粉体プロセス・粉体エンジニアリングにおける失敗例と考察
２００７年３月１５日（木）
粉体ネガテクノロジー講演会

トリプルエーマシン・インク
代表取締役
博士（工学）
石 戸 克 典失敗と勘ジニアリング
z 気体・液体を扱うプラントエンジニアリングz 粉体プロセス設計・粉体プラントエンジニアリン

グは『勘ジニアリング』？
z シミュレーション技術と粉体挙動の解析
z 粉体の難しさに対する学問的な取り組み
z 過去の粉体プラントの失敗と情報共有の難しさ
z 個人・個別企業の知識・経験を万人の知恵に1

失敗・トラブル原因(畑村洋太郎氏『だから失敗は起こる』より引用）①個人に起因する原因＊無知、不注意、誤判断＊手順の不遵守＊調査・検討不足②組織に起因する原因＊企画不良、価値観不良、組織運営不良③個人・組織どちらにも起因しない原因＊制約条件の変化④誰の責任でもない予測できない未知なる原因

防げる失敗と防げない失敗
z 防げる失敗・トラブル① 設計・シミュレーションを事前に行い、予想すべき問題を想定できるもの（例えば、定常状態における付着・閉塞等）
z 防げない可能性がある失敗・トラブル① 未知の粉体② マニュアルにない非定常作業③ 非定常状態の単位操作（例えば、ラットホールが壊れたときのサイロ内粉体の動き）④ スケールアップ（安全係数）2

本日の内容＜粉粒体プロセスの失敗・トラブル例とそれからの教訓＞
１．粉体プロセス失敗・トラブル例
１．１ スターチプロセス（流動性）
１．２ セラミックスプロセス（付着性・凝集性）
１．３ 軽質炭カルの機械内付着
１．４ 金属粉の粉塵爆発
１．５ シリカと静電気
１．６ トナーの融着
１．７ 粉体難排出（サイクロン下）
１．８ 粉体供給不良（スクリューフィーダー）１．９ サイロのラットホールと底部の破損
１．１０ 異物混入防止対策（金属探知機の誤作動）
１．１１ 異物混入防止対策（機械の磨耗）
１．１２ 異物混入防止対策（篩網破れ）
１．１３ 異物混入防止対策（食品粉体）
２．本日の結論（失敗から何を学ぶか）

１．１ スターチプロセス（流動性）
z 粉体：スターチ（馬澱、コーンスターチ、タピオカでんぷんなど）
z プロセス：供給、貯槽、搬送、分級、包装z トラブル：流動性が高く、供給機でフラッシング発生。スクリューコンベア等の軸受けから粉漏れ。バグフィルターでの微粉通過。
z 原因：①知識不足②コミュニケーション不足③組織的な知識の共有化の遅れ

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１．２ セラミックスプロセス（付着性・凝集性）
z 粉体：セラミックス微粉（10ミクロン以下）
z プロセス：供給、搬送、排出、粉砕、分級、混合、包装
z トラブル：フラッシング、機械内閉塞（朝一番）、ホッパー部に付着増加し閉塞。
z 原因：①事前のパウダーテストで予想しきれない挙動を示した。②朝一番の状態と定常運転状態の差が大きすぎた。

１．３ 軽質炭カルの機械内付着
z 粉体：軽質炭酸カルシウムz プロセス：供給、貯槽、搬送、分級、包装z トラブル：付着性が強く、分級機内で付着発生。ロング運転ができない。
z 原因：①パウダーテストでの粉体特性と実際の粉体（化学合成・乾燥直後）とで特性の差が大②１-2時間の試験で判断（連続製造時の付着問題に対して準備不足）

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１．４

金属粉・小麦粉の粉塵爆発

z 粉体：金属粉（鉄粉、アルミ粉、チタン粉）、小麦粉
z プロセス：供給、貯槽、搬送、粉砕、集塵
z トラブル：粉塵爆発・火災
z 原因：①金属粉集塵機のメンテ中に何らかの原因で火花が発生し爆発。②小麦粉タンクを水洗いしないで修理溶接し爆発。③金属粉工場の集中掃除機のバグフィルターが何らかの原因で火花が発生し火災を発生、集中掃除機のため配管を伝って爆発が拡大した。

