Mathias von Lewinski
Das Verfahren der kontinuierlichen Sprüh-granulation eignet sich für Nahrungsmittel, Futtermittel, Salze, Chemikalien und pharmazeutische Produkte. Die ersten Anlagen dieser Technik wurden bei Escher Wyss bereits 1980 gebaut. Die Bandbreite der bereits gebauten Sprühgranulationsanlagen reicht von 400 bis zu 10 000 kg/h Wasserverdampfung in einem Sprühgranulator. Heute kommt das Verfahren zunehmend als Ersatz für die klassische Zerstäubungstrocknung im Sprühturm zum Einsatz. Der Nachteil der Sprühtürme liegt neben dem großen Bauvolumen im erzeugten feindispersen, staubförmigen Endprodukt. Dieses bereitet in der weiteren Verarbeitung Probleme oder führt zu hohen Folgekosten bei Dosierung, Staubabscheidung und Explosionsschutz. Dem gegenüber zeichnet sich das Endprodukt aus der Sprühgranulation durch seine annähernde Kugelform, hohe Schüttdichte, Staubfreiheit und ein enges Korngrößenspektrum aus. Gute Fließeigenschaften, geringer Abrieb bei Transport, Lagerung und Verpackung und eine gute Dosierbarkeit bei geringem apparatetechnischem Aufwand sind weitere Vorteile.
Die Sprühgranulationstrocknung kann vereinfacht wie folgt beschrieben werden: Das Ausgangsprodukt des Prozesses wird über Düsen in die durch Fluidisation erzeugte Wirbelschicht gesprüht. Die erzeugten Flüssigkeitstropfen treffen in der Wirbelschicht auf ein Granulatkorn, das als Keim fungiert. Aufgrund vorhandener Haftkräfte wird der Tropfen auf die Oberfläche des Granulatkorns in einer dünnen Schicht aufgezogen. Der in der Flüssigkeit enthaltene Lösemittelanteil wird durch Nutzung des Energieinhaltes des Fluidisierungsmediums verdampft und der Feststoffanteil bleibt auf der Oberfläche des Granulatkorns zurück. Unter Berücksichtigung der statistisch gleich verteilten Aufenthaltswahrscheinlichkeit jedes Granulatkorns werden alle Partikel gleichmäßig mit Flüssigkeit beaufschlagt. Dadurch entsteht der bekannte Schalenaufbau und damit das Granulatwachstum. Die Düsenauswahl, die Düsenanordnung, die Festlegung der Betriebsparameter und die konstruktive Ausführung werden durch die Eigenschaften des Ausgangsproduktes und die qualitativen Anforderungen an das Endprodukt bestimmt.
Für die Sprühgranulation wird ein enges Tropfengrößenspektrum benötigt, wobei die Tropfengröße deutlich kleiner sein sollte als das gewünschte Korngrößenspektrum der Granulate. Für die Zerstäubung der zu granulierenden Substanzen werden hauptsächlich Zweistoffdüsen mit Außenmischung eingesetzt. Die wesentliche Energie zur Zerstäubung wird von der Druckluft erbracht. Die Zweistoffdüsen haben den Vorteil großer verstopfungsunempfindlicher Bohrungen, hoher Flüssigkeitsmengen pro Düse und die Möglichkeit, die Flüssigkeitsmenge in einem weiten Bereich zu variieren. Bei Einstoffdüsen müssen dagegen für vergleichbare Tropfengrößen sehr hohe Zerstäubungsdrücke aufgebracht werden. Zusätzlich werden sehr kleine Düsenbohrungen benötigt, die leicht zum Verstopfen neigen.
Die wichtigsten Einflussfaktoren auf die zu erzielende Granulatgröße sind die externe Keimzuführung, die Trocknung von nicht treffenden Sprühtropfen, der interne Granulatbruch, die Partikel- und Staubagglomeration sowie der Abrieb der Partikel. Entsprechend den Anforderungen an das angestrebte Endprodukt können mehrere Verfahrensschritte wie Agglomeration, Granulation, Beschichtung, Coating, Nachtrocknung und Kühlung in einem Apparat durch zonenweisen Aufbau kontinuierlich realisiert werden. Durch den Verfahrensschritt Coating lassen sich optische und geschmackliche Eigenschaften, physikalische Eigenschaften und Qualitätsmerkmale beeinflussen.
Die eigentliche Formgebung des Produktes hängt von vielen, nur experimentell zugänglichen Produkteigenschaften ab. Daher sind zunächst Versuche in einer Technikumsanlage erforderlich. Neben der Ermittlung der eigentlichen Fluidisierungs- und Trocknungsparameter werden dort beispielsweise Lage der Düsen, Sprührichtung, Keimzufuhr etc. bestimmt.
