EP1186348B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten - Google Patents

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EP1186348B1
EP1186348B1 EP01121120A EP01121120A EP1186348B1 EP 1186348 B1 EP1186348 B1 EP 1186348B1 EP 01121120 A EP01121120 A EP 01121120A EP 01121120 A EP01121120 A EP 01121120A EP 1186348 B1 EP1186348 B1 EP 1186348B1
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EP
European Patent Office
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hollow cylinder
range
liquid
cylinder
atomized
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EP01121120A
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Markus Nowotny
Guido Schaer
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Original Assignee
DSM IP Assets BV
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/14—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means with multiple outlet openings; with strainers in or outside the outlet opening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B3/00—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements
    • B05B3/02—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements
    • B05B3/10—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member, i.e. the spraying being effected by centrifugal forces
    • B05B3/1007—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member, i.e. the spraying being effected by centrifugal forces characterised by the rotating member
    • B05B3/1021—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements discharging over substantially the whole periphery of the rotating member, i.e. the spraying being effected by centrifugal forces characterised by the rotating member with individual passages at its periphery

Definitions

  • the invention further relates to methods for sputtering, for spray cooling and for spray-drying a liquid using a Device of the type mentioned above.
  • the invention further relates to the use of a device of the above mentioned type for the production of powders from solutions or dispersions, and preferably from emulsions.
  • the invention is fundamentally based on the object, a device of the kind specified above, with which a close Drop size distribution is achievable, the average drop size when sprayed in a range of 50 to 500 microns, and preferably should be in a range of 100 to 350 microns.
  • the invention also the object of a device of the above To provide type, with which technically desired throughputs can be achieved in the atomization of the liquid, and which thereby should work wear-resistant.
  • the structure and dimensions of the Hollow cylinder and the round hole nozzles in the cylindrical wall to are chosen so that a uniform distribution of the liquid and the Temperature of this liquid in the hollow cylinder and in the just mentioned round hole nozzles is achieved, and that the round hole nozzles a have low tendency to clog.
  • the should Hollow cylinder easy to assemble and dismantle, and the hollow cylinder as well as the round hole nozzles should be easy to clean.
  • the invention is also the object of the method for Sputtering, for spray cooling or spray drying of a liquid to provide with a device according to the invention.
  • liquid is intended to mean solutions, in particular aqueous solutions, Dispersions and emulsions of active ingredients, as well as melts, e.g. Fat melts that may contain an active ingredient include.
  • active ingredients are fat-soluble vitamins, such as vitamins A, E, D and K; Carotenoids, such as ⁇ -carotene, zeaxanthin, lutein and astaxanthin, and fat-soluble pharmaceutical agents; but also water-soluble Pharmaceutical agents and vitamins, such as vitamin C and the Vitamins of the B group.
  • the hollow cylinder is on a screwed with co-rotating hollow shaft, which is used to feed the atomizing liquid in the hollow cylinder is used.
  • the hollow cylinder can therefore be mounted and removed with little effort, which reduces the time spent on maintenance work. Through this and through the very simple structure and the small wall thickness of the hollow cylinder the hollow cylinder and the round hole nozzles are easy to clean.
  • the device related part of the above-mentioned object is according to the invention also with a device of the type specified above solved, which has the features defined in claim 12 features.
  • the latter means may e.g. a co-rotating hollow shaft 19th include, which is also rotatable by the drive 12 and which on the one hand e.g. via a pump with a source of liquid to be atomized, on the other hand connected to the hollow cylinder 11 and 21, respectively.
  • the hollow cylinder 11 or 21 can be made of all for the here described Purpose of machinable materials, e.g. out a metal, such as steel or alloy steel, or a plastic, such as Polyvinyl chloride or polyethylene.
  • the drive 12 makes it possible to the hollow cylinder 11 at a speed rotate in a range between 2000 and 20,000 revolutions per Minute and preferably between 3000 and 10000 revolutions per Minute is.
  • a first embodiment of an inventive device has the The above-described basic structure according to FIG. 1 and contains a Hollow cylinder 11 according to FIGS 2-4.
  • the hollow cylinder 11 is at its lower end closed with a bottom 13 and has at its upper end a Opening 15.
  • the Cylinder jacket 16 of the hollow cylinder 11 a plurality of round hole nozzles 18 for dispensing the liquid to be atomized.
  • the hollow cylinder 11 is at its upper side with the co-rotating Hollow shaft 19 separably connected, through which a liquid in the Hollow cylinder 11 through the opening 15 can be inserted.
  • the hollow cylinder 11th is preferably screwed onto the co-rotating hollow shaft 19. This has the advantage that the hollow cylinder 11 mounted without special tool or is removable.
  • the hollow cylinder 11 has a diameter which between 10 and 25 millimeters.
  • the surface of the cylinder jacket 16, which has the round hole nozzles 18, extends in the axial direction over a length which is between 20 and 120 Millimeters lies.
  • Each of the round hole nozzles 18 in the shell 16 of the hollow cylinder 11 has a Hole diameter ranging between 0.05 and 1 millimeter, preferably between 0.1 and 0.4 millimeters.
  • Each of the Round hole nozzles 18 in the shell 16 of the hollow cylinder 11 has a relationship Length / hole diameter ranging between 1 and 50, preferably between 2 and 10.
  • the hollow cylinder 11 is through suitable choice of the viscosity of the liquid to be atomized, Throughput of the liquid to be atomized, the speed and the Diameter of the hollow cylinder 11 a laminar yarn decay and thus a narrow droplet size distribution when Zertropfen achieved, the average droplet size when sprayed between 50 and 500 Micrometer and preferably between 100 and 350 microns.
