JP5370926B2 - イオン交換樹脂塔の液面制御方法、その液面制御システム及び界面レベルセンサ - Google Patents
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Description
本発明は、液面制御方法及び液面制御システムに係わり、更に詳細には、イオン交換樹脂塔の液面制御方法及びイオン交換樹脂塔の液面制御システムに関する。
また、本発明は、液体に浸されたイオン交換樹脂層とその上に位置する液体層との間の界面レベルを検出するための界面レベルセンサに関する。
従来から、イオン交換樹脂塔は、水中の塩類除去等の目的で各種工場や発電所等における給水処理設備や復水処理設備、その他幅広い分野において実用化されている。イオン交換樹脂塔内の中央から下部には、イオン交換樹脂が充填されており、イオン交換樹脂塔に供給された液体とイオン交換樹脂とを接触させることにより、液体中のイオン（アニオン又はカチオン）がイオン交換樹脂に吸着したり、イオン交換樹脂に吸着したイオンがそれから脱離したりする。イオン交換樹脂は、それが液体に浸されない状態になると、その吸着及び脱離性能が低下する。そのため、イオン交換樹脂塔の作動中、イオン交換樹脂が常に液体に浸された状態になるように、液体層の液面レベルを制御する液面制御システム及び液面制御方法が従来から存在する。
以下、図１２を参照して、従来技術のイオン交換樹脂塔の液面制御システムの一例を説明する。図１２は、従来技術のイオン交換樹脂塔の液面制御システムの概略図である。
図１２に示すように、一例として説明するイオン交換樹脂塔の液面制御システム１００は、直列に接続された３つのイオン交換樹脂塔、即ち、上流側から順に第１段のイオン交換樹脂塔１０２ａ、第２段のイオン交換樹脂塔１０２ｂ、第３段のイオン交換樹脂塔１０２ｃを有している。各イオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの中央から下部には、イオン交換樹脂１０４が充填され、各イオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの上部にそれぞれ接続された供給ライン１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃから、イオン交換樹脂１０４と作用させる液体１０６が供給され、それにより、各イオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃにおいて、液体１０６に浸されたイオン交換樹脂１０４の層１０８と、その上に位置する液体の層１１０とが形成されている。液体１０６の液面レベル１０６ａは、イオン交換樹脂層１０８と液体層１１０との間の界面レベル１０４ａよりも上に位置し、各イオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの液面レベルセンサ１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃによって検出される。また、液体１０６は、各イオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの下部にそれぞれ接続された排出ライン１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃから排出可能である。
第１段のイオン交換樹脂塔１０２ａの供給ライン１１８ａは、例えば３つの液体供給源１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃに供給側切替え弁１２８を介して接続され、流量調整弁１３０を有している。また、第１段のイオン交換樹脂塔１０２ａの排出ライン１２２ａと第２段のイオン交換樹脂塔１０２ｂの供給ライン１１８ｂとは、ポンプ１３２ａ及びアクチュエータ付きの弁１３４ａを介して接続されている。同様に、第２段のイオン交換樹脂塔１０２ｂの排出ライン１２２ｂと第３段のイオン交換樹脂塔１０２ｃの供給ライン１１８ｃとは、ポンプ１３２ｂ及びアクチュエータ付きの弁１３４ｂを介して接続されている。
第３段のイオン交換樹脂塔１０２ｃの排出ライン１２２ｃは、ポンプ１３２ｃ、アクチュエータ付きの弁１３４ｃ、屈折率計１１４及びｐＨ計１１６を介して、４つの液体回収タンク１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃ、１３６ｄに排出側切替え弁１３８を介して接続されている。
第３段のイオン交換樹脂塔１０２ｃの排出ライン１２２ｃは、ポンプ１３２ｃ、アクチュエータ付きの弁１３４ｃ、屈折率計１１４及びｐＨ計１１６を介して、４つの液体回収タンク１３６ａ、１３６ｂ、１３６ｃ、１３６ｄに排出側切替え弁１３８を介して接続されている。
また、イオン交換樹脂塔の液面制御システム１００は、液面コントローラ１４０を有し、液面コントローラ１４０は、第１〜第３のイオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃのためのコントロールモジュール１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃを有している。各コントロールモジュール１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃにはそれぞれ、対応するイオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの液面レベルセンサ１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ及びアクチュエータ付き弁１３４ａ、１３４ｂ、１３４ｃが接続されている。
次に、図１３を参照して、上記イオン交換樹脂塔の液面制御システム１００におけるイオン交換樹脂塔の液面制御方法を説明する。かかる液面制御方法は、各イオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃごとに独立しており、且つ、各イオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの液面制御方法は共通する。従って、第１段のイオン交換樹脂塔１０２ａの制御方法だけを説明する。図１３は、従来技術のイオン交換樹脂塔の液面制御方法のブロック線図である。
コントロールモジュール１４０ａにおいて、液面レベルセンサ１１２ａから得られた液面レベル信号Ｓ１００を入力とし且つ目標液面レベルに比例する目標液面レベル信号Ｓ１０２を目標値とするＰＩＤ演算を行い、それにより得られた液面レベルＰＩＤ操作信号Ｓ１０４をアクチュエータ付き弁１３４ａに送る。液面レベルＰＩＤ操作信号Ｓ１０４に基づいてアクチュエータ付き弁１３４ａの開度を変えることにより、イオン交換樹脂塔１０２ａから排出される液体１０６の排出量を変化させ、液面レベル１０６ａを目標液面レベルに近づける。その結果、イオン交換樹脂１０４は、常に液体１０６に浸された状態にある。
