DE2745179C2 - Vorrichtung zum chargenweisen Mischen, Trocknen und/oder Granulieren rieselfähiger Schüttgüter mit breitem Partikelspektrum - Google Patents

Description

verschiedenen Arbeitsschritte jeweils voneinander getrennte Vorrichtungen notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum chargenweisen Mischen, Trocknen und/ oder Granulieren rieselfähiger Schüttgüter mit breitem Partikelspektrum zu schaffen, die es ermöglicht, diese Güter chargenweise in einem einzigen Behälter von den Ausgangsmaterialien bis zum Endprodukt mischen, trocknen und/oder granuliere zu können und dabei der Gefahr einer Verklumpung des Gutes wirksam zu begegnen.

Dieser Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 gelöst Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Dadurch, daß gemäß der Erfindung der das Mischwerk enthaltende Behälter eine waagrecht angeordnete Trommel ist, daß sich an der Oberseite des Behälters außerhalb des Einflußbereiches des Miscnwerkes ein Beruhigungsraum befindet und zwischen den Umlaufbahnen der Mischwerkzeuge zusätzliche messerkopfartige Zerkleinerungswerkzeuge angeordnet sind, deren Antriebswelle radial durch die zylinderförmige Behälterwand ragt, und das oberhalb jedes Zerkleinerungswerkzeuges eine in den Behälter ragende Druckleitung mündet, kann man das Gut mischen, trocknen und/oder granulieren, ohne es aus der Vorrichtung herausnehmen zu müssen und ohne daß es zu einer unerwünschten Verklumpung des Gutes kommt. Das Schüttgut wird in der zum Trocknen geeigneten Wirbelschicht zusätzlich in von der Strömungsrichtung des die Wirbelschicht erzeugenden Gases abweichende Richtung zwangsweise bewegt, d. h. das Schüttgut wird in der Wirbelschicht nicht nur nach oben gedrückt und dadurch aufgelockert, sondern auch durcheinandergewirbelt und wenigstens teilweise auch in entgegengesetzter Richtung zum Gasstrom bewegt Dabei wird das Schüttgut vorzugsweise in der Wirbelschicht zusätzlich mechanisch durchmischt, d. h. der Wirbelschichttrocknung wird ein mechanischer Mischprozeß überlagert, so daß die Partikel des Schüttgutes nicht nur vom Gas aufgelockert und getrocknet, sondern auch durchmischt werden. Dieses kombinierte Trocknen und Mischen kann auch so ausgeführt werden, daß sich Schüttgutpartikel agglomerieren und das Schüttgut granuliert wird, nämlich wenn man während des Trocken- und Mischvorganges dem Schüttgut auch Feuchtigkeit zugibt und die Intensität des Mischvorganges entsprechend einstellt. Besonders vorteilhaft ist es, das Schüttgut in der Wirbelschicht zusätzlich zu dem Einfluß des Trockengases nach außen zu schleudern und aufzuwirbeln, d. h. der Behandlung des Schüttgutes im Wirbelbett eine Behandlung desselben nachdem beim maschinellen Mischen bekannten Schleuder- und Wirbelverfahren zu überlagern.

Zum agglomerieren und damit Granulieren des Schüttgutes ist es auch möglich, dem Schüttgut ein Bindemittel zuzugeben, bevor die Wirbelschicht gbildet wird, und das Schüttgut dann vor oder auch nach Bildung der Wirbelschicht durch mechanische Druckimpulse zu agglomerieren. Erfolgt das Agglomerieren vor Bildung der Wirbelschicht, so werden die Agglomerate getrocknet, während beim Granulieren in der Wirbelschicht die Partikel vor, während und nach dem Agglomerieren getrocknet werden.