  • An embodiment of the device according to the invention has the above described basic structure according to FIG. 1, but contains instead of the Hollow cylinder 11 according to the figures 1-3 an arrangement according to the 5-9, which arrangement a rotatable hollow cylinder 21 for Contains the intake of the liquid to be atomized and an inlet pipe 31, which is rotatable with the hollow cylinder 21 and through which the atomizing liquid in the hollow cylinder 21 is inserted.
  • the hollow cylinder 21 is at its lower end closed with a bottom 23 and has at its upper end a Opening 25.
  • the Mantle 26 of the hollow cylinder 11 a plurality of round hole nozzles 28 for Dispensing of the liquid to be atomized.
  • the hollow cylinder 21 is at its upper end with the co-rotating Hollow shaft 19 separably connected, through which a liquid in the Hollow cylinder 21 is inserted through the opening 25.
  • the hollow cylinder 21st is preferably screwed onto the co-rotating hollow shaft 19. This has the advantage that the hollow cylinder 21 mounted without special tool or is removable.
  • the hollow cylinder 21 has a diameter which suitably between 10 and 60 millimeters, and preferably between 20 and 40 millimeters, lies.
  • the surface of the cylinder jacket 26, which has the round hole nozzles 28, extends in the axial direction over a length that expediently between 120 and 400 millimeters, and preferably between 120 and 250 Millimeters lies.
  • Each of the round hole nozzles 28 in the shell 26 of the hollow cylinder 21 has a Hole diameter reasonably between 0.05 and 1 mm and preferably between 0.1 and 0.4 millimeters.
  • Each of the Round hole nozzles 28 in the shell 26 of the hollow cylinder 21 has a relationship Length / hole diameter between 1 and 50 and preferably between 2 and 10 lies.
  • the inlet pipe 31 is arranged in the cylinder 21 so that the longitudinal axis 34 of the inlet pipe 31 with the axis of rotation 27 of the hollow cylinder 21st coincides.
  • the inlet 32 of the inlet pipe 31 is connected to the opening 25 of the Hollow cylinder 21 and thereby with the source of the atomized Fluid connected.
  • the output 33 of the inlet pipe 31 is in the interior of the hollow cylinder 21 and arranged in its end region, in which the bottom of the hollow cylinder lies.
  • the outlet 33 of the inlet pipe 31 is the inside of the cylinder wall 26 facing, wherein the distance between this output 33 and the Inside the cylinder bottom 23 much smaller than the distance between this output 33 and the opening 25 of the hollow cylinder 21 is.
  • the distance between the outlet 33 of the inlet pipe 31 and the Inside the cylinder bottom 23 is preferably between 1 and 20 Millimeter.
  • the cylindrical side wall 35 of the inlet pipe 31 except the above-mentioned output 33 more Openings on, with all these openings in the axial direction between its input 32 and its output 33 are arranged.
  • the device according to the invention described above feasible Zerstäubungsart can be used for the production of large-scale Powders of solutions, dispersions, or preferably emulsions, and Melting be applied.
  • FIG. 10 An example of the apparatus required for this purpose is shown schematically in FIG. 10.
  • This structure includes a stacking container 41, a feed pump 42, a filter 43, a temperature-conditioned delivery line 44, a spray container 45, a spray 46, a product discharge line 47, and possibly a supply line 48 for necessary auxiliaries such as silica, starch, cold / warm air or others aids.
  • the mesh size of the filter 43 is a function of the hole diameter the round hole nozzles 18 and 28 selected.
  • hole diameter in one Range between 0.05 and 1 millimeter is e.g. a filter 43 with a Mesh size selected in a range between 50 and 1000 microns.
  • hole diameters in a range between 0.1 and 0.4 millimeters is preferably a filter 43 with a mesh size in a range between 100 and 400 microns.
  • aqueous drug e.g., vitamin E
  • emulsion is placed in the stack container 41 stored at 60 ° C.
  • the feed pump 42 is the emulsion, with a dry substance from about 45-50%, through the filter 43, with a typical mesh size 100-300 microns, promoted to the spray 46.
  • the emulsion in the Spray container 45 atomized.
  • the ambient temperature in the spray container 45 is 20 ° C.
  • the required auxiliary substances 8 in the Spray container 45 dosed.

Landscapes

  • Nozzles (AREA)
  • Glanulating (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
  • Colloid Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten, welche Vorrichtung
  • einen drehbaren Hohlzylinder zur Aufnahme der zu zerstäubenden Flüssigkeit, und
  • einen Antrieb zum Rotieren des Hohlzylinders enthält,
wobei der Hohlzylinder an seinem unteren Ende mit einem Boden verschlossen ist und an seinem oberen Ende eine Öffnung hat, und dessen Mantel eine Vielzahl von Rundlochdüsen zur Abgabe der zu zerstäubenden Flüssigkeit aufweist.
Eine derartige Vorrichtung ist aus US 3241948 bekannt.
Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zum Zerstäuben, zur Sprühkühlung und zur Sprühtrocknung einer Flüssigkeit unter Verwendung einer Vorrichtung der oben erwähnten Art.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer Vorrichtung der oben erwähnten Art zur Erzeugung von Pulvern aus Lösungen oder Dispersionen, und vorzugsweise aus Emulsionen.
Eine Vorrichtung der oben erwähnten Art ist auch in der Veröffentlichung von P. Schmid "Auslegung rotierender poröser Zerstäubungskörper", Verfahrenstechnik 8 (1974) Nr. 7, beschrieben. Diese Veröffentlichung enthält eine prinzipielle Beschreibung der Benutzung eines Hohlzylinders mit einer Vielzahl von Rundlochdüsen.
