直線上に配置

粉粒体の造粒装置   
   <粉粒体ハンドリングの部屋(7)> ここでは,粉粒体の造粒装置(ぞうりゅうそうち)の概略を紹介しています。


造粒(granulation)とは :粉体や,粉体を溶かした溶液を原料として,粒体(=造粒物)を製造する操作です。このような操作は,経験的にも昔から生活の知恵として発達してきましたが,最近では,工業的にも重要な方法として確立されています。
 

造粒の目的 : 造粒の主な目的は,以下の2点です。
(1) 直接目的 : 「粒」そのものを得る。
(2) 間接目的 : 粉体の物性((a)流動性が悪い,(b)付着性が大きい,(C)粉立ちがある,など)を改良する。
<例>
(a) 食品 粉立ち防止,速溶性の向上(速く溶かす),保存性の向上
(b) 製鉄,ガラス工業 所定配合比で混合,造粒(ブリケット化)し,安定した配合や反応条件の均一化
(c) 化学 流動性の向上,付着性防止,汚染防止
(d) 医薬 調剤の容易化,薬効成分の混合調整,薬効時期の調整
(e) 肥料,飼料 粉立ち防止,薬効成分の調整,互着防止,取り扱い性の向上
(f) 顔料,塗料,インキ 分散性の向上
(g) 洗剤 水や温水への溶解性の向上,秤量の容易化
(h) 触媒,活性炭 反応性の向上
(i) 産業廃棄物 再生利用の向上,廃棄の容易化


造粒装置の分類:造粒の機構から以下のように分類できます。
(1) 分類�T
(1) 乾式造粒 水やバインダー(結合剤)を使わず,材料の凝集力を高めて造粒する。
(ロールなどの圧力で粉体を圧縮する圧縮造粒などが相当)
(2) 湿式造粒 水やバインダー(結合剤)の付着力を利用して,造粒する。
((a)転動造粒,(b)噴霧乾燥造粒,(c)押出し造粒などが相当)

(2) 分類�U
(1) 自立造粒 材料に圧縮などの外力を加えず,自然に凝集させ,造粒する。
(2) 強制造粒 ダイス,モールド,ロール,ブレード,ノズルなどの部品を用いて機械的に造粒する。
((a)圧縮造粒,(b)押出し造粒,(c)解砕造粒,(d)溶融/噴霧造粒などが相当。)

(3) 分類�V
(1) 混合造粒 (a)転動造粒,(b)流動層造粒,(c)撹拌造粒など
(2) 強制造粒 (a)圧縮造粒,(b)押出造粒,(c)解砕造粒など
(3) 熱利用造粒 (a)溶融造粒,(b)噴霧造粒(乾燥)など


主な造粒方法:主な造粒方法の原理と特徴,事例を示しています。

No 名称 構造 説明 例 外観写真
1 転動造粒  傾斜した浅い円形容器を40〜50°傾斜させ,10〜30rpmで回転させておき,粉体を供給するとともに,液体バインダを適量添加する。

 材料は転動しながら成長,造粒され,粒度分布のやや広い造粒物ができる。
金平糖
など

変わり玉
 傾斜したドラムを回転させ,ドラムの片側から粉体を供給し,片側からペレットとして排出する。

 
ドラム内には加水装置や,スクレーパ装置が必要となる。
化成肥料など
化成肥料 : 市販品
2 流動層造粒  下部から熱風を送り粉体を流動化しておき,上部または周壁部から液体バインダーを散布凝集させ造粒する。

 造粒物はポーラスで溶けやすく,形状は球状が多い。
タルク,炭カル,洗剤,ココアなど

洗剤 : 市販品
3 攪拌造粒

 粉体を1種類以上ミキサーに入れ,攪拌による混合を行った後,液体のバインダーを添加する。粉体が液に濡れ始めると徐々に造粒が始まる。

 造粒された粒子は攪拌羽根の粉砕作用によって,均一な粒度になる。


 2軸のスクリューの回転により混合攪拌しながら造粒を行う。
 
 小粒径のものを添加すると,それを核として,成長しやすい。  
汚泥ペレット
汚泥ペレット
4 圧縮造粒 <タブレッティング>
 シリンダー(臼,ウス)の中に粉体を充填しておき,上下からピストン(杵,キネ)で圧縮する。
 
