(57)【要約】      （修正有）【課題】回分通気式の乾燥装置を用いて湿潤粉体を乾燥する際に、適切な乾燥終了時間を簡便な方法で決定できる方法を提供する。【解決手段】回分通気式の乾燥装置を用いて粉体を乾燥する場合に、粉体の乾燥終了時間を決定する方法であって、以下の式で示すｆの値が所定の値以下となったときを前記乾燥終了時間とする。下式において、ΔＨVAPは、粉体に含まれる液体の蒸発潜熱（単位：ｋＪ／ｋｇ）であり、ＦVAPは、粉体に含まれる液体の蒸発速度（単位：ｋｇ／ｈ）であり、Ｗは、粉体の乾燥重量（単位：ｋｇ）であり、ＣｐSは、粉体の乾燥状態における比熱（単位：ｋＪ／ｋｇ／℃）であり、ｄＴm／ｄｔ（単位：℃／ｈ）は乾燥装置の粉体温度（Ｔm）（単位：℃）の変化である。2013185742.tif 000007【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
回分通気式の乾燥装置を用いて粉体を乾燥する場合において、粉体の乾燥終了時間を決定する方法であって、
以下の式（１）で示すｆの値が所定の値以下となったときを前記乾燥終了時間とする方法。
【数１】
2013185742.tif 000006
（式（１）において、
ΔＨVAPは、粉体に含まれる液体の蒸発潜熱（単位：ｋＪ／ｋｇ）であり、
ＦVAPは、粉体に含まれる液体の蒸発速度（単位：ｋｇ／ｈ）であり、
Ｗは、粉体の乾燥重量（単位：ｋｇ）であり、
ＣｐSは、粉体の乾燥状態における比熱（単位：ｋＪ／ｋｇ／℃）であり、
ｄＴm／ｄｔ（単位：℃／ｈ）は乾燥装置の粉体温度（Ｔm）（単位：℃）の変化である。）
【請求項２】
前記所定の値は４である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記乾燥装置は回転ドラム型である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法を用いて決定された乾燥終了時間で乾燥を終了する、回分通気式の乾燥装置を用いた粉体の乾燥方法。
【請求項５】
請求項４に記載の乾燥方法を用いた乾燥工程を含む、乾燥粉体の製造方法。
【請求項６】
前記粉体は、塩化水素を酸素で酸化する工程を含む塩素の製造方法に用いられる触媒である、請求項１または２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉体の乾燥終了時間を決定する方法、それを用いた粉体の乾燥方法、および、乾燥粉体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
担持酸化ルテニウム（酸化ルテニウムが担持された担体）は、塩化水素を酸素で酸化して塩素を製造する方法に用いられる触媒（塩酸酸化触媒）として有用であることが知られている。担持酸化ルテニウムの製造方法としては、例えば、特許文献１（特開平９−６７１０３号公報）に、酸化チタン（チタニア）等からなる担体に、ルテニウム化合物の溶液を付着または含浸させた後に乾燥し、得られたルテニウム化合物担持担体を焼成することによりルテニウム化合物を酸化して担持酸化ルテニウムを得る方法が開示されている。
【０００３】
このような担持触媒の製造方法に限らず、種々の粉体を原料とする製品の製造工程において、湿潤粉体を乾燥させる乾燥工程が実施される。かかる乾燥工程では、例えば、粉体が収容された容器内に適当な温度のガスを適当な送風量で送り込むことにより湿潤粉体を乾燥させる回分通気式の乾燥装置が用いられる。
【０００４】
