JP2012117709A - 減圧乾燥機及び運転制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ジャケット付きの撹拌槽に撹拌羽根を備えて、真空ポンプで撹拌槽を減圧することにより被処理物の乾燥を行う、高速撹拌式減圧乾燥機であって、撹拌槽に空気などの気体を供給する配管と空気流量調整機構を備えて、流量調整した気体を撹拌槽に導入して該撹拌槽の内圧を調整することができる。
【選択図】図1
Description
高速撹拌式減圧乾燥機は、湿潤原料粉体を乾燥させる他、原液を濃縮したり、原料粉体を混合したり、造粒したりするために利用することができる。また、コーティングや練合に利用することもできる。
こうしたビール粕等は、そのまま給餌するわけでなく、乾燥により酒分や水分を適度に除去したものを与える必要がある。しかし、菌類等の微生物にある程度の活性を保持させるため、乾燥を急いで材料を焦がしたりせず、材料を適度な低温に維持しながら乾燥することが求められる。
発明者らはこうした発見に触発されて、鋭意研究の結果、従来の高速撹拌式減圧乾燥機に改良を加えることにより、被乾燥材料中の水分を効率よく除去する減圧乾燥機を提供するに至ったのである。また、発明者らはこのような特殊な減圧乾燥機を適切に運転するために、目的にかなった巧妙な運転制御方法を案出した。
しかし、処理槽からの伝熱係数は原料種類によって異なるため、被処理物が変わると、温度と熱量の関係を別の関数に切り替える必要がある。また、新しい被処理物を扱うたびに、試行錯誤的手法により新しい関係を見出して関数を作成する必要がある。本開示方法では、このような煩雑さを避けることができない。なお、本開示方法は、空気流による乾燥作用を利用するものではない。
しかし、本開示方法では、熱風との接触により被処理物を乾燥させるので、減圧乾燥機のように、被処理物の温度上昇を抑えながら乾燥して、被処理物の品質を変えないようにすることが難しい。また、本開示方法には、乾燥が進むにしたがって気流を使った乾燥の能率が低下することについて配慮がない。
特に、バッチ処理に掛かる時間を短縮して乾燥工程の合理化を図ると共に、熱消費量を抑えた減圧乾燥機の運転制御方法を提供する。
流量調整した気体は、攪拌機の軸シール用エアの配管を利用して撹拌槽に導入されるようにしてもよい。
さらに、本発明の減圧乾燥機の運転制御方法は、品温または排気温度を監視して、これら温度が所定値以上に上昇したときに気体の導入量を減少させて減圧度を上げることにより温度上昇を抑制し、これら温度が所定値より低下したときに気体の導入量を増加させて減圧度を下げることにより温度低下を抑制するようにしてもよい。
また、蒸発物質は、多くは水であるが、エタノール、メタノール、アセトンなど、各種の溶剤であってもよい。また、撹拌槽に導入される気体は、蒸発物質の蒸気を搬送する気体であればよいので、空気に限らず、窒素その他の各種ガスを利用することができる。
なお、撹拌羽根の軸シール部は、適量のシールエアを撹拌槽内に流し込むことで槽内から被処理物が滲出しないようにしている。そこで、減圧調整用気体の導入路として軸シール部を利用すれば、撹拌槽に気体導入ノズルを追加する必要が無く、設備の簡素化が図れる。
蒸発物が溶剤であって真空配管中に溶剤処理装置が設けてある場合には、本発明の運転制御方法を適用することにより、溶剤処理装置の負荷変動を抑制して安定な運転をさせることができる。
この高速撹拌式減圧乾燥機は、二重槽として構成された撹拌槽1の底部に垂直軸周りに回転する撹拌羽根4を配置し、撹拌羽根4を上端に固定した回転駆動軸5の下端が動力伝達機構11を介して駆動用電動モータ12に連動連結されている。
なお、撹拌羽根4の回転駆動軸5は、ユニット化されシールボックス10に収められたシールシステムによりエアシールされており、撹拌槽1内の材料が軸を伝って外に漏れ出さないようになっている。シール用のシールエアは、エアコンプレッサ6で製造された加圧空気をレギュレータ7で調圧して、シールボックス10に供給している。
