JP2011056348A - 流動層処理方法及び流動層装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】通常の流動層処理では処理できない付着・凝集性の高い粉粒体粒子(難流動性の粉粒体粒子)を効果的に処理する。
【解決手段】流動層装置は、底部に通気部1aを有する流動層容器1と、流動層容器1の下部に設けられた給気室2と、給気室2に接続された給気経路3と、給気経路3に介装された脈動波発生装置4と、流動層容器1の上部に接続された排気経路5と、排気経路5に接続されたブロアー6と、脈動波発生装置4と排気経路7とを接続するバイパス経路7とを備えている。ブロアー6及び脈動波発生装置4が作動すると、上流側給気経路3a、脈動波発生装置4、及び下流側給気経路3bを介して給気室2に気体脈動波が供給される。この給気室2に供給される気体脈動波は、空調機9によって40〜65°Cの温度に調整され、給気ダンパ11と排気ダンパ12によって0.4〜0.7m/secの最大通過風速に調整され、脈動波発生装置4によって0.5〜5Hzの周波数に調整される。
【選択図】図1
【解決手段】流動層装置は、底部に通気部1aを有する流動層容器1と、流動層容器1の下部に設けられた給気室2と、給気室2に接続された給気経路3と、給気経路3に介装された脈動波発生装置4と、流動層容器1の上部に接続された排気経路5と、排気経路5に接続されたブロアー6と、脈動波発生装置4と排気経路7とを接続するバイパス経路7とを備えている。ブロアー6及び脈動波発生装置4が作動すると、上流側給気経路3a、脈動波発生装置4、及び下流側給気経路3bを介して給気室2に気体脈動波が供給される。この給気室2に供給される気体脈動波は、空調機9によって40〜65°Cの温度に調整され、給気ダンパ11と排気ダンパ12によって0.4〜0.7m/secの最大通過風速に調整され、脈動波発生装置4によって0.5〜5Hzの周波数に調整される。
【選択図】図1
Description
本発明は、医薬品、農薬、食品等の細粒、顆粒等を製造する際に用いられる流動層処理方法及び流動層装置に関し、特に、通常の流動層処理方法では処理できない難流動性材料の造粒又はコーティング処理に適したものに関する。
流動層装置は、一般に、流動層容器の底部から導入した熱風等の流動化気体によって、流動層容器内で粉粒体粒子を浮遊流動させて流動層を形成しつつ、スプレーノズルからスプレー液(膜剤液、結合剤液等)を噴霧して造粒又はコーティング処理を行うものである(例えば、下記の特許文献1)。
また、上記の流動層装置において、性状が均一で且つ比容積が小さい造粒物を容易且つ効率よく製造するために、流動層容器の底部から導入する流動化気体として空気脈動波を用いた造粒方法が提案されている(下記の特許文献2、3)。この造粒方法は次のようなものである。すなわち、加熱した空気脈動波を用いて粉体原料を流動化させると同時に、流動化した粉体原料の一部が空気脈動波の周期に応じて落下し、堆積し、上昇を繰り返すようにする。そして、この粉粒体原料に結合剤液を噴霧して、粉粒体原料を凝集させ、更に乾燥させて粒子を成長させる際に、落下堆積中の成長中の造粒途中物に、加熱された空気脈動波の振動による圧密作用を与えることにより、比容積が小さい造粒物を製造する。
流動層処理では、粒度分布のシャープな造粒製品を製造し、あるいは、コーティング品質の良好なコーティング製品を製造するために、流動層容器内での粉粒体粒子の良好な流動状態を確保することが重要である。しかしながら、原料粒子の特性や性状(粒子径、表面性状、含量成分等)により、粒子同士の付着・凝集性が高くなると、通常の流動層処理では充分な流動状態が得られず、ブロッキング、チャンネリング、吹き抜け等の発生によって処理不能となったり、所望品質の製品を収率良く製造できなくなったりする。特に、粒子径の小さな微粒子を原料とする処理(例えば50μm以下の微粒子を原料とする造粒処理、150μm以下の微粒核粒子を対象とするコーティング処理)や、高含量油脂原料等の粘着性の高い粒子を原料とする造粒処理ではその傾向が顕著である。
