DE9410985U1

DE9410985U1 - Vorrichtung zum Behandeln von pulverförmigem oder granulatförmigem Material

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Publication number: DE9410985U1
Application number: DE9410985U
Authority: DE
Original assignee: Fuji Paudal Co Ltd
Current assignee: Fuji Paudal Co Ltd
Priority date: 1993-07-13
Filing date: 1994-07-08
Publication date: 1994-09-01
Anticipated expiration: 2004-07-09
Also published as: JPH0727476A; US5544426A; JPH0827133B2

Description

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Anmelder: 6. Juli 1994

Fuji-Paudal Company, Ltd. G 10642/la

2-30, 2-Chome, Da/Ei

Chuoh, Jot&ogr;

Osaka, Japan

Vorrichtung zum Behandeln von pulverförmigem oder granulat-

förmigem Material

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln von pulverförmigem oder granulatförmigem Material mit einem zylindrischen Gehäuse, in welchem wenigstens eine zu Rotation angetriebene Arbeitsscheibe koaxial angeordnet ist, die mit einer zentrischen Öffnung versehen ist, der eine Austrageinrichtung nachgeordnet ist.

Die Vorrichtung der eingangs genannten Art dient insbesondere zum Vereinzeln von extrudierten Granulaten, die von VerSChliedenen Arten von Extrusionsgranulatoren kommen, in welchen angefeuchtetes, pulverförmiges Rohmaterial durch Öffnungen einer Form hindurchgepreßt wird, um im wesentlichen zylindrische Granulate zu erzeugen.

Extrusionsgranulatoren werden in der pharmazeutischen Industrie, der Nahrungsmittelindustrie, der Düngemittelindustrie, der Agrochemie, der FüllstoffIndustrie, der Katalysatorindustrie ', der Keramikindustrie und ähnlichen Industrien vielfältig angewandt, um Granulate in der Größe von weniger als ein Millimeter Durchmesser bis zu mehreren Millimetern Durchmesser zu produzieren. In der typischen Herstellung von Granulaten mit Extrusionsgranulatoren wird pulverförmiges Rohmateri-

al zunächst befeuchtet, indem es mit einer Flüssigkeit und/ oder einem Bindemittel gemischt wird. Das befeuchtete Rohmaterial wird häufig in einer Knetvorrichtung weiter behandelt, um eine verbesserte Verformbarkeit zu erhalten und wird dann durch eine Vielzahl von Löchern der Form eines Extrusionsgranulators extrudiert. Jedes zylindrische Granulat, welches aus den Löchern der Form austritt, hängt aufgrund der Schwerkraft von der Außenseite der Form herunter, bis sein Eigengewicht dazu führt, daß es sich löst oder bricht. Die so erhaltenen Granulate sind von willkürlicher Länge und haben ein stark variierendes Längenverhältnis (Verhältnis der Längenabmessung zu ihrer Querabmessung oder ihrem Durchmesser), die von dem Bereich von 10 bis zu mehreren 100 reichen kann, abhängig von der Festigkeit und der Verformbarkeit des Granulats. Aus den Granulaten wird Feuchtigkeit üblicherweise in verschiedene Typen von Trocknern entfernt, beispielsweise Wirbelschichttrocknern, Rotationstrocknern oder Bandtrocknern, um einen akzeptierbaren End-Feuchtigkeitsgehalt zu erhalten.

In vielen Industriebereichen werden verstärkt Granulate mit gleichmäßigen Längen und kleinem Längenverhältnis verstärkt verlangt, abhängig von der beabsichtigten Anwendung. Beispielsweise sollen in der japanischen Pharmaindustrie Abweichungen in einer vorgegebenen Größenordnung sein, d.h. +10 Mesh = 0%, +12 Mesh, = 5% und -42 Mesh = 15%. Um diese Forderungen zu erfüllen, werden die getrockneten Granulate in einer Vereinzelungseinrichtung in trockenem Zustand behandelt, in welcher große Zusammenballungen von Extrudaten, die oft in dem Trockner entstehen, in gleichmäßig geformte einzelne Granulate vereinzelt werden. Üblicherweise führen derartige Vereinzelungseinrichtungen ein grobes Mahlen der Granulate durch, um die einzelnen Granulatstränge zu brechen und zu trennen, die möglicherweise aneinander haften. Beispielsweise kann eine derartige Vereinzelungsvorrichtung mit messerartigen Schneiden ausgerüstet sein, die innerhalb eines Siebes rotieren, oder es kann ein rotierendes Sieb mit stationär darin angeordneten Stangen oder Schneiden vorgesehen

sein. Das Sieb, das um die Schneidelemente herum angeordnet ist, hat eine vorgegebene Siebnummer, um die bearbeiteten Granulate zu klassifizieren, indem nur Granulate, die kleiner als die Siebnummer des Siebes sind, das Sieb passieren und ausgegeben werden können. Die so hergestellten Granulate können einem abschließenden Siebvorgang mit einer Siebvorrichtung unterzogen werden, wenn dies notwendig ist oder gewünscht wird, um Granulate zu entfernen, die zu fein oder zu grob sind.

