真空ミキサー

圧力は物理単位パスカルで測定されます。1 Pa = 1 N/m² = 0.01 mbar です。

また、Torr = 1 mm Hg column = 1.333 mbarという古い単位で測定されることもあります。

真空の質は以下の範囲に分けられる。

1. 1 bar～1 mbar ラフ真空
2. 1 mbar～10^-3mbar 微真空
3. 10^-3mbar～10^-7mbar 高真空
4. 10^-7mbar～10^-10mbar 超高真空

この用語集では、真空／真空ミキサーという用語を簡略化して使用しています。しかし、上の表によると、これは「大まかな真空」範囲と、個々のケースでは「微細な真空の一部」範囲のみを指しています。
 

注

バルク原料を水準器に注ぐと、円錐形のパイルが形成される。静止状態では、形状の異なる粒子は、いわば互いの上や隣に横たわっている。それぞれの粒子は平衡状態にある。一つの粒子に作用する力は、重力、接触力、隣接する粒子の接触力である。粒子に働くすべての力の和はゼロである。丸い形をしているため、ほとんどの粒子は特定の点でしか接触していない。粒子間には多くの空洞がある。粒子ひとつにも空洞がある。これは分散系の空隙率と呼ばれる。物理式では通常、古代ギリシャ文字のPHIが空隙率に使われる。気孔率は無次元量である。これは、バルク材料中にどれだけの気体/空気が存在するかを示す尺度です。

温度と気圧によって、周囲の空気は水蒸気の形で多かれ少なかれ水分を含んでいる。この水分は、粒子の細孔内を含む固体表面上に、微視的に小さな凝縮層となって堆積する。この点で、大気条件下のバルク固体は三相分散系である。固体、液体、気体からなる。

真空ミキサー、攪拌機、混合機、反応器、分離機などのプロセスエンジニアリング機械の容器には、最大許容充填レベルまでしか製品を充填することができない。通常、混合された製品層の上には周囲空気が存在する。このガス体積も、排気時には除去しなければならない。

ミキシングチャンバーを排気しなければならない理由はたくさんあります。その中には次のようなものがある。

• 大気中の酸素による酸化の防止、
• 火災や爆発の危険の回避、
• 粉体の流動化の防止
• 反応性ガス生成による過剰ガス圧の除去、
• 乾燥プロセスを促進するためのシステム圧力の低減、
• 固体粒子内の脱凝集と拡散を促進するための集中的な固体摩擦の発生、
• バルク密度の一時的増加、
• バルク材料に含まれるガスの交換（窒素または二酸化炭素による不活性化）
• 液体の脱気、
• 粉体を空気圧で吸引したり容器に吹き込んだりする際の空気の除去、
• これは、例えば、大量の粉体を液体に混合する場合（ローター・ステーター構成による高剪断混合技術）にも当てはまります。
• 高純度の物質を合成する場合
• 無菌状態が要求される場合
• 発酵プロセスを制御する場合
• 分散系をエンタルピーを下げて冷却する場合、
• 凍結乾燥
• 高粘度の液体物質を粉末粒子に含浸させる場合
• ......
  
   

上記の方法は、真空ミキサーで物質を工業的に精製する場合にも使用できる。例えば、医薬品、化粧品、化学薬品、食品などである。

真空を発生させるには、2つの基本条件が必要である： それは、気密性・耐真空性の容器と真空ポンプである。

真空ミキサーは汎用的に使用できる。

分散システムを真空にすると、ガスは真空ポンプの方向に加速されます。ガスの流速によっては、流れるガスが意図せずにバルク材料からダスト粒子を巻き込むことがある。ほとんどの場合、これは望ましくない。このため、ダストフィルターは真空ポンプの上流に設置されます。空圧システムと真空システムを設計する際には、特に以下の性能パラメーターを調和させる必要があります：

• ポンプの排気速度
• ポンプの効率
• ポンプの効率
• 有効排気速度
• 排気速度
• パイプの長さ
• ガス速度
• 流れ抵抗
• フィルター機能
• フィルター面積
• フィルター負荷
• フィルター洗浄
• フィルター調整
• 洗浄/湿式洗浄の設定時間
• ...
  
