Skip to main content

2016 | OriginalPaper | Buchkapitel

22. Experimental Evaluation and Control of Interaction of Gas Environment and Rotary Atomized Spray for Production of Narrow Particle Size Distribution

verfasst von : P. Walzel, A. Mescher, J. Kamplade

Erschienen in: Process-Spray

Verlag: Springer International Publishing

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

The production of particles with a narrow particle size distribution by spray drying is a demanding challenge in industrial application. The laminar thread breakup is one option as employed by an innovative rotary spraying device (Schröder and Walzel, Chemical Engineering and Technology 21: 349–354, 1998; Erzeugung und Zerfall gedehnter Laminarstrahlen im Schwerefeld, Aachen, 2002; Designing thread forming rotary atomizers by similarity trials, 2012; Einfluss der Gasführung in Sprühtrocknern auf den Fadenzerfall an Rotationszerstäubern—Analyse und Optimierung, München, 2012). The feed enters the rotary wheel from the top and flows through the device as laminar open channel flow. It leaves the cup through bores and single laminar threads are obtained upon detachment. These threads ideally break up driven by surface tension. In spray experiments, a broader drop size distribution is observed than expected from theory. Within the presented work, the effect of a relative velocity between the thread the ambient gas on the laminar thread breakup is identified and addressed as mayor factor (Mescher et al., Chemical Engineering Science 69:181–192, 2012).
A similarity trial is used to quantify the influence of the cross-wind flow. The result influences the design of a gas distributor for small particles with a narrow size distribution. The gas distributor is designed by flow simulation (CFD) for noncommercial spray dryer (D = 2.7 m and H = 3.7 m) (Einfluss der Gasführung in Sprühtrocknern auf den Fadenzerfall an Rotationszerstäubern—Analyse und Optimierung, München, 2012). Spray drying experiments with aqueous PVP solution and Mannitol solution were performed to validate and to improve the gas distribution concept. Small particles with a narrow particle size distribution were obtained during experiments.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat Masters, K. (1985). Spray drying handbook (4th ed.). London: Godwin. Masters, K. (1985). Spray drying handbook (4th ed.). London: Godwin.
2.
Zurück zum Zitat Tsotsas, E., & Mujumdar, A. S. (2011). Modern drying technology. Weinheim: Wiley-VCH.CrossRef Tsotsas, E., & Mujumdar, A. S. (2011). Modern drying technology. Weinheim: Wiley-VCH.CrossRef
4.
Zurück zum Zitat Walzel, P. (2000). Spraying and atomizing of liquids. In Ullmann’s encyclopedia of industrial chemistry. Weinheim, Germany: Wiley-VCH. Walzel, P. (2000). Spraying and atomizing of liquids. In Ullmann’s encyclopedia of industrial chemistry. Weinheim, Germany: Wiley-VCH.
5.
Zurück zum Zitat Walzel, P., & Schröder, T. (1994). Gestaltung laminar betriebener Rotationszerstäuber unter Berücksichtigung der Abströmgeometrie. Chemie Ingenieur Technik, 70(4), 400–405. doi:10.1002/cite.330700408. Walzel, P., & Schröder, T. (1994). Gestaltung laminar betriebener Rotationszerstäuber unter Berücksichtigung der Abströmgeometrie. Chemie Ingenieur Technik, 70(4), 400–405. doi:10.​1002/​cite.​330700408.
6.
Zurück zum Zitat Rayleigh (1878) On the instability of jets. Proc. London Math. Soc., 10. pp 4–13. Rayleigh (1878) On the instability of jets. Proc. London Math. Soc., 10. pp 4–13.
7.
Zurück zum Zitat Schröder, T. (1997). Tropfenbildung an Gerinneströmungen im Schwere- und Zentrifugalfeld. Düsseldorf: VDI. Schröder, T. (1997). Tropfenbildung an Gerinneströmungen im Schwere- und Zentrifugalfeld. Düsseldorf: VDI.
