特集：製造設備・機械設備

粉体工場のプラントエンジニアリング
Plant Engineering for Powder Processing Factories
日清エンジニアリング株式会社 秋山 聡
Satoshi AKIYAMA

制約条件の下に実施されることが多く、唯一の正1．はじめに解がない。しかしながら、プラント技術者にとっ粉体機器を使用して生産を行っている工場は、て、プラント設計の経験は大きな財産であり、他極めて広範囲な分野に渡っているが、工場が抱えの設計における成功および失敗事例は大変有用なている課題や生産設備に対する要望は共通する点情報となっている。

が多い。製品分野や工場の規模などで優先順位は

本稿では、多くの工場で関心の高いと思われる異なるものの、生産性向上、品質向上、製品安全、 省エネ、製品安全、製造管理システムについて、粉作業安全、環境対策は、プラント建設の際に顧客体工場を中心としたプラント設計の事例を紹介する。

から要望される事項である。近年では、東京オリンピックに向けたインフラ整備などの影響で建築需要が増大し建築コスト上昇と工期の長期化が進んでいるため、その対応が多くの業界に共通する

2．空気輸送の省エネ設計３）2−1 小麦製粉工場の空気輸送
粉粒体の原料や製品を取り扱う多くの工場では、重要な課題になっている。
一般的に、プラント建設にあたっては、それを実各工程間を固定配管で接続し、粉体を空気と一緒施することによる経済的な優位さや利益性などを分に輸送する空気輸送が採用されている。空気輸送

析するフィージビリティ・スタディ（Feasibilityには、①粉じんの飛散がない、②被輸送物への異Study＝経済性評価）を実施して事業計画を策定

物の混入がない、③輸送経路を柔軟に選ぶことがし、どのような工場をめざすのか検討を重ねてコできる、④複数の地点で被輸送物を供給、回収すンセプト、マスタープラン（基本設計）を作成することが容易である、⑤システムの維持管理費がる流れで進められる。プラント工事の規模や内容少ない、⑥自動化が容易である、などの多くの長により、あるステップを簡略化したり、省略した所がある。一方、消費動力が大きく多大なエネルりする。そして、マスタープランに基づいて、具ギーを要することが最大の欠点として挙げられる４）。

体的に機器を選定し、能力・性能に関しわずかで小麦製粉工場の主な機器は、小麦を挽砕するも懸念事項があれば確認実験を行い、必要に応じロール機と小麦粉をある粒子径で分離するシフてマスタープランの修正が行われ、最終的にプラター（ふるい分け機）であるが、これらを複数台１）ントの詳細設計を実施する 。これらの設計を遂設置して多段的に処理しており機器間の粉粒体の行する際は、技術・装置面だけではなく、あらゆ搬送は空気輸送で行っている。原料小麦と小麦粉る角度からの調査・分析が必要である。プラント

製品は、主にルーツブロワによる圧送式空気輸送

設計で考慮すべき要件は成書にまとめられており、 が用いられ、中間品の輸送には、ファンによる吸それを図−1 に示す２）。

引式空気輸送が使用されている。製粉工場では多プラントの設計においては、同じ機器構成の同数の貯槽サイロを備えており、一台のルーツブロ一製品の設備であっても、全く同じ内容となるこワの輸送配管を途中で分岐させ、複数の貯槽サイとは極めてまれである。設置場所の関係でレイアロに輸送している。また、輸送能力も原料の種類ウトが異なったり、プラント毎に設計を再度見直によりさまざまである。そのため、従来では空気す場合が多い。また、プラント設計はいろいろな輸送設備の設計の際には、想定される原料、輸送

26（1134）

粉 体 技 術䝢䞀䜵䝇䝌䝙䝱䞀䜻䞀䝌ᶭჹ䝿⿞⨠䝿⏕㏭䚮Ⲭጶ䝿ဗ㈹䝿㞺こ㔖䚮ఘ䛹⋙䝿㍲ථ䚮㍲ฝ
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図−1ᘋ∸

