翼加熱型SVミキサーの開発
Development

SVofMIXER

withheatedtheimpeHerscrew[実用新案登録第2001 073号](化)技術部装置グループ
戸嶋
大Dalsuke

山崎Tojima
息Tadasbig･e輔
成Yamasakl

SVミキサーは現在,化学薬品･合成樹脂などの化学工業をはじめ,医薬品･食品･ファインケミカルなど幅広い分野で粉体の混合乾燥機として使用されている｡特に,乾燥機として使用される

SVミキサーは,缶内を減圧することによって低温乾燥機として使用されており,その乾燥時間の短縮は重要な課題の一つである｡スクリュー翼軸部を温水で加熱できる翼加熱型SVミキサーを開発した結果,乾燥時間を約30%短縮することができた｡
SVis

MIXER

as
range
of fields suchln particular,
in casebedrieddrying

lowat

theas

used

chemical,SVthatbytemperature

theprocess,forequlpment

pharmaceutical,
is
MIXER
used
reduclng
dryingtimeofreduction

lnindustry,

aequlpment,

products

pressureofAnd

becomes

oneofvessel.
theWideetc.

dryingtheasinternal

thedrylngOrmixingpowderfood, fine‑chemical

powder

canin

this

importantmost

subject.
So,
byhavewecirculating

confirmed

todeveloped
hotwater.
theshortenanewAsthedrylng

SV

MIXER

time

bydrying

tests,

thethatbecanimpeller

heatedheating

was30 %.

ミ

キ サ

翼

加

熱型

Screw

heating

低温乾燥Low

temperatureSVーimpeller

screw

SV

ま えがき

MIXER
type

drying

減圧乾燥することにより比較的低温で乾燥すること

当社の粉体混合乾燥機の主力製品としてSVミキサーがある｡

ofresultsawithsomeが可能である｡

SVミキサーは,逆円錐型容幕内に自しかし,撹拝熟の生じにくいマイルドな混合と温公転するスクリューを有し,粉粒体に三次元的な対水などの低温の熟媒によって緩やかに乾燥をするた流運動を与えて混合する構造であり,現在では,混め,乾燥時間が比較的長くなる傾向がある｡

合横及び乾燥機として幅広い分野で使伺されている｡
特に, SVミキサーの特長である自公転の緩やかな混合は粒子破壊等の問題を生じにくく,柔らかい結晶物の混合,乾燥を可能としている｡
また,ることは,重要な課題の一つでる｡
乾燥時間を短縮するためには,外套温度の上昇,伝熱面積の増大,伝熟面における粉体の更新が有効

SVミキサーは,マイルドに粉粒体を混合するため消費動力も小さく撹拝熱が発生しにくい｡
従って,融点が低く熱影響の受け易い粉体において,40

したがって,比較的低い温度で乾燥時間を短縮すな方法の一つである｡
そこで,常に表面が更新されている自転スクリュー翼及び軸部を加熱して伝熟面積を増加させ,乾燥時

神鋼パンテツク技報

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44

No.

2(2001/2)

間の短縮を試みた｡

1.テスト装置

Hoii ewa

ド

翼加熱型SVミキサーの概略を第1図に示す｡
翼加熱塑スクリューに淀入する温水は,ドライブユニット上部中央よりロータリージョイントを通して90oギアボックス下部に達する｡その後,73oギ

アボックス上部に連結されたロータリージョイントを通して自転軸内に入り,スクリュー軸部および翼部に温水が流れ込む｡なお,各回転軸駆動部内,スGe

クリュー軸内部及びドライブユニット内の配管は何abox

ドれも二重管構造になっており,内管側から翼及び軸Scr部に温水が入り,外管側から缶外にでる構造である｡

Sha

f t

①t②

①ew

2.巽軸部昇温テスト
スクリュー翼内に温水を通して翼加熱テストを実施し,スクリュー各部での温度分布及び昇温時間をSh∂fScrew②Screw③測定した｡
温度測定位置を第2図に示し,測定結果を第3図に示す｡翼加熱温度は40℃,80℃の二条件で行っ③

Shaftた｡

第3固より,温水温度が何れの場合であっても温水を通水後約5分間でスクリュー部及び軸部全体の篇2図温度がほぼ均一になった｡したがって,スクリューFig.

