粉体プロセスに関する化学工学的計算と条件最適化

粉体/粒体技を取り扱う技術は、実は古い技術であるとともに、現代の工業プロセスの中でも、基本的な「材料取り扱い技術」でもあります。しかしながら、そのノウハウは、以外にも専門家以外はあまり理解されていない、実にニッチな分野であるといえます。新しい材料/機能的材料を開発するのには、必須な手法であるといえます。最近、数値シミュレーション技術を用いることによって実験回数の軽減が実行され、実験できない条件での推定ができるようになりましたが、粉体には粒度分布という自然形態があるため、新しい物質には「実際に小型装置」で試してみることが、外せない基本です (この基本を踏襲して、研究は進んでいます)。 　本講座では、講師の作製した「小型透明卓上スケルトンモデル」を駆使し、装置内の「粉体挙動を見える」ようにして、装置設計に使われている「化学工学的計算方式」と、先輩達によって確立された「工学的実験式」が、装置内粉体挙動の観察から得られる知識と、どの様にリンクしているかを、体験します。 　これが、「腑に落ちる、応用が効く理解」といえます。化学工学的計算は、プロセスのスケールアップに使われると同時に、プロセスの問題点や、効率最適運転を設定するための、大切な手法です。 　「粉体トラブル」を予測し、その対策をあらかじめ考慮して、「あらかじめ仕組んでおく」、エスケープルート的トラブル対応というノウハウについて体験から解説します。

1. はじめに、粉体粒体取り扱い技術を俯瞰
   1. 粉体業界用語の意味、分類と定義。
      • 粉/粒は「離散体」であり、ばらばらであるが、互いに影響力がある。
   2. 単位操作をつなぐ技術 【均一ピッチスクリューフィーダー動画】
      • 見えないホッパー内で粉がどのように動いているか観察する。
   3. 「粉は生きている」といわれる理由 【閉塞とその解消方法の動画】
      • 粉体の閉塞現象には5種類の原因があり、それぞれに見合った対策がある。
   4. 「粉は魔物」といわれる理由 【偏析現象の動画】
      • 気体や液体にはない現象が「偏析」である。 【ブラジルナッツ現象の動画】
2. 「乾燥」、 何をもって「乾燥操作終了」と言えるのか?
   • 乾燥カーブと「熱量供給」律速、「拡散係数」律速
1. 乾燥操作の俯瞰
2. 乾燥原理と その原理を利用した乾燥装置の「現象」を理解する。
3. 乾燥装置の化学工学的計算方法。 スケールアップ手順例を解説。
4. 乾燥品の形態を予期して乾燥方法を選択する。後工程の要求事項を満足。
3. 「混合」と「造粒」、何をもって「混合終了」「造粒終了」と言えるのか?
   1. 混合は「偏析と分散」の戦い 【V型ブレンダーの動画】
   2. 俯瞰:対流混合と剪断混合 【容器回転型混合器動画】
   3. 造粒の原理とその製品粒子の特性 【高速攪拌混合造粒動画】
   4. 透明小型装置の動画、 【流動層造粒機】【押出造粒と球形化】【噴霧造粒】
4. 粉体取り扱いプロセスの、トラブル対応
   1. トラブル現象と対策 トラブル対応にはコストが掛かるのは当たり前か?
   2. トラブルは多くの要因の総合現象であり、要素に分類できる
   3. それぞれの要素に対する対策はすべて存在する 【円錐部付きキルンの偏析動画】
   4. 粉塵爆発の災害を回避する手法、エスケープルート的対策例
   5. 世界的傾向、PAT技術と、ドイツの例
   6. 失敗ができないプロセスの疑似体験を積む為に「VRとAR」を利用する
      • トラブル対策の技術伝承:「身に付く経験/疑似経験」は可能か?