WO2017211501A1 - Wirbelschichtanlage - Google Patents

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WO2017211501A1
WO2017211501A1 PCT/EP2017/060008 EP2017060008W WO2017211501A1 WO 2017211501 A1 WO2017211501 A1 WO 2017211501A1 EP 2017060008 W EP2017060008 W EP 2017060008W WO 2017211501 A1 WO2017211501 A1 WO 2017211501A1
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chamber
fluidized bed
gas
outlet
inlet
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PCT/EP2017/060008
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Uwe Schmidt
Matthias BOERNER
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Robert Bosch Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/02—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air
    • F26B3/06—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air the gas or vapour flowing through the materials or objects to be dried
    • F26B3/08—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air the gas or vapour flowing through the materials or objects to be dried so as to loosen them, e.g. to form a fluidised bed
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    • B01J2208/00831—Stationary elements
    • B01J2208/0084—Stationary elements inside the bed, e.g. baffles

Definitions

  • the present invention relates to a fluidized bed plant.
  • Fluidized bed plants are known, for example, from DE 10 2012 009 280 A1 or EP 1 407 814 A1.
  • the fluidized bed system according to the invention allows a variety of different operations to perform. So that allows
  • Fluidized bed plant according to the invention in particular a drying of
  • the fluidized bed system has at least two chambers, wherein each chamber has a main body and a gas inlet and a gas outlet.
  • a gas preferably air
  • the gas is supplied in particular through an air treatment unit with filter and heat exchanger to the gas inlet.
  • each base body has an inlet and an outlet for a solid.
  • the inlet of a first chamber is connected to an inlet of the fluidized bed system.
  • the outlet of the first chamber is connected to the inlet of a second chamber.
  • the outlet of the second chamber in turn is connected to a drain of the fluidized bed system.
  • a solid can be introduced into the fluidized-bed installation via the inlet, while a solid and / or finished product can be removed from the fluidized-bed installation via the outlet.
  • the main body of the chambers are in particular cylindrically shaped. there flows through the gas from the gas inlet to the gas outlet the
  • Base body in particular along a longitudinal axis of the cylinder.
  • the base body is advantageously designed such that the cylinder diameter conically widened or tapered.
  • the cross-sectional area of the cylinder is ideally a circular shape.
  • Basic body advantageously meet the solid, which is present in particular as a powder, and the supplied gas to each other. With the gas flow through the body through the solid contained therein is set in motion and thus in a fluid-like state. In this case, an intensive mass transfer and heat exchange between the supplied gas and the solid is present.
  • the solid or product resulting from the mixing of gas and solid can be transported from the first chamber into the second chamber. This allows in particular a continuously processing
  • Solid-state treatment within the fluidized-bed plant in which solids are added continuously via the feed and removed via the outlet.
  • the inlets and / or outlets are advantageously designed such that they have a circular or oval cross-sectional area, wherein concave or convex
  • a valve is arranged between two connected chambers and / or at the inlet and / or at the outlet. In this way, either a semi-continuous or a continuous operation of
  • valves are arranged in particular in a lower third, in particular a lower fourth, each basic chamber.
  • the lower third in particular the lower quarter, corresponds to that region of the basic body which is arranged closest to the gas inlet.
  • Fluidized bed system allows, as a solid and / or resulting within the chambers product directly through all the chambers
  • Fluidized bed system can flow.
  • the valves are closed, a solid which is inside the individual chambers can not be exchanged between the chambers, whereby a semicontinuous operation is realized. This allows performing process steps within the individual chambers until a predetermined Product quality is achieved. Subsequently, the valves can be opened, whereby the solid or the resulting product in the subsequent
  • Chamber can be transported.
  • the product transport can take place parallel between the individual chambers, whereby in particular half of the chambers is used simultaneously.
  • a sequential transport is possible, in which in particular all chambers are used simultaneously.
  • At least one third chamber is arranged between the outlet of the first chamber and the inlet of the second chamber.
  • a multiplicity of third chambers are arranged between the outlet of the first chamber and the inlet of the second chamber.
  • the inlet of the third chamber is connected to the outlet of the first chamber and the outlet of the third chamber is connected to the inlet of the second chamber.
  • this plurality is arranged, in particular, by means of a series connection between the first chamber and the second chamber. A solid thus has to pass all third chambers after leaving the first chamber, before it reaches the second chamber.
  • Chambers the number of desired work steps, which are to be performed within the fluidized bed plant set. Through the individual chambers is advantageously possible that individual steps can be performed independently.
  • the valve functions in the form of a weir. It can be controlled via a position of the valve, an opening degree for the transport between the individual chambers. In this way, a mass flow between the chambers is adjustable.
  • Particularly advantageous addition valves in the form of weirs are used in addition to the valves, either after the overflow principle or after the
  • Underflow principle are designed. Thus, a transport of solid or from within the chambers resulting products is possible.
  • the base body preferably has a bottom and / or a lid.
  • the bottom comprises the gas inlet, while the cover the gas outlet includes.
  • the bottom and the lids constitute a filtration which prevents the solid from leaving the chamber. Nevertheless, a passage of a gas is possible. In this way, the fluidized bed within each chamber can be generated.
  • the floor comprises a gas distributor.
  • the gas distributor comprises a plurality of outlet openings, via which a gas introduced through the gas inlet can be introduced into the basic body. Since each chamber has such a gas distributor, thus the influx of gas for each chamber is individually controllable. By the inflow of the gas into each of the
  • Chambers is the existing in the respective chamber solid can be converted into a fluid-like state.
