JP2016010783A - Fluidized bed device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、粉粒体の造粒、コーティング、乾燥処理等に使用される流動層装置に関し、特に、医薬品や食品等に使用される造粒物を短時間にて製造し得る流動層装置に関する。 The present invention relates to a fluidized bed apparatus used for granulation, coating, drying treatment and the like of a granular material, and more particularly to a fluidized bed apparatus capable of producing a granulated product used for pharmaceuticals and foods in a short time. .
医薬品や化粧品、食品などの分野では、粉末や顆粒等の粉粒体を気体流によって流動化し、造粒、コーティング、混合、撹拌、乾燥等の処理を行う流動層装置が広く使用されている。流動層装置では、円筒状の処理容器の内部に粉末等の被処理物を投入すると共に、処理容器内に流動気体を供給して粉粒体を流動化させる。流動化された粉粒体には、水やバインダ液、コーティング液等がスプレーノズルにて供給され、造粒やコーティング等の処理が実施される。処理容器の下部には、金網等にて形成された通気性の目皿板が設けられており、目皿板の下方から処理気体が供給される。粉末等の被処理物は、この目皿板によって保持されつつ処理気体により流動化され、そこにバインダ液等が噴霧され、造粒等の処理が行われる。 In the fields of pharmaceuticals, cosmetics, foods, etc., fluidized bed apparatuses are widely used that fluidize powders and granules such as granules by a gas flow and perform processes such as granulation, coating, mixing, stirring, and drying. In the fluidized bed apparatus, an object to be processed such as powder is introduced into a cylindrical processing container, and a fluidized gas is supplied into the processing container to fluidize the powder particles. Water, a binder liquid, a coating liquid, or the like is supplied to the fluidized granular material by a spray nozzle, and processing such as granulation or coating is performed. At the lower part of the processing container, a breathable countersink plate formed of a metal mesh or the like is provided, and a processing gas is supplied from below the countersink plate. An object to be processed such as powder is fluidized by a processing gas while being held by the eye plate, and a binder liquid or the like is sprayed thereon to perform processing such as granulation.
一方、造粒処理の分野においても、製造コスト等の観点から、処理時間の短縮が求められている。この場合、粉粒体に供給される水やバインダ液等の供給速度(単位時間あたりの供給量)を増加させれば、その分、処理時間も短縮される。例えば、供給速度を2倍にすれば、処理時間は理論上1/2となる。しかしながら、バインダ液等の供給速度を増加させると、処理容器内の粉粒体が過湿状態となり、流動不良が生じ塊状物が生じたり、粉粒体が団塊状に固結したりするなど、良好な造粒物が得られなくなるという問題が生じる。 On the other hand, also in the field of granulation treatment, reduction of treatment time is required from the viewpoint of production cost and the like. In this case, if the supply speed (supply amount per unit time) of water, binder liquid or the like supplied to the granular material is increased, the processing time is shortened accordingly. For example, if the supply speed is doubled, the processing time is theoretically halved. However, if the supply speed of the binder liquid or the like is increased, the granular material in the processing container becomes overhumid, a flow failure occurs and a lump is formed, or the granular material is consolidated into a conglomerate, There arises a problem that a good granulated product cannot be obtained.
そこで、バインダ液等の供給速度を増加させる場合には、流動不良が生じないように、流動気体の供給量も増加させる必要がある。ところが、流動気体の供給量を増加させると、今度は処理容器内にて粉粒体が大きく吹き上がってしまい、フィルタに付着するなどの不都合が生じる。このため、従来、当該分野では、時間短縮の要請がありながらも、良好な製品を確実に得ることが優先され、既存の装置による既存の条件内での造粒しか行われておらず、処理時間短縮の問題は安定志向の中に埋没した状態となっていた。 Therefore, when the supply speed of the binder liquid or the like is increased, it is necessary to increase the supply amount of the flowing gas so as not to cause a flow failure. However, when the supply amount of the flowing gas is increased, this time, the powder particles are greatly blown up in the processing container, and there arises a problem such as adhering to the filter. For this reason, conventionally, in this field, there has been a demand for shortening the time, but priority has been given to reliably obtaining a good product, and only granulation within existing conditions using existing equipment has been performed. The problem of time reduction was buried in stability.
本発明の目的は、製品品質を維持しつつ処理時間の短縮が可能な流動層装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a fluidized bed apparatus capable of shortening the processing time while maintaining product quality.
本発明の流動層装置は、気体供給源から処理気体が供給される給気室を内部に備えた給気ユニットと、前記給気ユニットの上方に配置され、被処理物が収容される原料容器コンテナと、前記原料容器コンテナの上方に配置され、その内部に前記被処理物が処理気体により浮遊流動する流動室が形成されたスプレーケーシングと、前記スプレーケーシングの上方に配置され、処理気体濾過用のフィルタが配置されたフィルタケーシングと、を有し、前記原料容器コンテナ内に収容した前記被処理物を前記処理気体によって流動化し、流動化された該被処理物に対して液体を噴霧供給することにより、前記被処理物の造粒処理を行う流動層装置であって、前記原料容器コンテナは、前記給気ユニット側の底部に配置され前記被処理物を保持する目皿板と、該目皿板の上方に配置され同径にて上方に延びる円柱状のストレート部と、ストレート部の上方に設けられ上方に向けて大径となった逆円錐台形状に形成されたテーパ部と、を有し、単位目皿面積当たりの前記液体の加液量を熱量に換算した値をB(kJ/min・cm2)、前記被処理物の吸液能力を示すPL値をPLとしたとき、前記BがPL×1.3≦B≦PL×3.2であることを特徴とする。なお、本発明における「造粒処理」は、造粒のみならず、コーティングや乾燥処理などの各種粉粒体処理をも含む概念である。 The fluidized bed apparatus of the present invention includes an air supply unit having an air supply chamber to which a processing gas is supplied from a gas supply source, and a raw material container that is disposed above the air supply unit and accommodates an object to be processed. A container, a spray casing disposed above the raw material container, and a fluidized chamber in which the object to be processed is floated and flowed by a processing gas, and a spray casing disposed above the spray casing for processing gas filtration A filter casing on which the filter is disposed, fluidizing the object to be treated accommodated in the raw material container with the treatment gas, and spraying a liquid to the fluidized object to be treated Thus, the fluidized bed apparatus performs the granulation treatment of the workpiece, and the raw material container is disposed at the bottom on the air supply unit side and holds the workpiece. A plate, a columnar straight portion that is disposed above the eye plate and extends upward with the same diameter, and an inverted truncated cone shape that is provided above the straight portion and has a large diameter upward. B (kJ / min · cm 2 ), which is a value obtained by converting the amount of liquid added per unit pan area into heat quantity, and a PL value indicating the liquid absorption capacity of the workpiece When PL is set, B is PL × 1.3 ≦ B ≦ PL × 3.2. In addition, the “granulation process” in the present invention is a concept including not only granulation but also various powder processes such as coating and drying processes.
