JPH06126148A - 流動層又は転動流動層造粒装置における運転制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は流動層造粒等において、良好な運
転を行なうために粉体層高を制御する方法を提供するこ
とを目的とする。 【構成】 本発明の制御方法は、水分計、層高センサ
ー等を設けた造粒装置で、水分値を加味して層高を制御
するようにした。更にファジー推論を加え一層良好な制
御を行なうようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流動層又は転動流動層
造粒装置における造粒運転方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２２は一般の流動層造粒装置又は転動
流動層造粒装置の基本構造を示す断面図である。この造
粒装置は、造粒槽１内に金網又は回転板２を配置し、そ
の下部にはブローアー３より、ヒーター４を通してのエ
アー供給用のパイプ５が接続されている。更に造粒槽１
の上部には、水又はバインダー供給用のスプレー６が設
置されている。又図示するように金網又は回転板２の上
部に撹拌羽根７を設置して粉粒体の撹拌を行なうことも
ある。

【０００３】このような造粒装置を用いての造粒は、周
知のように、金網２の上に粉体原料を投入し、下方より
のエアーの供給を上方のスプレー６により一定の湿り気
を与えて、原料を流動化させて行なう。又金網の代わり
に回転板を用いれば、回転板周辺よりの空気流による流
動化と共に転動を伴う転動流動による造粒が行なわれ
る。尚回転板を多孔回転板とすれば、回転板に形成され
た小孔からの空気流による作用が加わる。

【０００４】このような転動流動層造粒において、従
来、粉体層の高さの測定に関してはあまり注目されてい
なかった。実際には装置運転の初期に流動化の状態を目
で観察して、良好な流動化状態にあるかどうかを確認す
ると共にその後の状態は観察し得ないために全くの勘に
よって操作を行なっていた。

【０００５】しかし造粒が進み粒子が圧密されると共に
粒子間の付着力が増加し粒体の水分量が多くなると送風
する流量によっては、流動が停止しブッロキンング等の
問題を生じ転動、流動による造粒操作を続けることが出
来なくなることが生じる。

【０００６】又従来、粒子形状、嵩密度、粒径を自在に
製造し得ることが要望されている。これまでの研究によ
り流動層や転動流動層造粒においては、水分値を制御す
ることによって造粒物の平均粒子径や見かけ密度を任意
に決定し得ること、また風量や撹拌翼の回転速度をコン
トロールすることによっても平均粒子径や見かけ密度を
任意に決定し得ることもわかっている。

【０００７】しかし、操作水分によって粉体層高が著し
く変化し、層内水分の自動制御を行なったとしても、例
えば造粒初期の低水分域では粉体試料のバックフィルタ
ーへの付着等が生ずる。又造粒が進んで水分量が増大し
て高水分域になると、ブッロキング等の問題が生ずる。

【０００８】そのために、前述のような水分値の制御に
よる粒子形状、嵩密度、粒径等が所望の値になるように
造粒する場合、粉体層高の制御が重要になる。しかし今
まで適切な粉体層高の制御は出来なかった。

【０００９】本発明の発明者は、超音波距離測定機を用
いることによって流動層における粉体層高が測定し得る
ことを知り、これにもとづいて、超音波距離測定機を設
置した粉体層高を測定可能にした流動層又は転動流動層
造粒装置を開発した。

【００１０】この開発された造粒装置の発明では、粉体
層高と空気量との関係を求め、前記の超音波距離測定機
にて測定された粉体層高にもとづき、これを目標値と比
較してその差を求め、それによって造粒槽下部より送ら
れる流動化のためのエアーの空気量をコントロールする
ことによって粉体層高が所定の値（目標値）に保たれる
ようにして、ブロッキング等がおこらないようにした。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、粉体層高を一
定に保つためには、粉体層高のデーターのみにもとづい
ての空気量のコントロールでは不十分である。

【００１２】そのため前記の発明の造粒装置による制御
も、比較的良好な粉体層高の制御が行なわれるが、まだ
十分とは云えない。

【００１３】例えば所望の粒子形状、嵩密度等の造粒物
物性を有する粒体を得るためには、前述のように水分値
を考慮に入れての制御が必要となる。

【００１４】図２３は、水分値Ｗと平均粒子径Ｄ₅₀の関
係を示している。この図からＷ≦７．８（％）の範囲で
は、バインダー液がすべて粒子内に浸透し液架橋が形成
されないため造粒が行なわれず平均粒子径Ｄ₅₀は一定で
７５μｍである。又８≦Ｗ≦１５（％）の範囲では、粒
子内部が飽和状態となり、粒子表面に付着したバインダ
ー液が液架橋を形成し造粒が進行するため平均粒子径Ｄ
₅₀は形成された液架橋に比例し１００〜２００μｍの範
囲で大きく成長する。更に１５≦Ｗ（％）の範囲では、
粒子表面全体がバインダー液で満たされ、噴霧されたバ
インダー液のすべてが液架橋となり、２００μｍ〜４５
０μｍの範囲で８≦Ｗ≦１５（％）の時よりも急激に平
均粒子径Ｄ₅₀が大きくなる。

