SKALA ドライ・モイスチャー／ドライヤー制御システム：スプレー＆フラッシュドライヤー制御

「SKALA ドライ・モイスチャー／乾燥機制御システム」は、乾燥機内部の湿度を検知し、迅速かつ正確な制御応答を行うモデルベース制御システムです。

乾燥機内部の水分検知

SKALA Dryの水分制御システムは、乾燥機内の製品の水分を検知できるモデルベース制御アルゴリズムで構成されています。SKALA Dryは、乾燥機内に設置された2つの温度センサーを用いて製品の水分含有量を検知し、製品がまだ乾燥機内にある間に水分量を適正化するための制御調整を行います。

特許取得済みのSKALA Dry水分制御システムは、乾燥機から排出される製品の水分含有量を、温度低下（ΔT）および生産速度と関連付けるモデルに基づいています。乾燥中に製品と接触する前後の温度を測定し、その差（ΔT）をモデルに用いて水分の変化を計算し、制御応答を行います。 図1は、SKALA Dryの手法と、温度センサーの代表的な設置位置を示しています。SKALA Dryモデルは、乾燥機内の製品の水分を測定するためのソフトセンサーとみなすことができます。図2は、SKALA Dryソフトセンサーによって算出された製品水分と、オンラインNIR水分計による測定値を比較したものです。

図1. SKALA Dryモデル — スプレー乾燥機およびフラッシュ乾燥機。ΔT = T_Hot − T_Cold; MC = K₁(ΔT)^p − K₂/S^q

スプレー乾燥機に適用可能なSKALA Dry

SKALAドライ制御システムは、吸気温度と排気温度の差を利用して、湿度や乾燥機の負荷の変化を検知します。この温度差（デルタT）は、モデルベースのアルゴリズムに活用され、異常や乾燥機の負荷の変化が検知された際に、温度や供給量を適切に調整します。

噴霧乾燥機の制御における従来の方法は、出口温度の設定値を維持するために、温度または供給量を制御するものです。その一つは、出口温度の設定値を維持するために入口温度を調整する方法です。もう一つは、入口温度を一定に保ち、出口温度の設定値を維持するために供給量を調整する方法です。 これらの方法により、正しい方向への制御は行われますが、負荷の変化後に目標水分率を維持するためには、排気温度の設定値を手動で変更する必要があります。これらの従来の方法には、水分制御に関する理論的根拠がなく、単に正しい方向への調整を行うに過ぎません。理論に基づいたSKALA Dryモデルは、乾燥プロセスへの蒸発負荷の変化に伴い、目標水分率を維持するために必要な新しいプロセス変数（ΔT）の設定値を再計算する機能を備えています。

スプレードライヤーの後に設置された流動層乾燥機は、スプレードライヤーとは独立して制御することができ、最終的な水分含有量のさらなる制御が可能となる。

図2. SKALA Dryによる水分含有量の予測 — SKALA Dryの予測値と水分計の測定値の比較

デッドタイムを短縮する

乾燥機内の適切な位置に温度プローブを設置することで、SKALA Dryは「乾燥機内部」の水分センサーとして機能します。乾燥機内部の特定の地点における水分の変化を検知し、それに応じて制御を行うことで、デッドタイムを大幅に短縮できます。図1に示すように、SKALA Dryは、下流に設置された水分計やセンサー、あるいは手作業によるサンプリングといった従来の方法を用いるシステムよりも、短い時間で水分の変化を検知し、それに対応します。

プロセス異常によって生じる水分変動は、異常発生時からその検出および対応までのデッドタイムに比例します。したがって、早期の検出と対応によってデッドタイムを短縮することで、水分変動も低減されます。通常、SKALA Dryシステムによって実現される変動の低減率は30％以上です。図3は、流動層乾燥機におけるSKALA Dry方式の適用位置とデッドタイムの短縮効果を示しています。

図3. デッドタイムの短縮 — SKALAのドライ方式では、下流工程での手作業によるサンプリングと比較して、デッドタイムを30％短縮できる

メリット

多くの場合、適切な管理が行き届いていないため、乾燥製品の平均含水率は低くなり、安全を期して製品が過度に乾燥されてしまいます。SKALA Dryシステムは含水率のばらつきを低減させるため、含水率を高く設定しても、安全に管理上限値を下回った状態を維持することが可能になります。この平均含水率の上昇により、製品の品質向上、生産量の増加、およびエネルギーの節約が実現します。 図4は全体的な水分変動の低減を示しており、図5は平均含水率を安全に上昇させ、それによって生産量の増加をもたらすことを示しています。

図4. 水分変動の低減 — 平均水分量は同じで、現行の管理方法と比較して管理精度が向上

図5. 平均水分量の変化の可能性 — 平均水分量が変化し、生産量の増加とエネルギー消費量の減少が示されている

連絡先

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