減圧乾燥
減圧乾燥に興味のある方へ。日本コークス工業株式会社 化工機事業部は、半世紀以上の経験と実績からモノづくりの明日を拓いていきます。私たちはこれからも粉粒体機器のパイオニアとして最先端技術の開発・生産を支えていきます。減圧乾燥に興味のある方は、以下もご参照下さい。
■混練機の運転条件について
混練機の運転条件を検討する場合には、材料の特性と混練の目的を考慮する必要があります。例えば、熱可塑性樹脂の混練で、顔料のような凝集物をつぶしながら分散させる場合は、強力なせん断力が必要になりますし、逆に、ガラス繊維を切らずに混練したい場合には、せん断力を抑えることが必要になります。
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■ニーデックスを用いた混練処理による板状粒子の剥離について
＜板状粒子の剥離技術＞
板状粒子とは、粒子形状が板状(鱗片状)で一次粒子が積層された状態てです。高分子材料(母材)にフィラーとして板状粒子を混練すると、一次粒子が積層されたままでありフィラーの分散不良が生じやすく、材料の機能が十分に発揮されない可能性があります。そのため、板状粒子を剥離する様々な取り組みが行われています。機械的に h-BN 粒子を剥離させる手法として、湿式ジェットミル、超音波法、三本ロールミルなどが挙げられますが、産業分野へ適用可能な剥離手法は確立されていません。ここでは、連続式二本ロール機である「ニーデックス」を用いた窒化ホウ素(h-BN)粒子の剥離技術を紹介します。それらの材料を、「ニーデックス」を用いて混練処理を行うことでロールの回転方向に沿って h-BN 粒子の剥離が進み、h-BN 粒子の剥離および複合材料の混練が同時に進行します。 h-BN は、一次粒子である板状の h-BN 粒子がファンデルワールス力により結合しているため剥離が難しい材料の一つです。
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■混合とは
「混合」とは、濃度分布を均一にする操作です。均一性の度合いを示す値として混合度が用いられます。混合度は任意の点の特定成分の濃度のばらつきから計算されます。また、解砕を伴う混合を特に「分散」と呼びます。分散は特定成分の解砕程度が重要で、粒子径や発色度で評価します。
＜「混合」と「分散」の違い＞
～混合～
・目的 濃度分布を均一
・Key 濃度のばらつき
・判定方法 濃度分析、反射率のばらつき
・主作用因子 対流混合
・ミキサ条件 対流を促す羽根形状
～分散～
・目的 凝集物の解砕を伴う、濃度分布の均一化
・Key 凝集物の粒子の大きさ
・判定方法 発色度、未解砕物の有無、製品特性
・主作用因子 せん断作用
・ミキサ条件 高速回転
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減圧乾燥
■鉄コンタミ防止の耐摩耗対策もお任せください
「FMミキサ」は様々な分野に納入されています。処理物によってはコンタミを嫌うことがある為、接粉部の材質を考慮する必要があります。
＜FMミキサの耐汚染対策＞
・コルモノイ溶射/耐摩耗/羽根
・ユータロイ溶射/耐摩耗、コンタミ防止/羽根・混合槽、他
・クロムメッキ/コンタミ防止、付着対策/羽根・混合槽、他
・超硬溶射/耐摩耗/羽根・混合槽、他
・セラミックス、セラミックス溶射/コンタミ防止、耐摩耗/羽根・混合槽、他
・テフロンコーティング/付着防止/羽根・混合槽、他
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■FMミキサは様々なことが出来る多機能機です
＜FMミキサの混合機構＞
「ＦＭミキサ」は、高速回転する羽根によって、粉末が流動化して非常に強い対流が形成されます。さらに、高速でのせん断は顔料などの凝集粒をも解砕できる作用を生みます。これらの強い対流混合とせん断混合とによって、短時間でまた高度な混合が可能になります。また、これらの作用は粉粒体やペーストを取り扱う上での基本的なもので、乾燥他の各種の操作も可能にしました。
＜FMミキサの応用分野＞
・混合
・分散
・混練（混練にも「ＦＭミキサ」が使用できます。堅牢で長い羽根を使用しているので粘稠物でも混合可能です。）
・乳化（乳化も流体せん断によります。したがって、「ＦＭミキサ」の高速回転が非常に有効です）
・脱泡（「ＦＭミキサ」は密閉構造がとれるので真空にすることができます。）
・含浸（吸収）
・表面処理
・粉砕・解砕
・造粒（粒子の濡れで付着・凝集が起こり、転動作用で粒が形成され、さらに圧密と球形化の作用で造粒することが可能です）
