Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von pulverförmigen oder gekörnten
Aufsprüh- oder Spriihmischprodukten
Es sind schon Verfahren zum Zumischen kleinerer Flüssigkeitsmengen zu pulverigen Feststoffen b eschrie- ben worden, bei denen zu einem in Pulverform vorliegenden, in Bewegung befindlichen festen Stoff eine Flüssigkeit, meist Wasser, zugesetzt oder auch aufgedüst wird. Das einfachste Beispiel ist das Mischen von Beton unter Zusatz von Wasser. Dabei wird im Mischer kein fester Stoff, sondern ein Brei erzeugt.
In anderen Fällen, wie z. B. bei Granuliervorgängen, wird Wasser unter anderem in Mischtrommeln oder anderen Mischapparaten auf den Feststoff aufgedüst.
Diese bekannten Apparate weisen aber Nachteile auf.
So ist in vielen Vorrichtungen neben dem Aufdüsen kein gleichzeitiges gutes Vermischen der Pulverbestandteile möglich. Weiterhin wird häufig auf ein zu langsam bewegtes Trockengut aufgedüst, so dass Verklumpungen entstehen müssen, oder es muss wegen der Bauweise des Apparates der Sprühkegel auf irgendwelche Rühr- und Mischaggregate oder die Apparatewand auftreffen, so dass dort Verkrustungen entstehen. Manche Apparate lassen sich schlecht beschicken oder entleeren, bei anderen werden durch zu hastig schlagende Mischaggregate die Granula bzw. die Struktur der Einzelpartikel zerschlagen und der Staubanteil erhöht, oder es kann keine ausreichende Staub- und Abluftableitung angebracht werden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht hauptsächlich darin, unter Vermeidung der vorstehend geschilderten Nachteile mindestens eine Flüssigkeit auf festes Pulvermaterial bei gleichzeitigem schonendem aber innigem Durchmischen des Pulvermaterials derart aufzusprühen, dass ein pulverförmiges oder gekörntes Produkt entsteht.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von pulverförmigen oder gekörnten Aufsprüh- oder Sprühmischprodukten unter Aufsprühen mindestens einer Flüssigkeit auf festes Pulvermaterial, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass das feste Pulvermaterial ständig in zwei gegenläufigen Mischkreisläufen bewegt wird, die an einer Stelle zusammentreffen.
Die Flüssigkeit kann dabei vorzugsweise eine solche sein, die mit dem festen Pulvermaterial reagiert, so dass gleichzeitig mit dem Aufsprühen eine Reaktion, z. B. eine Hydratationsreaktion, stattfindet. Das Pulvermate rial kann einen oder mehrere pulverförmige Stoffe enthalten; im ersten Falle wird durch das Durchmischen erreicht, dass ständig bereits besprühtes Material mit noch nicht Ibesprühtem vermischt wird.
Die ebenfalls erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Mischtrommel aufweist, deren Umfangswand aus zwei gleichachsig zueinander angeordneten Kegelstumpfmänteln zusammengesetzt ist, die ihren Grundkreis gemeinsam haben, wobei die um ihre Achse drehbare Trommel an der Innenseite mit Einbauten versehen ist, die bei jeder Umdrehung der Trommel das Mischgut hochheben und in Richtung auf die beiden Kegelspitzen wieder abrieseln lassen, und dass an der einen dieser Kegelspitzen eine Öffnung zum Eindüsen von Flüssigkeit und an der anderen Kegelspitze eine Öffnung zur Abführung von Staub und Abluft vorgesehen ist.
Das Füllen und Entleeren der Mischtrommel kann zweckmässigerweise durch eine verschliessbare Öffnung am höchsten bzw. tiefsten Punkt der Trommel erfolgen, d. h. an der Stelle, wo die beiden Kegel aneinander stossen.
Anhand der Zeichnung werden nachstehend Ausführungsbeispiele des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung näher erläutert.
