vorhanden ist, was ein ernsthafter Nachteil ist, insbesondere wenn pharmazeutische Produkte verarbeitet werden.
Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass während der Impuls, der von der Scheibe zum teilchenförmigen Material übertragen wird, möglicherweise verstärkt durch Risse oder Beulen auf der Scheibe, und der Einfluss der Gasströmung nach oben zwischen dem Rand der Scheibe und der Kammerwand ausreichend ist, um die gewünschte Bewegung des teilchenförmigen Materials bei den mäßigen Chargengrößen, die bislang kommerziell verwendet wurden, zu erreichen, dies nicht mehr länger ausreichend sind, um die gewünschte gleichmäßige Bewegung der Gesamtmenge des nicht fluidisierten teilchenförmigen Materials sicherzustellen, wenn die Chargengröße in einer hochskalierten Vorrichtung erhöht wird.
Eine genauere Erklärung im Hinblick auf das Versagen der Vorrichtungen der bekannten Art beim Vorsehen einer gleichmäßigen Bewegung auf große, nicht fluidisierte Chargen von teilchenförmigem Material wird unten in Verbindung mit der Beschreibung von Fig. 3 der Zeichnung gegeben.
Es hat sich auch herausgestellt, dass die Nachteile der Vorrichtungen der bekannten Art, insbesondere die nicht ausreichende und nicht gleichmäßige Pulverbewegung, nicht durch Justierung der Betriebscharakteristika behoben werden können, wie der Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe.
Ferner ist auch das Einführen von mechanischen Leitblechen in die Verarbeitungskammer nicht ausreichend, um eine ausreichende Partikelbewegung in großen Chargen zu erzeugen. Obwohl solche Mittel eine bestimmte Pulverbewegung in andernfalls zu stationären Gebieten vorsehen können, wird eine sehr ungleichmäßige Pulverströmung in der Nähe der Leitbleche erzeugt, und in dem Gebiet, das durch die Leitbleche abgeschirmt wird, wird die Partikelbewegung sehr unregelmäßig.
In der US 4,724,794 wird vorgeschlagen, die Pulverbewegung durch Ersetzen der Drehscheibe durch Platteneinrichtungen zu verbessern, die eine Vielzahl von ringförmigen Schlitzen definieren, die sich unter radialen Abständen zueinander in einer im wesentlichen radialen Richtung nach außen öffnen, wodurch Druckgas, das durch diese Schlitze ausgeblasen wird, die Zirkulation des behandelten Chargenmaterials in einer Richtung radial nach außen unterstützt. Vorzugsweise ist die Bewegung auch durch Impulsbleche auf der sich drehenden Platteneinrichtung und durch stationäre Ablenkungsplatten beeinflusst, wodurch eine Behandlung auf das Chargenmaterial auferlegt wird, die von der gleichen Art ist, wie die, die bei den oben erwähnten Mixern mit hoher Scherung erzielt wird.
Um die gewünschte Pulverbewegung in einer Vorrichtung zu erzielen, wie in derjenigen, die in dem US Patent vorgeschlagen wurde, wird das pulvrige Chargenmaterial einer solchen intensiven Behandlung unterworfen, dass ein hoher Grad an Komprimierung daraus resultiert, weshalb die Vorrichtung hauptsächlich zum Erzeugen von festen, hochdichten Partikeln geeignet ist, aber weniger passend zum Erzeugen von weniger kompakten Körnern ist, die sich in die Elementarteilchen zersetzen können, wie es oftmals gewünscht wird, wenn pharmazeutische Produkte oder Lebensmittel betroffen sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Es hat sich nun herausgestellt, dass das oben dargelegte Problem, das mit der Verwendung von Vorrichtungen der definierten Art und Vorrichtungen, die verhältnismäßig große Abmessungen zum Verarbeiten von größeren Mengen als sie bislang konventionell waren, verbunden ist, durch pneumatisches Aufrechterhalten der gewünschten Partikelströmung, wie es unten erklärt wird, gelöst werden kann. Dabei ist es nebenbei möglich, Vorteile im Betrieb und Produktverbesserungen zu erzielen, auch bei Vorrichtungen mit herkömmlicher Größe, die herkömmliche Mengen von nicht fluidisiertem Partikelmaterial behandeln.
