【粉体】粉体シミュレーションの解析事例　vol.4　コンテナブレンダーの解析事例

2020年11月05日

今回はコンテナブレンダーの解析をご紹介させていただきます。

背景
コンテナブレンダーは業界に関わらず、多く使われています。
しかし、取り扱う粉体材料および装置の運用方法「充填量、仕込み方法、回転数など」により混合物の品質に大きく影響します。
iGRAFでは、簡単に混合物を模擬し、可視化および数値化により混合度と混合状態を簡単に確認することができます。

目的
iGRAFでコンテナブレンダーの回転数での混合度を評価し、混合メカニズムを確認します。

解析モデル
２種類の粉体材料を使用して、図１に様に左右で配置します。
本解析モデルに対して、回転数「60RPM、78RPM、90RPM」の３ケース
を実施して、混合過程を確認し、数値的に混合度の評価をします。

解析結果および考察
下記は各回転数に対して、粒子の挙動を確認した結果になります。

また、下記は各回転数に対して、混合度と混合効率の結果になります。

※Lacey’s Mixing IndexはDEM（離散要素法）の標準的な混合指標になります。

左側の結果を確認すると78RPMの速度が最も速く、高い混合度を達成できたことが分かります。
続いて、右側の効率評価結果を確認すると、こちらも78RPMの方が最も高い混合効率が達成できたことが分かります。
つまり、回転数を上げていけば混合度が良くなるわけではなく、混合効率の良い最適な回転数があることが分かります。
続きまして、各ケースに対して詳細の混合メカニズムを確認します。

まずは、60RPMと90RPMの結果を確認します。
60RPMに関して、速度の結果を確認すると飛散により拡散が発生して、端から混合されることが分かります。
90RPMでは、中央部に速度勾配が発生して、中央付近の粒子にせん断力が生じたことが分かります。
最後に、78RPMの結果を確認します。

78RPMの結果では、飛散およびせん断両方とも発生していたことが分かります。
iGRAFで粒子の挙動および混合度の結果により最適な運転条件を確認することができます。

他の活用方法
混合機に対して、下記の項目を検証することができます。
　① 　装置の設計（装置形状、ブレード設計の検討など）
　② 　運用条件（充填量、仕込み方法など）

[From L. Chiew]

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