JP2007047143A - 液体内の気泡量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液中の気泡の容積をオンラインで高精度に計測可能なシステムを実現する。
【解決手段】 水等の気泡を含んでいない液を基準として非測定液の比重を差圧計を用いて測定できる原理を活用し、加圧した場合とそうでない場合の非測定液の見かけの比重を測定し、それらの値から非測定液内の気泡の容積を算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、紙パルプや繊維等の化学プロセスにおいて繊維質等に付着している液体中の気泡をオンラインで測定できる気泡測定装置に関する。

紙パルプや繊維等の化学プロセスの運転においては、液体中の気泡の量を把握しながら消泡剤を注入し、さらに脱気器を設置し液体中の気泡を除去している。液体中の気泡の量を測定するには、注射器のような形状の道具を用いて手動で液体をサンプリングして特殊な装置を用いるが、頻度は一日に１回から３回程度しかできていない現状であった。

紙パルプや繊維等の化学プロセスにおける液体に含まれる気泡の量は、通常少ない場合で０．１％前後かもしくはそれ以下、多い場合で１〜数％程度であり、現時点で気泡の量をオンラインで運転中に精度よく測定する方法は存在していない。

発明が解決しようとする課題

このように液体を注射器のような道具でサンンプリングして気泡の量を手分析によって測定する方法では、測定頻度に限界があり、また精度も十分確保できる方法であるとは言えない状況にあり、常時気泡の量の変化を監視することは困難であった。

また、気泡の発生を予測することが難しいので、時には気泡による製品の不良が発生し生産上の損失をまねくことがある為、消泡剤を常時過剰に注入せざるを得ない状況にあった。さらには気泡を除去する脱気器においても、気泡のオンラインでの測定が出来ないため安全サイドの運転を行わざるを得ず、余剰のエネルギーを消費しなければならない状況にあった。

本発明の目的は、液体中の気泡の量を常時オンラインで精度良く測定することにより監視しかつその信号を自動制御装置に利用することができる気泡測定装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

本発明のうち請求項１記載の発明は、
液体は非圧縮性流体であり、気泡は圧縮性の物性であることを利用して、液体に空気等による加圧を行い水との比重差を差圧として計測することにより、液体中に含まれる細かな気泡の容積を常圧における液体の全容積に対する比率として測定することを特徴とする。

発明の実施形態

以下本発明実施態様を、図面を用いて説明する。
図１は本発明の気泡測定装置の実施形態を示す構成図である。

気泡を含む非測定液はプロセスから非測定液導入ライン３を通って導かれ、非測定液保有パイプ７を満たし、非測定液排出ライン４を通って排出される。その状態で自動弁１０ａ，を閉じ１０ｂを開としておく。同様に水保有パイプ６にも水を満たした状態で自動弁１０ｃ，１０ｄを閉じる。

次に均圧弁１０ｇを開とし、非測定液の比重と水の比重差ににより保有パイプの長さｈに比重差を掛けた値の差圧が発生する。この差圧を差圧測定器８により測定し、その値を大気圧における差圧ΔＰ１とする。

その状態から自動弁１０ｂを閉じ１０ｆを開け、加圧した空気を加圧空気導入ライン５から導き保有パイプ全体を加圧すると、非測定液の中の繊維質等に付着している気泡が圧力で縮小し見かけの比重が増加し、その結果大気圧での差圧と異なった差圧が発生する。これを差圧測定器８により測定し、その値を加圧状態での差圧ΔＰ２とする。

図中の記号、
ρ１ ：非測定液の大気圧での見かけの比重
ρ２ ：非測定液の加圧状態での見かけの比重
ρｗ ：水の比重（気泡を含まない）
ｈ ：液保有パイプの高さ
とする。

大気圧での比重と差圧の関係は次の通りである。
（ρ１−ρｗ）×ｈ＝ΔＰ１
この式から、
ρ１＝ΔＰ１／ｈ−ρｗ
加圧状態での比重と差圧の関係は次の通りである。
（ρ２−ρｗ）×ｈ＝ΔＰ２
この式から同様に、
ρ２＝ΔＰ２／ｈ−ρｗ

この大気圧から加圧状態での見かけの比重の増加は、非測定液の中の気泡が圧力を受けボイルシャールの法則に則って縮小した為に発生したものである。ここで、加圧した圧力、非測定液の気泡を含まない比重、空気混入率（容積率）について、
Ｐｇ：加圧した圧力（ゲージ圧）
ρ０：非測定液の気泡を含まない比重
ｘ ：空気混入率（容積率）
とする。
ρ１ ＝（１−ｘ）×ρ０ （大気圧での測定値）
ρ２ ＝（１−ｘ×１／（１＋Ｐｇ））×ρ０ （Ｐｇをかけた時の測定値）
この２式から、空気混入率ｘは、
ｘ＝（ρ２−ρ１）／｛ρ２−ρ１／（１＋Ｐｇ）｝
で計算することができる。

但し、この空気混入率は測定装置の液保有パイプの高さｈのヘッド圧が加わった状態での空気の容積率であるので、ヘッド補正を行うことにより大気圧状態での空気混入容積比率を求めることができる。

発明の効果

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果が期待できる。
（１）液体中に分散して含まれる気泡の容積比率をオンラインで高精度で測定できる。
（２）本発明の気泡測定装置は従来の各種の手分析に比べてはるかに高精度で測定が可能である。
（３）オンラインでリアルタイムで測定可能であるので、オペレータが常時気泡を監視することができ、安全で気泡による品質トラブルや生産ラインの停止を防止できる。
（４）かつこの測定信号を自動制御装置に接続し、消泡制御や脱気器の制御の自動化、最適制御が可能となり、過剰な薬品やエネルギーの消費を無くすことができ、結果として省エネルギー、省資源、ＣＯ２削減による環境改善の効果を得ることができる。

本発明に関わる気泡測定装置の一例を示す構成図である。

符号の説明

１ 水導入ライン
２ 水排出ライン
３ 非測定液導入ライン
４ 非測定液排出ライン
５ 加圧空気導入ライン
６ 水保有パイプ
７ 非測定液保有パイプ
８ 差圧測定器
９ 空気排出口
１０ａ〜１０ｅ 自動弁
１０ｇ 均圧弁

Claims (1)

1. 液体中に存在する気泡並びにプロセスに注入されている薬品類により誘発される気泡を抑制する為に消泡剤を注入しかつ脱気器により気泡を除去している紙パルプや繊維等の泡を含む液体を扱う化学プロセスにおいて、
   液体に空気等による加圧を行い水との比重差を差圧として計測することにより液体中に含まれる細かな気泡の量を容積比率として測定することを特徴とする気泡測定装置。

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