In der ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung darstellenden Zeichnung sind a und b gleichachsig angeordnete Kegelstumpfmäntei, welche eine Misch- und gegebenenfalls gleichzeitig Reaktion trommel bilden und ihren Grundkreis c gemeinsam haben. An der Kegelspitze des Mantels b ist eine Öffnung d für eine Sprühdüse e angebracht. Die Kegelspitze des anderen Kegehnanteis a enthält eine Öffnung f zum Ableiten von Luft und Staub in Richtung des Pfeiles g durch eine Leitung, die als feststehende Manschette h ausgebildet sein kann, in der sich der Ansatz der Öffnung f dreht, um eine Abdichtung zu erzielen. Von den Kegelstumpfmänteln ragen Einbauten (Mitnehmer) i in das Trommelinnere.
Diese Einbauten können schief zur Mittellinie stehende Platten sein, die so geneigt oder auch gebogen sind, dass sie in der Arbeitsdrehrichtung der Trommel das Mischgut nach aussen, d. h. in Richtung auf die beiden Öffnungen d und f werfen.
Durch die Füllöffnung k wird die Trommel gefüllt und entleert. Der Antrieb kann über zwei Laufringe 1 geschehen, die auf vier Rollen m gelagert sind.
Ein pulverförmiges Aufsprüh oder Sprühmischprodukt wird nun so hergestellt, dass durch die Öffnung k der pulverförmige Feststoffanteil eingebracht wird. Besteht der Feststoffanteil aus mehreren Substanzen, so werden diese zunächst vermischt, wobei schon während des Mischvorganges oder auch nach beendigtem Mischen, jedoch unter weiterem Drehen der Trommel, durch die Düse e die Reaktionsflüssigkeit aufgesprüht wird. Beim Umlauf des Mischers rieselt ständig das durch die Einbauten hochgeholbene Pulvermaterial in Form eines dichten Vorhanges durch den Luftraum nach unten. In diesen Vorhang von Pulvermaterial hinein trifft nun der Versprühungskegel der Flüssigkeit, wodurch eine sehr innige Verteilung des flüssigen Mediums auf die Feststoffe erzielt wird.
Wahlweise kann die Düse auch etwas nach abwärts gerichtet werden, so dass der Versprühungskegel auf das im unteren Teil der Trommel bewegte Feststoffbett trifft und ; die Flüssigkeit sich so auf dessen Oberfläche verteilt.
Nach dem Aufbringen der Flüssigkeit kann ein weiterer Feststoff zugesetzt und untergemischt werden, und es kann auch noch eine weitere Flüssigkeit aufgedüst werden, d. h. jede Art von Reihenfolge der einzelnen Mischen und Aufsprühvorgäng kann gewählt werden. Im allgemeinen ist mit dem Flüssigkeitsaufdüsen bzw. dem nachträglichen Zusetzen weiterer Feststoffe eine mehr oder weniger ausgeprägte Granulation verbunden, wobei bei Verwendung leichter, voluminöser Pulverbestandteile auch normalerweise leichte, voluminöse Granula entstehen.
Die aus der Öffnung f austretende Luft kann in einem Zyklon von den mitgerissenen Staubteilchen getrennt werden. Diese im Zyklon abgeschiedenen Staubanteile werden zweckmässigerweise noch während des Eindüsens der Flüssigkeit durch ein Rückfallrohr, das durch die Öffnung f mit ausreichendem Gefälle ins Trommelinnere führt, in den Reaktionsraum zurückgebracht. Soll während des Reaktionsablaufes weiteres Pulvermaterial zugesetzt werden, dann wird dieses Pulver durch das Rückfallrohr des Zyklons während des Laufes der Trommel ohne Unterbrechung des Arbeitsablaufes in die Trommel gebracht. Zu diesem Zweck wird an das Rückfallrohr oder den unteren Teil des Zyklons eine Zugabevorrichtung angeschlossen.
Diese kann aus einem einfachen verschliessbaren Einfülltrich- ter bestehen, einer Zugabe- oder Dosierschnecke, einem Zellenrad oder irgendeiner anderen, verschliessbaren, von Hand oder mechanisch betriebenen geeigneten Einrichtung.