In einem ersten Aspekt behandelt die Erfindung eine Vorrichtung zum Erzeugen und/oder Verarbeiten von Körnern, Pellets oder anderen teilchenförmigen Materialien, mit einer Kammer, die durch eine Wand umfasst wird, die im wesentlichen rotationssymmetrisch um eine vertikale Achse ist, wobei die Vorrichtung im Bodenbereich der Kammer eine im wesentlichen horizontale Scheibe hat, die auf einer vertikalen Welle axial in der Kammer montiert ist, eine Einrichtung zum Drehen der Welle und der Scheibe, einen ringförmigen Schlitz zwischen dem Rand der Scheibe und der Wand, eine Einrichtung, um pneumatisch zu verhindern, dass Partikel in der Kammer nach unten durch den Schlitz fallen, und mindestens eine Düse zum Sprühen einer Flüssigkeit oder von Dampf in die Kammer über der Scheibe. Gemäß der Erfindung ist diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Gasinjetor hat, der in die Kammer mündet, wobei der Injektor so positioniert und gerichtet ist, dass er eine Gasströmung radial nach innen in Richtung auf die Achse der Kammer vorsieht, um die Bewegung des behandelten Materials in Richtung auf die Mitte der Scheibe im oberen Teil des Gebiets voranzutreiben, das während des Betriebs der Vorrichtung durch das Material in einem sich bewegenden Zustand eingenommen wird.
Im Gegensatz zur Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik, die die oben diskutierte Art hat, die beispielsweise in der DE 37 05 343 C2 beschrieben ist, bei der eine Fluidisierung des teilchenförmigen Materials gewünscht wird, ist der ringförmige Schlitz zwischen dem Rand der Scheibe und der Kammerwand, der vorzugsweise sehr eng ist, was bedeutet weniger als 1 mm, der einzige Einlass für Gas im Bodenteil der Vorrichtung, und das durch diesen Schlitz eingeführte Gas dient dazu, den Schlitz und das unmittelbare Gebiet oberhalb des Schlitzes frei von teilchenförmigem Material zu halten und dem teilchenförmigen Material einen bestimmten pneumatischen Transport in der Nähe der Kammerwand nach oben aufzuerlegen. Somit wird der Hauptbereich der durch das teilchenförmige Material in der Vorrichtung eingenommenen Zone nicht durch das Gas aus dem Schlitz in einem wesentlichen Ausmaß durchdrungen, und folglich wird das teilchenförmige Material nicht fluidisiert sondern wird sich so bewegend gehalten, wie es genauer unten beschrieben wird, in einem verhältnismäßig kompakten Zustand durch den Einfluss der sich drehenden Scheibe, und durch den Einfluss in der Nähe der Kammerwand nach oben, der durch das Druckgas aus dem ringförmigen Schlitz hervorgerufen wird, und durch den Einfluss des Gases aus dem mindestens einen Gasinjektor im oberen Teil der Kammer nach unten.
In einem weiteren Aspekt sieht die Erfindung ein Verfahren zu Granulieren, Beschichten und Pulverschichten eines teilchenförmigen Materials unter Verwendung einer oben definierten Vorrichtung vor, wobei bei dem Verfahren ein teilchenförmiges Material in die Kammer eingeführt wird, die im wesentlichen horizontale Scheibe gedreht wird, wodurch das teilchenförmige Material nach außen transportiert wird, ein Gasstrom durch den ringförmigen Schlitz eingeblasen wird in einer Menge, die ausreichend ist, um den Schlitz und das Gebiet unmittelbar oberhalb des Schlitzes frei von teilchenförmigem Material zu halten und eine Bewegung des teilchenförmigen Materials nach oben entlang der Kammerwand voranzutreiben, aber in einer geringeren Menge als derjenigen, die das Material in der Vorrichtung fluidisieren würde, und eine Flüssigkeit (z. B. eine Lösung, Suspension oder Schmelze) oder Dampf durch die mindestens eine Düse gesprüht wird. Gemäß der Erfindung ist dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasstrahl von dem mindestens einen Gasinjektor verwendet wird, um die Bewegung des teilchenförmigen Materials vom Rand der Kammer zur Mitte der Scheibe im oberen Teil des Gebiets mit den sich bewegenden Partikeln voranzutreiben.
Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung sind im allgemeinen geeignet zum Granulieren, Beschichten und Pulverschichten von teilchenförmigen Materialien, aber gegenwärtig besteht eine Nachfrage für die dadurch erzielbaren, insbesondere in der Lebensmittelindustrie und noch mehr in der pharmazeutischen Industrie nachgefragt. Insbesondere sind die Vorrichtung und das Verfahren geeignet, in Verbindung mit dem Herstellen von pharmazeutischen Produkten, die eine verzögerte oder anderweitig kontrollierte Freigabe haben.
Demgemäß betrifft in einem dritten Aspekt die Erfindung ein pharmazeutisches Produkt, das eine kontrollierte Freigabe eines aktiven Medikaments im menschlichen oder tierischen Körper hat, wobei das Produkt dadurch gekennzeichnet ist, dass es Körner enthält, die durch das Verfahren der Erfindung hergestellt worden sind und/oder beschichtet sind.
Untenstehend wird die Erfindung weiter unter Verweis auf die Zeichnungen erklärt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In den Zeichnungen ist
Fig. 1 eine schematische, vertikale Querschnittansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung (Steuereinheiten und Einzelheiten sind nicht gezeigt);
Fig. 2 eine schematische, horizontale Querschnittsansicht der Ausführungsform der Vorrichtung, die in Figur gezeigt ist. Der Querschnitt ist so gelegt, wie es durch II-II in Fig. 1 angegeben ist, und die Vorrichtung ist in einem leeren Zustand gezeigt;
Fig. 3 eine schematische, vertikale Teilquerschnittsansicht des mit Teilchen gefüllten Teils der Kammer einer Granuliervorrichtung des Stands der Technik, die die Partikelströmung darin zeigt; und
Fig. 4 eine schematische, horizontale Querschnittsansicht ähnlich zu derjenigen, die in Fig. 3 gezeigt ist, aber mit der Verbesserung, die die Basis für die Erfindung bildet und somit mit einer Veranschaulichung der verbesserten Partikelströmung.
In den Figuren beziehen sich gleiche Referenzziffern auf identische oder ähnliche Einheiten.
Unter Verweis auf Fig. 1 und 2 ist eine Vorrichtung gezeigt, die eine Kammer 1, die durch Kammerwände 2 definiert wird, und einen Deckel 3 hat.
In dem unteren Teil der Kammer 1 ist eine kreisförmige Scheibe 4 auf einer Spindel 5 montiert, die durch einen Elektromotor 6 gedreht werden kann. In der gezeigten Ausführungsform ist der mittlere Bereich der Scheibe 4 durch einen Konus bedeckt, um ein Absetzen von Staub oder anderen teilchenförmigem Material im mittleren Bereich der Scheibe zu verhindern.
Unter der Scheibe ist ein Verteilerkanal mit einer Leitung 7 zur Zufuhr von Druckgas, beispielsweise Druckluft, verbunden.
Über dem Deckel 6 ist ein Trichter 8 für zu granulierendes Pulver oder für Körner oder inerte Kerne, die durch Pulverschichten oder Filmbeschichten einzukapseln sind. Der Trichter kann auch als ein Teil oder eine Einrichtung zum Einführen von feinem Pulver in einem Pulverschichtvorgang dienen, aber eine alternative Einrichtung, wie ein Einlass, sind wie unten erklärt wird, vorhanden.
Um das Einführen des Materials vom Trichter 8 in die Kammer 1 zu justieren, ist eine Ventileinrichtung 9 vorgesehen.
Der Deckel 3 ist ebenfalls mit einer Filtereinrichtung 10 versehen, um feine Partikel zu sammeln, die in einer Gasströmung enthalten sind, die nach oben durch den Filter gelangt. Der Filter ist mit einer (nicht gezeigten) Einrichtung versehen, um gesammelte Partikel aus der Filteroberfläche zurück in die Kammer 1 zu schütteln oder zu blasen. Gas, das durch den Filter 10 gelangt ist, wird durch die Leitung 11 ausgeblasen.
