JP2011056348A - 流動層処理方法及び流動層装置 - Google Patents

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

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。

特開２００７−３０１４３８号公報 特開平１０−３２９１３６号公報 特開平７−１９７２８号公報

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。

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す図である。 脈動波発生装置の周辺部を示す図である。 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す図である。

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

Claims (4)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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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