Die vorstehend beschriebenen Verfahren für die kontinuierliche Produktion von gleichmäßg geformten Granulaten mit einem kleinen Längenverhältnis, d.h. durch aufeinanderfolgendes Extrusionsgranulieren, Trocknen, Vereinzeln und Sieben, haben Nachteile, so daß Bedarf an einem verbesserten Verfahren bezüglich der verschiedenen gewünschten Parameter besteht. Beispielsweise werden bei dem Vereinzeln zusammengebackener Granulate diese Granulate einer starken Kraft aufgrund der rotierenden Elemente ausgesetzt, wobei sie durch das Sieb aufgrund der von dem rotierenden Element erzeugten Kraft hindurchtreten. In vielen Fällen wird ein beträchtlicher Teil von Staub (häufig als Feinanteil bezeichnet) während des Verfahrens erzeugt, was zu einer verringerten Ausbeute führt.

In dem Fall von haftenden Materialien haben die aus den Löchern der Form des Extrusionsgranulaten austretenden Granulate die Neigung aneinander zu haften, wobei sie nudelartig gebündelte Konglomerate bilden, die zu Problemen während des Trocknens führen. Wenn diese Granulate in einem Bandtrockner oder einem stationären Schalentrockner getrocknet werden, bleiben die nudelartigen Konglomerate in diesem Zustand. Im Fall eines Wirbelschichttrockners ist die Energie des eingeführten Gasstromes normalerweise nicht stark genug, um die Konglomerate aufzulösen. In beiden Fällen läßt sich ein homogenes Trocknen nicht verwirklichen, während die Ausbeute gering ist.

D0KUMENT3

Wenn feine Granulate, beispielsweise 0,5mm oder weniger im Durchmesser, gefordert werden, kann eine hohe Durchdrückkraft in dem Granulator aufgrund der Reibung zwischen dem Material und den Innenwandungen der Löcher der Form entstehen, die zu erhöhter Wärmeerzeugung und geringerer Produktionsrate führt. Dieses Problem kann in gewissem Maße dadurch gelöst werden, daß die Verformbarkeit des zu extrudierenden Rohmaterials durch Erhöhung des Feuchtigkeitsgehaltes verbessert wird, (üblicherweise bei Zugabe von Flüssigkeit und/oder Binder), jedoch verursacht dies üblicherweise die vorstehend beschriebenen Haftprobleme.

Es wurden Versuche unternommen, eine trockene Vereinzelungseinrichtung des vorher erwähnten, mit einem Sieb ausgerüsteten Typs zu verwenden, um feuchte und klebende Granulate zu vereinzeln, bevor das Trocknen durchgeführt wird. Dieses Vorgehen war jedoch unbefriedigend wegen des Verstopfens des Siebes und des Haftens von Material im Innern der Vorrichtung.

Im Hinblick auf die Produktionsleistung ist es vorzuziehen, daß der Prozeß kontinuierlich abläuft und nicht chargenweise.

Bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Art (US-Re 27214) wird das granulatförmige Material aufgrund der ihm von der rotierenden Arbeitsscheibe erteilten Zentrifugalkraft nach außen geschleudert, wo es an der Wand hochsteigt und dann, nachdem die Zentrifugalkraft nicht mehr wirksam ist, aufgrund der Schwerkraft auf die Arbeitsscheibe zurückfällt. Dadurch fließt das Material in ringförmigen Wirbeln. Der Materialfluß ist relativ gleichmäßig, so daß die Gefahr besteht, daß relativ große Klumpen aus zusammenklebenden Granulaten nicht vereinzelt werden. Außerdem läßt sich die kontinuierlich beschickte Vorrichtung nicht automatisch völlig entleeren, da das Granulatmaterial nach Unterbrechen der Drehbewegungen der Arbeitscheibe in dem Bereich zwischen der Arbeitsscheibe und der Wand des Gehäuses verbleibt.

■5- ·· ·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die Vereinzelungswirkung verbessert wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß oberhalb der Arbeitsscheibe zum Gehäuseinnern gerichtete Einblaselemente zum strahlförmigen Einblasen eines Gases in das auf der Arbeitscheibe befindliche Material angeordnet sind.

Durch diese Ausbildung wird der Vorteil erhalten, daß der Materialfluß durch die eingeblasenen Gasstrahlen gestört wird, so daß infolge der ungleichmäßigeren Bewegung eine bessere Vereinzelung erhalten wird. Darüber hinaus wird der Vorteil erhalten, daß durch ein kurzzeitiges Unterbrechen der Drehbewegung oder durch ein Reduzieren der Drehgeschwindigkeit die Zentrifugalkraft unterbrochen oder so weit reduziert werden kann, daß die Gasstrahlen das Material von der Arbeitsscheibe herunter zu der Öffnung blasen, so daß die Vorrichtung dann automatisch vollständig entleert werden kann. Darüber hinaus trocknen die Gasstrahlen die Granulate an ihrer Oberfläche, so daß diese Granulate, nachdem sie einmal voneinander getrennt und vereinzelt worden sind, nicht mehr so leicht aneinanderhaften.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungbeispiele und den Unteransprüchen.

Fig. 1 zeigt eine teilweise aufgebrochene, perspektivische Ansicht einer bevorzugten erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1/

DOKUMENT!

