JP5090851B2

JP5090851B2 - 真空スプレードライヤ

Info

Publication number: JP5090851B2
Application number: JP2007277441A
Authority: JP
Inventors: 雅己伊藤; 浩一鈴木; 大樹菅野; 次男増渕; 健太若田
Original assignee: ボーエン化成株式会社
Priority date: 2007-10-25
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2027-10-25
Also published as: JP2009103398A

Description

本発明は、真空スプレードライヤに関し、詳しくは、薬剤や香料、調味料等が溶解した原料液を噴霧して加熱乾燥することによって前記薬剤や香料、調味料等の粉末を得るための真空スプレードライヤに関する。

原料液を噴霧して乾燥させることにより粉末を得るスプレードライヤは、基本的に、原料液を乾燥室内に噴霧するとともに、乾燥室内に熱風を導入して原料液の液成分を蒸発させることにより原料液中の固形分を粉体として得るようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−１６２号公報

しかし、従来のスプレードライヤは、１００℃以上の高温状態で乾燥処理を行っているため、熱に弱い物質や酸化しやすい物質の処理を行うことができず、高温のために香気成分の散逸も見られた。また、乾燥室内から排気する蒸発ガス量を調整することによって乾燥室を低圧状態とし、処理温度を低めることも可能であるが、単に乾燥室内を低圧状態にするだけでは処理効率が低下し、粒度分布にも偏りが発生したり、極めて微細な粉末が生成して粉末使用時の取り扱いに問題が発生したりすることがあった。

また、従来の粉末製造分野では大量生産が望まれていたため、スプレードライヤも次第に大型化し、ドライヤ本体の内径が１１ｍ、高さが１２〜１３ｍ、蒸発量が毎時４００リットルの大型のスプレードライヤも用いられているが、近年は、粉末製造分野においても多品種少量生産に対応した装置が要求されている。

そこで本発明は、真空状態で加熱乾燥処理を行うとともに、処理効率に優れた構造を有する真空スプレードライヤを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の真空スプレードライヤは、下方が縮径した円錐部の上部に円筒部を連設し、該円筒部の上部開口を天板にて閉塞したドライヤ本体と、前記円錐部の下端に連設した粉体導出部と、該粉体導出部に接続した第１粉体分離手段と、前記天板の中央に設けられた二流体ノズルと、該二流体ノズルに原料液及び噴霧用ガスをそれぞれ供給する原料液供給経路及び噴霧用ガス供給経路と、前記天板の前記二流体ノズルを中心とした同心円上に設けられた排気部と、該排気部に接続した第２粉体分離手段と、前記天板の前記二流体ノズルを中心とし、前記排気部より外周側の同心円上に設けられた熱風導入部と、前記熱風導入部に加熱用ガスを供給する経路と、前記第１粉体分離手段及び前記第２粉体分離手段から前記粉体導出部及び前記排気部を介して前記ドライヤ本体内を真空排気してドライヤ本体内を真空状態に保持する真空ポンプとを備えていることを特徴としている。

さらに、本発明の真空スプレードライヤは、上記構成において、前記排気部は、前記二流体ノズルを下端に装着し、内部に前記原料液供給経路及び噴霧用ガス供給経路を収納した内管と、該内管と同軸に設けられた外管の内周面と前記内管の外周面との間に形成されていること、また、前記ドライヤ本体内の真空度が−０．０５〜−０．０９ＭＰａに保持されていることを特徴としている。

本発明の真空スプレードライヤによれば、ドライヤ本体内の乾燥室を真空状態とすることによって従来より処理温度を大幅に低下させることができ、熱に弱い物質や酸化しやすい物質の処理を効率よく行うことができる。また、処理効率の向上によって製品歩留まりが向上し、装置規模の小型化も図れ、多品種少量生産に最適である。

図１は本発明の真空スプレードライヤの一形態例を示す構成図である。この真空スプレードライヤは、乾燥室を形成するドライヤ本体１１と、原料液を供給するための原料液タンク１２及び送液ポンプ１３と、噴霧用ガス及び加熱用の熱風を供給するための圧縮機１４，１５、窒素分離装置１６及びガス加熱器１７，１８と、生成した粉体を分離して回収するためのサイクロン１９，２０，２１と、前記ドライヤ本体１１内を真空状態に保持するための真空ポンプ２２，２３とを備えている。