Selbstverständlich kann bei der Form der Reaktionstrommel der doppelte Kegel mit gemeinsamer Grundfläche auch durch eine doppelte Pyramide mit gemeinsamer Grundfläche ersetzt werden, sofern auch hier entsprechende Einbauten angeordnet werden, die dafür sorgen, dass das Material bei jeder Umdrehung in Richtung auf die Pyramidenspitzen zu bewegt wird, so dass auch hier ein ständiger Materialkreislauf in jeder der beiden Apparatehälften stattfindet und gleichzeitig der Inhalt beider Apparatehälften durch Herunter, gleiten an den Pyramidenwänden nach der Mitte dort ständig wieder zusammengeführt wird. Die Beschickungs- bzw.
Entleerungsöffnung wird hier zweckmässigerweise an einer der Ecken der gemeinsamen Grundfläche angebracht. Gegenüber dem doppelten Kegel zeigt diese Ausführungsform als doppelte Pyramide kaum Vorteile, jedoch einige Nachteile hinsichtlich der aufwendigeren Konstruktion.
Form und Grösse der Reaktionstrommel kann stark variieren. Insbesondere kann der Öffnungswinkel der beiden Kegel in gewissen Grenzen geändert werden: Ein grosser Öffnungswinkel ergibt eine gedrungene Bauweise mit grossem Grundkreisdurchmesser, in welchem Falle sowohl das Durchmischen wie auch die Entleerung beschleunigt sind, wohingegen ein kleinerer Öffnungswinkel eine schlankere Form der Trommel bedingt, was für die Bedüsung den Vorteil hat, dass der Verdüsungsdruck höher gewählt werden kann, da ja der Weg bis zur jenseitigen Gefässwand dann länger ist und die Gefahr des Auftreffens von Flüssigkeitsteilchen auf diese entsprechend verringert ist.
Die Grösse der Trommel wird nach dem Anwendungszweck gewählt: Von der Labora toriumsgrösse für wenige Kilogramm Pulvermaterial aufwärts bis zu mehreren Kubikmetern Rauminhalt ist jede Zwischengrösse möglich.
Die Entleerung der Trommel kann dadurch wesentlich beschleunigt werden, dass man zur Entleerung die Trommel entgegengesetzt zur normalen Drehrichtung rotieren lässt, da dann die Einbauten das Material nicht in Richtung auf die Kegelspitzen, sondern nach der Mitte zu fördern. Diese Entleerungsweise erfordert weniger technischen Aufwand, als das an sich ebenfalls mögliche Kippen der gesamten Vorrichtung zur Entleerung durch die Öffnung an einer Kegelspitze.
Die Entleerung kann weiterhin dadurch erleichtert werden, dass eine feststehende Leitschurre die Mitte der Reaktionstrommel zu beiden Seiten bis etwa zur halben Höhe umfasst. Diese Schurre leitet beim Umlauf der Trommel mit geöffnetem Fülloch k das ausfallende Material in ein darunter angeordnetes Gefäss.
Die einfachste Reaktion, die nach dem beschriebe- nen Verfahren durchgeführt werden kann, ist eine Hydratation unter Aufdüsen von Wasser auf einen Feststoff oder ein vorher in derselben Trommel hergestelltes Gemisch aus mehreren Pulvern, von denen wenigstens eines in der Lage ist, Wasser unter Hydratbildung zu binden. So kann z. B. Trinatriumpyrophosphat-tetrahydrat in dieser Apparatur hergestellt werden, indem ein äquimolares Gemisch von Die und Tetranatriumpyro phosphat hergestellt wird und anschliessend 4 Mole Wasser aufgedüst werden. Dabei entsteht Trinatriumpyrophosphat, das sich in seinem Debyeogramm als ein einheitlicher neuer Stoff herausstellt, der sich von dem vor der Hydratisierung vorliegenden Gemisch klar un ters cheidet.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten bestehen in der Reakion eines Salzes mit Alkalilaugen oder Säuren zum Zwecke der pH-Korrektur oder auch zur Herstellung eines neuen Stoffes. So kann z. B. ein mineralisches Beifutter hergestellt werden, das aus einem Gemisch von Calciumcarbonat und Dicalciumphosphat besteht, indem in der beschriebenen Apparatur auf kohlensauren Fut terkaik Phosphorsäure bis zu der gewünschten Zusammensetzung aufgedüst wird. Dabei können schon vorher Viehsalz und Spurenelemente beigefügt worden sein oder diese Stoffe auch anschliessend an die Bedüsung zugesetzt werden. Es entsteht ein schwach granuliertes, trockenes Produkt von guter Rieselfähigkeit.
