SVミキサーの乾燥性能とスケールアップ
Drying

Performt】n(eCri†er;clSV州IXER

SccdingL† Up

forof仙eond(化)技術部 設計第2課
田雅和
Masayロki

SVThe

mixer

hasbeenwidelyin powderusedhandling

equlPmentasSuchfor之Wada

mlXlngan'ddrying.

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えが

some

specificfeatures

andcriteriaof the SVfor scaling

mixer
it up

as

when

nsed

anordinaryasavacuumdryeranddryer.

2)乾燥機･混合機兼用で使用出来る｡

きSVミキサ‑は,逆円錐形容器内に自公転するスクリュ‑を持ち,粉粒体に三次元的な対洗運動を与える構造で,その独自の混合機構を有効シこ利用して,ファインケミカ

乾廉後,添加物を加え混合操作を行う場合,同一機器で行うことができ,機器数の減少,コンクミの防止,/､ンドl)ングの減少等メT)ッT.が多い｡
3)伝熱効率がよい｡

ル,医薬品,合成樹脂,農薬,染料･顔料,窯業,食品等の広範囲において混合機及び真空乾燥機として数多く使用されている｡

其空乾燥機としてのSVミキサーの特長,構造,乾燥性

原料全体を対流混合させながら伝熱面近くの原料を強制的に撹拝するため,伝熱効率がよく,均一な乾燥が容易紅蓮成出来る｡

能及びスケールアップ忙ついて紹介する｡

4)減圧操作により比較的低温で乾燥出来る｡
熱的むこ敏感かつ不安定な原料VL対して,比較的低温で乾1.真空乾燥について
現在=業的な目的VL使用されている乾燥装置の種類,操作条件は,多種多様であるが,原料粉粒体のもつ物理化学燥することが出来る｡

的性質vLより,熱的に敏感かつ不安定なもの,あるいは乾5)原料の仕込み･排出が容易であり自動化が出来る｡
容器固定式のため原料の仕込み･排出が容易であり,自燥作業の効率化などの点から,比較的低温下でかつクロー動化することが出来る｡また,容器形状が逝円錐形であズドシステムで自動化が出来る真空乾燥が有効な場合が多く,常圧乾燥装置から真空乾燥装置へ装置の更新を行うケ

り,スク1)ユー巽による撹拝によってブリッジ.ングを起こすことなく,容易に排出出来る｡

ースが増加している｡

2.真空乾燥型SVミキサー(T型SVミキサー)の特長
真空乾燥型SVミキサー(T型SVミキサー)は,第1
園に示すような間接加熱(伝導受勲)の回分式容器固定材
料撹拝型乾燥機忙属し,独白の混合機構をそのまま乾燥機(最大仕込量)を標準機種に応用したもので50‑15000βとしている｡

容器内部構造は,一般の混合型SVミキサーと基本的には同一であり,容器の真空仕様及び外套が付属することが異なっている｡
容器内の粉粒体は,減圧下で外套熱媒体から間接加熱されながらスクl)ユーの自公転により常ケこ混合され槽内湿分及び粉粒体温度を均一化しながら伝熱面を更新するため,効率のよい熱伝達が行われる｡
真空乾燥機としてのSVミキサーの特長をまとめると,
1)マイルドな混合状態で均質な粉粒体が得られる｡
スクl)ユーはゆるやかに自公転するため,粉粒体粒子を破壊することがほとんどなく,柔らかい結晶の乾燥にも適している｡また,独自の混合機構により,湿分,粒径,成分等の均質な粉粒体を同時にかつ多量に得ること第1園が出来る｡

Fig.

VTol.

38No.

1(1994/8)

神鋼パンテツク技報

丁型SVミキサ‑の鶴形
1

S血emaof Tseries

SV

MⅨE良

15

Bag

filterCompressed

CondellSel･

ail･

Purgirlgair

SV
MIXER

Recei
Heating

vet･

media

supplyExhausLlng
Coolillg

Beating

llledia

Coo血g

return

第2園
Fig.

gas

nledi asupplyVacuumpump

media
returllSVミキサ‑頁空乾煉ユニット概略フロー
2

Schematicflowof SVMIXER

vacuumdrying

unit

第1表･≡

SVミキサ‑真空乾燥ユニット機器仕様

TablelnOistLlt･eCOlltenL

1Equipment
dryingq)(勺≡Equipmer)t

⊂〉

name

specificationof SVMIXER

vacuumunit
EquipmentrspecificationA)

SV

コ

Effective volume
Motor rated qtltput

MIXER

ぐ弓
ゝ一
くじ

a≡

Rotationくじ｢コspeed⊂::(qHeatlll

一=transfer

100β: Screw
ArmScrew
Arm:

