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VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG NICHT STAUBENDE GRANULATE UND VORRICHTUNG
HIERFUER
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Die Anwendung von verschiedenen im Zerstäubungstrockner, Schaufeltrockner,
Bandtrockner und anderen Trocknern getrockneten Produkte, z.B. Chemikalien und Farbstoffen,
erfolgt durch Lösen dieser Produkte in verschiedenen Lösungsmitteln, meistens in
Wasser. Die Produkte müssen eine bestimmte, definierte enge Wirksubstanz enthalten.
Es werden entweder reine Stoffe, z.B. Chemikaiien, welche nur einen geringen Anteil
an Nebenprodukten enthalten oder auch Produkte, welche einen relativ grossen Anteil
(10-70 Gew.--%) an Zusätzen enthalten, verkauft. Als Beispiel können Farbstoffe
erwähnt werden, bei denen eine bestimmte Farbstärke im Vergleich zum Referenzmuster
gewährleistet werden muss. Dies wird dadurch erreicht, dass sogenannte Coupagemittel
den Farbstoffen zugegeben werden. Es kann auch vorkommen, dass in den Farbstoffen
schon nach der Synthese eine bestimmte Menge von an und für sich inerten (fremden)
Stoffen (Kochsalz, Glaubersalz) vorhanden ist.
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Die Coupagemittel dürfen die appi i katori schen Eigenschaften nicht
verschl echtern, bzw. sie sollen eine Verbesserung bringen.
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Hinsichtlich der Handhabung müssen diese Handelsprodukte bestimmte
Anforderungen erfüllen. Als wichtigste wird betrachtet: gute Löslichkeit, gute Lösegeschwindigkeit,
möglichst geringes Stäuben, gute Rieselfähigkeit und Benetzbarkeit. Alle oben erwähnten
Eigenschaften zu erfüllen, ist sehr schwierig, weil eine Verbesserung einer Eigenschaft
oft eine Verschlechterung der anderen mit sich bringt: z.B. aus Partikeln mit einer
harten Oberfläche entsteht kein oder sehr wenig Staub, diese Partikel lösen sich
aber sehr schlecht, sodass die erforderliche Lösegeschwindigkeit nicht erreicht
wird.
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In der Literatur sind Verfahren/Einrichtungen beschrieben, mit welchen
Wirbelschichtgranulate hergestellt werden. Es sollen dadurch Produkte entstehen,
welche im Vergleich zu anderen Verfahren besseres Stäubeverhalten aufweisen. Diese
Verfahren kennzeichnen sich im wesentlichen dadurch, dass
die Alirbelschicht,
welche aus einem Gemisch der Produktpartikel verschiedener Grösse besteht, mit der
Trocknungsluft aufgewirbelt und mit den Tropfen der zu trocknenden Lösung oder Produktsuspension
besprüht wird.
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Die Partikel in der Wirbelschicht werden dadurch grösser, binden sich
zusammeln, bzw. es entstehen neue Schichten an der Oberfläche: andererseits werden
diese Partikel durch die Zusammenstösse beim Wirbeln abgerieben, wodurch Staub entsteht.
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Je nach Produkteeigenschaften und Trocknungsbedingungen entstehen
kleinere (kleiner als 1 mm) oder gröbere Partikel (grösser als 2 mm). In der Regel
bilden sich bei niedriger Sprühleistung kleinere Partikel, welche aber eine kompakte
Struktur und Oberfläche aufweisen. Die grossen Partikel weisen eine kleinere spezifische
Oberfläche und dadurch-die längere Lösedauer auf. Ein weiterer Nachteil der Herstellung
von grossen Partikeln besteht darin, dass sich dabei auch sehr grosse Klumpen bilden
können, welche dann als Störungsquelle erscheinen. Natürlich können optimale Trocknungsbedingungen
experimentell ermittelt werden, diese erscheinen jedoch meist als Kompromiss zwischen
den gegenwirkenden Faktoren. Auf diese Art und Weise können die Granulate mit optimalen
applikatorischen Eigenschaften meist nicht hergestellt werden. Um dieses zu verbessern,
wurden verschiedene Massnahmen wie z.B. kontinuierliche Produktentnahme, gezielte
Entstäubungsbedingungen, Anwendung von verschiedenen Zusätzen bei der Trocknung
von wasserlöslichen oder dispergierbaren Farbstoffen, erprobt. Aber auch bei kontinuierlichem
Betrieb und Sichten des aus der Wirbelschicht entzogenen Granulates weist dieses
ziemlich grosse Polydispersität, d.h. grosse Teilchengrössebreite (die Differenz
zwischen der grossten und der kleinsten Partikel grösse, die als Korngrösse-Differenz
zwischen 10% und 90% Rückstand bestimmt wird) auf. Durch die Vibrationen beim Transport
entmischen sich dann die gröberen von den feineren Partikeln, was man als Ursache
von Unregelmässigkeiten bei der Anwendung betrachten kann, besonders bei Feststoff-Produkt-Mischungen
von Bedeutung.
