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Wirbelschichtverfahren

Prozessvielfalt durch Wirbelschichtverfahren

| Autor / Redakteur: Melanie Guttzeit / Anke Geipel-Kern

Je nach gewünschter Agglomerateigenschaft kommen unterschiedliche Sprühflüssigkeiten zum Einsatz. Im einfachsten Fall wird Wasser als Sprühflüssigkeit eingesetzt, um den Gebrauch von Zusatzstoffen und weiteren Lebensmittelzutaten zu vermeiden. Reichen die Bindungskräfte nicht aus, wird ein Bindemittel benötigt. Dieses muss zudem lebensmittelrechtlichen Bestimmungen entsprechen. Die Bindemittel müssen überdies mit dem Pulver in Wechselwirkungen treten und stabile Bindungen aufbauen. Geeignete Bindemittel sind u.a. Polysaccharide, Gelatine sowie gegebenenfalls Teile aus der Pulvervorlage, die im Allgemeinen die Viskosität erhöhen und bei Raumtemperatur stabile Bindungen bilden. Für Instantprodukte sollte eine Sprühlösung mit hoher Viskosität verwendet werden, um eine möglichst große innere Struktur der Agglomerate und somit bessere Instanteigenschaften, d.h. ein besseres Dispergiervermögen zu erreichen. Eine höher konzentrierte Bindemittellösung bewirkt, dass die Bindungskräfte in den Flüssigkeitsbrücken stärker ausgebildet sind und sich somit größere Agglomerate aufbauen können.

Korn an Korn

Eine Wirbelschichtanlage setzt sich im Wesentlichen aus der Zuluftkammer, dem Prozessraum, der Sprüheinrichtung und dem Filtersystem zusammen. Die vorgelegten Partikel werden dabei im Prozessraum durch einen aufwärtsgerichteten Warmluftstrom in Schwebe gehalten, bis sie durch Aufsprühen einer Flüssigkeit die gewünschte Korngröße erreicht haben. Feine Partikel können durch druckweise abreinigende Innenfilter wieder in den Prozessraum zurückgebracht werden, um erneut agglomeriert zu werden. Der Volumenstrom wird dabei eher gering gehalten, um einen möglichen Abrieb der Partikel durch hohe Gasgeschwindigkeiten zu vermeiden. Sobald der Lockerungspunkt überschritten ist und sich eine gleichmäßige Fluidisierung aufgebaut hat, wird die Sprühlösung oder -suspension eingesprüht. Das Lösemittel verdampft dabei im Warmluftstrom. Durch die ständige Berührung, die Kollision und die Anlagerung von Flüssigkeitstropfen bilden sich lockere Agglomerate, die bei weiterem Zusammenstoß immer mehr verdichtet werden und solange Korn anlagern, bis sie eine bestimmte Partikelgröße erreicht haben. Anschließend kann das Produkt mit den geforderten Eigenschaften chargenweise entleert oder aber kontinuierlich ausgetragen werden.

Vom Labor zum Massenprodukt

Die Anlage ist vom Labormaßstab bis hin zum Produktionsmaßstab in allen Größen realisierbar. Dabei werden u.a. Richtlinien der EHEDG (European Hygienic Engineering & Design Group) berücksichtigt, um einer sicheren Herstellung und guten Qualität der Produkte in der pharmazeutischen sowie der Lebensmittelindustrie zu entsprechen.

Man unterscheidet beim Agglomerationsprozess zwei Prozessarten, die sich anhand der Eindüsung charakterisieren lassen. Fast immer werden eine oder mehrere Sprühdüsen abwärts von oben auf die Wirbelschicht sprühend (Top-Spray-Verfahren) eingesetzt. Dieses Gegenstrom-Verfahren ermöglicht eine Überfeuchtung des Prozesses und somit eine Produktion von Agglomeraten mit größerer Kornstruktur.

Durch einen Einsatz der Sprühdüsen aufwärts nach oben in die Wirbelschicht hinein sprühend (Bottom-Spray-Verfahren) kann es sein, dass je nach Sprühdruck die Sprühtropfen über die Schicht hinaus sprühen und die vorgelegten Pulverpartikel nicht getroffen werden. Dieser Prozess gleicht dem Prinzip der Sprühtrocknung. Dadurch wird Feinstaub und somit eine geringe Korngröße erzielt. Die Wahl der Eindüsungsvariante hat einen maßgebenden Einfluss auf die Produkteigenschaften wie Agglomerathärte, -dichte und Schüttgewicht.

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