Der Erfindung liegt grundsätzlich die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der oben angegebenen Art zur Verfügung zu stellen, mit der eine enge Tropfengrössenverteilung erzielbar ist, wobei die mittlere Tropfengrösse bei der Versprühung in einem Bereich von 50 bis 500 Mikrometer, und vorzugsweise in einem Bereich von 100 bis 350 Mikrometer liegen sollte. Im Rahmen dieser grundsätzlichen Aufgabenstellung liegt der Erfindung ausserdem die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der oben angegebenen Art zur Verfügung zu stellen, mit welcher technisch erwünschte Durchsätze bei der Zerstäubung der Flüssigkeit zu erzielen sind, und welche dabei verschleissarm arbeiten soll. Die Struktur und die Abmessungen des Hohlzylinders und der Rundlochdüsen in dessen zylindrischer Wand sollen so gewählt seien, dass eine gleichmässige Verteilung der Flüssigkeit und der Temperatur dieser Flüssigkeit im Hohlzylinder und in den soeben erwähnten Rundlochdüsen erreicht wird, und dass die Rundlochdüsen eine geringe Verstopfungsneigung aufweisen. Darüber hinaus sollte der Hohlzylinder leicht montier- und abmontierbar sein, und der Hohlzylinder sowie die Rundlochdüsen sollten leicht zu reinigen sein.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde Verfahren zum Zerstäuben, zur Sprühkühlung oder zur Sprühtrocknung einer Flüssigkeit mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Verfügung zu stellen.
Der Ausdruck "Flüssigkeit" soll Lösungen, insbesondere wässrige Lösungen, Dispersionen und Emulsionen von Wirkstoffen, sowie Schmelzen, z.B. Fettschmelzen, die einen Wirkstoff enthalten können, umfassen. Beispiele von Wirkstoffen sind fettlösliche Vitamine, wie die Vitamine A, E, D und K; Carotinoide, wie β-Carotin, Zeaxanthin, Lutein und Astaxanthin, und fettlösliche pharmazeutische Wirkstoffe; aber auch wasserlösliche pharmazeutische Wirkstoffe und Vitamine, wie Vitamin C und die Vitamine der B-Gruppe.
Der eine Vorrichtung betreffende Teil der oben erwähnten Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einer Vorrichtung der oben angegebenen Art gelöst, welche die im Patentanspruch 1 definierten Merkmale aufweist.
Weitere Aspekte dieser erfindungsgemässen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 2-11 definiert.
Die Vorteile dieser erfindungsgemässen Vorrichtung sind wie folgt:
  • sie ermöglicht es, einen laminaren Fadenzerfall der zu zerstäubenden Flüssigkeit zu erzeugen und damit eine enge Tropfengrössenverteilung zu erzielen, wobei die mittlere Tropfengrösse bei der Versprühung in einem Bereich von 50 bis 500 Mikrometer, und bei bevorzugten Ausführungsformen in einem Bereich von 100 bis 350 Mikrometer liegt,
  • eine sehr einfache Struktur, die relativ kleinen Abmessungen und das geringe Gewicht des Hohlzylinders ermöglichen einen sehr kompakten Aufbau der Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten,
  • die relativ kleinen Abmessungen bewirken weiterhin eine gleichmässige Verteilung der Flüssigkeit und der Temperatur dieser Flüssigkeit im Hohlzylinder und in den Rundlochdüsen im Zylindermantel, wodurch ebenfalls verhindert wird, dass sich die Rundlochdüsen durch Trocknungs- oder Geliervorgänge zusetzen und auf diese Weise verstopfen,
  • durch die relativ geringen Strömungsgeschwindigkeiten in den Bohrungen der Rundlochdüsen des Hohlzylinders wird ein sehr verschleissarmer Betrieb erreicht,
  • für den Rotationsantrieb des Hohlzylinders wird erheblich weniger Energie als bei konventionellen Lösungen benötigt, und
  • sie ist für relativ niedrige Flüssigkeitsdurchsätze optimal geeignet.
In einer Ausführungsform ist der Hohlzylinder auf einer mitrotierenden Hohlwelle aufgeschraubt, die zur Einspeisung der zu zerstäubenden Flüssigkeit in den Hohlzylinder dient. Der Hohlzylinder kann daher mit geringem Aufwand montiert und abmontiert werden, was den Zeitaufwand für Unterhaltsarbeiten verringert. Hierdurch und durch die sehr einfache Struktur sowie die geringe Wandstärke des Hohlzylinders sind der Hohlzylinder sowie die Rundlochdüsen leicht zu reinigen.
Der eine Vorrichtung betreffende Teil der oben erwähnten Aufgabe wird erfindungsgemäss auch mit einer Vorrichtung der oben angegebenen Art gelöst, welche die im Patentanspruch 12 definierten Merkmale aufweist.
Weitere Aspekte dieser erfindungsgemässen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 13-28 definiert.
Die oben erwähnten Vorteile der erfindungsgemässen Vorrichtung gemäss Anspruch 1 gelten auch für die erfindungsgemässe Vorrichtung gemäss Anspruch 12. Durch den relativ geringen Mehraufwand für das Einlaufrohr wird trotz gegebenenfalls grösserer Abmessungen des Hohlzylinders vorteilhafterweise eine gleichmässige Verteilung der Flüssigkeit im Hohlzylinder und in den Rundlochdüsen des Mantels des Hohlzylinders und eine gleichmässige Verteilung der Temperatur dieser Flüssigkeit im Hohlzylinder erzielt.