１．５

シリカと静電気z 粉体：シリカ
z プロセス：供給、分級、搬送、集塵
z トラブル：分級性能不安定
z 原因：①湿度の変化により静電気の発生レベルが変化し、粉体同士、もしくは機械との間に付着・凝集が発生し、分級性能に影響を与えた。②耐磨耗対策としてのウレタンライニングがシリカの静電気発生に強く影響を与えた可能性がある。

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１．６

トナーの融着z 粉体：トナー（２成分系、磁性粉含まず）
z プロセス：供給、貯槽、圧扁、搬送、粉砕、分級、混合、包装
z トラブル：粉砕機・分級機内融着
z 原因：①冷風装置故障で、機内温度が樹脂のガラス硬化温度を超えたため②大きな異物が混入し、それが核となって融着が始まったため。

１．７ 粉体難排出（サイクロン下）
z 粉体：金属微粉（ニッケル粉、銀粉、アルミ粉）
z プロセス：供給、貯槽、搬送、粉砕、分級、包装z トラブル：サイクロンから粉が出てこないz 原因：①１０ミクロン以下の微粉で付着性が強く、サイクロンから落下しにくい。②サイクロン表面の仕上げが粗く付着しやすい。③取り入れ空気の湿度が高く、凝集させやすい。④エアノッカーとバタフライバルブのタイミングがあってない。

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１．８ 粉体供給不良（スクリューフィーダー）z 粉体：セラミックス粉（平均径３-１０ミクロン）

z プロセス：供給、貯槽、搬送、粉砕、分級、包装z トラブル：スクリューフィーダーから安定して粉を供給できない
z 原因：①スクリューが等ピッチで後ろのみ飲み込んでいた。②アジテーターがスクリューに対しておし込みすぎていた③スクリューの軸に付着して供給量が急激に落ちた（コイル式にして解決）

１．９

サイロのラットホールと底部の破損

z 粉体：小麦粉（２０メッシュスルー程度）
z プロセス：貯槽（小麦粉受け入れ用）
z トラブル：VD付サイロからの排出時、マスフローにならず、ラットホールができ、まれにサイロ底部を破壊する。
z 原因：①除湿装置がないため、受け入れ時の温風に含まれる湿度が流動性を悪化②夜の休転の間に粉体層が圧縮されラットホールができた③ラットホールに、VDで振動された粉が一気に入り込み底部を破壊した。

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１．１０ 異物混入防止対策（金属探知機の誤作動）
z 粉体：プレミックス、冷凍食品
z プロセス：混合、包装
z トラブル：テストピースより大きな金属異物が検知できない
z 原因：①針状金属で方向性により検知できないことがある。②大きな異物の直後に異物が通過したため、検知できず通過してしまった。③アルミラミネート入りで検知できなかった。④ミックスの成分によってバックグラウンドのレベルが高くなって、検知しにくくなることもあり。
⑤冷凍品が解凍して誤作動していた。

１．１１ 異物混入防止対策（機械の磨耗）z 粉体：セラミックス
z プロセス：粉砕、分級、混合z トラブル：磨耗性が高く、機械を磨耗させ、製品に異物として混入した。
z 原因：①粉体（粒度）と機械の接粉部材質が合っていない（粗い粒子にはウレタン、軽く細かいものにはセラミックコーティングが良く使用される）②見た目に磨耗はないものの、PPMオーダーでのコンタミを嫌う仕様③耐磨耗材セラミックタイルの接着不良で脱落

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１．１２ 異物混入防止対策（篩網破れ）
z 粉体：小麦粉z プロセス：空気輸送、異物除去
z トラブル：異物除去のためのインラインシフターの網が破れ、それに気づかず生産し、大量の製品回収発生。
z 原因：①本来使用が薦められていない強制式円形篩を使ったため、網に負荷がかかり、またエアバイパスがないため、空気輸送圧を網に常時受けて破れてしまった。
②点検の頻度が機械に合わせて設定されていない（旋回式インラインシフターは破れにくく、破れてないことを確認するために１週間に１度点検すればよいが、破れやすい強制篩は、毎日・ロット変更時に点検が必要。

