はじめに…

「カクハンラボ」では，乳化・撹拌装置をめぐる基礎知識をわかりやすく紹介しています。

ここでは，「カクハンラボ＿”かくはん”とは」に関する記事を整理し，記事一覧としてまとめました。

また，技術テーマの目次としても活用することができ，各記事へのリンクが付いています。

このページで技術テーマを確認することで，「カクハンラボ＿”かくはん”とは」で公開された各記事へたどり着きやすくなっています。

ページ内リンク

で示した記事が新着となります。

本ページで先行してお知らせしている都合上，リンク先が未設定となっている場合がありますが，おおよそ一週間程度でアップロードされますのでご期待ください。

また，既に公開した記事であっても，お知らせすることなく修正・加筆等をしています。

第1章　イントロダクション Introduction

カクハンラボ＿”かくはんとは”では，当社が考える撹拌やスケールアップを中心に紹介しています。

まずは，これらの背景にある事柄について述べています。

📚 (1) 全体イメージ　👉　記事はこちら！

”撹拌”に関してはなんとなく知っているけど，”乳化撹拌装置”となるとあまり聞いたことがなかった方が大多数だと思います。

”乳化”や”撹拌”は様々な分野に応用されている技術ではありますが，必要に迫られるまではあまり深く考える機会がなかったのではないでしょうか？

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• はじめに…
• “乳化”を目的とした撹拌
• 開発プロセスにおけるスケールアップ
• 「理論」「情報」「経験・ノウハウ」等の活用
• カクハンラボ＿”かくはんとは”の記事構成

第2章　撹拌の立場から乳化をイメージしよう

一般的な乳化に関する文献や講演は，界面活性剤の役割から始まり，エマルションの調製法や試験法等の議論がなされているように思います。

これらの詳細な説明は専門書へお任せして，撹拌を意識しながら乳化現象をイメージとして捉えることについて述べています。

📚 (2-1) 乳化とエマルション　👉　記事はこちら！

”乳化”に関連して”エマルション”という言葉も良く使われます。

厳密な定義とは少し異なる点が出てくるかもしれませんが，ここでは”乳化”や”エマルション”が意味するものについて考えてみましょう。

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• ”乳化”を考えてみよう
• 物質の三態
• 乳化によって生成した“エマルション”とは？
• エマルションの型
• 乳化するということ（O/W型エマルションの例）

📚 (2-2) 水溶液と分散液　👉　記事はこちら！

液体に関する学習といえば，”水溶液”に関することがメインではなかったでしょうか？

一方，”水溶液”の対となる言葉で”分散液”があります。

ここでは，“水溶液”と“分散液”の違いについて押さえておくことにしましょう。

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• いろいろな液体
• 水溶液
• 分散液

📚 (2-3) 界面自由エネルギーの考え方　👉　記事はこちら！

難しい言葉は後回しにして，我々の身近でよく見られる”界面”について考えてみたいと思います。

厳密な定義とは少し異なる点が出てくるかもしれませんが，”界面”が存在することについてできるだけイメージできるように捉え，”界面自由エネルギー”に結びつけることをしてみましょう。

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• エマルションはどちらに該当するか？
• 界面の存在
• 界面における”水分子”と”油分子”

📚 (2-4) 界面自由エネルギーと液滴の大きさ　👉　記事はこちら！

”界面自由エネルギーの式”というものが出てきました。

ここでは，界面自由エネルギーの式を使って大きな液滴と小さな液滴を比較することで，界面自由エネルギーの意味について少し掘り下げていくことにしましょう。

応用的な話が続くので，難しいなと思われた方は読み飛ばしていただいても問題ありません。

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• このページの注意❕
• 界面自由エネルギーの式を使ってみる
• 界面自由エネルギーと液滴の大きさ
• 界面自由エネルギーの解釈

📚 (2-5) ギブス自由エネルギーのイメージ①　👉　記事はこちら！

エネルギーの話が出てきましたが，厳密には”ギブス自由エネルギー”です。

”ギブス自由エネルギー”を取り扱うと，どんな良いことあるのでしょうか？

この辺りの難しい話は専門書へ譲るとして，”ギブス自由エネルギー”のイメージを掴むことを考えてみたいと思います。

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• ”ギブス自由エネルギー”を考えてみよう⑴
• 仕事をすると体力を消費する

📚 (2-6) ギブス自由エネルギーのイメージ②　👉　記事はこちら！

引き続き，ギブス自由エネルギーに関する抽象的な話となります。

メインである「かくはんとは」のコンテンツからは少し逸れてしまいますが，知っておくと理解が深まります。

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• ”ギブス自由エネルギー”を考えてみよう⑵
• 体力が限界に達すると仕事はできない

📚 (2-7) ギブス自由エネルギーと乳化現象①　👉　記事はこちら！

ギブス自由エネルギーを使うと，様々な自然現象が自発的に引き起こされるか否かを評価できるようになることがわかりました。

ギブス自由エネルギーのイメージを使って，乳化について少し踏み込んで考えてみましょう。

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• ”ギブス自由エネルギー”から”乳化”を考えてみよう
• “水溶液”や“分散液”の調製しやすさ