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Anlage zum Erzeugen eines Granulates, die die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält,

Fig. 5 einen Horizontalschnitt entlang der Linie X-X der Fig. 3,

Fig. 6 einen weiteren Horizontalschnitt durch die Vorrichtung der Fig. 1 entlang der Linie Y-Y der Fig. 3,

Fig. 7 eine weitere teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 8 einen weiteren Vertikalschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 1 mit Darstellung der Materialflusses,

Fig. 9 einen Vertikalschnitt einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ähnlich Fig. 8, die ebenfalls den Materialfluß in der Vorrichtung zeigt.

Fig. 10 ist ein Horizontalschnitt ähnlich Fig. 6, die ein Beispiel für die Anordnung der Einblasdüsen darstellt,

Fig. 11 einen Horizontalschnitt ähnlich Fig. 10, die ein anderes Beispiel der Anordnung der Einblasdüsen darstellt,

Fig. 12 einen Horizontalschnitt ähnlich Fig. 10 und 11, die ein weiteres Beispiels der Anordnung der Einblasdüsen darstellt,

-I -

Fig. 13 einem Horizontalschnitt ähnlich Fig. 10 und 11, die ein weiteres Beispiel der Anordnung der Einblasdüsen zeigt,

Fig. 14 ein Diagramm, das die Verteilung des Längenverhältnisses des Granulates zeigt, wie es mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhalten wird und

Fig. 15 ein ähnliches Diagramm, das die Verteilung des Längenverhältnisses der Granulate darstellt, die mit einer konventionellen Vereinzelungsvorrichtung erhalten wird.

Die Vorrichtung nach Fig. 1, 2 und 3 enthält ein Gehäuse (1), eine in dem Gehäuse (1) angeordnete Arbeitsscheibe (2), eine oberhalb der Arbeitsscheibe (2) angeordnete Verteilerscheibe (10) und eine unterhalb der Arbeitsscheibe (2) angeordnete Austragscheibe (11). Die Verteilerscheibe (10) ist koaxial an dem oberen Ende einer Welle (15) befestigt, die die Austragscheibe (11) durchdringt und in deren Mitte befestigt ist. Die Arbeitsscheibe (3) ist koaxial und parallel zu der Austragscheibe (11) an den oberen Enden von in Umfangsrichtung verteilt -_s angeordneten Stangen (12) befestigt, die sich zwischen der Arbeitsscheibe (2) und der Austragsscheibe (11) erstrecken. Ein Antrieb, ein Antriebsmotor oder ein Riementrieb o.dgl., ist unterhalb des Bodens (8) des Gehäuses (1) mit der Welle (15) verbunden, um die Welle (15) anzutreiben und die Arbeitsscheibe (2) , die Verteilerscheibe (10) und die Austragsscheibe (11) zu drehen. Obwohl bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 die Arbeitsscheibe (2) , die Verteilerscheibe (10) und die Austragscheibe (11) mittels einer gemeinsamen Achse angetrieben werden, wird bei einer anderen Ausführungsform vorgesehen, daß jede dieser Scheiben unabhängig von der anderen mit unterschiedlichen Drehzahlen angetrieben werden.

DOKUMENTS

Die Arbeitsscheibe (2) hat in ihrer Mitte konzentrisch zur Antriebswelle (15) eine Öffnung (3). Der Durchmesser der Verteilerscheibe (10) ist größer als der Durchmesser der Öffnung (3) , um zu verhindern, daß die in das Gehäuse eingefüllten Granulate direkt durch die Öffnung (3) gelangen, ohne zur Arbeit sscheibe (2) hin umgelenkt zu werden.

Das Gehäuse (1) hat eine Deckenwand (7) mit einer zentralen Einfüllöffnung (13), sowie einen Boden (8), oberhalb von welchem eine Austragsöffnung (14) seitlich in einer Wand des Gehäuses (1) angeordnet ist. Die extrudierten Granulate werden oben in das Gehäuse (1) durch die Einfüllöffnung (13) eingefüllt und auf die Verteilerscheibe (10) aufgegeben. Es ist auch möglich, das Material direkt auf die Arbeitsscheibe (2) aufzugeben, d.h. mit einer radial versetzten Einfüllöffnung. In diesem Fall kann die Verteilerscheibe (10) entfallen.

Eine Vielzahl von Einblasdüsen (4) gehen durch die Seitenwand des Gehäuses (1) . Die Einblasdüsen (4) sind ringförmig verteilt oberhalb der Arbeitsscheibe (2) angeordnet, um ein gasförmiges Medium (Luft oder ein anderes Gas) in das Gehäuse (1) einzustrahlen. Das gasförmige Medium wird den Einblasdüsen (4) über eine mit einer Druckquelle verbundene Zuführleitung und^eine ringförmige Druckkammer (5) zugeführt, die das Gehäuse (1) im Bereich der Einblasdüsen (4) umgibt. Der zylindrische Bereich innerhalb des Gehäuses (1) oberhalb der Arbeitscheibe (2) , wo die Gasstrahlen eingestrahlt werden, bildet eine Arbeitskammer. In Aus führungs formen, die mit der Verteilerscheibe (10) versehen sind, begrenzt der Abstand zwischen der Verteilerscheibe (10) und der Arbeitsscheibe (2) die Arbeitskammer.