一方、特許文献2、3で用いている空気脈動波は、落下堆積中の成長中の造粒途中物に圧密作用を与えて比容積を小さくするという機能を有するものであり、このような空気脈動波を付着・凝集性の高い粉粒体粒子(難流動性の粉粒体粒子)の流動層処理に用いると、却ってブロッキング等を促進させてしまう結果となる。
本発明の課題は、通常の流動層処理では処理できない付着・凝集性の高い粉粒体粒子(難流動性の粉粒体粒子)を効果的に造粒又はコーティング処理できるようにすることである。
上記課題を解決するため、本発明は、流動層容器の底部から導入した流動化気体によって、流動層容器内の粉粒体粒子を浮遊させて流動層を形成しつつ造粒又はコーティング処理を行う流動層処理方法において、流動化気体として、温度を40〜65°C、流動層容器の底部における最大通過風速を0.4〜0.7m/secに調整した気体脈動波を用いる構成を提供する。ここで、気体脈動波は、風速(及び圧力)が所定の周期で変化する気体の流れをいう。気体脈動波の周波数は、0.5〜5Hzであることが好ましい。気体脈動波の最大通過風速は、周期的に変化する風速の最大値である。
通常の流動層処理では、一般に、流動化気体の温度を70〜80°Cに調整し、流動化気体の風速は、造粒処理の場合、処理開始時は0.4m/secと低めに調整するが、造粒の進行に伴って段階的に増やし、最終的には1.4m/sec程度の大きな値に調整している。これに対して、本願発明では、流動化気体として気体脈動波を用いると共に、その温度を40〜65°C、流動層容器の底部における最大通過風速を0.4〜0.7m/secに調整している。好ましくは、流動化気体の最大通過風速は造粒又はコーティング処理の開始から終了時まで一定に維持するのが良い。
流動化気体として気体脈動波を用いることにより、流動化気体の温度及び通過風速を上記のように比較的低く調整しても、粒子径の小さな微粒子を原料とする処理(例えば50μm以下の微粒子を原料とする造粒処理、150μm以下の微粒核粒子を対象とするコーティング処理)や、高含量油脂原料等の粘着性の高い粒子を原料とする造粒処理等において、流動層容器内での粉粒体粒子の良好な流動性を確保して、処理品質の良好な粉粒体製品を製造することができる。また、流動化気体を低風速に調整することにより、流動層容器の高さを小さくして、流動層装置のコンパクト化と低コスト化を図ることができる。さらに、流動化気体を低温度に調整することにより、原料粒子等の熱による劣化や変質等を防止することができる。例えば、食品原料の場合、原料粒子の風味を損なうことなく、造粒処理やコーティング処理を行うことができる。
また、本発明は、上記課題を解決するため、底部に通気部を有する流動層容器と、流動層容器の下部に設けられた給気室と、給気室に接続された給気経路と、給気経路に介装された脈動波発生手段と、流動層容器に接続された排気経路と、排気経路に接続された気体吸引手段と、脈動波発生手段と排気経路とを接続するバイパス経路とを備え、脈動波発生手段は、該脈動波発生手段より上流側の給気経路を、下流側の給気経路にのみ連通させる状態とバイパス経路にのみ連通させる状態とに漸次に変化するように作動し、気体吸引手段と脈動波発生手段の作動により、上流側の給気経路、脈動波発生手段、及び下流側の給気経路を介して給気室に気体脈動波が供給されると共に、給気室に供給される気体脈動波の風量変化に応じて、上流側の給気経路から気体の一部又は全部が脈動波発生手段を介してバイパス経路に流れる流動層装置を提供する。
さらに、本発明は、上記課題を解決するため、底部に通気部を有する流動層容器と、流動層容器の下部に設けられた給気室と、給気室に接続された給気経路と、給気経路に介装された脈動波発生手段と、流動層容器に接続された排気経路と、排気経路に接続された気体吸引手段と、脈動波発生手段より上流側の給気経路と排気経路とを接続するバイパス経路とを備え、脈動波発生手段は、該脈動波発生手段より上流側の給気経路を下流側の給気経路に断続的に連通させるように作動し、気体吸引手段と脈動波発生手段の作動により、上流側の給気経路、脈動波発生手段、及び下流側の給気経路を介して給気室に気体脈動波が供給されると共に、脈動波発生手段により上流側の給気経路と下流側の給気経路との連通が遮断されたとき、上流側の給気経路から気体の全部がバイパス経路に流れる流動層装置を提供する。
