JPH04363126A

JPH04363126A - 噴霧乾燥造粒装置

Info

Publication number: JPH04363126A
Application number: JP3164945A
Authority: JP
Inventors: Munetoshi Maesaka; 前坂　宗利; Takashi Ito; 崇伊藤; Shizuo Aijima; 静夫相嶋; Masaaki Okawara; 正明大川原
Original assignee: OOGAWARA KAKOKI KK
Current assignee: OOGAWARA KAKOKI KK
Priority date: 1991-06-10
Filing date: 1991-06-10
Publication date: 1992-12-16
Anticipated expiration: 2016-04-09
Also published as: JP3155028B2; US5294298A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】　　本発明は、造粒装置を１つの
槽内に内蔵する噴霧乾燥造粒装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、噴霧乾燥造粒装置の噴霧ノズルに
はオリフィスの手前にコア、ホワールチャンバーなどと
称する強い旋回流を付加する部分を設け、噴霧液滴の粒
度を細かくするとともに熱風との接触がよくなるように
空円錐型の噴霧パターンを与える図８に示すような加圧
旋回ノズル３が使用されており、例えば図６に示すよう
な加圧旋回ノズルを使用した装置や、図７に示すような
加圧旋回ノズルに加え、流動造粒部にバインダー噴霧ノ
ズルを設けた装置（特願昭６２−２０４８０号）も使用
されているが、狭い噴霧角度と適度な粒度分布を与える
ような噴霧ノズルは使用されていない。

【０００３】ところで、通常、スプレードライヤー装置
においては、その運転立上り時に、過熱による製品の焦
げつき、後工程の熱的保護のため、噴霧乾燥室内の温度
を安定させる必要がある。その目的のため、同一の加圧
旋回ノズルにより、水の噴霧を行っている。このような
水噴霧を行う場合、水噴霧量は原液中の水分に相当する
量とする必要がある。原液の水分量は一般に３０〜８０
重量％であり、従って水の噴霧量は同様に原液の所定噴
霧量の３０〜８０％となり、加圧旋回ノズルの特性上か
ら圧力は液の粘度等にもよるがほぼ１０〜７０％に低下
する。このため、加圧旋回ノズルの特性上、水滴は大粒
子となり乾燥し難くなるため、未乾燥のまま乾燥室内に
付着し、壁面が濡れることとなる。このとき、引続いて
原液を噴霧した場合には、乾燥した粉体がその部分に付
着し、固化してしまうこととなる。

【０００４】そこで、従来においては、図１０および図
１１に示すような工夫がなされている。図１０は複数の
加圧旋回ノズルを設置した場合の例であり、噴霧乾燥室
内の上部に複数の加圧旋回ノズル２５を設け、水噴霧を
行う場合、加圧旋回ノズル２５の本数を制御することに
よって低圧力噴霧を回避しているものである。一方、図
１１は水噴霧用ノズル２６を原液ノズル２７とは別個に
設けた例を示している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の加圧旋
回ノズル３にあっては、噴霧角αは図８及び図９に示す
ように、通常は４０°〜９０°と広く、加圧旋回ノズル
３から噴霧されると噴霧円錐の内側１２が負圧となり、
外気１７が外周側１６から内側１２に向かって流れる。この外気移動により微細な液滴は内側１２に集まるが、
粗い液滴は外周側１６に残る。微細な液滴は乾燥され易
いが、粗い液滴は乾燥されにくく噴霧パターンの外側に
残っており、図９に示すように、水分が高いまま噴霧乾
燥部１の下方部１８に到達するので、下方部１８に付着
・堆積し易い。そのため製品の歩留まりが低下し、また
、食品、医薬品、有機化合物などの熱に弱い物質の場合
には熱変質を起こし、品質が低下してしまう。逆に、付
着を避けるため粉体を十分に乾燥させると、粉体の水分
が低くすぎて造粒が促進されない。

