粉体製品の粉じんフリー生産には、乾式運転のシール、ガス支援型のシールシステム、そして多段階の非接触型保護コンセプトがとりわけ有効です。実際にどの解決策が最も保守が少なくて済むかは、目視できる粉じん漏出を防ぐだけで十分なのか、それともコンテインメント、真空、加圧、防爆、衛生、GMP適合、あるいは製品純度への追加要求があるのかによります。原則として、微細粉じんが敏感なシール面、軸受、駆動ユニットに届く量が少ないほど、システム全体の寿命は長くなります。

最も保守の少ない解決策は、すでにミキサーの構造設計から始まります。シャフト貫通部を1つ回避するごとに、潜在的な漏れ・摩耗箇所が1つ減ることになります。例えば、混合工具を上部のみで支持・駆動する垂直型ミキサーでは、下部の、製品に接触するシャフト貫通部がなくなります。これにより、重要なシール箇所の数、洗浄の手間、そして粉じんが漏出したり異物がプロセスに混入したりするリスクが減ります。残るシャフトシールについては、多段階構造の方が単一のシールリップよりも多くの場合頑健です。外側の非接触型保護段が、粉じんの大部分を実際のプロセスシールから遠ざけます。内側のシール段が、周囲環境に対して必要な気密性を担います。これにより軸受と駆動部も追加で保護されます。

乾式運転のシールは、シールリキッドなしで作動するため、粉体製品にとってしばしばとりわけ適しています。これにより、油、水・グリコール、あるいは熱媒液といった液体媒体が、内部リークの際に製品へ混入するリスクがなくなります。これは食品、医薬品有効成分、高純度微細化学品、特殊粉体において重要な利点です。乾式運転のメカニカルシールは、限られた摩擦と発熱のもとで確実なシール機能を実現するため、狙って選定された摺動面材料と二次シール材料を用います。最新のミキサー用シールは、湿式潤滑、乾式運転、ガスバリア支援運転のいずれの方式にも対応しています。

ただし、研磨性の高い、あるいは非常に微細な粉体では、摺動面の材料だけが決め手ではありません。微粉がシール面の間に恒久的に入り込んではなりません。そこで摩耗、トルクの増加、早期の摩耗を引き起こしうるためです。そのため乾式運転のプロセスシールは、しばしば外側の前段と組み合わされます。スリンガーディスク、ラビリンス構造、あるいは定められたガス流は、粉じんを重要なシールゾーンから遠ざけ、寿命を大幅に延ばすことができます。粉体・顆粒用の専用シャフトシールは、乾燥した研磨性の媒体向けに設計されており、潤滑油やグリースバリアに頼ることなく粉じんの混入を減らすことを目指しています。

ガス支援型のシールコンセプトは、清浄で確実に利用可能な圧縮空気や窒素が運転中に存在する場合、とりわけ保守の手間が少なくなります。小さく制御されたガス量が、シール室内に定義されたシール圧力またはガス流を生み出します。これにより流れの方向が制御されます。粉体は軸受・駆動部の方向へ移動できず、正しく設計されていれば周囲への粉じん漏出も防がれます。製品が酸化や水分に敏感である場合、あるいは防爆上の理由から不活性化が必要な場合には、窒素がとりわけ有効です。圧縮空気は重要度の低い製品でのみ適した選択肢であり、その場合も乾燥していて、油分・粒子を含まないものであるべきです。

ガス流はさらに、能動的な自己洗浄効果を発揮できます。シール隙間に近づいた粒子は、ガス流によってプロセス空間へ押し戻されるか、定められた吸引によって排出されます。これによりシールへの研磨負荷が下がります。ガスバリアシステムは、シール隙間に侵入した粒子を吹き飛ばし、寿命を延ばすためなどに用いられます。ただしガス供給は安全・保守コンセプトの一部です。圧力調整器、フィルター、流量制限、逆止弁、そして圧力・消費量の監視が必要です。有毒、高活性、あるいは爆発性の粉じんでは、シールから漏れ出るガス量を制御下で捕捉、ろ過、還流、あるいは安全に排出しなければなりません。

