ビーズミルによる粉砕・分散プロセスの最適化と生産コストの低減

2013 年 11 月 1 日
ビーズミルによる粉砕・分散プロセスの最適化と生産コストの低減
アシザワ・ファインテック株式会社
微粒子技術研究所
主任研究員
技術コンサルタント
石井利博
ナノテクノロジーをはじめ、最新技術の発展と微粒子技術は密接な関係にある。材料の
種類や粒子の大きさはその用途により異なるが、最新技術のなかには微粉砕・分散の需要
はつねに存在している。この微粉砕・分散工程に用いられる微粉砕機や分散機には様々な
種類、特徴があるため、目的に合った装置を選定し、最適な条件で処理することが重要と
なる。微粉砕が可能な粉砕機には、ジェットミル、ボールミルおよびビーズミルなどがあ
り、分散機には、ロールミル、ボールミルおよびビーズミルなどがある。
ビーズミルは、粒子をミクロン～ナノメートルサイズまで微粉砕・分散でき、エネルギ
ー効率、生産性に優れた微粉砕・分散機である。しかし、ビーズミルへの要求は、さらな
る省エネルギー化、高粘度処理、コンタミネーションレス、低温処理など多種多様である。
そこで、弊社では「粉砕/分散」「ミクロン/ナノ」「乾式/湿式」「高粘度/低粘度」など異
なる条件下での要求に対し明確な方向性を持ってビーズミルの開発を進め、異なる対象物、
異なる条件ごとに最適な機種の提案を行っている。また、小型実験機のテスト結果を基に、
大型生産機へのスケールアップと生産全体にかかるコストの算出（FS：採算性調査）を行
うことで、生産機導入前に採算性の確認ができる。
本日は、ビーズミルの概要とスケールアップや FS の方法について説明する。
発表内容は、別紙（パワーポイントの抜粋）をご参照ください。
本日は、ご多忙の中ご来場いただきまして誠にありがとうございます。
■問い合わせ先
アシザワ・ファインテック株式会社
企画室 佐野 恵
〒275-8572
千葉県習志野市茜浜（あかねはま）1-4-2
TEL 047-753-8111
FAX 047-853-8378
会社サイト http://www.ashizawa.com
微粉砕・分散機の総合メーカー
アシザワ・ファインテック株式会社
2013年11月1日（金）
14：45～15：15
出展者 製品・技術セミナー
A会場 東6ホール
■事業内容
ビーズミルをはじめとする産業用粉体機械の開発・製作・メンテナンス
ビーズミルなどを使用する受託加工
微粒子の開発、生産または利用されるお客様に対する技術コンサルティング
ビーズミルによる粉砕・分散プロセスの最適化
と生産コストの低減
■取扱品目
湿式および乾式ビーズミル(微粉砕・分散機)
脱泡機、攪拌・混合機、混練機
■所在地
アシザワ・ファインテック株式会社
微粒子技術研究所 主任研究員
技術コンサルタント
石井利博
本社、工場
千葉県習志野市茜浜
試作テスト施設、受託加工施設
大阪支店
大阪府豊中市曽根東町
微粒子技術研究所 栃木県小山市
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微粉砕・分散機の総合メーカー
機種選定目安表
アシザワ・ファインテック株式会社
明治36年創業、110周年を迎えます。
より細かく、より効率よく、より地球にやさしくを使命に、
微粒子技術でお客様との新しい可能性の共創をめざして
次の100年へのチャレンジを始めています。
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本日の内容
1．粉砕・分散とビーズミル
2．スケールアップと
FS（フィージビリティースタディー）
INCHEM TOKYO 2011
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粉砕と分散
微粉砕機の特徴
乾式微粉砕機
粉砕とは1つの大きな粒子を砕くこと
ビーズミル
ジェットミル
ボールミル
湿式微粉砕・分散機
分散とはもともとの微粒子の凝集体をほぐすこと
ビーズミル
ボールミル
高圧
ホモジナイザー
ロールミル
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超音波
ホモジナイザー
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乾式ビーズミルと湿式ビーズミルの比較
乾式ビーズミルと湿式ビーズミル
乾式ビーズミル
○ 粒度分布がシャープ（分級機能）
△ 集塵装置などの周辺機器が必要
△ ナノ領域は困難（マイクロメートルオーダーが限度）
湿式ビーズミル
△ 脱水・乾燥工程が必要
○ ナノ領域が可能
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ビーズミルの選択方法
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機種選定目安表
・乾式ビーズミル or 湿式ビーズミル
前後工程により決定
・乾式ビーズミル
開回路粉砕
閉回路粉砕
・湿式ビーズミル
パス方式
循環方式
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湿式微粉砕と分散
ビーズミルによる微粉砕・分散技術
粉砕
• 粉砕
– 対象物の粒子径と硬度に合わせて適切なエネル
ギーを与える
強力な
「ずり」
• 分散
分散
– 作用点を増やす
– 1次粒子を破壊しない
※マイルド分散
「転がり」
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マイルド分散と従来の分散の比較