1.5kW
0.2 kW36′‑144 rpm
1/‑4 rpm

0.9m2areaq)⊂]Bag⊂〉UqノL

filterCondens=･≡

1'elllperature′≧コerVacuu皿pump＼＼Cloth

0.4 rn普areaTypeType
Pumping

Shell

speedandtube:

Water･ring

vacuum:850β/min

pump

Timc

第3図
Fig･

期間Ⅰは,恒率乾燥期間と呼ばれ,流入熱量はすベて湿乾燥経過曲祝
3The

periods

分の蒸発に使用されるため,この期間中は粉粒体温度がほof drying

また,機器へのアクセス,計装化が容易であり,操作性がよく,自動化が容易である｡
6)クローズドシステムで操作することが出来る｡
危険な溶剤を安全に回収することができ,外部からの異物混入によるコンタミを防止することがtLJ[来る｡
等があげられる｡

真空乾燥機として数多く使用されている｡

材料の性質,乾燥条件によって大きく左右される｡
はとんどを占める場合もある｡
乾燥材料の性質により,乾燥条件,到達乾燥度,乾燥時間等の乾燥性能が異なるため,当社では,テス1一装置を使って実粉テストを行い,乾燥条件,到達乾煉度,乾燥時間,材料の物性変化,付着性等を確認して,実機の設計vL

SVミキサーの乾燥性能

一般的な定常乾燥条件では,乾煉工程における湿分及び粉粒体温度の経時変化は概念的に第3図のようFLなる｡
期間Ⅰは,材料予熱期間と呼ばれ,粉粒体温度が乾燥条件に対し定常になるまでの期間で,真空乾燥下では全乾燥時間に占める期間Ⅰの割合は比較的′J＼さく,逆に蒸発物質の定常運転圧力(真空度)での平衡温度まで粉粒体温度が低下することもあるム･It6と材料加熱に使用され,粉粒体温度は徐々に上昇するo
期間Ⅰと期間皿の遷移点は,限界含水率と呼ばれ,乾燥また,乾燥材料の性質によって,期間Ⅰがなく期間∬がこれら特長を生かし,ファインケミカル,医薬品,合成革靴胤 農薬,染料･顔料,窯業,食品等の広範囲むこおいて

3.

ぼ一定である｡
期間Ⅱは,減率乾燥期間と呼ばれ,流入熱量は湿分蒸発反映している｡
テスト装置のフロー及び機器仕様を,第2図,第1表に示す｡
3. 1

SVミキサーの伝熟特性

SVミキサーの乾燥性能は,外套から粉粒体‑の伝熱により湿分を蒸発させる間接加熱方式であるので,伝熱係数の値VLより影響を受ける｡

神鋼パンテツク技報

Vol. 38No.

1(1994/8)

50

第 2表

SVミキサーの総括伝熱係数

Table

20ver･allheat

po‑der王transfer

Consta□t･rateof SV

liquid material

orMIXER

1〔k｡｡1/mY.
h,. oC〕

condition
Muddy

(づ

coefficients

200/‑/300

periodq)l+Wet

c350 /‑′200po∇derLq)

Dryの亡ahFalling‑ratec3C)

periodpo∇derGrar)ulated powder
Separatewater

冗10′‑ 50of

crystal Iization

0.5

1Net capacity

第4園
Fig.

10るため見かけのU値が′J＼さく,乾燥時間が長期R=わたるこ｢m,]とがある｡このような場合や乾燥粉体の乾燥･加熱の場合には,撹搾熱が大きく影響することがある｡

丁型SVミキサ‑の有効容量と伝熱面積の関係
4Net

capacity∇sbeattransfer

areaof T series

SVMIXER(kcal/m2･hr･oC)と呼ばこの値は,総括伝熱係数Uれるo伝熱量Qは下記(∋式にpJ:り,またU値ほ㊥式によりこの場合の原料への伝熱量Q'は,次の⑨式で表され撹
搾熱qの影響度が大きくなり,Q'vL̲対するqが10′‑30%程度以上となることがある｡@

Q'エロ･A･』T＋q決定される｡
Q‑U･A･』T①

U‑(bi￣1＋hw￣1＋h｡￣1)￣1@

Q':原料ヘの伝熱量〔kc al/hr〕

q〔kcal/hr〕:撹搾熟また,湿分の存在状態VLよっては,底部からの乾燥空気または窒素ガスの少量吹き込みが有効である時もある｡

4.乾燥時問の実機へのスケールアップ:伝熱面積〔kcal/hr〕〔m2〕:平均温度差〔oC〕

ップし,実機の乾燥時間を推定す'ることは,実設備設計において重要なことである｡

Q:伝熱量

A』Tbi:内側境膜伝熱係数h町:壁面伝熱抵抗

テスト装置で得られたデータから乾燥時間をスケー)t'ア〔kcal/m2 hr･ oC〕･〔kcal/m2 hr･ oC〕･h｡〔kcal/m2 ･hr･ oC〕:外側境膜伝熱係数
原料粉粒体の性状,また乾燥の進行とともにU値は大きく変化する｡先に述べたテス†装置を用いて実執したU値を,おおまかにまとめると第2表となる｡
なお,本機種(/TLおいて,温水循環の場合で数百‑1h｡は