8.
Zurück zum Zitat Brauer, H. (1971). Grundlagen der Einphasen- und Mehrphasenströmungen. Grundlagen der chemischen Technik. Aarau: Sauerländer [u.a.]. Brauer, H. (1971). Grundlagen der Einphasen- und Mehrphasenströmungen. Grundlagen der chemischen Technik. Aarau: Sauerländer [u.a.].
9.
Zurück zum Zitat Rayleigh, L. (1890). On the tension of recently formed liquid surfaces. London: Harrison and Sons. Rayleigh, L. (1890). On the tension of recently formed liquid surfaces. London: Harrison and Sons.
10.
Zurück zum Zitat J. Kamplade, T. Mack, A. Küsters und P. Walzel Breakup of threads from laminar open channel flow influenced by cross-wind gas flow ASME 2014 - 4th Joint US-European Fluids Engineering Division Summer Meeting, Chicago, USA, 4-7.August 2014 doi:10.1115/FEDSM2014-2124 J. Kamplade, T. Mack, A. Küsters und P. Walzel Breakup of threads from laminar open channel flow influenced by cross-wind gas flow ASME 2014 - 4th Joint US-European Fluids Engineering Division Summer Meeting, Chicago, USA, 4-7.August 2014 doi:10.1115/FEDSM2014-2124
11.
Zurück zum Zitat Mescher, A. (2012). Einfluss der Gasführung in Sprühtrocknern auf den Fadenzerfall an Rotationszerstäubern—Analyse und Optimierung (Schriftenreihe mechanische Verfahrenstechnik 1st ed., Vol. 18). München: Dr. Hut. Mescher, A. (2012). Einfluss der Gasführung in Sprühtrocknern auf den Fadenzerfall an Rotationszerstäubern—Analyse und Optimierung (Schriftenreihe mechanische Verfahrenstechnik 1st ed., Vol. 18). München: Dr. Hut.
12.
Zurück zum Zitat P. Walzel, G. Schaldach, H. Wiggers, New Aspects for the Application and Performance of Lamrot Atomizers, ILASS 2008, 8th September -10th September 2008, Como, Italien Proceedings Paper ID 1-1, pp. 1 - 8. P. Walzel, G. Schaldach, H. Wiggers, New Aspects for the Application and Performance of Lamrot Atomizers, ILASS 2008, 8th September -10th September 2008, Como, Italien Proceedings Paper ID 1-1, pp. 1 - 8.
13.
Zurück zum Zitat Mescher, A., Littringer, E. M., Paus, R., Urbanetz, N. A., & Walzel, P. (2012). Homogene Produkteigenschaften in der Sprühtrocknung durch laminare Rotationszerstäubung. Chemie Ingenieur Technik, 84(1–2), 154–159. doi:10.1002/cite.201100155.CrossRef Mescher, A., Littringer, E. M., Paus, R., Urbanetz, N. A., & Walzel, P. (2012). Homogene Produkteigenschaften in der Sprühtrocknung durch laminare Rotationszerstäubung. Chemie Ingenieur Technik, 84(1–2), 154–159. doi:10.​1002/​cite.​201100155.CrossRef
14.
Zurück zum Zitat A. Mescher and P. Walzel Designing Thread forming Rotary Atomizers by Similarity Trials ICLASS 2012, 2nd September - 6th September 2012, Heidelberg Proceedings Paper. A. Mescher and P. Walzel Designing Thread forming Rotary Atomizers by Similarity Trials ICLASS 2012, 2nd September - 6th September 2012, Heidelberg Proceedings Paper.
15.
Zurück zum Zitat S. Schneider, P. Walzel "Disintegration of liquid jets under gravity" ILASS Meeting vom 05. - 07.07.99 in Toulouse, Frankreich. S. Schneider, P. Walzel "Disintegration of liquid jets under gravity" ILASS Meeting vom 05. - 07.07.99 in Toulouse, Frankreich.
17.
