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Sprühagglomeration in der Wirbelschicht Macht feine Pulver zu handhabbaren Agglomeraten
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Sprühagglomeration in der Wirbelschicht

Macht feine Pulver zu handhabbaren Agglomeraten

Stabile Mischungen, staubfreies Dosieren, homogene Verteilung von Aktiv- und Inhaltsstoffen: Damit feine Pulver das leisten, was von ihnen erwartet wird, müssen sie an Größe zulegen und in Form gebracht werden. Die Wirbelschichttechnologie nutzt dafür auch die Anziehungskräfte, die bei den Ausgangsprodukten gestört haben. Ein kompaktes Anlagenkonzept hat Glatt Ingenieurtechnik auf der Achema präsentiert. Einsatzbeispiele aus der Praxis. Kontrollierte Bedingungen in der Wirbelschicht.

Quellenangabe: cav – Prozesstechnik für die Chemieindustrie, Ausgabe 10/2018, Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH

Company information

Glatt Ingenieurtechnik GmbH
Glatt Ingenieurtechnik GmbH
Glatt is specialized in intelligent particle design for the generation and functionalization of powders and granulates with defined, adjustable properties. The focus is on particles and powders for pigments, catalytic, ceramic or battery materials as well as for granules and pellets as additives for e.g. industrial salts, detergents and cleaning agents, fertilizers, pesticides, food, feed, dietary supplements and pharmaceuticals. Encapsulation of flavors, enzymes, vitamins, microorganisms, probiotics or fatty acids (PUFA) is just as possible as encapsulation of essential oils and other active, sensitive substances to be protected. With Glatt APPtec®, a unique technology for spray calcination, it is possible to generate, coat and then calcine particles in a pulsing hot gas stream in a single process step. As a pioneer in fluid bed and spouted bed technologies, Glatt masters these important processes for the formulation and optimization of particle properties through defined spray agglomeration, spray granulation, spray coating or (micro)encapsulation as well as through combinations of these processes. Also in the high temperature range. Glatt supports the product idea from the early phase of product formulation through process development to scale-up to production scale. Under the leadership of the Glatt Process & Plant Engineering teams, customized production plants for nutrition, fine chemicals, pharmaceuticals, and biotech applications are successfully planned and commissioned. Worldwide. Whether based on powder synthesis, fluid bed or spouted bed technology, Glatt also offers certified contract manufacturing for customers without their own production capacities.
Last update: 04.04.2019