前記流動層装置において、前記ストレート部の高さHsを、前記目皿板の直径に対して1/6〜1/2に形成しても良い。また、前記スプレーケーシングの上方側(フィルタケーシング側)に、下方側(原料容器コンテナ側)よりも断面積が大きい流速抑制部を設けても良い。その場合、前記スプレーケーシングを上方側が下方側よりも断面積が大きいテーパ形状に形成しても良い。さらに、前記目皿板に、該目皿板内に放射状に配置され、当該目皿板上方に前記処理気体の旋回気流を発生させるスリットと、該目皿板に散点状に配置され、前記処理気体が上方に向かって噴出し前記スリットによる前記旋回気流の形成を抑制する通気孔と、を設けても良い。 In the fluidized bed apparatus, a height Hs of the straight portion may be formed to 1/6 to 1/2 with respect to a diameter of the countersink plate. Moreover, you may provide the flow velocity suppression part with a larger cross-sectional area in the upper side (filter casing side) of the said spray casing than the lower side (raw material container container side). In that case, you may form the said spray casing in the taper shape whose cross-sectional area is larger on the upper side than the lower side. Further, the eye plate is arranged radially in the eye plate, the slit for generating a swirling airflow of the processing gas above the eye plate, and arranged in the form of dots on the eye plate, A vent hole that suppresses the formation of the swirling airflow by the slit while the processing gas is ejected upward may be provided.
一方、前記流動層装置において、前記Bを、好ましくは、PL×1.7≦B≦PL×3.2としても良い。また、前記処理気体が前記流動層装置を通過する際に消費する熱量をQ(Q(kJ/min)=(給気温度−排気温度)(K)×風量(kg/min)×空気比熱(J/g・K))とし、単位目皿面積当たりにおける前記消費熱量QをC(=Q/Sa)(kJ/min・cm2)としたとき、前記Cを風速(cm/min)×8.5×10-5kJ/cm3を超え、風速(cm/min)×11×10-5kJ/cm3以下としても良い。さらに、前記流動層装置は、前記目皿板の面積が0.1m2を超える装置であっても良い。加えて、前記PL値を0.1以上0.5以下としても良い。 On the other hand, in the fluidized bed apparatus, B may be preferably PL × 1.7 ≦ B ≦ PL × 3.2. Further, the amount of heat consumed when the processing gas passes through the fluidized bed apparatus is expressed as Q (Q (kJ / min) = (supply air temperature−exhaust temperature) (K) × air volume (kg / min) × air specific heat ( J / g · K)), and when the heat consumption Q per unit pan area is C (= Q / Sa) (kJ / min · cm 2 ), C is the wind speed (cm / min) × 8 It is good also as exceeding .5 * 10 < -5 > kJ / cm < 3 > and wind speed (cm / min) * 11 * 10 < -5 > kJ / cm < 3 > or less. Further, the fluidized bed apparatus may be an apparatus in which the area of the countersink plate exceeds 0.1 m 2 . In addition, the PL value may be 0.1 or more and 0.5 or less.
本発明の流動層装置によれば、原料容器コンテナの目皿板の上方に円柱状のストレート部を設けると共に、単位目皿面積当たりの加液量を熱量に換算した値をB(kJ/min・cm2)、被処理物の吸液能力を示すPL値をPLとしたとき、前記BをPL×1.3≦B≦PL×3.2とすることにより、従来と同等の造粒物を従来よりも短時間にて製造することが可能となる。これにより、製品品質を低下させることなく造粒処理を実施することができ、処理時間の短縮を図ることが可能となる。 According to the fluidized bed apparatus of the present invention, a columnar straight portion is provided above the plate of the raw material container, and a value obtained by converting the amount of liquid added per unit plate area into a calorific value is expressed as B (kJ / min · cm 2), when the PL value indicating the liquid absorbing capacity of the article to be treated was a PL, by the B and PL × 1.3 ≦ B ≦ PL × 3.2, equivalent to that of existing granules Can be manufactured in a shorter time than conventional. Thereby, the granulation process can be performed without deteriorating the product quality, and the processing time can be shortened.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の一実施例である流動層装置の外観を示す正面図、図2は、図1の流動層装置の側面図である。図1の流動層装置1は、例えば、医薬品や食品等の製造に使用される打錠用顆粒等の造粒物や、顆粒状の医薬品や食品等の製造に使用され、装置内では、処理気体によって流動化された粉粒体にバインダ液やコーティング液が噴霧される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view showing an appearance of a fluidized bed apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side view of the fluidized bed apparatus of FIG. The fluidized
流動層装置1には、原料材となる粉粒体(被処理物)が収容され、所望の造粒コーティング処理や乾燥処理等が行われる円筒状の処理容器2が設けられている。処理容器2はステンレス鋼にて形成されており、図1,2に示すように、支持台3によって支持されている。流動層装置1の処理容器2は、上から順に、カバーユニット4、フィルタケーシング5、スプレーケーシング6、原料容器コンテナ7及び給気ユニット8を重ねて配置した形態となっている。粉粒体処理時には、カバーユニット4とフィルタケーシング5間など各ユニット間は、リング状のシール部材によって気密に締結される。
