JP3876941B2

JP3876941B2 - タンク内容液の撹拌装置

Info

Publication number: JP3876941B2
Application number: JP14425297A
Authority: JP
Inventors: 英彦清水
Original assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp
Current assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp
Priority date: 1997-06-02
Filing date: 1997-06-02
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2017-06-02
Also published as: JPH10328548A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種プラントにおいて取り扱う各種溶液を貯蔵する大型タンク内の溶液物質の均一化及び貯蔵溶液量の計測に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
製薬及び化学工業等の各種プラントにおいて、製造過程で使用したり、または製造された製品である溶液を貯蔵する際に大型のタンク（例えば、タンク内容量約２０トン）が用いられている。このタンクに貯蔵された溶液には、複数の物質から合成された混合溶液である際には、その物質が溶液内に均等に混合されている必要がある。仮に、混合物質が貯蔵中に分離した溶液を使用するとその溶液を素材として生成した製品の品質が低下するのみならず、製品によっては重大な欠陥となる恐れもある。さらに、貯蔵している溶液の管理保全のために、定期的にサンプル採取して溶液分析を行い、品質維持状態、経年変化状態を監視する必要がある。
【０００３】
このために、貯蔵タンク内の溶液を常に撹拌して、溶液が分離しないようにしている。この撹拌の方法としては、一般に、タンク内に回転翼を取り付け、その回転翼を駆動モータで回転させて溶液を撹拌しているが、大型の貯蔵タンクにおいては、その回転翼も大きくなり、駆動力の大きなモータが必要となり、撹拌を途中で中断した後に再度撹拌を行った際に、溶液が十分に撹拌されてタンク内の溶液が均一になるまでに長時間要していた。
【０００４】
さらに、使用または生成する溶液の種類によっては、使用量及び貯蔵量を正確に計測記録することが求められているが、前記大型タンク内の溶液量の計測には種々の計測上の誤差が生じてしまい、その誤差により正確な溶液量の把握に困窮している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、大型タンク内に貯蔵された溶液が常時均一な状態を維持するためには、タンク内の回転翼を大きな駆動力で回転させて溶液を撹拌する必要があり、撹袢装置の小型軽量化が実現できにくく、撹拌中断後、再度撹拌を行った際に、溶液が十分撹拌されて構成物質が均一な密度状態になるまでに多くの時間を要していた。さらに、タンク内の溶液量を計測する際には、数々の計測誤差を有しており正確な溶液量の把握が困難であるという課題があった。
【０００６】
本発明は、タンク内の溶液を確実に短時間で均一な密度に撹拌することができ、また、計測誤差の少ないタンク内溶液量の計測を行うことができるタンク内容液の撹拌装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、貯蔵タンクの上部から下部に向けて垂直に設けられており、前記貯蔵タンク内の上部に貯蔵している溶液を撹拌させる上部撹拌用空気配管と、前記貯蔵タンクの上部から底面近傍に達する垂直部分と、この垂直部分から折曲され前記貯蔵タンクの底面に平行かつ円周に沿って円弧状に形成されており、前記貯蔵タンク内の底面部近傍に貯蔵している溶液を撹拌させる下部撹拌用空気配管とからなり、前記上・下撹拌用空気配管から圧搾空気を供給して、前記貯蔵タンク内の溶液を撹拌混合して、前記溶液成分の均一化を図ることを特徴とするタンク内容液の撹拌装置であり、
