リング層造粒機のスケールアップでは、とりわけ形状、充填率、工具速度、バインダー添加、造粒時間、投入エネルギーを生産規模へ移し替えなければなりません。目標は、顆粒の大きさ、強度、水分分布、均一性を大規模でも再現性をもって保つことです。

1. 幾何学的相似

容器と工具の形状は、できるだけ比較可能に保つべきです。同様に重要なのが、壁面との間隔、内部構造物、ノズル位置、造粒機の実効作業域です。これらはリング層の形成に直接影響するためです。

わずかな形状の違いでも、流れと湿潤の挙動は大きく変わりうります。

2. 運動学的スケーリング

RMG では、工具の周速、いわゆるチップスピードが中心的なスケーリング量としてよく使われます。単なる回転数の指定より説得力があることが多いのは、粉体層への機械的負荷をより良く表すためです。

フルード数も指標としてよく用いられます。遠心力と重力の比を表すためです。ただし実務では、単一の指標だけでなく、製品に合わせたスケーリングパッケージ全体を用いることが多いです。

フルード数は、回転する自由落下型・ドラム型・投擲型のミキサー、および混合工具を水平に支持したシステムに関わるものです。強制的な循環を行う縦型ミキサーでは、設計やスケールアップの基準にはなりません。そこで決め手となるのは、混合原理がすべての機種寸法で同じであり、循環が充填率に依存せず混合室の全体を捉えることです。移し替えの可否はテストセンターで実製品を用いて確かめます。

3. 比投入エネルギーと終点

造粒プロセスは、比投入エネルギーとプロセスの終点に大きく左右されます。エネルギーが少なすぎると弱く微細な顆粒になり、多すぎると過大な粒、望ましくない圧密、摩耗の増加を招きます。したがって終点は、固定した時間ではなく、測定可能な基準によって定義すべきです。

4. 液体添加と湿潤

バインダーないし噴霧速度は、スケールアップにおいて比例的かつ再現性をもって調整しなければなりません。同様に重要なのが、液滴の大きさ、ノズル配置、噴霧パターン、投入場所です。これらは局所的な過湿潤、ひいては塊形成に影響するためです。

より大きな設備では、均一な分布を確実にするために、複数のノズルや調整された噴霧形状がしばしば必要になります。

5. 滞留時間と充填率

充填率と処理量は、リング層が安定を保ち、造粒が均一に進むように選ばなければなりません。連続式設備では滞留時間分布がとりわけ重要です。顆粒の品質に直接影響するためです。

したがって、テストセンター設備と生産設備のあいだで、類似した充填率範囲にすることが多くの場合有効です。

6. 熱的挙動

生産規模では、表面積と容積の比が下がるため、放熱がしばしば悪化します。これにより、製品温度、バインダーの挙動、乾燥がテストセンターより大きく変化することがあります。

したがって、温度監視、必要に応じた冷却または調整されたプロセス時間は、頑健なスケールアップの一部です。

7. 機械的負荷と摩耗

規模が大きくなるにつれ、トルク、軸受負荷、摩耗への要求が増します。したがって工具、シール、壁面はより高い負荷に合わせて設計しなければなりません。

摩耗性の高い配合では、耐摩耗性の表面とアクセスしやすい構造がとりわけ重要です。

8. 計測技術と PAT

確かな移し替えのためには、トルク、出力、製品温度、水分を継続的に測定すべきです。PAT ツールやその他のオンライン測定システムは、造粒の進行と終点をより良く管理するのに役立ちます。

こうしてスケーリングは、計算上だけでなくプロセス分析的にも裏付けられます。

9. 洗浄と安全性

規模が大きくなるほど、残留排出、洗浄性、防じん性、防爆に対する要求も高まります。

粉じんの生じる製品では、接地、不活性化、適切な排圧コンセプトも計画に含める必要があります。