Durch das Überlagern der Wirbelschichttrocknung und eines Mischvorganges läßt sich das Trocknen beschleunigen und gegebenenfalls mit einem Granuliervorgang verbinden. Insbesondere erreicht man, daß alle Teile der Charge stets einen gleichförmigen Feuchtigkeitsgehalt aufweisen und sich keine Entmischungserscheinungen zeigen, obwohl die einzelnen Schüttgutpartikel sehr unterschiedliche Größen und damit sehr unterschiedliche Oberflächen und Gewichte haben, so daß sie bei normaler Wirbelschichttrocknung unterschiedlich schnell trocknen und zum Entmischen neigen. Die kleineren Partikel werden vom die Wirbelschicht

ίο erzeugenden Gas stärker als die größeren und schwereren Partikel mitgenommen und trocknen wegen ihrer größeren spezifischen Oberfläche schneller als die größeren Partikel. Da in der Wirbelschicht aber nicht nur eine Durchwirbelung des Schüttgutes, sondern auch ständig ein Durchmischen erfolgt, wird der Entmischuagseffekt weitgehend aufgehoben, was wiederum auch dazu führt, daß die schneller trocknenden kleineren Partikel immer wieder mit noch feuchteren größeren Partikeln in Kontakt kommen und daher sich wieder dem Feuchtigkeitsgehalt der größeren Partikel anpassen, während diese durch den Kontakt mit kleineren und schon trockneren Partikel schneller trocknen. Das Ergebnis ist ein sehr homogenes Endprodukt, und zwar sowohl bezüglich der Verteilung der Partikelgröße als auch bezüglich des Feuchtigkeitsgehaltes.

Das von unten eintretende Gas wirbelt das Schüttgut im Mischraum auf, wodurch das Schüttgut aufgelockert wird, während das im Behälter befindliche Mischwerk das Schüttgut der Wirbelschicht fortlaufend durchmischt und dabei insbesondere die zum oberen Bereich der Wirbelschicht gelangenden kleineren Partikel nach unten zurückdrückt und die weiter unten bleibenden schwereren Partikel nach oben hochwirft. Desweiteren werden durch die Zerkleinerer weitere mechanische Einflüsse auf das aufgewirbelte Schüttgut ausgeübt, die den Einflüssen des Gasstromes wenigstens teilweise entgegengesetzt gerichtet sind. Weiterhin wird durch die Zerkleinerer einer Verklumpung des Schüttgutes wirksam entgegengewirkt ohne jedoch in der Trommel befindliche Granulate zu zerstören. Durch die Druckleitung werden die Zerkleinerer mittels Gasluft gereinigt, so daß diese frei von Materialresten oder anderen Rückständen sind und ihre volle Einsatzfähigkeit ständig gewährleistet ist. Außerdem kann über diese Leitungen eine zum Befeuchten des Schüttgutes dienende Flüssigkeit eingebracht werden, wobei dies noch den Vorteil hat, daß dadurch gleichzeitig eine optimale Verteilung der Flüssigkeit gewährleistet ist.

Der oberhalb des Mischbehälters befindliche Beruhiso gungsraum ist vorgesehen, um eventuell hochgeworfene bzw. mit dem Gasstrom mitgeführte Schüttgutpartikel vom Gasstrom abzuscheiden und in die Wirbelschicht zurückfallen zu lassen, bevor der Gasstrom zum Filter gelangt, damit das Filter so wenig wie möglich Feststoffpartikel aus dem Gasstrom abscheiden muß, d. h. das Trennen der Feststoffe vom Gas ist ohne großen apparativen Aufbau zu erreichen.

Vorzugsweise ist der Gasverteiler ein an der Unterseite des Behälters befestigter Kasten mit einem Gaseinlaß für wahlweise zuzuführendes erwärmtes Gas wie Luft oder Inertgas, während die Wand des Mischbehälters im Bereich des angesetzten Kastens eine Vielzahl von kleinen Löchern für den Gasdurchtritt enthält, d. h. eine Vielzahl von Löchern, die zwar für den Gasdurchtrit groß genug sind, hingegen klein genug, um ein Durchfallen von Schüttgut in den Kasten zu verhindern. Gegebenenfalls kann aber auch ein Schieber oder ein sonstiger Verschluß vorgesehen sein, damit der Misch-

behälter auch ohne Gaszufuhr und damit ohne Bildung einer Wirbelschicht als Mischer betrieben werden kann.