１．１３

異物混入防止対策（食品粉体）＜個別対応では不十分で総合対策が重要＞
１．建物全体の防虫・異物対策
２．建物内雰囲気から工程内への防虫・異物対策
３．工程内の防虫・異物対策
1）インラインマグネット
2）インラインシフター
3）インパクトマシン
4）粉粒体からの微粉異物除去(ディダスター)
5）金属探知機、X線異物検知器、毛髪除去装置
４．異物混入防止対策機器の選定方法

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①建物全体の防虫・異物対策

建築設計時のコンセプト10

②建物内雰囲気から工程内への防虫・異物対策
z 工程の密閉化
z 工場の清掃とHACCP対応
z 防虫対策（薬品燻蒸と熱風駆虫）
z クリーンルームと虫

①切り込み

②計量配合

③混合
④包装

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IBC 技術を配合、混合、包装で活用ＩＢＣ（Intermediate Bulk Container、中間バルクコンテナ)

マトコンジャパン
社資料

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清掃
屋外設置の原料用粉サイロ内は最低1年に１回（できれば年３回）は内部清掃をすることが好ましい。
注意：受け入れサイロ後にたとえインラインシフター等の異物除去・検知装置を設置していても、サイロの清掃は頻度を決めて定期的に清掃する方がよい。除去装置として使える位信頼性の高いインラインシフターであっても、シフターで異物を全量除去できるとする考えは異物管理上好ましくない。
インラインシフターは本来、異物検知用に設置されるもので、定常的に異物がないことを確認するために使用されるべきである。インラインシフターで異物が大量に発見されれば、ラインを止め、原因を究明し、すぐに対策を取らなければならない。

実際の熱風駆虫の模様
平成16年8月26-28日に実施したAIB主催
熱殺虫セミナーの風景

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③工程内の防虫・異物対策

異物混入の要因
製造工程のどこで、いかなる異物が入る可能性があるのかを正確に知る必要がある。そのために、以下の５つの要因全てに現場調査をし、現状の把握をすることが大事である。
①生物的要因②微生物的要因③人間的要因④物理的（設備的）な要因⑤化学的（受入前の汚染も含む）な要因

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異物検出・除去装置設置のポイント（１） 異物発生装置にならないか？
（２） 工程を複雑にしていないか？
（３） 簡単に内部の点検ができるか？
（週に一回、30分以内で）（４） 目的を明確に（異物ﾁｪｯｸか、異物除去か）

食品粉体を空気輸送するインラインに異物除去装置を設置する方法が有効＊設置例「インラインマグネット」「インラインシフター」「インラインインパクトマシン」

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インライン3点セット

ｲﾝﾗｲﾝﾏｸﾞﾈｯﾄ

ｲﾝﾗｲﾝｼﾌﾀｰ

ｲﾝﾗｲﾝ殺卵機

BISSC標準の抜粋
4.1.4 - Specific Design Requirements for Sifters
4.1.4.1 Separate conveying air systems shall be provided before andafter an atmospheric sifter in the system.（エアバイパス機構が内蔵されていること）
4.1.4.2 Sifters shall permit continuous discharge of tailings throughdust-tight connections to an enclosed container. （異物が連続的に排出されること）
4.1.4.3 Sifters shall employ no rubbing action to facilitate productflow. （網をこするような力を加えないこと）
4 . 1 . 4 . 4 Sifter screen frames shall be designed to prevent
replacement in an improper position and shall be readily removablefor cleaning (網が外し易くなっており、かつ、元に戻す時に間違いが起こりにくい構造になっていること)
4.1.4.5 Sifter screens shall be minimum mesh to allow passage ofproduct. （網の目開きは製品の通過しうる最少であること）

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各種インラインシフター

Pneumatic In-Line Screens の写真（米国GUMP社製）

ラウンドシーブの概念図

SINKAシフターの写真（㈱西村機械製作所製）

Ultra-High
Capacity In-Line
Pneumatic Screenerの写真（米国Kason社製）

Pneumatic In-Line
Sifterの写真（米国SWECO社製）

各社インライン・シフターの比較（公表されているホームページ・カタログに基づく）
製品名

メーカー

エアバイパ 異物連続ス機構
排出（BISSC仕 （ BISSC様)仕様)