  • the supply of the gas advantageously also takes place via an inflow chamber.
  • the inflow chamber is located in particular below the gas distributor and is supplied by a central gas supply with predefined gas. By controlling the supply lines to the inflow chamber can be set for each chamber separate gas mass flows and pressure conditions. About variable
  • Admixing ratios between a heated gas and a cold gas, in particular between warm air and cold air, can also realize different gas temperatures in each chamber.
  • the outlet openings of the gas distributor are arranged in particular toroidal.
  • the solid can be placed in a rotational movement, which in particular leads to the fact that the solid within the, in particular cylindrically designed main body, performs a spiral movement around a virtual annulus.
  • the gas distributor comprises at least one outlet opening in the longitudinal arrangement, which allows a translational transport of the solid or of the product formed within each chamber between the chambers.
  • a combination of the two arrangement forms of the outlet openings is present in order to achieve a combination of the aforementioned movements.
  • the bottom advantageously has additional spray nozzles.
  • Liquid can be introduced into the main body via the spray nozzles.
  • the liquid can be used in particular for a granulation or for a coating within the base body.
  • Alternatively or additionally, can also be Integrate spray nozzles in the lid, whereby an additional introduction of liquid in the body is made possible.
  • the lid preferably has a filter element.
  • the filter element prevents the solid from leaving the body.
  • each individual chamber has a separate filter element.
  • the filter element is advantageously connected to a compressed air supply in order, in particular at regular intervals, to pressurize the filter element with compressed air. In this way, the filter element can be cleaned.
  • the filter element comprises a textile fabric filter and / or a metal mesh filter and / or a gas-solid cyclone.
  • a discharged gas-solid mixture is separated from each other. The separated solid is thus traceable into the body.
  • Each individual chamber preferably has its own temperature measurement and / or differential pressure measurement. Furthermore, it is preferably provided that each chamber is provided with a measuring point, with the inline measurements, in particular for the product moisture, particle size, composition or the like is possible. In a drying process and granulation process within the fluidized bed plant can inline measurement of the
  • Product humidity the process conditions in each individual chamber are controlled so that a constant product quality, that is, a constant product moisture, is present.
  • a constant product quality that is, a constant product moisture
  • Fluidized bed plant prefers an integrated mill at the outlet. When removing the product from the second chamber, the product must thus pass through the integrated mill. This leads to a calibration of the
  • the plurality of chambers is advantageously placed in a ring arrangement or in a longitudinal arrangement. In the ring assembly requires the
  • Fluidized bed plant only a small footprint. Besides that is
  • the pressure-surge-proof housing can be cylindrical.
  • the pressure shock-resistant housing must thus comprise only one opening for the inlet and an opening for the drain and corresponding openings for the supply and removal of gas.
  • FIG. 1 a schematic view of a fluidized bed plant according to a first embodiment of the invention, a sectional view of part of the fluidized bed plant according to the first embodiment of the invention, a schematic view of a fluidized bed plant according to a second embodiment of the invention, a schematic view of a fluidized bed plant according to a third Embodiment of the invention, a schematic view of a valve between two chambers of the fluidized bed plant according to the first
  • Figure 8 is a schematic view of a second alternative of
  • Figure 9 is a schematic view of a third alternative of a bottom of a chamber of the fluidized bed plant according to the first embodiment of the invention.
  • Figure 10 is a schematic view of a fourth alternative of
  • FIG. 1 shows schematically a fluidized-bed installation 1 according to a first exemplary embodiment of the invention.
  • the fluidized bed system 1 comprises a plurality of chambers 2, 3, 4, wherein a first chamber 2 with three third chambers 3 and a second chamber 4 is arranged in series.
  • Each of the chambers 2, 3, 4 has in each case an inlet 8 and an outlet 9.
  • the inlet 8 in the first chamber 2 is connected to an inlet 10 of the
  • Fluidized bed plant 1 connected.
  • the outlet 9 of the first chamber 2 is connected to the inlet 8 of one of the third chambers 3.
  • the three third chambers 3 are arranged in series, so that in each case an inlet 8 is connected to an outlet 9.
  • the outlet 9 of the last third chamber 3 of the series connection is connected to the inlet 8 of the second chamber 4.
  • the outlet 9 of the second chamber 4 is connected to a drain of the fluidized bed system.
  • FIG. Figure 2 shows a sectional view through the first chamber 2 and the first third chamber 3 of the series connection of third chambers 3. It can be seen that both the first chamber 2 and the third chamber 3 are constructed identically.
  • the second chamber 4 has an identical structure.
  • Each chamber 2, 3, 4 comprises a main body 5 and a bottom 13 and a lid 14.
  • the bottom 13 is provided with a gas inlet 6, while the lid 14 has a gas outlet 7.
  • Gas, in particular air, can be introduced into the main body via the gas inlet 6.
  • a solid can be introduced into the main body 5 via the respective inlet 8 of the chambers 2, 3, 4.
  • Base 5 a fluid-like state. The gas flows from the
  • the lid 14 has a filter element 15.
  • the filter element 15 is advantageously a metal mesh filter.
  • the metal mesh filter is in particular subjected to compressed air at regular intervals in order to clean the metal mesh filter 15.
  • the bottom 13 has a gas distributor with a plurality of outlet openings 20 (see FIG. 1), wherein the gas received via the gas inlet 9 reaches the base body 5 via the outlet openings 20.
