GEA の CFD 解析により製品設計から当て推量を排除
27 Aug 2020
GEA は計算流体力学（CFD 解析）に注目し、食品成分、でんぷん、タンパク質用の噴霧乾燥器の顧客により正確な原価計算を提供し、設計の精度を高め、プロセスの洞察を向上させ、リスクを大幅に削減できる方法をご説明します。
食品成分、でんぷん、タンパク質の噴霧乾燥の場合、コンピュータ上で乾燥中の製品の挙動を確認する計算流体力学は、実際の設計に取り掛かる前に行うべき実績のある技術です。
CFD 解析は業界内では珍しいものではありません。航空宇宙産業や自動車産業などの多くの分野では、製品開発工程の不可欠な部分として CFD 解析を使用しています。しかし、食品成分、でんぷん、タンパク質の噴霧乾燥では、すべての中心にあるのは他の変数です。それは、顧客と製品です。
Stig Skalshøj Christensen は GEA のセールスエンジニアです。顧客ごとに、そして製品ごとに異なると彼は言います。「お客様は異なる原材料を使用しており、微妙に異なる結果を求めていることがよくあります。そのようなお客様に自信を持って当社の技術を選んでいただくためには、お客様、製品、そしてお客様が目指していることを真の意味で理解している必要があります。」
Kristian M. Ingvorsen は GEA の CFD 解析の責任者です。彼は、顧客にとってのプロセスの利点について次のようにまとめています。「第一に、すべてのテストは現場ではなくコンピュータ上で行われます」と説明します。「現場で行うと、テストは難しくなりコストがかかります。コンピュータシミュレーションは、低コストでゼロリスクのテスト環境を提供します。第二に、モデリングによってプロセスの深い洞察が得られるため、異なる入力パラメータの変更がプロセス全体にどのような影響を与えるかを詳細に理解することができます。これは、多くのことが憶測に委ねられている従来の試行錯誤のアプローチよりも明らかに優れています。」
アジアの大豆タンパク質プラント
Stig Skalshøj Christensen は、アジアの大豆タンパク質プラントの例を紹介しました。この会社ではすでに大型の噴霧乾燥器を使用していましたが、その能力を 2 倍にしたいと考えていました。これを行うには、大型の乾燥機を 1 台だけ使用するのが望ましいですが、そのような大型の機械は、この用途ではこれまで使用されていませんでした。それが可能かどうかを確認し、もし可能であれば、効率的に動作させ、顧客が要求する最終製品の品質を提供するために、乾燥機の具体的な設計特性を見つける必要がありました。
「当社の CFD 解析チームは、同様の製品を運転している大型乾燥機のデータを使用し、それをコンピュータモデルに入力して、稼働室のサイズや容量を増やし、その動作を確認することができました。乾燥機を動かすことが技術的に可能であることを証明して初めて、お客様に提案しました。お客様は私たちの提案を受け入れてくださり、プロジェクトは現在進行中です。乾燥機を 1 台のみ持つことで、お客様は資本購入、設置、建設のコストを大幅に削減することができます。CFD 解析のメリットがなければ、これはあまりにもリスクが高すぎたため、お客様はより高価で効率の悪くなる 2 台の乾燥機で妥協することになっていたでしょう。」
小規模に保つ
計算が違った方向を示す可能性も十分にあり得ます。顧客は特定のサイズの乾燥機が必要だと考えているかもしれませんが、GEA のエンジニアは CFD 解析を使って、より小型の機械でも同じ結果が得られることを明確に示すことができます。「これにより、乾燥機だけでなく、設置工事や建築工事、長期的なランニングコストも節約できます」と Stig は述べます。「同じ仕事をこなす限り、乾燥機は小さければ小さいほど良いのです」
本物の技術
Lars Voigt は、GEA のエンジニアリングデータおよびツール管理の責任者です。彼は、顧客の持つ知識とアプリケーションにある知識を組み合わせ、可能な限り正確なデータを仮想テストベンチに送り込むために、同僚たちとチームになって作業することが重要であると述べています。GEA は、仮想テストベンチからのレポートを標準化し、プロセスを高速化し、Lars が重要な意思決定に役立つ有益な情報を提供できるようにしています。
「ここで技術の出番です」と彼は言います。「私たちは、モデリングの前提条件を設定する専門家であり、モデルを適応させることで、迅速で信頼性の高い意思決定を行うことが可能です。CFD システムからのデータを解釈して、個々のお客様に合わせて機器をカスタマイズする方法を示します。これはデータを知識に変換することです。さらに、それを迅速に行う必要があります。」
時は金なり
Lars にとって「迅速」とは、非常に迅速であることを意味しています。「当社では信頼できる運用方法を使用し、経験豊富なチームのバックアップがあるため、調査プロジェクトを実施する必要がある競合他社で 2 年以上かかるような結論を 2 週間以内に出すことができます。」トラブルシューティング時にもスピードは重要です。これにはシミュレーションを実行して、なぜ乾燥機に堆積物が蓄積しているのか、さらに重要なことには、問題を解決するためにどのような調整が行う必要があるのかを確認する必要があります。
しかし、CFD 解析には他にも長期的な用途があります。製品の研究開発は GEA の継続的なプロセスであり、その多くは製品の進化と新製品開発を推進するために CFD 解析に依存しています。しかし、Lars によると、緊急の課題が発生した場合には、それは二の次になります。「私たちのプロジェクトは、社内外を問わず常にお客様のタイムラインに沿って進められます。」
実用的なメリット
このように、CFD 解析は GEA のエンジニアリングの専門知識と組み合わせることで、強力なツールとなります。これらはコストの削減、製品の設計バリエーションの影響について迅速に評価、設計プロセスの早期把握と物理的なテストの必要性を回避、センサーやゲージでは不可能なシステム上の任意のポイントからの情報を開発者へ視覚的に表示、設計者が任意の条件をモデル化して差動流動と熱伝達プロセスをテスト、設計者が自由に実験を行い、時にはパラメータを極限まで押し上げるなどの用途に使用できます。
GEA ファクター
GEA は食品成分分野のプロセスエンジニアリングにおいて 50 年以上の経験を有しており、これは世界中で稼働しているプラント数や、当社のプロセス技術者の比類のない知識に反映されています。
Stig Skalshøj Christensen は、この長期間にわたる経験、広範囲な製品とプロセスに関する豊富な知識を組み合わせた CFD 解析は、業界でも他に類を見ないものであり、GEA のソリューションが堅牢であることを顧客に確信させることができると考えています。「ソフトウェアだけでは十分ではありません」と彼は話します。「重要なのは、各プロジェクトを支えるチームのビジョン、専門知識、経験です。お客様は、私たちがコンピュータの指示に頼るだけではなく、テクノロジーを使用して経験を実用的な方法で応用していることを知っていただきたいと思います。特に私たちの特殊な技術を必要とする大型の乾燥機に関しては、GEA は他のどの会社よりも優れており、迅速に行うことができると信じています。」
顧客の噴霧乾燥吸収設備が用途に合わせて特別に設計されており、最適なレベルで稼働していることを、すべての顧客が知りたいと思っています。昔は、安全な動作を優先させるために、これを必然的に妥協せざるを得ませんでした。今日では、CFD 解析モデリングにより、その限界をはるかに超えることが可能となり、競争の激しい市場で商業的な優位性を顧客に提供し、新製品を安全、迅速、低コストで開発することが可能となりました。