トゥルーバランス ・ Great Western
インライン・シフ
Manufactu ring (米国） /ター・ミニ
日清エンジニアリング㈱有り有り

ジャイロドームイ
ンラインシフター㈱徳寿工作所/ニップン
エンジニアリング㈱有り

なし

SINKAシフター㈱西村機械製作所

有り

有り

有り

有り

有り

なし
運転中排出停止、運転終了
後取出し

Pneumatic InGUMP （米国） /㈱西村
Lin e Screens
機械製作所
Ultra-High
Capacity In -Line
Pneumatic
Kason （米国）
AZO（ ドイツ） 、Reimelt
ラウンドシーブ型 （ドイツ）、Bu hler（スイ（Cen trifugalス) 、Kason （米国）、ツカ
Scre ener)
サ工業㈱

なし

網詰りを機
能力
械的にかき 網の枚 網の形 旋動式/ （t/ h、強取らない数（エア 状、大き 振動式/ 力小麦（BISSC仕 バイパスさ機械式粉、3 0様)を除く）
メッシュ）
旋動式
（ウレタンボール
BISSC仕様
60 0ｍｍ /キュー準拠
２〜４直径ブ）３〜６旋動式
BISSC仕様
100 0ｍ （ウレタ準拠
1ｍ直径ンボー〜６500 〜BISSC仕様
120 0ｍ準拠
１〜２ｍ直径 振動式
２〜９800 〜
BISSC仕様135 0ｍ準拠
２〜３ｍ直径 振動式〜３０1219 〜 振動式
BISSC仕様
152 5ｍ （ウレタ準拠
1ｍ直径ンボー〜２７
機械式目詰り防止（ 攪拌・かきとり羽根）
1円筒形 機械式
３〜１３モーター
電気容量（Kw)

0.7 5
1 .5
0.7 5〜
3 .7
0 .5〜
3 .7
1 .5〜
7 .5

2 .2〜
7 .5

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① 異物・虫の破損による製品への混入を防ぐ対策が必要。

ラウンドシーブ② 2次異物を発生させてはならない。
③ オーバーに製品が混ざらない。
---Æ---Æ 緩やかな旋回運動が最適。
アジテーターやビーターなどで、網に直接力をかけると破れる可能性が高まる。
空圧によって搬送された
篩い前製品

安全弁

後

後出口への空気バイパス篩い前製品の重力による篩い後
流 れ製 品

前前異物篩い後製品出口グレートウェスターン社のインライン・シフター

インラインシフター の具体例

米国グレートウェスターン社製
インライン・トゥルーバランス・シフター・ミニと６１１シリーズ

18ラウンドシーブ（強制篩）と旋回式シフターの比較
比較項目
BISSC認証①エアバイパス 機構②異物が連続的に排出される③網をこするような 力を加えない④網が外し易くなっており、かつ、元に戻す時に間違いが起
こりにくくな って いる⑤網の目は製品の通過しうる
最小で あるオーバーに混ざる製品率
価格
必要スペース

ラウンドシーブ

旋回式篩

①②③×

全て○なし
な って な い（バルブは運転中閉か絞り）
網の目詰まり防止目的で インペラ等があるありなっている（バルブは運転中開）
網の上に何もな い（下のウレタンボー
ルはタッピングボール）

網は1枚で 、分解組み立て し易く、間違いは起こりにくい

網はエアバイパス を含めて 3−5枚あるが、分解組み立て は3 0分で 終わる。ピンがあり、組み立てミス が起こりにくい

3 0メッシュ（ 小麦粉）
運転中バルブを閉じて いるか絞って いるため評価不能
構造が簡単で 安価
省設置ス ペース

30メッシュ（小麦粉）

備考
エアバイパスがな いと網に常時空気圧がかかり網が破れ易い異物が網の上に長期間とどまると、異物が壊れ網を通過し易くな る
網をこするような インペラ等があると網が破れ易い

AIBの推奨する成虫の取れる30メッシュ（60 0ミクロン）が一般的

能力
網枚数
モーター容量網の交換のための必要人数

3−13t/h（ 強力粉）
12.2- 7.5KW
1人

15ppm以下
網の段数が多い割には安価
9 58 mm ＊15 56 mm
2−8t/h（強力粉）、
8 -35t/hは、61 1,621 シリーズ
2-5（ ＋エアバイパス1 枚）
0.75 KW
1人（網の直径600 mm）