温度測定位置2

Pointstemperatureof measuring

内に温水が滞留することなく循環し,伝熟面の一つ50として有効であることが確認できた｡

Heating

40 ℃

temperahlre40i)=
きく匂Driveuni

Hottiewar≡＋73box‑‑‑うぐ‑LC)nScrew①＋Screw@
Screw③‑‑△‑

Shaft①
Shaft@
十Sba丑③‑‑‑‑o‑30n)o＋Gear20tl)

トー(90oGearbox73oGearbox

2010＼‑､＼30TIBle

100
Heatingtemperature

405060Emir)]

80 ℃

80

守J∈】cke

I月p= 60≒章毒;a由【Dゝll

一乱40≡デIE̲q'‑‑○‑＋Vessel
Scr

20ew

Screw

(丑＋Shaft①
Shaft@③ーShaft③Screw@
Screw‑J‑＋73o0102030Time

第1図

累加熟型SVミキサーFig･

1SVMIXER

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2with(2001/2)

第3囲
theheatedscrew

impellerFig.

神鋼パンテツク技報

Gear40＋box

5060

【min】

温度曲線
3Temperaturecurve

41定量投入し,湿分を15wt%に調整した｡その後,

3.乾燥テスト.
翼加熱型SVミキサーの翼部に温水を通水し缶壁湿粉体を5分間混合して湿分濃度を均一にし,恒温面と翼部の両方から粉体を加熱し乾燥した場合と缶槽にて加熱した温水を本体外套及び翼部に通水し缶壁面のみから加熱し乾燥した場合のテストを行い,内を減圧して乾燥テストを実施した｡操作条件は,翼加熱が乾燥に及ぼす影響について検討した｡また,

第1表に示す｡

回転数,加熱温度を種々に変えて乾燥テストを実施

乾燥中は所定時間毎にサンプリングを行い,粉体した｡の含水率及び品温を測定した｡なお,含水率の測定

3.1テスト方法にはケット水分計及びカールフィッシャ水分計を用200L翼加熱型SVミキサーを用いて乾燥テストいた｡
3.2を行った｡第4図にテスト装置の概略を示す｡

第5図に乾燥テスト結果を示す｡

テスト試料である炭酸カルシウムと水を缶内に所

第1表

テスト結果及び考察

操作条件

Table

1Operating

condition

Screwheating

Yes

NoYes

No

Yes

No

Jackettemperature℃

404080808080

Rotationalspeed,screwrpm

636332326363Rotationalspeed,orbitarmrpm

1.6

1.6

0.8

0.8

1.6

1.6

2.7‑8.0

OperatlngPressurekPaabs
Condensertemp.℃0‑4Mark
M‑IHWin

HW｢1C‑1‑｢̲しtou

A.i

ー1亡ドP

5‑7k9/cm〜匝∈コq)
⊂

｢￣tme

HWoue

ド

̲

1m2Bagfiしter⊂

V‑120QTank
3.7kWVacuLJmPUmP
D弓sch∈〕rgeVaLve(○⊂+lkW

CoLdt｢ap日F‑lD‑1:〕

5m2condenser

C‑2VAC‑1⊂)

AppeLLation
200LSVM[×ERm⊂コ+∧̲̲̲̲+t[亘:コ匝:∃lin

HW

肝̲..+Ul=】(ロ.+ロ王⊃‑̲⊂×‑[≡∃

5‑7k9/cm2

匡□
第4図Fig.

42匡コ]

し1+匝互亘≡コ200Lテスト装置
4200L

SVMIXERtestunit

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同国より,何れの外套温度,回転数においても翼
Screw

Screw‑unheatirlg

heatirlg

20‑I‑

Moisttlre‑iProductc｡ntent‑くトM｡istureproduct‑‑‑△‑

temperature

水分の乾燥速度が速く,また,含水率の低い乾燥終期では品温の上昇速度が速くなることが確認できた｡

10080 ℃
Heating temperattlre
O･8rpmScrew 32 rpm Orbit arm

京

加熱型の方が従来型より含水率の高い乾燥初期ではCOntent

temperature

ここで,翼加熱が乾燥に及ぼす影響を検討するた80巳王15め,その伝熱性能を表す指標である総括伝熟係数(Dt<召60⊂コq)

Eo(U値)で乾燥性能の比較を行った｡

l‑q)
&10U

恒率乾燥域と減率乾燥域の境界は含水率2.040毒q)
t一

宅

520

(⊃

∑･C:の乾燥域における壁面及び翼部のU値を求めその比〜+P→

2Drying
20Heating380

temperature
63 rpmOrbit亭較を行った｡

4[hltime

第2表に各操作条件における恒率乾燥域,減率乾100℃
1.6rpm

arm80

主15J

燥域での壁面及び翼部のU値を示す｡なお,

巨算出は,湿粉体の水分を蒸発するために要した熱エ60a

ネルギーから撹拝による熱量を差し引いた値より求dVl.■

宅loC)
FLU40

め,撹拝動力が及ぼす影響を除外して求めた｡撹拝

≡q)

