(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプリング装置に導入されたサンプル液のアルカリ濃度を近赤外分光分析計を用いて連続分析するアルカリ濃度分析装置であって、サンプル液が入出する所定のヘッド差を有する２つの槽と、これら２つの槽を結び前記サンプルを液を流す配管と、この配管の途中に設けられサンプル液を加熱する恒温槽と、この恒温槽で加熱されたサンプル液の近赤外スペクトルを測定する近赤外分光分析計と、前記２つの槽のうち上方の槽に一定量の水を連続して流入させる希釈手段からなり、前記近赤外分光分析計の校正に際しては前記希釈手段でサンプル液を連続希釈するように構成したことを特徴とするアルカリ濃度分析装置。
【請求項２】
薬液を計量する計量タンクと、この計量タンクの薬液を所定時間ごとに送出する制御手段と、前記薬液を前記近赤外分光分析計を構成する検出器の窓に搬送する搬送手段を備え、前記薬液で前記窓を洗浄するように構成したことを特徴とする請求項１記載のアルカリ濃度分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明はパルプ製造プラントにおける薬品回収サイクルの中の白液や緑液のアルカリ度を連続測定することにより、アルカリ度の濃度を制御可能とし、パルプ品質の向上と測定工数の削減を図ったアルカリ濃度分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８はパルプ製造プラントにおける薬品回収サイクルの一般的な流れ図を示すものである。図において、溶解手段（連釜）１にチップ、白液が投入されてチップが蒸解される。蒸解が終了すると蒸解パルプ及び蒸解廃液は連釜１から排出される。
【０００３】
このパルプ、廃液混合物はブロータンク２を介してパルプ洗浄手段３へ送出され、パルプの精製がなされると共に黒液が回収される。洗浄手段３で回収された黒液は稀黒液タンク４に送出される。この黒液には最初に添加した白液にチップから溶出した有機物質が含まれている。
【０００４】
その黒液の一部は連釜１に戻されて苛性ソーダ液の希釈等に使用されるが、大部分の黒液はエバボレータ（乾燥機）５で濃縮され濃黒液タンク６に送出される。この黒液には有機成分、Ｎａ２ＣＯ３、Ｎａ２Ｓ、Ｎａ２ＳＯ４、ＮａＯＨ等のアルカリ成分が含まれている。
【０００５】
次に濃縮黒液は回収ボイラー７で燃焼されるが、その目的は
▲１▼ソーダ分の回収、
▲２▼Ｎａ２ＳＯ４をＮａ２Ｓに還元、
▲３▼蒸解により溶出した有機物を熱源として回収、
である。なお、回収ボイラー７では酸化、トライ、還元作用等が行われる。
上記無機物質は溶融状態で回収ボイラー７の底部からスメルトとして取出される。
【０００６】
回収ボイラー７から取出されたスメルトはデゾルバ８に送出されて弱液で溶解され、緑液クラリファイア９に送られ不純物が取り除かれて清澄化される。この清澄化された緑液は緑液タンク１０に貯留される。この緑液の成分は炭酸ソーダ及び硫化ソーダである。
【０００７】
この緑液に対して苛性化手段１１により苛性化処理が行なわれる。苛性化は生石灰を用いて行われ蒸解に必要な苛性ソーダが生成される。
苛性化によって生成された液は白液と呼ばれる。この白液には不溶性の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）が含まれているので、白液クラリファイア１２で炭酸カルシウムを分離して清澄化する。清澄化された白液は白液タンク１３に貯留される。清澄化された白液にはＮａＯＨ、Ｎａ２ＣＯ３、Ｎａ２Ｓ、Ｎａ２ＳＯ４などの成分が含まれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、はじめに述べたように溶解手段１にチップ、白液（苛性ソーダ液）を投入するに際しては白液や緑液のアルカリ量比が重要な管理項目となる。従って従来は担当オペレータが、日に１回又は２回、白液のサンブル液を採取してラボ室へ運び滴定法等で分析し、その値に基づいて苛性化手段でのＣａＯの投入量を制御して、白液や緑液のアルカリ量比を調整していた。
【０００９】
しかしながら、白液や緑液は高濃度のＮａＯＨなどを含む高アルカリ液の危険な物体であり、オペレータがこれを採取したり、手分析を行なう際にも危険が伴うという間題があった。また、サンプルの監視が連続的ではないので、木目細かな管理ができないという間題があった。
【００１０】
本発明はこのような間題点を解決するためになされたもので、白液や緑液の成分を近赤外分光分析装置を用いて連続測定することにより、パルプ品質の向上と測定工数の削減を図ったアルカリ濃度分析装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明の構成は、請求項１においては、