h町は1000′‑2000程度,000程度,スチームの場合で5000程度であり,事実上U値を支配するのはhであることがわかる｡液体反応槽の場合にU値を大きくする目的で外套にb｡を大きくすることがスパイラルバップ/レを取り付け,実機の乾燥時間を推定する場合,先に述べた伝熱係数基準の(∋(葬式を使って行われる｡
しかし,容積基準のスケールアップ比をVrとすると,伝熱面積のスケールアップ比はおよそVr2/8となるため,他の乾燥条件を同一としたとき,乾燥時間がテスTl装置の約VTl/8倍必要となる点に注意しなければならない｡なお,標準丁塾SVミキサーの有効容量と伝熱面積の関係を第4図に示す｡
撹粋熱の影響が′+＼さい場合,テス十装置と実機の乾燥時間のおよその関係は次のようになる｡

よく行われているが,SVミキサーのような粉粒体乾燥機
では, hが支配的であるのでhoを大きくしてもU値が④♂‑仇･(Ⅴ/Vt)1/8

ほとんど変わらず,コスT‑/く‑フォ‑マンスの点からスパイラルバッフルを取り付けることほまれなケースである｡
乾燥性能(到達乾燥度,乾燥時閤等)及びU値は,蒸発成分(水,ア)1,コー/レ,トルエン,アセトン,ヘキサン等状態によって大きく影響を受けるので,見かけだけで乾燥

:乾燥時間

〔br〕

Ⅴ:内容物量〔β〕

添字t
例えば,の有機溶剤が多い),蒸発成分の存在状態(付蒼水,毛管水,結合水等),初期湿分,最終目標湿分や粉粒体の付着♂

:テスト装置の値
100e
SVミキサーテス十装置で目棟乾燥度までの乾燥時間が4hrであったとして,実機3000βでも同運転条件とすると,④式より性能を予測することは,非常に困難であることが多い｡特
β‑4･(3 000/100)1/3に,有機合成品のように蒸発成分の存在状態が前工程によって決定されるようなものでは,実粉テストを実施しないと乾燥性能を予iFJJできないことが多い｡=12.4血r

乾燥中に,伝熱面に粉粒体が付着するような原料の場
合,付着粉体が伝熱抵抗となり,外套からの伝熱を阻害すと推定することが出来る｡

Vol. 88No.

1(1994/8)

神鋼パンテツク技報

J7

Jackette111peratul'e
60

Jacket temperature
U50Q)
し=】

40.u

ぐC
し■Q)
aq)
h≡:⊃25q)

d〔一hMaterial

telTIPel‑ature20d)a≡Elq)

1.=,*bJtb＋CSq6#i6

3.25

0.25′1､血el.

第6図

l■
0.5

1.5
1､inle

第5図
Fig･

Fig.

4

DryingctlrVeOf test

実機における乾燥曲線
6

Dryingcurveofactual equipment[hl･]①㊥⑦式を使ってスケールアップを行った実例を次に示

テスト機における乾燥曲線
5[hr]

す｡

equipment〔テスト条件〕
撹群熱の影響が大きい場合は,実機における推定撹拝動力から撹搾熱を推定し,見かけのU値と撹群熱から乾燥時閏を推定する必要がある｡

a)内容物
b)湿分

有機物50kg仕込,湿分:酢酸エチルc)外套温度

温水60 oC

初期:35%,最終目標:0.25%

約20Torr(水封ポンプによる)cl)真空度乾燥曲線の概念図を第5図に示す｡
e)結果〔テスTl結果におけるU値〕

撹拝熱の影響を含めた乾燥時間のスケールアップ式は次の式となる｡
恒率乾燥期間の場合

a)恒率乾燥期間の平均U値(Ul)
01‑l･m/Q':恒率乾燥時間〔hr〕):蒸発成分の蒸発潜熱〔kcal/kg〕

m〔kg〕:蒸発成分重量:恒率乾燥期間中の平均撹拝熱〔kcal/hr〕

U2‑4.6:恒率乾燥期間中の平均総括伝熱係数〔kcal/m2･hr･減率乾煉期間の場合(蒸発成分の蒸発をなしと考えて)

i‑哉怠1哨朱墨栄吉≡
β2:減率乾燥時間〔br〕

M:粉粒体重量〔kg〕

C:粉粒体の平均比熱

A

:伝熱面積

〔kcal/kg･oC〕
〔m2〕

U2

:減率乾燥期間中の平均総括伝熱係数[kcal/m2q2t:外套温度(一定とする)〔oC〕:粉粒体初期温度〔oc〕

T2:粉粒体終期温度〔oC〕

Jβ

U値がかなり′J､さな値となっている｡〔実機2 000βにおける乾燥時間の推定〕a)恒率乾燥時間の推定①式より@♂1‑2.9hr(ただし撹粋動力予&rJ‑1.4kW)b)減率乾燥時間の推定(釘式より

