JPH08240527A - 製塩工程における成分濃度測定システム - Google Patents

製塩工程における成分濃度測定システム

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JPH08240527A
JPH08240527A JP7043097A JP4309795A JPH08240527A JP H08240527 A JPH08240527 A JP H08240527A JP 7043097 A JP7043097 A JP 7043097A JP 4309795 A JP4309795 A JP 4309795A JP H08240527 A JPH08240527 A JP H08240527A
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salt
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Naoto Yoshikawa
直人 吉川
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Japan Tobacco Inc
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Abstract

(57)【要約】 【目的】製塩工程において、かん水、缶内液の主成分で
あるナトリウム、塩化物イオン、不純物であるカルシウ
ム、マグネシウム、カリウム、硫酸イオンの6成分の濃
度をインラインで迅速、かつ、信頼性高く測定する。 【構成】FT−IR1で測定する赤外線吸収スペクトル
に対して、水のHOH変角振動による寄与を測定する測
定波数と参照波数を4組、水のHOH変角振動の倍音に
よる寄与を測定する測定波数と参照波数を1組、水の対
称OH伸縮振動の寄与を測定する測定波数と参照波数を
1組、硫酸イオンのSO縮重伸縮振動の寄与を測定する
測定波数と参照波数を1組それぞれ選定する。各イオン
濃度と各組の測定波数と参照波数の吸光度差の関係式を
求める。製塩工程の晶析装置5の晶析缶5Aの原料溶液
A′をATRセル2に導いて、コンピュータ3で吸光度
差と関係式からイオン濃度を測定する。濃度に応じて排
出弁6を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、製塩工程において晶析
缶で加熱濃縮された母液や苦汁およびイオン交換膜電気
透析槽で生産されたかん水の成分濃度を測定するための
製塩工程における成分濃度測定システムに関する。
【0002】
【従来の技術】通常、製塩工程では、海水をイオン交換
膜電気透析法で濃縮し、この濃縮海水をかん水として結
晶化工程に供給する。結晶化工程は1機の濃縮装置と2
〜3機の晶析装置からなり、この結晶化工程では、先
ず、かん水を濃縮装置に送ってこの濃縮装置でほぼ飽和
塩化ナトリウム濃度まで濃縮し、この濃縮したかん水を
次に晶析装置に送り、完全な塩化ナトリウム飽和溶液す
なわち母液となるまで濃縮して塩化ナトリウム(塩)を
析出させる。
【0003】上記の工程の溶液には、主成分としてナト
リウム、塩化物イオン、不純物としてカルシウム、マグ
ネシウム、カリウム、硫酸イオン等の各イオンが含まれ
ており、これらの各イオンの濃度は濃縮度により異なっ
ている。また、母液中の不純物は逐次濃縮されるが濃縮
限界は塩化カリウム析出点であり、その直前で苦汁とし
て晶析缶から排出し、この苦汁はその一部を遠心分離機
に供給して固結防止のために並塩に添加する。
【0004】以上の製塩工程で、イオン交換膜電気透析
装置においては、濃縮したかん水の成分濃度を分析する
ことにより、透析装置およびイオン交換膜の運転管理を
行っている。
【0005】一方、晶析装置における結晶の成長速度は
晶析缶の缶内液の成分濃度により異なるので、溶液の成
分濃度は製品品質の一つである結晶粒径に直接影響を及
ぼす。したがって、製品結晶の品質を制御するためには
溶液の成分濃度の測定を行う必要がある。また、成分濃
度測定は晶析操作の操作基準である濃度限界の決定を行
うためにも必要である。
【0006】従来、製塩工場では以下に示す分析手法で
成分濃度の測定を行っている。塩化物イオンについて
は硝酸銀標準溶液による滴定。カルシウム、マグネシ
ウムイオンについてはEDTA標準溶液による滴定。
カリウムイオンについてはフレーム分光光度計またはフ
レーム光度計による測定。硫酸イオンについてはイオ
ンクロマトグラフィー法による測定。ナトリウムイオ
ンについては上記5成分による結合計算。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の成分濃度測定においては次のような問題がある。滴定
法(カルシウム、マグネシウム、塩化物イオン濃度の分
析)による分析は手作業で行うため時間と労力を要す
