DD139525A5 - Wirbelschichtapparatur - Google Patents

Description

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Beschreibung

Wirbelschichtapparatür

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Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtapparatur mit einem Wirbelschichtbehälter, in dem eine im wesentlichen horizontale Rotorscheibe über einem Siebboden angeordnet und um eine zumindest annähernd vertikale Achse drehantreibbar ist.

Charakteristik der bekannten techn. Lösungen:

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Für die Durchmischungs- und Wärmeübergangseigenschaften in Wirbelschichtapparaturen ist bekanntlich die Feststoffbewegung neben der Blasenbildung und -bewegung im Wirbelbett ausschlaggebend.

Besonders bei Reaktionsgütern mit unterschiedlicher Dichte und/oder unterschiedlicher Partikelgröße und/oder unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit ist eine gute Durchmischung bzw. die Verhinderung der Reaktionsgutentmischung oft äußerst problematisch. Dies ist auch bei der Herstellung von pharmazeutischen Granulaten sehr oft ein störendes Problem.

Bisher versuchte man, diesen Problemen durch Verwendung von verschiedenen Einbauten oder pneumatischen Mischvorrichtungen oder durch schwingende bzw. oszillierende Siebböden in den Wirbelschichtreaktoren zu begegnen.

Es wurde ferner versucht, durch Anbringung eines Sternrührers über dem Siebboden die Kanalbildung (Konzentration des Gutes in schmalen Kanälen bzw. Schläuchen) zu verhindern und dadurch die Wirbelschichtbewegung zu verbessern. Durch den Sternrührer wird jedoch praktisch keine Zentrifugalbewegung des Gutes bewirkt. Das Gut strömt wie bei allen bisher bekannten derartigen Apparaturen vorwiegend innen hoch und außen abwärts. Dies hat bei einigen Anwendungen, insbesondere beim Besprühen des Gutes zum Herstellen eines Granulats die unerwünschte Folge, daß feuchtes Gut mit der Wand in Berührung kommt und dort leicht festbacken kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den Mischeffekt in einer Wirbelschichtapparatur so zu verbessern, daß das Gut außen nach oben und innen nach unten strömt. Darlegung des

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wirbelschichtbehälter sich nach oben verjüngt. Damit wird erreicht, daß das von der Rotorscheibe radial nach außen geschleuderte und anschließend längs der Innenwand des Wirbelschichtbehälters nach oben strömende Gut von dieser Innenwand allmählich radial nach innen umgelenkt wird, so daß es schließlich im Bereich der Achse des Wirbelschichtbehälters nach unten strömt und unten erneut in den Einflußbereich. der Rotorscheibe gelangt.

Die Vorteile der Erfindung liegen also darin, daß man in einfacher Weise eine wesentliche Verbesserung der Mischgüte in Wirbelschichtapparaturen erzielen kann. Diese Verbesserung ist gleichermaßen für Wirbelschichtmischer, -trockner, -reaktoren und -granulatoren von großem Interesse. Die Erfindung hat sich insbesondere bei der Herstellung von pharmazeutischen Granulaten bewährt.

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Der Abstand zwischen Siebboden und Rotorscheibe beträgt vorzugsweise 0,5 - 20 mm. Damit wird erreicht, daß das durch den Siebboden nach oben strömende Gas sofort eine radial nach außen gerichtete Strömungskomponente erhält, was ebenfalls zu der erwünschten Strömung des Gutes radial nach außen im unteren Bereich der Wirbelschicht beiträgt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird diese Strömung noch dadurch unterstützt, daß die Rotorscheibe einen flachen Kegel mit einem Neigungswinkel von bis zu 45° bildet.

Um das Abgleiten des Gutes vom mittleren Bereich der Rotorscheibe zu erleichtern, kann die Rotorscheibe mit einem Zentralkegel versehen sein, dessen Grundflächendurchmesser 15 bis 5o % des Durchmessers der Rotorscheibe und dessen Höhe 5 bis 50 % des Durchmessers der Rotorscheibe betragen kann.

Die Grundfläche der Rotorscheibe beträgt vorzugsweise 60 bis 80 % der Bodenfläche des Wirbelschichtbehälters. Die Rotorscheibe deckt also zumindest den mittleren Teil des Siebbodens ab und verhindert somit weitgehend, daß das Wirbelbett in von der Innenwand des Wirbelschichtbehälters entfernten Bereichen von einem starken, aufwärtsgerichteten Luftstrom erfaßt wird.

Dennoch kann die Rotorscheibe perforiert sein, da das durch die Rotorscheibe hindurch nach oben strömende Gas auf jeden Fall retdial nach außen abgelenkt wird, wenn die Rotorscheibe mit hinreichender Drehzahl rotiert.

Die Ablenkwirkung der Rotorscheibe auf das Wirbelbett kann noch dadurch verstärkt werden, daß Schikanen- oder flügel- oder schaufeiförmige Mitnehmer an der Oberseite der Rotorscheibe angebracht sind.