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機種選定目安表
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マイルド分散対応ビーズミル
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マイルド分散と従来の分散の比較
理想的なビーズの動き
『単段らせん層流』
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エコ粉砕
エコ粉砕
エネルギー効率向上のポイント：
「粒子サイズに合った適切な力を与える」
乾式ビーズミルと湿式ビーズミルとの組合せで
・処理量の向上
・エネルギー効率の向上
・粒子径分布幅が狭くなる
→製品の品質向上
・粗大粒子は粒子欠陥を多く含むため、その欠陥を
起点に粉砕が起こる
→乾式ビーズミルが有効
・微粒子は粒子欠陥が少なく理想強度に近づくため、
表面粉砕が主な粉砕形態となる
→強力なずりを利用した湿式ビーズミルが有効
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機種選定目安表
エコ粉砕 のフロー図
乾式：粗粉砕
～１０μｍまで
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湿式：仕上げ粉砕
１０μｍをサブミクロン～ナノメートルに
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エコ粉砕例
•
•
•
•
省エネルギー
短時間処理
長寿命
品質向上
-動力原単位 約1/4
-運転時間 約1/3
-摩耗量 約1/10
-粒子径分布幅が狭い
-コンタミネーション少ない
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INCHEM TOKYO 2011
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スケールアップ
スケールアップ
• 実験機のデーターをもとに実際の生産量を考慮し、
生産機の大きさを決定
• スケールアップの方法
実験機の処理量からスケールアップ係数により算出
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フィージビリティ・スタディ
スケールアップの例
目標生産量 ： 150 ton (dry) / 年
→ 500 ton (slurry) / 年
フィージビリティー・スタディー（FS） [採算性調査]
スラリー濃度 ： 30 wt%
新事業を計画する際、採算面からその事業が成立する可能
性を事前に調査すること
運転時間 ： 24 h × 25 日 × 12ヶ月 = 7200 h
実験機
生産機
ビーズ量
5.2 kg
194 kg
処理量
5 kg / h
90.8 kg / h
動力
5.0 kW
90 kW
実動力
3.5 kW
63.6 kW
動力原単位
5.8 kWh / kg (dry)
5.8 kWh / kg (dry)
生産機での処理量：90.8 kg / h → 653.4 ton / 年
生産機は1台
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FS例
FS例
イニシャルコスト
項目
台数
コスト（千円）
原価償却（千円 / 年）
ビーズミル
1
20,000
4,000
ポンプ
1
2,000
400
タンク
1
5,000
1,000
27,000
5,400
計
生産量
653.4 ton（Slurry） / 年 → 196 ton（dry） / 年
原価償却
5,400 千円 / 年
[ 27.6 円 / kg（dry） ]
ランニングコスト
22,661 千円 / 年
[ 115.6 円 / kg（dry） ]
トータルコスト
28,061 千円 / 年
[ 143.2 円 / kg（dry） ]
原価償却：5年等率
ランニングコスト
項目
単価
コスト（千円 / 年）
備考
注意：人件費、原料代などは含まない
電力代
15 千円 / MWh
9,720
使用量 ： 648 MWh
冷却水代
0.03 千円 / ton
1,181
使用量 ： 39,381 ton
ビーズ
16 千円 / kg
10,560
摩耗量：0.7 g / kWh
部材
6,000 千円
1,200
寿命：5 年
計
22,661
トータルコストの約80 %がランニングコスト
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5
出展機種
おわりに
• 対象物や目標とする粒子径にあった最適な機種の
選択と運転条件を設定することで、粉砕・分散効率、
品質（コンタミネーションの低下）が向上する。
• 精度の高いスケールアップとFSにより、生産機導入
前に採算性の確認が可能となる。
• ランニングコストの低減には、最適な機種の選択と
運転条件の設定が必要である。
• 微粒子の開発、生産または利用されるお客様に対
する「技術コンサルティング」を実施
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ご来場のお礼
ご清聴ありがとうございます
ご質問は弊社ブースにて個別に対応します
アシザワ・ファインテック株式会社
弊社ブース：6A-07
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