In der Nähe der Scheibe 4 und eng daran ist ein Produktauslass in der Kammerwand 2 vorgesehen.
Düsen 13 sind durch die Kammerwand 2 eingeführt und münden nahe an der inneren Oberfläche der Wand. In der dargestelltem Ausführungsform werden fünf Düsen verwendet, wie es in Fig. 2 zu erkennen ist.
Vorzugsweise sind die Düsen Zwei-Fluid-Düsen, die jede eine Flüssigkeitszufuhr 14 hat. Jede Düse ist auch an eine Leitung 15 für Druckgas, gewöhnlich Druckluft, angeschlossen.
Die Flüssigkeit, die durch die Zufuhr 14 zugeführt wird, kann typischerweise eine Lösung eines Bindemittels in einem flüchtigen Lösungsmittel sein, wie in Wasser oder einem organischen Lösungsmittel, oder sie kann ein Lösungsmittel sein, das die Oberfläche des zu behandelnden Materials oder die Oberfläche des verwendeten Pulvers in einem Pulverschichtvorgang durch Lösen von Komponenten der Partikel oder des Pulvers haftend macht. Alternativ kann die Flüssigkeit eine Schmelze sein, die eine Bindewirkung aufweist, wenn sie sich auf den Oberflächen verfestigt.
Alternativ kann die Düse 13 eine Einrichtung sein, um Dampf einzuführen, der durch Kondensieren die gewünschte Haftung auf den Partikeloberflächen bildet.
Als eine weitere Alternative können die Düsen 13 eine kombinierte Einrichtung zum Einspritzen von nicht nur zerstäubter Flüssigkeit sondern auch feinem Pulver sein, das zur Verwendung in einem Pulverschichtvorgang ist. Eine Einrichtung für ein solches kombiniertes Einführen von Pulver, Flüssigkeit und zerstäubendem Gas ist in der EP 505309 A2 beschrieben.
In Fig. 1, 2 und 4 bezeichnet Referenzziffer 16 einen Gasinjektor, der der vorliegenden Erfindung eigen ist. Der Gasinjektor ist mit einer Druckgasleitung 17 verbunden, typischerweise um Druckluft unter einem verhältnismäßig hohen Druck, beispielsweise 6 bar, zuzuführen.
In Fig. 1, 3 und 4 bezeichnet Referenzziffer 18 das Gebiet, in dem sich Partikelmaterial während des Betriebs der Vorrichtung sammelt.
Wenn beispielsweise ein Granuliervorgang in der Vorrichtung durchgeführt wird, kann der Betrieb wie folgt initiiert werden:
Druckgas wird durch die Leitung 7 eingeführt, um eine Gasströmung nach oben in dem ringförmigen Schlitz zwischen der Wand 2 und der Scheibe 4 zu erzeugen, um eine Bewegung der Partikel nach unten durch den Schlitz zu verhindern und einen pneumatischen Transport des Teilchenmaterials weg von dem Gebiet oberhalb des Schlitzes in der Nähe der inneren Oberfläche der Wand 2 aufrecht zu erhalten.
Die Rotation der Scheibe wird ausgelöst und die Charge des zu granulierenden Pulvers wird von 8 durch das Ventil 9 in die Kammer eingeführt.
Durch die Zentrifugalkraft beeinflusst, sammelt sich das Pulver in einem Gebiet, das in Fig. 1, 3 und 4 mit 18 bezeichnet ist.
Das Pulver wird in dem gewählten Beispiel dem Aussprühen von einer zerstäubten Lösung eines Bindemittels ausgesetzt. Das Lösungsmittel in der Lösung ist mindestens teilweise verdampft, was haftende Oberflächen in dem sich bewegenden Pulver zurücklässt, wodurch eine Agglomeration davon hervorgerufen wird. Durch eine weitere Agglomeration und Komprimierung wird das Pulver in Körner transformiert, die Strömungscharakteristika haben, die sich ziemlich von denen des Ausgangspulvers unterscheiden.