動力は各操作条件で測定した値の平均値を採用した｡

d)

岩5200≡

Uコ｢コ⊂)

また,壁面の伝熟係数は翼加熱無しの億を採用し,l..t

O一Z
Dryirlg time
20

翼の伝熟係数は翼加熱有りの熱量から無しの場合の3熱量を差し引いて算出した｡

th]

=ea血g
40 ℃
temperature
Orbit arml･6 rpm
Screw 63rpm

京王15

同表より,壁面と翼部のU値を比較した場合,恒5040率乾燥域,減率乾燥域ともに,翼部のU億の方が大巨きくなっている｡

q)
lq30

∈

ヨ巴

これは,スクリューの回転運動によってスクリューQ)
hlo‑oU

U値の(1)⊂こ!

wt%とし,含水率0.1wt%で乾燥終了として,それぞれU

ZO

Eで搬送される粉体に有効に熟を与えることができ,Q)q)

岩 5100∑

コ'て〕⊂)

傍のみ伝熟面を更新している壁面に比べ,乾燥性能l̲J[し)o132Drying

第5図Fig.

常に伝熟面が更新されているため,スクリューの近t34が良好になったと考えられる｡

5

ここで,通常テストをおこなっている100LSVミ【bltime

乾燥テスト結果
5第2表
TableResults

tests

テスト機のU億を比較すると,200L機の壁面のU

捻括伝熟係数2 0verall

200L

キサーの壁面のU値と200L翼加熱型SVミキサー

of dryingSVcoefficientsof heat, transfer

MIXER
Overallcoefficientsof

Jackettemp.℃

Impellerspeedrpm

4080

80
100L

SV

44 No.

JacketScrew

Screw63

Constantrateperiod

169

257

Orbitarml.6

Fallingrateperiod

4184

Screw32

Constantrateperiod

109

OrbitarmO.8

Fallingrateperiod

4318464

Screw63

CorlStarltrateperiod

130203Orbitarml.6

Fallingrateperiod

4991

MIXER
Screw
Orbit

80Vol.

heattransferW/(m2･℃)

Dryingcriteria2(2001/2)

arm

100

Constant

rate

period108

3.0

Fallingrateperiod31

神鋼パンテツク技報

43億の方が100L機より大きい億となっている｡これは,燥時間と冷却時間の推定結果を第6図に示す｡

缶内径とスクリュ.‑径の比率の違いによるものと考

その結果,乾燥時間は翼加熱型の方が実機500]えられる｡第3表に示すとおり200L機の方が100L

では約320/., 5000Lでは約29%短縮できると推式機より缶内径に対するスクリュー径が大きく翼の占できる｡また,冷却時間は40%程度短縮可能で∂ると推定できる｡したがって,総運転時間は,実ポ有面積が大きいため,缶内の粉体の流動状態が良好
200となり､伝熟面の粉体の更新が促進されるので,でスクリュー翼加熱型を使用することによって25‑36 %程度短縮可能になると推定できる｡

L機のU億が大きくなっていると考えられる｡

大容量の方が小容量より時間の短縮割合が小さく4.スケールアップ
テストの結果をもとに実機(500‑5000L)の乾なるのは,壁面の伝熟面積に対するスクリュー翼吾燥時間の推定を試み,翼加熱型が及ぼす乾燥時間のの伝熱面積の割合が小さくなるためである｡

影響を検討した｡乾燥時間の推定では,缶内径に対5.翼加熱型SVミキサーの用途するスクリュー径が実機にほぼ等しい100

翼加熱塾SVミキサーが粉体の乾燥時問および巧L機の壁面のU催を用い,スクリ土一翼のスパンと周通が実機却時間の短縮に大きく寄与できることから,その月に近い200L機のスクリューのU値を用いて計算を途について検討する｡

おこをった｡乾燥時間の推定は次式による熱量計算

1 )低温乾燥の乾燥時間短縮をもとにおこなった｡
恒率乾燥域:♂‑

減率乾燥域:♂‑

低融点の粉体など熟の影響を受けやすい粉体古;
低温で乾燥する必要がある｡低温乾燥では,比宅Å･Ⅳ的外套温度が低く,蒸発物の回収等の設備コスナ

U･A･At＋q
M･Cp･At,n＋ス･
U･A:乾燥時間(h)A:水の蒸発潜熱(kJ/kg):伝熟面積(皿2):内容物比熱(kJ/kg･〟:内容物乾燥物(kg):撹拝熟(kJ/h)