 粒径が揃った密度の高い粒体(錠剤)が得られる。乾燥工程不要。
医薬の錠剤など
<ブリケッティング>
 回転する2つのロール間で粉体を圧縮する。
製錬・化学などの原料
,
豆炭

5 押出造粒  材料を回転するスクリュー部に供給し,加圧圧縮しながら強制的に前進させ,スクリュー先端またはサイドに取り付けたダイス(金網)の孔から材料を連続的に押し出す。

 先端から押し出すものは,スクリューが2本で,押出部がドーム型になっている(ツインドーム)タイプがある。


 多数の孔が開き,水平または垂直に設置された円筒型ダイスの内側に,2本のロールが配置されている。ダイスとロールの回転により噛み込んだ材料はダイス孔から押し出され,カッターで切断される。

 造粒サイズは,φ2.4mm〜φ16mm程度で,比較的硬い円柱状顆粒が得られる。
RDF,
PDF

RDFの例
6 破砕造粒 <乾式破砕造粒>
(1)脱気⇒圧縮により1〜7mm程度のフレークを作る。

(2)フレークを粗粉砕⇒粗粉砕⇒整粒の順番で,粉体にならない程度の粒体ができる。


<湿式破砕造粒>
 造粒可能なように,あらかじめ調整された材料を破砕することにより粒子を得る方法。 

 φ0.1〜0.3mm程度の微細顆粒ができる。


7 溶融造粒  原液を加圧ノズルを介して,塔頂から供給する。冷風をサイドから((1)),または塔頂から((2))供給し,排気側から微粉を回収する。

 
比較的大粒径粒子の製造に適している。 
�@尿素,硝安。
�A脂肪酸類。

BPA
(ビスフェノール)

プリル尿素:φ2〜3mmの真球状
 プロパンガス等のバーナー火炎中に,SiO2粉体やAL2O3粉体を噴射,溶融させ,真球状粒子を作る。

 できた粒子を混合し,粒度分布を調整し半導体封止材の原料とする。
半導体用封止材
アルミナ粒子:大きさは,
大きいもので約10μm


 水と親和性のない物質で,φ2〜5mm径に細滴化した溶融液を塔頂部から供給し,塔内を満たした水で冷却固化する。

 造粒品は約4%の水分を含むので乾燥が必要。
硫黄
 下部から冷却され,連続的に動いているスチールベルトの上に,多数のノズルから液滴を落とす。

 薄いシート状に冷却固化させた後,粉砕するものもある。
NaOH,
KOH,
エポキシ
樹脂

NaOH : 扁平で,片側は丸く,
片側はフラットになっている。
<大きさ:φ6mm×高さ3mm>
8 噴霧造粒 <スプレードライヤー>
 向流または並流気流中に液状材料を噴霧し,液滴と気流との間の熱と物質の移動によって球状の粒子を得る。

 乾燥と造粒が同時に行われる噴霧乾燥法と,空冷などにより固化させる噴霧冷却法がある。工程が簡素で連続化,大量生産,品質管理に適している。

コーヒー粉末,
脱脂粉乳,
食塩,硫酸カリウム,硫酸アンモニウム


コーヒー粉末 : 市販の
インスタント粉末。
一部丸い粒子が混在。



プラスチックの造粒 : 合成樹脂からなるペレットとチップの一般的な造粒(製造)方法を以下に示します。
No. 形状 製造方法 説明 例 外観写真
1 ペレット  プラスチックを溶融し,多穴ダイスから押出す。
 押し出された樹脂は低粘度で,ダイス前面で回転するカッターにより一定の大きさに切断され
,水中へ落下させる。
 ⇒粒子は,水中で表面張力により丸くなる。
PE,
PP
など

(低粘度樹脂)
2 チップ  プラスチックを溶融し,多穴ダイスから押出す。
 押し出された樹脂は高粘度で,うどんの様に細長い棒状となるので,これを水中を通し冷却した後,回転するカッターで短く切断する。
 ⇒角張った粒子ができる。
PET,
ナイロン,PC,
など
(高粘度樹脂)


                                         <参考文献>
                                              1. 「造粒便覧」,日本粉体工業協会編,1975,5 オーム社発行
 他     

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