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Je nachdem, ob und in welchem Maß die Rotorscheibe perforiert ist, hat der Ringspalt zwischen ihr und der Innenwand des Wirbelschichtbehälters eine mehr oder weniger entscheidende Bedeutung für die Luftgeschwindigkeit im gesamten Wirbelschichtbehälter. Die Luftgeschwindigkeit ist ihrerseits eine kritische Prozeßgröße, die entsprechend den Strömungseigenschäften des Produktes (Granulatdurchmesser und Gewicht) jeweils optimal eingestellt werden muß. Aus der Verjüngung des Wirbelschichtbehälters ergibt sich die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Wirbelschichtapparatur in der Weise zu verbessern, daß die Strömungsverhältnisse in der Apparatur unabhängig von der zirkulierenden Luftmenge in einfacher Weise an verschiedenenartige Granulate angepaßt werden können.

Dieser zusätzliche Vorteil wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß die Rotorscheibe im unteren konischen Behälterteil höhenverstellbar ausgebildet ist. Der Spalt zwischen Behälterinnenwand und Außenrand der.Rotorscheibe kann dann durch Anheben der Rotorscheibe verringert werden. Auf diese Weise kann z.B. bei gleicher Luftmenge die Luftgeschwindigkeit erhöht werden. Es ist ferner möglich, den Luftdurchsatz sogar zu verringern und trotzdem die Luftgeschwindigkeit durch eine gleichzeitige · Verkleinerung des Spaltes zu erhöhen. Die Höhenverstellbarkeit der Rotorscheibe hat also den Vorteil, daß die Wirbelschichtapparatur jeweils optimal an die Strömungseigenschaften des. Granulates angepaßt werden kann. Dadurch wird eine produktspezifische Optimierung der Betriebsbedingungen im Hinblick auf die Produktqualität ermöglicht

Ausführungsbeispiele ι

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt einer Wirbelschicht-.apparatur mit perforierter Rotorscheibe und

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Fig. 2a bis 2c drei Varianten einer Rotorscheibe und eines

sich nach oben verjüngenden Wirbelschichtbehälters, ebenfalls im senkrechten Schnitt dargestellt.

Zur Wirbelschichtapparatur gemäß Fig. 1 gehört ein sich konisch nach oben verjüngender Wirbelschichtbehälter 1, an den sich eine zylindrische Entspannungszone 2 anschließt. Dazwischen wird granulatförmiges Gut von einer Dosierpumpe 3 über einen Düsenring 4 in den Wirbelschichtbehälter 1 eingetragen. Der Wirbelschichtbehälter 1 ist an seiner Unterseite mit einem Siebboden 5 abgeschlossen, der durch pneumatische Kolben 6 in oszillierende Bewegungen versetzt werden kann. In einem Abstand von 0,5 bis 20 mm über dem Siebboden ist eine horizontale, perforierte Rotorscheibe 8 angeordnet, die in der 'Mitte einen Zentralkegel 9 aufweist und durch einen Motor 10 antreibbar ist.

In der Wirbelschichtapparatur läßt sich mit einer Turbine 11 eine Luftzirkulation erzeugen. Die von der Turbine aus der Entspannungszone 2 abgesaugte Luft strömt durch ein Rundfilter 12, das zu Reinigungszwecken mit einer Abklappvorrichtung 13 versehen ist. Seitlich neben dem Wirbelschichtbehälter 1, der Entspannungszone 2 und dem Rundfilter 12 ist ein Seitenkanal 15 angeordnet. Abluft und Zuluft werden durch eine Abluftregulierklappe 16 bzw. einen.Zuluftregulierschieber 17 an einer Lufteintritts- und-austrittsöffnung 18 eingeregelt. Die Rückluft wird über ein Vorfilter 19 und einen Lufterhitzer 20 im Seitenkanal 15 sowie durch den Siebboden 5 hindurch wieder dem Wirbelschichtbehälter 1 zugeführt.

Von dem aufsteigenden Gas- oder Luftstrom werden die Feststoffteilchen des im Wirbelschichtbehälter enthaltenen Gutes, das behandelt, z.B. granuliert werden soll, aufwärts transportiert, um anschließend aufgrund der Schwerkraft nach innen auf die Rotorscheibe 8 zurückzufallen. Die von der Rotorscheibe 8 erzeugte Zentrifugalkraft treibt die Feststoffteilchen wieder in den von unten nach oben fließenden Gas- oder Luftstrom. Auf

diese Weise ergibt sich die in Fig. 2a und 2b dargestellte gleichmäßig rotierende oder umwälzende Feststoffbewegung der Wirbelschicht.

Als besonders günstig haben sich konische, sich nach oben hin verjüngende . Formen des Wirbelschichtbehälters 1 gemäß Fig.2a, 2bund 2c erwiesen, da bei diesen Querschnitten das gesamte hochströmende Gut nach innen abgelenkt wird.