📚 (2-8) ギブス自由エネルギーと乳化現象②　👉　記事はこちら！

ここでは，何らかの方法で界面張力を0にすることができたとして，調製したエマルションの状態について考えてみたいと思います。

また，ギブス自由エネルギーの視点から，界面活性剤の役割について説明します。

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• ギブス自由エネルギーと乳化現象
• 界面活性“surface active”
• 乳化剤としての界面活性剤の働き

📚 (2-9) エマルションの調製と機械的な力　👉　記事はこちら！

エマルションが調製されるまでの流れについて，簡単にまとめておくことにします。

すると，エマルションを調製するためには2つの力が必要であると考えることができます。

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• 分散液（エマルション）を調製すること
• エマルション調製に必要な2つの力

第3章　撹拌をやさしく捉えてみよう

撹拌は，様々な視点からいろいろな考え方をすることができます。

人によって，撹拌の捉え方が異なると言えます。

ここでは，当社が考える撹拌の役割や意味することについて紹介し，乳化撹拌装置まで発展させながら述べています。

📚 (3-1) 撹拌の考え方　👉　記事はこちら！

ここから”撹拌”の話が始まります。

ただ，当社が取り扱っている撹拌機は世の中から見ると例外的なものです。

従来の撹拌の考え方を取り入れつつ，弊社ならではの解釈も加えながら撹拌について紹介していきたいと思います。

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• ”撹拌”を考えてみよう
• “撹拌”とは…
• 撹拌によって達成できる目的（撹拌目的）
• 撹拌によって生じる作用（撹拌作用）

📚 (3-2) 撹拌をどのように利用するべきか？　👉　記事はこちら！

撹拌について難しい話が続いたので，少し補足説明をしながら整理整頓をしておきましょう。

そして，このような撹拌をどのように活用すべきか考えてみましょう。

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• “微細化作用”を引き起こす力
• ”撹拌の考え方”の整理①
• “液体A”＋“液体B”の撹拌例

📚 (3-3) 撹拌作用の使い分け　👉　記事はこちら！

使用する”撹拌作用”によって最終状態が異なることを紹介しました。

しかしながら，撹拌を使用する工程はかりやすい事例ばかりとは限りません。

それでは，これらの”撹拌作用”をどのように使い分けたら良いでしょうか？

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• 撹拌作用を使い分ける
• “吐出作用”と“微細化作用”のイメージ
• 撹拌エネルギー
• 撹拌機とポンプの比較（撹拌作用の評価）

📚 (3-4) 一般的なクリーム・乳液製造工程で必要な撹拌　👉　記事はこちら！

これまで，撹拌について様々な視点から考えてきました。

ここでは，化粧品の一例であるクリーム・乳液製造工程を例にして，撹拌の考え方をどのように適用していくかについて見ていくことにします。

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• 一般的なクリーム・乳液製造工程
• 撹拌を要する工程のイメージ
• 撹拌作用と回転数の関係

📚 (3-5) 低速撹拌機と高速撹拌機　👉　記事はこちら！

低速撹拌機は多くの撹拌機メーカーで取り扱われていますので，良く知られた一般的な撹拌機と言えます。

一方で，高速撹拌機はどちらかというと例外的と言えるので，特定の数少ないメーカーでしか取り扱っていません。

ここでは，代表的な”低速撹拌機”と”高速撹拌機”をピックアップして紹介します。

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• ”低速撹拌機”と”高速撹拌機”
• 主な”低速撹拌機”
• 主な”高速撹拌機”
• ホモミキサーとディスパーミキサーの使用例

📚 (3-6) 乳化撹拌装置であること　👉　記事はこちら！

一般的なクリーム・乳液製造工程を考えると，撹拌の”吐出作用”と”微細化作用”が必要でした。

言い換えると，”低速撹拌機”と”高速撹拌機”の2種類を使い分けなければなりません。

撹拌機を変更して使い分ける必要があるので，複数の装置を使用しないといけないのでしょうか？

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• 撹拌機の使い分け
• 乳化撹拌装置の構造
• 高粘度流体の容器内流動
• 真空吸引の目的
• PITケンサー（電気伝導度）
• ”撹拌の考え方”の整理②

📚 (3-7) 乳化撹拌装置の主な型式　👉　記事はこちら！

乳化撹拌装置は，”高速撹拌機（微細化作用）”と”低速撹拌機（吐出作用）”の両方を併せ持っているのが特徴です。

すると，組み合わさった高速撹拌機と低速撹拌機の数によって，様々な乳化撹拌装置のパターンが考えられます。

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• “高速撹拌機”と“低速撹拌機”の組み合わせ
• 主な乳化撹拌装置の型式（撹拌方式）
• みづほ工業で使用する型式の意味

