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Jun 30, 2023

横型プラウミキサーの混合とダスト低減

gennaio 23, 2018 Efficienza e robustezza di un'ampia varietà di miscelatori ad aratro

2018年1月23日

さまざまな用途におけるプラウミキサーの効率と堅牢性は十分に確立されています。 長いサイクル時間にわたって成分を「穏やかに」混合する低強度ミキサー (リボン ブレンダーなど) とは異なり、フルスピードのプラウ ミキサーはわずか 90 秒で均一に達します。 高強度ミキサーとは異なり、プラウ ミキサーは、混合強度に直接比例して高いせん断力や熱を与えません。 鍵となるのは固体の機械的流動化であり、これは混合ツールまたはプラウの速度と形状を最適化することによって実現されます。

混合物の 0.5% 程度の少量の成分や添加剤は、折り曲げたりスライスしたりするのではなく、材料を流動化させるプラウの作用によってバッチ全体に素早く均一に分散されます。

固体混合物中の粉塵を減らすには、表面処理、緻密化、造粒という 3 つの一般的な方法があります。 プラウミキサーには、これらのダスト削減方法のそれぞれに対処する際に、明確な利点があります。

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表面処理表面処理には通常、シランなどの液体が含まれますが、この液体は低濃度で粉末上に均一に分散する必要があります。 低強度ミキサーを使用する場合は、通常、この液体をシリカなどの担体上で事前に混合し、均一に塗布するために長時間混合する必要があります。 プラウミキサーなどの機械流動床を全速力で使用する場合、液体をミキサーのヘッドスペースに細かいスプレーとして注入できます。 液体はバッチ全体に素早く分散され、担体固体の必要性がなくなります。

粉末の表面処理を完了するには、通常、シランと基板の間の表面反応を開始するための加熱ステップが必要です。 プラウミキサーの効率的な熱伝達特性により、同じ容器内で粉末を加熱し、数分以内に再度冷却することができ、材料の移動を回避します。

高密度化粉末金属混合プロセスの目標は、緻密化して指定された流動性を達成しながら、添加剤 (グラファイト金属ステアリン酸塩やその他の潤滑剤など) を均一に分散させることです。 高密度でありながら流動性のあるブレンドにより、取り扱い時の粉塵の発生が少なくなります。

粉末金属産業では歴史的に、金属粉末に添加剤を分散させるためにダブルコニカルまたはツインシェルブレンダーが使用されてきました。 必要な仕様を達成するには、通常、数時間のサイクル時間が必要です。 水平プラウミキサーを使用すると、サイクル時間を 30 分以下に短縮できます。

低強度タンブルミキサーは、比重や粒子サイズが大きく異なる成分を含む混合物にはあまり適していません。 このような低電力ミキサーでの高密度化に必要なサイクル時間が長すぎる場合があります。

一部のミキサーの特殊な混合ツールは、粉末金属と添加剤との直接接触を引き起こします。 高速混合および分散動作によりバッチにせん断が加えられ、均一で均質なブレンドが迅速に生成されます。 これにより、緻密化と流動特性の両方が向上します。 金属と添加剤は、最終ブレンドの均一性に影響を与えることなく、広範囲の比重を持つことができます。

バッチに入力される総正味電力は必要な混合時間に直接相関することができるため、電力消費を監視することによって望ましいエンドポイントを決定できます。 これにより、プロセスを自動化する簡単で信頼性の高い手段が提供されます。

造粒造粒は主に粉末を流動性と取り扱いを容易にする形状にするために使用されます。 一般的な食品顆粒には、粉末賦形剤、少量の有効成分、および粉末を顆粒として固定し分離を防ぐ液体結合剤など、いくつかの成分が含まれています。 顆粒のサイズと均一性は、混合作用、粉末の粒径、使用する結合剤の種類、分散度によって異なります。

以前、食品業界では、食品粉末を事前分散、混合、顆粒化するために別の装置が必要でした。 この多段階の造粒プロセスにはいくつかの問題が内在していました。 各ステップには個別の容器が必要で、それぞれに独自のコスト、個別の洗浄、および規制の検証が必要でした。 造粒は科学というよりも芸術のようなものでした。 オペレーターは、達成される湿り具合を判断し、必要な液体の量と混合時間を判断する必要がありました。 したがって、造粒の実行は一貫して再現できませんでした。 乾燥した粒状生成物は、多くの場合、篩にかけ、過大および過大なサイズの粒子を除去して、所望の最終製品、すなわち、適切な制御に必要な狭い粒子分布および均一な密度の顆粒を得る必要があった。

たとえば、ベーカリーミックスを扱う場合、プラウによって生じる機械的流動作用は、隣接するプラウの間に取り付けられ、粉末の凝集を解いてショートニングを分散させる働きをする高速、高せん断の細断装置によって補われます。 細断装置はプラウとは独立して操作できるため、ミックスの過剰な作業を回避できます。

いくつかの例外を除いて、すべてのベーカリーミックスの主成分の 1 つは砂糖または砂糖誘導体であり、シャフトシールに関する限り問題を引き起こします。 ミックスの材料がこれらのシール (スタッフィング ボックス) に押し込まれ、そこで摩擦熱が発生します。 この熱により、材料が焦げたり焦げたりしてシールが破損し、製品が汚染される可能性があります。 これは、空気がミキサーの壁を通過するときに、各回転シャフトの周囲を取り囲む狭いオリフィスを通して少量の空気をパージすることによって回避されます。 この空気はミキサーに入り、ミキサー上部の通気口から排出されます。 空気の流れが維持されている限り、シールへの物質の漏れは防止されます。

図 1 に見られるように、典型的な食品造粒では、賦形剤と粉末有効成分が静的造粒機に送られます。 分散が完了したことを示す出力曲線が水平になるまで、プラウを使用して混合が開始されます。 次に、凝集した液体がアクティブチョッパーフィールドに噴霧され、そこでバッチの成分に素早く分散され、対応する出力の増加と同時に、望ましい完成した食品顆粒化がもたらされます。

造粒の程度は、使用される電力と直接相関し、バッチに添加される凝集液体の量と利用される湿式混合時間の量に依存します。 結果として生じるプラウの 3 次元動作により、「雪だるま現象」が発生します。チョッパーの剪断動作により、均一で小さな顆粒が生成されます。

図 1 に見られるように、混合時間と液体が増加するにつれて粒子サイズは大きくなります。 プラウとチョッパーは、出力曲線の平準化によって再び示される、望ましい顆粒サイズが達成されるまで利用されます。

湿式混合時間を長くすると顆粒がより完全に湿るので、望ましい粒子分布と密度仕様に達するために必要な液体が減少します。 最も均一な粒子分布は、液体混合時間と液体添加レベルを高くすることで達成されます。 特定の混合物の液体レベル、混合時間、および電力要件の変更は、パイロットスケールのユニットで迅速に最適化できます。

同一の食品造粒は同一の検出力曲線を生成します。この事実により、適切な造粒目標が達成された時期を推測する必要がなくなります。

Mike Smith は、ミシガン州サギノーにある B&P Littleford のプロセス エンジニアです。 B&P Littleford プラウ ミキサーは、機械的な流動床混合作用を生み出し、均一なブレンドを生成し、ばらつきを減らします。 乾燥が必要な場合、この流動床プラウ動作により、他の乾燥機に比べて 10 倍もの熱伝達係数が得られます。 詳細については、989-757-1300 に電話するか、www.bplittleford.com をご覧ください。

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