The fluidized
カバーユニット4は、カバーブラケット11によって支持台3に固定支持されている。カバーユニット4の一端には排気口12が形成されており、この排気口12には図示しない排気ダクトが接続される。カバーユニット4の下面側には、スプレーケーシング6とは別途形成されたフィルタケーシング5が取り付けられる。フィルタケーシング5は、支持台3に組み込まれた昇降機構13によって、上下方向に移動可能なように設けられている。フィルタケーシング5の上端部には円板状の天板14が固定されており、天板14にはカートリッジフィルタ15が取り付けられている。天板14は、ケーシング−天板間から粉漏れが生じないように、フィルタケーシング5の内周に隙間なく溶接固定されている。
The
スプレーケーシング6は、スウィングブラケット16にて支持台3に取り付けられており、水平方向にスウィング移動可能に設けられている。流動層装置1では、スプレーケーシング6がフィルタケーシング5と分離されているため、スプレーケーシング6を水平方向に退避させることにより、フィルタケーシング5内のカートリッジフィルタ15に下方からアクセスすることが可能となっている。
The
スプレーケーシング6内には流動室17が形成されている。スプレーケーシング6は、側壁部18の上方側が拡径したテーパ形状となっている。当該流動層装置1では、流動室17の上端部17aの断面積は、下端部17bの断面積の約1.3倍となっている(例えば、上端部17a:φ820mm,0.53m2、下端部17b:φ720mm,0.41m2、図3参照)。このように、流動室17の上端部17a側を下端部17b側よりも大径に形成すると、処理気体の風速が流動室17の上方に向かうに連れて低下する。すなわち、流動室17の上端部17a側は流速抑制部として機能し、これにより、粉粒体の流動高さが抑えられる。従って、カートリッジフィルタ15の負担軽減が図られると共に、フィルタケーシング5への粉粒体の付着も低減する。
A
スプレーケーシング6の側壁部18には、流動室17内の粉粒体にバインダ液やコーティング液を噴霧するためのスプレーガン19が取り付けられている。スプレーガン19には、図示しないチューブによって、装置外に設けられたポンプからバインダ液等が供給される。流動層装置1は、スプレーガン19を側壁部18に1個配した1ガンサイドスプレー方式を採用している。このように、スプレーガン19を側壁部18に配することにより、スプレーガン上に粉粒体が堆積することがなく、メンテナンスが容易となると共に、堆積物による団塊発生も抑えられ造粒品質の向上図られる。また、流動層装置1では、処理時間短縮のため、スプレーガン19として、高速スプレーが可能な高性能ガンが使用されている。
A
スプレーケーシング6の下方には原料容器コンテナ7が配置され、原料容器コンテナ7内には被処理物となる粉粒体が投入される。原料容器コンテナ7は、床面上を自在に移動可能なように台車20に取り付けられている。原料容器コンテナ7の内部には原料収容室21が形成されており、原料容器コンテナ7の下部には通気性を有する目皿板22が設けられている。原料収容室21内に投入された粉粒体はこの目皿板22上にて支持される。原料容器コンテナ7は、円柱状のストレート部23と、逆円錐台形状のテーパ部24とから構成されている。ストレート部23は、目皿板22の上方に配置され、同径にて上方に延びている。テーパ部24は、ストレート部23の上方に設けられ、上方に向けて大径となっている。ストレート部23の高さHsは、目皿板22の直径φに対して1/6〜1/2程度の大きさになっている(例えば、φ497mmの目皿板22に対してはHs=80〜250mm程度、φ900mmの目皿板22に対してはHs=150〜450mm程度、図4参照)。
A
このように、目皿板22に隣接してストレート部23を設けることにより、目皿板直上からテーパ部を設けた場合に比して、目皿板通過後における処理気体の風速低下が抑えられる。すなわち、ストレート部23は流速維持部として機能し、これにより、粉粒体の流動促進が図られ、撹拌混合性能が向上する。なお、ストレート部23の設置により、原料容器コンテナ7自体の高さが高くなるが、スプレーケーシング6の高さを抑えることにより、装置全体の高さは従来機と同等に維持できる。前述のように、流動層装置1では、スプレーケーシング6の上部は流速抑制部となっており、大風量でありながら流動高さを抑制できるため、従来機よりもスプレーケーシング6の高さを抑えることが可能となる。このため、装置全体の高さを増大させることなく、ストレート部23を設けることが可能となっている。
Thus, by providing the
目皿板22には、図5(a)に示すように、放射状に配置されたスリット25と、通気孔26が設けられている。スリット25は、開口部25aと、開口部25aに覆い被さるように形成された風向片25bとから構成されている(図5(b)参照)。処理気体は、開口部25aから周方向に向かって導出され、これにより、目皿板22上方に処理気体の旋回気流が発生する。一方、通気孔26は、目皿板22を上下方向に貫通する孔となっており、目皿板22に向かって供給された処理気体の圧力損失を抑えるべく散点状に設けられている。通気孔26を通過した処理気体は、そのまま上方に噴出し、スリット25から噴出する気流と合流する。すなわち、目皿板22上には、スリット25を通過した旋回気流と、通気孔26を通過した上方噴出気流が存在する。
As shown in FIG. 5A, the
この場合、通気孔26の上方噴出気流は、スリット25による旋回気流形成を弱める作用を有する。従って、旋回気流を求める装置では、通気孔26のような存在は不要である。一方、処理気体の圧力損失を考えると、風向片25bのあるスリット25のような構成は好ましくない。これに対し、流動層装置1では、大風量による処理が想定されており、スリット25によって、強過ぎる旋回気流が形成されてしまうおそれがある。強過ぎる旋回気流は、造粒処理には却って妨げとなる場合があり、目皿板22では、それを通気孔26からの上方噴出気流によって緩和・抑制している。つまり、通気孔26は、圧力損失低下を図りつつ、過大な旋回気流の発生を抑えており、目皿板22は、スリット25と通気孔26の相乗作用により、大風量下においても適切な旋回気流が得られるハイブリッド目皿となっている。
In this case, the upward jetted airflow of the
原料容器コンテナ7の下方には、内部に給気室27を有する給気ユニット8が据え付けられている。給気ユニット8は、給気室27に連通する給気ダクト28に接続されている。給気ダクト28は、装置外に設けられた図示しないエア供給源に接続されている。給気室27内には、この給気ダクト28を介して、粉粒体を流動化するための処理気体(流動エア)が供給される。粉粒体を流動状態とした処理気体は、微細な固体粒子がカートリッジフィルタ15によって除去されて清浄化され、その後、排気口12から装置外へと排出される。
An
このような流動層装置1では、給気ダクト28から給気室27に流動エア(処理気体)を供給すると、このエアが目皿板22を通って原料収容室21に流入する。前述のように、目皿板22は旋回流発生目皿となっており、目皿板22を通った流動エアは旋回気流を形成し、原料収容室21内の粉粒体を吹き上げる。その際、目皿板22では、通気孔26の作用により過大な旋回気流は抑えられ、大風量であっても適度な旋回気流が発生する。また、原料容器コンテナ7の下部にストレート部23が設けられているため、流動エアは流速が維持された状態で吹き上がり、粉粒体の流動が促進され、原料収容室21や流動室17内にて良好な撹拌混合が行われる。その一方、粉粒体は、大風量にて大きく流動しつつも、スプレーケーシング6がテーパ形状となっており、流動室上端部側が流速抑制部として機能するため、粉粒体の流動高さが抑えられる。このため、活発な撹拌混合が行われながらも、フィルタや缶体への付着が少なく抑えられる。そして、この状態にてスプレーガン19から適宜バインダ液やコーティング液をスプレー状に噴霧することにより、粉粒体の造粒処理やコーティング処理が実行される。
In such a