定率乾燥期間は、材料の表面や材料の間に存在する液体や気体の水分が除去されることにより乾燥が進む期間である。また、減率乾燥期間は、材料表面に液相の水が存在しなくなって、材料内部の水分が蒸発したり表面に浸出したりして内部から乾燥が進む期間である。
乾燥を促進するために、ジャケットに供給する熱媒体の温度を上昇させることができるが、菌類等の微生物の保持や焦げ付きの防止が必要な場合には、撹拌槽内の被処理物が高温体に触れることを避けるため熱媒体温度に制約がある。したがって、ジャケット付き減圧乾燥機でも、乾燥時間を十分短縮することができなかった。
そこで、被処理物の品温を監視し、撹拌槽内圧が品温に相当する飽和蒸気圧に所定の圧力を加算した圧力になるように空気導入量を調整したところ、蒸発量の変化に追従して空気供給量が加減されることになり、乾燥効率が大きく向上することになった。
本実施形態の運転制御方法は、この方式を採用したものである。
ただし、乾燥する物質の種類、一度に乾燥する量、発生する蒸気量や真空ポンプの容量、ジャケットの設定温度などによって、飽和蒸気圧に加算する最適な差圧量が異なるため、乾燥条件について試行錯誤的に最適値を求めて適宜調整できるように運転制御機構21を構成することが好ましい。
温度検出端25が撹拌槽1に設けられていて、乾燥中の製品の温度(品温)を監視しておき、パソコンなどで形成された演算装置23に品温を入力すると、演算装置23は品温に対応する蒸気圧を算出し、この蒸気圧に対して適当な正のバイアスを加えた設定圧力を算定する。
流量制御弁9に供給される空気はレギュレータ7により調圧されたものであるので、安定した制御操作が可能である。
なお、飽和蒸気圧の算出には、品温に代えて、撹拌槽1の内温、あるいは撹拌槽1の排気側配管に温度検出端26を設けて測定する排気温度を使用することもできる。
また、乾燥段階が減率乾燥期間に達して蒸発量が減少すると被処理物からの発塵が増加し、バグフィルタの目詰まりが発生する。蒸発量の減少に追従して空気量を減少させる運転は、バグフィルタの目詰まりを抑制する点でも望ましい。
試験に使った減圧乾燥機は、容量が2000リットルの撹拌槽を備えたハイスピードバキュームドライヤーFS−VDMC−2000J型(商品名:深江パウテック株式会社製)で、試験のため、含水率63%のビール粕650kgについて、撹拌羽根の回転数を100rpmとしジャケット熱媒体として0.18MPaGの飽和水蒸気を使って、バッチ的に乾燥処理した。
アントワン式は、下のように表現される。
log P = A − B / ( t + C )
ここで、Pは飽和蒸気圧(Pa)、tは温度(K)、A,B,Cは物質毎に決められたパラメータである。水の場合は、A=10.09、B=1668.21、C=45.15がよいとされている。アントワン式は、パラメータの少ない単純な式でありながら、比較的広い範囲で飽和蒸気圧を良く表す式としてよく利用されている。
図2を見ると、空気少量導入の場合には、乾燥工程初期の材料予熱期間では品温が急激に上昇するが、空気の供給量が少ないため撹拌槽内の減圧度が高まり、すなわち高真空になって、被処理物を湿らせている水の沸点が低下するため、定率乾燥期間では比較的低温の状態で推移している。
また、空気大量導入の場合は、導入された空気が槽内圧力を低下させないため比較的高温の状態で推移するが、定率乾燥期間中期の経過時間150分ごろから品温が低下し始める。これは、乾燥の進行と共に被乾燥物からの水分蒸発量が減少するので、撹拌槽1における導入空気の比率が増大して空気の冷却効果が現れてくるためである。
また、空気大量導入の場合は、空気少量導入の場合と比較すると槽内の圧力が大きく上昇し、乾燥の進行で被乾燥物からの水分蒸発量が減少しても、空気導入量が大きいため空気の冷却効果が現れ品温が低下する一方、撹拌槽内の圧力は飽和蒸気圧よりかなり高い水準で推移する。