【００１５】造粒により形成する顆粒では、粒子径が３
００μｍ以上で水分値が１７％以上であり、前述の造粒
が急激に進行する高水分域での造粒操作が重要になる。

【００１６】ここで、付着性微粉体を造粒する場合、造
粒初期の段階では、多くの末造粒粒子がバッグフイルタ
ーや造粒槽壁面に付着し又高水分域では、急激に粉体層
高が下がり流動が停止してブロッキング状態になる問題
がある。

【００１７】更に前述のように付着性微粉体の造粒にお
いて、粉体層高は水分値により著しく変化する。例えば
実際の粉体層高と目標値が同程度でかつ目標値より小さ
い場合を考えると、水分値が小さい時には供給する空気
量を少し増加させれば粉体層高が目標値に近づくが高水
分値では、空気量を急激に増加させなければ目標値に近
づけることが出来ない。

【００１８】本発明においては、前述のような超音波距
離測定機等の層高センサ−を備えた流動層又は転動流動
層造粒装置で更に赤外線水分計等を用いての水分測定を
行なうようにしたもので、粉体層高の制御のために、水
分値をも考慮することにより行なうもので、これによっ
て粉体層高の制御のみで所望の造粒物物性の粒子を得る
ことを可能にした流動層又は転動流動層造粒における粉
体層高制御方法を提供するものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の制御方法は、金
網又は回転板とその下部に配置されているエアー供給用
パイプと、液体供給用スプレーと、水分計と、粉体層を
測定する超音波距離測定機等の層高センサ−とからなる
流動層又は転動流動層造粒装置において、超音波距離測
定機等の層高センサ−により求められた粉体層高と水分
計により求められた水分値とをもとにエアー供給用パイ
プよりの空気量を制御することにより粉体層高を所望の
高さに制御するようにした。

【００２０】本発明の制御方法によれば、超音波距離測
定機により得られた粉体層高を目標値と比較しその差に
もとづいて空気量をコントロールして粉体層高をコント
ロールする際に、水分計による水分値に応じて調整する
こにより、粉体の水分量に応じた正確な制御を可能にし
たものである。

【００２１】しかし、上記の制御において、例えば粒体
の水分量の多い領域においては、同じ空気量での粉体層
高の下降速度が大であるために、単なる水分値を加味し
た制御では、より正確で迅速な制御が出来ない。又低水
領域では、空気量が多すぎて同様に好ましくない。

【００２２】本発明では、水分値を考慮した制御に加え
てファジー制御を組み込むことによって一層望ましい制
御を可能にした。

【００２３】

【実施例】次に本発明の実施例を転動流動層造粒装置に
もとづき説明する。

【００２４】図１は、本発明の方法で制御を行なう転動
流動層造粒装置を示す図で、１は造粒槽、２は金網又は
回転板（又は多孔回転板）、３はブローアー、４はヒー
ター、５はエアー供給用のパイプ、６はスプレー、７は
撹拌翼、８は光ファイバー、９は赤外線式水分計、１０
は超音波距離測定機である。又１２は赤外線式水分計の
検出値にもとづき液体を供給するためのポンプ、１３は
バッグフィルターである。

【００２５】図２は、本発明の制御方法を実施するシス
テム図である。このシステム図において、粉体層高の目
標値と超音波距離測定機より検出された粉体層高の実測
値とを比較しその差を入力する。更に水分計８にて測定
した水分値も入力する。この二つの入力値にもとづきフ
ァジー推論を行ない、その結果を出力しその出力値にも
とづいてブローアー３よりの空気量を制御する。

【００２６】ここで図３、図４はファジー推論の条件
Ａ，条件Ｂのメンバーシップ関数で、夫々ラベルＮＬ，
ＮＭ，・・・・・ＰＬよりなる。つまりネガティブラー
ジ、・・・・・ポジティブラージを表わしている。又図
５は、出力のメンバーシップ関数である。ここでラベル
ＮＬは負で大、ＮＭは負で中くらい、ＮＳは負で小、Ｚ
Ｒは零、ＰＳは正で小、ＰＭは正で中くらい、ＰＬは正
で大を意味する。