📚 (3-8) 乳化撹拌装置の構造とその据付・設置　👉　記事はこちら！

色々な観点から乳化撹拌装置を捉えることができますが，実際に使用することを想定してその構造を考えてみます。

そして，乳化撹拌装置の構造を考えると，製品の製造工場における乳化撹拌装置のレイアウトがおおよそ決まってきます。

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• 乳化撹拌装置の構造
• 乳化撹拌装置のフロア構成例
• アルコールの使用（20号タンク）
• 真空乳化撹拌装置は精密機械

📚 (3-9) 乳化撹拌装置を動かしてみる　👉　記事はこちら！

乳化撹拌装置を使用して製品ができあがるまでの流れについて，写真で紹介していきたいと思います。

撹拌を使用しない工程についても簡単に触れています。

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• 乳化撹拌装置を使用した製造例
• 充填工程～箱詰め工程

📚 (3-10) 乳化撹拌装置における設備上の特徴　👉　記事はこちら！

もう少し，乳化撹拌装置について考えてみたいと思います。

撹拌機という構造を採用すること，撹拌機を使用することを考えると，気を付けなければならない点が出てきます。

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• バッチ生産方式
• 接液部で使用する金属材料
• 乳化撹拌装置の主な消耗部品
• 必要な動力・ユーティリティ

📚 (3-11) 撹拌による槽内の流動　👉　記事はこちら！

乳化撹拌装置に関する説明までさせていただきましたが，少しだけ撹拌の考え方へ戻ります。

撹拌による液の流動状態は，どのように考えると良いのでしょうか？

ここでは，一般的な考え方をイメージで捉えることを主目的として進めたいと思います。

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• 撹拌レイノルズ数
• 撹拌時における流体の流動状態
• “層流”や“乱流”を決める因子

📚 (3-12) 真空練合装置　👉　記事はこちら！

乳化撹拌装置を使用するときは粘度が低い流体を想定しているため，応用事例として新しい考え方（粘度が高い流体）を取り入れました。

ここでは層流や乱流との違いをイメージするため，”低速撹拌”と”高速撹拌”について新たな視点から考えてみたいと思います。

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• “吐出作用”や“微細化作用”の働き方
• 高粘度流体を撹拌するための工夫
• 真空練合装置

📚 (3-13) 撹拌装置で使用する主な撹拌羽根　👉　記事はこちら！

乳化撹拌装置は乳化を利用したエマルション製品を製造することを目的としています。

そして，種々の製品によって，必要な撹拌作用の割合が異なってきます。

そのため，乳化撹拌装置における最適な撹拌羽根を選定することが重要になります。

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• みづほ工業の撹拌装置で使用する主な撹拌羽根
• 汎用的な撹拌羽根の動力特性

📚 (3-14) みづほ工業における撹拌装置の型式を分類する　👉　記事はこちら！

あくまで一案ですが，撹拌装置の型式を分類する手法として，密度と粘度で考えるのが良いのかもしれません。

あくまで参考イメージ図となりますが，おおよその型式の目星を付け，最適な撹拌羽根の選定を含めて検討していくことになります。

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• 型式を分類する
• “高速撹拌機”を有する型式
• “低速撹拌機”のみを有する型式

📚 (3-15) 製品の製造に適した撹拌装置　👉　記事はこちら！

ここでは，製品の製造に適した撹拌装置について考えてみることにします。

みづほ工業の経験と実績に基づいた撹拌装置の選定事例について紹介します。

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• 製品と撹拌装置の型式
• 撹拌マップ

📚 (3-16) エマルション製品以外の化粧品製造例　👉　記事はこちら！

ここでは，クリーム・乳液以外の主な化粧品における特徴的な点について，写真で紹介していきたいと思います。

エマルションに限らず化粧品を製造するためには，処方的な力と機械的な力が利用されており，2つの力のバランスを考えた製造技術が重要であることがかります。

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• クリーム・乳液以外の化粧品製造例
• 製品の製造に必要な2つの力

📚 (3-17) 乳化撹拌装置を製作する工場（本社工場の見学）　👉　記事はこちら！

乳化撹拌装置を製作している工場の様子を動画でご紹介いたします。

若干の臨場感を味わいながら，工場見学をWEB上で体験いただけたらと思います。

できるだけカジュアルに紹介し，イメージとして残るよう工夫を凝らしています。

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• はじめに…
• 動画（📺 をクリックしてください）

第4章　スケールアップでエマルションを評価しよう

乳化撹拌装置を使用したスケールアップの検討をすることになりますが，このスケールアップが「成功した！」 or 「失敗した！」の評価をしなければなりません。

スケールアップの成否を決めるにあたってどうすれば良いか？，評価に関する当社の考え方について述べています。

📚 (4-1) スケールアップの考え方　👉　記事はこちら！

最初に製品設計を行い，その後の試作実験を経て良いものができた！…となったときに，実際に製品を製造するためのプロセスへと進みます。

工場技術者と共に研究室規模から生産規模へのスケールアップの研究（生産技術検討）が行われることになります。

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• スケールアップ（生産技術検討）
• エマルション品質に関する補足
• エマルション調製に必要な2つの力
• エマルション調製に対する機械的な力の役割
• スケールアップの成否
• 機械的な力による品質への影響

