乾燥・粉砕・造粒工程でのトラブル事例から見る最適な機器選定/スケールアップのポイント

粉・粒を扱うプロセスは、多くの分野でその中間行程の形態プロセスとして使われているが、最終ユーザーが目に見るケースは少ない。機能性材料を創製する手段として、極めて有効な粉・粒の形態も、液体や気体と異なって、その莫大な表面積の大きさから、「詰まる・くっつく」等の、独特のトラブルが発生する。 　意外に知られていないが、その「粉体」の扱いを適正に処理することが、専門業界としては「粉体プロセス技術」として確立している。特に新しい機能性材料を創製する業務を遂行するには、必ず知っておかなければならない、基礎的な技術である。 　本講演では、透明な粉体挙動スケルトンモデル®を駆使して、機器内での「粉体の動き」を目で見える形にし、「体感」として粉体の動きが「刻々と変化してゆく様」を把握する。講師の実務体験から、簡単なスケールアップの実例を挙げ、計算式の意味するところ、さらに、優先的に効果のあるパラメーターを実感する講義を行う。講師は、技術士としての指導経験から「たまたま選ぶ装置での成果」ではなく、最終製品付与機能に見合った、「適正な単位操作の選択と製品物性の関係」を明確にして、最短距離で成果を出す手法を、推薦する。

※透明スケルトンモデル®を、講演の中で順次動かし、器内の粉体挙動を確認します。
今回初公開の「噴霧造粒機、原理説明用クールモデル」も当日披露いたします。

1. はじめに、粉体技術を俯瞰する。
   • 粉・粒に関わる単位操作全体を、俯瞰し、その影響を再確認する。
   • 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紹介する。
   • なぜ、粉を扱うプロセスにトラブルが多いのか?
   • 粉粒の「形状による分離現象」はなぜ発生し、それらの原因の分類は?
   • コストを抑えたトラブル対策は、 どのような方法で構築するのか?
   • IoTの手法が発展することによって 粉体プロセスはどうなってゆくのか?
2. 乾燥操作 湿った粉体は (微粒子固体と液体・気体の) 混相流体である。
   1. 乾燥操作の基本
      1. 乾燥原理の分類 ～物性による適性乾燥原理の選定～
      2. 乾燥カーブと主たるパラメーター ～スケールアップには乾燥曲線が必須～
      3. 乾燥装置の分類 ～どの原理を利用した装置か理解する～
      4. 乾燥装置選定の考え方。
   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 ～スケルトンモデルでの体験
         • 流動層乾燥機
         • 気流乾燥機
3. 粉砕操作
   1. 粉砕操作の基本
      1. 粉砕原理の分類 ～新しい粉砕装置の出現～
      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
   2. 粉砕操作の実際 ～粉砕式の歴史的経緯～
      1. 回分式粉砕分野 ～スケルトンモデルでの体験
         • ボールミル
         • ピンミル
      2. 連続式粉砕分野
      3. その他の粉砕分野
4. , 混合操作・造粒操作 生成粒子の機能によって、造粒原理を選択する。
   1. 造粒操作の基本
      1. 混合操作・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 ～スケルトンモデル
         • 転動
         • 混合
         • 押し出し
         • 流動相造粒
      4. 造粒装置の選定。 (球形化装置)
         • 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. まとめ (ケミスト+データー・サイエンティスト+プロセス・エンジニア)
   • 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。失敗から学ぶこと。
   • 粉・粒を扱う技術に求められるもの ～IoT, AI, VR, AVの応用の始まり～