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プラント設計で考慮すべき要件２）

量、輸送距離の内で最も厳しい条件においても確

ニューマエコでは、任意の輸送先に対して輸送実に輸送できて閉塞などのトラブルを発生しない開始時に吐出圧を常に監視しながら、インバータ十分に余裕を持たせた設計を行っていた。

によりルーツブロワのモータを初期周波数からある製粉工場の設備に取り付けられた駆動モー徐々に減速させ、減速周波数差 ΔF に対する減少

タの定格容量は、ロール機２８％、ルーツブロワ

圧力差 ΔP の比「圧力傾き ΔP ／ΔF 」を算出する。

１８％、ファン１６％、機械式コンベア６％の比率でその「圧力傾き ΔP ／ΔF 」がゼロに近づいたら適あり、送風機の占める割合が高い。そのため、製正風量に達したと見なし、その条件で運転を継続

粉工場では空気輸送の省エネ設計法の確立が大きするアルゴリズムを採用している。ただし、輸送な課題であった。

物流量や輸送配管内の輸送物の滞留状況など、長ここでは、㈱日清製粉グループ本社と日清製時間の運転中にはさまざまな変動が生じるため、粉㈱で開発し、当社で販売しているルーツブロワ

実ラインでの実験結果を考慮して閉塞を回避するの省エネ最適化運転システム「ニューマエコ」の安全対策を追加してある。

原理と特徴を紹介する。
2−3 製粉工場での事例
2−2 空気輸送の省エネ理論と制御

図−2 のような設備で輸送物の流量を一定にしルーツブロワには、「消費電力∝風量×吐出圧」て輸送距離をパラメータに実験し、輸送距離によの関係がある。また、吐出圧は、風量の２次関数

り適正風量と動力がどの程度変化するか調べた。

で近似できる。小麦粉の輸送において、吐出圧が適正風量の結果を図−3 に示す。輸送距離が６２、極小値となる風量より少ない風量では閉塞しやす

４６、２４m のときの省エネ適正風量は６．
０、４．
８、いが、それ以上の風量では閉塞は発生せず、吐出４．
２m３／min 程度である。回転数を制御しない場圧が最小となる風量が省エネのための適正風量で合には最も遠い６２m のサイロに輸送するときのあることが実験により確認され、ブロワ運転制御０m３／min にルーツブロワを設定するのが風量６．に利用されている。

一般的である。この場合の消費電力は遠いサイロ

Vol．
７，No．
１２（２０１５）（1135）

27᪤タືຊ┙䈇䈇㈓ᵴ䝃䜲䝻䝙䝳䞊䝬䜶䝁ไᚚ┙䝇䜿䞊䝹䜲䞁䝞䞊䝍㻼ᅽຊ䝉䞁䝃䝹䞊䝒䝤䝻䝽

図−2

ニューマエコシステムの構成䝤䝻䝽ྤฟᅽ 䠄䡇㻼㼍䠅㻢㻜

3．容器搬送プラントの設計

㻢㻞㼙䝷䜲䞁

㻡㻜3−1 マトコンシステムの概要
㻠㻜

消費者ニーズの多様化、商品サイクルの短命化㻠㻢㼙䝷䜲䞁などにより、多品種少量生産が要求される場合も㻟㻜多い。クロスコンタミネーションの許容レベルが㻞㻠㼙䝷䜲䞁
㻞㻜

厳しく規定され、微量の混入が問題になる場合で㐺ṇ㢼㔞㻝㻜
㻞㻚㻜

㻠㻚㻜

㻢㻚㻜

㻤㻚㻜

は、空気輸送では配管を製品切り替えのたびに清㻝㻜㻚㻜掃する必要があり、多大な労力と時間が掛かる。

㢼㔞 䠄㼙㻟㻛㼙㼕㼚䠅
図−3

また、完全な清掃も困難である。空気輸送設備をルーツブロワの風量と吐出圧の関係品種ごとに専用化することも考えられるが、多大から順に９．
７、７．
８、６．
０kW で あ る。一 方、輸 送な設備コストが掛かってしまい現実的ではない。

