第1章 粉体取扱い上の注意点及び粉体物性測定方法
1 はじめに
2 粉体物性とその利用
3 粉体サンプリング
4 縮分法
5 おわりに
第2章 粉体への表面処理基礎と機能性ナノコーティング
第1節 粉体の表面処理・改質技術
1 はじめに
2 カップリング剤による表面改質技術
2.1 液相処理
2.1.1 室温処理
2.1.2 加熱処理
2.1.3 混合法・ロータリーエバポレーター法
2.1.4 オートクレーブ法
2.1.5 超臨界法
2.1.6 メカノケミカル法
2.2 気相処理
3 表面改質試料評価法
3.1 比表面積
3.2 元素分析
3.3 分散嗜好性試験
3.4 フーリエ変換赤外分光法
3.5 X線光電子分光法
3.6 熱分析
4 おわりに
第2節 粉体への機能性ナノコーティング技術
1 はじめに
2 環状メチルシロキサンによるナノコ－ティング
2.1 タイプI の粉体の反応
2.2 タイプIIの粉体の反応
3 ペンダント基の付加
3.1 アルキル基の付加
3.2 アルコール性水酸基の付加
3.3 グリシジル基の付加
3.4 イオン交換基の付加
3.5 異種官能基の付加
4 おわりに
第3章 粉砕の基礎と最適化およびトラブル対策
第1節 粉砕によるメカノケミカル効果の原理と実務
1 はじめに
2 粉砕による固体の活性化機構
3 粉砕によるメカノケミカル効果～固体結晶の無定形化と相転移
4 固相合成
4.1 粉砕による複合酸化物やフッ化物等のメカノケミカル合成
4.2 ナノ粒子の合成
4.2.1 金属ナノ粒子
4.2.2 酸化物ナノ粒子
4.2.3 複合酸化物ナノ粒子
4.2.4 硫化物ナノ粒子
4.3 層状鉱物と2水石膏からの水硬性物質の合成～水分子の移動
4.4 湿式粉砕による水和物合成～ケイ酸カルシウム水和物
5 ハロゲン含有樹脂・有機物の分解
5.1 構造に水素を持つ樹脂・有機物の分解
5.1.1 ポリ塩化ビニル（PVC）に対して酸性添加剤を使用した場合
5.1.2 PVCに対してアルカリ添加剤を使用した場合
5.1.3 トリクロロベンゼン、モノクロルビフェニルの脱塩素
5.2 構造に水素を持たない樹脂・有機物の分解
5.2.1 ポリテトラフルオルエチレン
5.2.2 ヘキサブロムベンゼン
6 粉砕と溶解処理の組み合わせによる資源処理
6.1 カオリナイトからのゼオライト合成
6.2 タルクからのMg、Siの非加熱抽出
6.3 硫酸塩からの炭酸塩の生成
7 粉砕と化学的／物理的処理による廃棄物からの有価物回収
7.1 ITOスクラップからのIn回収
7.2 三波長型廃蛍光管からのレアアース回収
7.3 重油燃焼媒（EP Dust）からのバナジウム回収
7.4 樹脂やバイオマスからの水素生成
8 むすび
第2節 ビーズミルによる分散・粉砕の基礎と最適化、トラブル対策
1 ビーズミルの基礎
1.1 ビーズミルの役割
1.2 ビーズミルの構造
1.3 ビーズミルの運転方法
2 ビーズミルの性能因子
2.1 ビーズ
2.2 周速
2.3 流量
3 事例紹介
3.1 ビーズ径の選定と評価方法
3.2 残留粗大粒子を低減した高品質処理
4 トラブル事例とその対策
4.1 温度上昇
4.2 粘度上昇
4.3 スケールアップ
第3節 ボールミルによる分散・粉砕の基礎と最適化、トラブル対策
1 はじめに
2 物質の微粒子化
3 粉砕・解砕・分散
4 粉砕操作
5 粉砕機の種類
6 メディアの小径化
7 媒体撹拌型粉砕機について
8 湿式アトライタ
9 湿式粉砕に影響する諸因子
9.1 メディア径
9.2 メディアの質量と材質
9.3 回転速度
9.4 固形分濃度
10 ボールミルとアトライタの比較
10.1 粉砕速度
10.2 エネルギー比較
11 スケールアップ
12 乾式アトライタ
13 乾式粉砕と湿式粉砕
14 メカニカルアロイング
15 連続式の媒体撹拌型乾式粉砕機
15.1 ダイナミックミルの構造
15.2 回分式粉砕機との比較
15.3 茶葉の粉砕
16 分級機内蔵の連続式の媒体撹拌型乾式粉砕機
17 乾式アトライタからの進化
17.1 金属の粉砕
17.2 メカニカルアロイング
18 終わりに