本発明によれば、流動層容器内に導入する流動化気体として気体脈動波を用いたことにより、通常の流動層処理では処理できない付着・凝集性の高い粉粒体粒子(難流動性の粉粒体粒子)に対して造粒又はコーティング処理を効果的に行うことができる。
気体脈動波の最大通過風速を0.4〜0.7m/secに調整することにより、流動層容器の高さを小さくして、流動層装置のコンパクト化と低コスト化を図ることができる。
気体脈動波の温度を40〜65°Cに調整することにより、粉粒体原料の熱による劣化や変質等を防止することができる。
脈動波発生手段と排気経路とを接続するバイパス経路、あるいは、脈動波発生手段より上流側の給気経路と排気経路とを接続するバイパス経路を設けることにより、気体吸引手段の気体吸引力に起因して流動層容器の内部に過大な負圧が作用する現象を防止することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
図1は、第1の実施形態に係る流動層装置の一構成例を模式的に示している。
この実施形態の流動層装置は、底部に通気部1aを有する流動層容器1と、流動層容器1の下部に設けられた給気室2と、給気室2に接続された給気経路3と、給気経路3に介装された脈動波発生手段としての脈動波発生装置4と、流動層容器1の上部に接続された排気経路5と、排気経路5に接続された気体吸引手段としてのブロアー6と、脈動波発生装置4と排気経路5とを接続するバイパス経路7とを備えている。
流動層容器1の底部の通気部1aは、例えばパンチングメタル等の多孔板とメッシュからなる気体分散板で構成されている。また、流動層容器1の上部空間にフィルターシステム8が設置されると共に、フィルターシステム8より下部の空間にスプレー液、例えば結合剤液を噴霧するスプレーノズル9が設置されている。
給気経路3は、脈動波発生装置4より上流側の上流側給気経路3aと、下流側の下流側給気経路3bとで構成される。上流側給気経路3aには、気体、例えば空気の温度を調整する空調機9と、空気の風量(流量)を測定する風量計10が介装されている。また、上流側給気経路3aの一端は、脈動波発生装置4の流入口4a(図2参照)に接続され、他端は図示されていないフィルタを介して大気に通じている。下流側給気経路3bには、給気ダンパ11が介装されている。また、下流側給気経路3bの一端は、脈動波発生装置4の第1吐出口4b(図2参照)に接続され、他端は給気室2に接続されている。
排気経路5は、流動層容器1のフィルターシステム8より上部の空間(排気室)に接続され、排気ダンパ12と集塵機13を介してブロアー6に接続されている。
バイパス経路7は、一端が脈動波発生装置4の第2吐出口4c(図2参照)に接続され、他端が排気ダンパ12より上流側の位置で排気経路5に接続されている。
図2に示すように、脈動波発生装置4は、周壁に流入口4a、第1吐出口4b、及び第2吐出口4cを有する断面円形のケーシング4dと、ケーシング4dの周壁内面に摺接して回転するロータリー弁4eとを備えている。上述のように、流入口4aに上流側給気経路3aが接続され、第1吐出口4bに下流側給気経路3bが接続され、第2吐出口4cにバイパス経路7が接続される。ロータリー弁4eは、図示されていない駆動手段により回転駆動される。
ロータリー弁4eの回転により、上流側給気経路3aが下流側給気経路3bにのみ連通した状態{図2(a)の状態}と、上流側給気経路3aがバイパス経路7にのみ連通した状態{図2(b)の状態}とに漸次に連続的に変化する。図2(a)の状態から図2(b)の状態に漸次に変化する間、上流側給気経路3aからの気体の流れは、下流側給気経路3bからバイパス経路7に漸次に分配されてゆく。すなわち、図2(a)の状態では、上流側給気経路3aからの気体の流れの全量が下流側給気経路3bに流れるが、この状態から、ロータリー弁4eの回転により、上流側給気経路3aからの気体の流れの一部が漸次に増量しながらバイパス経路7に分配されてゆき、ロータリー弁4eが図2(b)の位置に達した状態では、上流側給気経路3aからの気体の流れの全量がバイパス経路7に流れる。また、図2(b)の状態から図2(a)の状態に漸次に変化する間、上流側給気経路3aからの気体の流れは、バイパス経路7から下流側給気経路3bに漸次に分配されてゆく。すなわち、図2(b)の状態では、上流側給気経路3aからの気体の流れの全量がバイパス経路7に流れるが、この状態から、ロータリー弁4eの回転により、上流側給気経路3aからの気体の流れの一部が漸次に増量しながら下流側給気経路3bに分配されてゆき、ロータリー弁4eが図2(a)の位置に達した状態では、上流側給気経路3aからの気体の流れの全量が下流側給気経路3bに流れる。