先が変わるごとに各々の省エネ適正風量となるよ

近年、多品種少量生産向けに、粉粒体用コンテ

うに回転数を変化させると、４６m のサイロではナ（IBC；Intermediate Bulk Container）による６．
４kW、２４mでは４．
１kWとなり、それぞれ１．
４kW、 ハンドリングシステム５）が期待されている。IBC
１．
９kW の省エネが図れることになる。

システムは、貯蔵、計量、混合、造粒などの各工図−4は、ニューマエコを実際の製粉工場の空気程の機器で処理された粉粒体を一度コンテナで受輸送ラインに設置し、約１週間運転したときの結け取り、搬送機器によってそのコンテナごと次の果である。制御した場合では、制御しない場合と機器まで移動させ、コンテナから粉粒体を排出し比較すると約２５％の消費電力削減効果が得られた。て受け渡す方法である。
マトコン社製のコンテナと排出バルブを図−5㻢㼠㻛㼔㻌㻘㻌㻣㻢㼙㻝㻞㻚㻞㼗㼃㻌䊻㻌㻝㻜㻚㻝㼗㼃䝹䞊䝒䝤䝻䝽ືຊ㻌䠄㼗㼃䠅㻝㻠㻝㻞ไᚚ䛺䛧㻝㻜㻤㻢㻠㻞㻠㻚㻥㼠㻛㼔㻌㻘㻌㻟㻟㻚㻡㼙㻢㼗㼃㻌䊻㻌㻠㼗㼃ไᚚ䛒䜚㻜㻜㻝㻞㻟㻠㻡㻢㻣㐠㌿᫬㛫㻌䠄᪥䠅
図−428

ニューマエコ導入効果（1136）

粉 体 技 術に示す。このコンテナは、底部にコーンバルブと組み合わせが自由に選択でき、新品種にも対応可呼ばれる円錐形のバルブ（ふた）を備えており、能なフレキシブルなライン構成となっている。まコンテナから粉体を排出させる際には、排出装置た、コンテナ自動洗浄機を設置して全自動でコンである排出ステーションによりコーンバルブが上テナの内外面の洗浄を行えるプラントとなっている。

下に動かされ、排出口とコーンバルブに生じた隙

図−7 はコンテナ保管棚からスタッカークレー間から粉体の排出を行う。マトコン排出ステーン（STC と略す；Stacker Crane）でコンテナをションでは、コーンバルブ自体にエアー駆動によ搬出するところであり、図−8 はマトコンブレン

り強い振動を与えることができ、バタフライバルダーで混合したコンテナを無人フォークリフト

ブやスライドゲートといった一般的なバルブでは（AGF と略す；Automated Guided Forklift）で排出が困難な粉粒体でも安定的に排出できる。
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図−5

保管棚とスタッカークレーン（STC）

マトコン社製コンテナと排出ステーション

3−2 粉体工場の設計事例
簡易清掃化、省人化を実現するためマトコンシステムを適用した粉体工場の設計例を紹介する。
本工場は、多種の粉体原料を配合・混合し、粉体製品を製造する工場である。図−6 に製造工程のブロックフローシートを示す。混合は、一般原料用 の コ ン テ ナ 回 転 式 混 合 器（マ ト コ ン ブ レ ンダー）と、難混合原料用の高速ミキサーの２方式を使用している。これにより、混合機と充塡機の

図−8ブレンダーと無人フォークリフト（AGF）

AGF・STC

仕込投入
ステーション

AGF
STC

マトコン
ブレンダー

ふるい
高速ミキサー

STC
AGF
STC

マトコン
保管棚
STC

STC
排出
ステーション

マトコン
洗浄機

投入
ステーション
ふるい･除鉄搬送経路凡例
シュート
実マトコン
空マトコン
図−6

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７，No．
１２（２０１５）

AGF：無人フォーク
STC：スタッカークレーン
充塡包装
コンテナハンドリングの製造ブロックフローシート（1137）

29

受け取りに行く様子である。STC は、ガイドフ

また、粉体の出し入れがないことから異物混入のレームに沿って上下するフォークを装備し、倉庫リスクを最小限にできる。の高所の荷を出し入れするために使用されるク
3−3 製造タイムチャート