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Stabile Mischungen, staubfreies Dosieren, homogene Verteilung von Aktiv- und Inhaltsstoffen: Damit feine Pulver das leisten, was von ihnen erwartet wird, müssen sie an Größe zulegen und in Form gebracht werden. Die Wirbelschichttechnologie nutzt dafür auch genau die Anziehungskräfte, die bei den Ursprungspartikeln stören. Klebrige, klumpige oder staubige Pulver gehören in vielen Anwendungsbereichen zum Alltag und können im Falle der Aspiration gesundheitsschädlich sein. Das gilt sogar für Schweine und Hühner, die mit enzymangereichertem Mischfutter ernährt werden. Erst wenn Enzyme, Dünger, Insektizide oder waschaktive Substanzen dort wirken, wo sie dispergieren oder sich auflösen sollen, erfüllen sie ihren Zweck. Die Ursachen für die unerwünschten Agglomerate sind vielfältig: Adhäsion, Kohäsion, Verdichtung durch Erschütterung beim Transport, schwankende oder zu tiefe oder zu hohe Temperaturen bei der Lagerung beziehungsweise Verarbeitung (z. B. Taupunkt oder Glasübergangstemperatur) führen dazu, dass sich Flüssigkeitsbrücken bilden, Partikel aneinanderhaften oder sogar sintern. Genau diese physikalischen und chemischen Eigenschaften nutzt der Anlagenbauer Glatt Ingenieurtechnik bei der Sprühagglomeration in der Wirbelschicht, um feine Primärpartikel in besser handhabbare Agglomerate mit einer großen spezifischen Oberfläche zu verwandeln. Das Verfahren eignet sich hervorragend, um Produkteigenschaften wie Partikelgrößenverteilung, Dispergierverhalten und Schüttdichte gezielt zu beeinflussen, optimal einzustellen und in konstant hoher Qualität zu reproduzieren – auch bei temperaturempfindlichen Substanzen wie beispielsweise Enzymen. Sicheres Enzym-Handling Flüssige Enzymlösungen lassen sich durch einen vorgeschalteten Granulationsprozess in ein agglomerierfähiges Granulat überführen. Pulverige Enzyme für Trockenfutter-Pellets können mit einem Bindemittel sprühagglomeriert werden. Sprühagglomerierte Compounds sind nicht nur mit besserer Schüttdichte reproduzierbar, staubfrei und sicher in der Handhabung, sie entmischen sich auch nicht und lassen sich leicht dosieren. Um die Enzympartikel auf die nachfolgende Extrusion (Pelletierung) vorzubereiten, müssen sie gegen die Wärme und Feuchtigkeit, die bei der parallelen Sterilisation eingesetzt wird, mit einem schützenden Coating gewappnet werden. Staub- und entmischungsfreie Waschmittel Auch Waschpulver profitieren von dem staubreduzierenden Verfahren. Unbehandelt neigen die Einzelkomponenten zur Staubexplosion, entmischen sich leicht beim Transport und der Lagerung und sind inhomogen verteilt. Glatt Ingenieurtechnik hält ein Patent auf ein Verfahren, bei dem die Einzelkomponenten der Trockenstoffe von Vollwaschmitteln und Vollwaschmittelkomponenten mittels Wirbelschichtagglomeration und -granulation in homogen zusammengesetzte, stabile Granulate überführt werden. Mit einer Korngröße von 400 bis 800 µm im Körnungsbereich von 0,2 bis 2,0 mm erfüllen die abriebfesten, lockeren, einfach dosierbaren Agglomerate genau die Ansprüche an die Löslichkeit, die heute auch bei niedrigen Waschtemperaturen und reduzierten Wassermengen erwartet werden. Wandlungsfähige Dünger Als drittes Anwendungsbeispiel seien Dünger erwähnt. Über die Sprühgranulation können hochlösliche Düngemittelgranulate direkt aus einer Flüssigkeit erzeugt und anschließend agglomeriert werden. Diese Methode eignet sich sogar als Übergangsform für Flüssigdünger, indem die Düngerlösung für Transport und Lagerung zunächst granuliert und agglomeriert und vor dem Ausbringen wieder aufgelöst wird. Eine Coating-Schicht, die die Pflanzenverfügbarkeit über den pH-Wert regelt, kann ohne neue Beladung oder Produktionsstopp ebenfalls aufgezogen werden. Kontrollierte Bedingungen Basis für die vorgestellten Anwendungen ist die Wirbelschichttechnologie, mit der Rohstoffe wirtschaftlich in einem einzigen – chargenweisen oder kontinuierlichen, einstufigen oder mehrstufigen – Verfahrensschritt sowohl thermisch getrocknet als auch veredelt werden können. Sie wird in vielen Industriezweigen eingesetzt, um eine große Bandbreite an Pulvern zu agglomerieren und flüssige Inhaltsstoffe zu Granulaten oder Pellets zu trocknen, in Mikrokapseln einzuschließen und bei Bedarf noch mit einem funktionellen Sprühcoating zu überziehen. Die Apparategeometrie und spezielle Anströmböden beziehungsweise Lufteintrittsgeometrien sorgen dafür, dass die erwärmte Prozessluft eine bestimmte Strömungscharakteristik annimmt und die Ausgangsstoffe sich in der Wirbelschicht intensiv durchmischen (fluidisieren) und dabei kollidieren. In der sicheren kontrollierten Prozessumgebung können Parameter wie Luftmenge, Sprühdruck, Prozesstemperatur und Verweilzeit frei eingestellt werden, wobei die Sprühagglomeration in der Regel durch einen niedrigen Volumenstrom des Fluidisierungsmittels und eine geringe Produkttemperatur gekennzeichnet ist. Binder als Lösung Für die Bildung der Agglomerate werden, neben natürlichen Bindungskräften, auch Materialbrückenbindungen genutzt: Werden feine Pulverpartikel mithilfe verschiedenster Sprühsysteme mit Flüssigkeiten besprüht, entstehen Flüssigkeitsbrücken. Das Zusammenhaften der Partikel an den angelösten Oberflächen (Aufbauagglomeration) führt zu der typischen Produktstruktur – Korn an Korn – und wird von Kapillarkohäsionskräften und Oberflächengrenzspannungen bewirkt. Die Wahl des Sprühmediums richtet sich nach den gewünschten Eigenschaften des Endprodukts; seine Viskosität bestimmt die innere Struktur der Partikel. Reichen die Bindungskräfte von Wasser nicht aus, kommen organische oder anorganische Bindemittel, organische Lösemittel oder in der Flüssigkeit gelöste Pulverrohstoffe zum Einsatz. Größere Agglomerate bedürfen einer höher konzentrierten viskoseren Bindemittellösung. Aufgrund der guten Wärme- und Stoffübertragungsraten in der Wirbelschicht verdunstet die Feuchtigkeit schnell und die gelösten Stoffe kristallisieren und erhärten. Stabile Bindungen verringern Bruch und Abrieb während des Prozesses und der Lagerung und sorgen so für die gewünschte Staubfreiheit, Fließfähigkeit und Dosierbarkeit. Die poröse Struktur verbessert das Benetzungs- und Löslichkeitsverhalten entscheidend. Kompaktes Anlagenkonzept Für klassische Agglomerationsanwendungen in der Lebensmittelindustrie und Feinchemie hat Glatt Ingenieurtechnik kürzlich eine Kompaktbaureihe für kontinuierliche Mehrschritt- und Mehrzonenprozesse vorgestellt. Die modular aufgebaute Systemlösung Glatt ModFlex GF ist speziell für die Anforderungen beim Austausch alter Apparate sowie die Integration einer neuen Anlage in vorhandene Räumlichkeiten mit begrenzten Bauhöhen konzipiert. Mit niedrigen Betriebskosten und einer Installationszeit von nur 12 Tagen bis zur Inbetriebnahme erfüllt das Konzept alle Ansprüche an die wirtschaftliche und sichere Konti-Agglomeration pulvriger Komponenten – komplett ausgestattet mit dem richtigen Betriebs- und Zonenkonzept. Ein bedarfsgerechtes Raumkonzept wird ebenfalls mitgeliefert. Die vordefinierten Module sind bereits vorinstalliert und vormontiert, um auf Kundenseite eine enorme Zeit- und Kostenersparnis zu ermöglichen. Dank der energetischen Optimierung des Gesamtsystems werden noch fünf bis zehn Prozent Betriebskosten gespart. Zum Lieferumfang gehört die selbst entwickelte Steuerungsanlage „GlattView Varia“. Das kleinste Modell ModFlex GF 350 leistet 200 bis 300 kg/h, das Modell GF 750 produziert 2-3 Tonnen in der Stunde. Weitere Größen sind selbstverständlich verfügbar. Technisch bieten die Kompakten, was die großen Anlagen von Glatt auch ermöglichen: vier Prozesskammern, ein integriertes WIP-System, Atex-Konformität, das Plattenfilterkonzept und flexible Anpassbarkeit sowie volle Erweiterbarkeit auf Kundenwünsche hin. Autor: Dr.-Ing. Michael Jacob ist Leiter Verfahrenstechnik Food, Feed, Fine Chemicals bei Glatt Ingenieurtechnik GmbH
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