前記ドライヤ本体１１は、下方が縮径した円錐部１１ａと、円錐部１１ａの上部に連設した円筒部１１ｂと、円筒部１１ｂの上部開口を閉塞する天板１１ｃとで形成された真空容器であって、円錐部１１ａの下端には粉体導出部１１ｄが設けられている。また、天板１１ｃの中央には、原料液を噴霧するための二流体ノズル２４が設けられており、この二流体ノズル２４を中心として排気部２５と熱風導入部２６とが設けられている。

二流体ノズル２４には、前記送液ポンプ１３からの原料液を供給する原料液供給経路２７と、前記ガス加熱器１７からの噴霧用ガスを供給する噴霧用ガス供給経路２８とが接続されており、両経路２７，２８は、ドライヤ本体１１と同軸に配置された二重管２９の内管２９ａ内に収納されている。前記排気部２５は、前記内管２９ａの外周面と、その外側の外管２９ｂの内周面との間に形成されており、二流体ノズル２４を中心とした同心円を描く円環状に形成されている。

また、熱風導入部２６は、排気部２５の外周側で、二流体ノズル２４を中心とした同心円上に複数個が等間隔で設けられている。例えば、図２に示すように、６個の熱風導入部２６ａ〜２６ｆを６０度間隔で設け、大風量で行う場合にはすべての熱風導入部２６ａ〜２６ｆを使用し、小風量で行う場合には一つおきに３個の熱風導入部２６ａ，２６ｃ，２６ｅを使用し、微風量の場合には、対向する２個の熱風導入部２６ａ，２６ｄあるいは任意の一つの熱風導入部２６ａを使用することにより、乾燥処理を行う際の風量条件に容易に対応することができる。

前記粉体導出部１１ｄには、粉体導出経路３０を介して第１粉体分離手段である第１サイクロン１９と第２サイクロン２０とが直列に接続され、第１サイクロン１９の下部には、分離した粉体を連続的に取り出すためのロータリーバルブ１９ａと採取容器１９ｂとが設けられ、第２サイクロン２０の下部には採取容器２０ａが設けられている。

一方、前記排気部２５には、排気経路３２を介して第２粉体分離手段である第３サイクロン２１が接続されており、第３サイクロン２１で下部に分離した粉体は、回収経路３３を通って第１サイクロン１９に導入され、粉体導出経路３１から第１サイクロン１９に抜き出された粉体とともにロータリーバルブ１９ａから取り出される。

さらに、前記第２サイクロン２０のガス流れ下流側及び第３サイクロン２１のガス流れ下流側には、流量調整弁３１ａ，３１ｂを備えた真空圧安定器３１で合流して第１，第２真空ポンプ２２，２３が接続されている。

噴霧用及び加熱用ガスは、通常は、第１圧縮機１４で圧縮した空気を使用し、酸素の存在が好ましくない物質を処理するときには、第２圧縮機１５で圧縮した空気を窒素分離装置１６に導入して空気中の酸素を分離除去した窒素を使用するように形成され、両圧縮機１４，１５及び切換弁３４ａ，３４ｂを切り換えることによって空気と窒素とを選択使用できるようにしている。噴霧用及び加熱用ガスは、バッファタンク３５に所定圧力で一旦貯留された後、噴霧用ガスは、流量計３６で所定流量に調節され、第１ガス加熱器１７で所定温度に加熱されて噴霧用ガス供給経路２８から二流体ノズル２４に供給される。また、加熱用ガスは、図２に示すように、各熱風導入部２６ａ〜２６ｆに対応した加熱ガス供給経路３７ａ〜３７ｆに分岐し、各減圧弁３８で所定圧力に調節され、各第２ガス加熱器１８ａ〜１８ｆで所定温度にそれぞれ加熱されて各熱風導入部２６ａ〜２６ｆに供給される。

次に、このように形成した真空スプレードライヤを使用して原料液から製品粉体を得る手順を説明する。まず、原料液及び物質の性状に応じてガスの種類を選択する。例えば、窒素を選択した場合は、第２圧縮機１５及び窒素分離装置１６を作動させ、切換弁３４ａ，３４ｂを窒素側に切り換える。また、ガス加熱器１７，１８を所定温度に、流量計３６を所定流量に、減圧弁３８及び真空圧安定器３１、流量調整弁３１ａ，３１ｂを所定圧力、所定流量にそれぞれ設定し、両真空ポンプ２２，２３を作動させる。これにより、二流体ノズル２４及び熱風導入部２６からドライヤ本体１１内に所定流量、所定温度の窒素が供給され、粉体導出部１１ｄ及び排気部２５から窒素が抜き出されてドライヤ本体１１内が所定圧力、所定温度に設定される。

