JP2012006001A - 粉粒体処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型軽量で濾過性能に優れ、かつ、浄化手段による浄化性と洗浄液による洗浄性に優れた金属フィルタを備えた粉粒体処理装置を提供する。
【解決手段】金属フィルタの金属製濾材Ａ１の横断面は、山部Ａ１ａと谷部Ａ１ｂが円周方向に交互に形成され、かつ、山部Ａ１ａと谷部Ａ１ｂがそれぞれ円弧の曲率をもった波型形状をなしている。谷部Ａ１ｂの外面の曲率半径Ｒ１は、山部Ａ１ａの外面の曲率半径Ｒ２よりも大きい。また、山部Ａ１ａと谷部Ａ１ｂは傾斜状の襞部Ａ１ｃを介して滑らかに連続し、山部Ａ１ａ、谷部Ａ１ｂ、及び襞部Ａ１ｃは、同じ又は略同じ肉厚を有している。
【選択図】図３

Description

本発明は、固気分離用の金属フィルタを備えた流動層装置や攪拌造粒装置等の粉粒体処理装置に関する。

例えば、流動層装置は、一般に、流動層容器の底部から導入した気体（流動化気体）によって、流動層容器内で粉粒体を浮遊流動させて流動層を形成しつつ、造粒、コーティング、乾燥を行うものである。この種の流動層装置には、粉粒体粒子の転動、噴流、及び攪拌等を伴うものも含まれる（複合型流動層装置と呼ばれている。）。

この種の流動層装置では、粉粒体粒子を含む固気混合気体から粉粒体粒子を分離するためのフィルタ部を流動層容器内の処理室の上方に配設している。フィルタ部のフィルタとしては、バグフィルタと呼ばれる織布フィルタの他、通気性の樹脂濾材や金属製濾材を筒状にして保持部材に保持させた樹脂フィルタや金属フィルタが用いられている。

例えば、下記の特許文献１には、メッシュ孔の大きさが異なる複数の金属線材織布を重ね、相互に焼結して結合一体化した多層構造の金属製濾材を有する金属フィルタが記載されている。金属製濾材は、起伏のない円環状の横断面を有する筒状に形成されている。

また、下記の特許文献２には、気孔径が異なる２層の多孔質の金属粉末焼結体を相互に焼結して結合一体化した２層構造の金属製濾材を有する金属フィルタが記載されている。金属製濾材の横断面は、外面側が山部と谷部を有する起伏状、内面側が起伏を有しない円形をなしている。

特開平９−１８７６１３号公報 特開２０００−１８５２０９号公報

特許文献１の金属フィルタは、金属製濾材が起伏のない円環状の横断面形状を有する筒状に形成されているため、必要な濾過性能を得るために、金属製濾材の直径を大きくして濾過面積を増やす必要があり、金属フィルタが大型化するという問題がある。

特許文献２の金属フィルタは、金属製濾材が、外面側が山部と谷部を有する起伏状、内面側が円形の横断面形状を有する筒状に形成されているため、全体的に肉厚が大きく、金属フィルタが重量化して、設置・取り外し作業の負担が大きくなるという問題がある。

また、この種のフィルタは、使用により、固気分離された粉粒体粒子が濾材の外面に付着して濾過機能の低下をきたすことがあるので、濾材の外面に付着した粉粒体粒子を圧縮空気等の浄化手段によって適時に除去して浄化する必要があるが、濾材の外面に起伏がある場合、起伏の谷部に付着した粉粒体粒子は浄化手段によって除去されにくいという問題がある。特に、特許文献２の金属フィルタは、金属製濾材の肉厚が大きいため、通気性や通水性が低下して、浄化手段による浄化性や、洗浄液による洗浄性に悪影響を及ぼすという問題がある。