Der ein Verfahren betreffende Teil der oben erwähnten Aufgabe wird erfindungsgemäss mit Verfahren der oben angegebenen Art gelöst, welche in den Patentansprüchen 29-36 definiert sind.
Mit dem Verfahren gemäss Anspruch 30 wird eine sehr geringe Verstopfungsneigung der Rundlochdüsen der zylindrischen Wand des Hohlzylinders erzielt.
Der Teil der oben erwähnten Aufgabe, welcher eine Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung betrifft, wird durch die Verwendung gelöst, die durch den Patentanspruch 37 definiert ist.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Figuren 1-11 beschrieben. Es zeigen
  • Fig. 1 eine erfindungsgemässe Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten, in welcher Vorrichtung ein Hohlzylinder gemäss Fig. 2 oder eine Anordnung : Hohlzylinder 21 mit Einlaufrohr 31, gemäss Fig. 9 verwendbar ist,
  • Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer ersten Ausführungsform 11 des Hohlzylinders einer erfindungsgemässen Vorrichtung,
  • Fig. 3 eine vergrösserte Darstellung einer Seitenansicht des Ausschnitts E in Fig. 2,
  • Fig. 4 eine vergrösserte Darstellung eines kleinen Teils eines Querschnitts des Zylindermantels 16 in Fig. 2,
  • Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer zweiten Ausführungsform 21 des Hohlzylinders einer erfindungsgemässen Vorrichtung,
  • Fig. 6 eine vergrösserte Darstellung einer Seitenansicht des Ausschnitts F in Fig. 5,
  • Fig. 7 eine vergrösserte Darstellung eines kleinen Teils eines Querschnitts des Zylindermantels 26 in Fig. 5,
  • Fig. 8 einen Querschnitt eines Einlaufrohrs 31, das im Hohlzylinder 21 gemäss Fig. 5 eingesetzt wird,
  • Fig. 9 einen Querschnitt des Hohlzylinders 21 gemäss Fig. 5 mit einem in diesem Hohlzylinder eingesetzten Einlaufrohr 31,
  • Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Anordnung, bei der eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Erzeugung von Pulvern aus Lösungen, Dispersionen, Emulsionen und Schmelzen, vorzugsweise aus Emulsionen, verwendet wird.
  • Fig. 11 ein Diagramm aus dem die mit der erfindungsgemässen Vorrichtung erzielte enge Korngrössenverteilung, dargestellt als Volumenverteilung, hervorgeht.
    • PRINZIPIELLE STRUKTUR EINER ERFINDUNGSGEMÄSSEN VORRICHTUNG
    Wie in Fig. 1 dargestellt, enthält eine erfindungsgemässe Vorrichtung folgende Komponenten:
    • einen drehbaren Hohlzylinder 11 oder 21 zur Aufnahme der zu zerstäubenden Flüssigkeit,
    • einen, vorzugsweise elektromechanischen, Antrieb 12 zum Rotieren des Hohlzylinders 11 bzw. 21 enthält, und
    • Mittel, durch welche die zu zerstäubende Flüssigkeit dem Hohlzylinder 11 bzw. 21 mit einem bestimmten Druck zugeführt wird. Dieser Druck liegt z.B. zwischen 0.3 und 5 bar.
    Die zuletzt genannten Mittel können z.B. eine mitrotierende Hohlwelle 19 umfassen, welche auch vom Antrieb 12 drehbar ist und welche einerseits z.B. über eine Pumpe mit einer Quelle der zu zerstäubenden Flüssigkeit, andererseits mit dem Hohlzylinder 11 bzw. 21 verbunden ist.
    Der Hohlzylinder 11 bzw. 21 kann aus allen für den hier beschriebenen Zweck mechanisch bearbeitbaren Materialien hergestellt werden, z.B. aus einem Metall, wie Stahl oder legiertem Stahl, oder einem Kunststoff, wie Polyvinylchlorid oder Polyethylen.
    Der Antrieb 12 ermöglicht es, den Hohlzylinder 11 mit einer Drehzahl zu rotieren, die in einem Bereich zwischen 2000 und 20000 Umdrehungen pro Minute und vorzugsweise zwischen 3000 und 10000 Umdrehungen pro Minute liegt.
    Nachstehend werden zwei verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemässen Vorrichtung beschrieben.
    ERSTES BEISPIEL EINER ERFINDUNGSGEMÄSSEN VORRICHTUNG
    Eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung hat die oben beschriebene prinzipielle Struktur gemäss Fig. 1 und enthält einen Hohlzylinder 11 gemäss den Figuren 2-4.
    Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Hohlzylinder 11 an seinem unteren Ende mit einem Boden 13 verschlossen und hat an seinem oberen Ende eine Öffnung 15. Wie in den Figuren 3 und 4 im Detail dargestellt, weist der Zylindermantel 16 des Hohlzylinders 11 eine Vielzahl von Rundlochdüsen 18 zur Abgabe der zu zerstäubenden Flüssigkeit auf.
    Der Hohlzylinder 11 ist an seiner oberen Seite mit der mitrotierenden Hohlwelle 19 trennbar verbunden, durch welche eine Flüssigkeit in den Hohlzylinder 11 durch die Öffnung 15 einführbar ist. Der Hohlzylinder 11 ist vorzugsweise auf die mitrotierende Hohlwelle 19 aufschraubbar. Dies hat den Vorteil, dass der Hohlzylinder 11 ohne Spezialwerkzeug montier- bzw. demontierbar ist. Der Hohlzylinder 11 hat einen Durchmesser, der zwischen 10 und 25 Millimeter liegt.
    Die Fläche des Zylindermantels 16, welche die Rundlochdüsen 18 aufweist, erstreckt sich in axialer Richtung über eine Länge, die zwischen 20 und 120 Millimeter liegt.