なお、通常の造粒処理では、乾燥能力以上の液速にてスプレーを行う。そして、水やエタノールなどのバインダ液やコーティング液の溶媒を原料の粉粒体に蓄積させつつ、規定量までスプレーを行う。但し、原料に水やエタノールなどの液体が蓄積されると流動性が低下するため、多くの場合、処理の途中段階で風量を大きくする。従って、原料中の蓄積液量は、造粒初期にある程度まで上昇し、ある程度水やエタノールなどの液体が蓄積されると、運転条件が変更され(主として風量増大)、蓄積液量の上昇を緩やか、あるいは、一定かやや下降気味に維持しつつ規定量までスプレーが行われる。なお、バインダ液等は連続又は断続的にスプレーされ、その液速は、一定、あるいは徐々に大きくすることが一般的である。 In a normal granulation process, spraying is performed at a liquid speed higher than the drying capacity. Then, spraying is performed up to a specified amount while accumulating a binder liquid such as water or ethanol or a solvent of the coating liquid in the raw material granular material. However, if liquid such as water or ethanol is accumulated in the raw material, the fluidity is lowered. In many cases, the air volume is increased in the middle of the treatment. Therefore, the amount of accumulated liquid in the raw material rises to some extent at the beginning of granulation, and when liquid such as water or ethanol accumulates to some extent, the operating conditions are changed (mainly the air volume increases), and the increase in the accumulated liquid volume is moderated. Alternatively, spraying is performed to a specified amount while maintaining a constant or slightly descending feeling. In general, the binder liquid or the like is sprayed continuously or intermittently, and the liquid speed is generally constant or gradually increased.
一方、造粒処理を行うに連れて、カートリッジフィルタ15に微粉が付着して濾過効率が低下するため、フィルタの交換・洗浄を適宜行う必要がある。その場合、流動層装置1ではまず、台車20を動かし原料容器コンテナ7を装置外に引き出す。次に、スプレーケーシング6を水平方向にスウィングさせ、フィルタケーシング5の下方を空ける。スプレーケーシング6を側方に退避させた後、フィルタケーシング5をセット位置からメンテナンス位置に下降させる。
On the other hand, as the granulation process is performed, fine powder adheres to the
フィルタケーシング5をメンテナンス位置まで降ろした後、カートリッジフィルタ15をフィルタケーシング5から取り外し、フィルタの交換や洗浄を行う。このように、カートリッジフィルタ15を装置下方のメンテナンス位置に移動させ、そこでフィルタの取り外しを行うと、フィルタを低位置でメンテナンスできるようになり、高位置での作業に比して作業性が大幅に改善される。カートリッジフィルタ15の交換等を行った後、フィルタケーシング5をメンテナンス位置からセット位置に上昇させる。フィルタケーシング5を所定のセット位置に設置した後、スプレーケーシング6を水平方向にスウィングさせ、元の所定位置にセッティングする。
After the
フィルタケーシング5やスプレーケーシング6を所定位置にセットした後、台車20に載った原料容器コンテナ7をスプレーケーシング6の下方に配置する。そして、給気ユニット8内に設けられた図示しないリフト機構により、原料容器コンテナ7を上方に押し上げ、下方側からスプレーケーシング6とフィルタケーシング5、カバーユニット4を互いに密接させる。これにより、処理容器2が流動処理可能な状態となり、流動エアの供給やコーティング液の噴霧等を行うことにより、粉粒体の造粒コーティング処理が実施される。
After setting the
そこで、当該流動層装置1における処理性能を確認すべく、従来の流動層装置(スプレーケーシング:テーパなしの直胴状、ストレート部23なし、金網にて形成された通常用いられる通気性の目皿板を使用)と流動層装置1(30型,120型)において、スプレー速度(液速)や給気温度を変えて造粒処理を行った。図6はその結果をまとめた表、図7は、(a)30型と(b)120型における粒度分布を、従来の流動層装置と当該流動層装置で比較したグラフである。
Therefore, in order to confirm the processing performance in the
図6,7に示したように、発明者らの実験によれば、従来機は30型・120型の何れにおいても、液速:標準×1.5,給気温度100°Cまでは造粒物の物性は良好であった。しかしながら、液速:標準×2.0,給気温度120°Cとすると、粗大粒子が多くなり、粒度分布がブロード化してしまい、物性としてはNGとなった。これに対し、流動層装置1を用いた処理では、液速:標準×3.0,給気温度120°Cの場合でも、30型・120型の何れにおいても良好な粒度分布が得られ(図7参照)、しかも、処理時間は半分以下に短縮された。
As shown in FIGS. 6 and 7, according to the experiments by the inventors, the liquid speed: standard × 1.5 and the supply air temperature up to 100 ° C. are manufactured for both the 30 type and 120 type conventional machines. The physical properties of the granules were good. However, when the liquid speed: standard × 2.0 and the supply air temperature is 120 ° C., the number of coarse particles increases, the particle size distribution becomes broad, and the physical properties are NG. On the other hand, in the treatment using the
このように、本発明の流動層装置1では、原料容器コンテナ7にストレート部23を設けることにより、目皿板通過後の処理気体の流速低下を抑え、粉粒体の流動を活発化させているので、従来機に比して、撹拌混合性能の向上が図られる。このため従来機よりも、高温・大風量の給気が可能となり、それに伴い、スプレー液速も増大できるため、造粒処理時間の短縮を図ることが可能となる。また、流動の活発化に伴う原料の吹き上がりも、テーパケーシングにより効果的に抑制されるため、フィルタへの負担増も避けることができる。さらに、大風量に伴う過度な旋回気流も、通気孔26を設けたハイブリッド目皿構造により適宜抑えられ、最適な処理気流により粉粒体の流動を活発化させることが可能となる。
Thus, in the fluidized-
