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Wirbelschichtverfahren

Prozessvielfalt durch Wirbelschichtverfahren

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

Spiel der Parameter

Des Weiteren ist es möglich, durch die Einstellung der Parameter die Eigenschaften des Produktes maßgebend zu bestimmen. Der wichtigste Aspekt hierbei ist, dass die Prozessfeuchte der Struktur des Granulats proportional ist. Diese kann in erster Linie durch die Zulufttemperatur und die Sprührate beeinflusst werden. Je höher die Feuchtigkeit während des Agglomerationsprozesses, desto mehr Flüssigkeitsbrücken sind zwischen den Partikeln vorhanden und umso mehr Feststoffbindungen entstehen, die für ein großes und poröses Agglomerat sorgen. Wird hingegen der Prozess relativ trocken durchgeführt, steigt der Feinanteil und somit das Schüttgewicht.

Die Feuchtigkeit im Prozess lässt sich durch die Sprührate und damit durch die Trocknungsgeschwindigkeit bestimmen. Diese ist abhängig vom Sättigungsgrad der Zuluft.

Durch Erhöhung der Sprührate wird dem Prozess mehr Feuchtigkeit zugeführt, was wiederum den Aufbau von Flüssigkeitsbrücken erleichtert. Es entstehen gröbere und zum Teil auch dichtere Granulate.

Der Zerstäubungsdruck hat ebenfalls einen wesentlichen Einfluss auf den Prozess. Erhöht man den Sprühdruck an der Düse, entstehen kleinere Tröpfchen, die durch die größere Oberfläche die Trocknungszeit verkürzen und für Granulate mit einem erhöhten Feinanteil sorgen.

Im Allgemeinen verringert eine höhere Zulufttemperatur die Verdampfungszeit des Lösemittels und sorgt für eine schnellere Aushärtung der Bindungen. Die Brückenbindungen zwischen den Agglomeraten bilden sich schneller aus, sodass Partikel mit geringer Korngröße entstehen.

Die Partikelgröße wird außerdem durch den Volumenstrom definiert. Mit zunehmender Gasgeschwindigkeit nimmt die Bewegungsintensität der Partikel weiter zu. Die starke Verwirbelung sorgt für einen Abrieb der bereits entstandenen Agglomerate und vermindert das Bindevermögen der Sprühflüssigkeit, wodurch die Partikel in ihrem Wachstum begrenzt sind.

Anwendungsbeispiel Milchpulver

Anhand eines Produktes wurde der Einfluss diverser Parameter auf die Produkteigenschaften vom Labormaßstab über ein Scale-up an der Pilotanlage bis hin zum Produktionsmaßstab mit Lebensmittelzulassung für die milchverarbeitende Industrie durchgeführt.

Ziel war es, ein Agglomerat aus Milchpulver mit einem Fettanteil von 26 Prozent mit geringer Korngrößenverteilung, einem mittleren Durchmesser von 900 µm und einer Schüttdichte von einerseits 250 g/l und andererseits 500 g/l zu erzeugen. Die Restfeuchte des Produktes war mit <3% durch die Lagerstabilität begrenzt. Die Versuche sowie die Produktion wurden bei der Glatt Ingenieurtechnik in Weimar auf der Laboranlage ProCell LabSystem bzw. der lebensmittelrechtlich zugelassenen Produktionsanlage durchgeführt. Ausgehend von den Versuchen an der Laboranlage wurden die Parameter für die Produktion berechnet. In erster Linie kann der Sprühdruck nicht einfach errechnet werden, sondern wird im ersten Masterbatch empirisch ermittelt. In diesem Beispiel wurde die Batchgröße eines 5-kg-Versuches auf eine Produktionsgröße von 300 kg umgerechnet. Die Eigenschaften des Produktes konnten in der Produktion nach Anpassen des Sprühdrucks sowie der Luftmenge reproduziert werden. Eine Erhöhung der Schüttdichte konnte durch Vorlage einer größeren Produktmenge erzielt werden. Durch die größere Schütthöhe entstehen Agglomerate, die stärker verdichtet werden. Dies kann gegebenenfalls zu einer Verzögerung der Löslichkeit führen, was in oben genanntem Beispiel jedoch nicht der Fall war.

* Die Autorin ist Verfahrensingenieurin der Glatt Ingenieurtechnik, Weimar.

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