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Es wurde nun festgestellt, dass die grössten Partikel (einige mm ),
welche bei hoher Sprühintensität entstehen5 eine poröse Struktur aufweisen, durch
welche das Benetzen bei der Anwendung erleichtert wird. Im weiteren wurde ermittelt,
dass die für die Applikation erforderliche Lösegeschwindigkeit dadurch erreicht
wird, dass diese Partikel auf eine Grösse unter 1 mm zerkleinert werden. Zudem wurde
festgestellt, dass durch die Zerkleinerung die Festigkeit und dadurch die Transportstabilität
gemindert werden kann. Dieser Einfluss hängt im aligemeinen nicht nur von der Zerkleinerungsart,
sondern auch davon ab, ob nur die grossen allein oder ein Gemisch von kleinen und
grossen Teilchen der Zerkleinerung ausgesetzt werden. Die Aufgabe war nun, die oben
erwähnten vorteilhaften Eigenschaften zu schaffen und die nachteiligen Auswirkungen
weitgehend zu eliminieren.
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Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Herstellung gut
benetzbarer, praktisch nicht staubender Granulate aus in Wasser oder organische
Lösungsmitteln löslichn' oder dispergierbaren Substanzen oder aus einer Schmelze,
in einem Wirbelschichtgranulator, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man aus dem
in der Wirbelschicht vorhandenen Granulat diejenigen Partikel, deren Durchmesser
grösser ist als das Zwei- bis Fünffache des gewünschten Minimal durchmessers, entnimmt,
die kleineren Partikel dort belässt, beziehungsweise der Wirbelschicht wieder zuführt,
die Partikel mit einem Durchmesser über dem gewünschten Maximaldurchmesser selektiv
mechanisch verkleinert und aus dem so entstandenen Partikel gemisch die Teilchen
mit einem Durchmesser unter dem gewünschten Minimal durchmesser wieder der Wirbelschicht
zuführt.
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Gegenstand der Erfindung sind auch die zur Durchführung des erfindungsgemässen
Verfahrens benötigten Einrichtungen, die an geeignete, bekannte Wirbelschichtgranulator-Geräte
angebaut werden.
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Sehr wesentlich ist zur Erreichung des erfindungsgemässen Zieles,
dass die spezifische Granulierleistung im Wirbelschichtgranulator mehr als 90 kg
Granulat pro m2 Siebfläche und Stunde beträgt. Vorzugsweise erfolgt die
selektive,
mechanische Verkleinerung der Partikel mit einem Durchmesser über dem gewünschten
Maximaldurchmesser durch raspelartige Bearbeitung in einer hierzu geeigneten Vorrichtung,
die z.B. aus einem cylinderförmigen, mit Schlitzen versehenen Raspel-Element innerhalb
desselben sich ein motorgetriebenes Rührelement befindet, besteht.
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Vorzugsweise werden die auf diese Weise hergestellten Granulat-Partikel
der gewünschten Grösse einer weiteren mechanischen Behandlung, bei der die Partikel
abgeschliffen (besser abgerundet) werden, unterzogen. Der sowohl beim Raspeln als
auch beim Abschleifen entstehende Abrieb wird dann wieder der Wirbelschicht zugeführt.