In den Zeichnungen sind auch verschiedene Ausgestaltungen der Rotorscheibe 8 angedeutet. Im einfachsten Falle ist die Rotorscheibe 8 gemäß Fig.1, 2a und 2c im wesentlichen eben. Die Rotorscheibe 8 kann aber auch gemäß Fig. 2b nach außen hin abfallen, so daß sie einen flachen Kegel bildet. Der Neigungswinke Ιοί. kann maximal 45° betragen. Vorzugsweise beträgt der Neigungswinkel CC. jedoch nicht mehr als 20°. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn im Zentrum der Rotorscheibe.8 ein Zentralkegel 9 angeordnet ist und die Scheibenfläche außerdem nach außen noch leicht abfällt (oCSi5^e). Die Grundfläche des Zentralkegels 9 hat üblicherweise einen Durchmesser von 15' bis 50 %, vorzugsweise 15 bis 30 %, des Rotorscheibendurchmessers, während die Höhe des Kegels zwischen 5 und 50 %, vorzugsweise 10 und 30 %, bezogen auf den Durchmesser des Rotors beträgt. Der Flächenanteil öhr Rotorscheibe sollte etwa 20 bis 95 %, vorzugsweise 60 bis 80 %, der Bodenfläche der Wirbelschichtapparatur besitzen.

Die in Fig. 1 angedeutete Perforation 21 der Rotorscheibe 8 hat den Zweck, daß auch im Zentrum des Wirbelschichtbehälters ein gewisser Teil des Gas- bzw. Luftstromes nach oben strömt.

In Sonderfällen können gemäß Fig. 2a Schikanen- oder flügel- oder schaufelförmige Mitnehmer 22 an den Rotorscheiben 8 angebracht werden.

Um eine hinreichend große Zentrifugalkraft zu erzeugen, soll die Rotorscheibe 8 mit einer Geschwindigkeit von.20 bis 1000, vorzugsweise 40 bis 150 UpM, rotieren.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2c ist die Rotorscheibe mittels einer Steckachse 23 höhenverstellbar gelagert, die sich zur Höhenverstellung z.B. auf einem Kolben 24 einer pneumatischen Kolben-Zylindereinheit über ein Axiallager 25 abstützt. Die Rotorscheibe 8 kann auch im Abstand von der Steckachse 23 durch Führungsrollen oder Kugellager 2 6 abgestützt sein, die ebenfalls von pneumatischen Hubvorrichtungen angehoben werden können. Wie aus Fig. 2c ersichtlich, verringert sich beim Anheben der Rotorscheibe 8 der Spalt d zwi-¹' sehen dem äußeren Rand der Rotorscheibe und der Innenwand des Wirbelschichtbehälters.

Claims (9)

1. ι Erfindungsanspruch

   1. Wirbelschichtapparätur mit einem Wirbelschichtbehälter, in dem eine im wesentlichen horizontale Rotorscheibe über .einem Siebboden angeordnet und um eine zumindest annähernd vertikale Achse drehantreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirbelschichtbehälter (1) sich nach oben verjüngt.
2. 2. Wirbelschichtapparatur nach Punkt 1, dadurch ge-, kennzeichnet, daß der Abstand zwischen Siebboden (5) und Rotorscheibe (8) 0,5 bis 20,0 mm beträgt.
3. 3. Wirbelschichtapparatur nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorscheibe (8) einen flachen Kegel mit einem Neigungswinkel von oc ^~ 45 bildet. .
4. 4. Wirbelschichtapparatur nach Punkt 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorscheibe (8) mit einem Zentralkegel (9) versehen ist, dessen Grundflächendurchmesser 15 bis 50 % des Durchmessers der Rotorscheibe (8), und dessen Höhe 5 bis 50 % des Durchmessers der Rotorscheibe beträgt. .
5. 5. Wirbelschichtapparatur nach einem der Punkte 1. bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfläche der Rotorscheibe (8) 60 bis 80 % der Bodenfläche des Wirbelschichtbehälters (1) beträgt.
6. 6. Wirbelschichtapparatur nach einem der Punkte 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorscheibe (8) perforiert ist. ^l

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7. 7. Wirbelschichtapparatur nach einem der Punkte 1

   bis 6, dadurch gekennz eichnet, daß schikanen- oder flügel- oder schaufeiförmige Mitnehmer (22 ) an der Oberseite der Rotorscheibe (8) angebracht sind.
8. 8. Wirbelschichtapparatur nach einem der Punkte 1

   bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorscheibe (8) höhenverstellbar ist.
9. 9. Wirbelschichtapparatur nach Punkt 8, dadurch gekennz e ichnet, daß der Wirbelschichtbehälter (1) zwei übereinander angeordnete Bereiche (1¹ ; 1") aufweist, von denen der untere Bereich (1')> der mit der Rotorscheibe (8) einen Ringspalt begrenzt, sich nach oben stärker verjüngt als der obere Bereich (1")'·

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