    Jede der Rundlochdüsen 18 im Mantel 16 des Hohlzylinders 11 hat einen Lochdurchmesser, der in einem Bereich zwischen 0.05 und 1 Millimeter, vorzugsweise zwischen 0.1 und 0.4 Millimeter liegt. Jede der Rundlochdüsen 18 im Mantel 16 des Hohlzylinders 11 hat ein Verhältnis Länge/Lochdurchmesser, das in einem Bereich zwischen 1 und 50, vorzugsweise zwischen 2 und 10 liegt.
    Mit der soeben beschriebenen Ausführung des Hohlzylinders 11 ist durch geeignete Wahl der Viskosität der zu zerstäubenden Flüssigkeit, des Durchsatzes der zu zerstäubenden Flüssigkeit, der Drehzahl und des Durchmessers des Hohlzylinders 11 ein laminarer Fadenzerfall und damit eine enge Tropfengrössenverteilung beim Zertropfen erzielbar, wobei die mittlere Tropfengrösse bei der Versprühung zwischen 50 und 500 Mikrometer und vorzugsweise zwischen 100 und 350 Mikrometer liegt.
    ZWEITES BEISPIEL EINER ERFINDUNGSGEMÄSSEN VORRICHTUNG
    Eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung hat die oben beschriebene prinzipielle Struktur gemäss Fig. 1, enthält aber anstelle des Hohlzylinders 11 gemäss den Figuren 1-3 eine Anordnung gemäss den Figuren 5-9, welche Anordnung einen drehbaren Hohlzylinder 21 zur Aufnahme der zu zerstäubenden Flüssigkeit und ein Einlaufrohr 31 enthält, das mit dem Hohlzylinders 21 drehbar ist und durch welches die zu zerstäubende Flüssigkeit in den Hohlzylinders 21 einführbar ist.
    Wie aus Fig. 5 ersichtlich, ist der Hohlzylinder 21 an seinem unteren Ende mit einem Boden 23 verschlossen und hat an seinem oberen Ende eine Öffnung 25. Wie in den Figuren 6 und 7 im Detail dargestellt, weist der Mantel 26 des Hohlzylinders 11 eine Vielzahl von Rundlochdüsen 28 zur Abgabe der zu zerstäubenden Flüssigkeit auf.
    Der Hohlzylinder 21 ist an seinem oberen Ende mit der mitrotierenden Hohlwelle 19 trennbar verbunden, durch welche eine Flüssigkeit in den Hohlzylinder 21 durch die Öffnung 25 einführbar ist. Der Hohlzylinder 21 ist vorzugsweise auf die mitrotierende Hohlwelle 19 aufschraubbar. Dies hat den Vorteil, dass der Hohlzylinder 21 ohne Spezialwerkzeug montier- bzw. demontierbar ist. Der Hohlzylinder 21 hat einen Durchmesser, der zweckmässig zwischen 10 und 60 Millimeter, und vorzugsweise zwischen 20 und 40 Millimeter, liegt.
    Die Fläche des Zylindermantels 26, welche die Rundlochdüsen 28 aufweist, erstreckt sich in axialer Richtung über eine Länge, die zweckmässig zwischen 120 und 400 Millimeter, und vorzugsweise zwischen 120 und 250 Millimeter liegt.
    Jede der Rundlochdüsen 28 im Mantel 26 des Hohlzylinders 21 hat einen Lochdurchmesser, der zweckmässig zwischen 0.05 und 1 Millimeter und vorzugsweise zwischen 0.1 und 0.4 Millimeter liegt. Jede der Rundlochdüsen 28 im Mantel 26 des Hohlzylinders 21 hat ein Verhältnis Länge/Lochdurchmesser, das zwischen 1 und 50 und vorzugsweise zwischen 2 und 10 liegt.
    Das Einlaufrohr 31 ist im Zylinder 21 so angeordnet, dass die Längsachse 34 des Einlaufrohrs 31 mit der Rotationsachse 27 des Hohlzylinders 21 zusammenfällt.
    Der Eingang 32 des Einlaufrohrs 31 ist mit der Öffnung 25 des Hohlzylinders 21 und dadurch mit der Quelle der zu zerstäubenden Flüssigkeit verbunden.
    Der Ausgang 33 des Einlaufrohrs 31 ist im Innern des Hohlzylinders 21 und in seinem Endbereich angeordnet, in dem der Boden des Hohlzylinders liegt.
    Der Ausgang 33 des Einlaufrohrs 31 ist der Innenseite der Zylinderwand 26 zugewandt, wobei der Abstand zwischen diesem Ausgang 33 und der Innenseite des Zylinderbodens 23 viel kleiner als der Abstand zwischen diesem Ausgang 33 und der Öffnung 25 des Hohlzylinders 21 ist.
    Der Abstand zwischen dem Ausgang 33 des Einlaufrohrs 31 und der Innenseite des Zylinderbodens 23 liegt vorzugsweise zwischen 1 und 20 Millimeter.
    In einer bevorzugten Ausführungsform weist die zylindrische Seitenwand 35 des Einlaufrohrs 31 ausser dem oben erwähnten Ausgang 33 mehrere Öffnungen auf, wobei alle diese Öffnungen in axialer Richtung zwischen seinem Eingang 32 und seinem Ausgang 33 angeordnet sind.