図4には、初めに含水率が65%であった被処理物が、乾燥処理によって徐々に含水率を低下させていく様子が表されており、製品としての目標含水率25%になるまでの処理時間が読み取れる。
製品の含水率が目標の25%に達するまで、空気少量導入の場合には定率乾燥期間の水分持ち去り量が少ないため340分を要した。また、空気大量導入の場合は空気量過多のため冷却効果が生じて特に240分以降の効率が低下して製品の含水率が25%に達するまで280分要した。
このように、本発明の減圧乾燥機の運転制御方法は、乾燥の各段階に応じて適正な気体流量に制御するので、被処理物を効率よく乾燥し、短時間で乾燥工程を完了することができる。
なお、作業員の勤務形態から、4時間前後で乾燥できる場合は、1日の勤務時間内に複数のバッチを処理することも可能になるので、作業効率を飛躍的に向上させることが期待される。
空気取り込み部に設ける除湿予熱装置は、取り込み空気に対する外気温や湿度の影響を抑えて、撹拌槽における乾燥性能を安定させることができる。
また、取り込み空気を予熱することで、撹拌槽における空気の冷却効果を抑制し、品温の低下を防止することができる。
2 ジャケット
3 バグフィルタ
4 撹拌羽根
5 回転駆動軸
6 エアコンプレッサ
7 レギュレータ
8 遮断弁
9 流量制御弁
10 シールボックス
11 動力伝達機構
12 駆動用電動モータ
13 排出ダンパーシュート
14 材料供給口
15 真空ポンプ
16 大気開放弁
17 溶剤回収装置
18 熱媒体供給装置
20 被処理物
21 運転制御機構
22 制御装置
23 演算装置
24 圧力発信器
25 品温検出端
26 排気温度検出端
Claims (5)
- ジャケット付きの撹拌槽に撹拌羽根を備えて真空ポンプで撹拌槽を減圧することにより被処理物の乾燥を行う高速撹拌式減圧乾燥機であって、前記撹拌槽に気体を供給する配管と該撹拌槽に供給する気体の流量を調整する調整機構を備えて、前記流量調整した気体を該撹拌槽に導入して該撹拌槽の内圧を調整することを特徴とする減圧乾燥機。
- 前記流量調整した気体は、前記攪拌羽根の回転駆動軸のシールエアと一緒に同じ配管を通って前記撹拌槽に導入されることを特徴とする、請求項1記載の減圧乾燥機。
- 前記撹拌槽における被処理物の温度(品温)を検出する品温検出端もしくは該撹拌槽の排気管における排気温度を検出する排気温度検出端を備え、該撹拌槽の内圧を検出する圧力発信器と、気体流量を調整する流量調節弁と、該品温検出端もしくは排気温度検出端により検出された品温もしくは排気温度に対応する飽和蒸気圧に対して所定の圧力差を加えた圧力に前記撹拌槽の内圧を維持するように前記流量調節弁を調整する運転制御機構とを備えることを特徴とする、請求項1または2記載の減圧乾燥機。
- 前記運転制御機構が、前記品温検出端もしくは前記排気温度検出端から供給される検出信号に基づいて品温もしくは排気温度に対応する飽和蒸気圧を算定し、算定された飽和蒸気圧に所定のバイアスを加えた値を設定値として出力する演算装置と、前記圧力発信器から供給される圧力信号に基づいて前記撹拌槽の内圧を該設定値に維持するように該撹拌槽に導入する気体の流量制御をする制御装置とを備えることを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の減圧乾燥機。
- ジャケット付きの撹拌槽に撹拌羽根を備えて真空ポンプで該撹拌槽を減圧することにより被処理物の乾燥を行う高速撹拌式減圧乾燥機に対して、該撹拌槽における前記被処理物の温度(品温)もしくは該撹拌槽の排気温度を検出し、該撹拌槽内の圧力を検出して、前記品温もしくは前記排気温度と対応する飽和蒸気圧に対して予め設定された所定の圧力差を維持するように、前記撹拌槽に導入する気体の量を調整することを特徴とする減圧乾燥機の運転制御方法。
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