レーンである。
図−9 にマトコンコンテナブレンダーの作動のコンテナを用いた搬送は、空気輸送やベルトコ様子と原理を示す。AGF でコンテナブレンダー

ンベアーなどの機械輸送と異なり、バッチ方式とにコンテナを運び自動でセットする。そしてコンなるため、各プロセス機器の稼働率を高められる

テナを縦方向に回転させコンテナ内の粉体を混合ように、各プロセス機器の運転時間、投入・排出する。マトコンブレンダーは配合された粉体が時間、搬送時間などを詳細に調べて、プロセス設入ったコンテナ自体を混合槽として利用するため、 計を行う必要がある。製造タイムチャートの例を混合終了後はそのコンテナごと取り外して搬送で

図−10 に示す。このチャートでの各工程の所要時きる。そのため混合工程での原料粉体の投入や回間は、実績または試験により決定した。バッチ方収の必要はなく、そのための時間が短縮できる。

式の混合機であるが、複数の混合機の運転タイミ

図−9マトコンコンテナブレンダーの作動と混合原理

図−1030混合設備の製造タイムチャート（1138）

粉 体 技 術ングを考えて製造システムを構築することで、主ダメージとなる。万が一の品質トラブルの際に迅要機器の稼働率を高め、連続方式に近い製造が可速かつ的確に対応できるよう、トレーサビリティ能である。の構築は多くの工場で重要な課題となっている。

製造１工程では空コンテナを保管棚から搬出す

一方、少量多品種製品の増加に伴い、多様な原るところから始まり、原料ピッキング、コンテナ料をさまざまなパターンで配合して投入することへの原料投入、マトコンブレンダーへのコンテナが求められている。最終製品の品質は、この配合の搬送と続く。マトコンブレンダーにコンテナがに大きく影響するため、慎重な作業が要求される。

到着すると、所定の時間で混合し、充塡機上部の食品の場合、アレルゲン原料を扱う際は、消費者排出ステーションにコンテナが搬送される。排出が重篤な健康被害を発症する可能性もあり特に注ステーションではコンテナから排出を行い、充塡意が必要である。

機へ混合製品を供給し充塡包装される。全量排出このような背景から、手作業の多い食品粉体のされてコンテナが空になると、コンテナは洗浄乾製造用にトレーサビリティ対応の製造管理システ

燥機に搬送され、洗浄乾燥される。その後次バッム「マルチプラネットパック」が開発された。本チの搬送要求まで待機する。製造２工程は、第１工システムは、当社の食品粉体工場建設の経験や日程と並行して固定式の高速ミキサーに仕込み、混清製粉グループの食品工場の運営実績から、手作合した後、コンテナに投入、搬送し、充塡包装が業の多い中小規模のラインで確実に生産管理が実行われる。

施できるように工夫してある。また、食品粉体工

このようにタイムチャートを用い、コンテナの場に必要な機能だけをパッケージ化することで、必要個数、搬送スピードや充塡包装能力の検討お通常のオーダーメードソフトと比較して大幅なコよびプラントのトータル能力の検討が実施される。 ストダウンを実現している。
マルチプラネットパックは、バーコードを使用

4．製造管理とトレーサビリティして原料を個別に管理することで人手による作業

4−1 マルチプラネットパック

動的にシステムに記録する。図−11 にマルチプラミス（誤計量、誤投入）を防止し、製造情報を自粉体工場に限らずさまざまな製品で消費者の安ネットパックによる品物と情報の流れを示す。本