Zurück zum Zitat Schneider, S. (2002). Erzeugung und Zerfall gedehnter Laminarstrahlen im Schwerefeld (Schriftenreihe mechanische Verfahrenstechnik, Vol. 4). Aachen: Shaker. Schneider, S. (2002). Erzeugung und Zerfall gedehnter Laminarstrahlen im Schwerefeld (Schriftenreihe mechanische Verfahrenstechnik, Vol. 4). Aachen: Shaker.
18.
Zurück zum Zitat Weisbach, J. (1855). Die experimental—hydraulic. Freiberg: Engelhardt. Weisbach, J. (1855). Die experimental—hydraulic. Freiberg: Engelhardt.
22.
Zurück zum Zitat Nonnemacher, S. (2003). Numerische und experimentelle Untersuchung der Restentgasung in statischen Entgasungsapparaten. Dissertation, Universität Stuttgart. Nonnemacher, S. (2003). Numerische und experimentelle Untersuchung der Restentgasung in statischen Entgasungsapparaten. Dissertation, Universität Stuttgart.
24.
Zurück zum Zitat Ohnesorge, W. (1936). Die Bildung von Tropfen an Düsen und die Auflösung flüssiger Strahlen. Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik, 1936(16), 355–385.CrossRef Ohnesorge, W. (1936). Die Bildung von Tropfen an Düsen und die Auflösung flüssiger Strahlen. Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik, 1936(16), 355–385.CrossRef
25.
Zurück zum Zitat Plateau, J. (1873). Statique experimentale et theorique des liquides soumis aux seules forces moleculaires. Paris: Gauthier-Villars. Plateau, J. (1873). Statique experimentale et theorique des liquides soumis aux seules forces moleculaires. Paris: Gauthier-Villars.
27.
Zurück zum Zitat Haenlein, A. (1931). Über den Zerfall eines Flüssigkeitsstrahles. Forschung auf dem Gebiet des Ingenieurwesens, 2, 139–149.CrossRef Haenlein, A. (1931). Über den Zerfall eines Flüssigkeitsstrahles. Forschung auf dem Gebiet des Ingenieurwesens, 2, 139–149.CrossRef
28.
Zurück zum Zitat Bohr, N. (1909). Determination of the surface-tension of water by the method of jet vibration. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, A209, 281–317.CrossRef Bohr, N. (1909). Determination of the surface-tension of water by the method of jet vibration. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, A209, 281–317.CrossRef
29.
Zurück zum Zitat Bechtel, S., Cooper, J., Forest, M., Petersson, N. A., Reichard, D. L., Saleh, A., et al. (1995). A new model to determine dynamic surface tension and elongational viscosity using oscillating jet measurements. Journal of Fluid Mechanics, 293(1), 379. doi:10.1017/S0022112095001753.CrossRef Bechtel, S., Cooper, J., Forest, M., Petersson, N. A., Reichard, D. L., Saleh, A., et al. (1995). A new model to determine dynamic surface tension and elongational viscosity using oscillating jet measurements. Journal of Fluid Mechanics, 293(1), 379. doi:10.​1017/​S002211209500175​3.CrossRef
31.
Zurück zum Zitat Schröder, T., & Walzel, P. (1998). Design of laminar operating rotary atomizers under consideration of the detachment geometry. Chemical Engineering and Technology, 21(4), 349–354.CrossRef Schröder, T., & Walzel, P. (1998). Design of laminar operating rotary atomizers under consideration of the detachment geometry. Chemical Engineering and Technology, 21(4), 349–354.CrossRef
32.
Zurück zum Zitat Kitamura, Y., & Takahashi, T. (1976). Stability of a liquid jet in air flow normal to the jet axis. Journal of Chemical Engineering of Japan, 9(4), 282–286.CrossRef Kitamura, Y., & Takahashi, T. (1976). Stability of a liquid jet in air flow normal to the jet axis. Journal of Chemical Engineering of Japan, 9(4), 282–286.CrossRef
34.