01‑4.7hr(ただし撹拝動力予測‑0.9･hl･･ OC]〔実機2 000e(ラ:全乾煉時間(予熱時間,冷却時間を除く)
〔br〕

kW)

VLおける乾燥結果〕

a)内容物
b)湿分
C
外套温度

0‑01＋02♂

oC〕:減率乾煉期間中の平均撹群熟〔kcal/br〕

TloC

kcal/m2･br･

本テストでは,合壁ヘの粉体付着が多く,

Ul

o2

oC

kcal/m2･hr･b)減率乾.煉期間の平均U値(tJ2)♂1ql

Ul ‑35檀)‑l･m/(Ul･A･AT＋q1)

有機物772kg仕込,湿分:酢酸エチル
初期:35%,最終到達:0.25%
温水50oCd

真空度

約70 Torrr･e

結果

乾燥曲線の概念図を第6国VL示す｡〔スケー/レアップの評価〕
テスト条件と実運転条件及び仕込量に差異があるので旬㊥式に実運転条件を代入して計算すると,a神鋼パンテツク技報)恒率乾燥時間
Vol. 88

No.

1 (1994/8)

①式より

Kl,K2.･内容物性質及びスケ‑ルアップ比によっ♂1‑2.9hrて決まる定数(ただし正味撹搾動力‑1.1kW)m,n:スケー/レアップ係数
自転軸撹拝動力スケ‑ルアップは,実機の撹搾モータの選定に必要なだけではなく,前述のようVL乾燥時間の推定b)減率乾燥時間の推定
OIL‑2.7 hr(む式より(ただし正味撹拝動力‑0.8

計算に対しても重要である｡
実機ケこおける混合時間は, 10‑30分程度が多く,実機の乾燥時間(数時間以上)に比べて非常に短く,混合と乾燥kW)となり,実運転データとおおむね一致するo撹搾動力の推定が,若干大きめとなっているが,これはを同時に行う場合は,乾燥時間が支配的となる.

実際の負荷変動を考慮して実機モータを選定するための式/レアップ式を使い,テスTl結果から実磯の容量,混合または乾燥時間の推定を行って,実設備の計画設計を通じて,単体のみならず混合システムや乾燥s'ステムの設計へと発を使っているためであり,乾燥時間の推定に用いる撹搾動
力は,その値の0.

7‑0.8倍程度の値を使用する必要がある

当社では,上述撹拝動力,混合時間,乾燥時間のスケーと言える｡

展させていく所存である｡

5.その他のスケールアップ

む

乾燥時間以外の項目のスケールアップについてはすでに報告されている1),2)･3)が,ここに自転軸撹搾動力及び混合時間の当社スケールアップ式をまとめておく｡･自転軸撹拝動力スケールアップ式

す･･･び
本稿では,SVミキサーの真空乾燥機としての特長,乾燥性能及び乾煉時間のスケールアップ式について述べたosvミキサ‑は今後さらに,その独自の混合磯構を有効VL利用して,固液相処理装置として用途を避げていけるものと確信している｡ユ‑ザ各位のご要垂むこ応えて,さらVLス
Ps‑E2･(Ⅴ/Vo)m･(F/Fo)□･Pso

ケ‑/レアップ式の精度向上及び用途開発を進めて行きたいと考えている｡また,長年にわたって蓄積された粉体ハン･混合時間スケールアップ式
Olt‑Kl･(Ⅴ/Vo)･(F/Fo)￣1･oArO
PsⅤFeLI:自転正味撹搾動力〔kⅥり〔β〕:装置有効容量:スクリュー搬送量〔m8/br〕
〔hr〕
:混合時間

添字o:テスト機の値

Vol. 88 No.

1(1994/8)

ドリング技術に,撹拝槽をはじめとする種々の化学プロセ
SVミキサー単体
ス機器の設計･製作ノウハウを生かし,のみならず,粉粒体用混合･乾燥プラン†の設計,機器の製作等を行い,ユーザ各位のご要望に応えたいと考えている｡〔参考文献〕(1981/9),p. 1･ニュースVol.25,No.3
1)神鋼ファウドラ‑312)神鋼ファウドラー･ニュースVol.27,No.2(1983/5),p.
3 (1983/10), p. 15
27,No.
3)神鋼ファウドラー技報Vol.

神鋼パンテツク技報

19