る。また、光度計による方法(カリウムイオン濃度の分
析)はカリウム濃度で0.01〜0.30[%]の試料
に限られ、また、イオンクロマトグラフィー法(硫酸イ
オン濃度の分析)も硫酸イオン濃度0〜2ppmに限ら
れるため、それぞれ希釈操作が必要となり、成分濃度の
測定回数を多くできず、また、濃度管理に時間的な遅れ
が生じる。また、現状では上記の成分を簡易にかつ迅速
に測定するセンサーはない。
【0008】本発明は、製塩工程において、かん水、母
液、苦汁の主成分であるナトリウム、塩化物イオンと、
不純物であるカルシウム、マグネシウム、カリウム、硫
酸イオンの6成分のイオン濃度をインラインで測定し、
迅速で、かつ、信頼性の高い測定を行えるようにするこ
とを課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに鋭意研究を進めた結果、発明者が完成した本発明
は、製塩工程における、イオン交換膜電気透析装置で濃
縮されたかん水または晶析缶に収容された缶内液中の成
分濃度を測定する製塩工程における成分濃度測定システ
ムであって、赤外線における水の吸収波数、その倍音の
波数、硫酸イオンの吸収波数を測定波数として、また、
成分濃度によりほとんど影響を受けない波数を参照波数
としてそれぞれ選定し、予め調整したカルシウム、マグ
ネシウム、カリウム、ナトリウム、塩化物、硫酸イオン
を含む水溶液についての上記測定波数と参照波数の吸光
度差を測定し、カルシウム、マグネシウム、カリウム、
ナトリウム、塩化物イオン濃度については水の吸収波数
およびその倍音の波数の上記測定波数と参照波数につい
ての1〜6組の吸光度差で表した関係式を、また硫酸イ
オン濃度については硫酸イオンの吸収波数の測定波数と
参照波数についての1組の吸光度差で表した関係式を予
め定めておき、前記かん水または缶内液のサンプリング
溶液について前記硫酸イオンの吸収波数を含む2〜7組
の前記測定波数と参照波数についての吸光度差を測定
し、該測定した水の吸収波数およびその倍音の波数に関
係する1〜6組の吸光度差から前記関係式に基づいて前
記かん水または缶内液のカルシウム、マグネシウム、カ
リウム、ナトリウム、塩化物イオン濃度を求めるととも
に、硫酸イオンの吸収波数に関係する1組の吸光度差か
ら前記関係式に基づいて前記かん水または缶内液の硫酸
イオン濃度を求めるようにしたことを特徴とする。
【0010】
【作用】製塩工程における、イオン交換膜電気透析装置
で濃縮されたかん水および晶析缶に収容された缶内液
は、カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウ
ム、塩化物、硫酸イオンを含んでおり、水溶液中の水の
伸縮振動、変角振動およびその倍音波数による赤外線の
吸収特性は、カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナ
トリウムおよび塩化物イオンの種類と濃度により異な
る。また、水溶液中の硫酸イオンの伸縮振動による赤外
線の吸収特性は、この硫酸イオンの種類と濃度により異
なる。そこで、これらの水の吸収波数を測定波数とし、
基準となる参照波数との1〜6組を選定し、これらの波
数の組についての測定波数と参照波数の吸光度差と測定
溶液のイオン濃度とから、例えば各イオン濃度を目的変
数、吸光度差を説明変数とする重回帰法により、吸光度
差から各イオン濃度を算出するための関係式を作成する
することができる。また、硫酸イオンの吸収波数を測定
波数とし、基準となる参照波数との1組を選定し、この
1組の測定波数と参照波数の吸光度差と測定溶液の硫酸
イオン濃度とから、例えば硫酸イオン濃度を目的変数、
吸光度差を説明変数とする重回帰法により、吸光度差か
ら硫酸イオン濃度を算出するための関係式を作成するす
ることができる。そして、測定した吸光度差とこれらの
関係式から各イオン濃度を求めることができる。
【0011】なお、本発明の実施態様として好ましいも
のは、カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウ
ム、塩化物イオンの濃度測定用に、測定波数として水の
変角振動波数1710cm-1参照波数として2040c
-1、測定波数として水の変角振動波数1660cm-1
参照波数として2040cm-1、測定波数として水の変
角振動波数1620cm-1参照波数として1660cm
-1、測定波数として水の変角振動波数2230cm-1
照波数として2040cm-1、測定波数として水の変角
振動の倍音波数3150cm-1参照波数として2600
cm-1、測定波数として水の伸縮振動波数3660cm
-1参照波数として3740cm-1の6組の波数を選択す
ることを特徴とする製塩工程における成分濃度測定シス
テムである。
【0012】また、本発明の実施態様として好ましいも
のは、測定波数として水の変角振動波数1620cm-1