非接触型のラビリンス、隙間、スリンガーディスク式のシールは、シャフトとハウジングの間に直接的な摩擦接触がないため、構造上非常に保守の手間が少なくなります。狭く方向を変える複数の隙間が、粉じん粒子が軸受方向へ進入するのを困難にします。スリンガーディスクと遠心式ラビリンス構造は、シャフトの回転を利用して粒子を重要なシールゾーンから遠ざけます。これらのシステムは実質的に摩耗フリーで作動するため、粗い、あるいは研磨性の高い粉じんに対する優れた第一の保護段となります。

ただし、高いコンテインメント水準、真空運転、定められた加圧、あるいは厳しい排出限度が求められる粉じんフリー生産では、ラビリンスシールや隙間シールだけでは、単独のプロセスシールとして十分でないことがしばしばあります。その主な効用は、内側のシール段と軸受の負担を軽減することにあります。そのため、乾式運転、ガスシールド式、あるいはガス潤滑式のメカニカルシールと組み合わせることがとりわけ有効です。

グリースバリアは、非常に粉じんの多い環境でさらに保護を高めることができます。コンシステンシーグリースで満たされたリング状の空間が、研磨性粒子の通過を困難にします。自動再給脂であれば、グリースを定期的に更新できます。ただし衛生的な、医薬品向けの、あるいは高純度のプロセスでは、グリースが潜在的な異物混入源として許容できるかどうかを評価しなければなりません。潤滑剤が製品へ混入する可能性が許容できない場合には、乾式運転あるいはガス支援型のシステムの方が、多くの場合より良い選択となります。

ミキサーがさらに、負圧、加圧、溶剤蒸気、あるいは高いコンテインメント要求に対してシールされなければならない場合には、メカニカルシールが多くの場合最も信頼できる解決策です。精密に調整されたシール面を介してシールし、単式または複式のシステムとして構成できます。単一の乾式運転メカニカルシールは、乾燥した粉体と中程度の差圧であれば十分なことがあります。有毒あるいは高活性の粉体、真空運転、より高い差圧、あるいは排出防止への特に厳しい要求がある場合には、複式構成が追加の安全性を提供します。これはシールガス、シールリキッド、あるいは乾式のコンテインメント段で運転できます。例えば、大気への排出を防ぐために複式のガス加圧式ミキサーシールが用いられ、混合プロセス向けには乾式運転およびガスバリア支援型のシールシステムも用意されています。

液体潤滑式の複式シールは、高い気密性、そして摺動面の冷却・潤滑を提供できます。ただし、これが自動的に最も保守の少ない選択肢というわけではありません。シールリキッド系は、圧力、温度、液位、清浄度、起こりうるリークについて監視しなければなりません。粉じんフリーの乾式プロセスでは、差圧、回転数、温度、シャフトの動きがそれを許す限り、乾式あるいはガス支援型のシールの方がしばしば簡便です。

PTFEリップシールやカフシールも、単純な乾式用途には適していることがあります。コンパクトで経済的、耐薬品性にも優れています。その欠点は、原理上避けられない接触摩耗です。高い回転数、研磨性の高い微粉、頻繁な起動・停止サイクル、あるいは排出フリーへの高い要求がある場合には、そのため多くの場合第一の選択肢とはなりません。ただし、ラビリンスの後段に追加の保護シールとして、あるいは重要度の低い用途向けの簡易な解決策として有効なことがあります。

保守の少ないシャフトシールの選定は、コンテインメント目標を明確に定義することから始まります。目視できる粉じん漏出への対策で十分なのか、それとも曝露限界値、高活性有効成分、ATEX、不活性化、真空、あるいは無菌条件を満たす必要があるのかを定めなければなりません。続いて、プロセス条件を評価します。圧力・真空、温度、回転数、シャフトの振れ、軸方向の動き、起動・停止の頻度、洗浄手順、起こりうる製品堆積は、シールの選定に大きく影響します。同様に、粒径、研磨性、凝集性、吸湿性、静電気の帯電、粘着性、溶剤分、毒性も考慮しなければなりません。

医薬品・食品プロセスでは、これに加えて衛生的な設計、洗浄性、デッドスペースの少ない構造、材料適合性への要求が加わります。グリースバリアやオイルバリアは、起こりうる混入を制御でき、製品安全性の枠内で許容できる場合にのみ有効です。ガスバリアについては、圧力、ガス消費量、シール温度、必要に応じて差圧を監視しなければなりません。こうしたセンサー類は初期の設計の手間を増やしますが、多くの場合、計画外の停止、軸受故障、製品ロスを防ぎます。