排気ガスを動力とした噴霧乾燥室下部の捕集効率を高めた着脱式旋回流分級アタッチメントの開発(プリス) ○(正)川口晋也*・ 加藤晋介・三隅雄一
1．緒言
噴霧乾燥法とは原液を瞬時に粒子にする手法である。
原液を乾燥室内のノズルまたはディスクにより微粒化し、単位体積あたりの表面積を増大させながら連続して熱風を接触させることにより瞬間的に乾燥・造粒を行い、粒子を製造する。したがって、熱に敏感な物質であっても変質が極めて少なく、濃縮、濾過、粉砕、分級、乾燥という多くの工程を一挙に省略することが出来得る。
噴霧乾燥法のファインセラミックス・金属等の粉末冶金用途の大きな利点は、粒度分布がシャープで高流動性の球形乾燥粒子が造粒できることにある。プレス成形の前工程の中間材料用途に適した、数十μm～百μm 程度の粒度分布の顆粒体が得られる。
一般的な粉末冶金用途の噴霧乾燥は、乾燥室の逆円錐下部から製品として使用する顆粒体を捕集し、排気に混入する顆粒体は、サイクロンにて排気と分離され捕集される。サイクロンで捕集された顆粒体は微粉が多く流動性が低いためプレス金型に均一に充填されないことがあり、製品にはせずに廃棄、または原料に戻されることが多い。したがって、乾燥室下部での捕集を増加させ、サイクロンでの捕集を減少させることが、噴霧乾燥の高効率化となる。
我々は、2018年にモーター駆動の旋回流分級機構を開発し、乾燥室下部での捕集率を向上させたことを報
告した1)。しかし、この分級機構には下記2つの課題があった。
1.噴霧乾燥室内は高温多湿の粉塵環境のため、モーター駆動による長時間連続運転が困難である。
2.モーター動力の電気又は圧空の配線工事のため、大掛かりな改造が必要となる。また乾燥室内に配線されることにより、コンタミリスク、洗浄工程の増加、メンテナンス工程の増加等が発生する。
上記2つの課題を解決するために、動力をモーターでは無く、機械運転時に発生する排気ガスを利用することにより、新たな動力を必要とせずに長時間運転を可能とした旋回流分級アタッチメントを開発した。

Fig.1に簡易図を記載する。噴霧乾燥機の排気ガス配管に動力羽根を設置し、配管内を流れる5～10m/sec程度のガスを駆動源として高速回転する。動力羽根が高速回転することにより、シャフトを介して接続した旋回流発生羽根も回転し、乾燥室内に旋回流が発生し、顆粒が乾燥室の外側へ移動することにより、乾燥室下部での捕集効率が向上する。
2．実験
下記条件で、旋回流分級アタッチメントの有無にて乾燥室下部、サイクロン下部の回収率、粒度分布を比較した。
・噴霧乾燥機：TR160(φ1600mm プリス製)
・原料：Al2O3 50wt%水スラリー
・温度条件：入口150℃/出口86℃
・原液供給速度：2.8kg/h
・噴霧ディスク回転数：12000rpm
・運転時間：45min
3．結果・考察
Table.1の通り、旋回流分級アタッチメントを設置した系は、乾燥室下部回収率が向上し、サイクロン下部回収率が低下したことにより、旋回流分級が有効であることが示された。サイクロンの粒度分布が大きく低下しているのは、分級機構が大きい粒子に対してより有効に作用するためと考えられる。分級効果、粒度分布共に、既開発のモーター駆動分級機構と同等の傾向となった。
Classification

Not Classification

Recovered bydrying chamber

81.6wt%63.5wt%Recovered bycyclone

18.4wt%36.5wt%CE Diameter ofdrying chamber(Dv50)
CE Diameter ofcyclone (Dv50)

36.1μm35.3μm21.6μm

26.9μmTable.1 Recovery rate and particle size
distribution

参考文献1) Kawaguchi, S.et al., Preprint of The 31th Fall
Meeting of The Ceramic Society of Japan, 2N01,(2018).
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------Fig.1 Diagram of swirl flow classifier

The Society of ChemicalEngineers Japan The 51stAutumn Meeting Sep.2020

Development of detachable swirl flow classifier
with improved recovery rate at the spray drying
chamber powered by exhaust gas
排気ガスを動力とした噴霧乾燥室下部の捕集効率を高めた着脱式旋回流分級アタッチメントの開発

PRECI CO., LTD.
○Shinya Kawaguchi・Shinsuke Kato・Yuichi Misumi

1Process flow of spray dryer© PRECI CO.,LTD.

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Applicable fields of spray dryer

Foods

Ceramics

Pharmaceuticals

MetalsChemicals© PRECI CO.,LTD.

