Multi-Visco-Elastic Contact Model in Discrete Element Method -Application to Margarine's Process Engineering-

Abstract

マーガリン類は,油中水滴 (W/O)型エマルションで,連 続相は液体油と網目状の油脂結晶で構成される.マーガリン 類の製造工程は,現在,油脂に乳化剤などを添加した油相 と食塩などを溶解させた水相とを混合し,冷却ユニットと ピンマシンと呼ばれる混練ユニットを組み合わせた急冷捏 和装置によって連続的に行われる.冷却ユニットによって, 液体だけのW/O型エマルション内の油脂の一部が結晶化し て固体になり保形性や乳化安定性が付加される.また混練 ユニットであるピンマシンによりマーガリン類の結晶構造 の均一性や充填性の向上が促進される. 近年,健康上の関心の高まりから,従来よりその製造工 程で使用されてきた安価で物理的性状に優れた水素添加油 脂に含まれているトランス脂肪酸が敬遠されている.そのた め水素添加油脂を用いない,すなわち,非水素添加油脂を用 いて従来の性状を維持するための製品開発が行われている. しかしながら,非水素添加油脂は,水素添加油脂とくらべ 結晶化速度,結晶の大きさ,結晶多形現象などの結晶性が 大きく異なるため,水素添加油脂を用いたマーガリン類と 同じ力学的物性にすることが難しく,従来の製造手法に関 する情報や知識が通用しにくくなっているのが現状である. また,これまでの製造手法に関する情報や知識も最終製品 の性状から判断した経験に基づくものが多く,製造中の個々 の装置で起こっている現象を解析した事例はほとんど報告 されていない. そこで,本研究では,マーガリン類の結晶構造の均一性 や充填性を改善するために使用される混練ユニット内の流 動現象を明らかし,製造工程プロセスの最適化や混練ユニッ トの性能向上を目的として,数値解析手法を用いたマーガリ ン類の製造工程の最適化研究を実施した.数値解析手法と しては,個別要素法 (Discrete Element Method)を用いた.個 別要素法は,離散した要素同士の力と変位の関係を解きな がら,それぞれの要素(粒子)の運動を,陽解法を用いて 追跡する手法であり,連続体解析手法では難しい固体の大 変形時の力学応答や粒状体の動的な挙動を解析するのに適 Multi-Visco-Elastic Contact Model in Discrete Element Method -Application to Margarine's Process Engineering-