固体

固体とは、分子または原子が固体格子またはアモルファス構造に配置された物質の状態である。 しかし、技術的な文脈では、特に粉体を加工する場合、固体が均質であることは稀である。 通常、固体は多相系として存在する。

粉状固形物は、いわゆる分散ヒープ、すなわち粒径の異なる不規則な形状の粒子の集積を形成する。 これらの粒子間には必然的に空洞が存在し、通常は周囲空気で満たされている。 したがって、このような分散体は二相（固体＋気体）である。 水の吸着や粒子の吸湿性などにより液体も存在する場合は、三相系（固体＋液体＋気体）となる。

これらのクラスターの幾何学的配置と密度は、いわゆる充填密度によって記述されるが、これは粒子の形状、サイズ、分布によって大きく変化する。 粉末の気孔率は数学的に記述することができ、流動挙動、混和性、乾燥性、溶解性など、多くのプロセスエンジニアリングパラメーターにとって決定的なものです。

φ：梱包密度

VSolid :固体の体積

Vtotal : 混合粉末の体積

ε : 気孔率

産業用途の中には、特に粉末固体の気相を利用するものもある：

例えば、長期間安定した乳児用粉ミルクやプロバイオティクス粉末の製造では、周囲の空気を包装から排出し、保護用混合ガス（通常は窒素と二酸化炭素）で置換する。 この混合ガスは酸化反応を抑え、温度変化の際にも包装を保護する。 熱膨張係数は周囲の空気と同じになる。

粉末固形濃縮物は、液体に比べて多くの利点がある：

• 容量あたりの有効成分の濃度が高い
• 包装量の削減
• 保存安定性が大幅に向上

同時に、固形物の処理はプロセス工学に高い要求を課す。 粉体の混合は液体の混合よりもはるかに複雑であり、特に以下の点を考慮しなければならない。

• 摩耗
• フロー挙動
• しこり形成のリスク
• 密度差による分離傾向
• 粉塵の発生による衛生上の問題

備考

濃縮粉末の開発では、濡れやすく溶けやすいことが重視される。

濃縮粉末の中には、湿潤や分散が難しいものもある。 微細な気泡が混入することがある。 これは望ましくない発泡につながることがある。 特に粘性のある液体や疎水性の粉体表面では、真空にしても気泡は系内に安定に留まる傾向があります。 このような影響を補正するために、様々な高剪断ローター・ステーターシステムが実際に使用されている。

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