一般に、乾燥工程では、材料余熱期間、恒率乾燥期間および減率乾燥期間の３期間が存在する。材料余熱期間後の恒率乾燥期間中は、材料温度はほぼ一定で、材料への流入熱量はすべて水分蒸発に費やされる。減率乾燥期間に入ると、材料温度は上昇し、材料内部に温度分布を生じる。また、恒率乾燥期間中では乾燥の条件が一定であれば、乾燥速度は一定のまま持続する。減率乾燥期間では、乾燥の条件を一定に保っていても乾燥の進行とともに乾燥速度が減少する（非特許文献１（社団法人化学工学会、「化学工学便覧」、第５版、丸善株式会社、１９８８年３月１８日、ｐ．６５５−６９２）参照）。このため、乾燥工程は、平衡含水率になるまで乾燥させる必要のない場合において、恒率乾燥の終了時点で終了することが消費エネルギーの観点から最も効率的である。また、恒率乾燥の終了時点で乾燥を終了することにより、温度上昇による粉体材料への悪影響なども抑制できると考えられる。したがって、種々の乾燥工程において恒率乾燥の終了時点を知ることは重要である。
【０００５】
恒率乾燥の終了時点を正確に知るためには、乾燥を一旦中断して、または乾燥を継続しながら粉体を乾燥装置から取り出し、粉体の乾燥度合い（含水率など）を調べるというモニタリングを行う必要がある。
【０００６】
また、出口ガス中の蒸発成分の濃度をモニタリングし、乾燥の終了時点を決定する方法も考えられるが、入口ガスの湿度などの組成が変わった場合において、実際に粉体から蒸発した成分量と出口ガス中に含まれる量とが異なってくるため、粉体からの蒸発成分の量を正確にモニタリングすることができない。
【０００７】
また、粉体温度または出口ガスの温度を単純にモニタリングする方法だけでは、蒸発させる液体の種類によって粉体温度または出口ガスの温度上昇の程度が異なるため、粉体材料に含まれる液体の種類が変わった場合に対応できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−６７１０３号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】社団法人化学工学会、「化学工学便覧」、第５版、丸善株式会社、１９８８年３月１８日、ｐ．６５５−６９２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、回分通気式の乾燥装置を用いて湿潤粉体を乾燥する際に、適切な乾燥終了時間を簡便な方法で決定できる方法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】
【００１１】
本発明は、回分通気式の乾燥装置を用いて粉体を乾燥する場合において、粉体の乾燥終了時間を決定する方法であって、
以下の式（１）で示すｆの値が所定の値以下となったときを前記乾燥終了時間とする方法である。
【００１２】
【数１】
2013185742.tif 000002
【００１３】
上記式（１）において、
ΔＨVAPは、粉体に含まれる液体の蒸発潜熱（単位：ｋＪ／ｋｇ）であり、
ＦVAPは、粉体に含まれる液体の蒸発速度（単位：ｋｇ／ｈ）であり、
Ｗは、粉体の乾燥重量（単位：ｋｇ）であり、
ＣｐSは、粉体の乾燥状態における比熱（単位：ｋＪ／ｋｇ／℃）であり、
ｄＴm／ｄｔ（単位：℃／ｈ）は乾燥装置の粉体温度（Ｔm）（単位：℃）の変化である。
【００１４】
上記式（１）の粉体温度（Ｔm）について、回転式乾燥機などで粉体温度Ｔmを測定することが困難な場合には、恒率乾燥終了時にＴmと同じような温度変化を示す乾燥装置の出口における排出ガスの温度(出口ガス温度：Ｔg）で代用することも可能である。
【００１５】
前記所定の値は４であることが好ましい。また、前記乾燥装置は回転ドラム型であることが好ましい。また、前記粉体は、塩化水素を酸素で酸化する工程を含む塩素の製造方法に用いられる触媒であることが好ましい。
【００１６】
また、本発明は、上記の方法を用いて決定された乾燥終了時間で乾燥を終了する、回分通気式の乾燥装置を用いた粉体の乾燥方法にも関する。
【００１７】
