JP3916708B2 - 酸又はアルカリの中和装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は酸又はアルカリの中和装置に関し、さらに詳しくは、例えば、スルホン化反応によって生成された界面活性剤の原料であるスルホン酸の濃厚溶液をアルカリで中和するのに好適な酸又はアルカリの中和装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
酸やアルカリを中和する一般的な手法としては、比較的大きな中和槽を用いて、バッチ方式で攪拌を行いながらpH等を計測して中和終点を管理し、中和槽に設置されている冷却用ジャケットや循環ラインで除熱を行いながら中和させる方法が採られていた。しかしながら、こうした手法によると装置が大がかりになってしまうことと、連続的に中和を行うことができないという問題があった。
【0003】
そこで近時、これら欠点を改善するために以下のような種々の試みがなされている。まず、第1の手法として特開平2−218656号公報は、中和槽を用いて所定のモル比に調整された酸とアルカリを添加して循環ラインで除熱する中和方法を開示している。また、第2の手法として、特開昭58−174287号公報は排水の中和混合を連続的に行うもので、中和される酸(又はアルカリ)のpHを計測して、計測されたpHに見合った量のアルカリ(又は酸)をフィードフォワード制御で混合すると共に、中和後のpHの計測値に基づくフィードバック制御によってアルカリ(又は酸)を添加して中和を行う手法を開示している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した第1の手法は、所定のアルカリ量が混合された中和物の温度制御を行うには有効ではあるものの、中和物の厳密なpH管理が要求されるような中和には適していない。
【0005】
また、上記第2の手法は、被中和物である酸(又はアルカリ)のpHから中和に必要なアルカリ(又は酸)量が比較的精度良く求められる排水等に限って適用できる手法である。つまり、本発明が対象とするようなスルホン酸の濃厚溶液のようにpHが非常に小さな値を示す被中和物の場合、pH計の測定誤差を勘案すると、pHから中和に必要なアルカリ(又は酸)量を精度良く求めることは困難と言える。これに加えて、この手法では中和熱を効率よく除去することが困難であって、スルホン酸の中和などに適用することはできない。
【0006】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、中和物の厳密なpH管理が可能であって、しかも、中和熱を効率的に除去しながら酸又はアルカリを連続的に中和できる酸又はアルカリの中和装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、本発明は、界面活性剤の原料であるスルホン酸とアルカリを混合させて中和物を連続的に生成する混合手段と、前記中和物を前記混合手段に循環させて前記スルホン酸及び前記アルカリとともに混合させる循環手段と、被中和物であるスルホン酸又はアルカリを前記混合手段に供給する被中和物供給手段と、前記供給手段が供給する前記スルホン酸の流量に基づいて、当量に近いアルカリを前記混合手段に供給するフィードフォワード供給手段と、前記中和物のpHを計測して、該pHの計測値を所定のpH値とするだけのアルカリの流量を算出し、算出された流量のアルカリを前記混合手段に供給するフィードバック供給手段とを具備し、前記フィードフォワード供給手段が供給するアルカリと前記フィードバック供給手段が供給するアルカリとの比率は、90:10〜99:1となるようにすることを特徴としている。
【0008】
また、本発明は、混合手段が生成した中和物を一旦蓄積する中間タンクを設けて、循環手段が中和物をこの中間タンクから混合手段に循環させるように構成しても良い。こうすると、酸とアルカリの混合を完全に行うことができるとともに、pHのばらつきを減少させることができ、さらには脱泡や初流分の調整などが容易になるという効果がある。
【0009】
また、本発明は、混合手段が生成した中和物を除熱する冷却手段を設けて、この冷却手段によって冷却された中和物を循環手段によって混合手段へ循環させる構成としても良い。こうすると、中和反応が起きるのと同時に生成された中和物が冷却されるため、中和物が高温となっている時間を短くすることができ、中和物の変質やゲル化を防止できるという効果がある。
【0010】
また、本発明は、混合手段が酸,アルカリ,中和物を混合するにあたって、アルカリと中和物を混合した後に酸を混合するか、若しくは、酸と中和物を混合した後にアルカリを混合させるように構成しても良い。こうすると、酸或いはアルカリを循環された中和物で希釈でき、局所的な発熱を防止できるという効果がある。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態では、スルホン化反応によって生成された界面活性剤の原料であるスルホン酸の濃厚溶液をアルカリによって中和するスルホン酸の中和装置について説明している。しかしながら本発明はこれに限定されるものではなく、スルホン酸以外の酸であっても良くさらにはアルカリ溶液であっても良い。