全・安心に対する要求は厳しくなっている。製品

システムは、管理サーバー、計画端末、電子天秤、品質のトラブルが企業経営に与える影響は大きく、 秤量端末、仕込端末、ハンディターミナルなどか不良品の回収や在庫破棄といった不具合対応のたら構成されている。本システムの特徴と導入効果めに多大な労力とコストがかかるだけではなく、について以下に述べる。

消費者からの信頼の失墜は、企業にとって大きな
バーコードリーダー

バーコード

担当者

原料入荷

設備

製造工程

製品化

情報
データベース

製品の流れ

トレース検索

情報の流れ

図−11

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７，No．
１２（２０１５）

出荷

製造管理システムの流れ（1139）31

4−2 特徴

るチェックが不要になったことで、確認作業の負4−2−1 手作業の多い工程の支援担が減り、作業時間も減少したと客先からも高評

原料入荷では、荷姿ごとに商品名、ID、使用価を得ている。また、トレース検索は、導入前は期限などを印字したバーコードを貼り付ける。製

手書きの帳票での管理であったため数時間かかっ

造オペレータは、使用する原料の袋などに貼ってていたが、導入後は、コンピュータを使い数分間あるバーコ−ドを読み込み、作業を進める。バーでの検索ができるようになった。

コードで読み込まれた情報は、「原料誤り」、「使表−1

マルチプラネットパック導入効果

用期限切れ」、「投入順番誤り」、「工程順番誤り」

導入前（帳票管理）導入後

トレースフォワード

２〜６時間

５〜１０分

トレースバック

１〜２時間

５〜１０分

ことと同じであるが、人間に代わってシステムが原料使用ミス年数回程度のミス有ミス無確認を自動的に行う仕組みになっている。そのた原料ロット記録作業

３０分／日０分などが発生していないかシステムで確認される。
これは、オペレータの作業確認、さらには責任者などのチェックなどと、従来から運用されてきため、どんなに注意しても防ぎきれなかったヒューマンエラーが防止できる。

5．建物と建築設備

4−2−2 実績の記録
多くの工場では、原料を使用する際に手作業で5−1 建築の設計

製造指示書などにその原料のロットや作業内容を工場における建物の配置は、外からの原料の搬記録している。その場合、オペレータは記録のた入や中間品の移動、製品の搬出などの工場内の品めの手間が掛かり、記入ミスや記入もれが発生す

物の動きや生産に携わる作業者の動き（動線）をる可能性もある。マルチプラネットパックでは、考慮して決められる。製造環境の厳密な管理が要工程ごとにバーコードを読み取ることで、確実に実求される場合には、製造室の温度、湿度、気圧、績をシステムに記録できる。また、実際に行われた空気の清浄度などを、空調機器、換気機器などで作業に基づいて実績を記録するため、イレギュラー制御する。また、省エネ効果と虫の誘引性低減をな処理の際にも確実に記録を残すことができる。

目的に LED 照明などを採用することもある。こ4−2−3 作業結果の追跡のように、建物と建築設備は作業効率と製品品質

製品名とロット番号を人力すれば、システムに蓄積された作業実績の情報から、どんな製造情報にも影響を与えるため、建物も製造設備の一部であるとの認識を持つことが重要である。

でも簡単に短時間で検索が行える。これは手書きの記録では難しいが、本システムを利用すれば、5−2 粉体工場の事例

どんな原料を使い、どの作業者が、どの時刻に、粉体製造を行う建物では、粉じん爆発防止の観どの設備を使って、どの作業をしたのかが検索で点から、粉じんの堆積防止と清掃のしやすさを考きる。そのため、異物混入などのトラブルが発生慮した設計が必要となる。これは品質管理の側面した際、対応が迅速に行える。

からも重要な事項で、AIB（American Institute of

4−2−4 柔軟な拡張性

Baking：米国製パン研究所）国際検査統合基準

マルチプラネットパックでは、既に導入されてにおいても要求されている。この AIB 基準は、いる上位系ソフト（計画作成、受発注、在庫管理食品工場の食品安全衛生レベル向上のためのガイなど）や現場制御系（PLC など）、インクジェッドラインであり、このシステムを導入する国内のトプリンタ、電子天秤などとのデータの受け渡し食品メーカーも増加している。ここでは、AIBが柔軟に行えるように設計されている。