参照波数として1660cm-1、測定波数として水の変
角振動波数2230cm-1参照波数として2040cm
-1の2組の波数を選択してカルシウムイオン濃度を求め
るようにしたことを特徴とする製塩工程における成分濃
度測定システムである。
【0013】また、本発明の実施態様として好ましいも
のは、測定波数として水の変角振動の倍音波数3150
cm-1参照波数として2600cm-1の1組の波数を選
択してマグネシウムイオン濃度を求めるようにしたこと
を特徴とする製塩工程における成分濃度測定システムで
ある。
【0014】また、本発明の実施態様として好ましいも
のは、測定波数として水の変角振動波数1710cm-1
参照波数として2040cm-1、測定波数として水の変
角振動波数1660cm-1参照波数として2040cm
-1、測定波数として水の変角振動の倍音波数3150c
-1参照波数として2600cm-1の3組の波数を選択
してカリウムイオン濃度を求めるようにしたことを特徴
とする製塩工程における成分濃度測定システムである。
【0015】また、本発明の実施態様として好ましいも
のは、測定波数として水の変角振動の倍音波数3150
cm-1参照波数として2600cm-1の1組の波数を選
択してナトリウムイオン濃度を求めるようにしたことを
特徴とする製塩工程における成分濃度測定システムであ
る。
【0016】また、本発明の実施態様として好ましいも
のは、測定波数として水の伸縮振動波数3660cm-1
参照波数として3740cm-1の1組の波数を選択して
塩化物イオン濃度を求めるようにしたことを特徴とする
製塩工程における成分濃度測定システムである。
【0017】また、本発明の実施態様として好ましいも
のは、測定波数として硫酸イオンの伸縮振動波数110
4cm-1参照波数として1150cm-1の1組の波数を
選択して硫酸イオン濃度を求めるようにしたことを特徴
とする製塩工程における成分濃度測定システムである。
【0018】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の製塩工程にお
ける成分濃度測定システムの好ましい実施例を説明す
る。先ず、測定に使用する測定波数および参照波数の選
定と、成分濃度と吸光度差の関係式について説明する。
【0019】波数の選定を行うために塩化カルシウム、
塩化マグネシウム、塩化カリウム、塩化ナトリウムの各
々1[M]濃度の水溶液を調製し、FT−IR(フーリ
エ変換赤外分光装置)を用いてATR法(多重反射法)
により赤外線吸収スペクトルの測定を行った。
【0020】図1は上記測定結果を示す図であり、この
図は各水溶液についての吸光度から蒸留水についての吸
光度を引いた吸光度差を表したものである。この赤外線
吸収スペクトルから、カルシウム、マグネシウム、カリ
ウム、ナトリウムおよび塩化物イオンの濃度測定用に、
水の吸収波数のうち、塩類の種類により特有の吸収を示
す波数を測定波数として、また、測定波数に近い波数で
塩類の種類によりあまり影響を受けない波数を参照波数
として、図1に示したように、K1 〜K6 の6組の波数
を選定した。また、硫酸イオンの濃度測定用に、硫酸イ
オン特有の吸収を示す波数を測定波数として、測定波数
に近い波数で塩類の種類によりあまり影響を受けない波
数を参照波数としてK7 の1組の波数を選定した。
【0021】すなわち、測定波数は、次表1に示す選定
理由に従って選定し、HOH変角振動による寄与を測定
するために、測定波数1710cm-1と参照波数204
0cm-1の組(K1 )、測定波数1660cm-1と参照
波数2040cm-1の組(K 2 )、測定波数1620c
-1と参照波数1660cm-1の組(K3 )、測定波数
2230cm-1と参照波数2040cm-1の組(K4
を選定し、また、HOH変角振動の倍音による寄与を測
定するために、測定波数3150cm-1と参照波数26
00cm-1の組(K5 )を選定し、対称OH伸縮振動の
寄与を測定するために、測定波数3660cm-1と参照
波数3740cm-1の組(K6 )の6組の波数を選定し
た。さらに、SO縮重伸縮振動の寄与を測定するため
に、測定波数1104cm-1と参照波数1150cm-1
の組(K7 )の1組の波数を選定した。
【0022】
【表1】
【0023】(実施例1)図3は本発明の一実施例に係
る成分濃度測定装置の概要を示す図であり、この装置
は、FT−IR(フーリエ変換赤外分光装置)1、AT
Rセル2、コンピュータ3、サンプリング装置4で構成
されている。なお、この装置は成分濃度と吸光度差の関
係式を作成するときのサンプル溶液についての測定を行
うためのものであり、後述説明するように、製塩工程に
適用するときはサンプリング装置4に代えて製塩工程の
管路にATRセル2が接続される。
【0024】サンプリング装置4は、ポンプ4A,4
B、電磁弁4C,4D,4Eを備えており、製塩工程溶