Ist der Beruhigungsraum ein auf dem Behälter aufgesetzter Schacht, der am oberen Ende einen Filter enthält, so ist dieser Filter zweckmäßig auswechselbar, damit es für Reinigungs- oder Reparaturzwecke leicht herausgenommen und gegebenenfalls schnell ausgetauscht werden kann.

Obwohl die zum Trocknen verwendete Wärme vorzugsweise mit dem von unten in den Behälter eingeleiteten Gasstrom herangeführt wird, ist es möglich, zusätzlich eine Wandbeheizung und auch eine Beheizung der Mischwerkzeuge vorzusehen, so daß neben der Konvektionstrocknung auch eine Kontakttrocknung stattfindet.

Dadurch, daß vom Gasverleiler direkt in den Sehacht eine wahlweise zu öffnende und zu schließende Umgehungsleitung für Warmluft führt, kann der den Behälter verlassenden feuchten Trockenluft bei Bedarf warme und trockene Luft beigemischt werden, damit Taupunktunterschreitung in der Abluft vermieden werden oder um zu Prozeßbegin das Filter vorzuwärmen.

Der Mischtrockner ist eine Weiterentwicklung der nach dem Schleuder- und Wirbelverfahren arbeitenden bekannten Pflugscharmischer, wobei der Mischtrockner chargenweise arbeitet und sein Einsatzbereich von der Herstellung von Vorprodukten über Trocknung und Homogenisierung zum Endprodukt reicht und das Schüttgut mischen, agglomerieren, trocknen und nachmischen kann. Da alle Behandlungsschritte in ein und demselben Behälter nacheinander oder auch einzeln durchgeführt werden können, ist mit dieser Vorrichtung eine »one unit operation« möglich.

In der Zeichnung ist schematisch in einem senkrechten Schnitt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum chargenweisen Mischen, Trocknen und/oder Granulieren rieselfähiger Schüttgüter mit breitem Partikelspektrum dargestellt.

Die Vorrichtung weist einen zylinderförmigen Behälter 1 auf, in welchem zentral eine antreibbare Welle 2 drehbar gelagert ist, die eine Vielzahl radialer Arme 3 trägt, an deren äußeren Ende jeweils ein pflugscharähnliches Mischwerkzeug 4 angebracht ist das nahe der Innenwand des Behälters 1 umläuft

Zwischen den Umlaufbahnen der in regelmäßigen Abständen entlang der Welle 2 angeordneten Arme 3 mit Mischwerkzeugen 4 sind messerkopfartige Zerkleinerungswerkzeuge 5 angeordnet die an einer radial zum Behälter 1 verlaufenden Welle 6 angebracht sind, wobei jede Weile 6 die Abtriebswelle eines auf der Außenseite des Behälters 1 befestigten Motores 7 bzw. eines zwischen dem Motor 7 und der Wand des Behälters 1 angebrachten Getriebes 8 ist.

An der Unterseite des Behälters 1 ist ein sich über die gend klein sind, um die Partikel des im Behälter 1 befindlichen Schüttgutes nicht durchfallen zu lassen. Gegebenenfalls kann aber unter dem perforierten Wandabschnitt des Behälters 1 auch ein Verschluß wie beispielsweise ein Schieber angeordnet sein, der nur geöffnet wird, wenn das Gas unter ausreichendem Druck steht, um ein Durchfallen von Schüttgutpartikeln durch die Löcher 12 zu unterbinden.

Auf die Oberseite des Behälters 1 ist ein Schacht 13 ίο aufgesetzt, der sich ebenfalls über die gesamte Länge des Behälters 1 erstreckt und als Beruhigungsraum dient, denn das vom Gasstrom im Behälter 1 erzeugte Wirbelbett des Schüttgutes wird so eingestellt, daß es nicht über den Einflußbereich der umlaufenden pflugscharähnlichen Mischwerkzeuge 4 hochsteigt. In dem darüber befindlichen Schacht 13, der sich nach oben konisch erweitert, verringert sich die Gasgeschwindigkeit wegen des für den Durchstrom des Gases zur Verfügung stehenden Raumes, so daß eine gewisse »Beruhigung« eintritt und insbesondere aus der Wirbelschicht mitgenommene Schüttgutpartikel ihre kinetische Energie so weitgehend verlieren, daß sie nach unten in den Behälter 1 zurückfallen.