各部の温度や圧力が安定した後、送液ポンプ１３を作動させて原料液タンク１２内の原料液を原料液供給経路２７に所定量供給し、二流体ノズル２４からの原料液の噴霧を開始する。ドライヤ本体１１内の乾燥室天井部中央から噴霧された原料液は、所定温度に加熱された噴霧用の窒素と、熱風導入部２６から導入された所定温度の加熱用の窒素と接触することによって加熱され、原料液の液体成分が蒸発し、固形分が乾燥されて粉体となる。

このとき、流量調整弁３１ｂの流量設定は、生成した粉体を粉体導出部１１ｄから粉体導出経路３０に導出し、第１サイクロン１９及び第２サイクロン２０で粉体を分離可能な最小限の流量に設定し、ドライヤ本体１１内からの排気の大部分を排気部２５から行うように流量調整弁３１ａの流量を設定する。また、両真空ポンプ２２，２３は、真空圧安定器３１からの排気量に応じていずれか一方のみを使用することができる。

このように流量設定することにより、天板１１ｃの外周側の熱風導入部２６から乾燥室下方に向かって噴出した窒素の大部分は、二流体ノズル２４から噴霧された原料液の液滴と接触して液滴を加熱し、蒸発した液体成分を伴って排気部２５から速やかに排出される。また、残りの窒素は、液滴を加熱して液体成分を必要十分な程度に蒸発させながら乾燥室下方まで流下し、生成した粉体とともに粉体導出部１１ｄから抜き出される。したがって、噴霧した液滴を効果的に加熱して液体成分を蒸発させることができるとともに、上部の排気部２５から排気されるガスに伴われて粉体が流出することを抑えることができ、処理効率を大幅に向上させることができる。特に、排気部２５を円環状に形成したことにより、二流体ノズル２４から噴霧された液滴の流れに対してドライヤ本体１１内から均一にガスを排気することができ、液滴全体を満遍なく熱風に接触させることができる。

そして、真空ポンプ２２．２３で真空排気することによってドライヤ本体１１内を真空状態に保持しているので、加熱温度を低くしても液滴からの液体成分の蒸発を十分に促進でき、熱に弱い物質の処理にも対応することができるとともに、酸素分圧の低下によって物質の酸化も抑制することができる。特に、空気に代えて窒素を使用することにより、酸化しやすい物質の酸化をより確実に防止できる。

生成した粉体は、粉体導出部１１ｄから窒素と共に抜き出され、第１サイクロン１９で大部分の粉体が窒素から分離してサイクロン下部に落下し、第１サイクロン１９で分離されなかった僅かな粉体が第２サイクロン２０で窒素から分離し、下部の採取容器２０ａに回収される。第１サイクロン１９で分離した粉体は、ロータリーバルブ１９ａを操作することによって採取容器１９ｂに回収される。さらに、排気部２５にも第３サイクロン２１を配置し、排気部２５から抜き出したガス中に含まれる僅かな粉体も分離回収することにより、製品粉体の回収効率を向上できる。

処理中のドライヤ本体１１内の温度や圧力は、乾燥処理する原料液の状態、粉体化する物質の性状、処理量、ドライヤ本体１１の形状や容積といった様々な条件によって異なるが、処理中の真空度（ゲージ圧）は、−０．０５〜−０．０９ＭＰａの範囲が最適である。これより低い真空度を保持するためには、ドライヤ本体１１や各サイクロン、配管等に高真空に対応した構造を必要とし、装置コストの上昇を招くことがある。さらに、二流体ノズル２４からの原料液の噴霧、各サイクロンでの粉体の分離を考慮すると、一定量以上のガス流量が必要となることから、高真空を保持するためには大容量、高価格の真空ポンプが必要になる。また、ガス流量が低くなると熱風のみで所定温度を保持することが困難になることがあり、ドライヤ本体１１にヒータなどの加熱手段を付加する必要が生じるだけでなく、噴霧手段として二流体ノズルを用いることができなくなり、これらもコストアップの要因となる。逆に圧力が高い場合は、液体成分の蒸発を促進するために温度を上昇させる必要があり、消費エネルギーの増大を招き、熱に弱い物質が分解したり、劣化したりすることがある。また、温度は原料液の液体成分の種類によって異なるが、水の場合には蒸発を促進するために４０℃以上とすることが好ましく、最高温度は粉体化する物質の耐熱温度未満に設定すればよい。