   

多くの場合、湿った分散液は真空ミキサーで排気/真空乾燥されなければなりません。この場合、排出されるガスは埃っぽいだけでなく、水蒸気や溶剤の蒸気で汚染されています。実際には、このようなガスはベーパーと呼ばれる。ベーパーは、いわゆるベーパーフィルターでしか洗浄できない。フィルターハウジングは、液相の露点温度よりかなり高く加熱しなければならない。精製されたガスは、熱交換器で除湿される。溶剤はこのようにして回収される。リサイクルされたダストは真空ミキサーに戻されます。

 

食品サプリメント製造における真空ミキサーの使用例

プロテインパウダー混合物をベースにした食品サプリメントの製造における真空ミキサー：

プロテインパウダーの栄養組成は乳清、カゼイン、大豆などのタンパク質源から成っています。これらはアミノ酸、ビタミン、ミネラル、甘味料などの他の粉末成分と混合されます。酸化を避けるため、真空技術が重要な役割を果たす。缶や袋に充填された粉末は、酸素や水分をほとんど含まない状態でなければならない。

真空ミキサーは、ミキサーで包装・充填する前に混合品から大気中の酸素を除去し、炭酸ガスと窒素の混合ガスで大気圧にすることで、ここで役立つ。この方法によって流動性が安定し、栄養組成物の保存期間が延長される。

 

製薬業界における真空ミキサーの使用例

固形製剤用真空ミキサー

医薬品の固形有効成分は、チュアブル錠、発泡錠、嚥下錠、カプセル剤、坐剤などの使いやすい剤形に変換する必要があります。

有効成分はまず充填剤の助けを借りて希釈されなければなりません。これは粉末混合機で行われる。有効成分の中には非常に微粒子のものもあるため、その粉塵を結合させる必要がある。これは流動床装置や真空ミキサーでの凝集によって行われる。凝集プロセスは、液体結合剤の存在によって促進される。その後、液相を乾燥させなければならない。乾燥プロセスは真空にすることで大幅に加速される。システム圧力を下げることで、水分は100℃以下に蒸発する。低い乾燥温度は、熱に敏感な医薬品有効成分にも有効である。

空気中の酸素は固形医薬品の保存期間に悪影響を及ぼします。不活性化プロセスは、前章で説明したように、真空ミキサーを使用して行うことができる。

1. 典型的なガレニック調製工程は、有効成分を粉末充填剤や賦形剤に特に均一に分散させるための、いわゆるトリチュレーションである。この種の脱凝集は、真空ミキサーで効果的にサポートできる。バルク原料混合物の内部熟成が促進され、望ましくない流動化が確実に回避される。
2. 液体の有効成分をフィラーペレットの内部に埋め込む場合、真空ミキサーは理にかなっています。微細な真空を利用してフィラー凝集体の細孔から空気をほとんど除去した後に初めて、液体有効成分が真空ミキサーに噴霧される。その後、システム圧力はゆっくりと大気圧まで上昇する。いわゆる含浸は、不活性ガスまたは希ガスを用いて行うのが有利である。
3. 薬剤が液状で投与されることもある。この場合、粉末の有効成分を液体に分散または溶解する必要がある。粉末を液体に導入・分散させる場合、多くの問題が起こりうる。望ましくない発泡、液相と固相の不均一な分布、長い処理時間、粉末凝集物のカプセル化などである。冒頭で述べたように、気相は事前に排気されていなければ常に存在する。真空ミキサーはここでも価値あるサービスを提供する。
4. 特殊なケースでは、粉末状で微分散した有効成分を、粉末状の担体材料の表面に均一に塗布する必要がある。このような場合、湿式凝集を避ける必要がある。このような複雑な均質化プロセスも、真空ミキサーの助けを借りれば簡単に実施できる。
5. 発酵と合成のプロセスは、ほとんどの場合、湿式で完了する。その後、生成物は中間段階として蒸発させるか機械的に除湿される。最終的な乾燥工程は、加熱真空ミキサーで行うのが便利である。
6. 粉末の有効成分は昇華する。これは、有効成分が液相を迂回して蒸発することを意味する。有効成分として安全にガスを排出するために、真空ミキサーで昇華を促進することができる。