イオン交換樹脂１０４が常に液体１０６に浸された状態にするために定められる目標液面レベルは、本来的には、樹脂層１０８と液体層１１０との間の界面レベル１０４ａを基準として規定すべきである。しかしながら、イオン交換樹脂１０４は、アニオン又はカチオンの吸着と溶離により、収縮したり膨潤したりするので、界面レベル１０４ａが、イオン樹脂交換塔１０２ａ内で下降したり上昇したりする。そのため、界面レベル１０４ａを基準として規定するためには、界面レベル１０４ａを測定するための界面レベルセンサが必要になる。従来、界面レベル１０４ａを測定するためのカラーセンサ（例えば、特許文献１参照）及び光反射式センサ（例えば、特許文献２参照）が知られている。しかしながら、アニオン溶液又はカチオン溶液は、イオン交換樹脂と同じような色（例えば、琥珀色）を有しているので、カラーセンサ又は光反射式センサを使用しても、界面レベル１０４ａを正確に測定できないのが実情であった。そのため、上記液面制御方法においては、イオン交換樹脂塔の液面制御システム１００のオペレータが経験に基づいて、イオン交換樹脂塔１０２ａを基準とした目標液面レベルを定めていた。
上記液面制御方法を用いて、イオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを作動させた場合、液面レベル１０６ａが目標液面レベルに対して通常±１０〜３０ｃｍ程度振動していた。また、イオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ内の液面レベル１０６ａの振幅は、下流側のイオン交換樹脂塔１０２ｂ、１０２ｃになるにつれて、大きくなっていた。そのため、オペレータは、この液面レベル１０６ａ自体の振動を考慮に入れて、目標液面レベルを、想定される界面レベル１０４ａに対してかなり高く定めていた。
また、上述したように、界面レベル１０４ａが、イオン樹脂交換塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ内で下降したり上昇したりするので、オペレータは、この界面レベル１０４ａの上昇及び下降の程度を考慮に入れて、目標液面レベルを更に高く定めていた。
その結果、目標液面レベルが界面レベル１０４ａに対してかなり高くなり、それにより、液面制御システム１００におけるイオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの処理時間が長くなっていた。その具体例を、アミノ酸粗原液からアミノ酸精製液を取出す場合を例に説明する。
アミノ酸粗原液からアミノ酸精製液を取出すためにイオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃを使用する場合、液体１０６として、アミノ酸粗原液、水、溶離剤、水を順番にイオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃに供給する。第１の工程として、アミノ酸粗原液の供給源１２６ａからアミノ酸粗原液をイオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃに供給する。それにより、アミノ酸粗原液中のアミノ酸を各イオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ内のイオン交換樹脂１０４に吸着させる。各イオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ内に存在していた水等の液体は、アミノ酸粗原液によって押出されるので、水等の液体を液体回収タンク１３６ａに回収する。
第２の工程として、供給側切替え弁１２８を切替え、水の供給源１２６ｂから水をイオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃに供給する。それにより、アミノ酸粗原液をイオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂから押出す。イオン交換樹脂塔１０２ｃからは、アミノ酸粗原液からアミノ酸が無くなった残りの液（貫流液）が押出されるので、排出側切替え弁１３８を切替え、貫流液を１３６ｃに回収する。
第３の工程として、供給側切替え弁１２８を切替え、溶離剤の供給源１２６ｃから溶離剤をイオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃに供給する。それにより、水をイオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃから押出す。イオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ内の溶離剤は、イオン交換樹脂１０４に吸着していたアミノ酸を脱離させ、溶離剤中に溶解させる。以下、アミノ酸が溶解した溶離剤を、溶離液と称する。
第４の最終工程として、供給側切替え弁１２８を切替え、水の供給源１２６ｂからイオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃに水を供給する。それにより、アミノ酸を含む溶離液をイオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃから押出す。排出側切替え弁１３８を切替え、押出された溶離液を液体回収タンク１３６ｂに回収する。その結果、不純物を含まないアミノ酸精製液を溶離液から取出すことができる。
上述した吸着工程（第１の工程）や溶離工程（第３の工程）において、アミノ酸粗原液や溶離剤をイオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ内に供給し始めるとき、液面レベル１０６ａが界面レベルよりもかなり高いので、イオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ内の液体層１１０を占める水の量が多くなる。従って、アミノ酸粗原液又は溶離剤を供給し始めたとき、それらと液体層１１０の水とが混ざり、アミノ酸粗原液や溶離剤が薄まっていた。同様に、第２の工程及び第４の工程において水を供給し始めるとき、液面レベル１０６ａが界面レベルよりもかなり高いので、イオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ内の液体層１１０を占めるアミノ酸粗原液や溶離剤の占める量が多くなる。従って、水を供給し始めたとき、それと液体層１１０のアミノ酸粗原液又は溶離剤とが混ざり、アミノ酸粗原液や溶離剤が薄まっていた。その結果、後工程である濃縮工程において、負荷が大きくなっていた。
また、アミノ酸粗原液や溶離剤が薄まることにより、イオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ内におけるアミノ酸の吸着及び脱離に要する時間が増大すると共に、排出される貫流液や溶離液を回収するのに要する時間が増大し、その結果、処理時間が長くなっていた。
更に、押出される水の量や押出しに必要な水の量が多くなることによって、液面制御システム１００におけるイオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの処理時間が長くなっていた。
また、界面レベル１０４ａを測定できれば、液面レベル１０６ａを界面レベル１０４ａに近づけることができ、上記処理時間を短縮できると考えられる。
そこで、本発明は、イオン交換樹脂塔における処理時間を短縮することができる、イオン交換樹脂塔の液面制御方法及びイオン交換樹脂塔の液面制御システムを提供することを目的としている。