液はサンプル溶液Aとしてサンプリングラインaに供給
され、ポンプ4Aによりサンプリングラインaから電磁
弁4D、ポンプ4Aおよび供給ラインdを通じてATR
セル2に導かれる。また、バックグラウンド測定用の蒸
留水Bが蒸留水供給ラインbに供給され、ポンプ4Bに
より蒸留水供給ラインbからポンプ4B、電磁弁4Eお
よび供給ラインdを通じてATRセル2に導かれる。さ
らに、ATRセル2内を洗浄する洗浄水Cが洗浄ライン
cに供給され、ポンプ4Aにより洗浄ラインcから電磁
弁4C、ポンプ4Aおよび供給ラインdを通じてATR
セル2に導かれる。なお、成分濃度と吸光度差の関係式
を作成するときのサンプル溶液はサンプリングラインa
からATRセル2内に供給する。
【0025】ATRセル2は、ZnSe製のプリズム2
Aとフローセル2Bとで構成されており、サンプリング
装置4からの溶液は供給ラインdからフローセル2B内
に供給されるとともに排出ラインeから排出される。す
なわち、この溶液はフローセル2B内を流動し、このと
きフローセル2B内の溶液はプリズム2Aに接してい
る。一方、プリズム2AにはFT−IR1で発生された
赤外線が入射され、プリズム2A内を多重反射すること
でこの赤外線はプリズム2Aと溶液の界面で溶液の成分
濃度に応じた特性で吸収される。
【0026】FT−IR1は、上記のようにATRセル
2内のプリズム2Aに赤外線を照射するとともに、この
プリズム2Aで多重反射した赤外線を検知して、検知し
た赤外線の波数と強度の関係を示すスペクトル情報を出
力する。
【0027】コンピュータ3は、FT−IR1で得られ
たスペクトル情報から、赤外線吸収スペクトルを作成
し、この赤外線吸収スペクトルから水の吸収波長に関係
する前記1〜6組の波数の吸光度と、硫酸イオンの吸収
波数に関係する前記1組の波数の吸光度を選択的に測定
する。そして、この水の吸収波長に関係する1〜6組の
波数および硫酸イオンの吸収波数に関係する1組の測定
波数についての吸光度と参照波数についての吸光度の差
(吸光度差)をそれぞれ求め、この吸光度差と、各成分
濃度と吸光度差について予め定められた関係式とから各
成分濃度を算出する。
【0028】(成分濃度と吸光度差の関係式)この実施
例では、成分濃度と吸光度差の関係式作成用のサンプル
溶液は全ての製塩工場の成分濃度に対応できるように下
記のように作成した。また、関係式は成分濃度の違いか
ら晶析缶缶内液とイオン交換膜電気透析装置で生産した
かん水用の2種類のサンプル溶液を調製した。
【0029】(サンプル溶液)缶内液の成分濃度測定用
のサンプル溶液として、塩化カルシウム濃度が5〜70
[g/l]、塩化カルシウムと塩化マグネシウムの比が
1:2〜4、塩化カルシウムと塩化カリウムの比が1:
2、硫酸イオン濃度が0〜1.0[g/l]であり、各
々の溶液を塩化ナトリウムで飽和にした58点の溶液を
調製し、成分濃度の分析を行った。
【0030】一方、かん水の成分濃度測定用のサンプル
溶液として、塩化ナトリウム濃度が150〜220[g
/l]、塩化カルシウムと塩化マグネシウムの比が1:
2〜4、硫酸イオン濃度が0〜1.0[g/l]、純塩
率が88〜94[%]である36点の溶液を調製し、成
分濃度の分析を行った。
【0031】(6組の波数を用いたカルシウム、マグネ
シウム、カリウム、ナトリウム、塩化物イオンの成分濃
度と吸光度差の関係式)缶内液の成分濃度測定用とかん
水の成分濃度測定用の各々のサンプル溶液について、水
の吸収波数に関係する6組の波数における吸光度差を前
記図2の成分濃度測定装置により測定し、カルシウム、
マグネシウム、カリウム、ナトリウム、塩化物のイオン
濃度について、各イオン濃度を目的変数、吸光度差を説
明変数とした重回帰法により、吸光度差から各イオン濃
度を算出するための次式 (1)〜(5) のような関係式を缶
内液用とかん水用について各々作成した。なお、溶液温
度は缶内液相当溶液は25℃、50℃、75℃の3点、
かん水相当溶液は15℃、25℃、35℃の3点とし
た。
【0032】
【数1】
【0033】ただし、 Ci :測定対象イオン濃度(i=Ca,Mg,K,N
a,Cl)[g/l] A1 :測定波数1710cm-1と参照波数2040cm
-1の吸光度差[−] A2 :測定波数1660cm-1と参照波数2040cm
-1の吸光度差[−] A3 :測定波数1620cm-1と参照波数1660cm
-1の吸光度差[−] A4 :測定波数2230cm-1と参照波数2040cm
-1の吸光度差[−] A5 :測定波数3150cm-1と参照波数2600cm
-1の吸光度差[−] A6 :測定波数3660cm-1と参照波数3740cm
-1の吸光度差[−] aj 、bj 、cj 、dj 、ej :重回帰係数(j=0〜
6)
【0034】(1組の波数を用いた硫酸イオン濃度と吸
光度差の関係式)缶内液の成分濃度測定用とかん水の成