Im Betrieb werden Granulate von einem Extrusionsgranulator kontinuierlich dem Gehäuse (1) durch die Einfüllöffung (13) zugeführt und auf die Verteilerscheibe (10) aufgegeben. Von der Verteilerscheibe (10) werden die Granulate zunächst umgelenkt und in Umf ausrichtung nach außen verteilt, wonach sie

dann nach unten in die Arbeitskammer durch einen Ringspalt zweischen der Verteilerscheibe (10) und der Innenwand des Gehäuses (1) gelangen. In der Arbeitskammer gelangen die Granulate auf die rotierende Arbeitsscheibe (2), die diesen eine seilartige, drehende Bewegung erteilt, so daß die Granulate einer drehenden und umlaufenden Bewegung ausgesetzt werden, welche einen Vereinzelungseffekt auf die Granulate aufgrund von Reibung und Stoßkräften ausübt, die von der Arbeitsscheibe (2) und der Innenwandung des Gehäuses (1) verursacht werden. Bevorzugt ist die Oberseite der Arbeitsscheibe (2) profiliert, beispielsweise gekordelt oder auf andere Weise aufgerauht oder mit Vertiefungen in Form von sich kreuzenden Nuten versehen, die als wirkungsvollere Schneid- oder Reibelemente dienen.

Gleichzeitig werden Gasstrahlen in die Arbeitskammer durch die Einblasdüsen (4) eingestrahlt, die die nach außen geschleuderten, umlaufenden Granulate veranlaßt, ihre Bewegungsrichtung nach einem Kontakt mit den Gasstrahlen zu ändern, um nach innen zu und auch durch die Öffnung (3) in der Mitte der Arbeitsscheibe (2) sich zu bewegen und zu der Austragsscheibe (11) zu gelangen. Die auf diese Weise behandelten Granulate werden aufgrund der ihnen von der rotierenden Austragsscheibe (11) erteilten Zentrifugalkräfte nach außen gefördert und durch die Ausgabeöffnung (14) ausgegeben. Anstelle einer rotierenden Austragsscheibe (11) wird bei einer alternativen Lösung vorgesehen, daß die Granulate mittels Abstreifelementen zu der Ausgabeöffnung (14) gefördert werden.

In Fig. 4 ist ein Beispiel für eine Anlage zum Herstellen von Granulaten gezeigt, innerhalb welcher die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung angeordnet ist. Befeuchtete Granulate (A) , die von einem Extrusionsgranulator (20) erzeugt werden, beispielsweise einem Extrusionsgranulator nach dem US-Patent 5 240 400, werden der erfindungsgemäßen Vorrichtung (100) durch die Einfüllöffnung (13) zugeführt, d.h. der Naß-Typenvereinzelungsvorrichtung. Eine Einrichtung zum Zuführen

von unter Überdruck stehendem, gasförmigem Medium, beispielsweise ein Gebläse (21), ist vorgesehen, um eine Gasströmung zu erzeugen und durch einen Wärmetauscher (22) (Heizvorrichtung oder Kühlvorrichtung) hindurch der ringförmigen Druckkammer (5) und der Vielzahl von Einblasdüsen zuzuführen, von welchem Gasstrahlen in die Arbeitskammer (30) der Vorrichtung (10) eingestrahlt werden. Die Granulate werden in der Arbeitskammer (3 0) vereinzelt und auf gleichförmige Größen gebracht, mittels der kombinierten Wirkungen der Arbeitsscheibe (2) und der Gasstrahlen, wonach sie durch die Austragsöffnung (14) ausgegeben werden, wie vorstehend beschrieben wurde.

Die Austragsöffnung (14) steht mit einer Leitung in Verbindung, die die ausgetragenen Granulate, die in der Gasströmung transportiert werden, in einen Zentrifugalabscheider (23) liefern, in welchem die Granulate von der Gasströmung getrennt und durch ein rotierendes Ventil (24) (oder eine andere gasdichte Vorrichtung) kontinuierlich an die nachfolgende Bearbeitungsstation weitergegeben werden, beispielsweise eine kontinuierlich arbeitende Trocknungsvorrichtung. Die Gasströmung wird von dem Zentrifugalabscheider (23) in einen Filtersack (25) gelenkt, wo das Gas von Staub gereinigt wird. Das gereinigte Gas wird dann von einem Gebläse (26) abgesaugt.

Fig. 5, 6 und 7 zeigen in Schnitten der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch den Materialfluß der eingefüllten Granulate und des gasförmigen Mediums in der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 5 zeigt die von Zentrifugalkräften verursachte Bewegung des eingefüllten Materials auf der Verteilerscheibe (10) . Fig. 6 zeigt die Bewegung des eingefüllten Materials auf der Arbeitsscheibe (2) zusammen mit den Gasstrahlen, die aus den Einblasdüsen (4) ausgestrahlt werden. Fig. 7 zeigt perspektivisch die Bewegung des Materials und des Gases in der Vorrichtung.