【0012】
〔第1実施形態〕
図1は同実施形態によるスルホン酸の中和装置の構成を示すブロック図である。同図において、配管H1にはスルホン酸を中和するためのアルカリが導入され、その下流側にはバルブ1が接続される。ここで、本実施形態ではアルカリとして水酸化ナトリウム(NaOH)を用いている。
【0013】
バルブ1は、次に述べる流量調整計2より送られた制御情報C1に従って、配管H1から導入されたアルカリの流量を調整する。このバルブ1にはその下流側に配管H2が接続されており、配管H2には流量調節計2が設けられている。
流量調節計2は、後述する流量計5の計測結果に基づいて制御情報C1を生成し、この制御情報C1によってバルブ1の開度を制御して、配管H2に流れ込むアルカリが当量より僅かに少なくなるように調整を行う。
【0014】
一方、配管H3には配管H1に導入されるのと同種のアルカリが導入され、その下流側にはバルブ3が接続される。
バルブ3は、後述するpH調節計7からフィードバックされる制御情報C2に従って、バルブ3の下流側に接続された配管H4に流れ込むアルカリの流量を調整する。配管H4に流入するアルカリは、これを配管H2に流れるアルカリと合わせたときに当量となるように調整される。そして、これら配管H3と配管H4は合流して配管H5となり、この配管H5がミキシングポンプ4に接続される。
【0015】
ミキシングポンプ4は、スルホン酸,アルカリ,後述する循環ラインLを流れる中和物(以下、循環液と呼ぶ)を連続的に混合するためのポンプであって、例えば渦巻きポンプが用いられる。なお、ミキシングポンプ4において、アルカリの添加位置はミキシングポンプ4のサクション位置としている。
【0016】
ここで、ミキシングポンプ4へスルホン酸,アルカリ,循環液を導入するにあたっては、アルカリと循環液を混合した後にこれらの混合液にスルホン酸が混合されるように導入用の配管を構成するか、或いは、スルホン酸と循環液を混合した後にこれらの混合液にアルカリが混合されるように導入用の配管を構成する。こうすると、スルホン酸ないしはアルカリを循環液で薄めることができ、局所的な発熱を防止できる。
【0017】
他方、スルホン酸は配管H6からミキシングポンプ4に導入される。ここで、スルホン酸のフィード量と循環液の循環量との比率は、1:5〜1:60に設定されている。これにより、中和熱によるスラリーの温度上昇を抑えるとともにアルカリを希釈し、中和反応をマイルドにして製品の変質を予防する。
流量計5は配管H6に設けられており、この配管H6に導入されたスルホン酸の流量を計測する。
【0018】
熱交換器6は配管H7によってミキシングポンプ4と接続されており、配管H7を介してミキシングポンプ4からの中和物が流入する。そこで、熱交換器6は流入してきた中和物の除熱を行って配管H8へ放出する。この配管H8は配管H9と配管H10に分岐され、配管H10はさらに配管H11と配管H12に分岐される。
【0019】
pH調節計7は配管H9に接続されており、循環ラインLを流れる中和物のpHを計測する。そして、pH調節計7は計測されたpHに基づいて制御情報C2を生成してバルブ3にフィードバックする。上述したように、制御情報C2は、循環液のpHが予め決められた設定pHとなるように配管H4に流入するアルカリ量を制御するための情報である。なお、pH調節計7を後述する配管H12に設け、この配管H12で中和物のpHを計測しても良い。
【0020】
圧力調節計8は配管H11に設けられており、この圧力調節計8は配管H11を流れる循環液の圧力を計測して制御情報C3を生成し、制御情報C3によって次に述べる抜き出しポンプ9を制御する。ここで、制御情報C3は、ミキシングポンプ4に戻される循環液の圧力が一定値となるようにするための情報である。配管H11は、pH調節計7の下流側に接続された配管H13と合流して配管H14となり、この配管H14がミキシングポンプ4に接続される。
【0021】
抜き出しポンプ9は、圧力調節計8が生成した制御情報C3に従って、ミキシングポンプ4に戻される循環液の圧力が一定値となるように配管H12から除熱された循環液を抜き出し、その下流側に接続された配管H15から次工程へ送り出す。
このように、循環ラインLとは、ミキシングポンプ4から出た中和物の一部をミキシングポンプ4に戻すもので、中和物はミキシングポンプ4→配管H7→熱交換器6→配管H8→配管H10→配管H11→配管H14→ミキシングポンプ4のように循環ラインLを循環する。
【0022】
以上のように、本実施形態では循環ラインLに対するアルカリの導入を2系列に分割した構成としている。まず第1の系列は、スルホン酸の流量を計測し、計測された流量に対して予め設定されただけのアルカリを導入するフィードフォワード制御を行うものである。
【0023】