また、本発明は、イオン混合樹脂塔内における液体の希釈を抑制することができる、イオン交換樹脂塔の液面制御方法及びイオン交換樹脂塔の液面制御システムを提供することを目的としている。
また、本発明は、液体層とイオン交換樹脂層との間の界面レベルを検出することができる界面レベルセンサを提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明による液面制御方法は、少なくとも１つのイオン交換樹脂塔内の液面レベルを制御する液面制御方法であって、液体を供給装置によってイオン交換樹脂塔内にその上部から供給する供給段階と、イオン交換樹脂塔内のイオン交換樹脂の層の上に位置する液体の層の液面レベルが目標液面レベルに近づくように、液体を排出装置によってイオン交換樹脂塔の下部から排出する排出段階と、を有し、排出段階は、液面レベルに対応する液面レベル信号を液面レベルセンサによって得る段階と、液面レベル信号を入力とし且つ目標液面レベルを目標値とするＰＩＤ演算を行って、液面レベルＰＩＤ操作信号を得る段階と、供給装置によってイオン交換樹脂塔に供給される液体の供給流量に対応する供給流量信号を得る段階と、液面レベルＰＩＤ操作信号及び供給流量信号に基づいて、排出装置によってイオン交換樹脂塔から排出する液体の排出量に対応する排出装置の操作信号を決定する段階と、排出装置の操作信号に基づいて前記排出装置を作動させる段階と、を有することを特徴としている。
このように構成された液面制御方法では、液面レベルＰＩＤ操作信号と供給流量信号を用いることによって排出装置の操作信号を決定している。それにより、液面レベルＰＩＤ操作信号だけを用いることによって排出装置の操作信号を決定していた従来の液面制御方法と比較して、液面レベルを安定化させることができる。詳細には、排出装置によって液体を排出すると、液面レベルが下がる。しかしながら、液面レベルの変化は、液体層の下に位置するイオン交換樹脂層が抵抗となるので、排出装置による排出流量に対してすばやく応答しない。この応答の遅れによって生じていた液面レベルの振動を、供給流量信号を用いることによって減少させることができる。
液面レベルの振動を減少させることにより、オペレータが設定する目標液面レベルを従来よりも界面レベルに近づけることができる。その結果、イオン交換樹脂塔内にある液体（前の液体）を押出すのに必要な液体（後の液体）の量が少なくすることができ、イオン交換樹脂塔における処理時間を短縮することができる。また、例えば、水をイオン交換樹脂塔内に供給した後、アミノ酸粗原液や溶離剤をイオン交換樹脂塔内に供給するとき、イオン交換樹脂塔内の界面レベルよりも上にある水の量が減少するので、アミノ酸粗原液や溶離剤が薄まることを抑制することができると共に、処理時間を短縮することできる。
本発明の液面制御方法において、好ましくは、少なくとも１つのイオン交換樹脂塔は、直列に接続された第１段のイオン交換樹脂塔及び第２段のイオン交換樹脂塔を有し、第１段のイオン交換樹脂塔の排出装置は、第２段のイオン交換樹脂塔の供給装置であり、第２段のイオン交換樹脂塔において供給流量信号を得る段階は、第１段のイオン交換樹脂塔において決定された排出装置の操作信号を得る段階からなる。
このように構成された液面制御方法では、下流側の第２段のイオン交換樹脂塔における液面レベルの振動を、上流側の第１段のイオン交換樹脂塔における液面レベルの振動と同等にすることができる。その結果、液面制御方法を採用するイオン交換樹脂塔全体において処理時間を短縮することができる。また、例えば、水をイオン交換樹脂塔内に供給した後、アミノ酸粗原液や溶離剤をイオン交換樹脂塔内に供給するとき、イオン交換樹脂塔内の界面レベルよりも上にある水の量が減少するので、アミノ酸粗原液や溶離剤が薄まることを抑制することができると共に、処理時間を短縮することできる。
本発明の液面制御方法において、好ましくは、排出段階は、更に、イオン交換樹脂層と液体層との間の界面レベルに対応する界面レベル信号を界面レベルセンサによって得る段階と、目標液面レベルを界面レベル信号の増減に応じて増減させる段階と、を有する。
このように構成された液面制御方法では、イオン樹脂交換塔内で上昇したり下降したりする界面レベルに合わせて、目標液面レベルを増減させるので、オペレータは目標液面レベルを界面レベルを基準として設定することが可能になり、目標液面レベルを更に界面レベルに近づけることができる。その結果、イオン交換樹脂塔内にある液体（前の液体）を押出すのに必要な液体（後の液体）の量を更に少なくすることができ、処理時間を更に短縮することができる。また、例えば、水をイオン交換樹脂塔内に供給した後、溶離剤をイオン交換樹脂塔内に供給するとき、イオン交換樹脂塔内の界面レベルよりも上にある水の量が更に減少するので、溶離剤が薄まることを抑制することができると共に、処理時間を短縮することできる。
また、上記目的を達成するために、本発明による液面制御システムは、イオン交換樹脂塔内の液面レベルを制御するための液面制御システムであって、少なくとも１つのイオン交換樹脂塔と、イオン交換樹脂塔内のイオン交換樹脂の層と、イオン交換樹脂の層を浸すようにイオン交換樹脂塔内に供給された液体によってイオン交換樹脂層の上に形成された液体層と、液体層の液面レベルを検出するための液面レベルセンサと、液体をイオン交換樹脂塔に供給するためにイオン交換樹脂塔の上部に接続された供給装置と、液体をイオン交換樹脂塔から排出するためにイオン交換樹脂塔の下部に接続された排出装置と、液面レベルセンサ、供給装置、及び排出装置に接続された液面コントローラと、を有し、液面コントローラは、供給装置から受取った信号に基づいて、イオン交換樹脂塔に供給する液体の供給流量に対応する供給流量信号を得、液面レベルセンサによって検出された液面レベル信号を入力とし且つ目標液面レベルを目標値とするＰＩＤ演算を行って、液面レベルＰＩＤ操作信号を得、この液面レベルＰＩＤ操作信号と供給流量信号とに基づいて、排出装置から排出する排出流量に対応する排出装置の操作信号を決定し、この排出装置の操作信号に基づいて排出装置を作動させることを特徴としている。
本発明による液面制御システムにおいて、好ましくは、更に、イオン交換樹脂層と液体層との間の界面レベルを検出するための界面レベルセンサを有し、液面コントローラは、更に、界面レベルに対応する界面レベル信号を得、目標液面レベルを界面レベル信号の増減に応じて増減させる。
また、上記目的を達成するために、本発明による界面レベルセンサは、液体に浸されたイオン交換樹脂層とその上に位置する液体層との間の界面レベルを検出するための界面レベルセンサであって、液体層を貫いてイオン交換樹脂層内に延び且つ下方がシールされた２本の筒体を有し、この２本の筒体は、互いに間隔をおいて配置され、光を透過可能な材料で作られ、更に、一方の筒体の中で上下方向に整列した複数の投光部と、他方の筒体の中で上下方向に整列し且つ各投光部から放射された光が１対１の対応関係をなして入射するように投光部と対向した受光部と、投光部及び受光部に接続されたセンサコントローラと、を有し、センサコントローラは、隣接した投光部／受光部のどの間に界面レベルが位置するかを決定することを特徴としている。
このように構成された界面レベルセンサでは、界面レベルよりも下に位置する投光部から放射された光が受光部に届かず、界面レベルよりも上に位置する投光部から放射された光が受光部に届く。従って、光を受取った受光部と、光が届かなかった受光部との間に、界面レベルがあることが分かる。それにより、界面レベルを測定することができる。