上記のような脈動波発生装置4の作動により、上流側給気経路3aからの気体の流れは、周期的な風量変化を伴った気体脈動波となって下流側給気経路3bに流れる。すなわち、脈動波発生装置4を介して下流側給気経路3bに流れる気体の風速は、図2(a)の状態で最も大きく(最大通過風速)、図2(b)の状態で最も小さくなり(最小通過風速)、この最大通過流風速と最小通過風速はロータリー弁4eの回転に応じて所定周期で連続的に現れる。また、下流側給気経路3bに流れる気体の流量は上記の最大通過風速と最小通過風速との間で漸次に変化し、この気体脈動波の風速変化に応じて、上流側給気経路3aからの気体の流れの一部又は全部が脈動波発生装置4を介してバイパス経路7に流れる。
以上の構成において、ブロアー6及び脈動波発生装置4が作動すると、ブロアー6による気体吸引力が、排気経路5、流動層容器1の内部、下流側給気経路3b及び脈動波発生装置4という経路を介して、また、排気経路5、バイパス経路7及び脈動波発生装置4という経路を介して上流側給気経路3aに作用する。そして、上記の脈動波発生装置4の機能により、上流側給気経路3a、脈動波発生装置4、及び下流側給気経路3bを介して給気室2に気体脈動波が供給される。この給気室2に供給される気体脈動波は、空調機9によって40〜65°Cの温度に調整され、給気ダンパ11と排気ダンパ12によって0.4〜0.7m/secの最大通過風速に調整され、脈動波発生装置4によって0.5〜5Hzの周波数に調整される。
給気室2に供給された気体脈動波は通気部1aを介して流動層容器1の内部に噴出し、この気体脈動波の噴出によって粉粒体原料が流動層容器1内で浮遊流動して流動層が形成される。そして、この粉粒体原料の流動層に対してスプレーノズル9から結合剤液が噴霧される。結合剤液の噴霧を受けた粉粒体原料は粒子同士の結合によって粒子径が成長すると共に、気体脈動波による乾燥を受けて所定の粒子径をもった造粒製品になる。
この実施形態では、25%程度の油脂分を含む食品粉末原料を上記構成の流動層装置を用いて造粒処理した。この種の高含量油脂原料は流動性に乏しい難流動性材料であり、通常の流動層装置を用いた造粒処理ではブロッキングや吹き抜け等が発生して処理不能となることが多い。この実施形態のように、流動層容器1内に導入する流動化気体として気体脈動波を用いることにより、この種の難流動性材料に対しても良好な流動性を確保して、粒度分布のシャープな造粒製品を製造することができる。また、流動化気体(気体脈動波)の温度を通常の流動層処理よりも低い40〜65°Cに調整することができることと最大通過風速を0.4〜0.7m/secに調整することができるので、食品原料の風味を損なうことなく造粒処理を行うことが可能である。さらに、流動化気体(気体脈動波)の通過風速(最大通過風速)を通常の流動層処理よりも低い0.4〜0.7m/secに調整することができるので、流動層容器1の高さを小さくして、流動層装置のコンパクト化と低コスト化を図ることができる。尚、気体脈動波の最大通過風速は、上流側給気経路3aを通過する気体の風速を風速計10によって常時測定し、その測定結果に基づいて排気ダンパ12を制御することにより、造粒処理の開始から終了時まで一定の値に維持した。
一方、流動層容器1内に導入される気体脈動波の風速変化に応じて、上流側給気経路3aからの気体の流れの一部又は全部が脈動波発生装置4を介してバイパス経路7に流れるので、脈動波発生装置4により上流側給気経路3aと下側給気経路3bとの連通状態が遮断又は縮小されたときに、ブロアー6の気体吸引力に起因して流動層容器1の内部に過大な負圧が作用する現象を防止することができる。これにより、流動層容器1に生じる振動や疲労を抑制することができる。
