(57)【要約】【課題】吸水性媒体粒子を用いて、低温・高速で乾燥可能な乾燥方法および流動層乾燥装置を提供する。【解決手段】吸水性を有する媒体粒子が流動化した流動層内に、水分を有する被乾燥材料を固定化せずに浸漬させ、乾燥初期の媒体粒子による吸水効果の相乗効果によって、被乾燥材料を低温、高速で乾燥させる乾燥方法に関する。また、吸水性を有する媒体粒子が流動化した流動層、上部が開口した流動層容器および気体流入口を有し、水分を有する被乾燥材料を流動層内に固定化せずに浸漬させ、該媒体粒子による水分の吸水によって、被乾燥材料を乾燥させる乾燥装置に関する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸水性を有する媒体粒子が流動化した流動層内に、水分を有する被乾燥材料を固定化せずに浸漬させ、該媒体粒子による水分の吸収によって、被乾燥材料を乾燥させる乾燥方法。
【請求項２】
吸水性を有する媒体粒子が流動化した流動層、上部が開口した流動層容器および気体流入口を有し、水分を有する被乾燥材料を流動層内に固定化せずに浸漬させ、該媒体粒子による水分の吸収によって、被乾燥材料を乾燥させる乾燥装置。
【請求項３】
さらに、被乾燥材料導入口および媒体粒子導入口を有する請求項２記載の乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、媒体粒子が流動化した流動層内に、被乾燥材料を投入して乾燥させる流動層を用いた乾燥方法および乾燥装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、媒体粒子として吸水性粒子を用い、水分を含有する被乾燥材料を流動層内に固定化せずに浸漬させ、該媒体粒子による水分の吸水によって、被乾燥材料を乾燥させる乾燥方法および乾燥装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水分などを含む材料の乾燥方法には、真空乾燥、加熱乾燥など様々な方法があるが、とくに、被乾燥材料自体を流動化させて乾燥する流動層乾燥は、乾燥速度が非常に高いという優れた特徴を有している。また、被乾燥材料が比較的大きい場合や、付着性の強い小さい粒子のような場合など、被乾燥材料自体を流動化させることが困難な際には、流動化が可能な媒体粒子を流動化させた流動層内で、被乾燥材料を乾燥させる方法も用いられている。この方法でも高速度乾燥が可能となるため、合成樹脂、農作物などの食品、医薬品、機械部品、精密部品などの乾燥に広く利用されている。
【０００３】
従来、媒体粒子としては、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂、ケイ砂など、様々な材質からなる粒子が用いられてきたが、特許文献１には、深い袋穴や複雑な形状を有する機械部品、精密部品などの乾燥時間を短縮することを目的として、素焼き土器を粉砕した粒、ゼオライトの粒、多孔質の川砂などの吸水性を有する粉粒体を媒体粒子として用いる技術が開示されている。しかし、特許文献１において、被乾燥材料は、ハンガー、フックなどの吊下げ治具に吊持された状態で吸水性を有する粉粒体を流動化させた流動層内に浸漬され、乾燥されているため、被乾燥材料内部の温度と流動層温度とが等しくなるまでに時間がかかり、被乾燥材料の大きさや乾燥時間に限界があった。被乾燥材料を固定化した場合に、固定化しない場合に比べて乾燥時間が長くなる理由としては、被乾燥材料表面が均一に加熱されにくいこと、被乾燥材料中の水分を吸水した粒子が流動層内に分散しにくいこと、被乾燥材料が回転運動しないため、材料内の水分の移動が促進されにくいことなどがあげられる。また、乾燥時間を短縮するために加熱温度を上げると、被乾燥材料の変性、損傷が発生するという問題が生じるものであった。したがって、被乾燥材料を、品質を保持しながら、低温下、高速で乾燥させる流動層を用いた乾燥方法の確立が求められていた。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２４３２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、被乾燥材料を、品質を保持しながら、低温下、高速で乾燥させることが可能な流動層を用いた乾燥方法および乾燥装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、吸水性を有する媒体粒子が流動化した流動層内に、水分を有する被乾燥材料を固定化せずに浸漬させ、該媒体粒子による水分の吸収によって、被乾燥材料を乾燥させる乾燥方法に関する。
【０００７】
また、本発明は、吸水性を有する媒体粒子が流動化した流動層、上部が開口した流動層容器および気体流入口を有し、水分を有する被乾燥材料を流動層内に固定化せずに浸漬させ、該媒体粒子による水分の吸収によって、被乾燥材料を乾燥させる乾燥装置に関する。
【０００８】
