JPH0545276A - 固液系攪拌におけるスラリー濃度の多点リアルタイム 測定装置 - Google Patents

固液系攪拌におけるスラリー濃度の多点リアルタイム 測定装置

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JPH0545276A
JPH0545276A JP20305291A JP20305291A JPH0545276A JP H0545276 A JPH0545276 A JP H0545276A JP 20305291 A JP20305291 A JP 20305291A JP 20305291 A JP20305291 A JP 20305291A JP H0545276 A JPH0545276 A JP H0545276A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 独立した入力処理回路に連結し、固液系攪拌
槽の高さ方向と水平方向に位置調節自在に配置した複数
のフォトインタラプタと、このフォトインタラプタから
の出力電圧値を取込むサンプル/ホールド回路と、これ
に続くA−D変換回路、データの記憶装置、さらに制御
回路とインターフェイス回路とを演算処理装置とともに
有する固液系攪拌におけるスラリー濃度の多点リアルタ
イム測定装置。 【効果】 光透過方式による局所スラリー濃度の多点リ
アルタイム測定が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、固液系攪拌における
スラリー濃度の多点リアルタイム測定装置とこれを用い
たリアルタイムでの濃度測定方法に関するものである。
さらに詳しくは、この発明は、金属、セラミックス、化
学、食品、医薬品、塗料、その他の広範囲な分野におい
て有用な、固液系攪拌での多点リアルタイム測定を可能
とする新しい測定装置とその応用に関するものである。
【0002】
【従来の技術とその課題】従来より、スラリー濃度の測
定は、各種の分野において重要な課題になっており、そ
の制御のための前提となる測定法は、様々な製品の製造
や利用にとって基盤技術ともなっている。たとえば、水
素付加反応に触媒として使用される、R−Ni、鉄分の
様に密度の大きい粒子を扱う固−液系攪拌では、固相の
分散状態が反応速度に影響する。このようなケースの装
置を設計する際には、槽内における粒子の浮遊・分散状
態を定量的に評価することが重要となり、そのために
は、槽内のスラリー濃度分布を多点で同一時刻に測定す
ることが必要となる。
【0003】しかしながら、これまでにもスラリー濃度
の測定については様々な方法が採用されてきているもの
の、いずれも固液系攪拌の特徴として、固体粒子の分散
が偏向している現象を全体的に把握することはできない
ものである。どうしても、局所的なスラリー濃度の測定
に終始してしまう。このことは、光学方式を利用した方
法においても同様であった。
【0004】このため、従来の方法によっては、攪拌槽
内の濃度分布を多点で同一時刻に測定評価することがで
きなかった。この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであり、従来法の欠点を解消し、固液系攪拌に
おけるスラリー濃度の多点リアルタイム測定を可能とす
る新しい技術手段を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、独立した入力処理回路に連結
し、固液系攪拌槽の高さ方向と水平方向に位置調節自在
に配置した複数のフォトインタラプタと、このフォトイ
ンタラプタからの出力電圧値を取込むサンプル/ホール
ド回路と、これに続くA−D変換回路、データの記憶装
置、さらに制御回路とインターフェイス回路とを演算処
理装置とともに有することを特徴とする固液系攪拌にお
けるスラリー濃度の多点リアルタイム測定装置を提供す
る。
【0006】また、この発明は、上記の測定装置を用
い、フォトインタラプタによる濃度検定曲線の作成後、
スラリー濃度の測定を行うことを特徴とする固液系攪拌
におけるスラリー濃度が多点リアルタイム測定方法をも
提供する。以下、この発明について図面を参照しつつさ
らに詳しく説明する。まず、添付した図面の図1は、こ
の発明の多点リアルタイム測定装置の構成を例示したブ
ロックダイアグラムである。所要数のフォトインタラプ