📚 (4-2) エマルションの安定性（クリーミング）　👉　記事はこちら！

エマルションの品質の中で，「安定性」について考えてみましょう。

ここでは，エマルション中の乳化粒子（油滴）が浮上することにより生じる”クリーミング”に着目します。

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• エマルションの安定性
• クリーミング
• 浮上速度を変化させる因子と“機械的な力”

📚 (4-3) エマルションの安定性（凝集に伴う合一）　👉　記事はこちら！

エマルションの品質である「安定性」について，引き続き考えていきます。

ここでは，乳化粒子同士が集まることにより生じる”凝集”，複数の乳化粒子が別の1つの粒子になる”合一”に着目します。

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• 凝集に伴う合一
• 曲率とLaplace圧の発生

📚 (4-4) エマルションの安定性（Ostwald熟成と合一まとめ）　👉　記事はこちら！

少し特殊なOstwald熟成について触れます。

そして，エマルションの安定性（クリーミング・凝集・合一）と機械的な力の関係をまとめておきたいと思います。

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• 乳化粒子同士が”接近”するとき
• 凝集に伴う合一の因子と“機械的な力”
• エマルションの安定性に対する機械的な力の影響

📚 (4-5) スケールアップ成否の評価方法　👉　記事はこちら！

これまで「安定性」について確認してきたので，ここでは「使用性」について簡単に触れたいと思います。

そして，エマルションの安定性・使用性に着目して考えた結果から，スケールアップ成否の評価方法について考えます。

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• エマルションの使用性（考え方の例）
• スケールアップ成否の評価方法

📚 (4-6) 粒子径および粒度分布解析①　👉　記事はこちら！

各製品に応じた評価方法が決められていないのであれば，スケールアップの成否の判定は，粒子径および粒度分布の評価によって行うことができるとの結論を見出しました。

ここでは，分析機器を用いてエマルションの粒子径および粒度分布測定をすることを考えます。

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• 分析機器
• 測定によって得られるデータ

📚 (4-7) 粒子径および粒度分布解析②　👉　記事はこちら！

3つの粒子径（50%粒子径d₅₀，個数平均径MN，体積平均径MV）を紹介しました。

ここではそれらが意味するものについて考え，エマルションモデルを用いながら粒子径を掘り下げていきます。

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• 様々な粒子径
• スケールアップの評価
• 光学顕微鏡による観察

📚 (4-8) 粘度の定義　👉　記事はこちら！

これまでに，”粘度”という言葉が何度か登場しました。

ここでは，粘度における定義について確認したいと思います。

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• 粘度の定義
• B型粘度計による粘度測定

📚 (4-9) エマルションの粘度特性①　👉　記事はこちら！

粘度は，せん断応力とせん断速度の比で表されることがかりました。

そこで，せん断応力とせん断速度の関係についてもう少し掘り下げて考えてみましょう。

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• エマルションで見られる流動特性（せん断応力 vs せん断速度）
• エマルションで見られる流動特性（時間 vs 粘度）

📚 (4-10) エマルションの粘度特性②　👉　記事はこちら！

せん断応力が大きくなると，ニュートン流体よりせん断速度が大きくなりエマルションが容易に流動することがかりました。

付与されるせん断応力の大きさや，見かけ上の粘度低下の仕方によってエマルションで見られる流動特性が異なるので，このような性質を指標の1つとして考えたいところです。

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• 半固形製剤の流動学的測定法（展延性試験）
• スプレッドメーター
• 解析方法

📚 (4-11) エマルション製品に対する考察例　👉　記事はこちら！

もし，各製品に応じた評価方法が決められていないのであれば，スケールアップの成否の判定は，粒子径および粒度分布の評価によって行うことができると考えることができます。

それ以外にも，粘度に関する測定法もいくつか紹介いたしました。

ここでは，各種測定によってエマルション製品の物性をどのように評価できるかを考えます。

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• 各種測定結果の例
• エマルション製品に対する考察の例
• まとめ

📚 (4-12) 測定値とその評価　👉　記事はこちら！

研究室で調製する”サンプルの品質”と工場で製造する”製品の品質”を同じにすることが求められており，品質に影響を与える因子として粒子径を考えました。

しかしながら，サンプルと製品の粒子径は完全に一致することはないと言えます。

このとき，サンプルと製品の粒子径が「一致する」 or 「一致しない」とみなす判断はどのようにしたらよいでしょうか？

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• エマルションの目標値
• エマルションの測定対象
• エマルションの同等性範囲