    BEISPIELE VON VERFAHREN, DIE MIT EINER ERFINDUNGSGEMÄSSEN VORRICHTUNG DURCHFÜHRBAR SIND
    Mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung sind zum Beispiel unter anderem folgende Verfahren 1) bis 5) durchführbar, wobei sämtliche Rundlochdüsen im Mantel des Hohlzylinders 11 bzw. 21 vollständig mit der Flüssigkeit gefüllt werden, und wobei der Flüssigkeitsdurchsatz durch den Hohlzylinder so eingestellt wird, dass die Flüssigkeit mit einer Strömungsgeschwindigkeit zwischen 0.1 und 2.0 m/s und vorzugsweise mit einer Strömungsgeschwindigkeit zwischen 0.3 und 1.0 m/s durch die Rundlochdüsen fliesst.
  • 1) Ein Verfahren zum Zerstäuben einer Flüssigkeit, bei dem die Flüssigkeit mittels einer der oben beschriebenen Vorrichtungen zerstäubt wird.
  • 2) Ein Verfahren zur Sprühkühlung einer Flüssigkeit, bei dem die Flüssigkeit mittels einer der oben beschriebenen Vorrichtungen zerstäubt wird, wobei der Hohlzylinder 11 bzw. 21 in einem Gasstrom, z.B. in einem Luftstrom mit einer Lufttemperatur zwischen 5 und 50 °C angeordnet wird. Anstelle von Luft sind andere Gase, z.B. Stickstoff, verwendbar.
  • 3) Ein Verfahren zur Sprühkühlung einer Flüssigkeit, bei dem die Flüssigkeit mittels einer der oben beschriebenen Vorrichtungen zerstäubt wird, wobei die Versprühung in einem indirekt temperierten Raum erfolgt, in dem die Raumtemperatur zwischen 5 und 50 °C liegt.
  • 4) Ein Verfahren zur Sprühtrocknung einer Flüssigkeit, bei dem die Flüssigkeit mittels einer der oben beschriebenen Vorrichtungen zerstäubt wird, wobei der Hohlzylinder 11 bzw. 21 in einem Gasstrom mit einer Gastemperatur zwischen 140 und 300 °C angeordnet wird.
  • 5) Ein Verfahren zur Sprühtrocknung einer Flüssigkeit, bei dem die Flüssigkeit mittels einer der oben beschriebenen Vorrichtungen zerstäubt wird, wobei die Versprühung in einem indirekt temperierten Raum erfolgt, in dem die Raumtemperatur zwischen 140 und 300 °C liegt.
    • Die mit den oben beschriebenen, erfindungsgemässen Vorrichtungen erzielbare enge Korngrössenverteilung ist im Diagramm gemäss Fig. 11 als Volumenverteilung dargestellt.
    Anwendungsbeispiele
    Die mit der oben beschriebenen, erfindungsgemässen Vorrichtung durchführbare Zerstäubungsart kann grosstechnisch für die Produktion von Pulvern aus Lösungen, Dispersionen, oder vorzugsweise Emulsionen, sowie Schmelzen angewendet werden.
    Ein Beispiel für den dafür benötigten apparativen Aufbau ist schematisch in Fig. 10 dargestellt. Dieser Aufbau umfasst
    einen Stapelbehälter 41, eine Förderpumpe 42, ein Filter 43, eine Temperatur-konditionierte Förderleitung 44, einen Sprühbehälter 45, eine Sprüheinrichtung 46, eine Produktaustragleitung 47, und eventuell eine Zufuhrleitung 48 für nötige Hilfsstoffe wie z.B. Kieselsäure, Stärke, Kalt/Warmluft oder andere Hilfsmittel.
    Die Maschenweite des Filters 43 wird in Funktion des Lochdurchmessers der Rundlochdüsen 18 bzw. 28 gewählt. Für Lochdurchmesser in einem Bereich zwischen 0.05 und 1 Millimeter wird z.B. ein Filter 43 mit einer Maschenweite in einem Bereich zwischen 50 und 1000 Mikrometer gewählt. Für Lochdurchmesser in einem Bereich zwischen 0.1 und 0.4 Millimeter wird vorzugsweise ein Filter 43 mit einer Maschenweite in einem Bereich zwischen 100 und 400 Mikrometer gewählt.
    Anwendungsbeispiel: Herstellung eines Wirkstoffpulvers in Gelatinematrix
    Eine wässrige Wirkstoff (z.B. Vitamin E-) Emulsion wird im Stapelbehälter 41 bei 60°C gelagert.
    Über die Förderpumpe 42 wird die Emulsion, mit einer Trockensubstanz von ca. 45-50 %, durch den Filter 43, mit einer typischen Maschenweite 100-300 Mikrometer, zur Sprüheinrichtung 46 gefördert.
    Über die beschriebene Sprüheinrichtung 46 wird die Emulsion in den Sprühbehälter 45 zerstäubt. Die Umgebungstemperatur im Sprühbehälter 45 beträgt 20 °C. Gleichzeitig werden die benötigten Hilfsstoffe 8 in den Sprühbehälter 45 dosiert.
    Die Versprühung erfolgt mit der erfindungsgemässen Sprüheinrichtung 46, die folgende Merkmale aufweist:
  • Rundlochdurchmesser DB = 0.3 Millimeter,
  • Anzahl der Rundlochdüsen = 1000,
  • Dicke der Zylinderwand s = 1 Millimeter,
  • Durchmesser des Hohlzylinders DZ = 25 Millimeter,
  • Drehzahl der Düse n = 7000 Umdrehungen/Minute.
  • Emulsionsdurchsatz: 150 kg/Stunde
    • Am Ausgang 47 des Sprühbehälters 45 resultiert ein Pulver mit einer mittleren Partikelgrösse von 200-250 Mikrometer.