分濃度測定用の各々のサンプル溶液について、硫酸イオ
ンの吸収波数に関係する1組の波数における吸光度差を
成分濃度測定装置により測定し、硫酸イオンと1組の波
数における吸光度差との関係を示す次式 (6)のような関
係式を缶内液用とかん水用について作成した。
【0035】
【数2】
【0036】ただし、 CSO4 :硫酸イオン濃度[g/l] A7 :測定波数1104cm-1と参照波数1150cm
-1の吸光度差[−] fj :重回帰係数(j=0,1)
【0037】(1〜3組の波数を用いたカルシウム、マ
グネシウム、カリウム、ナトリウム、塩化物イオンの成
分濃度と吸光度差の関係式)前記のカルシウム、マグネ
シウム、カリウム、ナトリウム、塩化物イオンの成分濃
度に関係する関係式 (1)〜(5) は6組の波数の吸光度差
を用いて成分濃度との関係を表したものであるが、個々
のイオン濃度について濃度測定を行う場合には、測定に
用いる波数の組数を削減することができる。そこで、個
々のイオン濃度について最低限必要な波数の組数につい
て検討した結果、少なくとも1〜3組の波数の吸光度差
を測定すれば、関係式が作成できることがわかった。
【0038】缶内液の成分濃度測定用の各々のサンプル
溶液について、測定対象とするイオン濃度に応じて1〜
3組の波数を次のように選択し、この選択した波数にお
ける吸光度差を成分濃度測定装置により溶液温度25
℃、50℃、75℃で測定した。
【0039】カルシウムイオン濃度に関しては測定波数
1620cm-1参照波数1660cm-1、測定波数23
30cm-1参照波数2040cm-1の2組の波数におけ
る吸光度差を測定した。
【0040】マグネシウムイオン濃度に関しては測定波
数3150cm-1参照波数2600cm-1の1組の波数
における吸光度差を測定した。
【0041】カリウムイオン濃度に関しては測定波数1
710cm-1参照波数2040cm -1、測定波数166
0cm-1参照波数2040cm-1、測定波数3150c
-1参照波数2600cm-1の3組の波数における吸光
度差を測定した。
【0042】ナトリウムイオン濃度に関しては測定波数
3150cm-1参照波数2600cm-1の1組の波数に
おける吸光度差を測定した。
【0043】塩化物イオン濃度に関しては測定波数36
60cm-1参照波数3740cm-1の1組の波数におけ
る吸光度差を測定した。
【0044】そして、各イオン濃度を目的変数、吸光度
差を説明変数とした重回帰法により、吸光度差から各イ
オン濃度を算出するための (7)〜(11)式のような関係式
を各々作成した。
【0045】
【数3】
【0046】ただし、 Ci :測定対象イオン濃度(i=Ca,Mg,K,N
a,Cl)[g/l] A1 :測定波数1710cm-1と参照波数2040cm
-1の吸光度差[−] A2 :測定波数1660cm-1と参照波数2040cm
-1の吸光度差[−] A3 :測定波数1620cm-1と参照波数1660cm
-1の吸光度差[−] A4 :測定波数2230cm-1と参照波数2040cm
-1の吸光度差[−] A5 :測定波数3150cm-1と参照波数2600cm
-1の吸光度差[−] A6 :測定波数3660cm-1と参照波数3740cm
-1の吸光度差[−] gj 、hj 、mj 、nj 、pj :重回帰係数(j=0〜
6)
【0047】(成分濃度の測定)次に、以上のように作
成した関係式から成分濃度の測定を行った一例について
説明する。
【0048】(水の吸収波数に関係する6組の波数と硫
酸イオンの吸収波数に関係する1組の波数を用いた成分
濃度の測定)缶内液相当溶液とかん水相当溶液の各々の
サンプル溶液について、水の吸収波数に関係する6組の
波数における吸光度差と硫酸イオンの吸収波数に関係す
る1組の波数における吸光度差を成分濃度測定装置によ
り測定し、缶内液の成分濃度測定用のイオン濃度と吸光
度差の関係式と、かん水の成分濃度測定用のイオン濃度
と吸光度差の関係式から、各々、カルシウム、マグネシ
ウム、カリウム、ナトリウム、塩化物、硫酸イオンの濃
度を算出した値を測定値として、分析値との比較を行っ
た。なお、溶液温度は缶内液相当溶液は25℃、50
℃、75℃の3点、かん水相当溶液は15℃、25℃、
35℃の3点とした。
【0049】一例として図4〜図9に溶液温度25℃で
の缶内液相当溶液についてのカルシウム、マグネシウ
ム、カリウム、ナトリウム、塩化物、硫酸イオンのイオ
ン濃度の測定値と分析値との関係について示し、次表2
に溶液温度が各々25℃、50℃、75℃の缶内液相当
溶液の成分濃度の測定値と分析値との相関係数について
示す。
【0050】
【表2】
【0051】このように、いずれの場合においても、相
関係数r=0.96以上の非常に高い相関が得られた。
この結果から、この実施例の成分濃度測定方法によれ
ば、製塩工程の缶内液中のカルシウム、マグネシウム、
カリウム、ナトリウム、塩化物、硫酸イオンのイオン濃