本発明の課題は、小型軽量で濾過性能に優れ、かつ、浄化手段による浄化性と洗浄液による洗浄性に優れた金属フィルタを備えた粉粒体処理装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は、粉粒体の処理室と、処理室の上方に設けられたフィルタ室と、フィルタ室内に配置され、フィルタ室内の固気混合気体から固体粒子を分離する固気分離用の金属フィルタとを備えた粉粒体処理装置において、金属フィルタは筒状の金属製濾材を備え、金属製濾材は、山部と谷部が円周方向に交互に形成され、かつ、山部と谷部がそれぞれ円弧の曲率をもった波型形状の横断面形状を有する構成を提供する。

上記構成において、金属フィルタの金属製濾材は、谷部の外面の曲率半径が山部の外面の曲率半径よりも大きいことが好ましい。

上記構成において、金属フィルタを間欠的に逆流洗浄（浄化）する機構を備えていることが好ましい。また、逆流洗浄（浄化）は圧縮空気の噴射によって行われるものであることが好ましい。

上記構成において、金属フィルタの金属製濾材の外面の法線ベクトルが、円周方向に隣接する金属製濾材の外面と衝突しない曲面で構成されていることが好ましい。

上記構成において、金属フィルタは鉛直方向に向けて設置され、その底部が鉛直方向下向きに凸の円錐状に構成されていることが好ましい。

上記構成において、金属フィルタの濾材は、相互に焼結して結合一体化した多層構造の多孔質体で構成されていることが好ましい。

本発明によれば、小型軽量で濾過性能に優れ、かつ、浄化手段による浄化性と洗浄液による洗浄性に優れた金属フィルタを提供することができる。

実施形態に係る金属フィルタを備えた流動層装置の一構成例を示す断面図である。 金属フィルタの側面図（図ａ）、金属製濾材の横断面図（図ｂ）である。 金属製濾材の横断面図（図ａ）、その一部拡大横断面図（図ｂ）である。 性能評価で用いた４種類の金属フィルタの金属製濾材の横断面形状を示す図である。 運転時のフィルタ負荷差圧平均を示す図である。 性能評価で用いたプリーツ形状の金属フィルタにおける、濾材外面への粒子の付着状態を示す図である。 金属フィルタへの粒子付着重量を示す図である。 波型形状の金属製濾材と、２種類のプリーツ形状の金属製濾材について、濾材内部に供給した圧縮空気が濾材を通過して濾材外面から噴出するときの圧縮空気圧のベクトルを示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。

図１は、この実施形態に係る金属フィルタＡを備えた流動層装置の一構成例を示している。

流動層容器１は、粉粒体の処理、例えば粉粒体の造粒又はコーティングを行う処理室２と、処理室２の上方に設けられたフィルタ室３と、フィルタ室３の上方に設けられた排気室４とを備えている。フィルタ室３と排気室４は、仕切壁５によって仕切られている。

処理室２の底部には、パンチングメタル等の多孔板（又は金網）で構成された気体分散板２ａが配設されている。給気ダクト６から給気チャンバ７に供給された熱風等の処理気体は、気体分散板２ａを介して流動層容器１内に導入される。また、処理室２の中央部にはスプレー液（膜剤液、結合剤液等）を下方に向けて噴霧するスプレーノズル８が設置され、処理室２の上方のフィルタ室３には１又は複数の金属フィルタＡが配置されている。金属フィルタＡは仕切壁５の開口部に取付けられており、フィルタ室３は金属フィルタＡを介して排気室４と連通する。また、排気室４は排気ダクト９に接続されている。さらに、フィルタ室３には、金属フィルタＡに洗浄液を噴射して金属フィルタＡを洗浄する１又は複数の洗浄ノズル１０が設置されている。

図２及び図３に示すように、金属フィルタＡは、筒状の金属製濾材Ａ１を備えている。金属製濾材Ａ１は、金属線材の織布又は不織布、あるいは焼結金属等の金属多孔質材で構成され、その横断面は、山部Ａ１ａと谷部Ａ１ｂが円周方向に交互に形成され、かつ、山部Ａ１ａと谷部Ａ１ｂがそれぞれ円弧の曲率をもった波型形状をなしている。谷部Ａ１ｂの外面の曲率半径Ｒ１は、山部Ａ１ａの外面の曲率半径Ｒ２と同じか、これよりも若干大きい。また、山部Ａ１ａと谷部Ａ１ｂは傾斜状の襞部Ａ１ｃを介して滑らかに連続し、山部Ａ１ａ、谷部Ａ１ｂ、及び襞部Ａ１ｃは、同じ又は略同じ肉厚を有している。

