粉体装置・設備の設計、エンジニアリングとトラブル対策

粉体の設備、機械を組み上げて完成まで導く作業には、さまざまな工夫が必要である。それにも関わらず、粉体プロセスの組み立て方を記述した書籍はほとんどない。この講座は、技術者が粉体装置のプロセス設計や粉体プラントの計画・設計を行う中で経験したこと、掘り下げて考えてきたことを整理し、実際に役立つ例を多く挙げ、丁寧に解説する。大学の授業・セミナーにおいて、他に類をみない疑似設計体験セミナーである。　まず、粉体設備において基本となる物性の測定法からプロセス値を決める考え方を示し、プロセス組み立ての手順、配置計画、バッチと連続の組み方の検討方法を示す。また原料や生産量などの各種の変更に対して臨機応変に対応できる設備の考え方について解説する。粉体の諸操作の中には、特有の考え方があり、それらを掘り下げる。最後に粉体プラントのトラブルについて例を挙げながら説明する。付録資料として、粉体を取り扱うコツ、粉体物性測定法を載せる。また、粉体設備のように多くのアイデアを出しながら設計・計画を進めていくために有用な、発想のためのアイデアヒントおよび生成AI利用を掲載する。　テキストは分かりやすい文章形式で復習に役立ち、トラブル例などを設計やトラブル検討時に参照できる。本講座は、粉体設備全体はもちろん、単体の粉体機械の計画、設計、運転管理にも有用である。

第1章プロセス値の決め方
1. プロセスの基準となる物性値
  1. 粉体の主な基本物性
  2. 適正なサンプルと物性値の余裕の意味
2. プロセス用物性値の測定例
  1. 安息角
  2. かさ密度
  3. 付着・閉塞・固結
  4. 偏析試験
  5. 摩耗試験
3. スケールアップの基準
  1. スケールアップ検討が行われる対象の例
  2. スケールアップしにくい対象の例
4. 補外 (外挿) の難しさ
  1. 安息角の推定
  2. エアスライド
  3. 粉砕と風力分級
5. 処理能力の適正な余裕
  1. 一般的な設計余裕
  2. 連続流れのときの上流・下流の能力
  3. バッチ操作の場合の能力
第2章プロセス組み立ての流れ
1. プロセス組み立ての手順
2. ブロックフローの作成
3. プロセスフローの作成
4. 輸送方法の特徴とプロセスへの適用
5. 機器データサマリー (機器の主要仕様リスト)
6. エンジニアリングフローシート
  1. 配管類
  2. 計装制御
第3章設備の配置計画
1. プロセスと配置
  1. フローならび型の配置
  2. 同種機器ブロック型の配置
  3. 分散配置型
  4. 汎用ロボット配置型
2. 高さ関係からみた配置
  1. 重力を最大限利用する配置
  2. 最初の搬送以外は重力利用の配置
  3. 1フロア型
  4. 中間型配置
3. 粉体を移動させる方向と方法
  1. 自由落下
  2. ほぼ水平に移動させる方法
  3. 斜め上方に移動させる方法
  4. 鉛直上方向に上げる方法
  5. 空気輸送
  6. 移動容器システム
4. 配置計画における注意と工夫
  1. 配管を短くする
  2. 空間の利用を考える
  3. 操作上の無理をなくす
  4. メンテナンスの作業を容易にする
  5. 取り扱う物の置き場と搬送経路を考慮する
  6. 機器の搬入・据え付けを考慮する
  7. 機器間の常識的なクリアランスを確保する
  8. 緊急時の通路を確保する
  9. ステージおよび階段設置の原則を守る
  10. 将来の増産・増設に備える
  11. 忘れている物はないかチェックする
5. 高さを縮めるために
  1. 低くなる機種を選定する (なければ作る)
  2. 低くなる機種やメーカーを捜す
  3. 機器の形を変える
  4. 接続部分を短くする
  5. 1バッチの量を減らす
  6. ピットを掘る
第4章バッチ処理と連続処理
1. バッチ処理と連続処理の違い
  1. バッチと連続の経済性
  2. 処理の流れ
  3. 操作間バッファ槽の要否
  4. 装置内の滞留時間
  5. 製品品質の差
  6. ロット管理
  7. 品種が多いか変動する生産
  8. 制御の方式
2. 粉体の単位操作におけるバッチと連続
3. バッチか連続かの選択
  1. 連続混合機内の粉体の動き
  2. 簡便な連続混合
  3. カスケード型の混合
第5章物質やラインの変更と対応
1. プロセスに影響を及ぼす生産の変更と対応
2. 製造ラインの系列数
3. ハンドリング上の対応
  1. 空気輸送の障害
  2. 計量精度
  3. 流動化特性
  4. 貯槽の排出
  5. 各所への残留
4. 配置の変更への対応
  1. 空気輸送
  2. 機械式輸送
  3. 移動式または移動可能な工夫
  4. 増設のスペース
  5. 重力利用型の配置の変更
5. 洗浄のシステム
6. 移動容器システムの採用
7. 制御システムの対応
第6章粉体の諸操作から学ぶ考え方
1. 粉砕のサイズと方法
  1. 粉砕の概略の分類
  2. 粉砕の機構
2. 粉砕のエネルギー理論にみる考え方の統合
  1. Rittingerの式 1867年
  2. Kickの式 1883年
  3. Bondの式 1952年
  4. エネルギー論を過信したスケールアップの失敗
3. 粉砕における閉回路
  1. 閉回路粉砕とは
  2. 閉回路粉砕の構成
  3. 閉回路粉砕の利点
  4. 粉砕機の閉回路的な機構
4. ふるい目の許容差の考え方
  1. JIS試験用ふるいの規格
  2. 産業用ふるいの誤差
  3. 誤差はつきもの
5. ふるいの通過確率と偏析
  1. ふるいの通過確率と分離粒子径
  2. ふるい分け過程における偏析
6. 完全混合と通常の粉体混合
  1. 完全混合状態の意味
  2. 混合をどこまでやればよいか
7. 供給機の構成と機能
  1. 供給機の構成
  2. 目的に応じた呼称
8. 定量供給の方式
  1. コンスタントフィードウェア
  2. 質量管理型の間欠式定量供給:ダブルホッパ・フィーダ
  3. その他の方法
9. バッチ計量の精度
  1. 計量の精度
  2. 誤差が大きい要因をつきとめる重要性
  3. 粉体のバッチ計量における秤量器以外の誤差
第7章粉体プラントにおけるトラブルと対策
1. トラブルに対する心構え
  1. トラブルは発生する
  2. 原因はさまざまである
  3. 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
  1. 全体配置上の問題
  2. 機器の付属物による配置上の干渉
  3. 取り合い部の規格と所掌範囲
  4. 分野ごとの常識の違い
6. 実際のトラブルと対策の例
  1. 空気輸送配管施工不良による食品調味料の閉塞
  2. 特殊カオリンの貯槽での閉塞とシュートへの付着
  3. 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
  1. 流体 (気液) プラント
  2. 微生物を扱う発酵プラント
  3. 医薬品製造プラント
  4. 粉粒体プラント
8. スケールアップに伴うトラブル
  1. 偏析トラブル
  2. 高濃度空気輸送
  3. 機械式輸送
  4. 貯槽の粉体圧
  5. 供給速度
  6. フラッシング
  7. 凝集・付着・固結
  8. 粒子の軟化
  9. ジェット (高圧気流) 粉砕
質疑応答