Um Körner zu erzielen, die eine eng begrenzte Größenverteilung haben, ist es wesentlich, dass alle Teile des Pulvers die gleiche Behandlung erfahren, was u. a. beinhaltet, dass sie im wesentlichen gleich oft an einer Sprühdüse vorbeigeführt werden.
Um dies zu erreichen, ist es wesentlich, dass die Bewegung oder Partikelströmung innerhalb des Gebiets, in dem sich das Pulver und die Körner anhäufen, und das dem Sprühen aus den Düsen unterworfen wird, sehr gleichmäßig ist.
Dies kann jedoch nicht mit den Prinzipien des Stands der Technik erreicht werden, wenn die Chargengröße so groß wie gewünscht ist.
Fig. 3 veranschaulicht ein Strömungsmuster, das typisch in einer großen, nicht fluidisierten Charge ist, insbesondere in dem Zustand, in dem eine bestimmte Körnerbildung bereits stattgefunden hat. Wie es zu erkennen ist, ist eine Wirbelströmung im unteren Teil des Gebiets 18 vorhanden, in dem die Partikel in der Nähe der Scheibe 4 in Richtung auf die Wand 2 strömen und in Richtung auf die Mitte der Scheibe hauptsächlich durch eine Zone 19 entfernt von dem oberen Teil des Gebiets 18 zurückkehren. Dies bedeutet, dass eine nicht ausreichende Bewegung von Partikeln im oberen Teil des Gebiets 18 über der Zone 19 vorhanden ist, und dass ein Sprühen durch eine (nicht gezeigte) Düse in dieses Gebiet zu einer sehr ungleichmäßigen Verteilung der ausgesprühten Flüssigkeit auf den Partikeln führt.
Fig. 4 zeigt, wie dieser Nachteil durch Verwenden des Prinzips der vorliegenden Erfindung behoben wird.
Durch Einsprühen eines Druckgases aus dem Gasinjektor 16 in einer Richtung radial nach innen in bezug auf die Scheibe wird die Bewegung der Partikel im oberen Teil des Gebiets 18 so verändert, dass die Bewegung von Partikeln in Richtung auf den mittleren Bereich der Scheibe verstärkt wird. Dadurch wird ein Strömungsmuster der Partikel erzeugt, das das gesamte Gebiet 18 umfasst. Dies bedeutet, dass alle Partikel an einer Wirbelströmung teilnehmen, wie es durch die Pfeile in Fig. 4 angegeben ist.
Wenn eine zerstäubte Flüssigkeit auf oder in das Gebiet 18 gesprüht wird, sind die Bedingungen zum Erzielen einer gleichmäßigen Benetzung aller Partikel, wesentlich verbessert im Vergleich zu den Bedingungen, die vorhanden sind, wenn keine Gasinjektion vorgenommen wird, wie es in Fig. 3 dargestellt ist.
Nebenbei stellt das in Fig. 4 gezeigte Strömungsmuster eine gleichmäßigere mechanische Behandlung aller Partikel sicher.
Die Gasinjektoren sind vorzugsweise so angeordnet, dass sie an einem Ort unter der Oberfläche des zu behandelnden Materials münden, wenn die Vorrichtung betrieben wird, was bedeutet innerhalb des Gebiets 18 in Fig. 1 und 4. Eine Verbesserung kann jedoch auch erreicht werden, wenn die Gasinjektoren in einem bestimmten Abstand über dem Gebiet 18 positioniert sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung werden die Gasinjektoren durch die Kammerwand 2 eingeführt und münden in der Nähe der Wand. Der Gasinjektor kann jedoch auch anderweitig eingeführt werden, beispielsweise durch den Deckel 3 (nicht gezeigte Ausführungsform).
Es wird bevorzugt, mehrere Gasinjektoren zu verwenden, die innerhalb der Kammerwand gleichmäßig beabstandet sind, beispielsweise wie es in Fig. 2 dargestellt ist.
Auch die Düsen münden vorzugsweise an einem Ort, der unter der Oberfläche des behandelten Materials ist, wenn die Vorrichtung betrieben wird, und sie sehen vorzugsweise ein Spray von Flüssigkeitstropfen oder Dampf in einer Richtung vor, die eine radiale Komponente nach innen in bezug auf die Scheibe 4 hat.
