噴霧乾燥を変えた画期的な技術

Arla Foods社に設置されたこの噴霧乾燥機は、GEA MSD噴霧乾燥機の最新事例です。

より優れた乾燥方法の模索

噴霧乾燥とは、基本的に液体濃縮物を粉末に変える方法です。乾燥機は液体を微細な液滴に噴霧します。その後、粒子が乾燥室を通過する際に、熱風によって水分が除去されます。

1970年代には、2段階乾燥が一般的でした。まずチャンバー内で乾燥を行い、次に別の流動層で最終乾燥を行うというものでした。流動層はチャンバーの外に設置された装置で、温風が粉末の中を上向きに流れ、粒子を浮遊させたままさらに水分を除去します。

しかし、一部の製品では、この手法の弱点が露呈しました。特に乳児用調製粉乳、乳成分、栄養粉末の場合、湿った粒子がチャンバーの内壁に付着して堆積物を形成し、洗浄のために生産を頻繁に停止せざるを得ない状況が生じました。

ちょうどその頃、米国で新しい技術が登場しました。この技術は、従来の噴霧乾燥技術では処理が困難、あるいは不可能であった製品にも対応できるだけでなく、より溶けやすく、流動性の良い粉末を製造することができました。当時の報告書では、この技術が深刻な競争上の脅威であると指摘されていました。

当時、噴霧乾燥の世界的なリーダーであったデンマークのA/S NIRO ATOMIZER社（現在はGEAの一部門）は、この課題をひとつのチャンスと捉えました。NIRO社は、既存の技術を擁護するのではなく、より難易度の高い製品にも噴霧乾燥を適用できるようにすることに着手しました。

「製品を噴霧乾燥機に入れることは難しいことではありません」と、GEAの乳製品粉末部門グローバルプロジェクト統合マネージャーであるマーティン・スカンダービーは述べています。「真のノウハウは、適切な特性を保ったまま、再び製品を取り出すことにあります」

同社のエンジニアたちが1976年に文書化したこのアイデアは、後に多段式乾燥機MSDとなるものでした。

MSDのソリューション

NIRO社のエンジニアたちは、乾燥が行われる場所を変更しました。彼らはチャンバー内に流動床を組み込み、さらに別の流動床のステージを追加することで、スプレーゾーンの外側でより多くの乾燥が行われるようにしました。同時に、空気の流れのパターンも変更しました。この多段式原理により、より処理が困難な製品にも対応できるようになっただけでなく、同時に、得られる粉末の特性も向上しました。

インスタント粉乳や乳児用調製粉乳などの用途において、この技術により、より簡単に液体と混ざり合い、そして溶解する粉末が製造されました。基本的な考え方は単純明快です。MSDは噴霧乾燥に代わるものではありません。これは、プロセス全体における乾燥の分布を変えることで、より効果的に必要な製品を実現するものです。

NIROによるこの初期の噴霧乾燥機の図解は、装置の基本的な動作を示しています。液体がチャンバー内に噴霧され、そこで急速に乾燥します。

アイデアから産業化へ

このコンセプトを実用的な産業提案へと発展させるには、時間がかかりました。1982年、フランスの乳製品メーカーであるイジニー・サント・メール社が最初のNIRO MSDを購入しました。これは、NIROがこのアイデアを文書化した6年後のことでした。

より多くのシステムが生産に導入され、多段式乾燥によって何が達成できるかが実証されるにつれて、1980年代後半からその採用が加速しました。エンジニアたちは、当初の処理上の課題を解決するにとどまらず、より幅広い用途においてこのコンセプトの価値を実証し始めました。

GEAがNIRO A/Sを買収した際、GEAは噴霧乾燥技術とその背後にある専門知識も獲得しました。MSDの開発は継続され、世代を重ねるごとに蓄積されたエンジニアリングと応用経験を通じて、当初の原理を基盤として発展していきました。

競合他社が同じ原理に基づいた乾燥機を開発するにつれて、多段式乾燥の影響力はより明確になっていきました。当初、NIRO ATOMIZERが競合他社の脅威への対応策として始めた取り組みは、多段式噴霧乾燥における確立された手法となり、GEAが今後も開発を続けていけるプラットフォームへと発展しつつありました。