第4章 分級技術の原理と粒子測定方法
第1節 高精度分級技術の原理・装置・応用
1 はじめに
2 分級装置の性能評価項目
2.1 圧力損失
2.2 捕集効率と部分分離効率
2.3 分級精度指数
2.4 ニュートン効率
3 分級装置のモデル化
3.1 上昇流分離モデル
3.2 水平流分離モデル
4 分級装置の分類とその詳細
4.1 ふるい
4.2 慣性力分級装置
4.3 遠心力分級装置
4.4 サイクロンの性能評価
4.5 サイクロンの性能向上
4.6 サイクロンの応用
第2節 分級装置の選定技術とトラブル対策
はじめに
1 分級についての概論
1.1 各種の分級機の種類と選定
1.1.1 ふるい（篩）
1.1.2 重力分級
1.1.3 慣性分級
1.1.4 遠心分級
1.2 分級機を選定するにあたり考慮すべき事柄
2 分級機のスケールアップ
2.1 強制渦型遠心分級機の場合
2.1.1 混合比の差
2.1.2 粒子の分散および空気の整流の差
2.2 自由渦型遠心分級機の場合
2.3 慣性分級機の場合
2.3.1 分級原理
2.3.2 構造および分級フロー
3 ハイブリッド化についての考察
3.1 ハイブリッドシステムの機種と選定
3.2 IDS分級粉砕機の構造 とスケールアップ
3.3 スーパーハイブリッドミルの技術のコンセプト
4 分級におけるトラブルとその対策
4.1 分級と付着・凝集・分散
4.2 摩耗とコンタミネーション
4.3 温度・湿度による影響
5 結言
おわりに
第5章 混合・分散のメカニズムと評価方法
第1節 粉粒体の混合・分散のメカニズム、評価法、トラブル対策
1 粉粒体の混合・分散
2 混合・分散のメカニズム
3 混合・分散の評価
3.1 精査のスケール
3.2 混合物の均質性の評価
3.2.1 定量的な混合の評価手順
3.2.2 規則混合物と完全不規則混合物
3.2.3 統計的手法を用いた“ばらつき”の数値化
3.2.4 分散に影響を及ぼす因子
3.2.5 混合度
3.3 混合速度
4 トラブル対策の指針
第2節 粉体の基礎とスラリー分散安定化
1 はじめに
2 粒子について
2.1 粒子径、形状
2.2 粒子の密度
2.3 粒子表面の性質
2.3.1 気相中
2.3.2 液相中
3 表面処理
3.1 吸着特性
3.2 界面活性剤、水溶性高分子の吸着
3.3 液相中におけるカップリング剤処理
3.4 気相中における表面疎水化処理
3.4.1 充填層
3.4.2 流動層
3.5 表面粗さと水に対する接触角
3.6 メカノケミカル効果による粒子表面改質
4 おわりに
第3節 濃厚粒子分散系における分散・凝集特性評価
1 はじめに
2 濃厚分散体が用いられる製造プロセスと評価項目
3 濃厚分散体の評価手法
3.1 なぜ濃厚系のまま評価する必要性があるのか？ 現状の問題点とその背景
3.2 超音波スペクトロスコピー
3.2.1 超音波スペクトロスコピーの原理
3.2.2 超音波スペクトロスコピーによる評価例
3.3 自然沈降分析法および遠心沈降分析法
3.3.1 沈降分析法による分散安定性評価
3.3.2 沈降に対する安定性と凝集に対する安定性の関係
3.3.3 自然沈降分析法および遠心沈降分析法の原理と測定装置
3.3.4 遠心沈降分析法の応用例
3.3.5 自然沈降分析法の応用例
4 まとめ
第6章 偏析の基礎と解析およびトラブル対策
第1節 粉体の取り扱いにおける偏析現象
1 粉粒体の偏析とは
2 偏析を生じる物性
3 偏析を起こさせる運動と力
3.1 転動による偏析
3.2 振動による偏析
3.3 流動による偏析
3.3.1 流体流動による偏析
3.3.2 回転流動による偏析
3.3.3 振動流動による偏析
3.4 飛翔による偏析
3.5 衝突時の反発・貫入による偏析
3.5.1 衝突の際の反発
3.5.2 粉粒体層への貫入
3.6 掻き取りによる偏析
3.7 その他の偏析
4 実際の粉粒体取り扱いにおける偏析現象
4.1 貯槽への供給
4.2 貯槽からの排出
4.3 輸送・供給機
4.4 シュートおよび滞留部
4.5 各種の粉粒体処理機器内
4.5.1 粉砕機
4.5.2 流動造粒機
4.5.3 混合機