【０００６】また、オリフィスの手前に強い旋回流を付
加する部分のない従来型加圧ノズルの場合、噴霧角を狭
くすることはできるが、液滴が粗すぎるためにほとんど
乾燥されないまま流動造粒部に到達するので粉末化され
ず、流動層を形成することもできない等の問題がある。図６は公知の噴霧乾燥造粒装置の一例の概要図である。この装置の噴霧ノズルに加圧旋回ノズル３を使用した場
合、噴霧乾燥された粉体に適度な水分（３〜１５重量％
程度）が残っていないと造粒が促進されない。しかし、
粉体に適度な水分を残そうとすると、ノズルの噴霧角が
広いために、ノズルから噴霧された粗い液滴は乾燥不十
分で装置の内壁面に付着してしまう。

【０００７】装置の直胴部１４の高さを高くすれば付着
は避けられるが、流動造粒層における造粒速度が小さく
なり、大きな流動層が必要となる。特に、アミノ酸を含
む物質等、造粒できる水分範囲が狭く、その水分範囲を
超えると付着しやすい物質の場合には、装置内付着を避
けながら、造粒速度を大きくさせるため運転条件を選定
することは困難である。図７は公知の噴霧乾燥造粒装置
の他の一例の概要図である。この装置は、上記のような
装置内付着の問題を解決するため、直胴部１４の高さを
高くしたところ、粉体の水分量が低く、造粒速度が小さ
くなった。そのため、更に造粒用のバインダー噴霧用に
二流体ノズルを設けたものである。これにより装置内付
着をなくすことはできたが、装置が大きくなり設置スペ
ースが大となる。バインダー噴霧用に二流体ノズルを使
用するので大量の圧縮空気が必要となる。また、装置の
建設費が高くなるなどの問題がある。

【０００８】また、図１０に示すものにおいては、ノズ
ル間隔を広くとる必要があることと水を噴霧しないノズ
ルがあるため、液滴が均一に広がらず、温度のバラツキ
が生じる。また、水を噴霧しないノズルに詰まりが生じ
るという問題がある。さらに図１１に示すものにおいて
は、水による原液噴霧ノズルの冷却と洗浄ができないた
め、原液噴霧ノズルで原液の詰まりが生じるという問題
がある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者は、上
記従来技術の問題に鑑みて種々検討を行ったところ、噴
霧乾燥部に特殊な構造の加圧二流体ノズルを使用するこ
とによって問題を解決できることを見出し本発明に到達
した。即ち、本発明によれば、槽内上部に原液供給噴霧
ノズルより噴霧する原液を熱風乾燥する噴霧乾燥部を設
けるとともに、槽内下部に流動造粒部を設けた噴霧乾燥
造粒装置において、原液供給噴霧ノズルとして、加圧旋
回ノズルの周囲に高速ガス吹出し用筒状体を備えた加圧
二流体ノズルを使用したことを特徴とする噴霧乾燥造粒
装置、が提供される。なお、本発明においては、加圧二
流体ノズルの周辺に微粉を供給することが好ましい。

【００１０】

【作用】図１は本発明の噴霧乾燥造粒装置の概要図であ
り、図２は本発明の装置に使用する加圧二流体ノズルの
断面概要図である。本発明は、１つの槽内の上部に噴霧
乾燥部１を設け、下部に流動造粒部２を設けた噴霧乾燥
造粒装置において、噴霧乾燥用の原液噴霧ノズルに、加
圧旋回ノズル３の周囲に高速ガス吹出し用筒状体４を備
えた加圧二流体ノズル５を使用したことに特徴がある。

【００１１】本発明で用いる加圧二流体ノズルは、加圧
旋回ノズルを改良したものであり、基本的には加圧旋回
ノズルの性能を有する。加圧旋回ノズルに適用される噴
霧特性に関する実験式（数１、数２）は、次の通りであ
る。