Der Schacht 13 ist mittels eines abnehmbaren Dekkels 14 verschlossen, der einen Auslaßstutzen 15 zum Abführen des Gases aufweist. Im Deckel 14 befindet sich ein nur schematisch angedeutetes Filter 16, das nach Abnehmen des Deckels 14 leicht gereinigt und auch ausgetauscht werden kann.

Durch die Wand des Schachtes 13 ist wenigstens eine Druckleitung 17 geführt, die dicht über jeweils einem der Zerkleinerungswerkzeuge 5 mündet und dazu dient, das Zerkleinerungswerkzeug 5 mittels Blasluft zu reinigen oder in den Bereich des Zerkleinerungswerkzeuges eine zum Befeuchten des Schüttgutes dienende Flüssigkeit einzubringen.

Vom Gasverteiler 9 führt unmittelbar in den Schacht 13 eine Umgehungsleitung 18, in der beispielsweise ein Ventil 19 angeordnet ist um diese Umgehungsleitung wahlweise zu öffnen und schließen zu können. Das Ventil 19 wird geöffnet um der den Behälter 1 verlassenden feuchten Trockenluft bei Bedarf warme und trockene Luft beimischen zu können, damit Taupunktunterschreitungen in der Abluft vermieden werden, oder um zu Prozeßbeginn das Filter 16 vorzuwärmen.

Mit dieser Vorrichtung kann man das Gut mischen, granulieren und/oder trocknen, ohne es aus der Vorrichtung herausnehmen zu müssen. Wegen des ständigen Durchmischens des Wirbelbettes erfolgt eine gleichförmige Granulierung und Trocknung. Das Trennen der Feststoffe vom Gas ist ohne großen apparativen Aufwand zu erreichen. Das zum Trocknen verwendete, mit der Feuchtigkeit des Schüttgutes beladene abge-

kühlte Gas verläßt die Vorrichtung durch ein Filter, wo-Länge des Behälters erstreckender Gasverteiler 9 befe- 55 bei in den Auslaß ein Kondensator eingebaut werden stigt der mit einem Anschlußstutzen 10 versehen ist kann, damit man gegebenenfalls in einem geschlossenen

durch den erwärmtes Gas wie Heißluft oder heißes Inertgas gemäß dem Pfeil 11 zugeführt wid. In der nicht näher dargstellten Zufuhrleitung für das heiße Gas ist ein Gebläse, ein Gaserhitzer und ein verschließbares Ventil angeordnet damit die Gaszufuhr jederzeit unterbrochen werden kann und, wenn eine Gaszufuhr erwünscht ist das Gas mit der richtigen Temperatur zugeführt wird.

Im Bereich des angesetzten Gasverteilers 9 weist die Wand des Behälters 1 eine Vielzahl kleiner Löcher 12 auf und ist sozusagen perforiert da die Löcher zwar für den Durchtritt des Gases groß genug, hingegen genü-Kreislauf arbeiten kann oder nur wenig Frischluft zugeben muß. Obwohl die Vorrichtung sehr vielseitig anwendbar ist weist sie verhältnismäßig wenige Einzeltei-Ie auf, arbeitet mit gutem Wärmewirkungsgrad und kann sogar zunächst flüssige, breiige, pastenförmige oder pastöse Güter ausreichend trocknen und granulieren, weil im Chargenbetrieb gearbeitet wird und die Verweilzeit der einzelnen Chargen im Behälter 1 auf den ursprünglichen Feuchtigkeitsgehalt des Gutes abgestellt werden kann. Die gewünschte Endfeuchte läßt sich ohne die Gefahr von Übertrocknungen problemlos erreichen. Dabei ist die Temperatur des Produktes ver-

hältnismäßig niedrig, was den thermischen Wirkungsgrad weiter verbessert.