この実施形態において、金属製濾材Ａ１は、メッシュ孔を有する複数の金属線材織布を重ね、相互に焼結して結合一体化した多層構造の多孔質体で構成されている。また、谷部Ａ１ｂの外面の曲率半径Ｒ１は山部Ａ１ａの外面の曲率半径Ｒ２よりも大きく、谷部Ａ１ｂの外面は山部Ａ１ａに比べて緩やかな円弧面になっている。谷部Ａ１ｂの内面の曲率半径Ｒ３は、外面の曲率半径Ｒ１よりも肉厚分だけ小さく（曲率中心は同じ）、山部Ａ１ａの内面の曲率半径Ｒ４は、外面の曲率半径Ｒ２よりも肉厚分だけ小さい（曲率中心は同じ）。

図１において、流動層容器１の処理室２に収容された粉粒体は、気体分散板２ａを介して流動層容器１内に導入される処理気体によって浮遊流動される。そして、この粉粒体の流動層に向けてスプレーノズル８からスプレー液（膜剤液、結合剤液等）が下向きに噴霧される。スプレーノズル８から噴霧されるスプレー液、例えば膜剤液のミストによって粉粒体粒子が湿潤を受けると同時に、膜剤液中に含まれる固形成分が粉粒体粒子の表面に付着し、乾燥固化されて、粉粒体粒子の表面に被覆層が形成される（コーティング）。あるいは、スプレーノズル８から噴霧されるスプレー液、例えば結合剤液のミストによって粉粒体粒子が湿潤を受けて付着凝集し、乾燥されて、所定径の粒子に成長する（造粒）。処理室２内で粉粒体を浮遊流動させた処理気体は、微粉等を含んだ固気混合気体として処理室２内を上昇してフィルタ室３に入る。そして、フィルタ室３の金属フィルタＡに達した処理気体は、金属フィルタＡの金属製濾材Ａ１によって粉粒体粒子を分離され、金属フィルタＡの内部を通って、仕切壁５の開口部から排気室４に流入し、排気室４に接続された排気ダクト９を通って流動層容器１の外部に排気される。

金属フィルタＡは、固気分離された粉粒体粒子が金属製濾材Ａ１の外面に付着すると濾過機能が低下するが、この濾過機能の低下が適宜の手段で検出され（例えば、排気ダクト９を通る排気の流量を測定することにより濾過機能の低下を検知することができる。）、濾過機能に関する検出値（例えば、排気流量の測定値）が予め設定された基準値に達した時点で、あるいは、予め設定されたサイクルタイムが経過した時点で（金属フィルタＡの浄化をあるサイクルタイムで定期的に行う場合）、図示されていないフィルタ浄化装置が作動して、金属フィルタＡの浄化が行われる。金属フィルタＡの浄化は、例えば、金属フィルタＡの内部に圧縮空気を間欠的に供給し、金属製濾材Ａ１を通して濾材外面側に噴出させることによって行う（逆洗）。これにより、金属製濾材Ａ１の外面に付着した粉粒体粒子が圧縮空気の噴出圧によって落とされて、処理室２内で浮遊流動する粉粒体の流動層に戻される。

逆流洗浄に使用する圧縮空気は、ヘッダータンクを経て、間欠的に開閉するバルブによって、フィルタに供給される。このバルブは、所望の開閉速度で開閉するものであればよいが、特に、ダイヤフラム式バルブが好ましい。ヘッダータンクで保持される圧縮空気の圧力（すなわち噴射圧）は、フィルタを浄化するのに十分な圧力が必要である。本発明においては、０．４ＭＰａ〜１．０ＭＰａが好ましく、さらに好ましくは、０．５〜０．８ＭＰａである。０．４ＭＰａよりも圧力が低いと、浄化作用が十分でなく、１．０ＭＰａより高いと、流動層に供給される流動化空気が逆流するため好ましくない。バルブの開時間（噴射時間）は０．１ｓから０．５ｓが好ましく、さらに好ましくは０．２〜０．４ｓである。開時間が０．１ｓよりも短すぎると、十分な噴射空気量が得られず、好ましい浄化作用が得られない。０．５ｓより長いと、過剰に圧縮空気を使用するのみで、浄化作用の向上が得られない。

