均一な気孔率を持つ、粉塵のない安定した造粒物。このようにして準備された造粒物は、容易に液体に浸され、沈降し、急速に溶解します。
amixon®連続造粒用実験用ミキサー
amixon®リング層混合造粒機における粉体の凝集
凝集は、例えばパン作りでも観察できる自然なプロセスです。小麦粉をかき混ぜ、絶え間なく水を注ぐと、小麦粉は最初は埃のない状態になります。埃の粒子が結合します。最終的に不規則な凝集体が形成されます。水の供給が続くと、凝集体は塊になり、最終的に生地が形成されます。
道具を使わずに凝集/造粒を再現することもできます。まず、粉っぽい作業を行い、その後、手のひらを勢いよくこすり合わせます。こうして生じた小さなパン粉は、構造凝集の結果です。微粒子が圧縮され、丸まります。水分が存在すると、乾燥状態よりも速くこの現象が起こります。粒子は、接触点でいわゆる液体ブリッジを形成します。短いブリッジは粒子を非常に強固に結合させることができます。理想的には、丸い凝集体が形成されます。
乾燥凝集：掃除機のフィルターを空にすると、多くの微粒子が集まっていることに気づきます。その多くは、掃除機のフィルターのメッシュサイズよりも小さいものです。最も微細な粒子がフィルターを通過できない理由は、粒子間の接着力です。これらの静電気力やファンデルワールス力は、粒子が微細になるほど効果が高くなります。これらの力は、粒子に作用する重力の何桁も大きなものです。粒子は空気中に非常に長い時間浮遊し続けることができます。
集められたフィルターダストは、必ずしも廃棄物である必要はありません。例えば、熱分解によって得られた場合、そのような濾液はリサイクル可能な材料にもなり得ます。これは、酸素が存在しない状態で炭素系物質が高熱により煤に変化する場合です。工業的に生産されるすすはナノ粒子で構成されています。 コピー機、印刷、塗装業界では黒色顔料として使用され、ゴム加工では安定剤としても使用されています。 例えば、車のタイヤはすすを添加しなければすぐに劣化してしまいます。
凝集は、粒子の集合体が放出される際には、程度の差こそあれ常に起こります。その材料組成にもよりますが、混合時に粉末を適切なバインダー液で湿らせると、粒状化が顕著に起こります。粒度分布の広い粉体は、単分散の粉体よりも凝集しやすい。この場合、上流の粉砕工程が凝集を促進する可能性がある。「粒子の集積」を開始させるには、関連する粒子を特に集中的に混合し、こすり合わせる必要がある場合もある。このような混合工程には、高速のツールの動きと、より高いエネルギーの投入が必要である。
混合凝集により、バルク材料は粉塵がなくなり、圧縮や丸めにより輸送や充填が容易になります。粉塵は体積が減少します。分離しやすい不均質な材料組成は固定できます。
スプレーと流動層プロセスで凝集した粉末は、リング層混合造粒機で凝集したものとはどのように異なるのでしょうか？
amixon®からの回答：どちらのプロセスも粉塵を結合するのに適しています。混合造粒機で凝集したものは、通常、より高い圧縮性と低い多孔性があります。流動層凝集でできた多孔性の凝集物とは大きく異なります。比較的高価な流動層プロセスは、粉末が液体に素早く沈み、素早く分散し、ダマのない状態で湿潤化できる場合に、よく使用されます。流動層造粒は、粉末のいわゆる即時特性を向上させます。
多くのバルク製品では、よりコスト効率の高い造粒プロセスが求められています。その一つが連続リング層造粒法です。しかし、経済的な造粒プロセスを開発することは、簡単なことではありません。すべての粉末が安定した凝集体を形成するのに適しているわけではありません。添加物が最終製品の化学組成に影響を与えないようにしなければならないため、適切な結合液の選択も容易ではありません。最も単純なケースでは、結合剤として水が使用されます。糖蜜などの接着物質を添加することもあります。液体の添加は最小限に抑えるべきです。これは、いくつかの例外を除いて、凝集後に熱風乾燥工程が行われるためです。液体バインダーを添加せずにリング層混合造粒機で凝集できる粉末は、ごく一部に限られます。原則として、旋回、圧縮、せん断により、粉体を激しく撹拌する必要があります。実際には、この工程は連続的に行われることが多くあります。ここに示したamixon®ミキサーは、非常に均一な凝集体を形成することができます。
このamixon®リングレイヤーマイクサー/凝集体製造機の開発は、工業的に生産されたカーボンブラックの凝集体製造を目的として、約30年前に開始されました。