Dabei kann auch bei großen Dichte- und Formunterschieden des Produktes bzw. das Ausgangsmaterial desselben gemischt und agglomeriert werden. Der Füllgrad des Behälters kann verhältnismäßig hoch gewählt werden, so daß große Chargen verarbeitet werden und dementsprechend die verhältnismäßig kostspieligen Analysen nicht zu häufig notwendig sind. Alle Verfahrensschritte wie Befeuchten, Agglomerieren, Trocknen und Nachmischen lassen sich in einem Behälter durchführen, wodurch lange Transportwege des Schüttgutes während des Bearbeitungsverfahrens entfallen.

Die Bearbeitung des Schüttgutes läßt sich wirtschaftlich durchführen, insbesondere wenn thermisch empfindliches Schüttgut getrocknet werden muß und wenn aus Gründen des Umweltschutzes ein Austreten von Staub in die Umgebung nicht hingenommen werden kann.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (3)

1 2 All diese Forderungen können in einem konventionel- Patentansprüche: len Verfahrensablauf nur bedingt erfüllt werden, was hauptsächlich auf die Vielzahl der nachfolgend aufge-

1. Vorrichtung zum chargenweisen Mischen, führten benötigten Verfahrensschritte zurückzuführen Trocknen und/oder Granulieren rieselfähiger 5 ist

Schüttgüter mit breitem Partikelspektrum, mit ei- Zunächst werden beispielsweise Vorprodukte herge-

nem geschlossenen Behälter, einem darin um eine stellt, indem man die Rezeptur in flüssiger Phase ansetzt, horizontale Achse drehbar gelagerten Mischwerk dann die Produkte ausfällt, die Feststoffe von der Flüsmit pflugscharähnlichen Mischwerkzeugen, einem sigkeit mechanisch abtrennt, das Vorprodukt trocknet Einlaß für unter Druck zugeführtes erwärmtes Gas io und anschließend die einzelnen Chargen homogenisiert und einem Auslaß für das Gas, ferner mit einem an Die Endprodukte werden dann durch Mischen der Vorder Unterseite des Behälters angeordneten, sich produkte, befeuchten des Gemisches und Agglomerieüber dessen Länge erstreckenden Gasverteiler mit ren desselben, anschließend Trocknen der befeuchteten in das Innere des Behälters führenden Gasdurch- Agglomerate, Nachgranulation, Nachmischen mit trittsöffnungen und einem an der Oberseite befindli- 15 gleichzeitigem Untermischen der Gleitmittel und chen Gas-Auslaß, dadurch gekennzeich- schließlich Tablettieren hergestellt Es wäre wünschensne t, daß der das Mischwerk (2 bis 6) enthaltende wert, den gesamten Verfahrensablauf in einer Vorrich-Behälter (1) eine waagrecht angeordnete Trommel tung und insbesondere einem Behälter durchführen zu ist, daß sich an der Oberseite des Behälters (1) außer- können, um ein Umfüllen der Vor- und Zwischenprohalb des Einflußbereiches des Mischwerkes ein Be- 20 dukte und ein zu häufiges Reinigen der Apparatur zu ruhigungsraum (13) befindet, daß zwischen den Um- vermeiden.

laufbahnen der Mischwerkzeuge (4) zusätzliche Bei der aus der DE-AS 10 95 637 bekannten Misch-

messerkopfartige Zerkleinerungswerkzeuge (5) an- vorrichtung, der eingangs genannten Art, kann das zu geordnet sind, deren Antriebswelle (6) radial durch einem Wirbelbett aufgelockerte Gut zusätzlich von eidie zylinderförmige Behälterwand ragt, und daß 25 nem Mischwert durchmischt werden. Desweiteren kann oberhalb jedes Zerkleinerungswerkzeuges eine in die Einrichtung zum gleichzeitigen Kühlen von Schüttden Behälter (1) ragende Druckleitung (17) mündet gut gleicher oder verschiedener Materialzusammenset-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zungen verwandt werden. Eine weitere Behandlungszeichnet, daß der Beruhigungsraum ein auf den Be- mögUchkeit ist nicht möglich, d. h. die Mischvorrichtung hälter (1) aufgesetzter Schacht (13) ist, der am obe- 30 ist nicht zum Trocknen und/oder zum Granulieren von ren Ende ein Filter (16) enthält. rieseiförmigem Schüttgut geeignet