第5章　スケールアップ理論を考えてみよう ー 乳化編

ここでは，ホモミキサーを使用したスケールアップ理論（乳化編）を中心に考えます。

しかしながら，ホモミキサーのような高速撹拌機を使用すること自体が撹拌分野の中でも例外的な位置付けと言えます。

そこで，従来のスケールアップ理論に触れつつ，当社独自の考え方を交えながら述べています。

📚 (5-1) スケールアップによる製造規模の変更　👉　記事はこちら！

ここからは，実際の乳化撹拌装置を使用して，実際にスケールアップをすることを考えていきます。

例えば，試験機で試作した結果，良いサンプルを調製することができたとします。

そこで，生産機を使用して実際に製品を製造してみよう！となるのですが，先に中間機で試作をしてみよう！というのがここでの話です。

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• スケールアップは製造規模の10倍ずつが基本
• 回転数・乳化時間一定の条件
• バッチ生産方式によるスケールアップ

📚 (5-2) 相似則の利用　👉　記事はこちら！

乳化撹拌装置を使用したスケールアップにおいて，機械的な力を等しくするために“相似則”の関係を採用することを考えます。

このとき，すべての“相似則”を満たすような条件を設定することができれば，スケールアップが成功すると考えることができます。

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• “幾何学的相似”と“力学・運動学的相似”
• 高速撹拌機における幾何学的相似条件
• ”スケールアップの考え方”の整理⑴

📚 (5-3) 回転数・混合時間/乳化時間の考え方　👉　記事はこちら！

同じ撹拌機であっても，回転数（高速と低速）によって違いが表れてきます。

例外的な位置づけである高速撹拌機が，低速撹拌機（一般的な撹拌機）における考え方をそのまま採用してもよいでしょうか？

混合時間/乳化時間を例に考えてみましょう。

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• 無次元混合時間
• 液滴が等分される分裂回数と粒子径

📚 (5-4) 高速撹拌機による液滴の微細化　👉　記事はこちら！

液滴に対して大きなせん断力を付与すると，等分数が大きくなり液滴の分裂が起こります。

しかしながら，分裂を起こす最小せん断応力が存在しており，小さな液滴を生成するほど必要な最小せん断応力が大きくなります。

このときの液滴の粒子径変化を考えてみましょう。

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• 機械的な力によって液滴が分裂する条件
• “高速撹拌機”による粒子径の変化イメージ

📚 (5-5) エマルションの粒子径とその粒度分布解析　👉　記事はこちら！

高速撹拌機を使用して液滴を微細化すると，回転数や乳化時間に依存して粒子径が変化します。

このように乳化粒子が小さくなっていくとき，粒度分布解析の視点からどのようなことが起こり得るかを考えたいと思います。

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• 回転数と乳化/混合時間の関係
• 乳化粒子（液滴）が小さくなっていくとき
• 様々な液滴の微細化モデルと粒子径（粒度分布解析）

📚 (5-6) ホモミキサーによる微細化作用とスケールアップ計算式　👉　記事はこちら！

ホモミキサーのような高速撹拌機を考えるにあたって，一般的な低速撹拌機の理論をそのまま採用するのは難しそうです。

“高速撹拌機（ホモミキサー）”による機械的な力をどのようにして決めたら良いか？ということに着目して考えていかなければなりません。

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• ”スケールアップの考え方”の整理⑵
• ホモミキサーによる微細化作用
• ホモミキサーによるスケールアップの考え方
• ホモミキサーによるスケールアップ計算式

📚 (5-7) せん断力が等しくなるようにする　👉　記事はこちら！

スケールアップをするにあたって，せん断力が等しくなるようにすることを考えました。

ここでは，当社が考えるホモミキサーによるせん断モデルを紹介していきます。（少し難しい内容まで踏み込んでいます。）

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• ホモミキサーによるせん断モデル
• せん断力と周先端速度の関係

📚 (5-8) 周先端速度が等しくなるようにする　👉　記事はこちら！

せん断力を周先端速度に置き換えることができました。

周先端速度の式の意味と使い方を考えてみたいと思います。

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• 周先端速度の式
• “周先端速度一定”の一般式としての表し方
• ディスパーミキサーの場合

📚 (5-9) パス回数が等しくなるようにする　👉　記事はこちら！

続いて，パス回数が等しくなるようにする条件を確認していきます。

せん断力が等しくなるようにする条件と組み合わせることによって，スケールアップ時にホモミキサーを適切に使用することを考えます。

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• パス回数の式
• “パス回数一定”の一般式としての表し方
• パス回数と分裂確率

📚 (5-10) “ホモミキサー”による吐出量　👉　記事はこちら！

パス回数について考えるとき，吐出量を算出する必要があります。

ここでは，当社が考えるホモミキサーによる吐出量の概念を紹介していきます。

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• 吐出量の式
• 実際の製品に対する吐出係数の考慮

📚 (5-11) 周先端速度一定時における撹拌作用の変化　👉　記事はこちら！

ここまで，ホモミキサーの特徴や役割について詳しく見てきました。

スケールアップで必要な考え方が整理できてきたので，撹拌作用の面からもホモミキサーを使用したスケールアップの理解を深めたいと思います。（ひたすら理論式を変形していくことになるので，少し大変な作業です。）