前記乾燥装置が、被乾燥材料導入口および媒体粒子導入口を有することが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、被乾燥材料を、低温下、高速で乾燥させることができるため、被乾燥材料の乾燥時の品質の低下を抑制することができる。また、本発明によれば、被乾燥材料を低温かつ高速で乾燥することが可能であることから、乾燥にかかるエネルギーの低減を実現することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、吸水性を有する媒体粒子が流動化した流動層内に、水分を有する被乾燥材料を固定化せずに浸漬させ、乾燥初期の媒体粒子による吸水効果の相乗効果によって、被乾燥材料を低温、高速で乾燥させる乾燥方法に関する。
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態を示した図１を用いて、本発明の流動層を用いた乾燥方法および流動層を用いた乾燥装置について説明する。
【００１２】
図１中、１は流動層容器、２は気体導入口、３は流動層、４は分散板、５はヒーター、６はバルブ、７は流量計、８は被乾燥材料を示す。
【００１３】
媒体粒子としては、吸水性を有し、気体により流動化して流動層３を形成することの可能な粒子であれば、とくに限定されず、シリカゲル、活性アルミナ、ゼオライトなどを用いることができる。とくに、シリカゲルなどの低密度粒子が、衝突による被乾燥材料８の損傷を防ぐことができる点で好ましい。
【００１４】
媒体粒子の粒径は、好ましくは３０〜１０００μｍ、より好ましくは５０〜８００μｍ、さらに好ましくは１００〜５００μｍである。３０μｍ未満では媒体粒子どうしの付着によって流動化そのものが困難となったり、流動層３からの媒体粒子の飛び出しが起こりやすくなる。また、１０００μｍをこえると流動化に高いガス速度が必要となり、被乾燥材料の破壊が起こりやすくなる傾向にある。また、媒体粒子の密度は低い方が好ましく、３０００ｋｇ／ｍ3をこえると媒体粒子の衝突による被乾燥材料の破壊が起こりやすくなる。
【００１５】
媒体粒子を流動化させる気体は、気体導入口２から流動層容器１内に流入し、流動層容器１上部の開口部から系外に流出する。気体としては、窒素ガス、空気などを用いることができる。経費の点からは空気が好ましく、酸化（劣化）防止の点からは窒素ガスを用いることが好ましい。気体の導入速度は、媒体粒子を流動化させる速度であればよく、媒体粒子の種類、粒径、密度などにより適宜、バルブ６および流量計７などを用いて調整される。本発明においては、通常、好ましくは媒体粒子からなる層の最小流動化速度の１〜５倍程度、より好ましくは２〜３倍程度の流速で、気体を流動層容器１内に流入させる。
【００１６】
流動層３を含有する流動層容器１を形成する材料は、とくに限定されず、パイレックス（登録商標）ガラス、金属などが用いられる。流動層容器１の大きさは、被乾燥材料８の大きさなどにより適宜決定されるが、流動層容器１内に充填した媒体粒子からなる層の高さは、被乾燥材料８の高さの２倍以上で、かつ流動層容器１の高さの７０％未満となることが好ましく、被乾燥材料８の高さの５倍以上で、かつ流動層容器１の高さの５０％未満となることがより好ましい。充填した媒体粒子からなる層の高さが被乾燥材料８の高さの２倍未満では、被乾燥材料８が媒体粒子と良好に接触しないために乾燥時間が長くなる。また、媒体粒子からなる層の高さが流動層容器１の高さの９０％をこえると、媒体粒子が流動層容器１から飛び出してしまう。
【００１７】
流動層容器１の下部に配置される分散板４としては、気体を通し、媒体粒子を通過させないものであればとくに限定されず、ガラスフィルター、金属またはセラミック製焼結板、金網などが用いられる。
【００１８】
本発明の流動層を用いた乾燥方法および乾燥装置で乾燥することの可能な被乾燥材料８は、材料、形状ともにとくに限定されるものではなく、それ自体で流動化する物質であってもよく、流動化が困難または不可能な物質であってもよい。本発明において、水分を有する被乾燥材料８の乾燥は、被乾燥材料８を流動層３内に固定化せずに浸漬させ、媒体粒子に水分を吸水させることによって行なわれる。本発明では、乾燥初期の媒体粒子による吸水効果の相乗効果によって、被乾燥材料８を低温、高速で乾燥させることが可能となる。また、本発明では、被乾燥材料８を流動層３中に固定化しないため、被乾燥材料８内部の温度と流動層３の温度とが等しくなるまでの時間が短く、乾燥時間が短縮される。
【００１９】
乾燥は、流動層３の温度を好ましくは３０℃（外気温度）〜２００℃、より好ましくは３５〜１５０℃、さらに好ましくは４０〜８０℃として行なわれる。３０℃（外気温度）未満では流入させる気体温度を設定するのに冷却が必要となるなど温度制御が困難となり、２００℃をこえると装置や被乾燥材料８、媒体粒子について、使用可能な材料が大幅に限定されるようになる。流動層３の温度は、ヒーター５を用いて前記範囲に設定することができる。また、気体導入口２から導入する気体の温度を、あらかじめ前記温度に調整しておくことも可能である。
【００２０】
また、本発明では、乾燥装置を多段式として、連続方式で乾燥を行なうこともできる。とくに、被乾燥材料を連続的に投入する際には、乾燥の進行の異なる材料どうしが混合し、乾燥むらが発生する傾向にあるため、含水率を精密に制御する場合には、装置を多段式とし、連続的に材料の導入、回収をすることが好ましい。
【００２１】