度を溶液温度25〜75℃の範囲において高い精度で測
定できることがわかる。
【0052】また、次表3に溶液温度が各々15℃、2
5℃、35℃のかん水相当溶液の成分濃度の測定値と分
析値との相関係数について示す。
【0053】
【表3】
【0054】このように、いずれの場合においても、相
関係数r=0.91以上の高い相関が得られた。この結
果から、この実施例の分濃度測定方法によれば、製塩工
程のかん水中のカルシウム、マグネシウム、カリウム、
ナトリウム、塩化物、硫酸イオンのイオン濃度を溶液温
度15〜35℃の範囲において高い精度で測定できるこ
とがわかる。
【0055】(水の吸収波数に関係する1〜3組の波数
を用いた成分濃度の測定)缶内液相当溶液のサンプル溶
液について、前記1〜3組の波数における吸光度差を成
分濃度測定装置により溶液温度25℃、50℃、75℃
で測定し、前記1〜3組の波数を用いた缶内液の成分濃
度測定用のイオン濃度と吸光度差との関係式から、各
々、カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウ
ム、塩化物イオンのイオン濃度を算出した値を測定値と
して、分析値との比較を行った。
【0056】一例として図10〜図14に、溶液温度2
5℃での缶内液相当溶液についてのカルシウム、マグネ
シウム、カリウム、ナトリウム、塩化物イオン濃度の測
定値と分析値との関係について示し、次表4に溶液温度
が各々25℃、50℃、75℃の缶内液相当溶液の成分
濃度の測定値と分析値との相関係数について示す。
【0057】
【表4】
【0058】このように、いずれの場合においても、相
関係数r=0.94以上の非常に高い相関が得られ、6
組の波数を用いた場合に比べ若干精度が低くなったが、
1〜3組の波数の吸光度を用いた方法でも缶内液中のカ
ルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウム、塩化
物イオン濃度を溶液温度25〜75℃の範囲において高
い精度で測定できることがわかる。
【0059】(実施例2)図2は本発明の一実施例の製
塩工程における成分濃度測定システムの概要を示す図で
あり、前記図3について説明した成分濃度測定装置と同
様の要素には図3と同符号を付記してある。
【0060】晶析装置5は製塩工程の一部であり、この
晶析装置5の結晶缶5Aには図示しない前段の装置でか
ん水を濃縮して得られた母液あるいは濃縮かん水が原料
溶液A′として供給される。
【0061】結晶缶5Aには循環ポンプ5Bを介して加
熱器5Cが設けられており、結晶缶5A内に充填された
原料溶液A′は、加熱器5Cを循環しながらこの加熱器
5Cに供給される蒸気によって加熱され、結晶缶5Aか
らの水蒸気の蒸発により濃縮されて食塩が析出する。そ
して、沈殿した食塩が結晶缶5Aの下部から取り出され
る。
【0062】また、循環ポンプ5Bと加熱器5Cとを連
通する循環ラインgには、加熱器5Cをバイパスするサ
ンプリングラインa′が設けられており、循環ラインg
の原料溶液はポンプ4Aによりサンプリングラインa′
からポンプ4Aおよび供給ラインdを通じてATRセル
2に導かれる。また、ATRセル2の排出ラインeは循
環ラインに接続されており、ATRセル2のフローセル
2Bを通過した原料溶液は循環ラインに戻される。さら
に、サンプリングラインa′には、コンピュータ3で制
御される排出弁6に通じる排出ラインfが設けられてお
り、原料溶液を排出できるようになっている。なお、こ
の排出された原料溶液は図示しない後段の装置に送液さ
れる。
【0063】以上の構成により、FT−IR1は、AT
Rセル2のプリズム2A内に赤外線を発生してプリズム
2A内で多重反射した赤外線を検知して、検知した赤外
線の波数と強度の関係を示すスペクトル情報を出力し、
コンピュータ3はこのスペクトル情報から赤外線吸収ス
ペクトルを作成し、この赤外線吸収スペクトルから水の
吸収波長に関係する前記1〜6組の波数の吸光度差と、
硫酸イオンの吸収波数に関係する前記1組の波数の吸光
度を選択的に測定する。そして、吸光度差と各イオン濃
度の関係式から各イオン濃度を算出し、このイオン濃度
と予め決められた管理基準に基づいて排出弁6を制御し
て原料溶液の濃度を調節する。
【0064】晶析装置5の運転により晶析缶5A内の原
料溶液濃度は次第に高くなるが、これに対してコンピュ
ータ3と排出弁6は原料溶液濃度を制御する制御機構を
構成している。すなわち、所定成分濃度が管理基準とし
て定められており、コンピュータ3は、測定した各イオ
ン濃度に基づいて原料溶液が管理基準より濃縮されてい
るか否かを判定し、管理基準以上に濃縮された場合に
は、排出弁6を開いて原料溶液A′を排出し、原料溶液
濃度が管理基準付近になるように制御する。
【0065】ここで、上記実施例のシステムを用いて、
管理基準をマグネシウムイオン濃度を50[g/l]と