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Von Vorteil kann es auch sein, die so mechanisch bearbeiteten Granulat-Partikel
abschliessend noch einer Sprühbehandlung zu unterziehen. Diese Sprühbehandlung erfolgt
vorzugsweise ebenfalls in einem Wirbelbett und kann mit der ursprünglich verwendeten
Flüssigkeit (Wasser oder organische Lösungsmittel), mit einem anderen Lösungsmittel
aber auch mit der ursprünglich eingesetzten Lösung oder Suspension erfolgen.
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In einer Vielzahl der Fälle hat es sich als vorteilhaft e nziesen,
Granulate mit einem Durchmesser zwischen 0,2 und 1 mm herzustellen und dazu der
Wirbelschicht Teilchen mit einem Durchmesser0,7 mm zu entnehmen und erfindungsgemäss
zu behandeln.
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Die Erfindung betrifft also ein Verfahren und eine Einrichtung, mit
der aus allen Produkten, welche eine gewisse minimale Bindefähigkeit aufweisen und
in Form einer Lösung bzw. einer Suspension mit einem Anteil von gelösten Stoffen,
oder in Form einer Schmelze vorliegen, ein Wirbelschicht-Granulat hergestellt wird,
welches die erforderl i chen "easy handling"-E1genschaften erfüllt. Es können ohne
weiteres Lösungen, welche bisher z.B. im Zerstäubungstrockner bearbeitet wurden,
getrocknet und granuliert werden.
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Die "easy-handling"-Eigenschaften, zu welchen, wie bereits erwähnt,
minimales Stäuben,gute Rieselfähigkeit, Benetzbarkeit, Löslichkeit und nicht
zuletzt
Transportstabilität gehören, können sogar auch mit wesentlich kleineren Mengen oder
ohne die bisher angewendeten Zusätze erreicht werden. Dadurch können Produkte hergestellt
werden, welche einen grösseren Anteil an Wirkstoffen aufweisen, was die Applikation
und Herstellung weiter vereinfacht und die Transport- und Lagerkosten herabsetzt.
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Das Verfahren zur kontinuierlichen Wirbelschichtgranulierung von Lösungen
bzw. Suspensionen mit gelöstem Anteil, bei welchem ein gutlös-liches,-gut benetzbares
und staubarmes bzw. staubfreies Granulat hergestellt wird, besteht z.B. darin, dass
die Menge der Luft, mit welcher die in einem konischen oder zylindrischen Behälter
vorhandene Wirbelschicht aufgewirbelt wird, so eingestellt wird, dass unmittelbar
oberhalb des Siebbodens des Behälters besonders grobe Partikel der genannten Wirbelschicht
sich bewegen, sodass das in unmittelbarer Nähe des Siebbodens entnommene Granulat
vorzugsweise mindestens 40 (vorteilhaft mehr als 60) Gewichtsprozente Partikel enthält,
welche grösser als die gewünschte Korngrösse des Produktes ist, entzogen, anschliessend
auf eine Grösse von weniger als 1 mm geraspelt, aus dem so entstandenen Gemisch
die Partikel, welche kleiner als 200 Mikron sind, durch Sichten getrennt und wieder
der Wirbelschicht zugeführt werden, und dass zusätzlich die Zu- und Ablufttemperatur
so eingestellt wird, dass die spezifische Granulierleitstung mehr als 90 kg 2 Granulat
pro 1 m2-Siebfläche und -Stunde beträgt. Die spezifische Verdampfungsleistung kann
beispielsweise bei wässriger Lösung je nach Konzen-2 tration 30 - 210 kg Wasser
pro Stunde und 1 m -Siebfläche betragen.
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Das so hergestellte Granulat kann noch in einer angeschlossenen Wirbelschicht
mit 0,5 - 101 (vorteilhaft 1-2%j einer Flüssigkeit, Lösung oder Suspension besprüht
werden. Dadurch wird das Stäubeverhalten und die Lager- und Transportstabilität
weiter verbessert, ohne dass die Löslichkeit leidet.
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Durch das Raspeln entstehen überraschendeveise Partikel, welche eine
genügende Festigkeit und Transportstabilität aufweisen. Das Entstauben kann auf
verschiedene Arten erfolgen. Am besten hat sich das Sichten -vorteilhaft
stufenweise
- bzw. im Gegenstrom erwiesen. Das Besprühen in der sekundären Wirbelschicht verbessert
die Oberflächenstabilität.