本発明による界面レベルセンサにおいて、好ましくは、更に、筒体の周りに配置された外筒体を有し、この外筒体は、投光部から放射されて受光部に受取られる光が通る窓を有する。
以上説明したとおり、本発明によるイオン交換樹脂塔の液面制御方法及びこの液面制御方法を採用するイオン交換樹脂塔における処理時間を短縮することができる。また、本発明によるイオン交換樹脂塔の液面制御システムにより、この液面制御システムのイオン交換樹脂塔における処理時間を短縮することができる。
また、本発明によるイオン交換樹脂塔の液面制御方法及びイオン交換樹脂塔の液面制御システムにより、イオン混合樹脂塔内における液体の希釈を抑制することができる。
また、本発明による界面レベルセンサによって、液体に浸されたイオン交換樹脂の層とその上に位置する液体の層との間の界面レベルを検出することができる。
先ず、図１を参照して、本発明によるイオン交換樹脂塔の液面制御システムの第１の実施形態を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態であるイオン交換樹脂塔の液面制御システムの概略図である。
図１に示すように、本発明の第１の実施形態であるイオン交換樹脂塔の液面制御システム１は、直列に接続された３つのイオン交換樹脂塔、即ち、上流側から順番に第１段のイオン交換樹脂塔２ａ、第２段のイオン交換樹脂塔２ｂ、第３段のイオン交換樹脂塔２ｃを有している。本実施形態では、イオン交換樹脂塔の液面制御システム１を、アミノ酸粗原液からアミノ酸精製液を分離して取出す用途に使用する場合を例に説明する。
各イオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃは、その中央から下部に配置されたイオン交換樹脂４と、イオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃ内のイオン交換樹脂４よりも上の液面レベル６ａまで入れられた液体６とを有している。即ち、イオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃ内には、イオン交換樹脂４と液体６とが混在したイオン交換樹脂層８と、その上に位置する液体だけからなる液体層１０とが形成され、それらの間に界面が構成されている。この界面のレベルを界面レベル４ａと称する。イオン交換樹脂４は、一般的には、カチオンを吸着できるカチオン交換樹脂とアニオンを吸着できるアニオン交換樹脂に大別され、ビーズ状であり、例えば、「アンバーライト（登録商標）」ＩＲＡシリーズ（ローム＆ハース社）、「デュナライト（登録商標）」Ａ３００シリーズ（デュナライト社）、「ダイヤイオン（登録商標）」ＷＡシリーズ（三菱化学(株)製）があるが、アミノ酸精製液を分離して取出す場合に使用されるイオン交換樹脂は、カチオンを吸着できるイオン交換樹脂、例えば、「ダイヤイオン（登録商標）ＳＫシリーズ」（三菱化学(株)製）、「デュオライトＣシリーズ」（住友ケムテックス(株)製）、「レバチット（登録商標）Ｓシリーズ」（ランクセス社製）が好ましい。また、本実施形態では、３種類の液体、即ち、アミノ酸粗原液と、水と、溶離剤とを使用する。アミノ酸粗原液は、例えば、発酵法や酵素法等で製造した不純物を含むアミノ酸溶液であり、発酵液から発酵菌体などの固形不純物を遠心分離・濾過・凝集沈降などにより除去した液、発酵液からｐＨ調整法（等電点晶析法）などにより目的アミノ酸を分取取得した後の晶析母液などを包含する。具体的には、アミノ酸粗原液は、リジン、アルギニン、グルタミン、ヒスチジン、イソロイシン、プロリン、スレオニン、セリン、バリンなどのアミノ酸を工業的に生産するための液体である。溶離剤は、一般的には、酸性溶液またはアルカリ性溶液を用いることができ、例えば、酸性溶液の場合は塩酸溶液や酢酸溶液、アルカリ性溶液の場合は水酸化ナトリウムや水酸化アンモニウム溶液などを用いることができ、本実施形態では、アルカリ性溶液である。
また、各イオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃは、液体６をイオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃに供給するためにイオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃの上部に供給ライン１８ａ、１８ｂ、１８ｃを介して接続された供給装置２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、液体６をイオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃから排出するために排出ライン２２ａ、２２ｂ、２２ｃを介してイオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃの下部に接続された排出装置２４ａ、２４ｂ、２４ｃとを有している。
また、各イオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃはそれぞれ、液面レベル６ａを検出するための液面レベルセンサ１２ａ、１２ｂ、１２ｃを有している。液面レベルセンサ１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、例えば、フロートタイプのもの（例えば、サンテスト(株)製の「GY c Rp-3000」）である。また、第３段のイオン交換樹脂塔２ｃの排出ライン２２ｃには、イオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃから排出される液体の屈折率及びｐＨをそれぞれ測定する屈折率計１４及びｐＨ計１６が設けられている。屈折率計１４は、例えば、アタゴ(株)製の「PRM-75」であり、ｐＨ計１６は、例えば、東亜ＤＫＫ(株)製のHDM-136である。
第１段のイオン交換樹脂塔２ａの供給装置２０ａは、３種類の液体に対応する３つの液体供給源２６ａ、２６ｂ、２６ｃと、これらの液体供給源２６と供給ライン１８ａとを切替え可能に接続する供給側切替え弁２８と、供給側切替え弁２８の下流側に配置された流量計３０とを有している。流量計３０は、第１段のイオン交換樹脂塔２ａに供給する液体６の供給流量に対応する、例えば比例する供給流量信号Ｓ１０を発生させることができる。
第１段のイオン交換樹脂塔２ａの排出ライン２２ａは、第２段のイオン交換樹脂塔２ｂの供給ライン１８ｂと接続されている。本実施形態では、第１段のイオン交換樹脂塔２ａの排出装置２４ａは、第２段のイオン交換樹脂塔２ｂの供給装置２０ｂであり、ポンプ３２ａによって構成されている。ポンプ３２ａは、第１段のイオン交換樹脂塔２ａから排出する液体６の排出量に対応する排出装置の操作信号Ｓ１８、例えば、ポンプ３２ａの回転速度を指示する回転速度指示信号によって作動される。
同様に、第２段のイオン交換樹脂塔２ｂの排出ライン２２ｂは、第３段のイオン交換樹脂塔２ｃの供給ライン１８ｃと接続されている。本実施形態では、第２段のイオン交換樹脂塔２ｂの排出装置２４ｂは、第３段のイオン交換樹脂塔２ｃの供給装置２０ｃであり、ポンプ３２ｂによって構成されている。ポンプ３２ｂは、第２段のイオン交換樹脂塔２ｂから排出する液体６の排出量に対応する排出装置の操作信号Ｓ２８、例えば、ポンプ３２ｂの回転速度を指示する回転速度指示信号によって作動される。
