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Isolava、乾燥プロセスの最適化により、エネルギー消費量を削減するとともに最終製品の品質を改善

石膏ブロックの前に立つ Isolava のプロジェクトエンジニアの Peter Vameyghem 氏(左)とヴァイサラセールスマネージャーの Marc Mangelschots
Belgium
Industrial Manufacturing and Processes
産業計測

1963 年に設立された Isolava は、建設業界向けの石膏プラスターブロックメーカーであり、1990 年より Knauf グループに加わっています。生産プロセスで最もエネルギーを消費するのは乾燥です。このプロセスでは、湿ったブロックがカートに積み込まれ、4 段階乾燥式オーブンを通って運ばれます。プロセス管理は従来から今日に至るまで、温度計のみを頼りに行われてきました。

2017 年後半に、Isolava は Peter Vaneyghen 氏をプロジェクトエンジニアに任命し、乾燥プロセスを最適化するプロジェクトを開始しました。その第一歩として、乾燥プロセスのダイナミクスについて理解を深めるために、ドライヤーに湿度センサを設置しました。

複雑なプロセスの理解
どの産業乾燥プロセスも、製品の水分レベルができるだけ均一であることの保証を目的としています。Isolava が乾燥プロセスを最適化するには、石膏ブロックの乾燥ダイナミクスを理解することが不可欠でしたが、乾燥が完了するまでは石膏ブロックの水分含有量を計測する簡単で信頼性の高い方法がありません。

固形物の乾燥は質量移動プロセスであり、物体から周囲の環境に水分が蒸発します。オーブン内の環境は、ガスバーナーで温風を生成し、換気装置で過度の湿度を除去して、ファンで乾燥用空気を製品表面間に均等に循環することで制御されます。プロセスでは、まず製品がオーブン温度まで暖められます。次は恒率乾燥段階で、材料に含まれる大量の水分により、液体表面が形成されます。最後に、減率乾燥段階では、製品表面に自由水分が残っておらず、材料内から表面に水分が移動することで製品が乾燥します。

石膏には、吸湿性製品の典型的な乾燥メカニズムに加えて、もう 1 つ考慮に入れる必要のある要素があります。それは、水溶性のものを含め、さまざまな塩類で構成されていることです。プロセスでは、溶解塩がブロックの表面に移動し、そこで水分が蒸発する際に結晶化します。

「電子顕微鏡を使って乾燥したブロックの微細構造を調べたところ、プロセスの初期段階で乾燥が管理されていない場合、材料の毛細管が閉じる後半段階に乾燥速度が低下するおそれがあることがわかりました」と Vaneyghen 氏は説明します。

同氏は次のように続けます。「乾燥速度の低下に加えて、製品の変色が見られる場合もあります。」

Industrial drying oven process at Isolava
Relative humidity and temperature measurement probes have been placed into all drying zones to ensure the best possible product quality.

 

最適化を通じた節減


「プロセスの初期段階での乾燥を減らし、水分減少を管理することで、最後の乾燥段階を調節して最終製品の水分変動を最小限に抑えられることがわかりました。この事実を踏まえて、温度や湿度の計測による新しい高度管理方式を実行に移しました」と Vaneyghen 氏は説明します。

その結果は目覚ましいものでした。天然ガス単独の消費量は約 20% 減少し、10 台すべてのドライヤーの年間節減額は合計で数十万ユーロになりました。また、ブロックのドライヤー通過速度が変動するにもかかわらず、最終製品の最終水分レベルは安定しています。

「乾燥は私にとって興味深く好奇心がそそられるトピックです。長い時間をかけて探し求めていた実用的な解決策が見つかるとやりがいを感じます。しかし、そのためには徹底した詳細な研究が必要になります。」

Vaneyghen 氏は、新しい解決策の成功において適切な計測機器が重要な役割を果たしたことも指摘しています。現在、ウィールスベーケの工場では、40 台のヴァイサラ HMP7 湿度温度プローブが Indigo 201 変換器とともに稼働しています。

「保守性の観点からは、プローブを交換できることが大きなメリットになっています。センサの校正が必要な場合に、変換器を切り離すことなく簡単にセンサを変更できます。」

今後も続くプロジェクト
次のステップは、Isolava の乾式壁ボード製品の乾燥を最適化することです。そのために現在、ヴァイサラの耐高温性露点変換器をテストしています。

「このプロセスは材料水分計測の最初と最後の間が長いため、管理の点で難易度が高くなっています」と Vaneyghen 氏は説明します。

「ボード乾燥の管理を改善するために、機械学習と露点計測を取り入れているところです。」

この種の乾燥プロセスに適した Indigo 対応スマートプローブ
ヴァイサラ HUMICAP® HMP7 は、Modbus RTU 出力付きの交換可能な湿度温度プローブであり、ヴァイサラ Indigo シリーズ変換器と互換性があります。このプローブは最新のヴァイサラ HUMICAP® R2 センサを内蔵しており、優れた精度と長期安定性を備え、180°C までの温度に耐性があります。

ヴァイサラ DRYCAP® DMP6 は、最大 350°C の超高温環境における産業用乾燥機器の露点計測用に設計されています。プローブから熱を奪い、センサの最適な温度範囲内に下げるパッシブクーリングセットを使用することで耐高温性を実現しています。