図3は、第2の実施形態に係る流動層装置の一構成例を模式的に示している。この実施形態では、上流側給気経路3aと排気経路5とをバイパス経路7’で接続している。バイパス経路7’には排気ダンパ12を介装している。また、脈動波発生装置4’は、第1の実施形態における脈動波発生装置4と同様のケーシングとロータリー弁とで構成されるが、脈動波発生装置4とは異なり、ケーシングには、上流側給気経路3aに接続される流入口と、下流側給気経路3bに接続される吐出口4bとが設けられおり、ロータリー弁4eの回転により、上流側給気経路3aを下流側給気経路3bに断続的に連通させるように作動する。
ブロアー6及び脈動波発生装置4’が作動すると、ブロアー6による気体吸引力が、排気経路5、流動層容器1の内部、下流側給気経路3b及び脈動波発生装置4’という経路を介して、また、排気経路5、バイパス経路7’という経路を介して上流側給気経路3aに作用する。そして、脈動波発生装置4’の機能により、上流側給気経路3a、脈動波発生装置4’、及び下流側給気経路3bを介して給気室2に気体脈動波が供給されると共に、上流側給気経路3aからバイパス経路7’を介して排気経路5に気体の一部又は全部が流れる。脈動波発生装置4’により、上流側給気経路3aと下流側給気経路3bとの連通が遮断されたときは、上流側給気経路3aから気体の全部がバイパス経路7’を介して排気経路5に流れる。その他の事項は第1の実施形態に準じるので、重複する説明を省略する。
1 流動層容器
2 給気室
3 給気経路
3a 上流側給気経路
3b 下流側給気経路
4、4’ 脈動波発生装置
5 排気経路
6 ブロアー(気体吸引手段)
7、7’ バイパス経路
2 給気室
3 給気経路
3a 上流側給気経路
3b 下流側給気経路
4、4’ 脈動波発生装置
5 排気経路
6 ブロアー(気体吸引手段)
7、7’ バイパス経路
Claims (4)
- 流動層容器の底部から導入した流動化気体によって、該流動層容器内の粉粒体粒子を浮遊させて流動層を形成しつつ造粒又はコーティング処理を行う流動層処理方法において、
前記流動化気体として、温度40〜65°C、前記流動層容器の底部における最大通過風速0.4〜0.7m/secに調整した気体脈動波を用いることを特徴とする流動層処理方法。 - 前記流動化気体の最大通過風速を造粒又はコーティング処理の開始から終了時まで一定に維持することを特徴とする請求項1に記載の流動層処理方法。
- 底部に通気部を有する流動層容器と、該流動層容器の下部に設けられた給気室と、該給気室に接続された給気経路と、該給気経路に介装された脈動波発生手段と、前記流動層容器に接続された排気経路と、該排気経路に接続された気体吸引手段と、前記脈動波発生手段と前記排気経路とを接続するバイパス経路とを備え、
前記脈動波発生手段は、該脈動波発生手段より上流側の前記給気経路を、下流側の前記給気経路にのみ連通させる状態と前記バイパス経路にのみ連通させる状態とに漸次に変化するように作動し、
前記気体吸引手段と前記脈動波発生手段の作動により、上流側の前記給気経路、前記脈動波発生手段、及び下流側の前記給気経路を介して前記給気室に気体脈動波が供給されると共に、前記給気室に供給される前記気体脈動波の風速変化に応じて、上流側の前記給気経路から気体の一部又は全部が前記脈動波発生手段を介して前記バイパス経路に流れることを特徴とする流動層装置。 - 底部に通気部を有する流動層容器と、該流動層容器の下部に設けられた給気室と、該給気室に接続された給気経路と、該給気経路に介装された脈動波発生手段と、前記流動層容器に接続された排気経路と、該排気経路に接続された気体吸引手段と、前記脈動波発生手段より上流側の前記給気経路と前記排気経路とを接続するバイパス経路とを備え、
前記脈動波発生手段は、該脈動波発生手段より上流側の前記給気経路を下流側の前記給気経路に断続的に連通させるように作動し、
前記気体吸引手段と前記脈動波発生手段の作動により、上流側の前記給気経路、前記脈動波発生手段、及び下流側の前記給気経路を介して前記給気室に気体脈動波が供給されると共に、前記脈動波発生手段により上流側の前記給気経路と下流側の前記給気経路との連通が遮断されたとき、上流側の前記給気経路から気体の全部が前記バイパス経路に流れることを特徴とする流動層装置。
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