第３段のイオン交換樹脂塔２ｃの排出ライン２２ｃは、ポンプ３２ｃ及び排出側切替え弁３８を介して４つの液体回収タンク３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄに接続され、排出側切替え弁３８は、ポンプ３２ｃと液体回収タンク３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄとを切替え可能に接続している。ポンプ３２ｃは、第３段のイオン交換樹脂塔２ｃから排出する液体６の排出量に対応する排出装置の操作信号Ｓ３８、例えば、ポンプ３２ｃの回転速度を指示する回転速度指示信号によって作動される。
また、イオン交換樹脂塔の液面制御システムは、液面コントローラ４０を有し、この液面コントローラ４０は、第１〜第３のイオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃのためのコントロールモジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃを有している。各コントロールモジュール４０ａ、４０ｂ、４０ｃには、対応するイオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃの液面レベルセンサ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及びポンプ３２ａ、３２ｂ、３２ｃが接続されている。更に、流量計３０が、コントロールモジュール４０ａに、ポンプ３２ａが、コントロールモジュール４０ｂに、ポンプ３２ｂが、コントロールモジュール４０ｃに接続されている。また、屈折率計１４、ｐＨ計１６、供給側切替え弁２８及び排出側切替え弁３８は、例えば、図示しないイオン交換樹脂塔全体を制御するコントローラに接続されている。
次に、本発明による第１の実施形態であるイオン交換樹脂塔の液面制御システムの動作を説明する。
第１段のイオン交換樹脂塔２ａにおいては、液体６が供給源２０ａから供給ライン１８ａを介して供給され、ポンプ３２ａによって排出ライン２２ａを介して排出される。第２段のイオン交換樹脂塔２ｂにおいては、液体６がポンプ３２ａによって供給ライン１８ｂを介して供給され、ポンプ３２ｂによって排出ライン２２ｂを介して排出される。第３段のイオン交換樹脂塔２ｃにおいては、液体６がポンプ３２ｂによって供給ライン１８ｃを介して供給され、ポンプ３２ｃによって排出ライン２２ｃを介して液体回収タンク３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄに排出される。それにより、液体６は、供給源２６ａ、２６ｂ、２６ｃから第１段〜第３段のイオン交換樹脂塔２ａ〜２ｃを順に通って液体回収タンク３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄまで流れる。ポンプ３２ａ、３２ｂ、３２ｃは、後で詳細に説明するように、各イオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃの液面レベル６ａが目標液面レベルに近づくように制御される。
詳細には、最初、供給側切替え弁２８を切替え、アミノ酸粗原液の供給源２６ａからアミノ酸粗原液を供給する。それにより、イオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃ内にある水等の液体６が第１のイオン交換樹脂塔２ａから第３のイオン交換樹脂塔２ｃまで順番にアミノ酸粗原液に置換される。また、排出側切替え弁３８を切替えることにより、置換されて第３のイオン交換樹脂塔２ｃから排出された水等の液体６を液体回収タンク３６ａに回収する。アミノ酸粗原液をイオン交換樹脂４と接触させることによって、アミノ酸をイオン交換樹脂４に吸着させる。アミノ酸が吸着するイオン交換樹脂４は、最初のうちは、主に第１のイオン交換樹脂塔２ａのイオン交換樹脂４であり、第１のイオン交換樹脂塔２ａのイオン交換樹脂４にアミノ酸を吸着させることができなくなると、アミノ酸が吸着するイオン交換樹脂４は、順次、下流側のイオン交換樹脂塔２ｂ、２ｃのイオン交換樹脂４に移行する。アミノ酸をイオン交換樹脂４に吸着させることにより、アミノ酸粗原液に含まれる不純物、例えば、硫酸根がアミノ酸粗原液中に残る。イオン交換樹脂４が吸着できるアミノ酸の量を考慮して予め定められた量のアミノ酸粗原液を供給した後、アミノ酸粗原液の供給を終了する。
次いで、供給側切替え弁２８を切替え、水の供給源２６ｂから水を供給する。それにより、イオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃ内にあるアミノ酸粗原液が第１のイオン交換樹脂塔２ａから第３のイオン交換樹脂塔２ｃまで順番に水に置換される。また、置換されて第３のイオン交換樹脂塔２ｃから排出された貫流液（アミノ酸粗原液のアミノ酸をイオン交換樹脂に吸着させた残りの液）を液体回収タンク３６ｃに回収する。第３のイオン交換樹脂塔２ｃから排出された貫流液は、アミノ酸をほとんど含んでいない。貫流液をイオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃから排出することにより、アミノ酸粗原液中に含まれていた不純物がイオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃから洗い流される。不純物が完全に洗い流されるように、予めテストして定められた量の水を供給した後、水の供給を終了する。
次いで、供給側切替え弁２８を切替え、溶離剤の供給源２６ｃから溶離剤を供給する。
それにより、イオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃ内にある水が第１のイオン交換樹脂塔２ａから第３のイオン交換樹脂塔２ｃまで順番に溶離剤に置換される。また、置換されて第３のイオン交換樹脂塔２ｃから排出された水を液体回収タンク３６ａに回収する。溶離剤をイオン交換樹脂４と接触させることによって、イオン交換樹脂４に吸着していたアミノ酸がイオン交換樹脂４から脱離し、溶離剤に溶け込む。なお、本明細書において、アミノ酸が溶け込んだ溶離剤を、溶離液と称する。
それにより、イオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃ内にある水が第１のイオン交換樹脂塔２ａから第３のイオン交換樹脂塔２ｃまで順番に溶離剤に置換される。また、置換されて第３のイオン交換樹脂塔２ｃから排出された水を液体回収タンク３６ａに回収する。溶離剤をイオン交換樹脂４と接触させることによって、イオン交換樹脂４に吸着していたアミノ酸がイオン交換樹脂４から脱離し、溶離剤に溶け込む。なお、本明細書において、アミノ酸が溶け込んだ溶離剤を、溶離液と称する。
イオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃ内の水が溶離剤に置換されると、アミノ酸が溶け込んだ溶離液が第３のイオン交換樹脂塔２ｃから排出される。溶離液が第３のイオン交換樹脂塔２ｃから排出され始めると、第３のイオン交換樹脂塔２ｃの排出ライン２２ｃに設けた屈折率計１４が示す屈折率の値が上昇する。屈折率の値が上昇し始めたら、排出側切替え弁３８を切替え、溶離液を液体回収タンク３６ｂに回収する。イオン交換樹脂４に吸着させたアミノ酸を全部脱離させるように予め定められた量の溶離剤を供給した後、溶離剤の供給を終了する。