  • Gas outlet openings 20 are arranged in particular toroidal, whereby a toroidal movement of the solid 19 within the main body 5 is present.
  • the outlet openings 20 may preferably be arranged at least partially such that a translational transport of the solid 19 between two chambers 2, 3, 4 is made possible.
  • a valve 12 is present, which will be described below with reference to FIGS. 5 and 6.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a fluidized-bed installation 1 according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • the chambers 2, 3, 4 are arranged in a ring, whereby a space-saving construction is achieved.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a Third embodiment of the fluidized bed plant 1. This corresponds to the second embodiment, wherein additionally a pressure shock resistant housing 16 is present. The surge-proof housing 16 thus protects the individual chambers 2, 3, 4 from external influences.
  • Figure 5 shows schematically a section through two chambers 2, 3, 4, wherein the valve 12 is visible.
  • a valve seat for the valve 12 in particular flanges 17 between the base body 5 of the chambers 2, 3, 4 are introduced.
  • the flanges 17 are welded to the main body 5.
  • the base body 5 have an opening which can be closed by the valve 12.
  • valve 12 Intermediate positions of the valve 12 is a mass flow between the individual chambers 2, 3, 4 arbitrarily adjustable.
  • a seal 18 is also present.
  • the individual chambers 2, 3, 4 are completely separate from each other. If the chambers 2, 3, 4 are separated, then a semicontinuous mode during operation of the fluidized bed system 1 is made possible.
  • the first chamber 2 is filled with a solid 19, wherein the solid 19 remains in the first chamber 2 until a predefined product quality is present. Only then is preferably the valve 12 between the first chamber 2 and the second chamber 3 is opened to allow transport of the solid between the first chamber 2 and the third chamber 3. The same applies to all third chambers 3 and the fourth chamber 4.
  • a continuous operating mode of the fluidized bed system is made possible. The continuous mode of operation is achieved, in particular, by continuously adding a solid 19 via the inlet 10, while a solid and / or the finished product is continuously withdrawn via the outlet 11.
  • Chambers 2, 3, 4 takes place in particular due to a differential pressure between the chambers 2, 3, 4 and / or due to height differences.
  • FIGS. 7 to 10 show different alternatives of an arrangement of the chambers 2, 3, 4 and the design of the bottoms 13.
  • FIG. 7 shows a first alternative in which the bottoms 13 have a straight surface.
  • the chambers 2, 3, 4 are at the same height.
  • the bottoms 13 have a conical or arcuate base surface. Again, it is preferably provided that the chambers 2, 3, 4 are arranged at the same height.
  • FIG. 9 shows an alternative in which the bottoms 13 have beveled bases. This is advantageously combined with the fact that the chambers 2, 3, 4 are arranged at different heights, so that the beveled base surfaces of the plates 13 form a continuous inclined plane. Thus, a transport of the solid 19 between the individual chambers 2, 3, 4 is also possible by gravity.
  • FIG. 10 shows an alternative in which the bottoms 13 have plane base surfaces analogously to FIG.
  • the chambers 2, 3, 4 are arranged at different heights. In this way, in particular, different filling quantities in the basic bodies of the individual chambers 2, 3, 4 can be realized.
  • the fluidized bed system additionally has a distribution system, wherein the distribution system for inserting and removing solids in each individual chamber 2, 3, 4 is formed separately. In this way, in particular a batch operation of the fluidized bed plant 1 is made possible by individually inserted into each chamber 2, 3, 4 a solid 19 and also individually removed.
  • the fluidized bed plant 1 according to the present invention has the following advantages:

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wirbelschichtanlage (1) umfassend zumindest zwei Kammern (2, 3, 4), wobei jede Kammer (2, 3, 4) einen Grundkörper (5) sowie einen Gaseingang (6) und einen Gasausgang (7) aufweist, wobei jeder Grundkörper (5) einen Einlass (8) und einen Auslass (9) für einen Feststoff (19) aufweist, wobei der Einlass (8) einer ersten Kammer (2) mit einem Zulauf(10)der Wirbelschichtanlage (1), der Auslass (9) der ersten Kammer (2) mit dem Einlass (8) einer zweiten Kammer (4) und der Auslass (9) der zweiten Kammer (4) mit einem Ablauf(11) der Wirbelschichtanlage (1) verbunden ist, und wobeizwischen zwei verbundenen Kammern (2, 3, 4) und/oder an dem Zulauf (10) und/oder an dem Ablauf (11) ein Ventil (12) angeordnet ist, sodass wahlweise ein kontinuierlicher Betrieb oder ein semikontinuierlicher Betrieb der Wirbelschichtanlage (1) ermöglicht ist.