Die Verteilerscheibe (10), die Arbeitsscheibe (2) und die Austragsscheibe (11) drehen gemeinsame in die gleiche Richtung, wie mit dem Pfeil (40) gezeigt ist. Die Gasstrahlen mit dem Arbeitsgas werden durch die Einblasdüsen in gegensinniger Richtung eingestrahlt, wie dies mit dem Pfeil (44) dargestellt ist (Fig. 6) . Die gestrichelten Linien (41) stellen den Fließweg des eingefüllten Materials auf der Verteilerscheibe (10) dar. Die Linien (42) stellen die seilartig drehende und umlaufende Bewegung des Materialflusses auf der Arbeitsscheibe (2) dar. Der Pfeil (44) zeigt die Richtung, in welcher die Gasstrahlen des Arbeitsgases von den Einblasdüsen (4) ausgestrahlt werden. Die Linien (45) zeigen den Materialfluß aufgrund der Einwirkung der Gasstrahlen. Die Linien (46) (Fig. 7) zeigen den Materialfluß beim Austragen.

Gemäß Fig. 7 werden die von einem Extrusionsgranulator hergestellten Granulate (A) durch die Einfüllöffnung (13) hindurch auf die Verteilerscheibe (10) zugeführt, von wo sie um die Verteilerscheibe (10) herum und nach außen aufgrund der Zentrifugalkraft verteilt werden, wie dies mit den Linien (41) gezeigt ist. Von dem umlaufenden Rand der Verteilerscheibe (10) fallen die Granulate aufgrund der Schwerkraft nach unten in die Arbeitskammer (3 0) und auf die Arbeitsscheibe (2).

In der Arbeitskammer (30) wird das eingefüllte Material einer drehenden, seilartigen Bewegung aufgrund der kombinierten Wirkung der Zentrifugalkraft der Arbeitsscheibe (2) und der nach innen gerichteten Strahlen der Einblasdüsen (4) unterworfen, wie dies mit den Linien (42) dargestellt ist. Das Material als Ganzes läuft am Umfang der Arbeitsscheibe (2) in Richtung von deren Rotation um, wie dies mit dem Pfeil (43) dargestellt ist. Da das Material während des Umlaufs gegensinnig ausgerichteten Gasstrahlen aus den Einblasdüsen (4) ausgesetzt ist, ergibt sich eine Gegenwirkung zu der Zentrifugalkraft, wobei die Gasstrahlen das Material in Richtung (45) zu der mittleren Öffnung (3) umlenken.

Die vorstehend beschriebene Wirkung auf das in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingefüllte Material dient in der folgenden Weise zum Verteilen und Vereinzeln des Materials. Klebrige Granulate oder Granulate mit einem hohen Feuchtigkeitsgehalt, die von den Löchern einer Form eines Extrusionsgranulators kommen, haben die Neigung zusammenzukleben und nudelartige Konglomerate zu bilden, wie bereits vorher erwähnt wurde. Wenn diese Granulate auf die Verteilerscheibe (10) aufgegeben werden, so werden sie gezwungen, sich nach außen zu bewegen, so daß sie zunächst aufgrund der ihnen erteilten Zentrifugalkraft verteilt werden. In der folgenden Arbeitskammer werden längere Granulate und Konglomerate der berschriebenen seilartigen Dreh- und Umlaufbewegung (42, 45) ausgesetzt, wobei sie ein zweites Mal verteilt und vereinzelt werden, und zwar in Kombination mit der Wirkung der eingeblasenen Gasstrahlen.

Durch das Einblasen der Gasstrahlen in die Arbeitskammer werden die Granulate an ihrer oberfläche getrocknet, was sie an einem Wiederzusammenhaften und einem erneuten Bilden von Konglomeraten hindert und was sie außerdem daran hindert, an den Innenflächen der Vorrichtung haftenzubleiben. Ein weiterer Effekt der Gasstrahlen ist, daß die Granulate durch die Gasströmung beschleunigt werden, so daß sie miteinander kollidiren, was zu einem zusätzlichen Verteilungs- und Vereinzelungseffekt führt, um die Bildung von gleichförmigen Granulaten mit geringem Längenverhältnis in sehr kurzer Zeit zu fördern.

Verschiedene Betriebs- und Konstruktionsparameter der Vorrichtung beeinflussen die Produktionsleistung sowie die physikalischen Eigenschaften der erzeugten Granulate, z.B.

a) die Drehzahl der Arbeitsscheibe (2),

b) die Größe der Öffnung (3) der Arbeitsscheibe (2),

c) die Anzahl der Einblasdüsen (4),

d) der Winkel der Einblasdüsen (4),

DOKUMENTS

e) die Einstrahlrichtung der Einbalsdüsen (4) im Verhältnis zu der Drehrichtung der Arbeitsscheibe (2),

f) die Gasstrahlgeschwindigkeit und

g) die Menge des eingestrahlten Gases.

Die optimalen Werte für diese Parameter werden jeweils in Abhängigkeit von den physikalischen Eigenschaften des zu behandelten Materials und abhängig von der geforderten Granulatqualität gewählt.

Wenn beispielsweise extrudiertes Material mit relativ hoher Festigkeit behandelt wird, so wird normalerweise empfohlen, daß die Drehzahl der Arbeitsscheibe (2), die Gasmenge und die Gasgeschwindigkeit mit relativ höheren Werten gewählt werden, um die Fähigkeit der Vorrichtung zum Auflösen aneinanderheftenden extrudierten Materials zu erhöhen.

