スラリー乾燥機:化学・顔料・抽出物のスラリーに適した乾燥機の選び方

スラリー乾燥機に唯一の正解はありません。適した機械は、スラリーの濃さ、乾燥中に付着するか、熱への敏感さ、溶剤の有無で決まります。流動性のあるスラリーにはCD乾燥機または真空ドラム掻き取り式乾燥機が合います。濃厚・粘着性、あるいは溶剤を含むスラリーには、真空パドル式、レーキ式、横型ディスク式乾燥機が合います。微細な液滴に噴霧できるスラリーは、スプレードライヤのほうがうまく処理できることが多くあります。お客様ご自身の材料での試験が、選定を裏付けます。

概要:乾燥における「スラリー」とは

乾燥において、スラリーとは液体中に固体粒子が分散した、ポンプ移送可能な混合物を指します。範囲は広く、牛乳のように流れる薄い化学スラリー、ほとんどポンプ移送できない濃厚な顔料ペースト、再懸濁したろ過ケーキ、そしてその中間のあらゆるものが含まれます。水分を取り除くときの挙動はそれぞれ異なり、同じ乾燥機がすべてに対応できるわけではありません。

本記事は工程スラリーを扱います。化学中間体、顔料、樹脂、粘土、抽出物など、乾いた固体として回収したい製品です。体積削減と廃棄が目的の下水汚泥や排水汚泥については、廃棄物管理のための汚泥乾燥技術の選び方の記事と汚泥乾燥のアプリケーションページをご覧ください。機械は重なる部分がありますが、選定の考え方は異なります。

乾燥機を決める4つの質問

1. 1.どのように流れるか。ポンプ移送して膜状に広げられるか、それとも硬いペーストか。
2. 2.乾燥中にどう振る舞うか。粘着する段階を通るか、皮膜を作るか、泡立つか。
3. 3.熱にどれほど敏感か。製品の最高許容温度はいくらか。
4. 4.溶剤はあるか。可燃性または有毒な溶剤には、凝縮器を備えた密閉型の真空システムが必要です。

これらに答えれば、候補は通常2~3台に絞られます。

スラリー乾燥機の主な選択肢

CD乾燥機:流動性のある液体・ペーストの連続乾燥

CD乾燥機は、スラリーの中で回転する間接加熱の中空ディスクを使います。各ディスクの両面に薄い層ができ、素早く蒸発します。製品ページには、伝熱係数2,300 W/m²K、熱効率80~85%と記載されています。伝熱面積は、ディスク径900 mmのモデルで1~12 m²、1,300 mmのモデルで12~32 m²です。用途に応じてフレーク状または粉末状で排出されます。

カオリン、樹脂、化学スラリーなど、流動性のある液体やペーストの連続運転に適し、同じ加熱面積ならドラム乾燥機よりはるかに少ない設置面積で済みます。薄膜を作れない粘着性の強いペーストには向きません。

真空ドラム掻き取り式乾燥機:濃厚で扱いにくいペーストをフレーク状に

真空ドラム掻き取り式乾燥機は、加熱したドラムに薄膜を塗布し、乾いた膜をフレークとして掻き取ります。連続運転で、トレイ式・流動層式・噴霧式では扱いにくいペースト状・難処理・濃厚な材料に対応し、フレークの水分は5~8%です。フレークが許容される製品形態である濃厚ペーストに適しています。原理は、真空ドラム掻き取り式乾燥機の記事で解説しています。

真空パドル式乾燥機:粘着性スラリーと粉末にしたいペースト

真空パドル式乾燥機は、くさび形の中空パドルで真空下の被乾燥物を撹拌・加熱します。パドルが自己清掃するため、付着を抑えられます。熱媒温度は50~200 °C、最終水分は3~10%です。バッチ生産で最終的に粉末にしたい、粘着性・皮膜形成性・溶剤を含むスラリーに適しています。