【００２７】ここで測定値Ａ，Ｂを夫々入力すると例え
ば図３からＮＳが０．７、ＺＲが０．４又図４からＺＲ
が０．８、ＰＡが０．２である。以上の両条件（条件Ａ
及び条件Ｂ）のンメンバ−シップ関数への入力値に基づ
きル−ルから求められた結論のラベル及び適合度は夫々
次の表１、表２に示す通りである。

【００２８】

【表 １】

【００２９】

【表 ２】 このようにしてルールナンバ−１，２，３，４について
求め、結論のラベルＺＲ，ＮＭ，ＺＲ，ＰＳが夫々求め
られ更に夫々グレードが０．７，０．２，０．４，０．
２と求められる。これを図に示すと、夫々図６，図７，
図８，図９に示す通りでこれを一つの図に示したのが図
１０である。ここで重心を求めることにより非ファジー
化を行なえば出力が得られる。これがファジー推論部よ
りの出力となり、この出力値をもとに空気量のコントロ
ールが行なわれる。

【００３０】次に以上のファジー推論を用いての実際の
制御を行なった実験例１を示す。

【００３１】この実験例１にて用いられた夫々粉体層高
および水分値のメンバーシップ関数は図１１，図１２に
示すもので、粉体層高の目標値を１４０に選んでいる。
又出力のメンバ−シップ関数は図１３に示す通りであ
る。図１１に示すように粉体層高のメンバーシップ関数
は、目標値１４０付近での制御をよくするために目標値
付近での密度を大にしている。又ル−ルは、次の表３を
用いた。このル−ルは、水分値が小さいときは層高がい
かなる高さであっても出力を小さく抑え、高水分域では
層高の変動に伴った制御が可能なように設定した。この
ル−ル中水分値Ｗ＝１５％に相当する表の上段の横列の
水分値ラベルのＺＲ、ＰＳにおいて層高が低い（表中の
最も左の縦列の層高ラベルのＮＬ、ＮＨ）場合には出力
ラベルＰＳ、層高が目標値付近（ラベルＮＳ、ＺＲ、Ｐ
Ｓ）ではＺＲ、また、層高が目標値より高い（ラベルＰ
Ｍ、ＰＬ）ではＮＳ、とした。尚、ル−ルの表のうち、
最上段の横列は水分値、最も左側の縦列は層高である。

【００３２】

【表 ３】 上記のメンバーシップ関数、ル−ルによるファジー推論
を加えた制御での出力値は、図１４に示す通りである。
又図１５にはこの出力値にもとづく風速の変化を更に図
１６には、上記のように風速による制御を行なった場合
の粉体層高を示す。これからわかるように良好な制御が
行なわれる。

【００３３】次に他の実験例２を示す。前記の実験例１
では、層高を主体として制御したが、この実験例２で
は、水分値を主体として制御を行なった。図１７，図１
８は夫々粉体層高および水分値のメンバーシップ関数を
示す。ここでは、粉体層高は均等なメンバーシップ関数
で水分値は高水分においての制御をよりよくするために
密にしてある。この場合も目標値は１４０である。

【００３４】更に、ル−ル（水分値ラベル）として次の
表４に示すものが用いられるている。

【００３５】

【表 ４】 この水分値ラベルでは、水分値ＮＬ（０〜９％）では、
造粒がほとんど進行せず微粉末が多い状態であり、もし
この水分域で風量を急激に増加させた場合、バグフィル
タ−や造粒槽の壁面への付着量が極端に増加する。した
がってこの水分域では粉体粒子の付着量を最低限に押え
る必要がある。そのため、層高がいかなる値であっても
出力は小さくしなければならず、総ての層高ラベルに対
して出力の最も小さいラベルＮＬを当てた。

【００３６】水分値が５〜１２％の領域では、造粒がや
や進行するので、ラベルＮＬを設定した。

【００３７】更に、水分値が９〜１４％及び１２〜１６
％の領域では、未造粒物がなくなるとともに層高は、操
作水分値によって影響を受け変動するため、粉体層高が
低い場合には、出力を上げ、逆に粉体層高が高い場合に
は、出力を小さく出来る様に、多種類のラベル用いた。

【００３８】水分値が１４〜１８％、１６〜１９％、１
８〜２０％の各領域では、水分値が高くなるに従って同
一層高の出力ラベルを全域にわたって比例的に大きくな
るようにラベルを設定した。

【００３９】最後に、特に高い水分域においては、粉体
層のブロッキングを防止するために、水分ラベルがＰＭ
では層高ラベルＮＬの場合、又水分ラベルＰＬでは層高
ラベルＮＭ、ＮＬの場合に出力を最大のラベルＰＬに設
定した。

【００４０】実験結果は、図１９，図２０，図２１に示
す通りであって、夫々出力値、風速、粉体層高である。
図からわかるように粉体層高は、ほぼ目標値の１４０ｍ
ｍで変動も少ない。