ところで、従来の造粒方法では、目皿面積が0.1m2未満の小型機・実験機を除くと、例えば30〜120型の装置においては、造粒初期(造粒処理全過程の時間的に初期1/3の範囲)では、バインダ液等の供給速度(以下、液速)は290〜810g/min程度、流動気体は60〜80°C・6.0〜16.0m3/min程度の条件にて実施されている。このような条件下にて処理時間を短縮するには、液速を上げることが求められるが、同時に流動気体の供給量(以下、風量)も増やさなければならず、前述のように、吹き上がりの問題が生じるため、単に、液速・風量を上げれば良いというものではない。また、風量以外にも、温度条件や粉粒体の吸液能力、処理量、装置サイズなど、良好な造粒処理を行うには種々の要素を考慮する必要があり、結局のところ、経験的に無難な処理条件が採用されるのが通例である。 By the way, in the conventional granulation method, excluding a small machine / experimental machine having an area of less than 0.1 m 2 , for example, in a 30-120 type apparatus, the initial stage of granulation (temporal of the whole granulation process) In the initial 1/3 range), the supply speed of the binder liquid (hereinafter, liquid speed) is about 290 to 810 g / min, and the flowing gas is about 60 to 80 ° C. · 6.0 to 16.0 m 3 / min. It is carried out under the conditions. In order to shorten the processing time under such conditions, it is required to increase the liquid speed, but at the same time the flow rate of the flowing gas (hereinafter referred to as air volume) must be increased. Therefore, it is not just a matter of increasing the liquid speed and the air volume. In addition to air volume, various factors such as temperature conditions, powder absorption capacity, throughput, and equipment size need to be considered in order to achieve a good granulation treatment. Usually, safe processing conditions are employed.
このような中、本発明者らは、処理時間短縮という命題を達成するため、前述の流動層装置1の下、従来の処理条件を改めて見直すと共に、造粒処理における本質的な条件を改めて検討した。その結果、本発明者らは、造粒処理時における装置内の熱量に着目し、造粒処理の諸条件を熱量として捉えることにより、従来と同等の造粒物を従来よりも短時間にて製造可能であることが分かった。以下、このような新しい観点に基づく造粒処理について説明する。
Under such circumstances, the present inventors reconsidered the conventional processing conditions under the
ここではまず、処理気体が装置通過に伴って消費する熱量Qを考える。この消費熱量Qは、概ね乾燥能力に相当し、次式にて表すことができる。
Q(kJ/min)=(給気温度−排気温度)(K)×風量(kg/min)×空気比熱(J/g・K)
例えば、バインダ液やコーティング液の溶媒が水の場合、取り入れ空気の状態が20°C、相対湿度40%のとき、この空気を70°Cに昇温し造粒を開始する場合、温度上昇に伴い、相対湿度は40%から3%に低下する。ここで、スプレーを開始すると、処理容器内の湿度が徐々に増加し、造粒物の水分を蒸発させつつ断熱冷却線に沿って相対湿度100%に向かって上昇する。そして、相対湿度100%に達すると水分蒸発速度が一定となり、排気温度が一定値(例えば、28°C)以下に下がらなくなる。消費熱量Qは、風量が小さく、排気温度が高くなるスプレー開始時に最小値となる。また、スプレー開始後に、処理気体の水蒸気が飽和状態(相対湿度100%)となり、排気温度が最低値まで下がったとき最大値となる。この排気温度が最低温度となった状態を定常状態とし、このときのQ値をQ0とする。
Here, first, the amount of heat Q consumed by the processing gas as it passes through the apparatus is considered. This consumed heat quantity Q substantially corresponds to the drying capacity and can be expressed by the following equation.
Q (kJ / min) = (Supply temperature-Exhaust temperature) (K) x Airflow (kg / min) x Air specific heat (J / g · K)
For example, when the solvent of the binder liquid or the coating liquid is water, when the intake air state is 20 ° C. and the relative humidity is 40%, the temperature is increased when the air is heated to 70 ° C. and granulation is started. As a result, the relative humidity decreases from 40% to 3%. Here, when spraying is started, the humidity in the processing container gradually increases, and rises toward a relative humidity of 100% along the adiabatic cooling line while evaporating the moisture of the granulated material. When the relative humidity reaches 100%, the moisture evaporation rate becomes constant, and the exhaust temperature does not fall below a certain value (for example, 28 ° C.). The amount of heat consumed Q becomes a minimum value at the start of spraying when the air volume is small and the exhaust temperature is high. Further, after the start of spraying, the water vapor of the processing gas becomes saturated (
なお、消費熱量Qのうち、実際に水分を蒸発させるのに消費した熱量(=乾燥能力)は、処理容器からの放熱等を考慮し、所定の熱効率係数を乗じる必要がある。この熱効率係数は、装置スケールや給気条件によって異なる。 Of the heat consumption Q, the amount of heat (= drying capacity) actually consumed to evaporate water needs to be multiplied by a predetermined thermal efficiency coefficient in consideration of heat radiation from the processing container. This thermal efficiency coefficient varies depending on the apparatus scale and the air supply conditions.