ここで、フィードフォワード制御はスルホン酸の原料に依存する酸価によって決定される。通常、スルホン化工程が安定的に運転されていれば、酸価は原料の種類によっておおよそ一定値となる。したがって、スルホン酸の種類と流量が分かれば、フィードフォワード制御で添加すべきアルカリの理論量が算出できる。そこで、中和されるスルホン酸の種類毎に、フィードフォワード制御で導入される際のスルホン酸に対するアルカリの比率が予め登録されている。
【0024】
これに対し、第2の系列は、第1の系列のフィードフォワード制御によって大部分のアルカリを添加したのちの循環液のpHが設定pHとなるように、循環液のpH計測値と設定pHの差分に対応するだけのアルカリを添加するフィードバック制御を行うものである。
ちなみに、フィードフォワード制御とフィードバック制御で与えられるアルカリの比率は、90:10〜99:1となるように設定される。
【0025】
また、本実施形態では、高温の中和物がミキシングポンプ4に戻る前にその温度が制御される構成である。すなわち、中和反応が起こると同時に中和物が冷却されてその温度が下がるようになっており、高温となっている時間を抑えることができるため、界面活性剤の変質やゲル化を防止することができる。
【0026】
次に、上記構成によるスルホン酸の中和装置の動作について説明する。まず、スルホン酸が配管H6からミキシングポンプ4に導入されると、これと並行して流量計5が配管H6を流れるスルホン酸の流量の計測を行う。すると流量調節計2は、配管H1から導入されるアルカリの流量が、計測されたスルホン酸の流量に対して所定の比率となるように制御情報C1を生成してバルブ1の開度を制御する。これにより、当量に少し足りないだけのアルカリが配管H2と配管H5を介してミキシングポンプ4に流入する。
【0027】
そこで、ミキシングポンプ4は流入してきたスルホン酸,アルカリ,循環液を混合し、これにより中和反応が起こって、中和反応の際に生じた中和熱によって高温となった中和物が配管H7に出される。熱交換器6はこの中和物を除熱し、冷却された中和物を配管H8に放出する。この中和物は配管H9と配管H10に分流され、配管H10に分流された循環液はさらに配管H11と配管H12に分流される。
【0028】
一方、圧力調節計8は配管H11を流れる循環液の圧力を計測して、ミキシングポンプ4に流れ込む循環液の圧力が一定値となるような制御情報C3を生成して抜き出しポンプ9を制御する。これにより、抜き出しポンプ9が配管H12から必要なだけの循環液を配管H15から次工程へ排出し、ミキシングポンプ4に戻される循環液の圧力が一定に保たれる。
【0029】
他方、pH調節計7は配管H9から循環液のpHを計測して、配管H4から導入されるアルカリによって、循環液のpHが設定pHとなるように制御情報C2を生成してバルブ3の開度を調整する。このフィードバック制御によって配管H3から配管H4に必要量のアルカリが流入し、配管H2からのアルカリと合流されてミキシングポンプ4に流入する。これにより、スルホン酸とアルカリがそれぞれ当量で混合されて、それにより得られた中和物が循環ラインLを循環する。
【0030】
〔第2実施形態〕
本実施形態は、第1実施形態の構成にさらに中間タンクを設けるように構成したもので、ミキシングポンプからの中和物を一旦、中間タンクに入れたのち、この中間タンクから中和物をミキシングポンプに戻している。図2は、本実施形態によるスルホン酸の中和装置の構成を示すブロック図である。同図において、図1と同じ構成要素には同一の符号を付してあり、ここではその説明を省略する。
【0031】
さて、図2において、中和槽10は中和物を一時的に蓄積してさらに攪拌混合するための中間タンクであって、中和槽10で攪拌された中和物は配管H16に放出される。この配管H16は配管H17と配管H18に分岐され、配管H17の下流側には循環ポンプ11が接続される一方、配管H18の下流側には抜き出しポンプ12が接続される。
【0032】
循環ポンプ11は、その下流側に接続された配管H19を介して、中和槽10から出される中和物を熱交換器6に送り出す。熱交換器6に接続された配管H8は、本実施形態では配管H9と配管H20に分岐され、この配管H20を介して循環液がミキシングポンプ4に戻される。
【0033】
抜き出しポンプ12は、中和物を配管H18から抜き出して配管H21に排出するポンプである。この配管H21は配管H22と配管H23に分岐され、配管H22を介して中和物が中和槽10に戻される。一方、配管H23の下流側にはバルブ13が接続されている。
バルブ13を調節することで、配管H23の中和物を配管H24から次工程へ送り出すとともに、ポンプ12から中和槽10への中和物の循環比を調整して中和槽10のレベルが一定となるようにする。
【0034】
このように、中和槽10には配管H22から中和物が戻されるとともに、上流側に接続された配管H25を介してミキシングポンプ4からの循環液が流入するとともに、上流側に接続された配管H26を介してpH調節計7から中和物が流入する。中和槽10はこれらを攪拌混合して配管H16に排出する。
そして、本実施形態にあっては、中和物がミキシングポンプ4→配管H25→中和槽10→配管H16→配管H17→循環ポンプ11→配管H19→熱交換器6→配管8→配管20→ミキシングポンプ4のように流れて、循環ラインLaを構成する。
