粉体機器設計・製造・提案

容積充填率

装置講座

容積充填率(ようせきじゅうてんりつ)とは

装置設計における容積充填率とは、ホッパーや貯槽などの設備容積に対して、実際にどれだけの粉体が有効に収容されているかを示す指標です。

粉体は液体とは異なり、投入時に「山」を形成して堆積する性質を持っています。そのため、容器の設計容積が100Lであっても、山の斜面と容器の間に必ず無効空間(デッドスペース)が生まれるため、実際に100L分の粉体を収容できるとは限りません。

計量・供給工程の精度を担保し、安定した操業を実現するためには、粉体そのものの特性(かさ密度)だけでなく、設備内での「安息角」や「堆積状態」を加味した実効的な充填率を把握することが極めて重要です。

容積充填率を左右する2つのメカニズム

1. 安息角による「デッドスペース」の発生

粉体を中心から落下させると、粉体固有の「安息角」に従って円錐状の山が形成されます。
レベルセンサー等が山の頂点を検知して「満量」と判断した時点でも、山の斜面とホッパー側壁、あるいは上部の角には必ず無効空間(デッドスペース)が残ります。(右図参照)
流動性が悪い粉体ほど無効空間は増大し、ホッパーの容積充填率は低下する傾向にあります。

2. 落下圧による「局所的な」密度の変化

ホッパー内部をミクロな視点で見ると、形成された山の中で粒子同士の密度は均一ではありません。
「転がり偏析」を誘発するだけでなく、場所によって排出時の体積あたりの重量が変動することによって、供給精度のばらつきに直結します。

中心部(落下点)

連続して落下してくる粉の衝撃(落下圧)によって締め固められ、局所的に空気が抜けることで、充填率が高くなります。

 

 

周辺部(裾野)

粉が斜面を転がり落ちてふんわりと堆積するため、空気を多く含んだ、充填率の低い状態になります。

容積充填率の目安と装置設計への影響

充填率の判定 空間利用の状態 発生しやすいトラブル・設計上の留意点
低い
(山が高い)
安息角が大きく、デッドスペースが多い。

容量不足・フラッシングリスク

想定より収容量が少なくなり、工程が停滞しやすい。また、充填率の低い裾野部分が崩壊した際にフラッシングを起こしやすい。

標準的 一般的な粉体。

供給精度のばらつき

中心部と周辺部で密度差があるため、排出の初期と終盤で重量誤差が生じやすい。

高い
(山が低い)
安息角が小さく、容器一杯に広がる。

粉漏れ・偏析リスク

流動性が良すぎるため、わずかな隙間から粉が漏れやすい。また、粒径差がある場合は偏析が発生する可能性がある。

容積充填率課題に対するアルファの対策

アルファの粉体計量・供給装置では、対象となる粉体の安息角や流動性を事前に詳細にテストし、デッドスペースを最小限に抑えるホッパー角度の選定や、落下圧による密度変化を考慮した設計に努めています。
また、密度変化が避けられない粉体に対しては、独自の供給機構(ゼロバランサー等)やブリッジブレーカーを組み合わせることで、常に安定した高精度な計量を実現しています。
※ブリッジブレーカーの種類は複数あります

Table of Contents
    Add a header to begin generating the table of contents
    会社情報

    電話:(0568)53-5611
    メール:support@alpha-kabu.com
    お問い合わせ:お問い合わせフォーム

    役立ち情報

    ご利用ガイド

    企業情報

    Copyright © 2023 powered by Alpha, Inc. All rights reserved

    上部へスクロール