受講特典: 付録資料

追加資料1 粉体を取り扱うコツ
1. 粉体、粒体、ナノ粒子の違い (サイズによる取り扱いの違い
2. 粉体、ナノ粒子の効用 (粉体の形状で扱う利点と特徴)
3. 粉体と液体の違い (設備における差を多面的に解説する)
4. 粉体を扱う上での落とし穴 (扱いの違いに影響する物性を明確にする)
5. 面倒な扱いをなくすために (扱いの難しさを数値化してトラブルを抑え込む)
追加資料2 粉体物性測定法
1. 粒子径
2. 粒子径分布
3. 代表粒子径
4. サンプリング
5. 粒子径測定法
6. 比表面積 (径) の測定
7. 粒子の密度
8. 粒子の形状
9. 粉体層の剪断特性
追加資料3 : 製造のタイムスケジュール
追加資料4 : 技術発想のヒントと生成AIの利用
- 付録1 オズボーンのチェックリストなど
- 付録2 TRIZの40の発明原理と発想例
- 付録3 ChatGPTなどの生成AIを利用した発想

受講者の声

医薬品の造粒〜打錠工程における偏析に悩んでおり、今回セミナーを受講いたしました。粉体トラブルについて広くわかりやすくご説明いただき、粉体 (固形製剤) 初心者ですがとても理解が深まりました。
詳しい解説で大変有意義でした。粉体の付着に興味があったので、定性的な話でなく実例 (例えば相対湿度の変化で付着がどのように変化する) があれば尚、良かった。
「偏析」にフォーカスして考えておりましたが、付着や滞留等も根本的に繋がっているということがわかりましたので、しっかり観察して解決を目指したいと思います。ありがとうございました。
事例や経験に基づく内容で参考になりました。
実務に取り入れられる内容で、非常にためになりました。
粉体分野は他の分野と比較して取り扱いにくいこともあって、大学時代も含めてこれまであまり学ぶ機会はなかったため非常に有意義だった。やはり、粉体に関しては実際にデータを測定してプラント設計を行った方がいいと思った。また、流体の基本物性については知らないことも多かったため、今後の業務に活かせそうだと感じた。
講師自身の現場での実体験を通した話が多くあり、聞く方は興味を持てた。話に説得力を感じた。
ご講義ありがとうございました、例示がとても分かりやすく難しい部分でも理解しやすかったです。またどうぞよろしくお願いいたします。
粉体取扱い実務の経験が浅く知識不足だったため、定義やトラブル事例の紹介が多く勉強になりました。

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