Besonders ansprechende Produkte werden erzielt bei Verwendung leichter, voluminöser Pulverprodukte, wie z. B. Pyro- und Polyphosphaten oder Alkalisulfaten von leichtem Schüttgewicht als Hydratbildner. Beim Aufdüsen wässriger Flüssigkeiten werden diese leichten Stoffe weiter agglomeriert unter Bildung leichter Hydratpartikel. Von diesem Verfahren kann insbesondere für die Erzeugung leichter, staubfreier Waschmittel Gebrauch gemacht werden, wobei die wässrige Flüssigkeit eine Lösung eines oder mehrerer Tenside darstellt. Dabei bleibt die leichte Struktur ohne Schädigung erhalten.
Selbstverständlich kann die beschriebene Apparatur auch da angewandt werden, wo es sich nicht um einen gleichzeitigen Mischvorgang verschiedener Pulverkomponenten, sondern nur um die Bedüsung eines einzigen Pulverbestandteils mit einer Flüssigkeit handelt und wo es auf eine gleichmässige Flüssigkeitsverteilung unter Schonung der Struktur ankommt. Schliesslich ist es auch möglich, Flüssigkeiten auf - insbesondere in voluminöser Form vorliegende-Feststoffe aufzudüsen, ohne dass eine Reaktion, wie z. B. Hydratbildung, erfolgt. Ein Beispiel dafür ist das Aufdüsen wasserfreier nichtionogener Tenside auf voluminöse Phosphate, um diese schwierig in Pulverform überführbaren flüssigen oder pastösen Stoffe in ein leicht zu handhabendes voluminöses Pulver zu verwandeln.
Ebenso könnten in der beschriebenen Apparatur Fettstoffe oder ähnliche Produkte, wie z. B. Lecithin, durch Aufdüsen auf voluminöse Phosphate, wie z. B. Caciumhydroxylapatit, in trockene Pulverform überführt werden.
Bei der betriebsmässigen Durchführung des beschriebenen Verfahrens hat es sich gezeigt, dass der Inhalt sehr rasch durchmischt wird und die Flüssigkeit durch das Aufdüsen sehr gleichmässig auf alle Feststoffpartikel aufgeteilt wird, wobei einheitliche, gut rieselnde Produkte erzielt werden können. Ein besonderer Vorteil ist die rasche Entleerung der Apparatur, die durch einige Umdrehungen der geöffneten Trommel entgegen der Arbeitsrichtung staubfrei erfolgt, gegebenenfalls unter Verwendung untergebauter Leitbleche, die das Material einem untergestellten Behälter zuführen.
Method and device for the production of powdered or granular
Spray-on or spray-mix products
Processes have already been described for admixing smaller amounts of liquid to powdery solids, in which a liquid, usually water, is added to or even sprayed onto a moving solid material in powder form. The simplest example is mixing concrete with the addition of water. The mixer does not produce a solid substance, but a paste.
In other cases, such as B. in granulation processes, water is sprayed onto the solid in mixing drums or other mixing devices.
However, these known apparatus have disadvantages.
In many devices, in addition to the nozzle, it is not possible to mix the powder components well at the same time. Furthermore, it is often sprayed onto a dry material that is moving too slowly, so that clumps must arise, or because of the design of the apparatus, the spray cone has to hit any stirring and mixing units or the apparatus wall, so that encrustations arise there. Some devices are difficult to load or empty, while in others the granules or the structure of the individual particles are broken up and the amount of dust increased by mixing units that are hitting too hastily, or adequate dust and exhaust air discharge cannot be installed.