真空レーキ式乾燥機:シンプルな撹拌バッチ乾燥

真空レーキ式乾燥機は、加熱ジャケットに沿って低速のレーキで材料を反転させます。最もシンプルな設計で、粘着性があまり強くないスラリーに適しています。有効容積は300~6,000 Lです。

真空横型ディスク式乾燥機:コンパクトな容器に大きな加熱面積

真空横型ディスク式乾燥機は、加熱軸に中空ディスクを加え、容器1リットルあたりの加熱面積を大きくします。蒸発負荷の大きいスラリーに適しています。詳細は、横型ディスク式乾燥機の記事をご覧ください。

スプレードライヤ:噴霧できるスラリー

スラリーがポンプ移送でき、製品を微細で流動性のよい粉末にしたい場合は、スプレードライヤが最良の選択になることがあります。スラリーを液滴に噴霧し、数秒で乾燥させます。ポンプ移送可能な供給液と、空気流量に見合う製品価値が必要です。噴霧するには濃すぎるペーストには、上記の接触式乾燥機のいずれかを選んでください。

スラリー乾燥機の選定マトリクス

この表は最初の候補リストとしてお使いください。材料の実際の挙動、特に粘着段階は、試験でしか分かりません。

スラリーは乾燥中にどう振る舞うか

乾燥の段階を理解すると、機械選定がなぜこれほど重要かが分かります。

1. 1.流動段階。水分が高いうちはスラリーが流れ、加熱面をよく濡らします。伝熱は優れ、蒸発も速くなります。ここではほとんどのスラリー乾燥機が機能します。
2. 2.粘着・塑性段階。水分が下がると、多くのスラリーは濃厚で粘着性のある凝集した状態になります。壁、軸、そして互いに付着します。機械選定を誤ると、ここで失敗します。材料が堆積し、伝熱が崩れるためです。
3. 3.崩壊段階。さらに乾燥が進むと、塊が小さな固まりになり、やがて粉末になります。撹拌機は、塗り広げるのではなく凝集物を砕く必要があります。
4. 4.乾燥段階。最後の水分はゆっくりと製品から抜けます。製品は流動性を持ち、伝熱は悪くなるため、最後の1%がサイクルの不釣り合いに大きな割合を占めます。

CD乾燥機やドラム掻き取り式のような薄膜乾燥機は、極めて薄い層を1回の通過で乾燥させることで粘着段階を回避します。撹拌式の真空乾燥機は、表面を拭い取りながら被乾燥物を混ぜて粘着段階を切り抜けます。スプレードライヤは、液滴が表面に付着する間もないほど速く乾燥して粘着段階を避けます。それぞれの方式が異なるスラリーに適しているため、試験でまず調べるのは粘着段階です。

スラリー乾燥機のエネルギーと運転コスト:本当に左右するもの

購入者からは「どのスラリー乾燥機が最も運転費が安いか」とよく聞かれます。正直な答えは、4つの要素によるということです。

• 蒸発させる水の量。水1キログラムに必要な潜熱はほぼ同じなので、供給液が乾いているほど、どの機械でも省エネになります。乾燥機の前段で、フィルタープレスや遠心分離機による機械脱水を行うのが、通常は最も安価な省エネ策です。
• 伝熱方式。接触式乾燥機は、排気損失が少なく、熱を直接製品に伝えます。CD乾燥機の製品ページには熱効率80~85%と記載されています。熱風乾燥機は排気流に熱を失います。
• 真空システム。真空乾燥機はポンプの消費電力が加わりますが、低温での乾燥と溶剤回収が可能になります。
• 人手と清掃。バッチ式の機械は、バッチ間の投入と清掃が必要です。連続式の機械は、安定した供給と管理が必要です。

公平に比較するため、各サプライヤーに同じ条件で見積もるよう依頼してください。同じ供給液、同じ蒸発負荷、同じ最終水分で、熱媒の消費量、電力、真空システムを含めます。

