粒子の影響

2023 年 8 月 1 日 | エリック・メイナード、マッキノン・レイ、ジェニケ＆ヨハンソン著

固体の粉砕とふるい分けは多くの固体取り扱いプロセスにとって不可欠ですが、エンジニアはそれらの動作がバルク材料の流動挙動にどのような影響を与えるかに注意する必要があります。

バルク固体の処理に関しては、（粒子）サイズが重要です。 ほとんどすべての産業は、粉砕（粉砕、粉砕、粉砕による粒子サイズの縮小）やふるい分け（粒子サイズに基づいて材料を分離する）など、プロセス内で何らかの粒子サイズ制御に依存しています。 たとえば、採掘された物質を粉砕しなければ、周囲の岩石から貴重な鉱物や鉱石を抽出することは不可能です。 また、食品業界では、食品加工中に異物や汚染物質を分離するために効果的なスクリーニングが一般的に使用されています。 ただし、破砕と選別は、下流の装置でプロセスの混乱を引き起こしたり、潜在的な安全上の問題を引き起こしたりするなど、意図しない結果を招く可能性があります。 良いニュースは、これらのリスクを評価するための科学的なアプローチがあり、上流の粒子サイズ制御の結果として生じるプロセスの流れの悪化を防ぐためのアプローチがあることです。 この記事では、粉砕とスクリーニングの背景、両方がプロセスにどのような影響を与える可能性があるか、流動性リスクを評価する方法について触れます。

大まかに言えば、粉砕は機械的手段によって材料の平均粒径を小さくする行為として定義されます。 これは、鉱業、製薬、食品産業を含む多くの業界で重要なプロセスステップとして機能します。 一般に、粉砕はブラスト、破砕、細断、粉砕、粉砕の 5 つの方法に分類できます。 ブラストは通常​​、大きな岩のサイズを小さくするために行われ、すべての粉砕方法の中で、通常は最大の粒子にのみ使用されます。 ブラストは、通常、処理装置内ではなく屋外で行われるという点で、他の 4 つの方法とも異なります。 細断には、通常、大きくて糸状の材料 (バイオマス、リサイクル廃棄物など) を取り出し、材料をより小さな細断に切断することが含まれます。 粉砕には、単一の材料をチッピングまたは「粉砕」して、より小さな粒子を作成することが含まれます。

粉砕は、圧縮、せん断、衝撃という 3 つのメカニズムによって実行できます [1、2]。 圧縮は通常、硬くて脆い粒子に使用され、通常は微粒子が大幅に生成されません。 せん断破砕はシュレッディングと似ていますが、粘着性、凝集性のあるバルク材料や粉末を処理するように設計されている点が異なります。 この方法では、異方性の形状が生じる可能性があります。 衝撃による微細化は硬くて靭性のある粒子に効果的であり、100分の1まで微細化することができます。 ただし、衝撃により材料が粉砕される可能性があります。 フライス加工は通常、4 番目のメカニズムである摩耗によってサイズ縮小を処理します。 アトリションミルは一般に、三次のサイズ縮小ステップとして使用され、通常、前述の 3 つの機構よりも時間がかかります。 これらの各メカニズムの例を図 1 に示します。

図 1: バルク固体材料には、いくつかの異なる粒子サイズ縮小技術が利用可能

スクリーニングは、ほぼすべての業界で見られるもう 1 つの重要な処理ステップです。 スクリーニングは、粒子をさまざまなサイズに分離または分類するためにマテリアルハンドリングで使用される機械的プロセスです。 適切なスクリーニングは、材料仕様を満たし、異物を除去するために重要であり、特定の用途では材料の流動性を改善することさえできます。 破砕と同様に、スクリーニング方法にもいくつかの種類があり、それぞれに長所と短所があります。 たとえば、振動スクリーナー (図 2) は、大きすぎる材料と小さすぎる材料を分離する (「スキャルピング」と呼ばれることもあります) のに最適であり、一般に他のスクリーナーよりも高い処理能力を持っています。 単一の振動スクリーナーに複数のデッキを装備して、さらに材料を分離することができます。 回転式スクリーナー (図 3) は振動スクリーナーと似ていますが、回転運動を利用して材料を分離し、材料の分類に利用できる点が異なります。 遠心分離スクリーニングは、回転パドルを利用して小さな設置面積で高効率のスクリーニングを可能にする、より積極的なスクリーニング方法です。 タンブリングスクリーニングは、広い設置面積で垂直運動と旋回運動を組み合わせた、より穏やかなスクリーニング形式であり、バイオマス産業では一般的です (図 4)。