粉体トラブルの原因と予防・対策

粉体を扱う場合のトラブルはさまざまである。本講でとりあげる粒子の付着・凝集、塊を生じる固結、一カ所にとどまる滞留 (残留) 、貯槽や配管での閉塞および摩耗はその代表である。まず、粉体を扱う上での基本的な考え方を述べる。次に粒子付着や固結のメカニズムについて説明し、さらに滞留と閉塞についてその現象と対策を述べる。滞留については逆にそれを利用することにも触れる。分離・偏析 (成分のかたより) および装置や流路の摩耗に関するトラブルも、その現象と対策を述べる。最後に粉体設備全体の計画から実施における多くのトラブルおよびスケールアップ時のトラブルについて説明する。テキストは分かりやすい読み物となっており、事後の学習およびトラブル時の参考書として実務に役立つ。 　参考として、多くの対象に役立つ開発や設計のアイデアの出し方について具体例付きの資料を示す。

1. 粉体を取り扱うための基本
   1. 粉体とは何か?
      • 粉体と粒体の境界 (くっつくか離れるか)
      • 粉体の名称とサイズ
      • 代表的な粉体の粒子径/粉体として扱うことの効用
        • 比表面積
        • 光遮蔽など
   2. 粉体と液体の取り扱いの違い (設備・装置として)
   3. 粉体を扱う上での落とし穴
      • 粉体ハンドリングに影響を及ぼす物性
      • LIVEとDEAD
   4. 上手に粉体を扱うために
      • 物性を数値化する (取り扱いにくさの段階を決める)
      • ハンドリング機器の特徴と構造を知る (隠れた弱点を知る)
      • 実装置を観察する
      • トラブルへの対応に知恵を絞る
2. 粉体の付着とその対策
   1. 粉体プロセスにおける付着トラブルの発生
      • 付着を取り上げることの重要性
      • 付着が引き起こす障害
   2. 付着トラブルの予知
   3. 付着現象と特徴
      • 付着力の種類
      • 付着の特徴
      • 付着する粉体
      • 壁面に付着すると離れにくい
      • 同径の粒子より、大きい粒子に付きやすい
      • ナノ粒子を適量混入すると付着力が小さくなる
      • 水分が加わると付着力が大きくなる
   4. 付着対策の考え方
      • 形状・材料
      • 壁部の粉体層移動
      • 粉体層の移動
      • 粉体物性の管理
      • 取り扱い操作
   5. 具体的な対策
   6. 付着トラブル対策の実施例
3. 固結
   1. 粉体の固結の発生とその防止
   2. 粉粒体の固結とは
   3. 固結の発生機構
   4. 固結に関与する因子
      • 固体粒子の水分と吸湿性
      • 空隙と粒子の接触状態
      • 平衡含水率と潮解
      • 粒子の溶解性
      • 析出粒子の固結性
      • 固結力の種類
   5. 固結の汎用的な対策
      • 粒子物性の変更による吸湿防止
      • 外的操作による防止
      • 析出段階での防止
   6. 固結防止剤の例
   7. 食塩にみられる固結対策
      • 食塩の物性の変化と添加物
      • 食塩サイロの考え方
      • 粉体の高濃度輸送における固結対策
   8. 固結のトラブルアンケート結果より
   9. 半導体分野での水垢防止対策
4. 粉体滞留・残留の防止とその利用
   1. 流れにおける粉体の滞留
      • 粉体と液体の滞留の差
      • 滞留させたくない理由
   2. 粉体を滞留させない方法
      • 接触する側の形状を考慮する
      • 操作方法を工夫する
      • 粉体の性状及びそれに影響する要因を変更・管理する
   3. 粉体の舞い上がりによる滞留の防止
      • 微粒子の沈降速度と舞い上がり
      • 舞い上がりを防止する方法/ 舞い上がった粉体を捕集する方法
      • バグフィルタの通気速度による抑制
   4. 粉体を滞留させることの効用
      • 落下衝撃の緩衝
      • シュートの保護
      • 空気輸送における粒子衝撃の緩衝
      • スクリューコンベヤにおける下部の滞留
      • 粉体貯槽の過大圧防止
5. 粉体の閉塞
   1. 貯槽に関連して生じるハンドリングトラブル
   2. 粉体に特有の力
      • 粉体・粒体の境界とファンデルワールス力
      • その他の力
   3. 閉塞のトラブル
      • 貯槽の形状・仕様
        • 壁摩擦の減少
        • 鉛直壁の設置
        • コーンの設置
        • 頂角の減少
        • 排出口の拡大
      • 壁部の粉体層破壊
        • 振動
        • 打撃
      • 内部の粉体層破壊
        • 撹拌
        • 空気流動
        • 可動壁
      • 粉体物性の管理
        • 粉体物性の変更
        • 温度・湿度管理
        • 帯電防止
      • 貯槽の操作
        • 連続排出の維持
        • ポークホール
   4. 実際のトラブル例
      • アンケート結果から
      • 特殊カオリンの貯槽での閉塞とシュートへの付着例
6. 粉体の摩耗とその対策
   1. 摩耗測定機
   2. 粉体プロセスにおける摩耗トラブル
      • 摩耗によるトラブルの現象
      • 摩耗トラブルの予知
   3. 摩耗トラブルと対策
      • 摩耗を予測するための測定の例
      • 摩耗対策の工夫
      • 摩耗対策の取り組み
      • 摩耗のトラブル例
   4. 粉体自体の摩耗
   5. 設備における摩耗への取り組み
7. 粉体プロセスのトラブル
   1. トラブルに対する心構え
      • トラブルは発生する
      • 原因はさまざまである
      • 心構え
   2. トラブルが発生する工程とトラブルの内容
   3. 粉体トラブルの分類と具体的な事象
   4. トラブルが発生するタイミング
   5. 取り合いにおけるトラブル
      • 全体配置上の問題
      • 機器の付属物による配置上の干渉
      • 取り合い部の規格と所掌範囲
      • 分野ごとの常識の違い
   6. 実際のトラブルと対策の例
      • 空気輸送管の閉塞
      • 貯槽の閉塞とシュートへの付着
      • 輸送機が原因の粉塵爆発
   7. プラントのスケールアップ比率の考え方
      • 流体 (気液) プラント
      • 微生物を扱う発酵プラント
      • 医薬品製造プラント
      • 粉粒体プラント
   8. スケールアップに伴うトラブル
      • 偏析トラブル
      • 高濃度空気輸送
      • 機械式輸送
      • 貯槽の粉体圧
      • 供給速度
      • フラッシング 凝集・付着・固結
      • 粒子の軟化
      • ジェット (高圧気流) 粉砕

付録

• アイデア力を鍛えるためのオズボーンと小波のチェックリスト