Wenn die Festigkeit des extrudierten Materials sehr groß ist, sollte die Richtung der Gasstrahlen von wenigstens einigen der Einblasdüsen (4) so gewählt werden, daß sie gleichsinnig mit der Drehrichtung der Arbeitsscheibe (2) ist. Die Gasgeschwindigkeit sollte erhöht werden, um stärkere !Collisionswirkung zwischen den Materialpartikeln sowie zwischen den Gasstrahlen und den Materialpartikeln zu erhalten. Im gegenteiligen _k Fall, wenn die Festigkeit des extrudierten Materials relativ gering ist, sollte die Drehzahl der Arbeitsscheibe (2) , die Anzahl der Einblasdüsen (4) und die Geschwindigkeit der Gasstrahlen verringert werden, um die erzeugte Vereinzelungsenergie zu verringern. Wenn Granulate mit geringem Längenverhältnis gefordert werden, sollte die Menge an Material erhöht werden, die sich zu jeder gegebenen Zeit in der Arbeitskammer befindet, um die Verweilzeit zu erhöhen, für welche das Material in der Arbeitskammer zurückgehalten wird. Dies resultiert in einer erhöhten Menge an Material, das die sich drehende, seilartige Form (42) am Umfang der Arbeitsscheibe (2) bildet, wie dies in Fig. 7 und 8 dargestellt ist.

Auf diese Weise werden zwei Kräfte auf das Material in der Arbeitskammer ausgeübt. Zunächst wird eine Zentrifugalkraft durch die Rotation der Arbeitsscheibe (2) erzeugt, welche das Material nach außen zu dem Umfang der Arbeitsscheibe (2) fördert . Des weiteren fördern Zug- oder Stoßkräfte aufgrund der Gasstrahlen das Material in der gleichen Richtung, in der das Arbeitsgas eingestrahlt wird. Die Radialkomponente der gesamten Gasströmung erzeugt eine Mitnahmekraft auf das Material, die die Tendenz hat, das Material in die zentrale Öffnung (3) der Arbeitsscheibe (2) zu blasen. Diese Mitnahmekräfte transportieren gemeinsam das Material in der Arbeitskammer nach innen zu der Mitte der Arbeitsscheibe (2).

Die Menge des in der Arbeitskammer befindlichen Materials wird durch das Gleichgewicht zwischen der oben erwähnten Zentrifugalkraft und den Mitnahmekräften der Gasstrahlen bestimmt. Wenn beispielsweise die Gasströmungsmenge verringert und die Drehzahl der Arbeitsscheibe (2) erhöht wird, sind die daraus resultierenden Mitnahmekräfte verringert, während die daraus resultierenden Zentrifugalkräfte erhöht werden. Das Ergebnis davon ist, daß die in der Arbeitskammer bleibende Menge an Material vergrößert wird. Eine weitere Möglichkeit, um die Menge des in der Arbeitskammer verbleibenden Materials festzulegen, besteht darin, eine Wand um die Öffnung (3) der Arbeitsscheibe (2) anzuordnen, um die Fähigkeit des Materials, aus der Arbeitskammer abzuströmen, zu behindern (siehe Fig. 9).

In Fig. 10 bis 13 sind verschiedene Einblasdüsen (4) dargestellt, wobei deren Einstrahlwinkel und/oder Einstrahlrichtung variieren. Bei jeder dieser Ausführungsformen sind acht Einblasdüsen in der Gehäusewand vorgesehen, wobei die Drehrichtung der Arbeitsscheibe (10) im Uhrzeigersinn ist, wie dies mit dem Pfeil (40) angedeutet ist. In Fig. 10 sind alle Gasstrahlen in dem gleichen Winkel angeordnet, um das Arbeit sgas in Gegenrichtung zu der Drehrichtung der Arbeitsscheibe (2) einzustrahlen. In Fig. 11 sind alle Gasstrahlen

··· · ·· ·· ·····&diams; DOKUMENT3

radial so ausgerichtet, um das Arbeitsgas in radialer Richtung zu der Mitte der Arbeitsscheibe (2) einzustrahlen. In Fig. 12 sind alle Gasstrahlen unter dem gleichen Winkel ausgerichtet, um das Arbeitsgas in gleicher Richtung mit der Drehrichtung der Arbeitsscheibe (2) einzustrahlen. In Fig. 13 sind zwei Einblasdüsen (4-1, 4-5) der insgesamt acht Einblasdüsen (4-1 bis 4-8) so ausgerichtet, daß sie das Arbeitsgas in der gleichen Richtung wie die Drehrichtung der Arbeitsscheibe (2) einstrahlen, während die übrigen das Arbeitsgas entgegen der Drehrichtung der Arbeitsscheibe (2) einstrahlen. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel besteht die Vorstellung, daß die Geschwindigkeit, mit welcher das Arbeitsgas eingestrahlt wird, verschieden für die verschieden ausgerichteten Einblasdüsen (4) ist. Die vorstehenden Ausführungen bezüglich der Richtung der Gasstrahlen beziehen sich auf die axiale Ansicht, die in Fig. 10 bis 13 dargestellt ist. Darüber hinaus sind die Einblasdüsen (4) im wesentlichen parallel zu der Oberfläche der Arbeitsscheibe (2) gerichtet.

