Granulation and size enlargement of powder into granules

Verfahren zur Größenvergrößerung werden in der pulververarbeitenden Industrie zu verschiedenen Zwecken eingesetzt, z.B. zur Verbesserung der Handhabung und des Flusses, zur Verringerung von Verlusten, zur Herstellung spezifischer Formen, zur Staubreduzierung, zur Verbesserung der Produktgleichmäßigkeit, zur Verbesserung des Aussehens und so weiter. Es gibt mehrere Verfahren zur Größenvergrößerung, die als Verdichtung, Granulierung, Verkapselung, Pelletierung und Agglomeration bezeichnet werden. Einige dieser Begriffe können denselben Vorgang bezeichnen, werden aber typischerweise in verschiedenen Industriezweigen angewendet.

Es gibt zwei Hauptkategorien der Größenvergrößerung:

1) Prozesse, die darauf abzielen, die funktionellen Eigenschaften zu kontrollieren, wie z.B. die Granulierung.

2) Verfahren, die auf die Herstellung von definierten Formen wie Tabletten und Pellets abzielen.

Um die funktionellen Eigenschaften von Feststoffen zu kontrollieren/verändern, wenden wir einen Prozess der Größenvergrößerung an, die Granulation, auch Taumelagglomeration genannt. Bei der Granulation wird ein pulverförmiges Material in größere Einheiten umgewandelt, so dass am Ende ein Aggregat entsteht, das wesentlich größer ist und eine poröse Struktur aufweist. Die grundlegende Granulationsmethode wird als Taumelagglomeration bezeichnet, bei der Agglomerate von annähernd kugelförmiger Gestalt durch die Anhäufung feiner Feststoffpartikel während des Taumelns entstehen. Die so entstehenden Granulate sind oft schwach und benötigen ein Bindemittel, um ihre Bildung zu erleichtern und eine angemessene Endfestigkeit zu erreichen. Diese größeren Granulate sind frei fließend und weisen im Vergleich zu den pulverförmigen Ausgangsmaterialien weniger Staub auf. Außerdem ist das Granulat in der Regel einfacher zu handhaben und leicht zu dosieren. Die Granulation verhindert auch die Entmischung von Pulvermischungen, da sich die einzelnen Partikel unterschiedlicher Zusammensetzung nicht mehr frei bewegen können. Bei der Taumelgranulation/Agglomeration ist ein wichtiger Faktor die Menge der Bindemittelflüssigkeit, die dem Prozess zugesetzt wird, um widerstandsfähige und funktionelle Agglomerate zu erhalten. Andererseits ist auch die Rotationsgeschwindigkeit der Granuliereinheit entscheidend. Eine optimale Rotationsgeschwindigkeit sollte ausreichend Zeit garantieren, um die Interaktion zwischen den Partikeln zu fördern und den Prozess der Größenvergrößerung zu erleichtern.

Granulierungsverfahren werden in vielen Industriezweigen eingesetzt, um das Problem der Staubentwicklung zu lösen. In der Lebensmittelindustrie können Granulate mit offener Struktur optimale Dispersionseigenschaften für viele feine Lebensmittelpulver schaffen, was zu Instantprodukten führt.

Bei der Granulierung in einer Scheibengranulierung werden kaum Scherkräfte auf die Probenmaterialien ausgeübt, weshalb die Granulate eine eher offene Struktur aufweisen. Diese Granulate haben typische Eigenschaften wie eine geringe mechanische Festigkeit, mehr Formflexibilität und einen geringeren Druckabfall. Im Gegensatz dazu führt die Anwendung von Granulationsversuchen mit hohen Scherkräften zu dichteren Granulaten mit deutlich anderen Eigenschaften. So können dem Granulat je nach Anforderung spezifische Eigenschaften wie Granulatgröße, Porosität, Härte usw. verliehen werden, um eine optimale Leistung in der gewünschten Anwendung, z. B. bei Instantprodukten, zu erzielen. Unsere High-Shear-Granulieranlage ist außerdem mit einem hochpräzisen Dosiersystem ausgestattet, um die Bindemittelflüssigkeit gut zu dispergieren und ein hochwertiges Granulat mit einheitlichen Eigenschaften zu erhalten.

Auf der anderen Seite gibt es eine ganz andere Methode der Größenvergrößerung, die Druckagglomeration, auch bekannt als Tablettierung. Die Produkte aus der Druckagglomeration können eine bestimmte geforderte Größe erreichen. Oft können sie ohne Bindemittel geformt werden und erlangen durch die plastische Verformung sofortige Festigkeit. Druckagglomerationsverfahren können in der Lebensmittel-, Pharma- und Agrarindustrie zur leichteren Handhabung, zum leichteren Verzehr und zur kontrollierten Freisetzung eingesetzt werden. Es kann die Klebrigkeit reduzieren, wenn die Produkte in Tablettenform vorliegen. Es kann auch als Vorbehandlung für einige analytische Messungen wie SEM (Rasterelektronenmikroskopie) verwendet werden.

In unserem Feldversuchsbereich stehen verschiedene Granulations- und Druckagglomerationsanlagen zur Verfügung. Die Granulierung kann mit Granuliergeräten mit hoher Scherkraft, rotierenden Trommeln mit niedriger Scherkraft und Scheibengranulatoren mit niedriger Scherkraft durchgeführt werden. Die Druckagglomeration kann mit verschiedenen hydraulischen Pressen und unterschiedlichen Tablettierformen durchgeführt werden.

Nach dem Zerkleinerungsprozess können verschiedene analytische Messungen wie Helium-Pyknometrie, Quecksilberporosimetrie und Gasphysisorption verwendet werden, um die Dichte und Porosität der entstandenen Granulate und Tabletten zu bestimmen. Mit dem Tablettenhärtetester und der Drehtrommel können die Festigkeit und der Reibungsverlust des Granulats/der Tabletten bestimmt werden.