JP2006317243A

JP2006317243A - 混合状態判定方法及び混合状態判定装置

Info

Publication number: JP2006317243A
Application number: JP2005139389A
Authority: JP
Inventors: Takashi Saeki; 隆佐伯
Original assignee: Yamaguchi University NUC
Current assignee: Yamaguchi University NUC
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2005-05-12
Publication date: 2006-11-24

Abstract

【課題】
液体の混合状態を、試料を採取することなく判定できるようにする。
【解決手段】
容器に入れた水をマグネチックスターラーで撹拌している状態のところにポリアクリルアミド（平均分子量：９００万〜１０００万）を０．１、０．６及び０．７ｗｔ％の最終濃度となるように添加し、十分に溶解して均一溶液となるまでの粘度を振動型粘度計で室温状態で測定した。いずれの濃度においても粘度と混合度には相関関係が認められた。振動型粘度計のセンサーの位置及び添加物を容器のどの部分に注入するかによって途中の粘度変化の挙動は変わるが、一定時間後の均一になった状態では、粘度は一定値を示しており、この関係を利用して混合溶液の混合度を判定することが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料を採取することなく物資の混合度を判定する方法に関する。

物質をライン注入や混合装置において混合することは、多くの分野でおこなわれており、混合物質が均一に混ざり合っていることを確認することが必要であるが、従来、混合度を測定する方法として、ｐＨや導電率を連続的に測定したり、または試料を時間ごとにサンプリングして、濃度変化を測定して混合状態を判定する方法がおこなわれている。
特許文献１（特開平５−１１５７６３号公報）に記載されているように、着色した混合物を混合させ、その後に脱色剤を添加して脱色に要する時間を照度計で計測して混合度を判定することが提案されており、試料を採取することなく混合度を評価することができるものである。

特開平５−１１５７６３号公報特開２０００−２８９０２１号公報

混合物質のpＨや電導度を測定する方法は、測定対象試料全体の物性を計測するものもあり、局所的な物性（不均一性）を捉えることができない。
試料を系から採取して濃度を分析する方法では、採取の仕方や分析を行うまでの時間によって不均一性が変化するので、リアルタイムでの状態把握ができない。
また、着色剤を使用する方法は、撹拌装置等の能力を判断するのには使用できるが、混合には無関係な着色剤を使用するものであり、不要な物質が混在するため実際の混合作業において採用できる方法とはいえない。
そこで、本発明は、混合状態の系を乱すことなく、混合状態を把握できるようにしようとするものである。

混合溶液において、粘度と混合度は密接な関係があるという知見から、混合溶液の粘度を予め測定しておき、実際の混合系において振動型粘度計で粘度を計測して混合状態を判定するというものである。

流体に剪断を加えるタイプの粘度計（回転粘度計）では、不均一状態と均一状態で粘度の計測値に差が出ないが、本発明で使用する振動型粘度計や音叉型粘度計は、微小領域における粘度の計測が可能である。
振動型粘度計は、溶液中で対象物中に浸漬されて微振動するセンサー、センサーを駆動して振動させる電磁駆動部、電磁駆動部に流れる電流を測定する電流検出器、計測値を温度補正するための温度センサー、センサーの振動振幅を検出する変位センサー、及びセンサーを所定の振幅で振動させるのに必要な駆動電流から測定対象物の粘度を求める演算部とから構成されている。
センサーの振動の振幅が小さいため、振動運動が溶液中の不均一な塊の影響を受けにくく、溶液中の溶媒のみの粘度が測定できるという特長を有している。