The object on which the invention is based is mainly to spray at least one liquid onto solid powder material while avoiding the disadvantages outlined above while at the same time gently but intimately mixing the powder material in such a way that a powdery or granular product is formed.
The invention relates to a process for the production of powdery or granular spray-on or spray-mixed products by spraying at least one liquid onto solid powder material, which process is characterized in that the solid powder material is constantly moved in two counter-rotating mixing circuits that meet at one point.
The liquid can preferably be one that reacts with the solid powder material, so that a reaction, e.g. B. a hydration reaction takes place. The powder material can contain one or more powdery substances; In the first case, mixing ensures that material that has already been sprayed is continuously mixed with material that has not yet been sprayed.
The device according to the invention for carrying out the method according to the invention is characterized in that it has a mixing drum, the peripheral wall of which is composed of two coaxially arranged truncated cone shells, which have their base circle in common, the drum rotatable about its axis with internals on the inside is provided that lift the material to be mixed with each rotation of the drum and let it trickle down again towards the two cone tips, and that an opening for injecting liquid is provided on one of these cone tips and an opening for discharging dust and exhaust air is provided on the other cone tip is.
The mixing drum can conveniently be filled and emptied through a closable opening at the highest or lowest point of the drum, ie. H. at the point where the two cones meet.
Exemplary embodiments of the method and the device according to the invention are explained in more detail below with reference to the drawing.
In the drawing representing an embodiment of the device according to the invention, a and b are coaxially arranged truncated cone jackets, which drum a mixing and optionally simultaneously reaction and have their base circle c in common. An opening d for a spray nozzle e is made at the cone tip of the jacket b. The cone tip of the other Kegehnanteis a contains an opening f for the discharge of air and dust in the direction of the arrow g through a line which can be designed as a fixed sleeve h, in which the extension of the opening f rotates to achieve a seal. Internals (drivers) i protrude from the truncated cone shells into the interior of the drum.
These internals can be slabs that are inclined to the center line and are inclined or bent in such a way that they move the material to be mixed outwards in the direction of rotation of the drum. H. Throw towards the two openings d and f.
The drum is filled and emptied through the filling opening k. The drive can be done via two races 1, which are mounted on four rollers m.
A powdery spray-on or spray-mixed product is now produced in such a way that the powdery solid fraction is introduced through the opening k. If the solid fraction consists of several substances, these are first mixed, with the reaction liquid being sprayed on through the nozzle e during the mixing process or also after mixing is complete, but with further rotation of the drum. As the mixer rotates, the powder material that has been lifted up by the internals trickles down through the air space in the form of a tight curtain. The spray cone of the liquid now hits this curtain of powder material, whereby a very intimate distribution of the liquid medium on the solids is achieved.
Optionally, the nozzle can also be directed slightly downwards so that the spray cone hits the solid bed moving in the lower part of the drum and; the liquid is distributed over its surface.
After the liquid has been applied, a further solid can be added and mixed in, and a further liquid can also be sprayed on, i. H. any kind of sequence of the individual mixing and spraying operations can be selected. In general, the spraying of liquid or the subsequent addition of further solids is associated with a more or less pronounced granulation, with the use of light, voluminous powder components also normally producing light, voluminous granules.
The air emerging from the opening f can be separated from the dust particles carried along in a cyclone. These dust fractions separated in the cyclone are expediently brought back into the reaction chamber while the liquid is being injected through a fallback pipe which leads through the opening f with a sufficient gradient into the interior of the drum. If further powder material is to be added during the course of the reaction, then this powder is brought into the drum through the fallback tube of the cyclone while the drum is running without interrupting the work process. For this purpose, an addition device is connected to the fallback pipe or the lower part of the cyclone.
This can consist of a simple, lockable filling funnel, a feed or metering screw, a cellular wheel or any other lockable, manually or mechanically operated suitable device.