また、消費熱量Qは、上式から分かるように、風量に比例するため、装置スケールによって値が異なる。仕込み量当たりの風量は、過大でない限り、大きい方が乾燥能力が高くなり有利となるが、その最大値は装置ごとに決まる。そこで、ここでは、Qを目皿板22における空気流通部分の面積(以下、目皿面積)で除し、装置スケールの影響を除いた値を使用する。ここでは、前述のQ0を目皿面積Saで除した値、すなわち、単位目皿面積当たりの消費熱量を考え、その値をC=Q0/Sa(kJ/min・cm2)とする。図8(a)は、装置スケールごとの造粒初期に用いられる標準的な最小風量と目皿面積(cm2)を示す表、同(b)は、(a)の表に基づいて算出したC値を示す表である(各値の詳細は図10参照)。 Moreover, since the heat consumption Q is proportional to the air volume, as can be seen from the above equation, the value varies depending on the device scale. As long as the air volume per charging amount is not excessive, it is advantageous that the air volume is large because the drying capacity is high, but the maximum value is determined for each apparatus. Therefore, here, Q is divided by the area of the air circulation portion in the eye plate 22 (hereinafter referred to as the eye plate area), and a value excluding the influence of the device scale is used. Here, the value obtained by dividing the Q 0 earlier in perforated plate area Sa, that is, considering the heat consumption per unit th dish area, and its value as C = Q 0 / Sa (kJ / min · cm 2). FIG. 8 (a) is a table showing the standard minimum air volume and the eye plate area (cm 2 ) used at the initial stage of granulation for each apparatus scale, and (b) is calculated based on the table of (a). It is a table | surface which shows C value (refer FIG. 10 for the detail of each value).
次に、スプレーされる液体についても熱量という観点で捉える。ここでは、スプレー液のうち、固形成分を除いた値を加液量とし、加液量に蒸発潜熱を乗じることにより、それが持つ熱量を算出する。つまり、その液体を蒸発させるために必要な熱量を考える。この値も、装置スケールの影響を除くべく、目皿面積Saにて除し、単位目皿面積当たりの熱量に換算する。そして、その値をB(kJ/min・cm2)とする。この値は概ね液速に比例する。なお、蒸発潜熱による熱量換算は、例えば、水とエタノールの混合液の場合は、その混合比に応じて熱量を比例配分する。また、仕込み量当たりの加液量の最大値は、装置ごと、処方ごとに異なる。 Next, the liquid to be sprayed is also grasped from the viewpoint of the amount of heat. Here, a value excluding the solid component in the spray liquid is defined as a liquid addition amount, and the amount of heat possessed by the liquid addition amount is calculated by multiplying the liquid addition amount by latent heat of vaporization. That is, the amount of heat necessary to evaporate the liquid is considered. In order to remove the influence of the scale of the device, this value is also divided by the scale area Sa and converted into the amount of heat per unit scale area. The value is B (kJ / min · cm 2 ). This value is roughly proportional to the liquid speed. For example, in the case of a mixed solution of water and ethanol, the amount of heat is proportionally distributed according to the mixing ratio in the case of a mixed liquid of water and ethanol. Moreover, the maximum value of the liquid addition amount per preparation amount differs for each apparatus and for each prescription.
一方、造粒処理に際しては、原料の吸液能も考慮する必要がある。前述のように、造粒処理過程では、原料に水分等の液体を蓄積させつつ規定量までスプレーを行う。そこで、造粒処理では、従来より、原料の吸液能としては、その物質の塑性限界(Plastic Limit)が指標として用いられている(PL値)。粉体の粒子間には空気が存在しており、これを全て液体(水)で置換すると、塑性物(外力を加えた場合、それを除いても歪みが残る性質を有する物質)となる。そして、これ以上に液を加えると、外力を加えても元に戻ってしまい、この限界が塑性限界と呼ばれる。ここでは、吸液能をこの塑性限界値(PL値)を用いて検討する。 On the other hand, in the granulation process, it is necessary to consider the liquid absorption capacity of the raw material. As described above, in the granulation process, spraying is performed up to a specified amount while accumulating liquid such as moisture in the raw material. Therefore, in the granulation treatment, the plastic limit of the material is conventionally used as an index (PL value) as the liquid absorption capacity of the raw material. Air is present between the particles of the powder, and when all of this is replaced with liquid (water), it becomes a plastic material (a substance having the property that strain remains even if it is removed when an external force is applied). And if a liquid is added more than this, even if external force is applied, it will return, and this limit is called a plastic limit. Here, the liquid absorption capacity is examined using this plastic limit value (PL value).
通常、造粒処理においては、各処方でスプレー可能な液速は概ねPL値に比例する。従って、上記Bも原料のPL値に比例すると考えられ、PL値による換算が必要となる。図9(a)は、装置スケールごとの液速(g/min)と目皿面積(cm2)を示す表、同(b)は、(a)の表に基づいて算出した単位PL値当たりのB値を示す表である(各値の詳細は図10参照)。なお、既知物質のPL値としては、例えば、乳糖:0.18mL/g、コーンスターチ:0.67mL/g(12%以上の平衡水分を差し引く)、アビセルPH101:1.23mL/g(7%以下の水分を差し引く)、粉糖:0.23mL/g、マントール:0.2mL/gであり、混合物の場合は、PL値を混合比に基づいて比例配分する。 Usually, in the granulation process, the liquid speed that can be sprayed with each formulation is approximately proportional to the PL value. Therefore, it is considered that B is also proportional to the PL value of the raw material, and conversion by the PL value is necessary. FIG. 9 (a) is a table showing the liquid speed (g / min) and the eye plate area (cm 2 ) for each device scale, and FIG. 9 (b) is per unit PL value calculated based on the table of (a). Is a table showing B values (see FIG. 10 for details of each value). In addition, as a PL value of a known substance, for example, lactose: 0.18 mL / g, corn starch: 0.67 mL / g (excluding equilibrium water of 12% or more), Avicel PH101: 1.23 mL / g (7% or less) ), Powder sugar: 0.23 mL / g, mantle: 0.2 mL / g. In the case of a mixture, the PL value is proportionally distributed based on the mixing ratio.