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In Figur 1 ist eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen
Verfahrens zur Herstellung von "easy-handling"-(EH-)Granularen dargestellt.
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Sie besteht aus einer Kammer 1, aus einem auf dem Boden mit einem
Sieb 3 versehenen Unterteil 2 für die Wirbel schicht 30, Luftzufuhr-Stutzen 5, einem
mit Heizmedium-Anschluss-Stutzen 7,8 versehenen Zulufternitzer 6, Frischluftstutzen
9,-einem in Kammer 1 angebrachten Abluftfilter 10, auf welchem die mit der Abluft
emporgetragenen Partikel zurückgehalten erden, die mit einer bekannten und hier
nicht dargestellten Vorrichtung periodisch aus dem Filter entnommen und in die Wirbelschicht
zurückgebracht werden, Deckel 11 mit Verbindungsrohr 12, an dem der Saugventilator
13 mit Abluftstutzen 14 angeschlossen ist und aus der 2-Stoff-Zerstäubungsdüse 34,
welche mit dem Stutzen 35 für die Flüssigkeit und dem Anschluss 36 für die Zerstäubungsluft
verbunden ist. Im weiteren ist diese Einrichtung erfindungsgemäss mit einem Entnahmesystem
versehen, welches aus einer mit dem Motor 16 angetriebenen Austragsschnecke i5,
Zerkleinerungsvorrichtung, bestehend aus Gehäuse 18, Rasplerelement 19, und einem
mit dem Motor 21 angetriebenen Rotor 20, Entstaubungseinrichtiing 22, in welcher
Siebböden 23 angebracht sind, welche mit Entstabubungsluftstutzen 24 mit Regelkla-ppe
25 und Staubrückführrohr 26 mit Regel klappe 27 versehen ist, besteht. Das Entleeren
des EH-Granulates in das Fass 31 erfolgt über eine Zellenradschleuse 28 und den
Stutzen 29. Die Ueberwachung der Wirbelschichtmenge 30 erfolgt mittels der Wirbelschicht-Druckdifferenz,
welche mit einem geeigneten Messgerät 33 ermittelt wird.
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Ohne dass sich am Prinzip etwas ändert können auch andere Elemente
des Grundapparates, bzw. andere Formen angewendet werden, z.B. kann eine Einstoffdüse
die 2-Stoff-Düse 34 ersetzen, ein Silo oder Container kann anstatt Fass 31 eingesetzt
werden, der Unterteil 2 kann auch eine zylindrische Form aufweisen.
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Die Anlage nach Fig. 1 funktioniert wie folgt: Das im Unterteil 2
vor dem Beginn der Granulierung vorgelegte Produkt 30 (im weiteren als Wirbelschicht
bezeichnet) wird durch die mit dem Ventilator 13 eingesaugte und durch den Zuluft-Erhitzer
6 erwärmte Luft aufgewirbelt und mit der durch die Düse 34 zerstäubte Lösung bzw.
Suspension des zu trocknenden Produktes besprüht. Die Menge der Wirbelschicht wird
mit dem Druckdifferenz-Messgerät 33 überwacht bzw. geregelt. Die gröberen Partikel,
welche sich in der Nähe des Siebes 3 ansammeln, werden mit der Schnecke so intensiv
entnommen, dass die optimale Wirbelschichtmenge 30 gewährleistet ist. Diese Partikel
gelangen dann in die Raspeleinrichtung, durch welche sie auf die gewünschte Grösse
zerkleinert (mit dem Rührer 20 durch das Raspel-Element 19 durchgepresst) werden,
ohne dass die Festigkeit der Partikel wesentlich abnimmt.
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In der Entstaubungs-Vorrichtung 22 werden die entstandenen Partikel,
welche kleine als 300 Mikron sind, durch einen Falschluftstrom aus dem Stutzen 24
dem Gemisch entnommen, und mittels Staubrückführungsrohr 26 am Apparat wieder zugeführt.
Die Menge der Entstaubungsluft kann mit den Klappen 25 und 27eingestellt werden.