Of course, in the shape of the reaction drum, the double cone with a common base can also be replaced by a double pyramid with a common base, provided that corresponding internals are arranged here, which ensure that the material is moved towards the pyramid tips with each rotation , so that a constant material cycle takes place in each of the two apparatus halves and at the same time the contents of both apparatus halves are constantly brought together again by sliding down the pyramid walls towards the middle. The feed or
The emptying opening is expediently attached to one of the corners of the common base. Compared to the double cone, this embodiment as a double pyramid shows hardly any advantages, but some disadvantages with regard to the more complex construction.
The shape and size of the reaction drum can vary widely. In particular, the opening angle of the two cones can be changed within certain limits: a large opening angle results in a compact design with a large base circle diameter, in which case both mixing and emptying are accelerated, whereas a smaller opening angle results in a slimmer shape of the drum, which is good for The spraying has the advantage that the spray pressure can be selected to be higher, since the path to the other side of the vessel wall is then longer and the risk of liquid particles hitting it is correspondingly reduced.
The size of the drum is selected according to the intended use: from the laboratory size for a few kilograms of powder material up to several cubic meters of volume, any intermediate size is possible.
The emptying of the drum can be significantly accelerated by letting the drum rotate in the opposite direction to the normal direction of rotation for emptying, since then the internals do not convey the material towards the cone tips, but towards the center. This method of emptying requires less technical effort than tilting the entire device for emptying through the opening at a cone tip, which is also possible per se.
Emptying can also be facilitated by a fixed guide chute encompassing the center of the reaction drum on both sides up to about half the height. As the drum rotates with the filling hole k open, this chute guides the precipitated material into a vessel arranged below.
The simplest reaction that can be carried out according to the process described is hydration by spraying water onto a solid or a mixture of several powders previously prepared in the same drum, at least one of which is able to hydrate water tie. So z. B. trisodium pyrophosphate tetrahydrate can be prepared in this apparatus by preparing an equimolar mixture of die and tetrasodium pyro phosphate and then spraying 4 moles of water. This creates trisodium pyrophosphate, which turns out to be a uniform new substance in its Debyeogram, which is clearly different from the mixture present before hydration.
Other possible uses are the reaction of a salt with alkaline solutions or acids for the purpose of pH correction or for the production of a new substance. So z. B. a mineral feed can be produced, which consists of a mixture of calcium carbonate and dicalcium phosphate by spraying phosphoric acid on carbonic acid Fut terkaik phosphoric acid up to the desired composition in the apparatus described. Cattle salt and trace elements can be added beforehand or these substances can also be added after the spraying. The result is a slightly granulated, dry product with good flowability.
Particularly attractive products are achieved when using light, voluminous powder products, such as. B. pyro- and polyphosphates or alkali sulfates of light bulk density as hydrate formers. When watery liquids are jetted, these light substances are agglomerated further with the formation of light hydrate particles. This method can be used in particular for the production of light, dust-free detergents, the aqueous liquid being a solution of one or more surfactants. The light structure is retained without damage.
Of course, the apparatus described can also be used where it is not a question of a simultaneous mixing process of different powder components, but only the spraying of a single powder component with a liquid and where a uniform liquid distribution is important while protecting the structure. Finally, it is also possible to spray liquids onto solids, especially those present in voluminous form, without a reaction, such as. B. hydrate formation occurs. An example of this is the jetting of anhydrous non-ionic surfactants onto voluminous phosphates in order to transform these liquid or pasty substances, which are difficult to convert into powder form, into an easy-to-use voluminous powder.
Likewise, fatty substances or similar products, such as. B. lecithin, by spraying on voluminous phosphates, such as. B. Caciumhydroxylapatit, be converted into dry powder form.
When carrying out the described method on an operational basis, it has been shown that the contents are mixed very quickly and the liquid is distributed very evenly to all solid particles by the nozzle, whereby uniform, well-flowing products can be achieved. A particular advantage is the rapid emptying of the apparatus, which is carried out dust-free by a few revolutions of the open drum against the working direction, if necessary using sub-built guide plates that feed the material to a container below.