乾燥・粉砕・造粒の基礎と各装置の選定方法/スケールアップ、トラブル対策

工業界において、固体粒子・液体・気体の混相流体系を扱う分野は少なくない。その中でも、乾燥、粉砕、造粒操作は、行程中にそれぞれの成分組成量、固体粒子の相互作用力関係が刻々と変化し、総合的に材料物性が著しく変化する単位操作である。 そのため、なかなか数値計算でのシミュレーションも容易ではなく、過去の経験と実際にやってみて分かる現象がいまだに多い固体粒子とそれらの間にある気体、液体の相間関係は、スラリー、キャピラリー、フェニキュラー (Ⅰ、Ⅱ領域) 、ペンジュラーと区分され、その特性を研究されている。それによって乾燥原理や、粉砕原理、造粒原理が異なり、装置選定の有力な手がかりとなる。 　例えば最終製品である「粉・粒、状の物質」にどのような特性を持たせたいかにより、採用すべき乾燥原理は決まってくる。正しい「合目的製品」を得るには、この原理を使った乾燥設備をプロセスとして採用し、システムを構築しなければならない。この判断を誤ると、液体は分離できて「いわゆる乾燥」は終了したが、製品が目的機能を発揮することができない場合がある。 　粉砕操作、造粒操作も、目的は「サイズと形態」であり、粒径がそろっても、形態が異なり目的の機能が発揮されなければ、それぞれの操作を行う意味が無い。 　本講習では「合目的」という観点から、それぞれの単位操作の現象と材料に対する影響を考察し、装置選定の考え方を示す。又発生している現象からどのようなパラメーターを使ってスケールアップしてゆくべきか、間違いの無いスケールアップの方法と実際を解説する。 　特に現場で起こりうる「粉・粒であるが為のトラブル」を分類し、原因を推測、対策をどのようなタイミングで実行してゆくべきか、「エスケープルート」の考え方で説明する。装置運転の経験から「メンテナンス」に関しても大きな影響がある。セミナーの中では「アクリル製小型粉体挙動実演モデル」シリーズを使って、実際に粉砕、造粒中の粉・粒がどのように装置の中で運動しているかを見る。運転パラメーターも聴講者に扱ってもらい、原因と結果を体感していただく。 　乾燥、粉砕、造粒操作は、様々な分野を横断する基本的単位操作で有り、1つの分野では当たり前の標準手法が、他の分野では全く新しい試みである事も多い。又、異なる分野で同じ悩みが、同じ様なブレークスルー手法で解決される可能性もある。 　多くの若い技術者が「腑に落ちる」ように、整理した形で粉粒に対する考え方を解説する予定である。

1. はじめに
   • 粉・粒に関わる単位操作全体を俯瞰する。
   • 業界で扱われている粉体技術の影響、機能性粒子の活躍の状態を一部紹介する。
   • なぜ、粉を扱うプロセスにトラブルが多いのか。
2. 乾燥操作
   1. 乾燥操作の基本
      1. 乾燥原理の分類
      2. 乾燥カーブと主たるパラメーター
      3. 乾燥装置の分類
      4. 乾燥装置選定の考え方。
         • 濃厚懸濁液;スラリーはどう乾燥する? 脱水ケーキはどう乾燥する?
         • 微細粒子はどう乾燥する?
   2. 乾燥操作の実際
      1. スケールアップ;直接乾燥分野
      2. スケールアップ;間接乾燥分野
      3. その他の乾燥分野
3. 粉砕操作
   1. 粉砕操作の基本
      1. 粉砕原理の分類
      2. 粉砕機のパラメーター
      3. 粉砕装置の分類
      4. 粉砕装置選定の考え方
         • 硬い物質 (摩耗物質) にはどう対応する?
         • ナノオーダーにはどう粉砕する?
      5. 回分式粉砕分野
      6. 連続式粉砕分野
      7. その他の粉砕分野
4. 造粒操作
   1. 造粒操作の基本
      1. 造粒原理の分類
      2. 造粒終点と主たるパラメーター優先順位
      3. 造粒装置の分類
      4. 造粒装置の選定。
         • ダマにならず溶けやすい粒の造粒。硬くしっかりした粒の造粒は?
         • 目的部位で分散し、粒子機能を発揮するための柔らかい造粒は?
      5. 機能性粒子の創成。表面改質、複合化。
   2. 造粒操作のスケールアップ。回分から連続操作。
      1. 造粒とバインダー
      2. 歩留まり向上と整粒
      3. 造粒操作をシステムとして考える
5. 粉体機器のトラブル対応
   1. トラブルの原因、 (複雑な事象ほど、シンプルに分解する)
   2. トラブルの分類、実際の例を挙げて一緒に考える。
   3. トラブル解決例、答えは一つでは無いが、実例を紹介する。
   4. トラブルを予測し対策、エスケープルートの考え方。
   5. IT化にともなうトラブルの新しい可能性。
6. おわりに
   • これから求められる「粒子挙動の見える化」。 数値シミュレーションの役割。
   • 体験したことを分類して応用が利くようにする為には?
   • この分野で、技術者が学べること。
   • 粉・粒を扱う技術に求められるもの。