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Daraus folgt, daß das zu verarbeitende Gut nicht in gekennzeichnet, daß vom Gäsverteiler (9) direkt in einem einzigen Behälter vom Ausgangsmaterial bis zum den Schacht (13) eine wahlweise zu öffnende und zu Endprodukt verarbeitet werden kann, vielmehr kommt schließende Umgehungsleitung (18) für Warmluft 35 es nur zu einer Vermischung des Gutes, wobei dieses führt · vermischte Gut einer sich daran anschließenden weiteren Verarbeitung zugeführt werden muß. Dies bringt

unter anderem eine Verteuerung des Endproduktes

bzw. des vermischten Gutes und eine Erhöhung der 40 Störanfälligkeit aufgrund der Vielzahl von zu benutzen-

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Chargen- den Vorrichtungen mit sich.

weisen Mischen, Trocknen und/oder Granulieren riesel- Desweiteren ist ein Überdruckventil vorgesehen um

fähiger Schüttgüter mit breitem Partikelspektrum mit einen schädlichen Überdruck zu vermeiden, wobei dieden Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspru- ses Überdruckventil an eine Entstaubungseinrichtung ches 1. 45 angeschlossen werden kann. Etwa mitgerissene Gutteile

Unter dem Begriff der rieselfähigen Schüttgüter mit können auf diese Weise wieder gewonnen und dem Beeinem breiten Partikelspektrum werden granulatartige hälter wieder zugeführt werden. Das heißt, es ist ein oder -körnige Schüttgüter verstanden, die Partikel mit weiterer Arbeitsschritt bzw. ein relativ kostspieliger apinnerhalb eines sehr weiten Bereiches liegenden unter- parativer Aufbau zur Wiedergewinnung mitgerissenen schiedlichen Größen aufweisen und bei Misch- und 50 Gutes erforderlich, was ebenfalls zu einer Verteuerung Trockenvorgängen unterschiedlich schnell trocknen des Endproduktes bzw. des vermischten Gutes führt,
und zum Entmischen neigen. Zu vermischende Güter neigen insbesondere bei Vor-

An für die pharmazeutische Industrie geeignete handensein einer gewissen Feuchte zur Verklumpung, Misch- und Trocknungsanlagen werden besondere An- wobei einer Verklumpung durch Mischeinrichtungen forderungen gestellt So werden eine absolute und leich- 55 der oben erwähnten Art nicht wirksam begegnet werte Reinigung der Vorrichtung, minimale Analysekosten den kann, da das Rührwerk lediglich in Zusammenarbeit für die vom Betriebsablauf vorgegebenen Chargengrö- mit einer flächenhaft pneumatischen Auflockerung der Ben, höchste Mischgüte auch beim Untermischen ge- Vermischung und nicht einer Zerkleinerung des Gutes ringster Wirkstoffmengen, für eine einwandfreie Wei- dient.

terverarbeitung einheitlicher Produktqualitäten bezo- an Mit dem aus der DE-AS 10 63 530 bekannten Wirbelgen auf die physikalischen Eigenschaften, ein ausrei- bettrockner für in feuchtem Zustand klebende und nicht chendes Befeuchten und Agglomerieren der Mischung rieselfähige Pulver insbesondere thermoplastische unter Verwendung minimaler Flüssigkeitsmengen, ein Kunststoffe, z. B. Perlpolymerisat, kann lediglich eine umweltfreundlicher Verfahrensablauf durch ein ge- Trocknung des Eintrags vorgenommen werden, d. h. die schlossenes System mit beispielsweise Staubabschei- 65 Vorrichtung ist nicht dazu geeignet, mehrere Arbeitsdung und Lösungsmittelrückgewinnung und Zusam- schritte in sich zu vereinen und so darin befindliche menfassung möglichst vieler Verfahrensschritte in einer Güter vom Ausgangsmaterial bis zum Endprodukt füh-Vorrichtung gefordert. ren zu können. Es sind vielmehr nach wie vor für die