Description

Beschreibung Titel
Wirbelschichtanlage Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wirbelschichtanlage. Solche
Wirbelschichtanlagen sind beispielsweise aus der DE 10 2012 009 280 A1 oder der EP 1 407 814 A1 bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Wirbelschichtanlage erlaubt eine Vielzahl von unterschiedlichen Arbeitsschritten durchzuführen. So erlaubt die
erfindungsgemäße Wirbelschichtanlage insbesondere ein Trocknen von
Granulaten oder Pulvern, ein Granulieren von Pulvern, ein Beschichten von Granulaten, Pulvern oder Pellets, sowie einen vollautomatisierten Betrieb ohne manuelle Zwischenschritte. Dazu weist die Wirbelschichtanlage zumindest zwei Kammern auf, wobei jede Kammer einen Grundkörper sowie einen Gaseingang und einen Gasausgang aufweist. Über den Gaseingang ist jeder Kammer ein Gas, bevorzugt Luft, zuführbar, wobei das Gas über den Gasausgang entnehmbar ist. Das Gas wird insbesondere durch eine Luftaufbereitungseinheit mit Filter und Wärmeübertrager dem Gaseingang zugeführt. Weiterhin weist jeder Grundkörper einen Einlass und einen Auslass für einen Feststoff auf. Der Einlass einer ersten Kammer ist dabei mit einem Zulauf der Wirbelschichtanlage verbunden. Der Auslass der ersten Kammer ist mit dem Einlass einer zweiten Kammer verbunden. Der Auslass der zweiten Kammer wiederum ist mit einem Ablauf der Wirbelschichtanlage verbunden. Über den Zulauf ist insbesondere ein Feststoff in die Wirbelschichtanlage eingebbar, während über den Ablauf ein Feststoff und/oder fertiges Produkt aus der Wirbelschichtanlage entnehmbar ist. Auf diese Weise ist eine Reihenschaltung der einzelnen Kammern vorhanden. Die Grundkörper der Kammern sind insbesondere zylindrisch geformt. Dabei durchströmt das Gas von dem Gaseingang zu dem Gasausgang den
Grundkörper insbesondere entlang einer Längsachse des Zylinders. Um einen Luftgeschwindigkeitsgradienten über die Höhe des zylinderförmigen
Grundkörpers einzustellen, ist der Grundkörper vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass sich der Zylinderdurchmesser konisch erweitert oder verjüngt.
Die Querschnittsfläche des Zylinders ist dazu idealerweise eine Kreisform.
Vorteilhafterweise sind auch andere Querschnittsflächen möglich. In dem
Grundkörper treffen vorteilhafterweise der Feststoff, der insbesondere als Pulver vorliegt, und das zugeführte Gas aufeinander. Mit der Gasströmung durch den Grundkörper hindurch wird der darin enthaltene Feststoff in Bewegung und somit in einen fluidähnlichen Zustand versetzt. Dabei ist ein intensiver Stoffaustausch und Wärmeaustausch zwischen dem zugeführten Gas und dem Feststoff vorhanden. Der Feststoff oder das aus der Vermengung von Gas und Feststoff entstehende Produkt ist von der ersten Kammer in die zweite Kammer transportierbar. Dies erlaubt insbesondere eine kontinuierlich verarbeitende
Feststoffbehandlung innerhalb der Wirbelschichtanlage, in den kontinuierlich über den Zulauf Feststoff zugegeben und über den Ablauf entnommen wird. Zum Transport des Feststoffs zwischen den Kammern sind die Einlässe und/oder Auslässe vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass diese eine kreisförmige oder ovale Querschnittsfläche aufweisen, wobei konkave oder konvexe
Außenkonturen möglich sind.
Weiterhin ist zwischen zwei verbundenen Kammern und/oder an dem Zulauf und/oder an dem Ablauf ein Ventil angeordnet. Auf diese Weise ist wahlweise eine semi-kontinuierliche oder eine kontinuierliche Betriebsweise der
Wirbelschichtanlage ermöglicht. Die Ventile sind insbesondere in einem unteren Drittel, insbesondere einem unteren Viertel, jeder Grundkammer angeordnet. Dabei entspricht das untere Drittel, insbesondere das untere Viertel, demjenigen Bereich des Grundkörpers, der am nächsten an dem Gaseingang angeordnet ist. Sind die Ventile geöffnet, so ist ein kontinuierlicher Betrieb der
Wirbelschichtanlage ermöglicht, da ein Feststoff und/oder ein innerhalb der Kammern entstehendes Produkt unmittelbar durch alle Kammern der
Wirbelschichtanlage strömen kann. Werden die Ventile hingegen geschlossen, so kann ein Feststoff, der sich innerhalb der einzelnen Kammern befindet, nicht zwischen den Kammern ausgetauscht werden, wodurch eine semikontinuierliche Betriebsweise realisiert ist. Dies erlaubt ein Durchführen von Prozessschritten innerhalb der einzelnen Kammern, bis eine vorbestimmte Produktqualität erreicht wird. Anschließend lassen sich die Ventile öffnen, wodurch der Feststoff oder das entstandene Produkt in die nachfolgende
Kammer transportiert werden kann. Der Produkttransport kann dabei parallel zwischen den einzelnen Kammern erfolgen, wodurch insbesondere die Hälfte der Kammern gleichzeitig verwendet wird. Alternativ ist ein sequenzieller Transport ermöglicht, bei dem insbesondere alle Kammern gleichzeitig verwendet werden.
Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Bevorzugt ist zwischen dem Auslass der ersten Kammer und dem Einlass der zweiten Kammer zumindest eine dritte Kammer angeordnet. Besonders vorteilhaft ist eine Vielzahl von dritten Kammern zwischen dem Auslass der ersten Kammer und dem Einlass der zweiten Kammer angeordnet. Auf diese Weise sind der Einlass der dritten Kammer mit dem Auslass der ersten Kammer und der Auslass der dritten Kammer mit dem Einlass der zweiten Kammer verbunden. Ist eine Vielzahl von dritten Kammern vorhanden, so ist diese Vielzahl insbesondere mittels einer Reihenschaltung zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer angeordnet. Ein Feststoff hat somit nach dem Verlassen der ersten Kammer sämtliche dritten Kammern zu passieren, bevor dieser die zweite Kammer erreicht. Über die Wahl der Anzahl der dritten
Kammern lässt sich die Anzahl der gewünschten Arbeitsschritte, die innerhalb der Wirbelschichtanlage ausgeführt werden sollen, einstellen. Durch die einzelnen Kammern ist vorteilhafterweise möglich, dass einzelne Arbeitsschritte unabhängig voneinander durchgeführt werden können.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung funktioniert das Ventil in Form eines Wehres. Dabei lässt sich über eine Stellung des Ventils ein Öffnungsgrad für den Transport zwischen den einzelnen Kammern steuern. Auf diese Weise ist ein Massenstrom zwischen den Kammern einstellbar. Besonders vorteilhaft werden zusätzlich zu den Ventilen Zusatzventile in Form von Wehren verwendet, die entweder nach dem Überlaufprinzip oder nach dem
Unterlaufprinzip gestaltet sind. Somit ist ein Transport von Feststoff oder von innerhalb der Kammern entstehenden Produkten möglich.
Der Grundkörper weist bevorzugt einen Boden und/oder einen Deckel auf. Dabei umfasst der Boden den Gaseingang, während der Deckel den Gasausgang umfasst. Insbesondere stellen Boden und Deckel eine Filterung dar, die den Feststoff an dem Verlassen der Kammer hindern. Dennoch ist ein Durchgang von einem Gas ermöglicht. Auf diese Weise ist die Wirbelschicht innerhalb jeder Kammer erzeugbar.
Besonders vorteilhaft umfasst der Boden einen Gasverteiler. Der Gasverteiler umfasst eine Vielzahl von Austrittsöffnungen, über die ein durch den Gaseingang eingegebenes Gas in den Grundkörper eingebbar ist. Da jede Kammer einen solchen Gasverteiler aufweist, ist somit das Einströmen von Gas für jede Kammer individuell steuerbar. Durch das Einströmen des Gases in jede der
Kammern ist der in der jeweiligen Kammer vorhandene Feststoff in einen fluidähnlichen Zustand überführbar. Die Zuführung des Gases erfolgt vorteilhafterweise außerdem über eine Anströmkammer. Die Anströmkammer befindet sich insbesondere unterhalb des Gasverteilers und wird von einer zentralen Gasversorgung mit vordefiniertem Gas versorgt. Über eine Steuerung der Zuleitungen zu der Anströmkammer lassen sich für jede Kammer separate Gasmassenströme und Druckverhältnisse einstellen. Über variable
Zumischungsverhältnisse zwischen einem angewärmten Gas und einem kalten Gas, insbesondere zwischen Warmluft und Kaltluft, lassen sich außerdem unterschiedliche Gastemperaturen in jeder einzelnen Kammer realisieren.
Die Austrittsöffnungen des Gasverteilers sind insbesondere toroidal angeordnet. Somit kann der Feststoff in eine Rotationsbewegung versetzt werden, was insbesondere dazu führt, dass der Feststoff innerhalb des, insbesondere zylindrisch ausgestalteten Grundkörpers, eine spiralförmige Bewegung rundum einen virtuellen Kreisring vollführt. Alternativ oder zusätzlich umfasst der Gasverteiler zumindest eine Austrittsöffnung in Längsanordnung, die einen translatorischen Transport des Feststoffs oder des innerhalb jeder Kammer entstehenden Produkts zwischen den Kammern ermöglicht. Insbesondere ist eine Kombination aus den beiden Anordnungsformen der Austrittsöffnungen vorhanden, um eine Kombination der zuvor genannten Bewegungen zu erreichen.
Der Boden weist vorteilhafterweise zusätzliche Sprühdüsen auf. Über die Sprühdüsen ist Flüssigkeit in den Grundkörper einbringbar. Die Flüssigkeit kann insbesondere für eine Granulation oder für eine Beschichtung innerhalb des Grundkörpers verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich lassen sich auch Sprühdüsen in den Deckel integrieren, wodurch ein zusätzliches Einbringen von Flüssigkeit in den Grundkörper ermöglicht ist.
Der Deckel weist bevorzugt ein Filterelement auf. Dabei hindert das Filterelement den Feststoff am Verlassen des Grundkörpers. Insbesondere weist somit jede einzelne Kammer ein separates Filterelement auf. Das Filterelement ist vorteilhafterweise mit einer Druckluftversorgung verbunden, um, insbesondere in regelmäßigen Abständen, das Filterelement mit Druckluft zu beaufschlagen. Auf diese Weise lässt sich das Filterelement reinigen.
Besonders vorteilhaft umfasst das Filterelement einen Textilgewebefilter und/oder einen Metallgewebefilter und/oder einen Gas-Feststoffzyklon. In dem Zyklon wird ein ausgetragenes Gas-Feststoffgemisch voneinander getrennt. Der abgetrennte Feststoff ist somit in den Grundkörper zurückführbar.
Bevorzugt verfügt jede einzelne Kammer über eine eigene Temperaturmessung und/oder Differenzdruckmessung. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass jede Kammer mit einer Messstelle versehen ist, mit der Inline-Messungen, wie insbesondere für die Produktfeuchte, Partikelgröße, Zusammensetzung oder Ähnlichem ermöglicht ist. Bei einem Trocknungsvorgang und Granuliervorgang innerhalb der Wirbelschichtanlage können über die Inline-Messung der
Produktfeuchte die Prozessbedingungen in jeder einzelnen Kammer so gesteuert werden, dass eine konstante Produktqualität, das bedeutet, eine konstante Produktfeuchte, vorhanden ist. Bei einem Granuliervorgang ist es insbesondere notwendig, die Partikelgrößenverteilung während des Prozesses zu messen.