Bei allen Ausführungsformen nach Fig. 10 bis 13 sind alle Einblasdüsen (4) in der gleichen Höhe oberhalb der Arbeitsscheibe (2) angeordnet. Bei einer abgewandelten Ausführungsform wird vorgesehen, daß die Einblasdüsen (4) in unterschiedlichen Höhen bezüglich der Arbeitsscheibe (2) angeordnet werden. Beispielsweise kann eine Mehrzahl einer Einblasdüsenanordnung in unterschiedlicher Höhe angeordnet werden, wobei zusätzlich die Gaseinstrahlrichtung und der Winkel dieser Einblasdüsenanordnungen verschieden gewählt werden kann.

Um eine große Vielzahl von Materialien mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften behandeln zu können, können Hilfsfunktionen zu der Vorrichtung hinzugefügt werden. Für das Behandeln von extrudiertem Material mit hohem Flüssigkeit sgehalt kann ein heizender Wärmetauscher (22) zwischen dem Gebläse (21) und der Vorrichtung (100) angeordnet werden (Fig. 4) , um heißes Gas zuzuführen, um die Trocknungsfähigkeit zu steigern und nochmaliges Zusammenbacken zu verhindern

und Haftungsproblemen zuvorzukommen. Um Granulate mit runder Form und kleinem Längenverhältnis zu produzieren, ist eine längere Verweilzeit für das Material in der Arbeitskammer gefordert . Dies kann zu einem übermäßigen Verdampfen von Feuchtigkeit der Granulate führen, was dann seinerseits zur Erzeugung eines beträchtlichen Anteils an Staub aufgrund der Loslösung von getrockneten Partikeln von der Oberfläche der Granulate führen kann. Dieses Problem kann dadurch beseitigt werden, daß eine oder mehrere Sprühdüsen für Flüssigkeit in dem Gehäuse angebracht werden. Dies kann teilweise in Ersatz der Einblasdüsen (4) geschehen, wobei dann diese Sprühdüsen einen Feuchtigkeitsnebel in die Arbeitskammer einblasen, um den Feuchtigkeitsgehalt der Granulate auf einem konstanten Niveau zu halten.

Wie weiter in Fig. 4 dargestellt ist, kann der Innendruck innerhalb der Vorrichtung (100) dadurch beeinflußt werden, daß das Gebläse (26) an die Austragsleitung (14) der Vorrichtung (100) angeschlossen wird. Indem die Gebläseleistung (Gasdurchsatz und Druck) genügend hoch gewählt werden, um einen Unterdruck an der Einfüllöffnung (13) zu erzeugen, ist es möglich, das extrudierte Material von dem Extrusionsgranulator (20) dierekt in die Vorrichtung (100) einzufüllen, ohne daß Dichtungen zwischen den Granulator (20) und der Vorrichtung (100) vorgesehen werden, weil dann das extrudierte Material in die Einfüllöffnung (13) zusammen mit Atmosphärenluft eingesaugt wird. Zusätzlich kann durch die Wahl eines Sauggebläses (26) erreicht werden, daß die Granulate von der Vorrichtung (100) pneumatisch entladen und einer nachfolgenden Stelle für ein nachfolgendes Behandeln zugeführt werden. Zusätzlich können mit Hilfe eines Sauggebläses (26) die ausgebrachten Granulate pneumatisch von der Vorrichtung (100) zu einer nachfolgenden Stelle für ein nachfolgendes Behandeln transportiert werden.

Die vorteilhaften Wirkungen der vorliegenden Erfindung sind empirisch mit Resultaten von durchgeführten Vereinzelungsver-

suchen belegt, die nachfolgend zusammengefaßt sind. Die Tabelle 1 gibt die tatsächlichen Arbeitsbedingungen und Parameter der Vorrichtung während der Versuche wieder, während die Tabelle 2 die tatsächliche Zusammensetzung des getesteten Rohmaterials wiedergibt. Ein Stirn-Extrusionsgranulator mit Doppelschrauben entsprechend dem US-Patent 5 240 400 mit einem Lochdruchmesser der Form von etwa 0,5mm wurde für die Versuche eingesetzt.

Tabelle 1

Innendurchmesser des Gehäuses (mm) Durchmesser der Öffnung in (mm) Gasstrahlrichtung

Gasstrahlwinkel Gasdurchsatz (m³/min) Drehzahl der Arbeitsscheibe (min¹)

400

230

entgegen der Drehrichtung der Arbeitsscheibe

45°

5
400

Tabelle 2

Rohmaterial

Talkumpude r Bentonit-Pulver Wasser

Gewichtsverhältnis
70 Teile 30 Teile 17% (auf trockener Basis)

Unter Benutzung der beschriebenen Vorrichtung wurde extrudiertes Material mit 0,5mm im Durchmesser kontinuierlich in die Vorrichtung mit einer Zuführrate von 1.500kg/h zugeführt. Nach dem Vereinzelungsvorgang und einem anschließenden Trocknen in einem Wirbelschichttrockner wurde ein vergrößertes Foto von Granulaten genommen. 200 Granulate wurden bezüglich

ihres Längenverhältnisses geprüft. Das Ergebnis ist in der Tafel 3 und in der Graphik der Fig. 14 dargestellt. Granulate, die mit Hilfe einer üblichen Vereinzelungsvorrichtung erhalten wurden, (der eingangs beschriebene Typ mit rotierenden Schneiden und einem 2mm Sieb), wurden bezüglich ihres Längenverhältnisses nach dem gleichen Vorgehen geprüft. Die Ergebnisse dieser Prüfung sind in der Tabelle 4 und in der Graphik nach Fig. 15 dargestellt.