篩方式
パッキン

固定篩（ 機械かきとり式）
ネオプレン

旋動式
ネオプレン（一体成型、ス リップオン式）小麦粉で は、旋動式は、振動式よりも能力が出やすい
シリコン不使用

網破れ検知機構

網が破れ易いため、設置を要求されるケースがあるが、網破れを完全に検知で きな い不要

海外のメーカーで網破れを検知できず訴訟になった例もあり適する使用目的

凝集物を解砕しながら篩う

壊れ易い虫などの異物除去

最近差が縮まって きた
差はな し

機械には設計思想あり！！

＜その他の異物除去装置例２＞＊「色彩選別機」
センサーの種類（レーザー、ＬＥＤ、ＣＣＤカメラ等）により数多くの機種がある。しかしセンサーの信号をアンプで増幅しコンパレーターで比較判定し、パワー回路で電磁弁（空気銃タイプ、フラッパタイプ）を駆動させ異物をはじく。これらの操作部分は、電子機器の発展でパソコン、ＬＥＤ、タッチパネルなどを用いる。

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＜その他の異物除去装置例３＞＊「粉粒体からの微粉異物除去（ディダスター）」① 米国製ペレトロンディダスター（槙野産業扱い）
ペレットなどに含まれる粉砕粉・粉状異物などを除く特殊な分級機がある。ペレットとダストの間に発生する静電気を除去してダストを取り除くもの②エディクラシファイヤー（日清ｴﾝｼﾞﾆｱﾘﾝｸﾞ製）
回転ローター部を持たない半自由渦を利用した分級機で微粉と共に小麦粉のふすま成分等穀物の皮などを除く （粗粉側製品）① 米国製ペレトロンディダスター（槙野産業扱い）

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ペレトロンディダスターの適用例（１） プラスティックペレット中の微粉、ストリーマー、フロス、スネークスキン等の除去。（静電付着しているため、一般にとりにくい）（２） 食品原料や製品中に含まれる人毛、糸屑、紙切れ等の除去。
（３） 養魚用ペレット飼料中の粉取り。（粉分は給餌の際、海面上に広がったり、風に乗って飛散したりして海洋汚染の原因となる。）（４） 解袋作業中に混入した糸屑、紙切れ等の除去。

＜その他の異物除去装置例４＞＊乾燥食品異物除去装置「粉粒体からの異物除去が可能」① 日立造船向島マリン製 KVSJシリーズ（日立造船グループ㈱エムテック扱い）• 粉体製品の異物除去（特に髪の毛の除去）に最近使われ始めた機械で、風の力と髪の毛の動きをうまく利用している。
• 振動篩網の一種であるが、粉粒体の通過する穴は斜めに筒状に板に加工してあり、この形状に特徴を持つ。

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乾燥食品異物除去装置の例（KVSJ型、エムテック製）

粉体異物除去機選定時の考え方
除去すべき異物は？
人：誰が異物除去するのか？

＊ポイント：機械で除去しても、最後は人

目的：異物除去か異物検出か？

＊ポイント：全量排出でも大量発生で再チェックの必要性

時間：製造ライン内かオフラインか？ ＊ポイント：連続生産（休転時間がとれるか）、製品出荷タイミング
場所：空気輸送ライン中か重力搬送 ＊ポイント：清掃タイミング・時間（機器点数）、異物混入の危険性
中か？

金属マグネットにつくか？

Yes

マグネット

No
金属探知機

ガラス、骨、貝殻、石虫

髪の毛

X線異物検出機

マグネット

特殊篩

シフター ＊網への負荷のな いもの＊虫が連続的に排出される構造
YesX線異物検出機

殺卵機

さらに精度向上
No
目視検査

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結論（失敗から何を学ぶか?）
１．個人の経験不足は情報の共有化・マニュアル化で、未知の粉体には『想定トラブル対応マニュアル』で、プロセス環境（温度、湿度、自動/手動）の変動は設計時の打ち合わせを入念に行うことでトラブルを回避もしくは少なくできることが多い。
２．回避できないトラブルへの対処法＊未知の粉体の予想を超えた挙動による問題→発生したときの対処法を仕様書に明記する
３．失敗を個人の経験・知識に終わらせず、グループ・企業・業界団体・世界の共有粉体技術・知恵にすることで個別企業の利益の向上に寄与すると考える。