【００１２】

【数１】

【００１３】

【数２】

【００１４】数１および数２より明らかなように、噴霧
圧力（液圧力）Ｐが決まれば、液滴径ＤＤと液流量Ｗは
一義的に決まるが、液圧力Ｐが低下すると液流量Ｗはこ
れに比例して減少し、液滴径ＤＤ　は液圧力Ｐに反比例
して大となる。この大となった液滴径を高速ガス流によ
って更に微粒化するのである。即ち、加圧二流体ノズル
には２つの微粒化段階があり、先ず初期条件設定のため
、加圧旋回ノズルの液自身のもつ圧力で原液を一次微粒
化させる。このとき、上記数１および数２が適用される
。加圧二流体ノズルのオリフィスから液が円錐環状に噴射
される一次微粒化の状況は、図１４に示す通りである。

【００１５】次に、一次微粒化された液滴に対して、高
速ガス吹出し用筒状体の先端から吹出した高速ガスを集
中的に衝突させて二次微粒化させるのである。上記した
ような作用を奏する加圧二流体ノズルを使用することに
よって、大容量の原液でも１本のノズルで噴霧微粒化で
きる。また、原液の供給速度や濃度、粘度、種類などを
大幅に変化させる場合、従来型ノズルでは内部のオリフ
ィス、コアなどの部品を交換する必要があったが、加圧
二流体ノズルを使用すれば、高速気流の速度の調整によ
って液滴径を調整できるので、ノズル部品を交換する必
要がない。

【００１６】加圧二流体ノズル５は、従来の加圧旋回ノ
ズルと比較して、噴霧角が狭く、液滴の粒度分布はブロ
ードなものとなる。液滴の粒度分布がブロードなノズル
を噴霧乾燥に使用した場合、細かい液滴は十分に乾燥さ
れた細かい粒子となり、一方、粗い液滴は表面が少し湿
った状態の水分率の高い粗い粒子となる。この細かい粒
子個数は粗い粒子よりも圧倒的に数が多い。従って、図
３に示すように両者の粒子が接触すると、表面が少し湿
った粗い粒子６を核にして、その表面に乾燥した細かい
粒子７がまぶされた状態で凝集し、造粒が促進される。この造粒物は表面が乾燥した状態であるため、噴霧乾燥
部の槽内部へ未乾燥状態で付着することは避けられる。

【００１７】更に、図１に示すように、加圧二流体ノズ
ルは噴霧角度αが狭いので、表面が湿った状態の粉体６
が直接、噴霧乾燥部の槽内壁を直撃することがなく流動
層内の粉体に到達するので、槽内部の金属表面に粉体が
未乾燥状態で付着することが避けられる。なお、噴霧乾
燥造粒装置における理想的な噴霧角度は５゜〜１５゜で
ある。これに対して本発明の加圧二流体ノズルで得られ
る噴霧角度は８゜〜３０゜であり、従来の加圧旋回ノズ
ルの噴霧角度４０゜〜９０゜に比べはるかに小さい。

【００１８】また、図４のように、加圧二流体ノズル５
の周囲にサイクロン、バグフィルターなどで排気ガスか
ら回収された微粉や賦形剤、滑材などの添付剤の微粉８
を供給させると、液の噴霧パターンの内部は、陰圧のた
めに微粉８は噴霧パターン内部に引き込まれる。従って
、液滴と供給された微粉８とが接触して造粒しやすくな
る。このようにして得られた造粒体は、図５に示すよう
に、粒子同士が密にくっついており、嵩密度が大きく、
粒子密度も大きいという特徴がある。一方、従来の噴霧
乾燥造粒装置による造粒体は、図１２および図１３に示
すように、粒子が点接触で凝集することが多く、ぶどう
の房のような形状で、粒子間の隙間が多く、嵩密度、粒
子強度ともに小さい。また、加圧二流体ノズルを採用す
ることにより、立ち上げ、立ち下げ時の水運転において
、液噴霧圧力が下がっても、加圧旋回ノズル外周に高速
気流を導入しているため、槽内への未乾燥粒子の付着を
防止できる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説
明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものでは
ない。（実施例１）図６は公知の噴霧乾燥造粒装置に加圧二流
体ノズルを装着した一実施例の概要図である。図６にお
いて、原液供給ライン９から供給された原液は本発明の
加圧二流体ノズル５によって噴霧されて噴霧乾燥部１に
入り、流動造粒部２で造粒され、乾燥、冷却されて製品
となる。一方、排気中の微粉は第１サイクロン１０及び
第２サイクロン１１で回収され円錐部１３に戻されるが
、後述の実施例３においては第１サイクロン１０で回収
された微粉は加圧二流体ノズル５の周辺に供給できるよ
うになっている。