・乾燥（「ＦＭミキサ」の強い対流でジャケットとの伝熱係数が大きく、撹拌熱も利用すれば大きな熱量を材料に与えることができます。密閉構造にできることから、有機溶剤も安全に乾燥・回収でき、真空にすることで低温乾燥と大きい乾燥速度が得られることも特徴です）
・反応（混合作用が良いので均一な反応にも利用できます）
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■このような方はご相談下さい
・アルファ化（せん断、粉砕、米）やインライン測定（粉体、粒径、粒度）、インライン粒度測定器、シリカ（混合）、ゼータ電位、トナー（外添）、解砕に興味のある方
・乾燥（バッチ式、減圧、効率的、水酸化リチウム、水和物、伝導伝熱、表面処理）や 乾燥方法の比較、減圧乾燥（処理）、高トルク処理、高速ミキサーに興味のある方
・混合（コンタミ）や混合機（コンタミ対策）、混練機、真空乾燥（処理）、造粒、脱水ケーキ（乾燥）に興味のある方
・剥離（処理）や分散、粉体（付着）、密閉混合、粒度分布（ゼータ電位）、攪拌造粒に興味のある方
■「FMミキサ乾燥装置」の特長と処理例
＜「FMミキサ乾燥装置」の概要＞
「FMミキサ」は、上羽根と下羽根が高速回転することで、粉体を流動化させ強い対流を形成する混合装置です。強力なせん断力により強固な凝集体を解砕し、均一な混合・分散処理が短時間で可能です。「FMミキサ」は高速流動型の混合機に分類されますが、乾燥装置としても利用できます。「FMミキサ乾燥装置」は、混合槽内を減圧し、ジャケットに温水、スチームや熱媒油を通し、混合槽内に投入した材料を撹拌しながら加熱し乾燥する機構です。蒸発した水分は熱交換器を通して凝縮液タンクで液体として回収できます。材料を撹拌しながら乾燥するので、伝熱の向上も寄与し工程の短縮が見込まれます。また、流動化により巻き込まれた空気がキャリアガスとして働くので、減率乾燥期間での乾燥を促します。
＜「FMミキサ乾燥装置」の特長＞
①乾燥方式：伝導伝熱/
「FMミキサ乾燥装置」は、混合槽のジャケットに温水、スチームや熱媒油を通し、混合槽内に投入した材料を撹拌しながら加熱し乾燥する機構です。
②供給方式：バッチ（回分）式/
「FMミキサ乾燥装置」は、混合槽に材料投入⇒材料を撹拌しながら乾燥⇒混合槽から乾燥した材料を排出という流れで乾燥処理を行います。
また、バッチ式のため低揮発の材料も乾燥できます。
③湿潤時の状態：スラリ状、泥状、粒状、粉状/ スラリ状の材料を粉末状にまで乾燥させる場合は、乾燥過程で大きな性状変化を伴うため運転負荷が大きくなります。 「FMミキサ乾燥装置」は、乾燥過程の材料の性状に応じて搭載モータを決定するため、状態変化を伴わない処理や高トルクを必要とする処理など様々な性状の乾燥処理が可能です。
④生産能力：少量～大量/ バッチ（回分）式ということもあり、連続式の乾燥装置と比較すると処理能力は低下しますが、3Lから4000Lのバッチ連続で対応します。
⑤真空可否：可/ 恒率乾燥期間での乾燥温度は、槽内圧力と同じ蒸気圧相当の温度となります。したがって、真空（減圧）とすることで乾燥温度が下がり、ジャケットとの温度差が大きく伝熱量も大きくなり乾燥効率が向上します。「FMミキサ乾燥装置」は、密閉構造のため槽内を真空下に調整でき、低温での乾燥が可能となり、伝熱量（蒸発量）が増加するため乾燥速度を維持できます。有機化合物など多くの化合物は、高温に曝すと分解する恐れがあるので、真空下での乾燥処理を推奨します。
⑥長所＆短所：
長所 高い乾燥効率/
「FMミキサ」は高速回転する上下の羽根によって、処理物を流動化して強力な循環流を形成し、乾燥効率を向上させ微量水分の除去を促すことができます。また、伝導伝熱方式の乾燥機の中でも比較的伝熱係数が大きいため、乾燥効率が良好です。また、粉体の流動化により伝熱面をクリーニングできることも良好な乾燥効率に寄与しています。
＜「FMミキサ乾燥装置」を用いた減圧乾燥処理例＞
汚泥の場合、多くは脱水ケーキからの乾燥です。水分の蒸発潜熱は非常に大きいため省エネの観点からも前段階での機械分離が望まれますが、食品やし尿等の有機汚泥は90％以上の水分（湿量基準）を含む場合が多いです。また、水に対する溶解度が大きな固形分を含む場合は、機械分離が困難なために原液からの乾燥になります。
＜「表面処理」の例＞
「FMミキサ乾燥装置」を用いて粉末原料とバインダを減圧下で撹拌することで、表面処理された乾燥粉末を得ることができます。乾式の複合化、表面処理では高せん断力を有する複合化装置が必要ですが、湿式のコーティング処理はそれほどのせん断力は必要ないため「FMミキサ乾燥装置」が適しています。「FMミキサ乾燥装置」は、表面改質のシランカップリング処理、表面改質、複合化など様々な処理が可能です。
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■乾燥とは