上記のように、この実施形態の金属フィルタＡは、金属製濾材Ａ１が上記のような波型形状に構成されているので、比較的小径でありながら、必要な濾過面積を確保して所要の濾過性能を得ることができる。また、金属製濾材Ａ１の山部Ａ１ａと谷部Ａ１ｂが円弧面に形成されており、滑らかな外面形状を有するので、谷部の外面に付着した粉粒体粒子を浄化操作や洗浄によって効果的に除去することができる。特に、この実施形態では、谷部Ａ１ｂの外面の曲率半径Ｒ１を山部Ａ１ａの外面の曲率半径Ｒ２よりも大きくしているので、この効果が顕著である。しかも、山部Ａ１ａの外面が滑らかであるので、取り扱いも容易である。さらに、金属製濾材Ａ１は比較的薄肉であるので、小径であることと相俟って軽量であり、設置・取り外し作業の負担が少ないと共に、通気性と通水性が良く、浄化手段（圧縮空気）による浄化性や洗浄液による洗浄性に優れている。

尚、本発明は、図１に示すような流動層装置に限らず、処理容器の底部に攪拌羽根を回転自在に配置した構成を有する攪拌造粒装置、その他の粉粒体処理装置に適用可能である。

固形製剤製造において装置性能を評価する目的で使用される標準処方原料（乳糖、コーンスターチ）を図１に示す流動層装置に仕込み、造粒乾燥操作を行って、金属フィルタの性能を評価した。評価には、図４に示すような横断面形状が円形状（比較例）、山谷数が異なる２種類のプリーツ形状｛比較例：三角形状の山部と谷部が円周方向に交互に形成された横断面形状：プリーツ１（２４山２４谷）、プリーツ形状（１２山１２谷）｝、波型形状（実施例：円弧状の山部と谷部が円周方向に交互に形成された横断面形状：１２山１２谷）の金属製濾材を有する計４種類の金属フィルタを用いた。プリーツ１、２と波型形状の金属製濾材は、内外接円径が同じである。また、プリーツ形状２の金属製濾材と波型形状の金属製濾材は、山部及び谷部の数が同じである（１２山１２谷）。各金属フィルタの仕様を下記表１に示す。尚、各金属フィルタ長さ（高さ）はすべて５００ｍｍとし、金属製濾材の材質（メッシュ孔を有する複数の金属線材織布を重ね、相互に焼結して結合一体化した多層構造）及び肉厚は全て同じにした。

表１および図４から分かるように、金属製濾材の横断面形状をプリーツ形状および波型形状にすることにより、横断面形状が円形状の金属製濾材に比べて濾過面積が増加する。特にプリーツ形状２の金属製濾材は、円形状の金属製濾材に対して濾過面積が２倍になっているため、濾過性能の向上と、単位面積当たりの粉粒体粒子付着量の低減が期待される。

上記の４種類の金属フィルタを用いて、造粒乾燥操作時のフィルタ差圧測定および操作後の濾材外面への粒子付着重量を計測した。なお、造粒乾燥操作時時に、金属フィルタの内部に圧縮空気を間欠的に供給し、金属製濾材の内部を通して外面側に噴出させることにより、金属製濾材の外面に付着した粒子を払い落とす操作（浄化：逆洗）を行った。

図５は、造粒乾燥中のフィルタ負荷差圧平均を示している。フィルタ差圧の比較から、運転中の濾材外面への粒子の付着状態が分かる。すなわち、フィルタ差圧が高いほど、濾材外面の単位面積当りの粒子付着量が多い。