【００２０】上記のようなフローで表１に示す大きさの
装置を使用して試験を行った。加圧二流体ノズル５には
スプレーイングシステム社製ＳＸ型加圧旋回ノズルの外
周から高速気流を導入できる構造のものを使用した。液
噴霧ノズルオリフィスには、穴直径０．８９ｍｍφのも
のを使用した。造粒用原液は、デキストリン４０重量％
の水溶液で液粘度１００ｃｐｓのものを使用し、噴霧乾
燥用の熱風温度は２００℃、流動層造粒用熱風温度は６
０℃、全体の排気温度は７５℃で運転した。その結果得
られた製品の平均粒子径と嵩密度を表１に示す。表１よ
り、流動造粒部２の面積が比較例と同じであっても、最
も大きい製品平均粒子径の得られることが分かる。

【００２１】（実施例２）実施例１と同じ装置を使用し
、空気供給圧力を０．３ｋｇ／ｃｍ２とした以外は実施
例１と同じ条件で試験を行ったところ、得られた製品の
平均粒子径は２１０μｍとなった。この実施例より、空
気供給圧力を大きくすれば製品の平均粒径を小さくでき
ることが分かった。

【００２２】（実施例３）実施例１と同じ装置を用い、
実施例１と同じ条件のうえに、図４で説明したように、
第１サイクロン１０で回収された微粉を加圧二流体ノズ
ル５の周辺に供給する方式としたものであり、微粉を供
給しない場合に比べて平均粒子径が３３０μｍと大きく
、嵩密度は０．５４ｇ／ｍｌと大きな粒子がえられた。

【００２３】（比較例１）原液噴霧ノズルに、スプレー
イングシステム社製のＳＸノズル、オリフィス径０．８
９ｍｍφの加圧旋回ノズルを使用した以外は、実施例１
と同じ装置を使用し、同じ条件で試験を行った。その結
果を表１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】（比較例２）原液供給速度を８７ｋｇ／Ｈ
ｒ　、原液噴霧圧力を４２ｋｇ／ｃｍ２とした以外は総
て比較例１と同じ条件で試験を行ったところ、平均粒子
径２５０μｍの製品が得られ、比較例１よりも平均粒子
径は大となったが、円錐部１３に少量の未乾燥付着物が
発生した。

【００２６】（比較例３）オリフィス径を０．９７ｍｍ
φ、原液噴霧圧力を３６ｋｇ／ｃｍ２とした以外は総て
比較例１と同じ条件で試験を行ったところ、平均粒子径
２８０μｍの製品が得られたが、円錐部１３に大量の未
乾燥付着物が発生した。