乾燥とは、材料に含まれる水分を熱により気化・蒸発させ、水分を減らしたり、無くしたりすることです。乾燥に必要な熱を与える方式は、直接加熱式と間接加熱式に分けられます。直接加熱式とは材料に熱源を直接接触させる方式です。熱風やマイクロ波などの熱源を直接材料に接触させる方法が一般的です。ロータリーキルンや流動層乾燥機などがあります。また間接加熱式とは、容器の伝熱を利用して材料に熱を加える方法です。ジャケット構造を持つ乾燥機は、間接加熱式に該当します。伝熱面からの熱を効率良く受け取る為に、容器内では材料が攪拌されていることが多く、不純物の混入防止や乾燥温度の調整ができることも特徴です。当社の「FMミキサ」は間接加熱方式に該当します。強力な攪拌が伝熱を向上させ、密閉構造から有機溶剤の乾燥や真空乾燥も可能です。
＜真空乾燥＞
真空乾燥とは、真空（減圧）下で材料に熱を加えて乾燥させることです。真空にすることで沸点が下がります。乾燥温度が下がるととも、伝熱の向上、すなわち蒸発速度の促進に有利です。システムとしては、下図のようなフローが一般的です。加熱した容器内を真空ポンプで真空にし、気化した水分や溶剤は凝縮器（コンデンサー）で回収乾燥する方式です。
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■でんぷんの乾式アルファ化技術（アルファ化米製造等）について
＜「アルファ化」とは＞
アルファ化とは、でんぷんの結晶構造を非晶化（アモルファス）状態に転移させることです。穀物などに含まれるでんぷんは生のままでは分子が規則的に並んだ結晶構造を持っており（β-でんぷん）、その結晶構造によって消化酵素の作用を受けにくく、体内で栄養素が十分に分解、吸収されません。穀物などをエネルギー源として利用する為には、生のでんぷんを水と一緒に加熱し、でんぷんの結晶構造をほぐすことが必要です。生のでんぷんを水と一緒に加熱することで、浸透した水分子によってでんぷんが膨潤し、その規則的な結晶構造が壊れて、非晶化状態に変化します。この状態をα-でんぷんと呼び、β-でんぷんからα-でんぷんに変化することを「アルファ化」といいます。
＜食品向けAmorfast製造設備について＞
「セントリカッター」の当初のコンセプトは粉砕刃を冷却することで、粉砕時に生じる粉砕熱を抑制することでしたが、今回アルファ化装置を開発するに当たり、粉砕刃を加熱する機器の改良と、アルファ化に最適な粉砕刃の選定をおこないました。「セントリカッター」の粉砕刃を加熱し、せん断のかかる条件下で粉砕することで、乾粉の状態でのアルファ化穀物の製造が可能となります。加水は一切必要ありません。
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■FMミキサ/混合だけでなく様々な処理が可能
＜12,000台以上の納入実績には理由があります。FMミキサは混合、分散の他にも様々な処理を実現します＞
1962年にドイツ・ヘンシェル社よりヘンシェルミキサーを技術導入した後、これまで15,000件以上の粉体処理テストを実施し、独自の進化を重ねてきました。本機は、混合、分散だけでなく、乾燥、造粒、コーティング、複合化、粉砕など、10数種類の粉体操作ができるマルチパーパスな混合機として長年ご支持いただいております。
＜主な特長＞
・粉の混合、分散は当たり前。加熱混合や溶融・溶解を伴うペースト処理も可能で、乾燥、コーティング処理や改質、複合化なども行えます。
・様々な処理を適切に行うためには、羽根の選定が重要です。当社では豊富な実績とノウハウから羽根の選定を確実に行います。
・標準仕様で40m/sの高速処理に対応。精密な分散が必要な混合・分散処理などに効果を発揮します。さらにオプションで100m/sまで対応します。
・真空仕様、耐摩耗仕様、GMP対応、チョッパ、掻落し装置、強化ブローなどを準備。素材に合わせた最適な処理を行います。
＜素材例＞
・外添処理/カラートナー
・加熱混合/ドライブレンド軟質PVC
・複合化/ナイロン＋TiO2
・表面改質/炭酸カルシウム＋脂肪酸
・加熱混練/湿布薬
・混合/アルミナ＋黒鉛
・混合/PEペレット＋カーボン
・造粒/粉炭＋タールピッチ
・造粒/セラミック粉
・混合分離/ファンデーション
・混合分散/アイシャドウ
・混合分散/PVC＋顔料
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日本コークス工業株式会社 化工機事業部
本店：〒135-6007 東京都江東区豊洲3丁目3番3号 豊洲センタービル
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