最後に、供給側切替え弁２８を切替え、水の供給源２６ｂから水を供給する。それにより、イオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃ内にある溶離液が第１のイオン交換樹脂塔２ａから第３のイオン交換樹脂塔２ｃまで順番に水に置換される。水を供給し始めてからしばらくは、第３のイオン交換樹脂塔２ｃに残っている溶離液が第３のイオン交換樹脂塔２ｃから排出される。通常、溶離剤を過剰に供給するので、アミノ酸が溶け込まなくなった溶離剤が排出されだしたら、排出側切替え弁３８を切替え、液体回収タンク３６ｄに溶離剤を回収する。水が第３のイオン交換樹脂塔２ｃから排出され始めると、第３のイオン交換樹脂塔２ｃの排出ライン２２ｃに設けたｐＨ計１６が示すｐＨ値が下がる。ｐＨ計１６が示すｐＨ値が予め定められた値になったら、水の供給を終了すると共に、排出側切替え弁３８を切替え、それ以降に排出される液体６を液体回収タンク３６ａに回収する。
液体回収タンク３６ｂに回収された、アミノ酸を含む溶離液を活性炭脱色、濃縮晶析、等電点晶析、必要により再結晶や乾燥することによって、精製されたアミノ酸を回収することができる。
次に、図２を参照して、イオン交換樹脂４が常に液体６に浸された状態になるように、液面レベル６ａを液面コントローラ４０によって制御する方法を説明する。概略的には、各イオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃにおいてそれぞれ、液体６を供給装置２０ａ、２０ｂ、２０ｃによってイオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃ内にその上部から供給し、イオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃ内の液体層１０の液面レベル６ａが目標液面レベルに近づくように、液体６を排出装置２４ａ、２４ｂ、２４ｃによってイオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃの下部から排出させる。図２は、本発明によるイオン交換樹脂塔の液面レベルの制御方法の第１の実施形態のブロック線図である。
第１段のイオン交換樹脂塔２ａのためのコントロールモジュール４０ａにおいて、先ず、液面レベル６ａに対応する、例えば比例する液面レベル信号Ｓ１２を液面レベルセンサ１２ａによって得る。次いで、液面レベル信号Ｓ１２を入力とし且つ目標液面レベルに対応する、例えば比例する信号を目標値信号Ｓ１４とするＰＩＤ演算を行って、液面レベルＰＩＤ操作信号Ｓ１６を得る。また、供給源２０ａによってイオン交換樹脂塔に供給される液体６の供給流量に対応する、例えば比例する供給流量信号、即ち、流量計３０からの信号Ｓ１０を得る。次いで、液面レベルＰＩＤ操作信号Ｓ１６及び供給流量信号Ｓ１０に基づいて、排出装置によってイオン交換樹脂塔から排出する液体の排出量に対応する排出装置の操作信号、即ち、ポンプ３２ａの回転速度指示信号Ｓ１８を決定する。次いで、回転速度指示信号Ｓ１８に基づいてポンプ３２ａを作動させる。
第２段のイオン交換樹脂塔２ｂのためのコントロールモジュール４０ｂにおける液面制御方法は、供給流量信号として、第１段のイオン交換樹脂塔２ａの排出装置の操作信号、即ち、ポンプ３２ａの回転速度指示信号Ｓ１８を使用すること以外、第１段のイオン交換樹脂塔２ａのためのコントロールモジュール４０ａにおける液面制御方法と同様である。
従って、第１段のイオン交換樹脂塔２ａの信号と同様の第２のイオン交換樹脂塔２ｂの信号に、前者の信号を指示する符号の１の桁が同じ２０番台の符号を付し、その説明を省略する。
従って、第１段のイオン交換樹脂塔２ａの信号と同様の第２のイオン交換樹脂塔２ｂの信号に、前者の信号を指示する符号の１の桁が同じ２０番台の符号を付し、その説明を省略する。
同様に、第３段のイオン交換樹脂塔２ｃのためのコントロールモジュール４０ｃにおける液面制御方法は、供給流量信号として、第２段のイオン交換樹脂塔２ｂの排出装置の操作信号、即ち、ポンプ３２ｂの回転速度指示信号Ｓ２８を使用すること以外、第１段のイオン交換樹脂塔２ａのためのコントロールモジュール４０ａの液面制御方法と同様である。従って、第１段のイオン交換樹脂塔２ａの信号と同様の第３のイオン交換樹脂塔２ｃの信号に、前者の信号を指示する符号の１の桁が同じ３０番台の符号を付し、その説明を省略する。
次に、図３及び図４を参照して、図２に示す制御方法を用いた本発明の第１の実施形態によるイオン交換樹脂塔の液面レベルの変化と、図１３に示す制御方法を用いた従来のイオン交換樹脂塔１００の液面レベルの変化との比較を説明する。図３は、従来のイオン交換樹脂塔の液面制御システムの液面レベルを示す図であり、図４は、本発明の第１の実施形態であるイオン交換樹脂塔の液面制御システムの液面レベルを示す図である。
図３及び図４から分かるように、従来のイオン交換樹脂塔の液面制御システム１００の液面レベルの変動幅が約３０ｃｍであり、液面レベルが周期的に変動していたのに対し、本発明の第１の実施形態によるイオン交換樹脂塔の液面制御システム１の液面レベル６ａの変動幅は、約１０ｃｍであり、周期的な変動が減少した。従って、本発明の第１の実施形態であるイオン交換樹脂塔の液面制御システム１により、液面レベル６ａの振幅が小さくなり、目標液面レベルを界面レベル４ａに近づけて設定することが容易になり、アミノ酸粗原液、溶離剤が薄まる程度を減少させることができる。それにより、イオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ内におけるアミノ酸の吸着及び脱離に要する時間を減少させると共に、貫流液や溶離液を回収するのに要する時間を減少させることができ、イオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの処理時間を短縮することができる。また、押出される水の量や押出しに必要な水の量を少なくすることができ、イオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの処理時間を短縮することができる。
次に、図５及び図６を参照して、本発明によるイオン交換樹脂塔の液面制御システムの第２の実施形態を説明する。図５は、本発明の第２の実施形態であるイオン交換樹脂塔の液面制御システムの概略図である。また、図６は、界面レベルセンサの概略図である。
図５に示すように、本発明の第２の実施形態であるイオン交換樹脂塔の液面制御システム５０は、各イオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃに、イオン交換樹脂層８と液体層１０との間の界面レベル４ａを検出する界面レベルセンサ５２ａ、５２ｂ、５２ｃが設けられ、この界面レベルセンサ５２が液面コントローラ５３に接続されていること以外、第１の実施形態であるイオン交換樹脂塔の液面制御システム１と同様の構成を有している。従って、イオン交換樹脂塔の液面制御システム１の構成要素と同様のイオン交換樹脂塔の液面制御システム５０の構成要素には、前者の構成要素の参照符号と同じ参照符号を付して、後者の構成要素の説明を省略する。液面コントローラ５３は、第１〜第３のイオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃのためのコントロールモジュール５３ａ、５３ｂ、５３ｃを有している。以下、界面レベルセンサについて詳細に説明する。