本発明において、被乾燥材料８および媒体粒子の流動層容器１への投入順序および投入方法は、とくに限定されない。したがって、たとえば、バッチ方式の場合には、流動層容器１上部の開口部から被乾燥材料８および媒体粒子を投入することができ、連続方式の場合には、流動層容器１に被乾燥材料導入口および媒体粒子導入口を設けて、通常の多段連続流動層乾燥装置に準じた方法で投入することができる。
【００２２】
媒体粒子は、たとえば、流動層容器１下部に排出部を設けて、被乾燥材料８を分離したのちに、流出させて回収することができる。また、被乾燥材料８が媒体粒子より小さい場合には、媒体粒子の終末速度より低く、被乾燥材料８の終末速度より高い速度で気体を流動層３内に流入させることにより、被乾燥材料８のみを流動層３上方より流出させて回収し、媒体粒子と被乾燥材料８とを分離することができる。一方、媒体粒子より被乾燥材料８が大きい場合には、篩い分けなどによって、被乾燥材料８と媒体粒子とを分離することができる。なお、これらの点より、媒体粒子と被乾燥材料８との大きさの差は、ある程度大きいことが好ましい。
【００２３】
本発明の流動層乾燥方法および流動層乾燥装置は、高含水率の材料、表面の水分濃度が高い材料、熱に弱い材料、形状や性状が不均一な材料などを多量に乾燥したい場合に適しており、たとえば、食品や農作物、医薬品などの乾燥に利用される。
【実施例】
【００２４】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２５】
実施例１
上部が開口したパイレックス（登録商標）ガラス製の流動層容器（高さ５００ｍｍ、内径６５ｍｍ）内に、ガラスフィルターを分散板として配置し、分散板上にシリカゲル粒子（３Ａ、富士シリシア化学（株）製、粒径１１５μｍ、密度７２０ｋｇ／ｍ3）を２００ｍｍの高さになるように充填した。流動層容器はヒーター（４ｋＷ  リボンヒーター）で覆い、流動層容器の下部から窒素ガスを０．０１５ｍ／ｓの流速で流動層容器内に流入させ、シリカゲル粒子を４０℃で流動化させて流動層を形成した。窒素ガスの流入速度は、バルブ付き流量計（ＲＫ１２００、コフロック（株）製）により調節した。流動層内に、水分を含む約６ｇのＢ２レンガ球（イソライト工業（株）製、直径２０ｍｍ、熱伝導度０．５５Ｗ／ｍ・Ｋ、見かけ密度６７９．７ｋｇ／ｍ3、平均細孔径１．８３７μｍ、乾燥時の重量３ｇ）を浸漬させ、４０℃で乾燥させた。図２に、レンガ球の中心温度の経時変化を示す。レンガ球の中心温度が急激に上昇し、乾燥温度と一致するまでの時間を乾燥終了時間とする（このときのレンガ球の含水率はほぼ０％）。この場合、乾燥終了時間は約５０分であった。
【００２６】
比較例１
媒体粒子としてガラスビーズ（粒径１１５μｍ、密度２５００ｋｇ／ｍ3）を用いた以外は、実施例１と同様にして、レンガ球の乾燥を行なった。図２に、レンガ球の中心温度の経時変化を、実施例１の結果とともに示す。この場合、乾燥終了時間は約１９５分であり、実施例１のシリカゲル粒子に比べて乾燥時間がかなり長くなった。
【００２７】
比較例２
レンガ球を金属製フックを用いて流動層容器内に固定化する以外は、実施例１と同様にしてレンガ球の乾燥を行なった。図３に、レンガ球の中心温度の経時変化を、実施例１の結果とともに示す。この場合、乾燥終了時間は約５８分であり、実施例１の結果と比べて乾燥時間が長くなった。
【００２８】
実施例２
乾燥温度を１２０℃とした以外は、実施例１と同様にして、レンガ球の乾燥を行なった。図４に、レンガ球の中心温度の経時変化を示す。この場合、乾燥終了時間は約１０分であった。
【００２９】
比較例３
媒体粒子としてガラスビーズ（粒径１１５μｍ、密度２５００ｋｇ／ｍ3）を用いた以外は、実施例２と同様にして、レンガ球の乾燥を行なった。図４に、レンガ球の中心温度の経時変化を示す。この場合、乾燥終了時間は約１４分であり、実施例２の結果と比べて乾燥時間が長くなった。
【００３０】
比較例４
レンガ球を金属製フックを用いて流動層容器内に固定化する以外は、実施例２と同様にしてレンガ球の乾燥を行なった。図４に、レンガ球の中心温度の経時変化を示す。この場合、乾燥終了時間は約１１分であり、実施例２の結果と比べて乾燥時間が長くなった。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の流動層乾燥装置の一実施の形態を示した図である。
【図２】乾燥時の被乾燥材料の中心温度の経時変化を示した図である。
【図３】乾燥時の被乾燥材料の中心温度の経時変化を示した図である。
【図４】乾燥時の被乾燥材料の中心温度の経時変化を示した図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  流動層容器
２  気体導入口
３  流動層
４  分散板
５  ヒーター
６  バルブ
７  流量計
８  被乾燥材料
【図１】
2005241111.tif 000002
【図２】
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【図３】
2005241111.tif 000004
【図４】
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