混合効果
粉末混合において、混合効果とは、粉末粒子を均質に粉末混合物中に分散させる能力のことです。バッチの全領域が均一かつ完全に流される場合、混合効果が高いと言えます。
混合は、拡散という物理的原理に基づいています。気体では拡散が迅速に行われる一方、液体では拡散が著しく遅くなり、固体ではごくわずかな範囲でしか拡散が起こりません。その原動力は、分子がエネルギー的により有利な均質な分布状態に達するためにランダムに移動する濃度平衡です。
固体物質を混合する場合、分子拡散は実質的にほとんど影響を与えません。工業的な混合プロセスでは、粒子間の相対的な動きによって均質性が主に生み出されます。これは、バルク材料が流れにさらされたときに発生します。プロセスに応じて、流れは重力、強制運動、または再配置によって発生します。例えば、自由落下式ミキサー、水平または垂直の強制ミキサー、混合サイロ、混合堆積場などが挙げられます。
混合効果は、すべての成分をランダムかつ均一に分散させる能力に関する、これらの粒子再配置の有効性を表します。混合効果が高いのは、バッチのすべての領域が定期的かつ完全に流され、デッドゾーンが回避され、対流、分散、粒子拡散などのさまざまな流動メカニズムの重なりによって粒子が統計的に良好に分散される場合です。
amixon® の垂直ミキサーでは、粒子再配置の程度を高い精度で定量化することができます。このためには、急勾配スクリュー用に確立されたスクリュー搬送式を用いて搬送能力を推定します。この特性値は、混合効率の指標となります。結果として生じる流動プロセスは、デッドスペースがほとんど発生しないため、非常に少ないエネルギー投入で、短時間で理想的な混合品質を達成することができます。
Q = (π · D2 / 4) · S · n · φ · ζ
Q … 理論上の処理能力
D … スクリュー径
S … スクリューのピッチ
n … スクリューの回転数
φ … スクリューの充填率（通常 100%）
π … 円周率
ζ … 補正係数/ 推進効率
混合効果は、補完的な措置によって高めることができます。
- 粒子移動の促進速度の向上
- スクリューコンベヤの回転速度を上げる
- パイプとスクリューの隙間を最適化
- スクリューのピッチを最適化する
- 「流れの乱流発生装置」の設置
- ……
混合効果は、乾燥または液体の混合促進剤を使用することでさらに向上させることができます。これらは、粒子境界領域のエネルギー密度を局所的に高めるか、粒子間の相互作用を変化させます。