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• 周先端速度一定時における撹拌作用の関係
• “高速撹拌機”の機械的な力の評価
• ”スケールアップの考え方”の整理⑶

📚 (5-12) ホモミキサーのスケールアップ検討例①　👉　記事はこちら！

これまでに，ホモミキサーのスケールアップで必要な考え方を見てきました。

ここでは，3 L試験機から25 L中間機へスケールアップすることを想定して，具体的に計算をしてみましょう。

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• 乳化撹拌装置で使用するホモミキサーのスケールアップ
• ホモミキサーの計算例⑴（1.5 L → 15 L仕込み・周先端速度～回転数）
• ホモミキサーの計算例⑵（1.5 L → 15 L仕込み・吐出量）
• ホモミキサーの計算例⑶（1.5 L → 15 L仕込み・パス回数～乳化時間）
• ホモミキサーのスケールアップ計算の結果

📚 (5-13) ホモミキサーのスケールアップ検討例②　👉　記事はこちら！

3 L試験機から25 L中間機へスケールアップすることを想定した話の続きです。

3 L試験機の最適条件を変えて計算をしてみましょう。

すると，得られたスケールアップ後の条件は，乳化撹拌装置の大きさに依存してある傾向が現れます。

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• ホモミキサーのスケールアップ計算の演習
• ホモミキサーの回転数と乳化時間（悪い例）
• 乳化時における掻取ミキサーのスケールアップ

📚 (5-14) 一般的な撹拌機によるスケールアップ計算式　👉　記事はこちら！

これまで，高速撹拌機であるホモミキサーのスケールアップ理論を考えてきましたが，これは例外的で特別な考え方だったかもしれません。

当社は高速撹拌機を主力とするメーカーであり，低速撹拌機に関する理論は専門外のところがありますが，ここでは低速撹拌機に関するイメージや考え方を紹介します。

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• ”スケールアップの考え方”の整理⑷
• “液体”＋“液体”の一般的な撹拌（パドルミキサー）の場合
• （条件①）平均液滴径が等しくなるようにする
• （条件②）物質移動速度が等しくなるようにする

📚 (5-15) “N^3D^2”とは？　👉　記事はこちら！

一般的な撹拌機におけるスケールアップ理論を考えると，”N³D²”は何を意味するのか？という論点にたどり着きます。（“N^3D^2”と”N³D²”は表記が違いますが同じ意味です）

世の中で一般的に使用されているスケールアップ計算式を紹介します。

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• 単位体積あたりの動力
• 混合を制御するための計算（推算）式
• “単位体積あたりの動力一定”の一般式としての表し方

📚 (5-16) 単位体積あたりの動力一定時における撹拌作用の変化　👉　記事はこちら！

一般的なスケールアップにおいては，単位体積あたりの動力を一定にするようにしています。

次に，単位体積あたりの動力が一定のとき，撹拌作用（微細化作用Heと吐出量Q）がどのように変化するか？を考えます。

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• 単位体積あたりの動力一定時における撹拌作用の関係
• 吐出作用のみを考慮した混合

📚 (5-17) 単位体積あたりの吐出量一定時における撹拌作用の変化　👉　記事はこちら！

単位体積あたりの動力一定時においては，撹拌作用（微細化作用Heと吐出量Q）が変化することがかりました。

今度は単位体積あたりの吐出量という考え方を採用して，これら撹拌作用を等しくすることを試してみます。

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• 単位体積あたりの吐出量
• “単位体積あたりの吐出量一定”の一般式としての表し方
• 単位体積あたりの吐出量一定時における撹拌作用の関係
• “回転数一定”であること

📚 (5-18) 吐出量一定時における撹拌作用の変化　👉　記事はこちら！

単位体積あたりの吐出量という考え方は，実務では経済性の問題から採用できませんでした。

そこで，一般的な撹拌では混合を主目的としているので，吐出量Qだけでも等しくしよう！というのがここでの考え方です。

試しに計算してみましょう。

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• “吐出量一定”の一般式としての表し方
• 吐出量一定時における撹拌作用の関係
• “吐出量一定”であること

📚 (5-19) “低速撹拌機”におけるスケールアップ　👉　記事はこちら！

これまでに3つの考え方を紹介してきましたが，様々な事情がありました。

完璧なスケールアップは難しいと言ことですが，ここでまとめをしておきましょう。

長くなりましたが，撹拌作用の変化を考えるシリーズはこれで最後となります。

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• 単位体積あたりの”動力”と”吐出量”
• “低速撹拌機”の機械的な力の評価
• ”スケールアップの考え方”の整理⑸

