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粉砕

カウンタジェットミル ® AFG, AFG-R 流動層式対向型ジェットミル

Fig.  ロードセルに取り付けた カウンタジェットミル 400/1 AFG

Fig. ロードセルに取り付けた カウンタジェットミル 400/1 AFG

概要

対向する圧縮ガス流の衝突を利用して原料同士を衝突させて粉砕する高性能な流動層式ジェットミルである。効率的な粉砕機構と高性能分級機内蔵によって過粉砕することなく、効率の良い超微粉砕ができる。マルチホイール分級機を採用することで、超微粉砕の大量処理が求められる場面でもスケールアップの問題を解消した。また、構造的に機械的摩耗が生じないため、摩耗性の高い原料に適する。さらに、温度上昇も小さいため、トナーやワックスなどの弱熱性物質の粉砕にも適する。
ホソカワアルピネ社(ドイツ)は、1981年に流動層式カウンタジェットミルの販売を開始し、ジェットミルの分野に革命をもたらした。それ以来、カウンタジェットミルを組み込んだ約千例におよぶシステムを極めて多様な用途に納入し、この分野で多くのノウハウを蓄積してきた。

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原理・構造

Fig. 1 カウンタジェットミル AFG-R

Fig. 2 粉砕室内のメガジェット・ノズル

Fig. 3 ロードセルに取り付けた カウンタジェットミル 400/1 AFG



ジェットミルの優位性は、圧縮ガスをノズルから噴出して粒子を加速することでその速度を大きく高めることができ、圧縮ガスの熱エネルギーを運動エネルギーに変換できる点にある。圧縮ガスの噴出速度の限界は、通常、音速であるが、ラバールノズルを使用することにより、噴出速度を音速以上にすることができる。これはラバールノズルの特徴である断面積が最小となるノズルスロートから下流に広がる砂時計のような形状に起因する。ノズル部分の長さは運転圧力によって決まる。一般に20℃、6bar(0.6MPaG)の圧縮空気が粉砕ガスとして使われ、500m/sのノズル噴出速度を実現する。
ノズルから出た圧縮ガスは、流動層中の気流と粒子を巻き込みながら急激に減速する。対向するノズルからのジェット気流中やこれらがぶつかる中央部で粒子同士が衝突し、粉砕される。
ジェットミルは超微粉作製のための衝撃型粉砕機であり、その製品の粒子径分布は内蔵された乾式分級機により制御される。スパイラルジェットミルが粉砕室に流れ込む空気の渦流で分級するのに対し、流動層式カウンタジェットミルでは、回転する分級ロータによる精密な分級が行われる。製品粒子径は分級ロータの回転速度によって簡単に調整することができる。
粒子衝突率を向上させるポイントは、高濃度粒子ジェット流を生成することである。メガジェットノズル(特許登録済み)は、この目的のために開発されたもので、4本密集する小ノズルから噴出するジェット流が中央付近に減圧空間を形成し、そこに流動層から原料を引き込む機構となっている。機内の製品滞留量はロードセルまたは分級機の電流負荷を監視することで制御する。
AFGの派生タイプであるAFG-Rは、粉砕室底部にも粉砕ノズルを設けることで、流動性の低い原料や比重の重い原料に適した構造となっている。

パラメータ
ジェットミルの重要な運転パラメータは、標準状態における粉砕(圧縮)ガスの流量であり、圧縮空気を用いる場合には、以下の計算式で求められる。
VL=0.55·n·p·d2 (m3/h)
n:ノズル数
p:絶対圧力(bar)、(1bar=0.1MPa)
d:ノズル径(mm)
ジェット気流の粉砕能力は、ガス流量だけでなく、粉砕ガス圧と温度に依存する。粉砕ガスの条件となる圧力、温度などはジェットパワーを基にして比較する必要がある。粉砕ガスの圧縮時にはガス温度が上昇するので、扱う原料に温度的な問題がなければ、冷却せずに使用することで粉砕に必要なより多くのエネルギーがノズルに送られることになるため、高温ガスでの粉砕は粉砕効率を向上させる。一方、低圧での粉砕が可能であれば、圧縮空気の生成効率は大きく高まる(例:一段コンプレッサーの採用)。

Fig. 4 重い原料に対応する カウンタジェットミル 710/1 AFG

仕様 (AFG, AFG-R)
■単一もしくはマルチロータの分級部
■セラミックス一体型分級ロータ
■材質:ステンレス製/ 鉄製
■分級部: 単一ロータ/ マルチロータ
セラミックス一体型分級ロータ
■ノズル: メガジェットノズル(オプション)
水平配置/3D 配置(R 型)
■ライニング: ポリウレタン/ セラミックス/ 特殊鋼
■その他: 製品レベル制御用ロードセル
ミネラル製品向け高温ガス仕様
1MPa 耐圧対応(PSR)、94/9/EC 試験証明書付
医薬仕様(630AFG サイズまで)
発火性原料向け不活性ガス循環システム

Fig. 5 1MPa耐圧防爆型(PSR) カウンタジェットミル 800/1 AFG 分級ヘッドに油圧開閉機構付き

特長

■低いエネルギー消費
流動層式かつ対向式の衝突粉砕機構により、従来のジェットミルに比べ、エネルギー消費が削減可能である。能力比で1.3〜2.0倍程度省エネとなる。また、メガジェットノズルの採用(オプション)により、更に能力アップが可能である。
■シャープな分級性能
高性能分級機を内蔵しており、d₉₇=2.0〜200μmの範囲で最大粒子径を制御し、シャープな粒子径分布を実現する。
■優れた耐摩耗性とコンタミネーションの低減
モース硬度9.5までの超微粉砕が可能である。セラミックス分級ロータ、粉砕ノズルケーシングやゴムライニングケーシングが選択できる。

Fig. 6 生産ラインの カウンタジェットミル 400/1 AFG

■シンプルな構造
シンプルな構造で清掃が容易である。オプションでアルミナ、ジルコニアなどの耐摩耗対策が可能である。GMPやFDAに沿った医薬製造プロセスにも対応できる。
■優れたスケールアップ性
内蔵分級ロータを複数取り付けたマルチロータ型の採用により、製品の品質(粒子径分布)を保ったままスケールアップが可能である。
※AFGには3個、4個、6個の分級ロータを取り付けることができる。
■作業環境の改善
粉砕効率(粒子径)に影響をおよぼす粉体機内濃度をロードセルによる重量モニタ(オプション)によって管理することで、自動制御が可能である。また、オンライン粒子径分布測定機を内蔵することにより,粒子径分布を管理しながらの完全自動制御も可能である。
■分級機としての応用性
分級ケーシングをセットすれば、分級装置としての使用も可能である。

Fig. 7 セラミックス分級ロータを用いた 耐摩耗設計の特殊セラミックス用 カウンタジェットミル 710/4 AFG

応用例

■セラミックス原料: 金属酸化物,炭化物,窒化物,ケイ酸塩
■研磨剤,研磨用化合物
■高性能磁性材料(例:ネオジム鉄ボロン,サマリウムコバルトなど)
■高純度材料(例:蛍光粉体,シリカゲルなど)
■農薬
■医薬品
■樹脂、ワックス
■染料、顔料
■鉱物
■複合材料、金属合金など

Fig. 8 医薬仕様の カウンタジェットミル 200/1 AFG

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仕様

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