また、本発明は、上記の乾燥方法を用いた乾燥工程を含む、乾燥粉体の製造方法にも関する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、回分通気式の乾燥装置を用いて湿潤粉体を乾燥する際に、適切な乾燥終了時間を簡便な方法で決定できる。また、本発明の方法で決定された適切な乾燥終了時間で乾燥を終了させることにより、粉体の乾燥を効率的に行うことができ、熱による粉体材料への悪影響なども抑制できる。
【００１９】
さらに、乾燥工程で蒸発させる液体の種類や、乾燥装置の入口におけるガスの湿度や温度などの組成によらず、適切な乾燥終了時間を決定することができる。また、乾燥時に化学反応や物理吸着が生じた場合でも、適切な乾燥終了時間を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】回分通気式乾燥装置の一例を示す概略図である。
【図２】表１の結果をプロットしたグラフである。
【図３】表２の結果をプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、回分通気式の乾燥装置を用いて粉体を乾燥する場合において、粉体の乾燥終了時間を決定する方法に関する。以下、図１に示す回分通気式乾燥装置の一例を参照して、本発明について説明する。
【００２２】
図１に示される回分通気式乾燥装置１は、円筒容器１０を水平方向の中心軸を回転軸として回転させる回転ドラム型の乾燥装置である。この円筒容器１０の内部に乾燥の対象となる粉体１１が収容され、円筒容器１０が回転することにより粉体１１を混合することができる。円筒容器１０の外部には、円筒容器内を加熱するための加熱装置２が設けられており、電気ヒーター２１に通電することで加熱が行われる。
【００２３】
回分通気式乾燥装置１（円筒容器１０）には、入口１０ａおよび出口１０ｂの２つの開口部が設けられており、入口１０ａから円筒容器１０の内部に向けてガスが吹き込まれる。吹き込まれたガスは粉体に含まれていた液が気化したガスと共に出口１０ｂから排出される。なお、入口１０ａには温度計３ａが設置され、円筒容器１０内の粉体１１付近には温度計３ｂが設置されている。
【００２４】
乾燥を行う際は、通常、粉体１１は円筒容器１０の回転により混合されている状態にある。このように、乾燥ムラを少なくし、均一に乾燥させるために、乾燥工程に用いる容器を回転させたり、当該容器に回転翼を設けたりして、粉体を流動させてもよい。なお、図１とは異なるが、乾燥棚を用いて乾燥を行う場合には、棚同士の間隔を一般的な間隔より広くしてもよい。
【００２５】
入口１０ａから吹き込むガスの種類は特に限定されないが、例えば、空気、あるいは、窒素ガスやヘリウムガス、アルゴンガス、二酸化炭素ガス等のなどの不活性ガスが挙げられるが、不活性ガスを用いることがより好ましい。ここで、不活性ガスとは、蒸発させる溶液および粉体材料に対して反応することなく、粉体材料の性能に影響を及ぼさないガス、または取り扱い時に安全性を確保できるガスであり、その操作条件により適宜選ばれる。なお、蒸発させる液体の飽和蒸気を含んでいるガスを使用することはできない。
【００２６】
ガスの温度は特に限定されないが、予め加熱されたものであることが好ましい。乾燥効率の観点からは、入口１０ａにおいて、乾燥対象となる粉体に含まれる液の沸点付近の温度を有するように加熱されていることがより好ましい。
【００２７】
粉体の乾燥の際の圧力は特に限定されないが、減圧下（０．１ＭＰａ（１気圧）未満）で行うことがより好ましい。減圧下で乾燥させることにより、短時間で乾燥させることができると共に、粉体に含まれる液がアルコールやエーテルである場合には、引火等の危険性を有する当該アルコールやエーテルの大気中への漏洩を防止することができると共に、回収することによって当該アルコールやエーテルの無害化処理を省略することができる等、安全衛生面や製造面で有利となる。