    Obwohl in der vorstehenden Beschreibung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit spezifischen Angaben beschrieben sind, dürfte es klar sein, dass eine solche Beschreibung nur zur Veranschaulichung dient, und dass Änderungen und Abwandlungen solcher Ausführungsbeispiele realisierbar sind, ohne die wesentliche Lehre der Erfindung zu verlassen, die durch die nachstehenden Patentansprüche definiert ist.
    Bezugszeichenliste
    11
    hohler Zylinder
    12
    Rotationsantrieb
    13
    Boden
    15
    Öffnung
    16
    Wand
    17
    Rotationsachse
    18
    Rundlochdüse
    19
    Hohlwelle
    21
    hohler Zylinder
    23
    Boden
    25
    Öffnung
    26
    Wand
    27
    Rotationsachse
    28
    Rundlochdüse
    31
    Einlaufrohr
    32
    Eingang
    33
    Ausgang
    34
    Längsachse
    35
    Wand
    36
    Boden
    41
    Stapelbehälter
    42
    Feedpumpe
    43
    Filter
    44
    Feedleitung
    45
    Sprühbehälter
    46
    Sprüheinrichtung
    47
    Produktaustragleitung
    48
    Zufuhrleitung für Hilfsstoffe

    Claims (33)

    1. Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten, welche Vorrichtung
      einen drehbaren Hohlzylinder (11) zur Aufnahme der zu zerstäubenden Flüssigkeit, und
      einen Antrieb (12) zum Rotieren des Hohlzylinders (11) enthält,
      wobei der Hohlzylinder an seinem unteren Ende mit einem Boden (13) verschlossen ist und an seinem oberen Ende eine Öffnung (15) hat, und dessen Mantel (16) eine Vielzahl von Rundlochdüsen (18) zur Abgabe der zu zerstäubenden Flüssigkeit aufweist,
      welche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass
      (a) der Hohlzylinder (11) einen Durchmesser hat, der zwischen 10 und 25 Millimeter liegt, und
      (b) die Fläche des Zylindermantels (16), welcher die Rundlochdüsen (18) aufweist, sich in axialer Richtung über eine Länge erstreckt, die zwischen 20 und 120 Millimeter liegt.
    2. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder an seiner oberen Seite mit einer mitrotierenden Hohlwelle (19) trennbar verbunden ist, durch welche Flüssigkeit in den Hohlzylinder (11) durch die Öffnung (15) einführbar ist.
    3. Vorrichtung gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder auf die mitrotierende Hohlwelle aufschraubbar ist.
    4. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Rundlochdüsen (18) im Mantel (16) des Hohlzylinders (11) einen Lochdurchmesser hat, der zwischen 0.05 und 1 Millimeter liegt.
    5. Vorrichtung gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hohlzylinder (11) die zu zerstäubende Flüssigkeit durch einen Filter (43) zugeführt wird, der Partikel durchlässt, deren Grösse unter einen bestimmten Wert liegt, wobei dieser Wert zwischen 50 und 1000 Mikrometer liegt.
    6. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Rundlochdüsen (18) im Mantel (16) des Hohlzylinders (11) einen Lochdurchmesser hat, der zwischen 0.1 und 0.4 Millimeter liegt.
    7. Vorrichtung gemäss Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hohlzylinder (11) die zu zerstäubende Flüssigkeit durch einen Filter (43) zugeführt wird, der Partikel durchlässt, deren Grösse unter einem bestimmten Wert liegt, wobei dieser Wert zwischen 100 und 400 Mikrometer liegt.
    8. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Rundlochdüsen (18) im Mantel (16) des Hohlzylinders (11) ein Verhältnis Länge/Lochdurchmesser hat, das zwischen 1 und 50 liegt.
    9. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Rundlochdüsen (18) im Mantel (16) des Hohlzylinders (11) ein Verhältnis Länge/Lochdurchmesser hat, das zwischen 2 und 10 liegt.
    10. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (12) zum Rotieren des Hohlzylinders (11) eine Drehzahl ermöglicht, die zwischen 2000 und 20000 Umdrehungen pro Minute liegt.
    11. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (12) zum Rotieren des Hohlzylinders (11) eine Drehzahl ermöglicht, die zwischen 3000 und 10000 Umdrehungen pro Minute liegt.
    12. Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten, welche Vorrichtung
      einen drehbaren Hohlzylinder (21) zur Aufnahme der zu zerstäubenden Flüssigkeit, und
      einen Antrieb (12) zum Rotieren des Hohlzylinders (21) enthält,
         wobei der Hohlzylinder (21) an seinem unteren Ende mit einem Boden (23) verschlossen ist und an seinem oberen Ende eine Öffnung (25) hat, und dessen Mantel (26) eine Vielzahl von Rundlochdüsen (28) zur Abgabe der zu zerstäubenden Flüssigkeit aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung
      ein Einlaufrohr (31) enthält, das mit dem Hohlzylinder (21) drehbar ist und durch welches die zu zerstäubende Flüssigkeit in den Hohlzylinder (21) einführbar ist,
      wobei der Eingang (32) des Einlaufrohrs (31) mit der Öffnung (25) des Hohlzylinders (21) und darüber mit einer Quelle der zu zerstäubenden Flüssigkeit verbunden ist,
      der Ausgang (33) des Einlaufrohrs (31) im Innern des Hohlzylinders (21) und in seinem Endbereich angeordnet ist, in dem der Boden des Hohlzylinders liegt,
      und das Einlaufrohr (31) im Zylinder so angeordnet ist, dass die Längsachse (34) des Einlaufrohrs (31) mit der Rotationsachse (27) des Hohlzylinders (21) zusammenfällt, und sein Ausgang (33) der Innenseite der Zylinderwand (26) zugewandt ist, wobei der Abstand zwischen diesem Ausgang (33) und der Innenseite des Zylinderbodens (23) wesentlich kleiner als der Abstand zwischen diesem Ausgang (33) und der Öffnung (25) des Hohlzylinders (21) ist.