円形状の金属製濾材は濾過面積が小さいため、高いフィルタ差圧を示している。一方、プリーツ形状１の金属製濾材は濾過面積が円形状の金属製濾材の２倍に増大しているが、期待に反して、フィルタ差圧は比較的高い値を示した。これは、図６に示すように、濾材外面の狭い凹三角状の谷部に粒子が入り込んで付着し、浄化操作によっても除去されず、谷部に滞留した粒子によって実際の濾過面積が小さくなったためである。プリーツ形状２の金属製濾材は、プリーツ形状１の金属製濾材に比べて山谷数が少なく、濾材外面の谷部の開き角が比較的大きくなっているため、谷部に付着した粒子の多くが浄化操作によって除去され、フィルタ差圧は低い値を示した。また、波型形状の金属製濾材は、山谷部が円弧の曲率を有し、谷部の外面が滑らかな円弧面に形成されているため、谷部に付着した粒子が浄化操作によって効率的に除去され、フィルタ差圧は最も低い値を示した。しかも、波型形状の金属製濾材は、プリーツ形状２の金属製濾材と内外接円径及び山谷数が同じでありながら、濾過面積（フィルタ面積）は大きくなる。

図７は、造粒乾燥後の金属フィルタへの粒子付着重量を示している。粒子付着重量が多いと、回収率や洗浄性に影響をおよぼす。特に高薬理活性値物質の取り扱いについてはフィルタの洗浄性が大変重要視される。付着量は単位面積当たり[ｇ/１００ｃｍ²]に換算した。

図７に示す結果から、プリーツ形状１（２４山２４谷）の金属製濾材は、粒子付着重量が多く、濾材外面の谷部に粒子が多く滞留していたことが分かる。プリーツ形状２（１２山１２谷）の金属製濾材も、粒子付着重量が比較的多く、濾材外面の谷部に粒子が比較的多く滞留していたことが分かる。これに対して、波型形状と円形状の金属製濾材は、粒子付着重量が少なく、浄化操作によって濾材外面に付着した粒子が十分に除去されたことが分かる。

処理プロセス中に金属製濾材の外面に付着した粉粒体粒子は浄化操作によって除去するが、金属製濾材は圧縮空気の間欠的な供給によって振動その他の動きを行うことはない。このため、濾材外面に付着した粒子に対して如何に外側に向けて圧縮空気圧力を作用させるかが、効果的な浄化を行うために重要になる。図８は、波型形状の金属製濾材と、プリーツ形状１、２の金属製濾材について、濾材内部に供給した圧縮空気が濾材を通過して濾材外面から噴出するときの圧縮空気圧のベクトルを、谷部外面の１０ｍｍ幅部分で示している。尚、圧縮空気のベクトルは、濾材外面の法線方向として示している。同図に示すように、プリーツ形状の金属製濾材は、山谷数が多いほど空気圧ベクトルが相互に干渉し易くなり、谷部に粒子溜りが発生し易くなる。これに対して、波型形状の金属製濾材は、谷部外面の１０ｍｍ幅部分で空気圧ベクトルの干渉がみられず、谷部に付着した粒子が圧縮空気圧力によって効果的に除去される。

１ 流動層容器
２ 処理室
３ 排気室
Ａ 金属フィルタ
Ａ１ 金属製濾材
Ａ１ａ 山部
Ａ１ｂ 谷部
Ｒ１ 谷部の外面の曲率半径
Ｒ２ 山部の外面の曲率半径

Claims (2)

1. 粉粒体の処理室と、該処理室の上方に設けられたフィルタ室と、該フィルタ室内に配置され、該フィルタ室内の固気混合気体から固体粒子を分離する固気分離用の金属フィルタとを備えた粉粒体処理装置において、
   前記金属フィルタは筒状の金属製濾材を備え、該金属製濾材は、山部と谷部が円周方向に交互に形成され、かつ、該山部と谷部がそれぞれ円弧の曲率をもった波型形状の横断面形状を有することを特徴とする粉粒体処理装置。
2. 前記金属フィルタの前記金属製濾材は、前記谷部の外面の曲率半径が前記山部の外面の曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の粉粒体処理装置。