タは、それぞれ独立した入力処理回路に連結されてお
り、攪拌槽の高さ方向および水平方向に位置調節自在に
所要の位置に配置する。
【0007】この図1の構成において、同一時刻に得ら
れたフォトインタラプタからの出力電圧値をサンプル/
ホールド回路に取込み、A−D変換し、そのデータをR
AMに記憶後、マイクロコンピューターに転送してデー
タ処理を行うようにしている。ここで用いているフォト
インタラプタについて説明すると、このフォトインタラ
プタは、たとえば図2に例示したような寸法を持つ市販
品(シャープ製GPISO5)等として示すことができ
るものであって、発光素子(赤外発光ダイオード)と受
光素子(フォトトランジスタ)が、それぞれレンズ付き
の樹脂モールドパッケージに入っており、それがさらに
ケースに組み込まれ一体化されている。もちろん、市販
されているフォトインタラプタには色々なサイズがあ
り、例示した13.7×6.0 ×10.0mmの大きさで、その周波
数応答が18.1KHz (0.055ms )、測定空間5.0 ×0.5 ×
3.0mm の性能のものに限られることはない。しかし、い
ずれの場合も、このような測定空間内に存在する粒子に
よる光量変化を受光素子で検出することにより、局所ス
ラリー濃度を測定することができる。
【0008】そこで、このような装置による具体例を次
に示すこととする。
【0009】
【実施例】図1に示したブロックダイアグラムにおい
て、フォトインタラプタに独立に直結する入力処理回路
として図3(回路図)を構成し、また、制御回路とし
ては、図4(回路図)および図5(回路図)を構成
した。また、フォトインタラプタは、図6に示したよう
に高さ方向と槽底部とに合計で16個配置した。図中の
符号は以下のものを示している。
【0010】 モーター 攪拌翼 攪拌槽(透明アクリル製) 角槽(透明アクリル製) バッフル(4枚) フォトインタラプタ 測定回路 マイクロコンピュータ D=0.40[m] H=0.40[m] d=0.22[m] フォトインタラプタの配置固定をさらに詳しく高さ方
向のプローブと、槽底用プローブとして示したものが図
7および図8である。すなわち、槽内には、6個のフォ
トインタラプタを36mm間隔で固定し、高さ方向には、
10個のフォトインタラプタを40mm間隔で設置した。
この高さ方向の10個のフォトインタラプタは、1本の
プローブとし半径方向にトラバース可能な構造とした。
【0011】この測定装置を用い、図9に示したライト
サイクルタイミングチャートに沿ってデータ処理し、各
フォトインタラプタの測定値として、2.0ms 間隔で20
48個のデータをサンプリングして、その平均値を求め
た。すなわち1回の測定時間は約4秒となり、また、フ
ォトインタラプタの周波数応答は18.1KHz (0.055ms)
であった。
【0012】図10は測定生データの一例を示したもの
である。16個のフォトインタラプタについて同時に、
2ms間隔で2048個のデータがサンプリングされる。
このようにデータの変動が見られる。実際に、図6の装
置として、攪拌翼がステンレス製の2枚垂直パドル翼と
2枚45°傾斜パドル翼とを用い、また、使用液体とし
ては水道水を用い、固定粒子には、次の表1に示したよ
うな工業用鉄粉と豊浦砂を用いて、スラリー濃度を測定
した。粒子は、それぞれ篩い分けを行い、鉄粉は平均粒
子径−63μm,127μm、豊浦砂は平均粒子径21
0μmを使用した。
【0013】実験では、固体粒子の種類及び濃度、攪拌
翼の回転数及び種類を変えて、槽内全域について局所ス
ラリー濃度を測定した。また、各測定位置における濃度
変動も同時に算出した。
【0014】
【表1】
【0015】各々のフォトインタラプタは前もって濃度
の検定を行い、この検定曲線をマイクロコンピュータに
記憶させ実験データを濃度に変換した。図11および図
12はその結果を示したものである。横軸が濃度Cs、
縦軸が出力電圧の比Vo/Viを示している。ここでV
oが測定空間内に粒子が無いときの出力値、Viが粒子
がある時の出力値を示している。図から分かるように、
鉄粉、砂共に良好な直線関係が得られている。また、粒
子径が小さくなると傾きは大きくなる。即ち感度が大き
くなる。
【0016】測定は槽内の1/4 の領域、すなわち、図1
3に示したJ=1〜6,K=1〜10の範囲で行った。
測定点数は240であり、D=0.40, H=0.40, d=0.