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Example of granules by spray drying

Alumina ceramics (primary particle Dv50:0.6μm)

Spherical granules by spray drying have highflowability and are uniformly filled into thepressing die, which are suitable for molding
process.
© PRECI CO.,LTD.

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Granules collection method

Big granules(high flowability)
Use for products

Small granules(low flowability)
Disposal or returnto raw materials

Increasing the powder recovery by drying
chamber will improve the efficiency ofspray drying.
© PRECI CO.,LTD.

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Development of a prototype of swirl flow classifier (2018)

A rotary vane is installed in the drying
chamber, which is driven by a motor that runs
on compressed air.
© PRECI CO.,LTD.

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Image of swirl flow classification

Not classification

classification

Big granulesSmall granules

The swirling flow moves the glanules to theoutside of drying chamber and collects them.
© PRECI CO.,LTD.

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Experimentation (2018)
Basic operating conditions
・Inlet gas temp：150℃
・Exhaust gas temp：80～90℃・Slurry feed rate ：3.5kg/h
・Atomizer speed ：12000rpm
・operating time ：15min

Change of operating
conditions
Classification / Not Classification

Spray dryer・Raw materials
・Spray dryer：TR160(φ1600mm)
・Spraying Method：Rotary atomizer
・Raw materials ：Alumina 50wt%
Water 49.75wt%
PVA 0.25wt%© PRECI CO.,LTD.

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Results (2018)

The classifier was effective.

© PRECI CO.,LTD.

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Problems with prototype of swirl flow classifier

The motor cannot run for long time in the drying
chamber due to the hot, humid, and dusty
environment.

Piping to supply air to the motor must be installed in
the drying chamber, which increases the risk ofcontamination, cleaning time, and maintenancetime.

© PRECI CO.,LTD.

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Development of a new swirl flow classifier

We have developed a classifierthat does not require additional
power by using exhaust gas todrive a rotating vane.

© PRECI CO.,LTD.

Swirl flow classifiergranules

Exhaust gas(5～10m/sec)
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Characteristic of a new swirl flow classifier・No power required.
・No modification work required.
・Easy to install and remove.
・Easy to clean and maintain.
© PRECI CO.,LTD.

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Video of a new swirl flow classifier© PRECI CO.,LTD.

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Experimentation (a new swirl flow classifier)Basic operating conditions
・Inlet gas temp：150℃
・Exhaust gas temp：86～93℃・Slurry feed rate ：2.8～3.2kg/h
・Atomizer speed ：12000rpm
・operating time ：45min

Change of operatingconditions
Classification / Not Classification･Vane diameter･Vane angle･Rotary direction

Spray dryer・Raw materials
・Spray dryer：TR160(φ1600mm)
・Spraying Method：Rotary atomizer
・Raw materials ：Alumina 50wt%
Water 49.75wt%
PVA 0.25wt%© PRECI CO.,LTD.

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Results① -recovered rate- (a new swirl flow classifier)Similar trends to the prototype.

© PRECI CO.,LTD.

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Results -particle size distribution- (a new swirl flow classifier)DryingchamberClassification：36.1μm
Not classification ：35.3μm

CycloneClassification：21.6μm
Not classification ：26.9μm

There is a large difference in the PSD of the cyclone.
Big granules are classified to a drying chamber.
© PRECI CO.,LTD.

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Results② -recovered rate- (a new swirl flow classifier)CycloneDrying chamber
79.7%

80.7

69.9

77.8

76.9

100100909080

8070706060%504030302020

101000No2No3

No4No519.3

30.1

22.2

23.1

No1No2

No3

No4No55040No120.3● No1 Φ200 vane 30° clockwise● No2 Φ200 vane 30° counter-clockwise● No3 Not classification● No4 Φ300 vane 0° clockwise● No5 Φ300 vane 45° counter-clockwise© PRECI CO.,LTD.

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Results② -particle size distribution- (a new swirl flow classifier)CycloneDrying chamber
40.3

38.9

41.3

36.9

39.4

50

50

4040μmμm(Dv50)(Dv50)

21.3

25.2

21.2

23.1

No1No2No3

No4No5303020

22.3

No1No2

No3

No4No520● No1 Φ200 vane 30° clockwise● No2 Φ200 vane 30° counter-clockwise● No3 Not classification● No4 Φ300 vane 0° clockwise● No5 Φ300 vane 45° counter-clockwise© PRECI CO.,LTD.

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Summary

Compared to the prototype, a swirl flow classifier that
requires no modification work, has no piping, and can be
operated for a long time has been developed.

We would like to cooperate with the manufacturer toconfirm the very long operation.(～a month)© PRECI CO.,LTD.

19

ありがとうございました20