粉体・粒体は、多くの分野で取り扱いの中間材料としてきわめて大切な状態である。粉体・粒体として身近にある最終製品の「化粧品」「医薬品」「食品」「おむつの中身」はもとより、打錠製品である健康食品や、ボタン電池等、全て中間処理形態として、粉体を扱う処理技術が駆使されている。しかしながら、粉砕、混合、造粒、乾燥、成形 (単位操作という) とそれらを繋ぐバルク・ハンドリング技術は気体や液体の扱いとは異なり、粉体の表面の摩擦係数や物性定数によって、プロセス設計には多くの困難を伴っている。
本講座では、粉・粒であるが為の「取り扱いの困難さ」を基本的な事象を理解する事から解説し、それらのトラブルの種を解消するための実務的な実践事例を紹介する。トラブル解決は青春と同じで、自分で体験しなければ、単に話を聞いただけでは本当に理解したかどうか分からない。あるいは、ビッグデーターやIoTと駆使したシミュレーターなどの疑似体験を積極的に取り入れなければならない。
本講座では、透明アクリルを使った「装置内粉体挙動 実演可視化モデル」を8～10機種用意し、実際に装置内で粉を動かして「閉塞現象」「凝集現象」「偏析現象」を体験する。その他、造粒装置や乾燥装置を粉体を投入して動かしてみる。粉の動き「微小固体粒子、気体、液体の混相流体」に対して感性を持って体験し、その動きの基本原理を分析して理解するチャンスを提供したい。
- はじめに、粉体処理技術、粉体プロセス全体を俯瞰する
- 粉体プロセスの単位操作とは何か
- 粉体プロセスの単位操作の繋ぎには特有の問題がある
- 粉体処理操作の困難さの理由
- 新しい機能性物質が粉体技術から生まれる理由
- 粉体プロセスに起こりがちなトラブルとは
- つまる
- くっつく
- 摩耗する
- 洩れる
- 流れる
- 飛んでゆく
- 蓄熱
- 発火
- 粉塵爆発
- 偏析
- 乾燥操作
- 乾燥の定義と要因
- 乾燥原理とその原理を用いた装置
- 乾燥現象の理解
- 乾燥装置の実際、スケールアップ例
- 乾燥機の中での粉の動きを見る→可視化装置
- 乾燥操作でのトラブル例
- 粉砕操作
- 粉砕の定義と要因
- 粉砕原理とその原理を用いた装置
- 粉砕現象の理解、粉砕助剤とは?
- 粉砕装置の実際、スケールアップ例
- 粉砕機の中での粉の動きを見る→可視化装置
- 粉砕操作でのトラブル例
- 造粒操作
- 造粒の定義と要因
- 造粒原理とその原理を用いた装置
- 造粒現象の理解、バインダーの種類と実施例
- 造粒装置の実際、スケールアップ例
- 造粒機の中での粉の動きを見る、バインダー添加の体験→可視化装置
- 造粒操作でのトラブル例
- 混合、貯槽、供給操作
- 混合の装置と混合現象の評価
- 装置内で起こる粉体挙動
- スケールアップには、現象を起こす原理の把握が必須
- 装置の大きさを大きくしてもスケールアップにならない。熱用移動律速、物質移動律速で現象の規模を大きくする事が、プロセスのスケールアップである。
- 重力支配と表面物性支配
- 混合・貯槽装置の中での粉の動きを見る、→可視化装置
- 混合・貯槽装置内のトラブル解消例
- トラブル対策
- トラブルの分類
- つまる:閉塞
- くっつく:付着
- 摩耗する:エロージョン
- 洩れる:粉もれ
- 流れる:フラッシング
- 飛んでゆく:微粉飛散
- 蓄熱、発火、粉塵爆発と偏析問題
- トラブル対策の実例～それぞれの原因に対応する事例を紹介～
- 閉塞したらどうするか?付着防止にはどうするか?摩耗対策は?
- 粉漏れ防止策、フラッシング対策、飛散防止対策、粉塵防止対策例
- エスケープルート的トラブル対策の紹介
使わなければそれで良いが、使うべき時には速やかに利用し危険から逃れる対策、粉体プロセスに応用
- なぜ、コスト・パフォーマンスに優れているのか?
- 工場に持ち帰らずその場で対応可能な方法。
- 部分最適では無く、全体最適方法を事前に検討しておく…etc
- おわりに
- 信頼されるプロセス技術者になる為には、何が必要か
- 全てのインプットは、アウトプットのためにある
- これからのセンサー技術と、IoT管理。
- 現状のプロセス・アナライジング・テクノロジー