粉粒体プロセスの清掃・洗浄の実例
１． サイロ清掃の実例
２． 貯槽・排出トラブル対策実例とIBCコンテナの洗浄の実例

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サイロ清掃実例
z 小麦粉等のストレージビンの定期清掃＊小麦粉原料受入サイロ（主に）＊サイロからミキサーまでに、インラインシフター設置されていても、サイロ清掃は必要。
z サイロ清掃のしやすい構造＊トップ部分だけでも降りられる構造＊コーナー部分、水平部分を少なく・・・・＞しにくいサイロ清掃は外注業者へ

サイロ清掃（その他）
１．高所危険作業のため①内部作業者はヘルメット、命綱を装着。
②酸素欠乏危険作業主任者講習、及び労働安全衛生法の講習を修了した責任者を1名入れる。
③上部と下部に分けて監視員を置く

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サイロ清掃（その他）
２．異物混入防止のため①ストレージビン内部底を養生する②縄梯子、命綱等のロープ材質はくずが発生し難い、クレモナロープを使用する。
③払い落とし粉を回収する④ロータリーディスチャージャー、或いはバイブロディ
スチャ−ジャーを清掃する⑤最終、製品の粉25ｋｇ＊2〜3袋を投入し、ストレージビン下部を粉洗浄する。

貯槽・排出トラブル対策実例
z IBCコンテナ底部にあるコーンバルブを上下させることによりコンテナ内の粉流体を自由に排出、停止させることができる。コーンバルブの内部バイブレーション機
能により、コンテナ内の粉粒体を直接振動させることが可能。ラットホール、ブリッジ、偏析などの粉流体排出時に生じる問題を防ぐ。
z 粉粒体輸送コンテナとしても利用可(食品、医薬、化成品など)。国内・国際輸送対応。
z コンテナブレンダー（コンテナ自体を混合容器として回転させる）は粉粒体の出し入れや混合後の容器洗浄をする必要がない。作業時間の短縮とコンタミ（異物混入）防止が可能。

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マトコン社のIBCコンテナの断面概念図

大投入

小投入

ｴｱｳｫｼｭ

IBCコンテナの秤量排出の流れ

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ＩＢＣコンテナの特徴
z ■可搬式コンテナの排出機構に、自動排出バルブの機構をプラスすることによって、スムーズな粉粒体の排出が可能。
z ■ 輸送、混合、計量排出が可能。
z ■ 貯蔵／充填／混合／洗浄／搬送の各システムを組み合わせ、粉塵のない状態で一連の工程の自動化が可能。
z ■ 24時間自動運転対応可能。
z ■ コンテナからの全量排出ができる。
z ■ フレコンに切出し秤量機能付加可能。
z ■ 経済的なバッチ搬送システム

ステンレス製

マトコンＩＢＣ

9オールＳＵＳタイプ
9接粉部のみＳＵＳタイプ
9１１００□ベース、ドラムポリエチレン製
9ＦＤＡ認可9軽量・安価9ブレンダー対応可能
9オールＰＥまたは鋼製フレーム27

排出ステーション

ベーシックタイプ
9流動性の良い粉粒体向け
9内部バイブレーターなし
9低価格

ジェネラルタイプ
9難排出性の粉体に対応
9内部バイブレーター付
9医薬品ほか各種粉体に対応● ご質問は？
Powder & Bulk Solids Southeast 2007（米国パウダーショー）
日程 : April 24 (Tue) - 26 (Thu), 2007
開催場所: Georgia World Congress Center in Atlanta, GA (米国)
AAAmachine のブース: ＃1667
無料入場券：http://www.aaamachine.com/sub3.htm
石戸 克典
AAAmachine, Inc. （トリプルエーマシン・インク）2025 S. Arlington Heights Rd. Suite 100, Arlington Heights, IL 60005 USA

Tel：+1-847-886-4535, Fax: +1-847-718-9487
Ｅ−ｍａｉｌ： ishitok@aaamachine.com

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