して、晶析装置5の運転を行った場合の原料溶液A′の
マグネシウム濃度の分析値と測定値との経時間変化を図
15に示した。同図より、分析値と測定値との間にはほ
とんど差がなく、また、マグネシウムイオン濃度は50
[g/l]±3[g/l]の範囲で制御されており、こ
の実施例のシステムが工程制御に有効であることがわか
る。
【0066】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、赤
外線の水の吸収波数、その倍音の波数、硫酸イオンの吸
収波数を測定波数として、また、成分濃度によりほとん
ど影響を受けない波数を参照波数としてそれぞれ選定
し、カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウ
ム、塩化物、硫酸イオンを含む溶液についての測定波数
と参照波数の吸光度差を測定し、カルシウム、マグネシ
ウム、カリウム、ナトリウム、塩化物イオン濃度を測定
波数と参照波数についての1〜6組の吸光度差で表した
関係式を、また、硫酸イオン濃度を測定波数と参照波数
についての1組の吸光度差で表した関係式を、それぞれ
予め定めておき、製塩工程におけるかん水または缶内液
のサンプリング溶液について測定波数と参照波数につい
ての2〜7組の吸光度差を測定し、測定した水の吸収波
数に関係する1〜6組の吸光度差から前記関係式に基づ
いてかん水または缶内液のカルシウム、マグネシウム、
カリウム、ナトリウム、塩化物イオン濃度を求め、測定
した硫酸イオンの吸収波数に関係する1組の吸光度差か
ら前記関係式に基づいてかん水または缶内液の硫酸イオ
ン濃度を求めるようにしたので、製塩工程において、か
ん水、缶内液の主成分であるナトリウム、塩化物イオ
ン、不純物であるカルシウム、マグネシウム、カリウ
ム、硫酸イオンの6成分の濃度をインラインで迅速、か
つ、信頼性高く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る塩類溶液の赤外線吸収スペクトル
を示す図である。
【図2】本発明の実施例の製塩工程における成分濃度測
定システムの概要を示す図である。
【図3】本発明の実施例に係る成分濃度測定装置の概要
を示す図である。
【図4】実施例における6組の波数の吸光度差を用いて
測定したカルシウムイオン濃度の測定値と分析値との関
係を示す図である。
【図5】実施例における6組の波数の吸光度差を用いて
測定したマグネシウムイオン濃度の測定値と分析値との
関係を示す図である。
【図6】実施例における6組の波数の吸光度差を用いて
測定したカリウムイオン濃度の測定値と分析値との関係
を示す図である。
【図7】実施例における6組の波数の吸光度差を用いて
測定したナトリウムイオン濃度の測定値と分析値との関
係を示す図である。
【図8】実施例における6組の波数の吸光度差を用いて
測定した塩化物イオン濃度の測定値と分析値との関係を
示す図である。
【図9】実施例における1組の波数の吸光度差を用いて
測定した硫酸イオン濃度の測定値と分析値との関係を示
す図である。
【図10】実施例における2組の波数の吸光度差を用い
て測定したカルシウムイオン濃度の測定値と分析値との
関係を示す図である。
【図11】実施例における1組の波数の吸光度差を用い
て測定したマグネシウムイオン濃度の測定値と分析値と
の関係を示す図である。
【図12】実施例における3組の波数の吸光度差を用い
て測定したカリウムイオン濃度の測定値と分析値との関
係を示す図である。
【図13】実施例における1組の波数の吸光度差を用い
て測定したナトリウムイオン濃度の測定値と分析値との
関係を示す図である。
【図14】実施例における1組の波数の吸光度差を用い
て測定した塩化物イオン濃度の測定値と分析値との関係
を示す図である。
【図15】実施例の製塩工程における成分濃度測定シス
テムを用いて、晶析装置の運転を行った場合の原料溶液
のマグネシウム濃度の分析値と測定値との経時変化を示
す図である。
【符号の説明】
1…FT−IR、2…ATRセル、3…コンピュータ、
4…サンプリング装置、4A,4B…ポンプ、4C,4
D,4E…電磁弁、5…晶析装置、5A…晶析缶、5B
…循環ポンプ、5C…加熱器、6…排出弁、A…サンプ
ル溶液、B…蒸留水、C…洗浄水、a…サンプリングラ
イン、b…蒸留水供給ライン、c…洗浄ライン、d…供
給ライン、e,f…排出ライン、g…循環ライン。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 製塩工程における、イオン交換膜電気透
    析装置で濃縮されたかん水または晶析缶に収容された缶
    内液中の成分濃度を測定する製塩工程における成分濃度
    測定システムであって、 赤外線における水の吸収波数、その倍音の波数、硫酸イ
    オンの吸収波数を測定波数として、また、成分濃度によ
