Granuleren: zo werkt het

Wat is granuleren of granulatie?

Granuleren of granulatie is het proces waarin losse poederdeeltjes zich aan elkaar hechten en zo granulaat of granules (korreltjes) vormen. Het doel van granulatie is de stromings- en verwerkingseigenschappen van poeders te verbeteren.

De kern van een goed granulatieproces is een constante grootte, gewicht, dichtheid en hardheid van het granulaat. Dat is wezenlijk voor de verdere verwerking van het granulaat als halffabricaat in productieprocessen. Een belangrijk verschil is droog of nat granuleren.

Hoe werkt droog granuleren?

De kern van droog granuleren is het samendrukken en verdichten van poeders tot granulaat (compactie). Dit halffabricaat ondergaat nog verdere verwerkingsstappen tot eindproduct. Droog granuleren heeft zich ontwikkeld als alternatief voor directe compressie. Deze oude techniek perst materialen in een matrijs direct tot eindproduct, zonder een granulatiestap. In de mijnbouw verwerkt men zo steenkool tot pellets.

Droge granulatie: verschillende technieken

Voor droog granuleren bestaan verschillende technieken:

1. Slugging
2. Roller-verdichten

1. Slugging

Een van de eerste droge granuleertechnieken staat bekend onder de naam ‘slugging’. Hierbij drukt een grote pers het poedermengsel met een enorme kracht samen. Vervolgens maalt een molen deze brokken tot granulaat.

Dit proces is erg onnauwkeurig en weinig efficiënt. Het granulaat stroomt niet goed door om de matrijs volledig gevuld te krijgen. Hierdoor wisselen de eigenschappen van de granules te veel (grootte, gewicht, dichtheid en hardheid).

2. Roller-verdichten

Een veelgebruikte droge granuleertechniek is roller-verdichten. De roller-verdichter of roller-compactor drukt het poedermengsel tussen twee roterende drukrollen samen tot een lang lint van vast materiaal.

De compressiekracht (tot 20 kiloNewton per cm) is de belangrijkste parameter bij deze techniek. In een neerwaartse beweging gaat het lint naar een derde rotor onderin de roller-compactor, die het verdichte materiaal langs een zeefplaat beweegt. De scherpe kanten van de zeef snijden de granules vervolgens tot de gewenste deeltjesgrootte.

Er zijn uiteenlopende typen zeefplaten, met vierkante, ronde of zeer fijne openingen. Het proces van roller-verdichten is nauwkeurig te sturen en levert een homogeen granulaat op, ook bij complexe poedermengsels.

Verder geeft de techniek veel minder stofemissies dan directe compressie, wat aan de arbeidshygiëne en -veiligheid op de werkvloer bijdraagt.

Beweegbare rollers

In sommige typen roller-verdichters is een van de drukrollers beweegbaar. De roller-compactor kan de afstand tussen de beide drukrollers hierdoor continu aanpassen, afhankelijk van de hoeveelheid ingebracht poeder.

Door de beweegbare roller oefenen de beide rollers een constante kracht uit op het poedermengsel. De schommelingen in eigenschappen van de granules zijn zo tot een minimum beperkt, wat tot een nog hogere kwaliteit granulaat leidt.

Hoe werkt nat granuleren?

Nat granuleren is een totaal ander, veelomvattender proces dan droog granuleren. Natte granulatie bestaat uit 2 processtappen:

1. mengen/agglomereren
2. drogen/malen

1. Mengen/agglomereren

Bij natte granulatie krijgt het poedermengsel een vloeistof en een bindmiddel toegediend. Er zijn veel verschillende typen bindmiddelen. Veelgebruikt zijn PVP (polyvinylpyrrolidon), HPMC (hydroxypropyl methylcellulose) en voorgegelatineerd zetmeel.

Vervolgens vindt in een high-shear mixer of hoge-schuifmenger het granulatieproces plaats. Dit type menger gebruikt hoge afschuifkrachten om poedermengsel en bindmiddel grondig te mengen.

Hierdoor agglomereren de poederdeeltjes tot grotere korrels. De snelheid van de menger en de hoeveelheid bindmiddel zijn de belangrijkste parameters bij het natte granulatieproces.

2. Drogen/malen

De vochtige granules ondergaan vervolgens een droogstap. Veelgebruikt is de fluid-bed droger of wervelbeddroger. Dit type droger voert het granulaat over een geperforeerde bodemplaat waar hete lucht doorheen stroomt, waardoor de granules opwervelen (fluïdiseren) en drogen.

In de fluid-bed droger is het mogelijk extra ingrediënten over het granulaat te sproeien, zoals oliën en geur- en smaakstoffen om voedingsproducten te verrijken. In een volgende stap maalt een molen het droge granulaat. Een zeef zorgt voor de gewenste deeltjesgrootte. Ook hier zijn verschillende typen zeven in gebruik met uiteenlopende openingen.

Granuleren: ook verkleinen van materialen

Ook het proces van het verkleinen van materialen (balen, plakken, extrusiestrengen) tot flakes, chips of korrels heet granuleren. Deze manier van granuleren of malen wordt onder meer gebruikt voor voedingsproducten maar ook voor het mechanisch recyclen van metalen en kunststoffen, zoals polymeren (PET en HDPE).

Ook hier zijn een constante vorm, grootte en gewicht van het granulaat leidend voor een goed granulatieproces. De granulator voor het verkleinen van materialen is uitgerust met een rij vaste en roterende stalen messen die het materiaal in korte tijd tot flakes vermalen.

Het proces is vergelijkbaar met het knippen van een huishoudschaar. Het formaat van de flakes is afhankelijk van het type zeefplaat dat in de granulator is geplaatst.

De kunststof flakes worden vaak nog verder gegranuleerd in een strenggranulatielijn, waarbij de flakes gewassen, verwarmd en geëxtrudeerd worden tot strengen, die na koeling in een waterbad tot granules gehakt worden.