【００２８】
乾燥後の粉体中の含液率は、１０％以下であることが好ましく、５％以下であることがより好ましい。なお、含液率（単位：％）＝（粉体材料に含まれる液体重量（単位：ｇ））／（乾燥粉体重量（単位：ｇ））×１００である。
【００２９】
加熱装置２は必ずしも必要ではなく、加熱装置２の設定温度は特に限定されないが、乾燥対象となる粉体に含まれる液の沸点より高いことが好ましい。ただし、乾燥物温度を液の沸点より下げて乾燥速度を制御し、粉体性能を向上させる場合などはこの限りではない。
【００３０】
本発明は、このような乾燥装置１を用いた乾燥工程において、乾燥装置１の出口１０ａにおける粉体温度の変化を含む以下の式（１）で示されるｆの値が、所定の値以下となったときを前記乾燥終了時間とすることを特徴とする。
【００３１】
【数２】
2013185742.tif 000003
【００３２】
上記式（１）において、
ΔＨVAPは、粉体に含まれる液体の蒸発潜熱（単位：ｋＪ／ｋｇ）であり、
ＦVAPは、粉体に含まれる液体の蒸発速度（単位：ｋｇ／ｈ）であり、
Ｗは、粉体の乾燥重量（単位：ｋｇ）であり、
ＣｐSは、粉体の乾燥状態における比熱（単位：ｋＪ／ｋｇ／℃）であり、
ｄＴm／ｄｔ（単位：℃／ｈ）は乾燥装置の粉体温度（Ｔm）（単位：℃）の変化である。
【００３３】
回分通気式の乾燥装置を用いて湿潤粉体を乾燥する際に、上記式（１）で示されるｆの値を基準とすることで、適切な乾燥終了時間を簡便な方法で決定できる。前記所定の値は４であることが好ましい。所定の値を４に設定することにより、乾燥前の粉体に含まれる液の種類によらず、適切な時点で乾燥を終了することができる。
【００３４】
上記の方法を用いて決定された乾燥終了時間で乾燥を終了する乾燥方法によれば、粉体の乾燥を効率的に行うことができ、熱による粉体材料への悪影響なども抑制できる。
【００３５】
また、このような乾燥方法を用いた乾燥工程を含む乾燥粉体の製造方法によれば、定量化された基準に従って乾燥を終了することにより、各ロットで得られる粉体性状の差が小さくなり、性能がより均一な粉体を得ることができる。
【実施例】
【００３６】
（実施例１）
図１に示されるような回分通気式乾燥装置１を用いて、粉体の乾燥を行った。粉体（酸化チタンのペレット）の比熱は０．８８ｋＪ／ｋｇ／℃であり、総重量は４０ｋｇであった。なお、乾燥前の粉体に含まれる液は水である。
【００３７】
回分通気式乾燥装置１の入口１０ａにおける温度（温度計３ａが示す温度）が１００℃となるように加熱されたガス（空気）を、０．３ｍ3／ｈの流量で乾燥装置内の粉体１１に通気した。加熱炉２の温度は２００℃に設定した。なお、恒率乾燥時の粉体温度（回分通気式乾燥装置１の円筒容器１０内の粉体１１に接触するように設置された温度計３ｂが示す温度）は、１００℃であった。
【００３８】
乾燥開始から０分後（乾燥開始直前）と、３０、６０、９０および１０５分後において、少量の粉体を乾燥装置から取り出し、取り出した粉体材料を１５０℃に加熱した電気炉（ＫＤＦ−Ｓ７０、（株）デンケン）に粉体の重量減少がなくなるまで入れた。粉体材料の重量変化から、含液率を算出した。また、各測定時点で乾燥を中断する直前において、回分通気式乾燥装置１の円筒容器１０内の粉体１１に接触するように設置された温度計３ｂが示す温度（Ｔm）から、粉体温度の変化（ｄＴm／ｄｔ）を求めた。なお、ｄＴm／ｄｔは各測定時点におけるＴmの前回の測定時点におけるＴmからの増加を前回測定時からの経過時間で除した値として算出し、乾燥時間０分の場合のｄＴm／ｄｔは０とした。さらに、このようにして求めたｄＴm／ｄｔを上記式（１）に代入することにより、ｆを求めた。含液率の測定結果と、ｄＴm／ｄｔおよびｆの値を表１に示す。また、表１の結果をプロットしたグラフを図２に示す。
【００３９】
【表１】