また、本発明は、前記貯蔵タンク内の貯蔵溶液の重量を計測するために、前記貯蔵タンク底部面に配置された重量計測手段と、前記貯蔵タンク内の溶液の液面測定用の長さの異なる複数の溶液差圧測定用配管と、前記複数の溶液差圧測定用配管の各配管間の差圧を計測する複数の差圧計測手段とからなり前記重量計測手段で計測した貯蔵タンク内溶液の重量値と、前記溶液差圧測定手段で計測した液面位置と前記貯蔵タンクの底面部面積及び前記溶液の密度から求めた前貯蔵タンク内の溶液の容量値とを算出し、前記重量値と容量値から前記貯蔵タンク内の溶液量を計測することを特徴とするタンク内容液の撹拌装置である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明に係るタンク内溶液の撹拌及び溶液量計測装置の実施形態の構成を示すブロック図である。
【０００９】
円筒形の大型タンク１１は、タンク設置用の基礎１２に前記タンク１１の重量測定用の３っのロードセル１３ａ、１３ｂ、１３ｃと前記タンク１１の荷重を前記ロードセル１３ａ〜１３ｃに均等分散させるタンク支持梁１４を介して固定されている。前記タンク１１の上面からタンク内部に溶液を注入をするための注入配管１５が、及び底面からタンク内の溶液を排出する排出配管１６が配管開閉用の弁１６ａと共に設けられている。
【００１０】
さらに、前記タンク１１内には、上部撹拌用空気配管１７、下部撹拌用空気配管１８、サンプル溶液採取用の配管１９、及び前記タンク１１内の溶液の液面測定用に用いる３本の長さの異なる第１〜第３の溶液差圧測定用配管２０、２１、２２が釣り下げられている。並びに前記タンク１１内の溶液から気化された気体排出用の空気ベント２３が図示していないタンク用蓋に取り付けられている。
【００１１】
前記溶液注入配管１５と前記上・下部撹拌用空気配管１７、１８、及び第１〜第３の溶液差圧測定用配管２０、２１、２２は、前記タンク１１には接することなく、かつ、前記タンク１１の荷重測定の際に配管からの荷重を受けないようにベローズ１５ａ、１７ａ、１８ａ、２０ａ、２１ａ、２２ａを介して釣り下げ配置されている。また、前記サンプル溶液採取用配管１９は、タンク１１内の溶液を採取するときに、図中矢印方向に可動させ、採取する必要がないときは、タンク１１の上方に可動させて、溶液重量計測時に前記サンプル溶液採取用配管１９の荷重を受けないようにされている。
【００１２】
なお、前記下部撹拌用空気配管１８は、前記タンク１１の上面から側面に平行な垂直部分１８ｂと、折曲部分１８ｃ及び底面に沿って平行な水平部分１８ｄからなり、かつ、前記水平部分１８ｄは、図示されていないが前記タンク１１の底面円周に沿って円弧状の形状に成形されている。
【００１３】
前記下部撹拌用空気配管１８には、図示されていない空気圧搾手段から圧搾された空気が供給され、前記タンク１１内の前記下部撹拌用空気配管１８の先端から溶液中に放出される。この圧搾空気により、溶液は前記タンク１１内を円周方向に流動される。一方、前記上部撹拌用空気配管１７にも同様に圧搾空気が供給され、その先端から前記溶液の上から下方向に空気が放出される。この圧搾空気により、溶液は前記タンク１１内を上下に対流される。前記上・下部撹拌用空気配管１７、１８から放出された両圧搾空気により、前記溶液が上下方向の対流と円周方向の流動とによって、短時間で撹拌され、溶液を構成する物質が均等に混合される。なお、前記上部撹拌用空気配管１７の口径ｔ１に比して、前記下部撹拌用空気配管１８の口径ｔ２を小さく（ｔ１＞ｔ２）して、前記両上・下部撹拌用配管１７、１８から放出される圧搾空気量または放出力を異ならせることにより、さらに確実にかつ短時間に混合物質が均一な溶液とすることが可能となる。
【００１４】
このようにして撹拌されて混合物質が均一化された溶液は、前記サンプル溶液採取配管１９で図示していないポンプで吸引して所定量採取し、溶液の物質分析を行い、前記タンク１１内の溶液の物質の混合比率、劣化及び変質等の分析判定に用いる。このサンプル溶液採取配管１９は、前記タンク１１内を上下に可動可能として、溶液中の採取位置を異ならせてサンプル採取することにより、前記分析判定以外に溶液の撹拌による混合物質の均一性も判定することが可能となる。