AtAtLnAtm

ることがある｡
翼加熱型を使用した場合,伝熟面積が大きく宅C♪

q

必要な温度差を大きくとれず,乾燥時間が長く7:･AtEn＋q♂

Aの問題から高真空にできないような場合,乾燥L二W

りスクリュー翼軸面より効率よく熟伝達をおこ7:うことができるため低温乾燥の乾燥時間短縮に孝℃)効である｡
2 )付着しやすい粉体の乾燥

本テストでは,壁面に粉体が付着しなかったが!
実機では粉体が壁面に付着する場合がある.付讃:温度差(℃):対数平均温度差(℃):内容物温度上昇(℃)

U:総括伝熟係数(W/m2･℃)

W:蒸発物質重量(kg)

しやすい粉体は,スクリューと缶壁のクリアラ‑,ス部に付着し,壁面からの伝熱が悪くなり乾燥昭実機運転では,粉体の乾燥後にその粉体を冷却し20て排出する｡この冷却工程における冷却時間の推定

18

Jacket& screw

16E] DryingEE) Drying

14I団Coolirlg

では,乾燥における減率乾燥域でのU億を採用してJacket‑計算を行った｡なお,冷却は,外套に30℃の冷水をるものとした｡上記の計算に基づき実機における乾121.a10･5ぎ

スクリュー径と缶径の比率
3The

ratio ofscrew

diameter

100LSVMIXER(testunit)

0.81.3q)

1.20.88 1.2

倉 6Table1.4‑王=通水することとし,品温を80℃から60℃まで冷却す第3表Cooling

1.4
1.30.70.610.60.54
totank.9diameter5.6200.19

500

1 000

1 500

2 000
Capacity

200isvMIXER(Heatingtypetestunit)

0.34

2000LSVMIXER(actualmachine)

0.18

第6図
Fig.

3 000

4 000

5 0DI

[L】

実機の乾燥冷却時間予測
6

Drying‑and cooling‑timeof

prediction

actua

macbines
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間が長くなる場合がある｡(D缶壁に付着しやすい粉体であっても,自転軸は常に回転運動しているためスクリュー部には粉体は付着しにくい｡そのため翼加熱型では,スクリューラジアルローケ一夕(スクリュー下部軸振れ防止装置)無しの場合にのみ使用することができる｡(参 品温測定は,従来型と同様にドライブユニッ面から粉体に熟を有効に加えることができる｡しト中央から粉体内に温度計を差し込む構造としたがって,翼加熱型スクリューは,付着しやすいた｡

粉体に対して有効に熱量を加えることができ,乾(勤 従来型のSVミキサーを交換して翼加熱型に改造できる構造とした｡ドライブユニット,公燥時間の短縮に寄与する｡

転軸部の大部分は従来型と互換性をもたせ,新3)粉化,破砕しやすい粉体の乾燥規取付部分以外ではスクリュー翼及び73oギア

SVミキサーは撹拝動力が小さくスクリューのせボックス内の軸等の交換のみとした｡

ん断力も比較的小さいため,粉粒体を破損することがほとんど無いが皆無ではない｡翼加熱型は乾む

すび

燥時間を短縮することにより粉粒体に与えるせん翼加熱型SVミキサーを製作し,従来型SVミキ断時間を軽減することができるので,粉粒体の破サーと乾燥時間の比較をおこなった｡その結果,加損がより少なくなる｡

熱型は従来型と比べ乾燥時間が30%程度短縮できる｡

4)粉体の冷却
通常,粉体排出時には,粉体温度を60℃以下にする必要がある｡乾燥過程で60℃以上に昇温さ

今回のテストでは,乾燥時間の短縮を主としておこなったが,翼加熱型SVミキサーは,付着しやすれた品温を下げる際,翼軸内に冷却水を通水する

い粉体,熱劣化を懸念する粉体,粉化,破砕の軽減ことにより効率良く冷却することができる｡など多くの可能性を有している｡今後は,客先テス

トを通じて数多くのデータを蓄積し,技術の向上を6.実機の製作範国
翼加熱型スクリューを実機に適用するにあたって目指し客先要望に答えていきたい｡の製作範囲を次に示す｡
連絡先
山崎

忠

成TE
FAX
E‑mailVol.

44

No.

化工機事業部
技術部装置グループ
装置グループ長
L0794‑36‑2517
0794‑36‑2578

i.yamasaki@pantec.co.jp

2(2001/2)

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