なお、本形態例では、各種物質の処理を効率よく行えるようにするため、２台の真空ポンプ２２，２３を設置したが、処理条件が固定されている場合などでは１台の真空ポンプのみで十分なこともある。複数の真空ポンプを設置する場合は、真空圧安定器３１からの排気ラインに逆止弁３９ａ，３９ｂを設けることが望ましい。

同様に、ドライヤ本体１１の容積や処理条件によって熱風導入部２６の設置数は任意に設定することができる。また、減圧弁や第２ガス加熱器は、各熱風導入部のそれぞれに設けているが、一つの減圧弁や第２ガス加熱器から複数の熱風導入部に加熱用ガスを分配供給することもできる。

一般に販売されている従来の遠心アトマイザー方式のスプレードライヤ（比較例）と、前記形態例に示した構成を有する本発明の真空スプレードライヤ（実施例）とを用いて、ライム濃縮果汁に賦型剤としてデキストリンを混合した検体をそれぞれ乾燥粉末化し、ライム果汁粉末をそれぞれ製造した。

比較例として用いた従来のスプレードライヤは、ドライヤ本体の内径が４ｍ、加熱温度が１００℃、蒸発量が毎時８０リットルであり、ドライヤ本体内で蒸発したガスを排風機で排気しているためにドライヤ本体内は僅かな減圧状態となっている。実施例として用いた真空スプレードライヤは、ドライヤ本体の内径が１．２ｍ、加熱温度が４０℃、蒸発量が毎時１２リットルであり、ドライヤ本体内を真空ポンプで吸引排気してドライヤ本体内の真空度をゲージ圧で−０．０７ＭＰａの真空状態に設定している。

得られたライム果汁粉末１ｇをそれぞれ２００ｍｌのビーカーに採り、３０℃，５０℃，７０℃の温水１００ｍｌで溶解し、密閉した状態でヘッドスペース内の匂気をニオイセンサ（新コスモ電機株式会社製：ニオイセンサＸＰ−３２９III）で測定した。測定は、１分経過後のヘッドスペース内を１分間吸引した数値と、そのまま吸引を継続し、ニオイセンサの表示が最大値を示した数値とを測定した。その結果を表１に示す。

表１により、本実施例で得られたライム果汁粉末の方が、比較例で得られたライム果汁粉末よりも匂気が強く感じられることが分かる。特に３０℃，７０℃の温水に溶解したときには差が顕著に見られた。

さらに、本実施例及び比較例で得られたライム果汁粉末と、３０℃，５０℃，７０℃の温水とを用いて１％温水溶解液をそれぞれ作り、５名の研究員により、それぞれ官能比較したところ、いずれも本実施例で得られたライム果汁粉末の温水溶解液の方が匂気が強いと判定した。

一般に市販されている麦茶に水蒸気を吹き込み、抽出された香気を含む蒸気を回収し、この蒸気を冷媒で冷却して香気を含んだ水蒸気蒸留液を製造し、この水蒸気蒸留液を回収した残りの麦茶に温水を加えて麦茶抽出エキスを採取し、水蒸気蒸留液と麦茶抽出エキスとを混合し、賦型剤としてデキストリンを添加して検体を製造した。この検体の同一ロットを分液し、実施例１と同じ実施例装置及び比較例装置を使用して同じ条件で乾燥粉末化して麦茶エキスパウダー、いわゆるインスタント麦茶をそれぞれ製造した。

得られた麦茶エキスパウダー２ｇをそれぞれ２００ｍｌのビーカーに採り、７０℃の温水１００ｍｌで溶解し、このビーカーを６０℃で密閉し、１分後にヘッドスペース内の匂気の強さを実施例１と同様のニオイセンサで計測した。計測時の各溶解液の温度と、３回の計測における最大値とを表２に示す。

表２により、本実施例の真空スプレードライヤで得られた麦茶エキスパウダーの方が、比較例の従来のスプレードライヤで得られた麦茶エキスパウダーよりも匂気が強く感じられることが分かる。