【００４１】以上のように、実験例１、２とも、良好な
制御がなされているが、実験例２のほうが一層望ましい
制御を行ない得ることがわかる。つまり、水分値を主体
にした制御がより効果的であることがわかる。尚、上記
実験は、いずれも原料として乳糖０．２１ｋｇ、コンス
タ−チ０．０９ｋｇ、タルク０．００２ｋｇ、ヒドロキ
シプルピルセルロ−ス（粉末バインダ−として）０．０
１５ｋｇを混合したもので、バインダ−液としては、精
製水を用いている。

【００４２】以上説明したように、ファジ−推論を加味
した制御を行なうことにより又層高および水分値のメン
バ−シップ関数等の適切な選択により、造粒等の良好な
運転が可能となる。

【００４３】前記実施例においては、層高センサ−とし
て超音波距離測定機もちいているが、勿論レザ−発振器
と検出器とよりなる測定機を用いての層高測定も可能で
ある。しかし良好な層高制御のためには、多数のレ−ザ
−発振器を使用する必要がある。

【００４４】又超音波の代わりに音波を用いての検出も
可能である。この場合は、流動化粉体層の上下方向の変
化をドップラ−効果により求める方法が考えられる。し
たがって、層高の変化を検出しそれに基づいて層高を求
めることが出来る。この方法によれば、まず層高の変化
が検出されるので、流動層の動き（変化）を直接見るこ
とになり好ましい。

【００４５】又実施例では、造粒についてのみ説明した
が、本発明の方法は、乾燥に対してもそのまま適用でき
る。更に、装置にコ−ティング用のスプレ−を設置する
ことによるコ−ティング時の層高の制御も可能である。
ただ、コ−ティングの場合は、水分測定は、バインダ−
液ではなくコ−ティング液であり、又、コ−ティング
は、コ−ティング液乾燥して層をなすので、液量の測定
は常に表面上の部分のみの測定となる。従って制御用い
られるのは液量の積算値になる。

【００４６】

【発明の効果】本発明の流動層又は転動流動層造粒装置
における運転制御方法は、水分値を加えての層高制御を
行なうもので、常に望ましい層高を保ちながらの適切な
運転が可能であり、したがって良好な流動状態での造粒
等の運転が可能である。特にファジ−制御を行なうこと
により一層好ましい運転が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の方法を実施する装置の構成を示す
図

【図２】 本発明の制御方法を示す図

【図３】 条件Ａのメンバーシップ関数の一例を示す
図

【図４】 条件Ｂのメンバーシップ関数の一例を示す
図

【図５】 出力のメンバーシップ関数の一例を示す図

【図６】 ルールナンバー１の結論を示す図

【図７】 ルールナンバー２の結論を示す図

【図８】 ルールナンバー３の結論を示す図

【図９】 ルールナンバー４の結論を示す図

【図１０】 非ファジー化を示す図

【図１１】 実施例１の層高のメンバーシップ関数を示
す図

【図１２】 実施例１の水分値のメンバーシップ関数を
示す図

【図１３】 実施例１の出力のメンバーシップ関数を示
す図

【図１４】 実施例１の出力値のグラフ

【図１５】 実施例１の風速の変化を示すグラフ

【図１６】 実施例１の粉体層高の変化を示すグラフ

【図１７】 実施例２の層高のメンバーシップ関数を示
す図

【図１８】 実施例２の水分値のメンバーシップ関数を
示す図

【図１９】 実施例２の出力値のグラフ

【図２０】 実施例２の風速の変化を示すグラフ

【図２１】 実施例２の粉体層高の変化を示すグラフ

【図２２】 従来の造粒装置の構成を示す図

【図２３】 水分値と平均粒径の関数を示す図

【符号の説明】

１ 造粒槽 ２ 金網又は回転板 ３ ブロアー ６ スプレー ９ 赤外線式水分計 １０ 超音波距離測定機

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金網又は、回転板と、その下部に配置
   されたエアー供給用パイプと、液供給用スプレーと、水
   分計と、粉体層高測定用の層高センサ−とよりなる流動
   層又は転動流動層造粒装置において、前記層高センサ−
   による粉体層高の測定値と、前記水分計よりの水分値と
   にもとづいて、前記エアー供給用パイプよりのエアーの
   供給量を制御して粉体層高を所望の値に保持しての造粒
   運転を行なうようにした運転制御方法。
2. 【請求項２】 前記粉体層高の測定値と目標値との差
   と、前記水分値とにもとづきファジー推論により得られ
   た出力値によりエアーの供給量を制御するようにした請
   求項１の運転制御方法。