【００２７】（比較例４）図７は噴霧乾燥造粒装置の他
の比較例を示す概要図である。この装置を使用し、装置
内での付着物の発生をなくすため、直胴部の高さを３０
００ｍｍと高くしたが、粉体の水分率が低く、造粒速度
が小さいため、流動造粒部２に造粒用バインダー噴霧ノ
ズル１５を設けた。バインダーには原液と同じデキスト
リン４０重量％の水溶液を使用し、バインダー液の噴霧
用には二流体ノズルを使用し、微粒化用の空気圧力は１
ｋｇ／ｃｍ２、空気消費量は３００Ｎｌ／ｍｉｎであっ
た。この装置でバインダー供給速度を３．０ｋｇ／ｈと
すると、平均粒子径３００μｍの製品を得ることができ
た。逆に、バインダー供給速度を０とすると、平均粒子
径は６０μｍとなり、ほとんど造粒されない球状製品が
得られた。この方式では、槽内に付着物が発生すること
なく、粒子径を調整することが可能であるが、噴霧乾燥
部１が大きくなり、また、バインダー噴霧を要するなど
の欠点があることが判明した。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の噴霧乾燥
造粒装置によれば、原液噴霧に特定構造の加圧二流体ノ
ズルを使用することによって、大容量でも１本のノズル
で噴霧微粒化できる。また、原液の供給速度や濃度、粘
度、種類などを大幅に変化させる場合、従来型ノズルで
は内部のオリフィス、コアなどの部品を交換する必要が
あったが、本発明の加圧二流体ノズルを使用すれば、高
速気流の速度の調整によって液滴径を調整できるので、
ノズル部品を交換する必要がない。

【００２９】また、本発明の加圧二流体ノズルは、従来
の加圧旋回ノズルと比較して噴霧角が狭く、液滴の粒度
分布はブロードなもので、噴霧乾燥により乾燥された多
数の細かい粒子と少し湿った粗い粒子になり、粗い粒子
の表面に細かい乾燥粒子が凝集するので、装置内表面に
粒子が付着することがない。さらに、加圧二流体ノズル
を採用することにより、運転の立上げ、立下げ時の水運
転において、水を低圧力噴霧する場合であっても、加圧
旋回ノズル外周に高速気流を導入しているため、水滴が
微粒化されて完全に乾燥され、槽内への未乾燥粒子の付
着を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の噴霧乾燥造粒装置の概要図である。

【図２】本発明装置に使用する加圧二流体ノズルの断面
概要図である。

【図３】本発明装置を用いた場合における粒子の造粒状
態の説明図である。

【図４】本発明装置における微粉供給の説明図である。

【図５】本発明装置による造粒体の形状説明図である。

【図６】噴霧乾燥造粒装置の一例を示す概要図である。

【図７】噴霧乾燥造粒装置の他の例を示す概要図である
。

【図８】従来の加圧旋回ノズルの説明図である。

【図９】加圧旋回ノズルを装着した装置の説明図である
。

【図１０】従来の複数の噴霧ノズルを設けた装置の概要
図である。

【図１１】従来の水噴霧用ノズルを原液噴射ノズルと別
に設けた装置の概要図である。

【図１２】従来装置による造粒体の形状説明図である。

【図１３】従来装置による造粒体の形状説明図である。

【図１４】加圧旋回ノズルから液が円錐環状に噴射され
る一次微粒化の状況を示す説明図である。

【符号の説明】

１　　噴霧乾燥部２　　流動造粒部３　　加圧旋回ノズル４　　高速ガス吹出筒状体５　　加圧二流体ノズル９　　原液供給ライン１３　　円錐部１４　　直胴部１５　　造粒用バインダー噴霧ノズル２１　　噴霧乾燥用熱風２２　　流動層造粒用熱風２３　　粗大液滴の軌跡２４　　微細液滴の軌跡

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　槽内上部に原液供給噴霧ノズルより噴
霧する原液を熱風乾燥する噴霧乾燥部を設けるとともに
、槽内下部に流動造粒部を設けた噴霧乾燥造粒装置にお
いて、原液供給噴霧ノズルとして、加圧旋回ノズルの周
囲に高速ガス吹出し用筒状体を備えた加圧二流体ノズル
を使用したことを特徴とする噴霧乾燥造粒装置。
【請求項２】　　加圧二流体ノズルの周辺に微粉を供給
することを特徴とする請求項１記載の噴霧乾燥造粒装置
。