Tabelle 3

Längenverhältnis 0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9
% 3,0 47,0 36,0 13,0 1,0 -

mittleres Längenverhältnis 2,02
Durchschnittliche Abweichung 0,67

Tabelle 4

Längenverhältnis 0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9
% - 5,7 28,6 12,9 22,8 11,4 14,3 4,3

mittleres Längenverhältnis 4,04

durchschnittliche Abweichung 1,66

Eine vergleichende Analyse der so erhaltenen Daten zeigt, daß das mittleres Längenverhältnis der Granulate aus einer konventionellen Vereinzelungsvorrichtung etwa 4 betrug, während das durchschnittliche Längenverhältnis der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung produzierten Granulate etwa 2 betrug. Ebenso war die durchschnittliche Abweichung des Längenverhältnisses der nach der Erfindung hergestellten Granulate wesentlich kleiner als diejenige der mit einer konventionellen Vereinzelungsvorrichtung hergestellten Granulate.

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Weiter wurde eine vergleichende Prüfung mittels einer Siebanalyse ausgeführt, um die in beiden Vereinzelungsverfahren erzeugten Mengen an Staub herauszufinden. Die Menge an Feinteilen (weniger als 100 mesh) in den mittels der konventionellen Vereinzelungsvorrichtung erzeugten Granulaten betrug etwa 1,5 Gewichtsprozent, während der Anteil an den gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugten Granulaten bei etwa 0,3% lag, d.h. etwa 5 mal kleiner war.

Die vorliegende Erfindung schafft eine kontinuierlich arbeitende Vereinzelungsvorrichtung zum Formen und Vereinzeln von extrudiertem Material eines Extrusionsgranulators in feuchtem Zustand mit minimaler Stauberzeugung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorteilhaft bei nudelartig zusammenhängendem extrudierten Material mit hohem Feuchtigkeitsgehalt oder haftenden Eigenschaften verwendet werden, ohne daß Probleme wie nochmaliges Zusammenbacken in einem anschließenden Trocknungsprozeß erzeugt werden. Es werden Gasstrahlen zum Verteilen und Auflösen des extrudierten Materials eingesetzt, wodurch jedes potentielle Problem von Materialanhaftung im Innern der Vorrichtung ausgeschlossen wird, was in stabilen Arbeitsbedingungen resultiert. Durch Regeln der Temperatur und/oder der Feuchtigkeit der Gasstrahlen ist es möglich, während des Vereinzelungsprozesses zusätzliche Behandlungen auszuführen, beispielsweise Heizen, Kühlen, Feuchtigkeit entfernen oder Feuchtigkeit zufügen.

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Claims

Schutzansnrüche

1. Vorrichtung zum Behandeln von pulverförmiger!! oder granulat förmigem Material mit einem zylindrischen Gehäuse, in welchem wenigstens eine zu Rotation angetriebene Arbeitsscheibe koaxial angeordnet ist, die mit einer zentrischen Öffnung versehen ist, der eine Austragseinrichtung nachgeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Arbeitsscheibe (2) zum Gehäuseinnern gerichtete Einblaselemente (4) zum strahlförmigen Einblasen eines Gases in das auf der Arbeitsscheibe (2) befindliche Material angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblaselemente in der Wand des Gehäuses (1) angeordnete Einblasdüsen (4) sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Gehäuses (1) im Bereich der Einblaselemente (4) mit einer ringförmigen Versorgungsleitung (5) versehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung zu den Einblaselementen ein Wärmetauscher (22) und/oder eine Befeuchtungseinrichtung oder eine Trocknungseinrichtung angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Versorgung der Blaselemente ein vorzugsweise bezüglich seiner Leistung verstellbares Gebläse (26) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblaselemente ringförmig verteilt

in einer oder mehreren zur Arbeitsscheibe (2) parallelen Ebene angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der Blaselemente einen Querschnitt und/oder eine axiale Länge und/oder eine Form aufweisen, die von dem Querschnitt und/oder der axialen Länge und/oder der Form der übrigen Blaselemente verschieden ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasrichtung der Einblaselemente (4) eine im wesentlichen parallel zu der Ebene der Arbeitsschritte (2) gerichtete Komponente aufweisen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß alle Blaselemente (4) mit gleicher Blasrichtung zum Innenraum des Gehäuses (1) ausgerichtet sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der Blaselemente eine Richtungskomponente entgegen der Drehrichtung der Arbeitsscheibe (2) aufweisen.

11. J₁ Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der Blaselemente (4) eine Richtungskomponente in Drehrichtung der Arbeitsscheibe (2) aufweisen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der Blaselemente

(4) radial zur Drehachse der Arbeitsscheibe (2) gerichtet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Sprühdüsen zum Einsprühen einer Flüssigkeit in das Gehäuse (1) vorgesehen sincL

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14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Zuführöffnung (13) und der Arbeitsscheibe (2) eine zu Rotation antreibbare Verteilerscheibe (10) angeordnet ist, deren Durchmesser größer als der Durchmesser der Öffnung (3) der Arbeitsscheibe (2) ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch geknnzeichnet, daß der Arbeitsscheibe (2) eine zur Rotation antreibbare Austragsscheibe (11) nachgeordnet ist.