図６に示すように、界面レベルセンサ５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、イオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃの上部に固定される支持部５４と、支持部５４から下方に延び、液体層１０を貫いてイオン交換樹脂層８内に延びる２本の筒体５６ａ、５６ｂとを有している。
支持部５４は、イオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃに固定されるフランジ部５４ａとそれを貫いて上下方向に延びる中空の本体部５４ｂと、本体部５４ｂと筒体５６ａ、５６ｂとを接続する中空の接続部５４ｃとを有している。本体部５４の上部には、センサコントローラ５８が収容されており、このセンサコントローラ５８は、それが属するイオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃに対応するコントロールモジュール５３ａ、５３ｂ、５３ｃに接続されている（図５参照）。
２本の筒体５６ａ、５６ｂは、互いに間隔をおいて互いに平行に配置されている。各筒体５６ａ、５６ｂは、下方がシールされた内筒体６０と、その周りに配置された外筒体６２とを有している。
一方の筒体５６ａの内筒体６０の内部には、上下方向に整列した１３個の投光部６４ａ〜６４ｍが配置され、他方の筒体５６ｂの内筒体６０の内部には、上下方向に整列した１３個の受光部６６ａ〜６６ｍが上下方向に配置されている。内筒体６０は、光を透過可能な材料、例えば、ガラスで作られている。具体的には、投光部６４ａ〜６４ｍ及び受光部６６ａ〜６６ｍは、取付け板６８に固定された光ファイバであり、これらの光ファイバは、センサコントローラ５８に接続されている。投光部６４ａ〜６４ｍと受光部６６ａ〜６６ｍとは、各投光部６４ａ〜６４ｍから放射された光が１対１の対応関係をなして各受光部６６ａ〜６６ｍに入射されるように互いに対向している。センサコントローラ５８は、投光部６４ａ〜６４ｍから光を放射させることが可能であり、かかる光の強度を変化させることが可能である。また、センサコントローラ５８は、どの受光部６６ａ〜６６ｍに光が入射され、どの受光部６６ａ〜６６ｍに光が入射されていないかを識別可能である。投光部・受光部の数は、１３個に限られず、界面の変動や検出するレベルの精度により適宜選択される。
外筒体６２は、内筒体６０を保護するためのものであり、例えば、ステンレスで作られ、投光部から放射されて前記受光部に入射される光が通る窓７０を有している。
次に、界面レベルセンサの動作を説明する。例えば、界面レベル４ａが、下から２番目の投光部６４ｂ及び受光部６６ｂと、下から３番目の投光部６４ｃ及び６６ｃとの間に位置するとき、下から２番目から下に位置する受光部６４ａ及び６４ｂに光が入射されず、受光部、下から３番目から上に位置する受光部６６ｃ〜６６ｍに光が入射される。それにより、センサコントローラ５８は、隣接した投光部６４ａ〜６４ｍ又は受光部６６ａ〜６６ｍのどの間に界面レベル４ａが位置するのかを決定することができる。
本発明の第２の実施形態であるイオン交換樹脂塔の液面制御システムの動作は、第１の実施形態であるイオン交換樹脂塔の液面制御システムの動作と同様である。
次に、図７を参照して、本発明の第２の実施形態であるイオン交換樹脂塔の液面制御方法を説明する。図７は、本発明の第２の実施形態であるイオン交換樹脂塔の液面制御方法のブロック線図である。
図７から分かるように、第２の実施形態であるイオン交換樹脂塔の液面制御方法は、界面レベルセンサ５２によって界面レベル４ａに対応する、例えば比例する界面レベル信号Ｓ１５、Ｓ２５、Ｓ３５を得、界面レベル４ａと液面レベル６ａとの間の目標レベル差に対応する、例えば比例する目標レベル差信号Ｓ１７、Ｓ２７、Ｓ３７を得、目標液面レベルを、界面レベル信号Ｓ１５、Ｓ２５、Ｓ３５と目標レベル差信号Ｓ１７、Ｓ２７、Ｓ３７の和としたこと以外、第１の実施形態であるイオン交換樹脂塔の液面制御システム１の制御方法と同様である。即ち、目標液面レベルを界面レベル信号Ｓ１５、Ｓ２５、Ｓ３５の増減に応じて増減させる。界面レベルセンサ５２を使用することによって、界面レベル４ａを自動的に測定できるようになった。また、目標液面レベルを界面レベル４ａを基準に設定することができるようになった。
次に、図８〜図１１を参照して、本発明の第２の実施形態であるイオン交換樹脂塔の液面制御システム５０と、従来のイオン交換樹脂塔の液面制御システム１００との差を説明する。
図８は、図１２に示した従来のイオン交換樹脂塔の液面制御システム１００の液面レベル１０６ａと界面レベル１０４ａとの差の変化を示す図であり、図９は、図５に示した本発明の第２の実施形態であるイオン交換樹脂塔の液面制御システムの液面レベルと界面レベルとの差の変化を示す図である。
図８から分かるように、従来のイオン交換樹脂塔の液面制御システム１００では、液面レベル１０６ａと界面レベル１０４ａとの差、即ち、液体層１１０の上下方向の厚さが３０〜４０ｃｍであったのに対し、本発明の第２の実施形態であるイオン交換樹脂塔の液面制御システム５０では、液面レベル６ａと界面レベル４ａとの差、即ち、液層１０の上下方向の厚さが１０〜２０ｃｍに減少した。従って、本発明のイオン交換樹脂塔の液面制御システム５０では、目標液面レベルを界面レベル４ａに近づけることが可能となり、アミノ酸粗原液、溶離剤が薄まる程度を減少させることができる。それにより、イオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ内におけるアミノ酸の吸着及び脱離に要する時間を減少させると共に、貫流液や溶離液を回収するのに要する時間を減少させることができ、イオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの処理時間を短縮することができる。また、押出される水の量や押出しに必要な水の量を少なくすることができ、イオン交換樹脂塔１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃの処理時間を短縮することができる。なお、従来のイオン交換樹脂塔の液面制御システム１００の界面レベル４ａは、イオン交換樹脂塔に設けた窓から目視によって測定した。
また、図１０は、従来技術の液面制御システム１００において、溶離液を回収し始めるタイミングを積算流量で示す図である。横軸は、溶離工程開始からの３塔目の排出積算流量である。更に、図１０では、本発明の液面制御システム１のグラフを、屈折率計１４による測定値のピークが従来技術の液面制御システム１００と同じタイミングになるように重ねて示している。図１０から分かるように、従来のイオン交換樹脂塔の液面制御システム１００では、タイミングＱ０１で、屈折率計１４の測定値が緩やかに上昇し、溶離液の回収を開始しているのに対し、本発明のイオン交換樹脂塔の液面制御システム５０では、タイミングＱ０１よりも遅いタイミングＱ１１で、屈折率計１４の測定値が急激に上昇し、溶離液の回収を開始している。このことから、従来の液面制御システム１００では、溶離剤を供給し始めたとき、溶離剤が、液体層の水と混ざって薄まり、Ｑ０１の時点から回収された溶離液に多くの水が含まれることがわかる。