［実験例１］
ポリアクリルアミド（平均分子量：９００万〜１０００万）を０．１〜０．８ｗｔ％溶液の粘度を室温において、振動型粘度計を用いて粘度を測定したところ、図１に示すように、粘度と濃度の間には相関関係が認められた。
そこで、図２に示すように、容器に入れた水をマグネチックスターラーで撹拌している状態のところにポリアクリルアミド（平均分子量：９００万〜１０００万）を０．１、０．６及び０．７ｗｔ％の最終濃度となるように添加して、十分に溶解して均一溶液となるまでの粘度（η）を振動型粘度計で室温状態下で測定した。各濃度における粘度と時間的変化を図３に示す。
粘度は、濃度が０．１ｗｔ％においては添加当初から徐々に増加していき、一定値を示した。濃度が０．６ｗｔ％及び０．７ｗｔ%においては、実験開始１０００秒までは溶解途上の高粘度のポリエチレンオキサイドが不均一に存在していることを示しており、粘度の複雑な変化が見られ、その後は単調に上昇して一定値を示した。
ポリアクリルアミドのほかにグリセリン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、アニオン系界面活性剤（直鎖の炭素数が１３〜２０のアンモニウム塩）による実験でも同様に粘度と混合度には相関関係が認められた。
以上のことから、振動型粘度計のセンサーの位置及び添加物を容器のどの部分に注入するかによって途中の粘度変化の挙動は変わるが、一定時間後の均一になった状態では、粘度は一定値を示しており、この関係を利用して混合溶液の混合度を判定することが可能である。

［実施例２］
図４に示すように、粘度計１のＴ型のフレーム１０の上端両側面に同一形状の板バネ２が固定されており、各板バネ２の下端に測定対象物中に浸漬される同一形状の一対のセンサー３がそれぞれ取り付けてある。センサー３は、平板状の板材から形成され、先端は円形にしてある。
各センサー３の上端の支持部には、フレーム１０側に突出するマグネット４０が設けてあり、マグネット４０はフレーム１０の側面に支持された空心コイル４１の内側に一端側が挿入されていて、マグネット４とコイル４１とで、センサー３を振動させる電磁駆動部が構成される。

一対のセンサー３は、電磁駆動部により相互に逆位相で、共振状態で駆動される。フレーム１０の一方のコイルの上方に、変位センサー５が設けられていて、この変位センサー５は、センサー３の支持部の近くに配置されていて、センサー３の振幅を検出するものである。

また、フレーム１０の中心には、対象物の温度を測定する温度センサー６が設けてある。

図５は、実施例の混合度判定装置の制御駆動系のブロック図であり、従来の振動型粘度計の制御ブロックに加えて、物質ごとの濃度に対応した粘度を記憶させるメモリ７０、及び混合する物質及び最終濃度を入力する入力キー７１、更には、設定値と振動型粘度計の測定値を比較する比較器７２及び比較結果を表示する混合度表示装置７３が設けてある。
比較器による比較結果は種々の手法により混合度を表示装置に表示することができる。
例えば、設定した濃度に対する百分率で表示したり、単純に粘度が飽和値に到達したら混合完了ランプを点灯させるというものでもよく、目的に応じて、比較結果を処理して適宜の表示をおこなえばよい。

本発明によれば、混合状態の系を乱すことなく、振動型粘度計のセンサーを容器または管路に設置するだけで混合状態が把握できるのである。
撹拌混合機に複数のセンサーを設置して、各部位における混合度を計測することにより、撹拌混合機の性能評価をすることができ、また、機器の設計に資するデータを得ることができる。

ポリアクリルアミドの濃度と粘度の関係を示すグラフである。粘度の時間的変化の測定装置の概念図である。粘度の時間的変化を示すグラフである。混合状態判定装置に用いる振動型粘度計の正面図である。混合状態判定装置のデータ処理部のブロック図である。

符合の説明

２板バネ
３センサー
５変位センサー
６温度センサー
１０フレーム
４０マグネット
４１コイル
７０メモリ
７１入力キー
７２比較器
７３混合度表示装置

Claims

混合溶液の粘度を振動型粘度計で計測することによって溶液の混合状態を判定する方法。
振動型粘度計と粘度設定値入力手段と粘度の計測値と設定値を比較する比較部及び比較結果を表示する混合度表示手段とからなる混合状態判定装置。