    りほとんど影響を受けない波数を参照波数としてそれぞ
    れ選定し、予め調整したカルシウム、マグネシウム、カ
    リウム、ナトリウム、塩化物、硫酸イオンを含む水溶液
    についての上記測定波数と参照波数の吸光度差を測定
    し、カルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウ
    ム、塩化物イオン濃度については水の吸収波数およびそ
    の倍音の波数の上記測定波数と参照波数についての1〜
    6組の吸光度差で表した関係式を、また硫酸イオン濃度
    については硫酸イオンの吸収波数の測定波数と参照波数
    についての1組の吸光度差で表した関係式を予め定めて
    おき、 前記かん水または缶内液のサンプリング溶液について前
    記硫酸イオンの吸収波数を含む2〜7組の前記測定波数
    と参照波数についての吸光度差を測定し、該測定した水
    の吸収波数およびその倍音の波数に関係する1〜6組の
    吸光度差から前記関係式に基づいて前記かん水または缶
    内液のカルシウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウ
    ム、塩化物イオン濃度を求めるとともに、硫酸イオンの
    吸収波数に関係する1組の吸光度差から前記関係式に基
    づいて前記かん水または缶内液の硫酸イオン濃度を求め
    るようにしたことを特徴とする製塩工程における成分濃
    度測定システム。
  2. 【請求項2】 カルシウム、マグネシウム、カリウム、
    ナトリウム、塩化物イオンの濃度測定用に、測定波数と
    して水の変角振動波数1710cm-1参照波数として2
    040cm-1、測定波数として水の変角振動波数166
    0cm-1参照波数として2040cm-1、測定波数とし
    て水の変角振動波数1620cm-1参照波数として16
    60cm-1、測定波数として水の変角振動波数2230
    cm-1参照波数として2040cm-1、測定波数として
    水の変角振動の倍音波数3150cm-1参照波数として
    2600cm-1、測定波数として水の伸縮振動波数36
    60cm-1参照波数として3740cm-1の6組の波数
    を、硫酸イオン濃度測定用の測定波数として硫酸イオン
    の伸縮振動波数1104cm-1参照波数として1150
    cm-1の1組の波数を選択するようにしたことを特徴と
    する請求項1記載の製塩工程における成分濃度測定シス
    テム。
  3. 【請求項3】 測定波数として水の変角振動波数162
    0cm-1参照波数として1660cm-1、測定波数とし
    て水の変角振動波数2230cm-1参照波数として20
    40cm-1の2組の波数を選択してカルシウムイオン濃
    度を求めるようにしたことを特徴とする請求項1記載の
    製塩工程における成分濃度測定システム。
  4. 【請求項4】 測定波数として水の変角振動の倍音波数
    3150cm-1参照波数として2600cm-1の1組の
    波数を選択してマグネシウムイオン濃度を求めるように
    したことを特徴とする請求項1記載の製塩工程における
    成分濃度測定システム。
  5. 【請求項5】 測定波数として水の変角振動波数171
    0cm-1参照波数として2040cm-1、測定波数とし
    て水の変角振動波数1660cm-1参照波数として20
    40cm-1、測定波数として水の変角振動の倍音波数3
    150cm-1参照波数として2600cm-1の3組の波
    数を選択してカリウムイオン濃度を求めるようにしたこ
    とを特徴とする請求項1記載の製塩工程における成分濃
    度測定システム。
  6. 【請求項6】 測定波数として水の変角振動の倍音波数
    3150cm-1参照波数として2600cm-1の1組の
    波数を選択してナトリウムイオン濃度を求めるようにし
    たことを特徴とする請求項1記載の製塩工程における成
    分濃度測定システム。
  7. 【請求項7】 測定波数として水の伸縮振動波数366
    0cm-1参照波数として3740cm-1の1組の波数を
    選択して塩化物イオン濃度を求めるようにしたことを特
    徴とする請求項1記載の製塩工程における成分濃度測定
    システム。
  8. 【請求項8】 測定波数として硫酸イオンの伸縮振動波
    数1104cm-1参照波数として1150cm-1の1組
    の波数を選択して硫酸イオン濃度を求めるようにしたこ
    とを特徴とする請求項1記載の製塩工程における成分濃
    度測定システム。
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