リング層ミキサーにおける凝集
お客様からの質問：私たちの目標は、規定の粒度分布を持つ凝集体を製造することです。粉末混合物を均一かつ効果的に造粒できる装置に必要な技術的要件は何でしょうか？
amixon®からの回答：「成功の窓」が非常に狭く、見つけにくいことがあります。特に、液体バインダーの使用をできるだけ少なくしたい場合です。多くの経験と試行が役立ちます。当社の見解では、造粒プラントにはいくつかの特性が必要です。
- 回転軸には、特に多くの混合ツールが装備されている。
- ツールと壁の間の距離は規定されているべきである。
- さらに、計量システムにはプロセスに関連した要件がある。造粒機内の滞留時間が短いことを考慮すると、粉体計量システムおよび液体計量システムは「短期的な精度」が非常に高いものでなければならない。
1) 粉体の湿潤 2) 液架橋 3) 凝集体の核形成 4) 湿った凝集体 5) 高速で回転する多くのピンツールを備えた混合シャフト（水平に設置）。混合室からのピンの距離はどこも同じである。
お客様からの質問：粉体供給装置の制御動作と液体供給装置の制御動作は、非常に狭い範囲内で実施しなければならないということですか？
amixon®からの回答：はい、その通りです。ピン混合機構が特に高速で回転すると、連続的に追加される混合材料も高速で移動し、円周全体に均一に分布します。材料は回転、転がり、混合、加速、圧縮されます。 10～25 m/sを超える高い周速により、遠心加速度は重力加速度の何百倍にもなります。 粉体リング層の圧力は、周速の2乗に比例して増加します。多数のピンにより、環状層内でせん断、圧縮、衝撃が生じます。 液体添加剤が存在すれば、結合剤として作用し、丸く安定した顆粒を形成することができます。 ピンが高速で回転し、液体材料の添加量が少ないほど、顆粒は小さく高密度になります。
粉末と液体の計量は、いずれも極めて正確に行う必要があります。高品質の凝集塊は、バルク材料が完全に均一に湿潤された場合にのみ形成されます。AZO社の重量式フィーダーの例を以下に示します（クリーニングモードで分解）。
垂直amixon®連続ミキサー。
お客様からの質問：水平に設置された混合シャフトを持つリングレイヤー混合造粒機は、amixon®製品群の中で例外であるように思われます。他のすべてのamixon®混合機は、垂直に設置された混合ツールを備えています。これは偶然でしょうか？
amixon®からの回答：その理由は歴史的なものです。当社は約25年前にRMGリングレイヤー混合造粒機を開発しました。当時、当社は生産をこの洗練された機械設計に特化し、世界中のカーボンブラック工場に供給していました。バルク材料を高い水準で造粒する他の産業にも、後にリングレイヤー混合造粒機が供給されました。洗剤用界面活性剤、顔料、泥炭、肥料、鋳物用コーティング剤、ベーキングエージェント、インスタント飲料、ポテトパウダー、酵素、医薬品、錠剤、農薬など、その他にも多くの産業にリングレイヤーミキサーが供給されています。その中には有毒物質も含まれています。
連続容器フロー
この縦型連続ミキサーは5種類の成分を混合します。同じミキサーはバッチ処理にも使用できます。
リング層混合造粒システムは非常に高度で、何度も試行とテストが行われてきました。しかし、amixon®は現在、さらなる開発は行っていません。連続混合作業には、垂直に設置された混合シャフトを備えたamixon®混合システムAMKをお勧めします。
パイロットプラントでのテストは不可欠です。amixon®リングレイヤー混合造粒機で良好な造粒プロセスを実現するには、多くのパラメータが互いに調和しなければなりません。
これには以下が含まれます。
- 適切な混合ツールの選択、
- 適切な速度、
- 液体添加物の量と種類
- など、その他多数
試行を行わなければ、凝集の効率や品質について、何らかの結論を導くことはほぼ不可能です。amixon®テクニカルセンターでは、小型および大型のテスト用機械、液体成分用の計量および湿潤システムをご利用いただけます。
ご来訪の際には、ぜひ貴社の混合物を当社にお持ち込みください。有意義な試行を行うには、少なくとも500リットルの原料をご用意いただくことをお勧めします。
amixon®パイロットプラントのRMG 10。
栄養食品用amixon®連続ミキサー。
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