進化し続けたアイデア

MSDの創業期に活躍したエンジニアであっても、現代の乾燥室の形状を見れば、その構造を認識し、その動作原理を理解することができるでしょう。しかし、その馴染みのあるコンセプトを取り巻く機械は、絶え間ない開発の歴史を物語っています。

空気の分散はその一例です。空気の分散、つまり熱風が乾燥機に入る方法の改善により、付着物の減少につながり、ひいては効率が向上しました。衛生的な操作、自動化、プロセス制御も、生産ニーズの変化に伴い発展してきました。現代のシステムは24時間365日無休の稼働に対応可能であり、より大きく、より多孔質な粉末粒子を形成するプロセスである凝集および造粒技術の進歩により、粉末の特性を制御するさらなる手段が提供されています。

GEA OptiPartnerなどのデジタルツールは、リアルタイムのプロセスデータを活用して生産を最適な状態で維持し、継続的なプロセスの最適化をサポートしています。今日利用可能なツールは、1976年のエンジニアたちにとっては想像もできなかったものでしょう。けれど、その目的は今と変わりません。つまり、プロセスを理解し、その知識を活用して性能を向上させることです。

噴霧乾燥には膨大なエネルギーを必要とするため、プラントの稼働期間全体を通じて効率性が重要となります。関連する用途において、MSDはより低い出口温度で稼働できるため、乾燥チャンバー自体よりも流動床内でより多くの乾燥が行われることになります。熱回収とより広範なプロセス最適化により、さらなる機会が生まれます。GEA AddCool はこのアプローチを基盤とし、高温ヒートポンプ技術を用いて廃熱を回収および再利用することで、エネルギー消費と化石燃料への依存の削減に貢献します。

MSDの50年の歴史

1976年
NIROが、当初の MSD コンセプトを文書化します。

1982年
最初のNIRO MSDは、フランスのイジニー・サント・メール社に販売されました。

1980年代後半
多段式乾燥が生産現場でその有用性を実証するにつれ、採用が加速します。

2000年代前半
空気分散技術の開発により、付着物がさらに減少し、効率が向上します。

現在
当初の原理は、衛生面、連続生産、自動化、凝集、およびデジタルプロセス最適化における進歩を通じて、現在も発展を続けています。

50年にわたる学び

プラントの運用から得た経験が、MSDの開発の多くを形作ってきました。どの設備にも独自の制約があり、あるボトルネックを解決すると、別のボトルネックが露呈することもあります。こうした課題は、GEAのエンジニアにプロセスの改善すべき点を示してくれます。

学びは双方向です。GEAはさまざまな製品、用途、設備からの経験をもたらし、一方でお客様はご自身のプラントの挙動を詳細に把握しています。これらの視点を組み合わせることで、付着物の低減、生産期間の延長、制御の改善といった機会を見出すことができます。

蓄積された経験とは、MSDを推奨すべきでない場合を見極めることでもあります。製品、処理能力、動作条件が異なれば、別の技術が必要になる場合もあり、時にはよりシンプルな解決策で十分な場合もあります。

その経験は現在、乾燥機だけにとどまりません。プロセスとユーティリティの専門知識を組み合わせることで、GEAは完全な生産ラインの一部として乾燥機を最適化することができます。それは、技術そのものを開発し続けることと同様に、適切な技術を選択し、適用することでもあります。

MSDの初期の時代には、チームメンバーが手書きで図面を描いていました。

ある世代のエンジニアから次の世代のエンジニアへ

MSDの歴史における継続性は、技術的な面だけでなく、人的な面にも見られます。現在のGEAチームのメンバーの中には、初代MSDを開発したエンジニアたちと共にキャリアをスタートさせた者もいます。彼らは、自分たちが生み出したものを強く信じ、そのアイデアが正しいことを周囲に納得させるために懸命に努力した人々のことを今でも覚えています。

彼らの自信は根拠のあるものであったことが証明されました。彼らが提唱したアプローチは工業生産の現場に定着し、初期の取り組みが完了した後も長い間ずっと、新たな用途を見出し続けてきました。

初代MSDはこの物語の始まりであり、決して終わりではありません。1976年以来、ツールは劇的に変化しましたが、本質は変わっていません。それは、問題を理解し、エンジニアリングの専門知識を応用し、改善し続けるという姿勢です。