Wenn die Vorrichtung in einem Pulverschichtvorgang verwendet wird, kann das Pulver, wie es oben erklärt wurde, entweder durch den Trichter 8 und das Ventil 9 oder durch eine kombinierte Düse eingeführt werden, oder eine Dosierausrüstung oder eine andere (nicht gezeigte) Konstruktion können vorgesehen werden, vorzugsweise im Deckel 3.
Um den Kontakt zwischen dem teilchenförmigen Material und der Flüssigkeit oder dem Dampf, die durch die Düsen eingesprüht werden, zu erhöhen, wird bevorzugt, dass die Gasinjektoren so positioniert und gerichtet sind oder ausrichtbar sind, dass sie einen Gasstrahl erzeugen, der mit dem Spray aus den Düsen in Wechselwirkung tritt. Dadurch wird ein rascher Durchgang der Partikel durch die Spraywolke erreicht, so dass die Benetzfähigkeit verbessert wird und eine gleichmäßige Benetzung oder Beschichtung erreicht wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung werden zur Anwendung dieses Prinzips mehrere flüssigkeitszerstäubenden Düsen durch die Kammerwand auf im wesentlichen dem gleichen Niveau über der Scheibe und gleichmäßig beabstandet in die Wand eingeführt, und mehrere Gasinjektoren, die durch die Wand und gleichmäßig beabstandet eingeführt werden, werden auf einem Niveau über den Düsen angeordnet, und jeder der Injektoren ist so gerichtet oder kann so gerichtet werden, dass er einen nach unten geneigten Gasstrahl erzeugt. Als Alternative zur Anordnung der Gasinjektoren 16 und Düsen 13, die in Fig. 2 gezeigt ist, können die Injektoren z. B. direkt über den Düsen platziert werden.
Die zuzuführende Gasrate an die Injektoren 16 hängt von einigen Parametern ab, einschließlich der Partikelfließfähigkeit, die sich während des Vorgangs verändert. Die optimale Gasrate kann experimentell bestimmt werden.
Durch Verwendung von Ausführungsformen der Vorrichtung, bei denen die Richtung der Gasinjektoren 16 und möglicherweise auch der Düsen 13 nicht nur vertikal sondern auch horizontal justiert werden kann, ist es möglich, auf der Basis von einfachen Experimenten optimale Strömungsbedingungen herauszufinden.
Die Justierung der Gasrate, die an die Injektoren zugeführt wird, ist selbstverständlich eine weitere sehr flexible Einrichtung zum Kontrollieren des Vorgangs. Solch eine Justierung umfasst auch eine An-Aus-Regulierung, ebenso wie die Verwendung von einer pulsierenden Gaszufuhr.
Es kann bevorzugt sein, den pneumatischen Transport von teilchenförmigem Material entlang der inneren Wand der Behandlungskammer nach oben zu verstärken, indem vertikale Nuten in der inneren Wand auf dem Niveau der sich drehenden Scheibe vorgesehen werden. Vorzugsweise können solche Nuten gleichmäßig beabstandet entlang des inneren Umfangs der Kammerwand angeordnet sein. Jede Nut sieht einen Durchlass für Druckgas vor, wodurch lokal die Partikelbewegung nach oben erhöht wird. Vorzugsweise können die Nuten so angeordnet werden, dass sie mit den Düsen oder den Gasinjektoren zusammenwirken.
Durch Verwendung der oben beschriebenen Regulierung und der Justiermöglichkeiten kann der Vorgang vollständig im Hinblick auf die Partikelgrößenverteilung kontrolliert werden, und eine Charge kann in einer geringeren Zeit und auf eine reproduzierbare Weise verarbeitet werden.
Wie es oben erwähnt wurde, legt die vorliegende Erfindung Vorteile auch auf Vorrichtungen auf, die zum Betrieb mit Chargen von herkömmlicher Größe gestaltet sind, die beispielsweise für maximale Chargen von 20 kg gestaltet sind. Die wichtigste Verbesserung wird jedoch dann festgestellt, wenn größere Chargengrößen verwendet werden, bei denen das ungünstige Strömungsmuster, das in Verbindung mit Fig. 3 erklärt wurde, stärker ausgeprägt ist. Somit ist eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das teilchenförmige Material mit einer Chargengröße von mindestens 20 kg, vorzugsweise mindestens 50 kg und weiter vorzugsweise mindestens 80 kg behandelt wird. Der Durchmesser einer Vorrichtung für solche Chargen ist typischerweise bis zu 1 l/a Meter.