基準に対応した食品粉体工場で実際に採用している建築関係の設計例６）を紹介する。

4−3 導入効果（a）のように機器は床に直接設置せず、
図−12

食品粉体工場に本システムを導入した効果を機器架台の足をかさ上げし機器の下も清掃できる

表−1 に示す。システム導入前は原料の使用ミスようにスペースを確保することが要求される。一が年に数回発生していたが、導入後、２年以上経方、機器を設置する架台の足には、角パイプなど過した現在もミスは起きていない。また、人によの部材を使用し、図−12（b）にように架台の足と32（1140）

粉 体 技 術࠿ࡉୖࡆ࠿ࡉୖࡆゅᮦᗋ࡜㊊ࢆᐦ╔䠄㼍䠅㻌ᶵჾᯫྎ䠄㼎䠅㻌ᗋᱱୖ㠃ࡢഴᩳࢥ࣮ࢼ࣮ࡢ୸ࡳ─ࢿࢪ⦪ᯈ䠄㼏䠅㻌ᯫྎ䠄㼐䠅㻌ቨ䛸ᗋ㠃
図−12

AIB 基準対応の設計例

床面を密着させ、粉やホコリが部材の中や設置面（c）に入り込まないような配慮が必要である。図−12

引用文献

は共通架台であるが、架台の接合部をシンプルな

１） 今西忠： 化学プラントの建設とその安全対策の構造として粉だまりを防止している。また、部材

５６−６３（２０１３）
一考察 、化学装置、７、p．の締結は通常の六角ボルトではなく皿ネジを使用２） 坂下攝： 入門粉体プラント設計 、工業調査会、
２２５（１９９２）
p．

し、ネジによる突起が生じることを防いでいる。
架台床面などでは鋼板を縦方向に向けて使用し、粉だまりを防止するとともに清掃しやすい工夫も重要である。図−12（d）にように建物の梁上面は、傾斜をつけ粉だまりを防ぎ、壁と床、壁と柱などのコーナー部分（入り隅）は、粉が入り込まないようにすき間を塞ぐとともに、さらに丸み（R）をつけて清掃しやすくしている。

３） 加納理： 低濃度空気輸送の省エネ制御装置 、粉７６３−７６６（２００９）
体工学会誌、４６、p．
４） 粉体工学会編： 粉体工学ハンドブック 、朝倉書４７１（２０１４）
店、p．
５） 岡田隆史： 粉体容器システムを使った粉体ハン
１０９０−１０９５（２０１３）
ドリング 、粉体技術、５、p．
６） 伴昌樹： 食品工場向けトレースの出来る工程管理システム−−マルチプラネットパック−− 、食１−５（２０１０）品工業、p．
７） 七蔵司和哉： ドライ系食品工場建設における計

６．おわりに

６２−６９
画／設計の現状と課題 、化学装置、６、p．

効率的で機能的な粉体工場を設計するためには、（２００９）

生産機械だけではなく、建物、建築機械、生産管理システム、電気設備などを総合的に検討することが必要である。
当社は、プラント設計にあたっては、顧客から提示される計画や仕様を設計に反映するだけではなく、潜在的な課題・問題を見出して改善案を盛り込んだ提案をすることが重要であると考えている。粉体エンジニアリング会社として、顧客が理想とする粉体工場の実現にお手伝いできるよう提案力の向上に一層努力していきたい。

Vol．
７，No．
１２（２０１５）（1141）

あきやま さとし秋山 聡
日清エンジニアリング㈱エンジニアリング事業本部 プラント第二部
取締役 部長〒１０３−８５４４ 東京都中央区日本橋小網町１４−１
住生日本橋小網町ビル５F
TEL：０３−３６６０−３４４４ FAX：０３−３６６０−３０８５
E-mail : akiyama.satoshi@nisshin.com

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