Diese Inline-Messungen können von spektroskopischer Art, wie
vorteilhafterweise Nahinfrarotspektroskopie, Absorbtionsmessungen, wie insbesondere mittels Mikrowellen, oder von optischer Art, wie vorteilhafterweise Bildauswertungen, sein.
Im Anschluss an einen Trocknungsprozess und/oder Granulierprozess mittels der Wirbelschichtanlage ist oftmals die Notwendigkeit vorhanden, eine
Kalibrierung der Partikelgröße vorzunehmen. Hierzu weist die
Wirbelschichtanlage bevorzugt an dem Ablauf eine integrierte Mühle auf. Bei dem Entfernen des Produkts aus der zweiten Kammer muss das Produkt somit die integrierte Mühle passieren. Dies führt zu einer Kalibrierung der
Partikelgröße. Die Vielzahl von Kammern ist vorteilhafterweise in einer Ringanordnung oder in einer Längsanordnung aufgestellt. In der Ringanordnung benötigt die
Wirbelschichtanlage nur einen geringen Platzbedarf. Außerdem ist
vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Kammern in einem druckstoßfestem
Gehäuse integriert sind. Wird hier zusätzlich die Ringform bei der Anordnung gewählt, so kann das druckstoßfeste Gehäuse zylinderförmig sein. Das druckstoßfeste Gehäuse muss somit lediglich eine Öffnung für den Zulauf und eine Öffnung für den Ablauf sowie entsprechende Öffnungen für das Zuführen und Entfernen von Gas umfassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist: eine schematische Ansicht einer Wirbelschichtanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, eine Schnittansicht eines Teils der Wirbelschichtanlage gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, eine schematische Ansicht einer Wirbelschichtanlage gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, eine schematische Ansicht einer Wirbelschichtanlage gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, eine schematische Ansicht eines Ventils zwischen zwei Kammern der Wirbelschichtanlage gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung, eine schematische Ansicht verschiedener Stellungen des Ventils aus Figur 5, Figur 7 eine schematische Ansicht einer ersten Alternative eines
Bodens einer Kammer der Wirbelschichtanlage gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 8 eine schematische Ansicht einer zweiten Alternative eines
Bodens einer Kammer der Wirbelschichtanlage gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Figur 9 eine schematische Ansicht einer dritte Alternative eines Bodens einer Kammer der Wirbelschichtanlage gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Figur 10 eine schematische Ansicht einer vierte Alternative eines
Bodens einer Kammer der Wirbelschichtanlage gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt schematisch eine Wirbelschichtanlage 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Wirbelschichtanlage 1 umfasst eine Vielzahl von Kammern 2, 3, 4, wobei eine erste Kammer 2 mit drei dritten Kammern 3 und einer zweiten Kammer 4 in Reihenschaltung angeordnet ist. Jede der Kammern 2, 3, 4 weist jeweils einen Einlass 8 sowie einen Auslass 9 auf. Der Einlass 8 in der ersten Kammer 2 ist mit einem Zulauf 10 der
Wirbelschichtanlage 1 verbunden. Der Auslass 9 der ersten Kammer 2 ist mit dem Einlass 8 einer der dritten Kammern 3 verbunden. Die drei dritten Kammern 3 sind in Reihenschaltung angeordnet, sodass jeweils ein Einlass 8 mit einem Auslass 9 verbunden ist. Der Auslass 9 der letzten dritten Kammer 3 der Reihenschaltung ist mit dem Einlass 8 der zweiten Kammer 4 verbunden. Der Auslass 9 der zweiten Kammer 4 ist mit einem Ablauf der Wirbelschichtanlage verbunden.
Über den Zulauf 10 ist ein Feststoff, insbesondere in Pulverform, den einzelnen Kammern 2, 3, 4 zuführbar. Durch die Reihenschaltung gelangt der Feststoff zunächst in die erste Kammer 2, anschließend in die dritten Kammern 3, und zuletzt in die zweite Kammer 4. Innerhalb der einzelnen Kammern 2, 3, 4 gelangt der Feststoff in Kontakt mit einem Gas, insbesondere mit Luft. Dies ist in Figur 2 gezeigt. Figur 2 zeigt eine Schnittansicht durch die erste Kammer 2 sowie die erste dritte Kammer 3 der Reihenschaltung von dritten Kammern 3. Es ist ersichtlich, dass sowohl die erste Kammer 2 als auch die dritte Kammer 3 identisch aufgebaut sind. Bevorzugt weist auch die zweite Kammer 4 einen identischen Aufbau auf.
Jede Kammer 2, 3, 4 umfasst einen Grundkörper 5 sowie einen Boden 13 und einen Deckel 14. Der Boden 13 ist mit einem Gaseingang 6 versehen, während der Deckel 14 einen Gasausgang 7 aufweist. Über den Gaseingang 6 ist Gas, insbesondere Luft, in den Grundkörper einbringbar. Über den jeweiligen Einlass 8 der Kammern 2, 3, 4 ist in den Grundkörper 5 außerdem ein Feststoff einbringbar. Durch den Kontakt mit dem strömenden Gas wird der, bevorzugt pulverförmige, Feststoff in Bewegung gebracht und nimmt innerhalb des
Grundkörpers 5 einen fluidähnlichen Zustand ein. Das Gas strömt von dem
Gaseinlass 6 zu dem Gasauslass 7 und verlässt die jeweilige Kammer 2, 3, 4 über den Gasauslass 7. Um zu verhindern, dass Feststoff ebenfalls die Kammer 2, 3, 4 verlässt, weist der Deckel 14 ein Filterelement 15 auf. Das Filterelement 15 ist vorteilhafterweise ein Metallgewebefilter. Der Metallgewebefilter wird insbesondere in regelmäßigen Abständen mit einer Druckluft beaufschlagt, um den Metallgewebefilter 15 zu reinigen.