Die Injektion von Gas durch die Injektoren 16 kann den weiteren Vorteil haben, dass ein Verdampfen aus den benetzten Partikeln und das Entfernen von Dämpfen aus der Kammer vereinfacht werden. Das Verdampfen kann weiter durch Verringerung des Drucks in der Kammer 1 wie bisher verbessert werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Mikrowellenbeheizung angewendet werden. Das an die Injektoren zugeführte Gas und möglicherweise an die Düsen zugeführte Gas, ebenso wie das Gas, das an den ringförmigen Schlitz durch 7 zugeführt wird, ist am häufigsten Luft, wobei jedoch auch die Verwendung eines inerten Gases, wie Stickstoff oder Kohlenstoffdioxid für diesen Zweck in Betracht kommt.
Wenn die Vorrichtungen des Stands der Technik dieser fraglichen Art betrieben werden, ist es häufig notwendig, dass der Bediener visuell den Vorgang jederzeit überwacht, um den Vorgang unterbrechen zu können und ein manuelles Mischen durchzuführen oder andere Justierungen vorzunehmen, sollte das oben beschriebene ungünstige Strömungsmuster erzeugt werden.
Die vorliegende Erfindung verringert die Gefahr, dass dieses ungewünschte Strömungsmuster erzeugt wird, in solch einem Ausmaß, dass der Vorgang für eine automatische Steuerung geeigneter wird. Dadurch werden Arbeitskraftkosten verringert.
In einer der bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die Zufuhr von Flüssigkeit oder Dampf an die Düsen 13 und/oder die Zufuhr von schichtendem Pulver als Antwort auf Signale bewirkt, die durch mindestens eine Sensoreinrichtung erzeugt werden, die das teilchenförmige Material während seiner Behandlung überwachen, und/oder als Antwort auf ein vorjustiertes Programm.
Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird die Zufuhr von Gas an die Gasinjektoren und/oder die Anzahl von verwendeten Gasinjektoren in Abhängigkeit von Werten gesteuert, die in Abhängigkeit von einem Programm berechnet

Claims

1. Vorrichtung zum Erzeugen und/oder Verarbeiten von Körnern, Pellets oder anderen teilchenförmigen Materialien, mit einer Kammer (1), die durch eine Wand (2) umfasst wird, die im wesentlichen rotationssymmetrisch um eine vertikale Achse ist, im Bodenbereich der Kammer eine im wesentlichen horizontale dichte Scheibe (4) hat, die auf einer vertikalen Welle (5) axial in der Kammer montiert ist, einer Einrichtung (6) zum Drehen der Welle und der Scheibe, einem ringförmigen Schlitz zwischen dem Rand der Scheibe (4) und der Wand (2), einer Einrichtung, um den Schlitz und ein Gebiet unmittelbar oberhalb des Schlitzes pneumatisch frei von teilchenförmigem Material zu halten und um pneumatisch einen Transport des teilchenförmigen Materials nach oben entlang der Wand (2) zu unterstützen, und mindestens einer Düse (13) zum Sprühen einer Flüssigkeit oder von Dampf in die Kammer über der Scheibe, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Gasinjektor (16) hat, der in die Kammer mündet, wobei der Injektor positioniert und gerichtet ist, dass er einen Gasstrom nach innen gegen die Achse der Kammer (1) oder der Scheibe (4) vorsieht, um eine Bewegung des behandelten Materials in Richtung auf die Mitte der Scheibe (4) im oberen Teil des Gebiets (18) zu fördern, in dem während des Betriebs der Vorrichtung das Material in einem sich bewegenden Zustand in nicht fluidisiertem Zustand vorliegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Gasinjektor (16) an einem Ort mündet, der unter der Oberfläche des Materials ist, das behandelt wird, wenn die Vorrichtung betrieben wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Gasinjektor (16) durch die Kammerwand (2) eingeführt wird und nahe an der Wand mündet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Gasinjektoren (16) hat, die gleichmäßig entlang der Kammerwand (2) beabstandet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Düse (13) an einem Ort mündet, der unter der Oberfläche des behandelten Materials ist, wenn die Vorrichtung betrieben wird, und ein Spray von Flüssigkeitströpfchen oder Dampf in einer Richtung vorsieht, die eine radial nach innen gerichtete Komponente in bezug auf die Scheibe (4) hat.