2013185742.tif 000004
【００４０】
表１および図２に示される含液率およびｄＴm／ｄｔの結果から、恒率乾燥の終了時点は、乾燥開始から９０分後から１０５分後の間であると考えられる。一方、ｆの値は、乾燥開始から９０分までは、４より大きい範囲で変動しているが、１０５分後の時点では４以下となっている。このことから、ｆの値が４以下となったときが恒率乾燥の終了時点と概ね一致している。したがって、乾燥中に乾燥装置の粉体温度に基づく上記ｆの値をモニタリングしておき、ｆの値が４以下となったときを乾燥終了時間と決定すれば、適切な時点で乾燥を終了することができるため、粉体の乾燥を効率的に行うことができ、熱による粉体材料への悪影響なども抑制できると考えられる。
【００４１】
（実施例２）
実施例１と同様に図１に示されるような回分通気式乾燥装置１を用いて、粉体の乾燥を行った。粉体（酸化チタンのペレット）の比熱は０．８８ｋＪ／ｋｇ／℃であり、総重量は４０ｋｇであった。なお、本実施例では、乾燥前の粉体に含まれる液はエタノールである。
【００４２】
回分通気式乾燥装置１の入口１０ａにおける温度（温度計３ａが示す温度）が４０℃となるように加熱されたガス（窒素）を、２ｍ3／ｈの流量で乾燥装置内の粉体１１に通気した。加熱炉２の温度は５０℃に設定した。なお、恒率乾燥時の出口ガスの温度（回分通気式乾燥装置１の円筒容器１０内の粉体１１付近に設置された温度計３ｂが示す温度）は、３８℃であった。
【００４３】
乾燥開始から０分後（乾燥開始直前）と、３０、６０、９０、１２０および１５０分後において、実施例１と同様にして含液率を測定した。また、各測定時点で乾燥を中断する直前において、回分通気式乾燥装置１の円筒容器１０内の粉体１１付近に設置された温度計３ｂが示す温度（Ｔm）から、粉体温度の変化（ｄＴm／ｄｔ）を求めた。なお、ｄＴm／ｄｔは各測定時点におけるＴmの前回の測定時点におけるＴmからの増加を前回測定時からの経過時間で除した値として算出し、乾燥時間０分の場合のｄＴm／ｄｔは０とした。さらに、このようにして求めたｄＴm／ｄｔを上記式（１）に代入することにより、ｆを求めた。含液率の測定結果と、ｄＴm／ｄｔおよびｆの値を表２に示す。また、表２の結果をプロットしたグラフを図３に示す。
【００４４】
【表２】
2013185742.tif 000005
【００４５】
表２および図３に示される含液率およびｄＴm／ｄｔの結果から、恒率乾燥の終了時点は、乾燥開始から９０分前後であると考えられる。一方、ｆの値は、乾燥開始から６０分までは、４より大きい範囲で変動しているが、９０分以降は４以下となっている。このことから、ｆの値が４以下となったときが恒率乾燥の終了時点と概ね一致している。したがって、乾燥中に乾燥装置の粉体温度に基づく上記ｆの値をモニタリングしておき、ｆの値が４以下となったときを乾燥終了時間と決定すれば、適切な時点で乾燥を終了することができるため、粉体の乾燥を効率的に行うことができ、熱による粉体材料への悪影響なども抑制できると考えられる。また、本発明は、エタノールのような蒸発潜熱の小さい液を含む粉体を乾燥する際にも適用可能であることが分かる。
【００４６】
また、実施例１および実施例２の両方で、ｆの値が４以下となったときが恒率乾燥の終了時点と概ね一致していることから、乾燥前の粉体に含まれる液の種類によらず、ｆの値が４以下となったときを乾燥終了時間と決定すれば、適切な時点で乾燥を終了することができると考えられる。
【符号の説明】
【００４７】
１  回分通気式乾燥装置、１０  円筒容器、１０ａ  入口、１０ｂ  出口、１１  粉体、２  加熱装置、２１  電気ヒーター、３ａ，３ｂ  温度計。
【図１】
2013185742.tif 000008
【図２】
2013185742.tif 000009
【図３】
2013185742.tif 000010