Der Boden 13 weist einen Gasverteiler mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungen 20 (vergleiche Figur 1 ) auf, wobei über die Austrittsöffnungen 20 das über den Gaseinlass 9 aufgenommene Gas in den Grundkörper 5 gelangt. Die
Gasaustrittsöffnungen 20 sind insbesondere toroidal angeordnet, wodurch eine toroidale Bewegung des Feststoffs 19 innerhalb des Grundkörpers 5 vorhanden ist. Alternativ oder zusätzlich können die Austrittsöffnungen 20 bevorzugt zumindest teilweise derart angeordnet sein, dass ein translatorischer Transport des Feststoffs 19 zwischen zwei Kammern 2, 3, 4 ermöglicht ist. Um einen solchen translatorischen Transport zu steuern ist insbesondere ein Ventil 12 vorhanden, das nachfolgend mit Bezug auf Figuren 5 und 6 beschrieben wird.
Figur 3 zeigt eine schematische Abbildung einer Wirbelschichtanlage 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zu Figur 1 sind die Kammern 2, 3, 4 ringförmig angeordnet, wodurch ein platzsparender Aufbau erreicht wird. Schließlich zeigt Figur 4 eine schematische Abbildung eines dritten Ausführungsbeispiels der Wirbelschichtanlage 1 . Diese entspricht dem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei zusätzlich ein druckstoßfestes Gehäuse 16 vorhanden ist. Das druckstoßfeste Gehäuse 16 schützt somit die einzelnen Kammern 2, 3, 4 vor äußeren Einflüssen.
Figur 5 zeigt schematisch einen Schnitt durch zwei Kammern 2, 3, 4, wobei das Ventil 12 sichtbar ist. Als Ventilsitz für das Ventil 12 sind insbesondere Flansche 17 zwischen die Grundkörper 5 der Kammern 2, 3, 4 eingebracht. Bevorzugt sind die Flansche 17 mit dem Grundkörper 5, verschweißt. Die Grundkörper 5 weisen eine Öffnung auf, die durch das Ventil 12 verschließbar ist. Durch
Zwischenstellungen des Ventils 12 ist ein Massenstrom zwischen den einzelnen Kammern 2, 3, 4 beliebig einstellbar. Verschiedene Stellungen des Ventils 12, insbesondere eine vollständig geschlossene, eine vollständig geöffnete und eine teilweise geöffnete Stellung, sind in Figur 6 gezeigt.
Für ein sicheres Verschließen des Ventils 12 ist außerdem eine Dichtung 18 vorhanden. Somit sind die einzelnen Kammern 2, 3, 4 vollständig voneinander separierbar. Sind die Kammern 2, 3, 4 separiert, so ist ein semikontinuierlicher Modus beim Betreiben der Wirbelschichtanlage 1 ermöglicht. Dazu wird die erste Kammer 2 mit einem Feststoff 19 befüllt, wobei der Feststoff 19 so lange in der ersten Kammer 2 verbleibt, bis eine vordefinierte Produktqualität vorhanden ist. Erst dann wird bevorzugt das Ventil 12 zwischen der ersten Kammer 2 und der zweiten Kammer 3 geöffnet, um einen Transport des Feststoffs zwischen der ersten Kammer 2 und der dritten Kammer 3 zu ermöglichen. Dasselbe gilt für alle dritten Kammern 3 und die vierte Kammer 4. Sind die Ventile 12 hingegen geöffnet, so ist ein kontinuierlicher Betriebsmodus der Wirbelschichtanlage ermöglicht. Der kontinuierliche Betriebsmodus wird insbesondere dadurch erreicht, dass fortwährend über den Zulauf 10 ein Feststoff 19 zugegeben wird, während über den Ablauf 1 1 ein Feststoff und/ oder das fertige Produkt kontinuierliche entnommen wird. Ein Transport zwischen den einzelnen
Kammern 2, 3, 4 findet insbesondere aufgrund eines Differenzdrucks zwischen den Kammern 2, 3, 4 und / oder aufgrund von Höhenunterschieden statt.
Die Figuren 7 bis 10 zeigen unterschiedliche Alternativen einer Anordnung der Kammern 2, 3, 4 und der Ausgestaltung der Böden 13. So zeigt Figur 7 eine erste Alternative, bei der die Böden 13 eine gerade Fläche aufweisen. Dabei befinden sich die Kammern 2, 3, 4 auf derselben Höhe. In Figur 8 weisen die Böden 13 eine konische oder bogenförmige Grundfläche auf. Wiederum ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kammern 2, 3, 4 auf derselben Höhe angeordnet sind.
Figur 9 zeigt eine Alternative, in der die Böden 13 abgeschrägte Grundflächen aufweisen. Dies wird vorteilhafterweise damit kombiniert, dass die Kammern 2, 3, 4 auf unterschiedlichen Höhen angeordnet sind, sodass die abgeschrägten Grundflächen der Böden 13 eine durchgängige schiefe Ebene bilden. Somit ist ein Transport des Feststoffs 19 zwischen den einzelnen Kammern 2, 3, 4 auch über die Schwerkraft ermöglicht.