22m,h=0.07, bw =0.04であった。 次の工業用鉄粉 ・鉄粉平均粒子径127μm ・r=0.155 [m] ・h=0.07[m] ・d=0.22[m] ・Cs=3.0 [wt.%] を用いた場合のスラリー濃度測定結果の一例を示したも
のが図14および図15である。鉄粉濃度は3.0wt %
で、2枚45°傾斜パドル翼を使用し、翼回転数をパラ
メータとした測定結果である。なお、Zは槽底からの高
さ、rは、槽中心からの半径方向の距離を示している。
また、この実験はZ方向の10個のプローブを固定して
行っている。
【0017】図14はZ方向r=0.155 mにおける局所
スラリー濃度の測定結果であり、横軸が無次元高さZ/
H、縦軸が濃度Csを表わしている。回転数が小さくな
るに従い濃度のレベルが下がる傾向がみられる。また、
図15は、r方向Z=0.012 mにおける結果で、横軸
は、無次元半径方向距離2r/Dを表わしている。この
図15より、槽中心と槽壁側の濃度が高くなっている傾
向がみられる。
【0018】また、図16は、J=1〜6(測定領域概
略図)におけるr−z面の濃度分布を等濃度線を用いて
表したものである。すなわち、2枚45°傾斜パドル翼
を用い、鉄粉の粒子径は−63μm、濃度Cs:3.0wt
%、翼回転数4.42s-1における測定結果を示している。
各r−z面で濃度分布のパターンが違うことが分かる。
この違いは翼の回転とバッフルによるものと考えられ
る。
【0019】図17は、鉄粉の粒子径127μm、濃度
Cs:3.0wt%、翼回転数5.00s-1における測定結果を
示しており、図16と違って槽上部に濃度の高い部分は
見られない。図18は、豊浦砂平均粒子径210μm、
濃度Cs:3.0wt %、翼回転数3.83s-1における測定結
果を示している。図16および図17に比べて、槽内の
濃度の片寄りが、かなり小さくなっている。
【0020】図19は、先に説明した3種類の測定結果
を同一r−z面、J=3で比較した図である。粒子径、
密度等の差により濃度分布のパターンがかなり違うこと
が分かる。このように、この発明の装置による場合に
は、リアルタイムに多点での濃度測定が可能になるが同
時にまた、スラリー濃度以外にも、濃度変動の状態も測
定できる。図20は、1個のフォトインタラプタで20
48個のデータをサンプリングした時の、変動状態の一
例を示している。ここでは100個のデータを載せてあ
る。
【0021】横軸が時間t[ms]、縦軸は濃度Cs示し
ている。2ms間隔でサンプリングしても、データの変動
はかなり大きいことが分かる。そこで、変動係数Eを標
準偏差/平均値で定義し槽内における変動係数の分布を
算出してみると、先ほどと同じように、図21に示した
ように同一r−z面、J=3で変動係数Eの比較から、
変動状態のパターンも違っていることが分かる。
【0022】
【発明の効果】たとえば以上の通りの実施例から明らか
なように、この発明の装置と方法とによって、光透過方
式による局所スラリー濃度の多点リアルタイム測定が可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の装置のブロックダイヤグラム図であ
る。
【図2】フォトインタラプタを例示した斜視図である。
【図3】この発明の装置の入力処理回路を例示した回路
図である。
【図4】
【図5】この発明の装置の制御回路を例示した回路図で
ある。
【図6】フォトインタラプタ等の配置を示した装置構成
図である。
【図7】
【図8】フォトインタラプタの配置を示したプローブの
側面図および平面/側面図である。
【図9】ライトサイクルタイミングチャート図である。
【図10】この発明の測定による生データの例示図であ
る。
【図11】
【図12】濃度検定線図である。
【図13】測定の領域を示した斜視図である。
【図14】
【図15】スラリー濃度の測定図である。
【図16】
【図17】
【図18】r−z面における濃度分布の等濃度線図であ
る。
【図19】J=3における等濃度線図である。
【図20】濃度変動の測定図である。
【図21】濃度の変動係数の等値線図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 独立した入力処理回路に連結し、固液系
    攪拌槽の高さ方向と水平方向に位置調節自在に配置した
    複数のフォトインタラプタと、このフォトインタラプタ
    からの出力電圧値を取込むサンプル/ホールド回路と、
    これに続くA−D変換回路、データの記憶装置、さらに
    制御回路とインターフェイス回路とを演算処理装置とと
    もに有することを特徴とする固液系攪拌におけるスラリ
    ー濃度の多点リアルタイム測定装置。
  2. 【請求項2】 請求項1の測定装置を用い、フォトイン
    タラプタによる濃度検定曲線の作成後、スラリー濃度の
    測定を行うことを特徴とする固液系攪拌におけるスラリ
    ー濃度の多点リアルタイム測定方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01132943U (ja) * 1988-02-26 1989-09-11
JPH0584848U (ja) * 1992-04-21 1993-11-16 三洋測器株式会社 懸濁物濃度分布測定装置

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JPH01132943U (ja) * 1988-02-26 1989-09-11
JPH0584848U (ja) * 1992-04-21 1993-11-16 三洋測器株式会社 懸濁物濃度分布測定装置

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