このようなB,Cを念頭に置き、前述の図6の条件をB,Cの観点にて改めて検討すると、本発明による流動層装置1では、次のようなB,C値の範囲で処理が可能となっている。まず、B値については、液速が標準×1.5を超える値、すなわち、単位PL値当たりのB(以下、[B]と称す;[B]=B/PL)が1.3以上3.2以下の範囲(1.3≦[B]≦3.2)での処理が可能となる。この場合、時間短縮がより効果的に現れる、液速が標準×2.0〜3.0の範囲を考えると、1.7≦[B]≦3.2がより好ましいことになる。また、C値については、風速(cm/min)×8.5×10-5kJ/cm3を超え、風速(cm/min)×11×10-5kJ/cm3以下であることが好ましい。
With such B and C in mind, if the above-mentioned conditions in FIG. 6 are examined again from the viewpoint of B and C, the
一方、ここではC,Bに加え、更にそれらの比A=B/Cを考える。この比Aは無次元であり、消費熱量当たりの加液量を示している。これは、加液量と乾燥能力との比とも考えられ、簡単に言えば、スプレー量が乾燥能力の何倍になっているのか、を示している。図10は、装置に供給される処理気体の露点が14°Cと6°Cの場合における30,60,120型の各装置における処理条件とC,B,Aの各値を計算した表である。また、図11は、図10の計算結果をプロットしたグラフであり、横軸に[B]、縦軸にCを取り、図中の斜線は単位PL値当たりのA(以下、[A]と称す;[A]=A/PL)の値を示している。なお、[B]と[A]の値は前述のPL値として、標準処方値(0.33)を使用している。この場合、標準処方とは、細粒剤の流動層造粒の標準処方として使用されている乳糖:コーンスターチ=7:3の処方である。 On the other hand, in addition to C and B, the ratio A = B / C is further considered here. This ratio A is dimensionless and indicates the amount of liquid added per amount of heat consumed. This is also considered as a ratio between the amount of liquid added and the drying capacity, and simply indicates how many times the spraying amount is higher than the drying capacity. FIG. 10 is a table in which the processing conditions and the values of C, B, and A are calculated in each of the 30, 60, and 120 type apparatuses when the dew points of the processing gas supplied to the apparatus are 14 ° C. and 6 ° C. is there. FIG. 11 is a graph in which the calculation results of FIG. 10 are plotted, with [B] on the horizontal axis and C on the vertical axis, and the hatched lines in the figure indicate A per unit PL value (hereinafter referred to as [A]). The value of [A] = A / PL). In addition, the value of [B] and [A] uses the standard prescription value (0.33) as the above-mentioned PL value. In this case, the standard formulation is a formula of lactose: corn starch = 7: 3, which is used as a standard formulation for fluidized bed granulation of fine granules.
そこで、「A」の観点から従来の造粒方法を見ると、目皿面積が0.1m2を超える30型以上の装置では、造粒初期に用いられる標準的な最小風量では、目皿通過風速が0.4以上1.5m/sec未満(風量/目皿面積)にて、
・B:PL×1.6(kJ/min・cm2)未満
(液速=標準×1.5:標準処理上限まで含む)
(PL:原料のPL値)
となることから(図9参照)、図10の計算結果によると、
・A:PL×6.8未満
となる。これは、図11の領域Xの値となっており、従来の処理条件は、「A」を基準として見ると、概ね単位PL値当たりのA([A])が「7」の線よりも上(6.8未満)の領域となる。
Therefore, looking at the conventional granulation method from the viewpoint of “A”, in the apparatus of 30 type or more in which the area of the eye plate exceeds 0.1 m 2 , the standard minimum air volume used in the initial stage of granulation passes through the eye plate. When the wind speed is 0.4 or more and less than 1.5 m / sec (air volume / eye plate area)
・ B: Less than PL x 1.6 (kJ / min · cm 2 ) (Liquid speed = Standard x 1.5: Including the upper limit of standard treatment)
(PL: PL value of raw material)
(See FIG. 9), according to the calculation result of FIG.
A: Less than PL × 6.8. This is the value of the region X in FIG. 11, and the conventional processing condition is that when A ([A]) per unit PL value is approximately “7” when viewed on the basis of “A”. The upper region (less than 6.8).
次に、当該流動層装置1におけるB,Cの条件から[A]を求めると、1.3≦[B]≦3.2、0.24<[B]≦0.31から、5.4≦[A]≦10.3なる条件が得られる。これは、図11における従来条件の[A]=6.8の上限層から、それを超え[A]=10のラインまで良好な造粒処理が可能なことを意味しており、30型における[A]=8.2(図11の点P1),9.8(同P2)、120型の[A]=8.5(同P3),10.3(同P4)の各条件にて造粒が可能となる。なお、発明者らの実験によると、[A]の値が11を超えると、原料がブロッキングを起こし粒度分布にバラツキが生じることが分かっている。
Next, when [A] is obtained from the conditions of B and C in the
このように、処理条件を「A」という観点から捉え、従来機と当該装置を比較すると、図11からも分かるように、流動層装置1における造粒条件と、従来機の造粒条件の違いが明確となる。また、条件「A」は、30〜120型の装置における造粒初期のプロセスにおいて、装置スケールを考えることなく、風量や加液量、PL値を適宜入力するだけで算出できる。このため、煩雑な条件設定を行うことなく、容易に最適条件を得て処理時間の短縮を図ることが可能となる。
In this way, when the processing conditions are grasped from the viewpoint of “A” and the conventional machine is compared with the apparatus, the difference between the granulation conditions in the
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の処理条件はあくまでも本発明の流動層装置1に適用可能な条件の一例であり、本発明の流動層装置は前記処理条件での実施には限定されない。また、流動層装置1では、前述のように1ガンサイドスプレー方式を採用しているが、スプレーガンの個数や配置位置は必ずしも実施例の構成には限定されず、複数個のスプレーガンを使用することも、また、ケーシング内にスプレーを配置することも可能である。さらに、流動室上端部側に流速抑制部を形成すべく、スプレーケーシング6をテーパ形状としているが、流動室上端部側の断面積が拡大する構成であれば、スプレーケーシングを小径部と大径部に分ける2段形状(あるいは3段以上の複数段形状)であっても良い。ただし、段部に粉粒体が堆積しないように、段部自体はテーパ形状とした方が好ましい。
It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
For example, the processing conditions described above are merely examples of conditions applicable to the
1 流動層装置
2 処理容器
3 支持台
4 カバーユニット
5 フィルタケーシング
6 スプレーケーシング
7 原料容器コンテナ
8 給気ユニット
11 カバーブラケット
12 排気口
13 昇降機構
14 天板
15 カートリッジフィルタ
16 スウィングブラケット
17 流動室
17a 上端部
17b 下端部
18 側壁部
19 スプレーガン
20 台車
21 原料収容室
22 目皿板
23 ストレート部
24 テーパ部
25 スリット
25a 開口部
25b 風向片
26 通気孔
27 給気室
28 給気ダクト
Hs ストレート部高さ
Q 消費熱量
Sa 目皿面積
C 単位目皿面積当たりにおける消費熱量Q