Die Luft wird in die Kammer 1 eingesaugt, weil im Inneren ein Unterdruck von ca.
5 - 20 Milibar- vorhanden ist. Es ist auch möglich, die Klappen so einzustellen,
dass ein Teil der zugeführten Luft im Gegenstrom zum Granulatfluss aus der Entstaubungseinrichtung
22 über das Raspel-Element 19 und um die Austragsschnecke 15 in den Unterteil 2
strömt. Mit der Schleuse 28 wird das EH-Granulat 32 aus dem Raum des niedrigen Druckes
entnommen und in das Fass 31 abgefüllt.
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In Figur 2 ist eine Figur 1 nachzuschaltende Einrichtung zum Abschleifen
der Granulat-Partikel dargestellt. Die aus der Entstaubungs-Vorrichtung 22 kommenden
Partikel werden in eine vom Motor 42 getriebene Siebtrommel 40 geführt (41 Achse
und 44 Halterung der Siebtrommel), die von der aus 24 kommenden Falschluft durchströmt
wird. Mit 43 ist das Gehäuse der S,ebtrommel bezeichnet, das zur Schleuse 28 und
Austragsöffnung 29 führt.
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Figur 3 illustriert eine der Entstaubungs-Vorrichtung 22 nachgeschaltete
Wirbelschichtbesprüh-Einrichtung mit Gehäuse 46 und 47, Luftzufuhr-Stutzen 51, Drosselklappe
52, Siebplatte 50, Luftabfuhr 48-Drosselklappe 49, Sprühdüse 54, Luftzufuhr 56,
Flüssigkeitszufuhr 55, Pumpe 57, Saugrohr 58, Flüssigkeits-Behälter 59 und Flüssigkeit
60. Die besprühten Partikel 32 werden wieder über den Stutzen 53 in das Fass 31
ausgetragen.
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Die Figuren 4 und 5 illustrieren Teile der Raspeleinrichtung. Figur
5 ist ein Schnitt aus Figur 4. Mit 67 sind Teile des Raspel-Elementes (19 in Figut
1) und mit 65 und 66 Teile des Rührers (20 in Figur 1) bezeichnet.
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Die Raspeleinrichtung ist leicht auswechselbar, sodass man die Granulat-Partikel
auf den gewünschten Durchmesser reduzieren (mehr oder weniger verkleinem) kann.
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Erfindungsgemäss können nicht nur Farbstoffe sondern auch andere Substanzen,
z.B. (aus dem Bereich der Lebensmittel) lösliches Kakao-Pulver oder Milch behandelt
werden.
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Bei spiel Es wurden Reaktivfarbstofflösungen (C.I. Reactive Orange
93 und C.I. Reactive Violet 36)erfindungsgemäss behandelt, die Lösungen enthielten
a 30», b 252, c 25%, d 22% reinen Farbstoffs a 10%, b 15%, c 10%5 d 8% Glaubersalz
a 0%, b Q%, c 5%, d 10% dinaphthylmethandisulfonsaures Natrium und jeweils 60 %
Wasser. In der Raspeleinrichtung war die Spaltbreite-0,8mm.
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Bei den erhaltenen, praktisch staubsreien, leicht löslichen Granulaten
hatten 95% der Teilchen einen Durchmesser >0,46 mm und 5% einen Durchmesser >
0,75 mm, die durchschnittliche Teilchengrösse war 0,6 nffi.
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Der Wirbelschichtgranulator hatte eine Siebbodenfläche von 0,75 m2,
pro Std.
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wurden 110 kg Granulat erhalten. Zulufttemperatur wurde auf 137"C
eingestellt, die Ablufttemperatur war 590C.
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Auf ähnliche Weise wurde ein Säurefarbstoff (C.I. Acid Red 57, Granulatmenge
85 kg/h, Feststoffkonzentration 30», Zulufttemperatur 115°C, Abluft 580C) und eine
Benzotriazol-Lösung (70°b in Wasser, Granulatmenge 150 kg/h, Zulufttemperatur 900C,
Abluft 780C) zu nicht staubenden, leicht löslichen Granulaten verarbeitet.
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