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter eine Einrichtung zum Einführen von schichtendem Pulver in die Kammer (1) hat.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Gasinjektor (16) so positioniert und gerichtet oder richtbar ist, dass er einen Gasstrahl erzeugt, der die Richtung des Sprays der mindestens einen Düse (13) kreuzt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Vielzahl von Flüssigkeit atomisierenden Düsen (13) hat, die durch die Kammerwand (2) auf im wesentlichen dem gleichen Niveau über der Scheibe (4) und gleichmäßig beabstandet in der Wand eingeführt sind, und eine Vielzahl von Gasinjektoren (16), die ebenfalls durch die Wand (2) eingeführt sind und gleichmäßig beabstandet auf einem Niveau über den Düsen sind, wobei jeder der Injektoren gerichtet ist oder richtbar ist, dass er einen Gasstrahl erzeugt, der nach unten geneigt ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter vertikale Nuten in der inneren Oberfläche der Kammerwand auf dem Niveau der Scheibe hat.

10. Verfahren zum Zerkleinern, Beschichten und/oder Pulverschichten eines teilchenförmigen Materials in nicht fluidisiertem Zustand unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein teilchenförmiges Material in die Kammer (1) eingeführt wird, die im wesentlichen horizontale Scheibe (4) gedreht wird, ein Gasstrom durch den ringförmigen Schlitz geblasen wird, um den Schlitz und das Gebiet unmittelbar darüber frei von teilchenförmigem Material zu halten und die Bewegung des teilchenförmigen Materials nach oben in der Nähe der Wand zu unterstützen, und eine Flüssigkeit oder ein Dampf durch die mindestens eine Düse gesprüht wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasstrahl von dem mindestens einen Gasinjektor (16) verwendet wird, um die Bewegung des teilchenförmigen Materials in nichtfluidisiertem Zustand vom Rand der Kammer (1) zur Mitte der Scheibe (4) im oberen Teil des Teilchenbewegungsgebiets (18) voranzutreiben.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrahl verwendet wird, um den Kontakt des teilchenförmigen Materials mit dem Düsenspray zu beeinflussen, um eine gleichmäßigere Behandlung des teilchenförmigen Materials zu erzielen, als es anderweitig möglich ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das teilchenförmige Material in einer Chargengröße von mindestens 20 kg, vorzugsweise mindestens 50 kg und weiter vorzugsweise mindestens 80 kg, behandelt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Flüssigkeit oder Dampf zu der mindestens einen Düse (13) und/oder die Zufuhr von schichtendem Pulver als Antwort auf Signale bewirkt wird, die durch mindestens eine Sensoreinrichtung erzeugt werden, die das teilchenförmige Material während seiner Behandlung überwacht, und/oder als Antwort auf ein voreingestelltes Programm.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Gas zu dem mindestens einen Gasinjektor (16) und/oder die Anzahl der verwendeten Gasinjektoren (16) in Abhängigkeit von Werten gesteuert wird, die gemäß einem Programm berechnet werden, das Signale berücksichtigt, die von einer automatischen Überwachungsausrüstung erhalten werden, die mit der Kammer (1) verbunden ist, und die Veränderungen der Partikelcharakteristika anzeigen, die während der Behandlung auftreten, und/oder in Abhängigkeit von einem voreingestellten Programm.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Flüssigkeit zu der mindestens einen Düse (13) und das mögliche Einführen von schichtendem Pulver bei einer vorbestimmten variablen Rate bewirkt wird, um eine automatische Zerkleinerung und nachfolgende Beschichtung und/oder Pulverschichtung auf einer Charge von teilchenförmigem Material sicherzustellen.