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粉砕

リンレックスミル ® LX 低温粉砕装置

Fig.リンレックスミル LX

Fig.リンレックスミル LX

概要

低温粉砕は、ゴムのような弾性体であっても脆化点以下に冷却すると衝撃に対して著しく脆くなる性質(低温脆性)を利用し、粉砕時の発熱による材料変性を防止しながら粉砕を行う方法である。

一般的な低温粉砕装置は、原料冷却部、供給部、粉砕部、製品捕集部、冷熱(顕熱)回収部、冷媒供給部、制御部などから構成されるが、粉砕部において脆性破壊に有効な粉砕方式を選定することが非常に重要である。

そこで、分級機内蔵の衝撃型粉砕機を採用して効率の高い粉砕機能を持たせ、フリーザやサイクロンをコンパクトな保冷ボックスに収納することで最小限の冷熱損失を実現する斬新な省エネタイプの低温粉砕装置を開発した。

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原理・構造

原料は、フリーザに投入して液体窒素(LN₂)によって予備冷却された後、スクリューフィーダで粉砕機に供給される。また、粉砕機も直接供給された液体窒素(LN₂)によって機内が所定の温度に冷却されているため、原料は所定の低温下で粉砕分級される。低温下で粉砕された原料は、ブロワ(LX-0型:粉砕機に内蔵)で吸引され、サイクロンで捕集されて、ロータリバルブ(LX-0型:レシーバタンクのみ)から排出される。一方、気体となった窒素ガスは、サイクロン、ブロワを通過した後、顕熱回収のために粉砕機やフリーザで再利用され、過剰分は系外へ放出される。

Fig. 1 フロー

Fig. 2 ミル内部構造

Fig.3 リンレックスミル LX

<最適粉砕温度、ガラス転移点>

極低温下での粉砕操作で最も重要なことは、液体窒素(LN₂)消費量を抑えてランニングコストをいかに下げるかであり、最も効率良く粉砕できる温度条件を設定することである。

プラスチックには、材料固有のガラス転移点があり、この温度以下ではガラス状となって、その破面も脆性破面となる。しかし、このガラス転移点が必ずしも最適粉砕温度とはならないことが過去のデータから知られている。

一般にガラス転移点以下の温度域は非常に広く、最適粉砕温度を絞り込むには、種々の温度条件でデータを蓄積して判定する以外に方法はない。極端にいえば、温度条件が変われば全く違う原料を粉砕しているのと同じことになる。ポリエチレンは-120℃がほぼ最適粉砕温度であり、ポリプロピレンなら約-100℃であるが、同じ名称の原料でも組成によって差が出ると考えられるため、原料個々に判定する必要がある。実用範囲として粉砕機本体は約-180℃まで冷却が可能である。

<液体窒素(LN₂)消費量>

液体窒素(LN₂)消費量の大半は、粉砕機、ブロワなどの発熱を抑えるために使用される。そのため、原料冷却部を除けば、冷却温度が決定されれば単位時間当たりのLN₂消費量はほぼ一定となる。換言すれば、単位原料当たりのLN₂消費量は、概ね処理能力(単位時間当たりの処理量)の変化に反比例する。したがって、LN₂消費量低減のためには、必要以上に製品粒子径を細かくしないことが重要である。

特長

■常温では粉砕困難なものが容易に粉砕できる。
■粒子形状が鋭角状で流動性の良い微粉末が得られる。
■粉砕時の発熱、酸化による変質がなく、食品や香辛料などの味や香りを損なわない。
■粉砕に伴う臭気、粉塵爆発、発火、騒音などが防止できる。
■保冷効果が高く、液体窒素(LN₂)ロスが少ない(保冷ボックス式)。
■粉砕に必要な動力が低減される。
■保守、点検、清掃が極めて容易である

Fig.4 粉砕品

用途例

■低融点物質
ワックス、プラスチックなど、常温粉砕で軟化・融解するような原料に最適である。
■熱変性物質
食品類、香辛料(特に茶、胡椒、唐辛子など)は、風味、香りを損わず粉砕できる。
■多水分・多油分・繊維物質
特に食品類に多く見られるこれら材料も、低温下で粉砕すると口当たりの良い微粉が得られ、揮発成分の損失がなく、発熱による味、栄養成分の変質もない。
■粉塵爆発・発火性物質
不活性(窒素)ガスの雰囲気中(無酸素状態)で粉砕が行われるため、化学反応が抑制され、粉塵爆発や引火の危険性がなく、酸化も防止できる。
■その他
摩耗、騒音対策にも適した装置として多数の実績がある。

Fig. 5 米の粉砕

Table 1 樹脂粉砕例

Table 2 仕様

Table 3 用途例

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