B 単位目皿面積当たりの液体の加液量を熱量に換算した値
A 消費熱量当たりの加液量
DESCRIPTION OF
B Value of liquid addition per unit pan area converted to calorie A Liquid addition per unit of heat consumed
Claims (9)
前記給気ユニットの上方に配置され、被処理物が収容される原料容器コンテナと、
前記原料容器コンテナの上方に配置され、その内部に前記被処理物が処理気体により浮遊流動する流動室が形成されたスプレーケーシングと、
前記スプレーケーシングの上方に配置され、処理気体濾過用のフィルタが配置されたフィルタケーシングと、を有し、
前記原料容器コンテナ内に収容した前記被処理物を前記処理気体によって流動化し、流動化された該被処理物に対して液体を噴霧供給することにより、前記被処理物の造粒処理を行う流動層装置であって、
前記原料容器コンテナは、前記給気ユニット側の底部に配置され前記被処理物を保持する目皿板と、該目皿板の上方に配置され同径にて上方に延びる円柱状のストレート部と、ストレート部の上方に設けられ上方に向けて大径となった逆円錐台形状に形成されたテーパ部と、を有し、
単位目皿面積当たりの前記液体の加液量を熱量に換算した値をB(kJ/min・cm2)、
前記被処理物の吸液能力を示すPL値をPLとしたとき、
前記BがPL×1.3≦B≦PL×3.2であることを特徴とする流動層装置。 An air supply unit having an air supply chamber to which a processing gas is supplied from a gas supply source;
A raw material container that is disposed above the air supply unit and accommodates an object to be processed;
A spray casing which is disposed above the raw material container and in which a fluid chamber in which the object to be treated is suspended and flowed by a processing gas is formed;
A filter casing disposed above the spray casing and disposed with a filter for processing gas filtration,
A flow for granulating the object to be processed by fluidizing the object to be processed accommodated in the raw material container with the processing gas and spraying a liquid to the fluidized object to be processed. A layer device,
The raw material container is arranged at the bottom on the air supply unit side to hold the workpiece, and a columnar straight portion arranged above the eye plate and extending upward with the same diameter. A tapered portion formed in the shape of an inverted truncated cone that is provided above the straight portion and has a large diameter upward.
B (kJ / min · cm 2 ), the value obtained by converting the amount of liquid added per unit pan area into heat,
When the PL value indicating the liquid absorption capacity of the workpiece is PL,
The fluidized bed apparatus according to claim 1, wherein B is PL × 1.3 ≦ B ≦ PL × 3.2.
前記ストレート部の高さHsは、前記目皿板の直径に対して1/6〜1/2に形成されてなることを特徴とする流動層装置。 The fluidized bed apparatus according to claim 1, wherein
The fluidized bed apparatus according to claim 1, wherein the straight portion has a height Hs of 1/6 to 1/2 of the diameter of the countersink plate.
前記スプレーケーシング上方側に下方側よりも断面積が大きい流速抑制部を有することを特徴とする流動層装置。 The fluidized bed apparatus according to claim 1 or 2,
A fluidized bed apparatus having a flow velocity suppressing section having a larger cross-sectional area on the upper side of the spray casing than on the lower side.
前記スプレーケーシングは、その上方側が下方側よりも断面積が大きいテーパ形状に形成されてなることを特徴とする流動層装置。 The fluidized bed apparatus according to claim 3,
The fluidized bed apparatus according to claim 1, wherein the spray casing is formed in a tapered shape having an upper side having a larger cross-sectional area than a lower side.
前記目皿板は、
該目皿板内に放射状に配置され、当該目皿板上方に前記処理気体の旋回気流を発生させるスリットと、
該目皿板に散点状に配置され、前記処理気体が上方に向かって噴出し前記スリットによる前記旋回気流の形成を抑制する通気孔と、有することを特徴とする流動層装置。 In the fluidized-bed apparatus in any one of Claims 1-4,
The eye plate is
A slit that is arranged radially in the plate and generates a swirling airflow of the processing gas above the plate.
A fluidized bed apparatus comprising: a vent hole disposed in a dotted pattern on the eye plate, wherein the processing gas is ejected upward to suppress the formation of the swirling airflow by the slit.
前記Bが、好ましくは、PL×1.7≦B≦PL×3.2であることを特徴とする流動層装置。 In the fluidized-bed apparatus in any one of Claims 1-5,
The fluidized bed apparatus, wherein B is preferably PL × 1.7 ≦ B ≦ PL × 3.2.
前記処理気体が前記流動層装置を通過する際に消費する熱量をQとし、
Q(kJ/min)=(給気温度−排気温度)(K)×風量(kg/min)×空気比熱(J/g・K)
単位目皿面積当たりにおける前記消費熱量QをC(=Q/Sa)(kJ/min・cm2)としたとき、
前記Cが、風速(cm/min)×8.5×10-5kJ/cm3を超え、風速(cm/min)×11×10-5kJ/cm3以下であることを特徴とする流動層装置。 In the fluidized-bed apparatus in any one of Claims 1-6,
Q is the amount of heat consumed when the process gas passes through the fluidized bed apparatus,
Q (kJ / min) = (Supply temperature-Exhaust temperature) (K) x Airflow (kg / min) x Air specific heat (J / g · K)
When the heat consumption Q per unit dish area is C (= Q / Sa) (kJ / min · cm 2 ),
The flow rate is characterized in that C is higher than wind speed (cm / min) × 8.5 × 10 −5 kJ / cm 3 and lower than wind speed (cm / min) × 11 × 10 −5 kJ / cm 3. Layer equipment.
前記流動層装置は、前記目皿板の面積が0.1m2を超える装置であることを特徴とする流動層装置。 In the fluidized-bed apparatus in any one of Claims 1-7,
The fluidized bed apparatus is an apparatus in which an area of the countersink plate exceeds 0.1 m 2 .
前記PL値が0.1以上0.5以下であることを特徴とする流動層装置。 In the fluidized-bed apparatus in any one of Claims 1-8,
The fluidized bed apparatus, wherein the PL value is 0.1 or more and 0.5 or less.
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