📚 (5-20) 一般的なパドル（プロペラ）ミキサーのスケールアップ検討例　👉　記事はこちら！

高速撹拌機であるホモミキサーのスケールアップ理論に続き，一般的な撹拌機によるスケールアップ理論を考えてきました。

ここでは，世の中で良く考えられている実際の計算事例を紹介しています。

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• 一般的なパドル（プロペラ）ミキサーのスケールアップ
• パドルミキサーの計算例⑴（4 m³ → 12 m³仕込み・パドルミキサーの直径）
• パドルミキサーの計算例⑵（4 m³ → 12 m³仕込み・単位体積あたりの動力～回転数）
• パドルミキサーの計算例⑶（4 m³ → 12 m³仕込み・吐出量）
• パドルミキサーの計算例⑷（4 m³ → 12 m³仕込み・循環回数～混合時間）
• パドルミキサーの計算例⑸（4 m³ → 12 m³仕込み・撹拌レイノルズ数）
• パドルミキサーの計算例⑹（4 m³ → 12 m³仕込み・無次元混合時間～混合時間）
• 一般的なパドル（プロペラ）ミキサーのスケールアップ計算の結果

📚 (5-21) 掻取・パドルミキサーのスケールアップ検討例　👉　記事はこちら！

乳化撹拌装置を使用する場合は，掻取ミキサーや掻取ミキサーを使用することが考えられます。

そこで，一般的な撹拌機によるスケールアップ理論に基づいて計算をしてみます。

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• 乳化撹拌装置で使用する掻取・パドルミキサーのスケールアップ
• 掻取ミキサーの計算例⑴（1.5 L → 15 L仕込み・単位体積あたりの動力～回転数）
• 掻取ミキサーの計算例⑵（1.5 L → 15 L仕込み・吐出量）
• 掻取ミキサーの計算例⑶（1.5 L → 15 L仕込み・循環回数～混合時間）
• 掻取ミキサーの計算例⑷（1.5 L → 15 L仕込み・撹拌レイノルズ数）
• 掻取ミキサーの計算例⑸（1.5 L → 15 L仕込み・無次元混合時間～混合時間）
• 掻取ミキサーのスケールアップ計算の結果

📚 (5-22) 撹拌機が行う仕事　👉　記事はこちら！

ホモミキサーを使用して流体を動かすことを考えたとき，必要なトルクや仕事を理論計算したいと思います。

しかしながら，実際には理論通りとはいかないところが多いので，経験則が占める割合が大きいです。

ここでは，一般的な考え方を紹介しています。

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• ホモミキサーによるトルク
• 流体が球形粒子に及ぼす抵抗
• トルクと仕事
• 乱流域における粘度変化

📚 (5-23) スケールアップ理論と撹拌作用　👉　記事はこちら！

これまでに，様々な視点からスケールアップ理論について考えてきました。

撹拌作用として微細化作用と吐出作用が挙げられますが，理論式から数学的に理解できることをまとめています。

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• 撹拌作用の変化
• 微細化作用と吐出作用が一定になるためのスケールアップ
• “羽根径”と各種因子の関係
• スケールアップの計算結果とその実証

第6章　スケールアップ理論を考えてみよう ー 冷却編

ここからは，掻取ミキサーを使用したスケールアップ理論（冷却編）を中心に考えます。

…と言いつつも，乳化撹拌装置を使用した冷却工程では，できること！（改善できること！）やできないこと！が出てきます。

したがって，直接的な解決策を提案できることが少なくなりますが，世の中で提案されているアイデア・理論を織り交ぜながら，当社独自の考え方を述べています。

📚 (6-1) 冷却モデル　👉　記事はこちら！

スケールアップ時におけるホモミキサーの乳化工程を考えてきましたが，ここからは掻取ミキサーの冷却工程を考えていくことになります。

どうしても乳化に注目しがちですが，冷却も重要な工程です。

最初に，冷却工程をモデル化することからスタートします。

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• 製品を冷却するためには…
• 冷却水による製品の冷却モデル

📚 (6-2) 冷却速度一定とする考え方①　👉　記事はこちら！

冷却速度に関して，少し詳しい話をしました。

ここでは，スケールアップ前後で冷却速度を一定にすることを目指してみたいと思います。

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• 冷却を制御する幾何学的相似条件
• 各冷却方式における相似条件の利用
• 冷却を制御するための計算（推算）式

📚 (6-3) 単位体積あたりの槽壁伝熱量一定時における撹拌作用の変化　👉　記事はこちら！

単位体積あたりの槽壁伝熱量を一定とする考え方から，冷却を制御するための計算（推算）式が登場しました。

理論的な話ばかりになりますが，この式が意味することを考えてみたいと思います。

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• “単位体積あたりの槽壁伝熱量一定”の一般式としての表し方
• 単位体積あたりの槽壁伝熱量一定時における撹拌作用の関係

📚 (6-4) 冷却速度一定とする考え方②　👉　記事はこちら！

冷却を制御するための計算（推算）式の続きとなります。

実際の冷却工程で適用するのは難しそうですが，乳化撹拌装置を使用することを踏まえて改めて考えます。

冷却でどうしても妥協せざるを得ない点が，だんだんと浮き彫りになってきます。

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• 槽壁伝熱量と掻取ミキサーの回転数
• 掻取ミキサーの回転数を算出する各種条件
• 各種条件における掻取ミキサーの回転数