【0035】
次に、上記構成によるスルホン酸の中和装置の動作について説明する。まず、第1実施形態と同様にして、スルホン酸と当量に少し足りないだけのアルカリとがそれぞれミキシングポンプ4に導入されて混合される。ミキシングポンプ4から出た中和物は中和槽10に流れ込み、pH調節計7から配管H26を介して流れてきた中和物と、配管H22を介して抜き出しポンプ12から戻される中和物と一緒にされて、中和槽10で攪拌混合される。
【0036】
中和槽10でさらに混合された循環液は、配管H16を通って配管H17及び配管H18に分流される。配管H17側に分流された循環液は、循環ポンプ11で配管H19に汲み上げられて熱交換器6で除熱され、配管H8及び配管H20を通ってミキシングポンプ4に戻される。
【0037】
一方、抜き出しポンプ12は、配管H16から分流されて配管H18側に流れ込んだ中和物を配管H21に汲みだす。その際、バルブ13の調整によって中和槽10のレベルが一定となるだけの中和物が配管H22を介して中和槽10に戻され、残りの中和物が配管H23とバルブ13を通って、配管H24から次工程へ送られる。
【0038】
他方、第1実施形態と同様に、pH調節計7は循環ラインLaを流れる循環液のpHを計測して、循環液のpHが設定pHとなるようにバルブ3の開度を調整するフィードバックをかける。これにより、配管H4からミキシングポンプ4に必要量のアルカリが導入され、ミキシングポンプ4においてスルホン酸と当量のアルカリが循環液とともに混合され、それによって得られた中和物が循環ラインLaを循環する。
【0039】
以上説明したように、本実施形態のように中間タンクを利用すると、装置の構成が若干は複雑にはなるものの、混合を完全に行うことができる上に、pHのばらつきを減少させることができ、脱泡や初流分の調整などが容易になるなど様々な利点が得られる。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、酸とアルカリを混合手段によって混合するにあたって、被中和物である酸又はアルカリを混合手段に供給するとともに、この酸又はアルカリの流量に基づいて当量に近いアルカリ又は酸を混合手段に供給するフィードフォワード制御を行うとともに、中和物のpHを所定pHとするだけのアルカリ又は酸を混合手段に供給するフィードバック制御を行うようにしたので、被中和物である酸又はアルカリが濃厚溶液であっても、生成される中和物のpHを厳密に調整できるとともに、酸又はアルカリを連続的に中和できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態によるスルホン酸の中和装置の構成を示すブロック図である。
【図2】 本発明の第2実施形態によるスルホン酸の中和装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1,3,13 バルブ
2 流量調節計
4 ミキシングポンプ
5 流量計
6 熱交換器
7 pH調節計
8 圧力調節計
9,12 抜き出しポンプ
10 中和槽
11 循環ポンプ
H1〜H26 配管
L,La 循環ライン
Claims (2)
- 界面活性剤の原料であるスルホン酸とアルカリを混合させて中和物を連続的に生成する混合手段と、
前記中和物を前記混合手段に循環させて前記スルホン酸及び前記アルカリとともに混合させる循環手段と、
被中和物であるスルホン酸又はアルカリを前記混合手段に供給する被中和物供給手段と、
前記供給手段が供給する前記スルホン酸の流量に基づいて、当量に近いアルカリを前記混合手段に供給するフィードフォワード供給手段と、
前記中和物のpHを計測して、該pHの計測値を所定のpH値とするだけのアルカリの流量を算出し、算出された流量のアルカリを前記混合手段に供給するフィードバック供給手段とを具備し、
前記フィードフォワード供給手段が供給するアルカリと前記フィードバック供給手段が供給するアルカリとの比率は、90:10〜99:1となるようにすることを特徴とするスルホン酸の中和装置。 - 界面活性剤の原料であるスルホン酸とアルカリを混合させて中和物を連続的に生成する混合手段と、
前記中和物を前記混合手段に循環させて前記スルホン酸及び前記アルカリとともに混合させる循環手段と、
被中和物であるスルホン酸又はアルカリを前記混合手段に供給する被中和物供給手段と、
前記供給手段が供給する前記スルホン酸の流量に基づいて、当量に近いアルカリを前記混合手段に供給するフィードフォワード供給手段と、
前記中和物のpHを計測して、該pHの計測値を所定のpH値とするだけのアルカリの流量を算出し、算出された流量のアルカリを前記混合手段に供給するフィードバック供給手段とを具備し、
前記フィードフォワード供給手段が供給するアルカリと前記フィードバック供給手段が供給するアルカリとの比率は、90:10〜99:1となるようにすることを特徴とするスルホン酸の中和方法。
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