【００１５】
次に、前記タンク１１内の溶液量の計測について説明する。前記溶液注入配管１５から前記タンク１１内に、図中の溶液の水位面Ｘ−Ｘ’まで注入されたとする。この時の前記タンク１１、前記タンク支持梁１４及び前記タンク１１内溶液の総荷重値を前記ロードセル１３ａ〜１３ｃで計測する。このロードセル１３ａ〜１３ｃで計測される総荷重値のうち、前記タンク１１と前記タンク支持梁１４の重量値は事前に判明する値であり、前記溶液の荷重値計測においては不要な値であるため、事前に前記タンク１１とタンク支持梁１４の重量を差し引いた溶液重量のみを計測するように、前記ロードセル１３ａ〜１３ｃの計測条件を設定してある。これにより、前記ロードセル１３ａ〜１３ｃで計測される溶液の重量値は、式１に示す計算式から求められる。
【００１６】
【式１】溶液重量Ｗ＝溶液質量（密度）Ｍ×タンク内体積Ｖ×重力加速度ｇ
但し、タンク内体積Ｖ＝タンク内底面積Ｓ×溶液の高さＨ
一方、長さの異なる前記第１の差圧測定用配管２０と前記第３の差圧測定用配管２２の間に第１の差圧計２４が、前記第２の差圧測定用配管２１と前記第３の差圧測定用配管２２の間に第２の差圧計２５が接続配置されている。また、図に示すように、前記タンク１１内に位置する前記第１の差圧測定用配管２０の先端は、溶液水位面Ｘ−Ｘ’より上に位置し、前記第２の差圧測定用配管２１の先端は、溶液水位面Ｘ−Ｘ’からＨ１に位置し、及び第３の差圧測定用配管２２の先端は、前記溶液水位面Ｘ−Ｘ’からＨ２の位置で、前記タンク１１の底面からＨ２’離れた位置に配置されている。
【００１７】
このように配置された前記第１〜第３の差圧測定用配管２０〜２２の各々が受ける溶液による圧力差を前記第１と第２の差圧計２４、２５で計測し、その第１と第２の差圧計２４、２５の計測結果から溶液の水位面Ｘ−Ｘ’を算出する。
【００１８】
つまり、各差圧測定用配管２０〜２２には、式２で求められる溶液の圧力が表示される。
【００１９】
【式２】圧力表示値＝溶液質量（密度）Ｍ×溶液深さＨ×重力加速度ｇ
この式２から求められた、各第１から第３の差圧測定用配管２０〜２２の溶液圧力値を前記第１と第２の差圧計２４、２５で圧力差を計測し、さらに第１と第２の差圧計２４、２５で計測された圧力差から溶液の水面Ｘ−Ｘ’の高さＨを算出する。この算出された溶液水位面Ｘ−Ｘ’の高さＨと前記タンク１１の底面積Ｓ及び溶液質量（密度）Ｍから溶液の容量値と液面の関係式を求めることができる。
【００２０】
このようにして、求められた溶液の重量値と容量値により、タンクの周囲の環境条件（温度、湿度）からの影響についても把握することが可能となり、常時正確な前記タンク１１内の溶液の貯蔵量の把握が可能となる。
【００２１】
この場合の計測誤差としては、前記ロードセル１３ａ〜１３Ｃの計測機器の誤差Ｅ１と、前記差圧計２４、２５の計測機器の誤差Ｅ２と共に、前記第３の溶液差圧測定用配管２２先端と前記タンク１１の底面との距離Ｈ２’が溶液の水位面Ｘ−Ｘ’算出時の誤差Ｅ３となる。前記ロードセル誤差Ｅ１と差圧計誤差Ｅ２は、計測機器の公定誤差値内に校正管理されている際には、水位面誤差Ｅ３を皆無にするかまたは最も小さくする必要がある。しかしながら、近来の寸法計測技術において、前記タンク１１内の底面とタンク内最下点の溶液圧力測定用配管の先端との距離Ｈ２’は、水位面誤差Ｅ３を限りなく零と判断することができる。
【００２２】
従って、このタンク１１内の溶液の重量値及び容量値のトータル計測誤差Ｅは、自乗平均平方根として、Ｅ＝（Ｅ１²＋Ｅ２²）^1/2で表記されるが、前記計測された溶液の重量値と容量値及び質量（密度）を用いて、関係式を算出でき、また、相互の計測値誤差を補正または算出することにより、計測値の誤差をＥ１またはＥ２に限定することも可能であり、信頼度の確認が容易に実施可能である。
【００２３】
以上、本発明の撹拌装置を用いることにより、タンク内の溶液を短時間で撹拌して、混合物質の均一化が図れるとともに、前記タンク内の溶液量の重量値と容量値も正確に計測可能となった。
【００２４】