    13. Vorrichtung gemäss Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Ausgang (33) des Einlaufrohrs (31) und der Innenseite des Zylinderbodens (23) zwischen 1 und 20 Millimeter liegt.
    14. Vorrichtung gemäss Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (35) des Einlaufrohrs (31) ausser dem oben erwähnten Ausgang (33) mehrere Öffnungen aufweist, wobei alle diese Öffnungen in axialer Richtung zwischen dem Eingang (32) und dem Ausgang (33) des Einlaufrohrs angeordnet sind.
    15. Vorrichtung gemäss Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
      (a) der Hohlzylinder (21) einen Durchmesser hat, der zwischen 10 und 60 Millimeter liegt, und
      (b) die Fläche des Zylindermantels (26), welche die Rundlochdüsen (28) aufweist, sich in axialer Richtung über eine Länge erstreckt, die zwischen 120 und 400 Millimeter liegt.
    16. Vorrichtung gemäss Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
      (a) der Hohlzylinder (21) einen Durchmesser hat, der zwischen 20 und 40 Millimeter liegt, und
      (b) die Fläche des Zylindermantels (26), welche die Rundlochdüsen (28) aufweist, sich in axialer Richtung über eine Länge erstreckt, die zwischen 120 und 250 Millimeter liegt.
    17. Vorrichtung gemäss Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder an seiner oberen Seite mit einer mitrotierenden Hohlwelle (19) trennbar verbunden ist, durch welche Flüssigkeit in den Hohlzylinder (21) durch die Öffnung (25) einführbar ist.
    18. Vorrichtung gemäss Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder (21) auf die mitrotierende Hohlwelle (19) aufschraubbar ist.
    19. Vorrichtung gemäss Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Rundlochdüsen (28) in dem Zylindermantel (26) des Hohlzylinders (21) einen Lochdurchmesser hat, der zwischen 0.05 und 1 Millimeter liegt.
    20. Vorrichtung gemäss Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hohlzylinder (21) die zu zerstäubende Flüssigkeit durch einen Filter (43) zugeführt wird, der Partikel durchlässt, deren Grösse unter einem bestimmten Wert liegt, wobei dieser Wert zwischen 50 und 1000 Mikrometer liegt.
    21. Vorrichtung gemäss Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Rundlochdüsen (28) in dem Zylindermantel (26) des Hohlzylinders (21) einen Lochdurchmesser hat, der zwischen 0.1 und 0.4 Millimeter liegt.
    22. Vorrichtung gemäss Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hohlzylinder (21) die zu zerstäubende Flüssigkeit durch einen Filter (43) zugeführt wird, der Partikel durchlässt, deren Grösse unter einem bestimmten Wert liegt, wobei dieser Wert zwischen 100 und 400 Mikrometer liegt.
    23. Vorrichtung gemäss Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Rundlochdüsen (28) in dem Zylindermantel (26) des Hohlzylinders (21) ein Verhältnis Länge/Lochdurchmesser hat, das zwischen 1 und 50 liegt.
    24. Vorrichtung gemäss Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Rundlochdüsen (28) in dem Zylindermantel (26) des Hohlzylinders (21) ein Verhältnis Länge/Lochdurchmesser hat, das zwischen 2 und 10 liegt.
    25. Vorrichtung gemäss Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromechanische Antrieb (12) zum Rotieren des Hohlzylinders (21) eine Drehzahl ermöglicht, die zwischen 2000 und 20000 Umdrehungen pro Minute liegt.
    26. Vorrichtung gemäss Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromechanische Antrieb (12) zum Rotieren des Hohlzylinders (21) eine Drehzahl ermöglicht, die zwischen 3000 und 10000 Umdrehungen pro Minute liegt.
    27. Verfahren zur Sprühkühlung einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass dabei die Flüssigkeit mittels einer Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 26 zerstäubt wird, und dass dabei der Hohlzylinder (11, 21) in einem Gasstrom mit einer Gastemperatur zwischen 5 und 50 °C angeordnet wird.
    28. Verfahren zur Sprühkühlung einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass dabei die Flüssigkeit mittels einer Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 26 zerstäubt wird, und dass dabei die Versprühung in einem indirekt temperierten Raum erfolgt, in dem die Raumtemperatur zwischen 5 und 50 °C liegt.
    29. Verfahren zur Sprühtrocknung einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass dabei die Flüssigkeit mittels einer Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 26 zerstäubt wird, und dass dabei der Hohlzylinder (11, 21) in einem Gasstrom mit einer Gastemperatur zwischen 140 und 300 °C angeordnet wird.
    30. Verfahren zur Sprühtrocknung einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass dabei die Flüssigkeit mittels einer Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 26 zerstäubt wird, und dass dabei die Versprühung in einem indirekt temperierten Raum erfolgt, in dem die Raumtemperatur zwischen 140 und 300 °C liegt.
    31. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit mit einem Druck zugeführt wird, der zwischen 0.3 und 5 bar liegt.
    32. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsdurchsatz durch den Hohlzylinder so eingestellt wird, dass die Flüssigkeit mit einer Strömungsgeschwindigkeit zwischen 0.1 und 2.0 m/s und vorzugsweise mit einer Strömungsgeschwindigkeit zwischen 0.3 und 1.0 m/s durch die Rundlochdüsen fliesst.
    33. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26 zur Herstellung von Pulvern aus Lösungen, Dispersionen, Emulsionen oder Schmelzen.
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