Zurück zum Zitat Gramlich, S., Mescher, A., Piesche, M., & Walzel, P. (2011). Modellierung und experimentelle Untersuchung des gasinduzierten Zerfalls gedehnter Flüssigkeitsstrahlen im Erdschwerefeld. Chemie Ingenieur Technik, 83(3), 273–279. doi:10.1002/cite.201000183.CrossRef Gramlich, S., Mescher, A., Piesche, M., & Walzel, P. (2011). Modellierung und experimentelle Untersuchung des gasinduzierten Zerfalls gedehnter Flüssigkeitsstrahlen im Erdschwerefeld. Chemie Ingenieur Technik, 83(3), 273–279. doi:10.​1002/​cite.​201000183.CrossRef
35.
Zurück zum Zitat Gramlich, S., Mescher, A., Piesche, M., & Walzel, P. (2011). Modeling and numerical simulation of the gas-induced breakup of liquid threads stretched by gravity. Chemical Engineering and Technology, 34(6), 921–926. doi:10.1002/ceat.201100138.CrossRef Gramlich, S., Mescher, A., Piesche, M., & Walzel, P. (2011). Modeling and numerical simulation of the gas-induced breakup of liquid threads stretched by gravity. Chemical Engineering and Technology, 34(6), 921–926. doi:10.​1002/​ceat.​201100138.CrossRef
36.
Zurück zum Zitat Kamplade, J., Küesters, A., Mack, T., et al. (Submitted). Similarity trials on the thread breakup from open channel flow at laminar rotary atomizer. Chemical Engineering and Technology (Submitted for publication). Kamplade, J., Küesters, A., Mack, T., et al. (Submitted). Similarity trials on the thread breakup from open channel flow at laminar rotary atomizer. Chemical Engineering and Technology (Submitted for publication).
37.
Zurück zum Zitat Koch, M. (2003). Beiträge zur Katalysatorverkapselung im Sprühverfahren (Schriftenreihe mechanische Verfahrenstechnik, Vol. 6). Aachen: Shaker. Koch, M. (2003). Beiträge zur Katalysatorverkapselung im Sprühverfahren (Schriftenreihe mechanische Verfahrenstechnik, Vol. 6). Aachen: Shaker.
38.
Zurück zum Zitat E. Littringer, A. Mescher, H. Schrttner, P. Walzel, A. Urbanetz Tailoring particle morphology of spray dried mannitol carrier particles by variation of the outlet temperature, ILASS 2010, 6th September - 8th September 2010, Brno, Tschechien, Proceedings Paper. E. Littringer, A. Mescher, H. Schr­ttner, P. Walzel, A. Urbanetz Tailoring particle morphology of spray dried mannitol carrier particles by variation of the outlet temperature, ILASS 2010, 6th September - 8th September 2010, Brno, Tschechien, Proceedings Paper.
39.
Zurück zum Zitat Maas, S. G., Schaldach, G., Littringer, E. M., Mescher, A., Griesser, U. J., Braun, D. E., et al. (2011). The impact of spray drying outlet temperature on the particle morphology of mannitol. Powder Technology, 213(1–3), 27–35. doi:10.1016/j.powtec.2011.06.024.CrossRef Maas, S. G., Schaldach, G., Littringer, E. M., Mescher, A., Griesser, U. J., Braun, D. E., et al. (2011). The impact of spray drying outlet temperature on the particle morphology of mannitol. Powder Technology, 213(1–3), 27–35. doi:10.​1016/​j.​powtec.​2011.​06.​024.CrossRef
40.
Zurück zum Zitat Hsiang, L., & Faeth, G. M. (1992). Near-limit drop deformation and secondary breakup. International Journal of Multiphase Flow, 18, 635–652.CrossRef Hsiang, L., & Faeth, G. M. (1992). Near-limit drop deformation and secondary breakup. International Journal of Multiphase Flow, 18, 635–652.CrossRef
41.