なお、前記タンク内の溶液量を計測する際には、溶液の混合物質が分離していると、例えば差圧測定用配管に加わる物質量（密度）に相違が生ずるために、前記撹拌装置により十分溶液を撹拌して、溶液全体の質量（密度）を均一にされた状態で計測することは言うまでもないことである。また、前記溶液差圧測定用配管として、長さの異なる３本の配管を用いているが、長さの異なる配管本数を増やすことにより、精密な溶液水位面測定が可能となる。並びに、前記下部撹拌用空気配管の前記タンク底面部付近の形状を円弧状としたが、溶液がタンク内を円周方向に流動させ得るならば如何なる形状でも良いことは明かである。
【００２５】
さらに、タンク内外の温度湿度によって、タンクに注入される溶液に変化が生じたり、または計測に影響を与える場合には、前記タンク自体及び計測機器及び計測装置を温度湿度を一定に保持できる建造物内に設置することも明かである。
【００２６】
【発明の効果】
前述したように、タンク内の溶液を縦横に撹拌するために、前記タンク内で分離している溶液を短時間で均一な密度にすることができ、また、タンク内溶液量の重量値と容量値の両計測値を求めて、相互の計測結果から公定計測誤差（無視できる計測誤差）程度の計測誤差の少ない高精度のタンク内溶液量の計測が可能にすることが実現できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るタンク内溶液の撹拌及び溶液量計測装置実施の形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１…タンク、１２…タンク設置用の基礎、１３…ロードセル、１４…タンク支持梁、１５…溶液注入配管、１６…溶液排出配管、１７…上部撹拌用空気配管、１８…下部撹拌用空気配管、１９…溶液サンプル採取用配管、２０〜２２…溶液差圧測定用配管、２３…空気ベント、２４、２５…差圧計。

Claims

各種溶液を貯蔵する円筒形の貯蔵タンクと、
前記貯蔵タンクの上部に設けられた注入配管と、
前記貯蔵タンクの底面近傍に設けられた排出配管と、
前記貯蔵タンクの上部から下部に向けて垂直に設けられており、前記貯蔵タンク内の上部に貯蔵している溶液を撹拌させる上部撹拌用空気配管と、
前記貯蔵タンクの上部から底面近傍に達する垂直部分と、この垂直部分から折曲され前記貯蔵タンクの底面に平行かつ円周に沿って円弧状に形成されており、前記貯蔵タンク内の底面部近傍に貯蔵している溶液を撹拌させる下部撹拌用空気配管と、
を具備し、前記上・下撹拌用空気配管から圧搾空気を供給して、前記貯蔵タンク内の溶液を撹拌混合して、前記溶液成分の均一化を図ることを特徴としたタンク内溶液の撹拌装置。
前記上部撹拌用空気配管の口径を前記下部撹拌用空気配管に比して大きくすることを特徴とした請求項１に記載のタンク内溶液の撹拌装置。
前記上部撹拌用空気配管と前記下部撹拌用空気配管から放出される圧搾空気量を異ならせることを特徴とした請求項１または請求項２に記載のタンク内溶液の撹袢装置。
前記貯蔵タンク内の貯蔵溶液の重量を計測するために、前記貯蔵タンク底面に配置された重量計測手段と、
前記貯蔵タンクの上部から下部に向けて垂直に形成され、前記貯蔵タンク内の溶液の液面測定用の長さの異なる複数の溶液差圧測定用配管と、
前記複数の溶液差圧測定用配管の各配管間の差圧を計測する複数の差圧計測手段と、
を具備し、前記重量計測手段で計測した貯蔵タンク内溶液の重量値と、前記溶液差圧測定手段で計測した液面位置と前記貯蔵タンクの底面部面積及び前記溶液の密度から求めた前貯蔵タンク内の溶液の容量値とを算出し、前記重量値と容量値から前記貯蔵タンク内の溶液量を計測することを特徴とした請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のタンク内溶液の撹拌装置。
前記重量計測手段は、前記貯蔵タンクの底部面に複数のロードセルを配置し、前記タンク底面部と前記ロードセル間にタンク支持梁を介装して、前記タンクの重量が前記ロードセルに均等に加重されるようにしたことを特徴とした請求項４に記載のタンク内溶液の撹拌装置。
前記貯蔵タンクの上部から下部に向けて垂直に配置され上下動可能に形成されているサンプル溶液採取用配管を具備することを特徴とした請求項４または請求項５に記載のタンク内溶液の撹拌装置。