📚 (6-5) 撹拌レイノルズ数一定時における撹拌作用の変化　👉　記事はこちら！

ここでは，撹拌レイノルズ数が一定のとき，撹拌作用がどのように変化するかを考えてみます。

当社では撹拌レイノルズ数をあまり取り上げて使用することはないので，おまけのようなページとなります。

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• “撹拌レイノルズ数一定”の一般式としての表し方
• 撹拌レイノルズ数一定時における撹拌作用の関係
• 冷却速度一定の考え方まとめ

📚 (6-6) 冷却速度向上させる考え方　👉　記事はこちら！

これまで，スケールアップ前後で冷却速度を一定にすることを目指してきましたが，残念ながら上手くいきませんでした。

紹介した冷却速度に関する2つの考え方のうち，今度はスケールアップ前後で冷却速度を向上させることを目指してみたいと思います。

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• 冷却速度を向上させる
• 効率的な冷却プロセス
• 乳化槽底（鏡板）の形状

📚 (6-7) 冷却時間の計算式（生産性の計算式）　👉　記事はこちら！

あまり馴染みが無いと思いますが，”Batch Coolingの式”というものがあり，理論に基づいて導出することができます。

ここでは，ジャケット冷却時においてBatch Coolingの式を適用したとき，論理的にわかることについて考えます。

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• Batch Coolingの式（冷却水出口温度が一定ではない場合）
• 冷却水（温度・量の影響）
• 製品仕込量と冷却時間の目安（当社基準）

📚 (6-8) 掻取ミキサーを使用した製品の冷却　👉　記事はこちら！

ジャケット冷却をする際に掻取ミキサーを使用します。

改めて，冷却時における掻取ミキサーの役割について紹介します。

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• 掻取ミキサーの使用
• スクレパーによる伝熱境膜の掻取作用
• 製品の強制対流
• 冷却速度向上の考え方まとめ

📚 (6-9) …

Coming Soon!

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📚 (6-10) …

Coming Soon!

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第7章　乳化撹拌装置でスケールアップをしてみよう

スケールアップの中で，「乳化工程」と「冷却工程」に着目して考えてきました。

しかしながら，エマルション製品を製造することを考えると，その他工程が複数含まれています。

また，スケールアップ理論だけではなく，実際の作業面を考慮した計画をしなければなりません。

実際にスケールアップをすることを想定して，そのときに考えておくべき基本事項について述べています。

📚 (7-1) 試験機による検討　👉　記事はこちら！

製品化に向けて検討するとき，その試作は手作業を中心としたビーカーワークになります。

このとき，良い結果が得られましたのであれば，試験機で試作はするのが一般的です。

それでは，試験機による試作をどのように考えたら良いでしょうか？

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• 卓上型クイックホモミキサー（ビーカーワーク）
• スケールアップの検討モデル
• 撹拌装置を使用すると…
• 試験機による検討の意義
• クリーム状エマルションの試作工程（3 L）

📚 (7-2) 試験機による試作の流れ　👉　記事はこちら！

試験機による試作の様子を写真で紹介します。

これから，確認すべきポイントについて考えていきます。

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• 試験機による試作時に確認すべきポイント
• 試作の流れ

📚 (7-3) …

Coming Soon!

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第8章　「乳化・撹拌のプロセス設計」「スケールアップ理論」のまとめ

第1章から第7章にかけて，乳化撹拌装置に関する理論的な考え方を紹介してきました。

ここでは，これらの振り返りとしてまとめをしています。

ただ，普通にまとめをするとこれまでの内容を繰り返すだけになりがちなので，乳化撹拌装置が使用できることを前提として，少し違う視点から述べています。

また，当社が実施しているセミナー形式でのまとめも紹介しています。

📚 (8-1) …

Coming Soon!

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第9章　乳化撹拌装置の活用事例（基礎データ）

理論的な話が続いてきましたが，ここでは乳化撹拌装置を使用した基礎的な実験例を紹介したいと思います。

乳化撹拌装置って何？という方は，「初めての”乳化撹拌装置”（カジュアル版）」のページを先にご覧いただくのが良いかもしれません。

実験から得られた基礎データを踏まえながら，乳化撹拌装置の活用事例について述べています。

乳化撹拌装置を使用する際のヒントになればと思います。

📚 (9-1) …

Coming Soon!

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第10章　乳化撹拌装置を導入するまで

例えば，工場へ乳化撹拌装置を導入することを考えているとします。

このとき，どのようなことを検討しなければならないでしょうか？

あくまでも概要の紹介となってしまいますが，これまで紹介した内容を踏まえつつ，乳化撹拌装置の導入に至る一般的な流れについて述べています。

📚 (10-1) …

Coming Soon!

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第11章　乳化撹拌装置に係る技術情報を発信します

Coming Soon!

📚 (11-1) …

Coming Soon!

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