計算例

数値は説明用のもので、お客様のデータではありません。

ある化学メーカーは、水分65%の顔料スラリーを1バッチ1,000 kg扱っています。製品は約90 °Cを超えると変色し、粉末で排出する必要があります。

• 乾燥固形分:1,000 x 0.35 = 350 kg
• 水分3%まで蒸発させる水:1,000 - (350 / 0.97) = 1バッチあたり約639 kg

製品が熱に敏感で粉末で排出する必要があるため、候補は真空パドル式、レーキ式、ディスク式乾燥機です。真空によって水の沸点が下がり、製品温度90 °C未満で乾燥できます。また、1バッチあたり約640 kgの蒸発負荷は、加熱面積の大きい機械に有利です。次のステップは、パドル式とディスク式で試験を行い、乾燥時間、付着、粉末品質を比較することです。

避けるべきよくある間違い

1. 1.粘着段階を知らずに価格で購入する。多くのスラリーは、あらゆる表面に付着する段階を通ります。それに対応できない機械は生産を止めてしまいます。
2. 2.廃棄物スラリーと工程スラリーを同じ問題として扱う。前者は処分コストの問題、後者は製品品質の問題です。
3. 3.溶剤を無視する。可燃性溶剤は、ポンプ、凝縮器、電気設計を変えます。
4. 4.誤った製品形態になる乾燥機を選ぶ。ドラム掻き取り式はフレークになり、粉末にはなりません。
5. 5.試験を省略する。固形分が同じ2つのスラリーでも、挙動は大きく異なることがあります。
6. 6.蒸発負荷を過小評価する。除去すべき水の量が、乾燥機のサイズを最も左右します。

見積依頼に添付すべき情報

• スラリーの組成と固形分
• 粘度、または流れ方の説明
• 目標水分と製品形態(粉末、フレーク、顆粒)
• 製品の最高許容温度
• 溶剤の種類(ある場合)
• バッチサイズまたは時間あたりの処理量
• 利用可能な熱媒

購入前に試験する

SINOTHERMOは、導入を決める前にスラリーが各乾燥機でどう振る舞うかをご確認いただけるよう、有償のパイロット試験を実施しています。パイロット試験を依頼する。データはお客様のもので、どのサプライヤーにもご利用いただけます。SINOTHERMOは設備の製造・販売を行っており、受託乾燥サービスは提供していません。すべての真空式・接触式機械の中からさらに幅広く選ぶには、真空乾燥設備:材料別の選び方をご覧ください。

よくある質問

最適なスラリー乾燥機はどれですか?

スラリー次第です。流動性のあるスラリーにはCD乾燥機が合います。濃厚・粘着性、または溶剤を含むスラリーには、真空パドル式、レーキ式、ディスク式乾燥機が合います。噴霧できるスラリーにはスプレードライヤが合います。

スラリーをスプレードライできますか?

はい、ポンプ移送でき、噴霧できる場合に可能です。スプレードライヤは微細で流動性のよい粉末を作ります。非常に濃厚なペーストは噴霧できないため、接触式乾燥機が必要です。

工程スラリーの乾燥と汚泥の乾燥は何が違いますか?

工程スラリーの乾燥は、乾いた製品を得ることが目的です。汚泥の乾燥は、通常、廃棄前の体積削減が目的です。機械は重なりますが、選定基準は異なります。

可燃性溶剤を含むスラリーを乾燥できますか?

はい、凝縮器を備えた密閉型の真空乾燥機で可能です。溶剤の回収もできます。

ドラム乾燥機はスラリーに使えますか?

はい、ペースト状で扱いにくいスラリーに使えます。SINOTHERMOの真空ドラム掻き取り式乾燥機は、水分5~8%のフレークを作ります。

付着しにくい乾燥機はどう見分けますか?

試験で確かめます。粘着段階は材料の性質であり、サプライヤーのカタログの性質ではありません。

SINOTHERMOはスラリーを受託乾燥してくれますか?

いいえ。SINOTHERMOは乾燥設備を製造・販売し、有償のパイロット試験を提供しています。