Figur 10 zeigt schließlich eine Alternative, in der die Böden 13 analog wie in Figur 7 ebene Grundflächen aufweisen. Allerdings sind die Kammern 2, 3, 4 auf unterschiedlichen Höhen angeordnet. Auf diese Weise lassen sich insbesondere unterschiedliche Füllmengen in den Grundkörpern der einzelnen Kammern 2, 3, 4 realisieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Wirbelschichtanlage zusätzlich ein Verteilsystem auf, wobei das Verteilsystem zum Einfügen und Entfernen von Feststoff in jede einzelne Kammer 2, 3, 4 separat ausgebildet ist. Auf diese Weise ist insbesondere ein Chargenbetrieb der Wirbelschichtanlage 1 ermöglicht, indem in jede Kammer 2, 3, 4 einzeln ein Feststoff 19 eingefügt und auch einzeln wieder entfernt werden kann.
Die Wirbelschichtanlage 1 gemäß der vorliegenden Erfindung weißt die folgenden Vorteile auf:
- Wahl zwischen kontinuierlicher und semi-kontinuierlicher Prozessführung
- Einzeln steuerbare Kammern 2, 3, 4 für unterschiedliche Prozessbedingungen in den einzelnen Grundkörpern 5, insbesondere bezüglich Temperatur, Luft, Gasgeschwindigkeiten und Sprühraten
- Variable Prozesslänge und somit Flexibilität für Produktverweilzeit und
Durchsatz
- Möglichkeit für Trocknung und Granulation innerhalb einer Wirbelschichtanlage 1 aufgrund der separaten Kammern 2, 3, 4
- Schritt für Schritt Granulieren oder Trocknen in Mini-Batches, um konservative Prozesszuführungen zu gewährleisten - Kontinuierliches Beschichten, da in jeder Kammer 2, 3, 4 eine unterschiedliche Beschichtungssubstanz versprüht werden kann, um insbesondere
Pharmazeutika multipel zu funktionalisieren
- Bottom-Spray-Verfahren mit rotierendem Partikelbett mit gleichmäßiger
Verteilung von Sprühflüssigkeit und permanenter Produktwand bewegung zur
Minimierung von Wandbelägen des Grundkörpers 5; das Bottom-Spray- Verfahren wird insbesondere das Anbringen von Sprühdüsen in den Böden 13 der Kammern 2, 3, 4 erreicht

Claims

Ansprüche
1 . Wirbelschichtanlage (1 ) umfassend zumindest zwei Kammern (2, 3, 4),
• wobei jede Kammer (2, 3, 4) einen Grundkörper (5) sowie einen
Gaseingang (6) und einen Gasausgang (7) aufweist,
• wobei jeder Grundkörper (5) einen Einlass (8) und einen Auslass (9) für einen Feststoff (19) aufweist,
• wobei der Einlass (8) einer ersten Kammer (2) mit einem Zulauf (10) der
Wirbelschichtanlage (1 ), der Auslass (9) der ersten Kammer (2) mit dem Einlass (8) einer zweiten Kammer (4) und der Auslass (9) der zweiten Kammer (4) mit einem Ablauf (1 1 ) der Wirbelschichtanlage (1 ) verbunden ist, und
• wobei zwischen zwei verbundenen Kammern (2, 3, 4) und/oder an dem
Zulauf (10) und/oder an dem Ablauf (1 1 ) ein Ventil (12) angeordnet ist, sodass wahlweise ein kontinuierlicher Betrieb oder ein semikontinuierlicher Betrieb der Wirbelschichtanlage (1 ) ermöglicht ist.
2. Wirbelschichtanlage (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Auslass (9) der ersten Kammer (2) und dem Einlass (8) der zweiten Kammer (4) zumindest eine dritte Kammer (3) angeordnet ist, sodass der Einlass der dritten Kammer (3) mit dem Auslass (9) der ersten Kammer (2) und der Auslass (9) der dritten Kammer (3) mit dem Einlass (8) der zweiten Kammer (4) verbunden ist.
3. Wirbelschichtanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (12) ein Wehr darstellt.
4. Wirbelschichtanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (5) einen Boden (13) und/oder einen Deckel (14) aufweist, wobei der Boden (13) den
Gaseingang (6) und der Deckel (14) den Gasausgang (7) umfasst.
5. Wirbelschichtanlage (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (13) einen Gasverteiler umfasst, wobei der Gasverteiler eine Vielzahl von Austrittsöffnungen (20) aufweist, über die ein durch den Gaseingang (6) eingegebenes Gas in den Grundkörper (5) eingebbar ist.
6. Wirbelschichtanlage (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (20) toroidal angeordnet sind.
7. Wirbelschichtanlage (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (13) Sprühdüsen aufweist, über die eine Flüssigkeit in den Grundkörper (5) einbringbar ist.
8. Wirbelschichtanlage (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (14) ein Filterelement (15) aufweist, wobei das Filterelement (15) den Feststoff (19) am Verlassen des Grundkörpers (5) durch den Gasausgang (7) hindert.
9. Wirbelschichtanlage (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (15) einen Textilgewebefilter und / oder einen
Metallgewebefilter und / oder einen Gas-Feststoffzyklon umfasst.
10. Wirbelschichtanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Mühle, die in den Ablauf (1 1 ) integriert ist.
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