Sprühgranulatoren auslegen

Hans Groenewold

Grobkörniges Material ist leicht zu lagern, fördern, dosieren und mischen, da es nicht staubt, nicht agglomeriert und nicht zur Brückenbildung neigt. In vielen Anwendungsfällen soll sich das Produkt gleichzeitig in Flüssigkeiten schnell auflösen oder dispergieren lassen. Dies trifft zum Beispiel auf Getränkepulver, pharmazeutische Zwischenprodukte und Agrochemikalien zu. Schnelles Auflösen erfordert jedoch eine große Grenzfläche zwischen Feststoff und Flüssigkeit, wie sie feine Pulver aufweisen. Sprühgranulierte Partikel erfüllen beide Kriterien. Zum einen weisen sie Partikelgrößen von mehr als 0,5 mm auf, zum anderen besitzen die Granulatpartikel eine hohe Porosität und dadurch eine große innere Oberfläche, die ein schnelles Auflösen ermöglicht. Das Löseverhalten wird im Vergleich zum feinkörnigen Pulver sogar begünstigt, da die Flüssigkeit in die Partikelzwischenräume eindringen kann.

Für die Herstellung solcher leicht löslichen Granulatpartikel wird das Produkt zunächst in gelöster oder dispergierter Form im Granulator versprüht. Die Tropfen sinken entgegen der Luftströmung nach unten und trocknen zu festen Partikeln mit 50 bis 100 µm Durchmesser. Im unteren Teil des Apparates treffen die Partikel auf eine Wirbelschicht aus groben Partikeln, an denen sie anhaften, so dass durch Aufbauagglomeration das gewünschte grobkörnige Granulat entsteht. Dieses wird kontinuierlich ausgetragen.

Die Bestimmung der Daten für die Auslegung dieses Apparates beginnt mit der gewünschten Produktmenge auf der einen und dem Wassergehalt der Feedflüssigkeit auf der anderen Seite. Daraus ergibt sich die benötigte Verdampferleistung in kg Wasser pro Stunde. Die zweite wichtige Eingangsgröße ist die maximale Temperatur, der das Produkt ausgesetzt werden kann. Insbesondere bei Lebensmitteln und anderen organischen Stoffen sind die Grenzen oft sehr restriktiv. Die Verdampferleistung des Apparates setzt sich aus der Luftmenge und der Wasserbeladung, die diese Luft am Austritt aufnehmen kann, zusammen. Mit Kenntnis dieser Größe lassen sich alle wesentlichen Durchmesser des Sprühgranulators festlegen.

Nach der Bestimmung dieser Basisdaten erfolgt die Auswahl der drei Anlagenkomponenten, die entscheidend die physikalischen Eigenschaften des Granulates bestimmen. Als Sprühorgan können Zerstäuberscheiben, Einstoffdüsen und Mehrstoffdüsen eingesetzt werden. Alle Sprühorgane erlauben die Variation der entstehenden Tropfengröße. Eine weitere Variationsmöglichkeit besteht in der Position des Sprühorgans relativ zum Wirbelbett. Der Anströmboden beeinflusst die Partikelbewegung. So können Bewegungsrichtungen vorgegeben werden, die sich günstig auf die Agglomeratbildung auswirken. Als Austragseinrichtungen kommen vor allem mechanische Förderer wie Schnecken oder Überlaufwehre in Frage. Beide Arten erlauben die nachgeschaltete Klassierung und Rückführung des zu feinen Gutes in den Prozess. Bei Überlaufwehren ist eine Klassierung innerhalb des Fallrohres möglich.

Die Auswahl der Komponenten sollte nur auf Basis von Experimenten in Versuchsanlagen vorgenommen werden, da komplexe Produkteigenschaften zu berücksichtigen sind. Zur Untersuchung dieser Produkteigenschaften dient der Sprühgranulator AS43 von Amag. Er weist einen Bodendurchmesser von 430 mm und eine Gesamthöhe von 5100 mm auf. An dieser Anlage können alle oben erwähnten Anlagenkomponenten leicht ausgetauscht werden. Zum anderen ist das moderne Prozessleitsystem so ausgestattet, dass alle wichtigen Kenngrößen des Prozesses (Volumenströme, Temperaturen, Drücke usw.) laufend aufgezeichnet werden, so dass eine exakte Versuchsauswertung möglich ist. Dieses bezieht sich auch auf die Eigenschaften des granulierten Produkts, für das die Partikelgrößenverteilung, die Restfeuchte sowie die Partikeldichte standardmäßig ermittelt werden. Die Versuchsanlage verfügt zudem über eine zweistufige Gasreinigung. Die Anlage kann so mit einem geschlossenen Gaskreislauf gefahren werden.

E cav 201