4.5.4 乾燥機
4.5.5 ふるい
第2節 偏析トラブルの対策手順と対策例
1 偏析の防止対策とその手順
1.1 原因の探索
1.1.1 偏析のデータの認識
1.1.2 発生箇所の想定
1.1.3 サンプル採取と測定
1.1.4 物性と運動・力の特定
1.1.5 装置の特徴・操作の認識と特定
1.2 偏析する粒子物性の変更
1.2.1 各物性をできるだけ近似させる
1.2.2 偏析傾向を相殺する物性にする
1.2.3 流動性を低くする
1.3 運転条件の変更
1.3.1 速度を変える
1.3.2 自由な空間を減らす
1.4 装置やプロセスの変更
1.4.1 偏析に関わる装置の排除
1.4.2 装置の改善
1.4.3 混合機構の追加
2 偏析対策検討の例
2.1 工程
2.2 現象
2.3 解決のための対策
2.3.1 混合機の排出
2.3.2 運搬容器
2.3.3 容器運搬時の振動
2.3.4 貯留ホッパの投入・排出
2.3.5 シュート類
2.3.6 その他
2.4 対策の結果
3 偏析を生じさせないために
第3節 粉体シミュレーションによる粒子偏析現象の解析
1 粗粒子群の充填時に発生する偏析現象の基礎的解析
1.1 粒子群の充填挙動シミュレーション
1.2 粒度偏析に及ぼす粒子形状の影響
1.3 粒度偏析に及ぼす粒子径分布の影響
2 金型キャビティへの微小顆粒充填時に発生する偏析
2.1 落とし込み充填
2.2 吸い込み充填
第7章 粉粒体の貯蔵・排出におけるトラブル対策
1 貯蔵内における粉体の挙動
1.1 マスフロー
1.2 ファンネルフロー
1.3 ラットホール
1.4 ブリッジ
2 偏析の原因とその対策
2.1 付着偏析
2.2 転がり偏析
2.3 投射偏析
3 物性測定による物性の総合評価
4 貯蔵における排出促進機器
5 貯蔵におけるその他の排出トラブル
5.1 圧送式空気輸送とロータリーバルブの排出不良
5.2 ホッパー付スクリューフィーダの偏流
第8章 粉粒体の空気輸送におけるトラブル対策
1. はじめに
2. 空気輸送の装置と方式
2.1 ロータリーバルブ方式とブロータンク方式
2.1.1 ロータリーバルブ方式
2.1.2 ブロータンク方式
2.2 圧送方式と吸引方式
2.2.1 圧送方式
2.2.2 吸引方式
3 粉粒体の空気輸送特性
3.1 合成樹脂粒体の空気輸送特性
3.2 流動性の良好な粉体の空気輸送特性
4 粉粒体の空気輸送に関するトラブルと対策例
4.1 貯槽からの排出不良トラブルと対策例
4.1.1 吸引輸送における輸送元ホッパーからの排出不良トラブル
4.1.2 圧送方式における輸送元ホッパーからの排出不良トラブル
4.1.3 付着性粉体の排出不良と輸送閉塞トラブル
4.1.4 吸湿・固着性粒体の貯蔵・排出不良トラブル
4.1.5 薄片状原料の貯蔵・排出トラブル
4.2 供給（排出）装置でのトラブルと対策例
4.2.1 ロータリーバルブの“噛み込み”によるトラブル
4.2.2 ロータリーバルブのローター停止トラブル（1）
4.2.3 ロータリーバルブのローター停止トラブル（2）
4.2.4 ロータリーバルブからの異音発生トラブル（1）
4.2.5 ロータリーバルブからの異音発生トラブル（2）
4.3 空気輸送でのトラブルと対策例
4.3.1 浮遊輸送式空気輸送での異物発生トラブル
4.3.2 比較的能力の小さい吸引式空気輸送装置（吸引ローダ）でのトラブル
4.3.3 サイクロン改造によるフロス発生トラブルの解消
4.3.4 微粉の受入配管と供給配管における付着・成長と閉塞
4.3.5 フレキシブル管の破損による金属コンタミ発生トラブル
4.3.6 PETボトル粉砕品の空気輸送によるベンド部摩耗トラブル
第9章 粉体プロセスのトラブル
第1節 粉体ハンドリングを困難にしている要因と粉体物性
1 ハンドリングにおけるトラブルと粉体物性
1.1 閉塞
1.2 偏析
1.3 摩耗
1.4 付着・凝集・固結
1.5 フラッシング（噴流性）
2 トラブルの要因となる粉体物性の測定と評価
2.1 単一粒子の付着力測定と評価
2.1.1 遠心法
2.1.2 プローブ法
2.1.3 流体力学法