さらに、従来のスプレードライヤと、本実施例の真空スプレードライヤとを用いて得られた麦茶エキスパウダーで２％温水溶解液をそれぞれ作り、５名の研究員により、それぞれ官能比較したところ、５名とも本実施例の真空スプレードライヤで得られた麦茶エキスパウダーの２％温水溶解液の方が、従来のスプレードライヤで得られた麦茶エキスパウダーの２％温水溶解液よりも匂気が強いと判定した。

実施例１で用いた真空スプレードライヤの頭頂部の排気部（２５）を開いて製造したキムチパウダーＡ（実施例）と、排気部（２５）を閉塞して製造したキムチパウダーＢ（比較例）のパウダーの粒度分布を測定した。なお、処理量、温度及び圧力は同じ条件としている。

粒度分布の測定は、１４メッシュ〜１２０メッシュ間の８種類のＪＩＳ規格の篩を使用し、手動で篩って篩上に残った粉末を計量することにより測定した。測定結果を表３に示す。

表３により、排気部（２５）を開いて製造したキムチパウダーＡの方が、排気部（２５）を閉塞して製造したキムチパウダーＢよりも４８〜８０メッシュの領域の割合が多くなるとともに、１２０メッシュ以上の微粉が少なくなった。

また、ガラス製のロートを、該ロートの垂直底部から受け面までの高さが５ｃｍとなる位置に配置し、前記キムチパウダーＡと、キムチパウダーＢとの安息角をそれぞれ５回測定し、その平均値を求めた結果、キムチパウダーＡは５３度、キムチパウダーＢは６０度となった。これにより、キムチパウダーＢよりもキムチパウダーＡの方が安息角が小さく、流動性が良いことが分かった。

本発明の真空スプレードライヤの一形態例を示す構成図である。同じくドライヤ本体の平面図である。

符号の説明

１１…ドライヤ本体、１１ａ…円錐部、１１ｂ…円筒部、１１ｃ…天板、１１ｄ…粉体導出部、１２…原料液タンク、１３…送液ポンプ、１４，１５…圧縮機、１６…窒素分離装置、１７…第１ガス加熱器、１８，１８ａ〜１８ｆ…第２ガス加熱器、１９，２０，２１…サイクロン、１９ａ…ロータリーバルブ、１９ｂ…採取容器、２０ａ…採取容器、２２，２３…真空ポンプ、２４…二流体ノズル、２５…排気部、２６，２６ａ〜２６ｆ…熱風導入部、２７…原料液供給経路、２８…噴霧用ガス供給経路、２９…二重管、２９ａ…内管、２９ｂ…外管、３０…粉体導出経路、３１…真空圧安定器、３１ａ，３１ｂ…流量調整弁、３２…排気経路、３３…回収経路、３４ａ，３４ｂ…切換弁、３５…バッファタンク、３６…流量計、３７，３７ａ〜３７ｆ…加熱ガス供給経路、３８…減圧弁、３９ａ，３９ｂ…逆止弁

Claims

下方が縮径した円錐部の上部に円筒部を連設し、該円筒部の上部開口を天板にて閉塞したドライヤ本体と、前記円錐部の下端に連設した粉体導出部と、該粉体導出部に接続した第１粉体分離手段と、前記天板の中央に設けられた二流体ノズルと、該二流体ノズルに原料液及び噴霧用ガスをそれぞれ供給する原料液供給経路及び噴霧用ガス供給経路と、前記天板の前記二流体ノズルを中心とした同心円上に設けられた排気部と、該排気部に接続した第２粉体分離手段と、前記天板の前記二流体ノズルを中心とし、前記排気部より外周側の同心円上に設けられた熱風導入部と、前記熱風導入部に加熱用ガスを供給する経路と、前記第１粉体分離手段及び前記第２粉体分離手段から前記粉体導出部及び前記排気部を介して前記ドライヤ本体内を真空排気してドライヤ本体内を真空状態に保持する真空ポンプとを備えていることを特徴とする真空スプレードライヤ。
前記排気部は、前記二流体ノズルを下端に装着し、内部に前記原料液供給経路及び噴霧用ガス供給経路を収納した内管と、該内管と同軸に設けられた外管の内周面と前記内管の外周面との間に形成されていることを特徴とする請求項１記載の真空スプレードライヤ。
前記ドライヤ本体内の真空度が−０．０５〜−０．０９ＭＰａに保持されていることを特徴とする請求項１又は２記載の真空スプレードライヤ。