Zurück zum Zitat Paschedag, A. R. (2004). CFD in der Verfahrenstechnik. Allgemeine Grundlagen und mehrphasige Anwendungen. Weinheim: Wiley-VCH.CrossRef Paschedag, A. R. (2004). CFD in der Verfahrenstechnik. Allgemeine Grundlagen und mehrphasige Anwendungen. Weinheim: Wiley-VCH.CrossRef
42.
Zurück zum Zitat Kistler, S., & Scriven, L. (1991). The teapot effect: Sheet-forming flows with deflection, wetting and hysteresis. Journal of Fluid Mechanics, 1995(263), 19–62. Kistler, S., & Scriven, L. (1991). The teapot effect: Sheet-forming flows with deflection, wetting and hysteresis. Journal of Fluid Mechanics, 1995(263), 19–62.
43.
Zurück zum Zitat Walzel, P. (2007). Vorrichtung zum Aufteilen von Flüssigkeiten in Rotationszerstäubern (DE 10 2007 047 411 A1). german pantent: http://www.google.com/patents/DE102007047411A1?cl=de. Walzel, P. (2007). Vorrichtung zum Aufteilen von Flüssigkeiten in Rotationszerstäubern (DE 10 2007 047 411 A1). german pantent: http://​www.​google.​com/​patents/​DE102007047411A1​?​cl=​de.​
44.
Zurück zum Zitat Stephan G. Maas, Gerhard Schaldach, Peter Walzel, Nora A. Urbanetz, Manufacturing of Taylor Made Carrier Particles for Inhalation Therapy by Spray Drying, 11th International Conference on Liquid Atomization and Spray Systems (ICLASS) 2009 26th July - 30th July 2009, Vail, Colorado, USA, Proceedings Paper 173. Stephan G. Maas, Gerhard Schaldach, Peter Walzel, Nora A. Urbanetz, Manufacturing of Taylor Made Carrier Particles for Inhalation Therapy by Spray Drying, 11th International Conference on Liquid Atomization and Spray Systems (ICLASS) 2009 26th July - 30th July 2009, Vail, Colorado, USA, Proceedings Paper 173.
45.
Zurück zum Zitat Littringer, E., Mescher, A., Schroettner, H., Achelis, L., Walzel, P., & Urbanetz, N. A. (2012). Spray dried mannitol carrier particles with tailored surface properties: The influence of carrier surface roughness and shape. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 82(1), 194–204. doi:10.1016/j.ejpb.2012.05.001.CrossRef Littringer, E., Mescher, A., Schroettner, H., Achelis, L., Walzel, P., & Urbanetz, N. A. (2012). Spray dried mannitol carrier particles with tailored surface properties: The influence of carrier surface roughness and shape. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 82(1), 194–204. doi:10.​1016/​j.​ejpb.​2012.​05.​001.CrossRef
46.
Zurück zum Zitat Mönckedieck, M., Kamplade, J., Fakner, P., et al. (In Preparation). Spray drying of mannitol carrier particles with defined morphology and flow characteristics for dry powder inhalation. Powder Technology. Mönckedieck, M., Kamplade, J., Fakner, P., et al. (In Preparation). Spray drying of mannitol carrier particles with defined morphology and flow characteristics for dry powder inhalation. Powder Technology.
47.
Zurück zum Zitat Mönckedieck, M., Kamplade, J., Fakner, P., et al. (In Preparation). DPI performance of spray dried mannitol with tailored surface morphologies. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. Mönckedieck, M., Kamplade, J., Fakner, P., et al. (In Preparation). DPI performance of spray dried mannitol with tailored surface morphologies. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics.
Metadaten
Titel
Experimental Evaluation and Control of Interaction of Gas Environment and Rotary Atomized Spray for Production of Narrow Particle Size Distribution
verfasst von
P. Walzel
A. Mescher
J. Kamplade
Copyright-Jahr
2016
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-319-32370-1_22

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.