また、屈折率計１４による測定値がピークになるタイミングに対する溶離剤を供給するタイミングについて、本発明のイオン交換樹脂塔の液面制御システム５０のタイミングＱ１２が、従来のイオン交換樹脂塔の液面制御システム１００のタイミングＱ０２よりも後になっている。溶離剤供給前はイオン交換樹脂塔内には水が入っており、この水の量が少なかったことを示す。従って、本発明のイオン交換樹脂塔の液面制御システム５０の水の供給量が、従来のイオン交換樹脂塔の液面制御システム１００の水の供給量よりも少なくなったことが分かる。即ち、イオン交換樹脂塔の液面制御システムにおけるイオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃの処理時間を短縮することができ、使用する水の量を少なくすることができるようになったことが確認された。
また、図１１は、溶離剤を供給した後の溶離剤を置換する水の供給を終了するタイミングを示す図である。従来のイオン交換樹脂塔の液面制御システム１００では、タイミングＴ０３で、ｐＨ計１６のｐＨ値が下降し、水の供給を終了しているのに対し、本発明のイオン交換樹脂塔の液面制御システム５０では、タイミングＴ０３よりも早いタイミングＴ１３で、ｐＨ値が下降し、水の供給を終了している。従って、イオン交換樹脂塔の液面制御方法の処理時間を短縮することができたことが確認された。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
上記実施形態では、３つのイオン交換樹脂塔２ａ、２ｂ、２ｃを直列に配置したイオン交換樹脂塔の液面制御システムを説明したが、イオン交換樹脂塔の数は任意であり、また、それらを直列且つ環状に配置してもよい。イオン交換樹脂塔を環状に配置した場合には、各イオン交換樹脂塔の排出装置の下流側に、切替え式に液体回収タンク３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄに連通する液体通路を設けて、適宜液体を回収してもよい。
また、上記実施形態では、供給流量信号を流量計の信号とし、排出装置の操作信号をポンプの回転速度指示信号としたが、それらの信号は、供給流量又は排出流量の違いを指示する信号であれば任意であり、例えば、従来のイオン交換樹脂塔の液面制御システム１のように、アクチュエータ付き弁を使用しても良いし、流量計が設置されている場合にはその信号でもよい。
また、上記実施形態では、投光部及び受光部を光ファイバで構成したが、光を放射でき、又は、光を入射することができれば、その他の光部品であっても良い。
また、上記実施形態では、イオン交換樹脂塔の液面制御システム１、５０を、アミノ酸粗原液からアミノ酸精製液を分離して取出す用途に使用する場合を例に説明したけれども、希釈を抑制することができれば、本発明による液面制御方法及び液面制御システムを糖類の精製の用途に使用してもよいし、処理時間を短縮することができれば、水中の塩類除去等その他の用途に使用してもよい。
Claims (6)
- 少なくとも１つのイオン交換樹脂塔内の液面レベルを制御する液面制御方法であって、
液体を供給装置によってイオン交換樹脂塔内にその上部から供給する供給段階と、
イオン交換樹脂塔内のイオン交換樹脂の層の上に位置する液体の層の液面レベルが目標液面レベルに近づくように、液体を排出装置によってイオン交換樹脂塔の下部から排出する排出段階と、を有し、前記排出段階は、
液面レベルに対応する液面レベル信号を液面レベルセンサによって得る段階と、
前記液面レベル信号を入力とし且つ目標液面レベルを目標値とするＰＩＤ演算を行って、液面レベルＰＩＤ操作信号を得る段階と、
前記供給装置によってイオン交換樹脂塔に供給される液体の供給流量に対応する供給流量信号を得る段階と、
前記液面レベルＰＩＤ操作信号及び前記供給流量信号に基づいて、前記排出装置によってイオン交換樹脂塔から排出する液体の排出量に対応する前記排出装置の操作信号を決定する段階と、
前記排出装置の操作信号に基づいて前記排出装置を作動させる段階と、を有することを特徴とする液面制御方法。 - 前記少なくとも１つのイオン交換樹脂塔は、直列に接続された第１段のイオン交換樹脂塔及び第２段のイオン交換樹脂塔を有し、前記第１段のイオン交換樹脂塔の排出装置は、前記第２段のイオン交換樹脂塔の供給装置であり、
前記第２段のイオン交換樹脂塔において前記供給流量信号を得る段階は、前記第１段のイオン交換樹脂塔において決定された排出装置の操作信号を得る段階からなることを特徴とする請求項１に記載の制御方法。 - 前記排出段階は、更に、前記イオン交換樹脂層と前記液体層との間の界面レベルに対応する界面レベル信号を界面レベルセンサによって得る段階と、
前記目標液面レベルを前記界面レベル信号の増減に応じて増減させる段階と、を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の制御方法。 - イオン交換樹脂塔内の液面レベルを制御するための液面制御システムであって、
少なくとも１つのイオン交換樹脂塔と、
イオン交換樹脂塔内のイオン交換樹脂の層と、
イオン交換樹脂の層を浸すようにイオン交換樹脂塔内に供給された液体によって前記イオン交換樹脂層の上に形成された液体層と、
液体層の液面レベルを検出するための液面レベルセンサと、
液体をイオン交換樹脂塔に供給するためにイオン交換樹脂塔の上部に接続された供給装置と、
液体をイオン交換樹脂塔から排出するためにイオン交換樹脂塔の下部に接続された排出装置と、
前記液面レベルセンサ、前記供給装置、及び前記排出装置に接続された液面コントローラと、を有し、
前記液面コントローラは、前記供給装置から受取った信号に基づいて、イオン交換樹脂塔に供給する液体の供給流量に対応する供給流量信号を得、液面レベルセンサによって検出された液面レベル信号を入力とし且つ目標液面レベルを目標値とするＰＩＤ演算を行って、液面レベルＰＩＤ操作信号を得、この液面レベルＰＩＤ操作信号と前記供給流量信号とに基づいて、前記排出装置から排出する排出流量に対応する排出装置の操作信号を決定し、この排出装置の操作信号に基づいて前記排出装置を作動させることを特徴とする液面制御システム。 - 更に、前記イオン交換樹脂層と前記液体層との間の界面レベルを検出するための界面レベルセンサを有し、
前記液面コントローラは、更に、界面レベルに対応する界面レベル信号を得、目標液面レベルを界面レベル信号の増減に応じて増減させることを特徴とする液面制御システム。 - 液体に浸されたイオン交換樹脂層とその上に位置する液体層との間の界面レベルを検出するための界面レベルセンサであって、
液体層を貫いてイオン交換樹脂層内に延び且つ下方がシールされた２本の筒体を有し、この２本の筒体は、互いに間隔をおいて配置され、光を透過可能な材料で作られ、
更に、一方の筒体の中で上下方向に整列した複数の投光部と、他方の筒体の中で上下方向に整列し且つ各投光部から放射された光が１対１の対応関係をなして入射するように投光部と対向した受光部と、前記投光部及び前記受光部に接続されたセンサコントローラと、を有し、
前記センサコントローラは、隣接した投光部／受光部のどの間に界面レベルが位置するかを決定し、
更に、前記筒体の周りに配置された外筒体を有し、この外筒体は、前記投光部から放射されて前記受光部に受取られる光が通る窓を有することを特徴とする界面レベルセンサ。
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