2.2 粉体層の付着力測定と評価
2.2.1 水平引張り法
2.2.2 垂直引張り法
2.2.3 ルンプ（Rumpf）の式
2.3 流動性の測定と評価
2.3.1 非荷重下の流動性
2.3.2 荷重下の流動性
2.4 その他の方法による測定と評価
2.4.1 粒子の圧壊強度の測定
2.4.2 水分の吸脱着特性の測定
2.4.3 静電気特性の測定
2.5 粉体物性の改善
第2節 粉体の付着・凝集メカニズムとその評価、トラブル回避の考え方
1 はじめに
2 付着力と付着性
3 付着特性の評価
4 付着特性評価結果のプロセス操作結果への適用
5 まとめとして－粉体操作物性という考え方
第3節 粉体の固結の評価とその対策
1 固結の評価
1.1 固結性の評価（粉体特性の測定）
1.1.1 粒子径、粒度分布
1.1.2 粉体の含水率
1.1.3 粉体の平衡水分
1.1.4 高吸湿性物質の含有率
1.1.5 アモルファス含有量
1.2 固結度の評価
1.2.1 固結体の調製
1.2.2 一軸圧縮強度の測定
1.2.3 解砕度の測定
1.2.4 貫入度の測定
2 固結防止の対策
2.1 原料の改善
2.1.1 粒子特性の改善
2.1.2 粉体特性の改善
2.2 プロセス・装置の改善
2.2.1 プロセスの変更
2.2.2 装置構造の改善
2.3 保存方法の改善
2.3.1 中間保存方法の改善
2.3.2 最終包装方法の選択
第4節 粉体／粒体プロセスにおける、発生しやすい各種トラブルと対応実務
1 粉体プロセスの俯瞰
2 粉体／粒体プロセスの、トラブルの要因 ⇒ プロセス・エンジニアの頭の中
2.1 詰まる：閉塞現象
2.2 くっつく：付着現象
2.3 摩耗する：粉体摩耗、摺動摩耗、衝撃による摩耗
2.4 漏れる：シール部から粉が漏れ出す現象
2.5 流れる：フラッシング；噴流層として機器の中を粉が走り抜ける
2.6 飛んで行く：（飛散現象）機器から粉が飛散する、点検孔から漏れ出して飛ぶ
2.7 蓄熱
2.8 発火
2.9 粉塵爆発
2.10 偏析（静電気問題を含む）
3 コスト・パフォーマンスのよいトラブル対応例
第5節 粉体の帯電メカニズムと測定技術および除電方法
1 はじめに
2 粉体の帯電メカニズム
2.1 イオンの付着による帯電
2.2 誘導荷電
2.3 摩擦帯電
3 粒子帯電量のオーダー
3.1 典型的な粉体帯電量
3.2 粒子の限界帯電量
3.3 粒子1個あたりの帯電量
4 粒子に働く静電気力
4.1 クーロンの法則
4.2 境界条件と鏡像力
4.3 静電気に起因する付着力の比較
5 粉体の帯電量の計測法
5.1 はじめに
5.2 ファラデーケージ
5.3 表面電位計測
5.4 力学的方法
6 除電法
6.1 除電法の概論
6.2 自然緩和
6.3 導電性付与
6.4 気相へのイオン供給
6.5 自己放電
第6節 粉体プラントのトラブルとスケールアップ時の留意点
はじめに
1 トラブルが発生する工程とトラブルの内容
2 粉体トラブルの具体的な事象
3 トラブルが発生するタイミング
4 取り合いにおけるトラブル
4.1 全体配置上の問題
4.2 機器の付属物による配置上の干渉
4.2.1 レベルスイッチの取り付け位置
4.2.2 機器付属のモーター取り付け位置と寸法
4.3 取り合い部の規格と所掌範囲
4.4 分野ごとの常識の違い
4.4.1 空調分野とプロセス分野の風量
4.4.2 ブロワーの風量と圧力の示し方の違い
4.4.3 長さの単位
5 実際のトラブルと対策の例
5.1 空気輸送配管施工不良による食品調味料の閉塞
5.2 特殊カオリンの貯槽での閉塞とシュートへの付着
5.3 輸送機が原因の粉塵爆発
6 プラントのスケールアップ比率の考え方
6.1 流体（気液）プラント
6.2 微生物を扱う発酵プラント
6.3 医薬品製造プラント
6.4 粉粒体プラント
7 スケールアップに伴うトラブル
7.1 偏析トラブル
7.2 高濃度空気輸送
7.3 機械式輸送
7.4 貯槽の粉体圧
7.5 供給速度
7.6 フラッシング
7.7 凝集・付着・固結
7.8 粒子の軟化
7.9 ジェット（高圧気流）粉砕とサイクロン
おわりに