サンプリング装置に導入されたサンプル液のアルカリ濃度を近赤外分光分析計を用いて連続分析するアルカリ濃度分析装置であって、サンプル液が入出する所定のヘッド差を有する２つの槽と、これら２つの槽を結び前記サンプルを液を流す配管と、この配管の途中に設けられサンプル液を加熱する恒温槽と、この恒温槽で加熱されたサンプル液の近赤外スペクトルを測定する近赤外分光分析計と、前記２つの槽のうち上方の槽に一定量の水を連続して流入させる希釈手段からなり、前記近赤外分光分析計の校正に際しては前記希釈手段でサンプル液を連続希釈するように構成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項２においては、請求項１記載のアルカリ濃度分析装置において、  薬液を計量する計量タンクと、この計量タンクの薬液を所定時間ごとに送出する制御手段と、前記薬液を前記近赤外分光分析計を構成する検出器の窓に搬送する搬送手段を備え、前記薬液で前記窓を洗浄するように構成したことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明を詳しく説明する。
図１は本発明の実施の形態の１例を示す構成図である。なお、この実施例においては図８に示す薬品回収サイクル部分は省略するが、例えば白液タンク１３からのサンプルがサンプリングされてサンプリング装置２０のサンプル入口２１に導入されているものとする。
【００１５】
図１において、サンプル入口２１から導入されたサンプルは、バルブＶ１を介してサンプル液槽２２内に流入する。流入したサンプルは液槽２２内に配置された中空の液位保持部材２２ａの上部に達する。その後、液位保持部材２２ａの内側に落下して配管Ｐ１を経てサンプル回収ライン２４から回収される。
【００１６】
一方サンプルはサンプル液槽２２の中程に接続された配管Ｐ２からバルブＶ２を経て恒温槽２５に導かれる。この恒温槽２５は容器２６、温度設定器２７、レベル設定器２８、ヒータ（図示せず）等で構成されており、容器２６には洗浄水入口３０から配管Ｐ３、バルブＶ３を介して所定のレベルまで洗浄水が満たされると共にヒータと温度設定器２７により６５〜７０℃程度に加熱されている。
【００１７】
サンプルは実測定時は例えば６５℃程度に加熱するが、この温度はサンプリング装置２０が真夏に大気に暴露されて上昇するサンプルの温度の上限を設定したものであり、この温度に設定しておくことにより年間を通してサンプルの温度を一定に保つことができ、安定した測定が可能となる。
【００１８】
恒温槽２５で加熱されたサンプルは配管Ｐ４により近赤外分光分析計を構成する検出器３１に導かれる。なお、図では省略するが検出器３１にはサンプルが流通する透明部材が設けられており、その透明部材の一方の側に設けた第１光ファイバの一端から光を出射し、対向する側に設けた第２光ファイバで受光するようになっている。
【００１９】
第１光ファイバから出射した光はサンプル中を通過することにより測定成分に含まれるアルカリ量により特定の波長が吸収される。
検出器３１を通ったサンプルはオーバフロー槽３２に流入し、この槽に配置された液位保持部材２２ｂの先端からオーバフローする。なお、サンプル液槽２２の液位保持部材２２ａとこの液位保持部材２２ｂの液位ｈと透明部材の内径は流量が毎分２００ｃｃ程度になるように調整されている。
【００２０】
サンプルの流量を毎分２００ｃｃ程度とするのはヒータのパワーとサンプルの成分に対する応答性との関連によるもので、流量が多くなればヒータパワーの大きなものが必要となり、流量が少なすぎると応答性が遅くなる。
【００２１】
オーバフロー槽３２でオーバフローしたサンプルは配管Ｐ５を介して落下しサンプル回収ライン２４で回収される。オーバフロー槽３２の上部に設けた空気ライン３３の一端は大気開放とされ、槽内の気圧を安定させて液位ｈを維持する。この空気ライン３３に侵入したサンプルは廃液皿３４を介して排液ライン３５から排出される。
【００２２】
薬液タンク３６には図示しない制御装置を介して、所定のタイミングで空気入口３７から空気が供給されるように構成されている。そして、清掃モードになると空気の供給により計量タンク３８で計量された薬液が配管Ｐ６により搬送されて逆止弁３９を介して検出器３１の透明部材の内壁に付着した汚れを清掃するようになっている。
【００２３】
ところで、製紙プラントではアルカリ濃度を最適な値に保ちながら操業しているのでサンプル入口からはほぼ均一のサンプルが連続して流通している。そのため、メンテナンス後の校正作業に必要なラボ値は一点しか得ることができず、異なるもう一点を得るためには、従来はサンプル液槽２２の蓋を開け、ここに水やアルカリ塩等を投入し、成分値を強制的に変化させていた。
【００２４】
しかし、サンプルは連続してサンプル液槽に流入してくるので、サンプル濃度を変更しても所定時間アルカリ濃度を一定に維持するのは難しく、校正作業を行っても指示値が安定しないという問題があった。また、サンプルはｐＨ１４程度の強アルカリ水溶液であるため、サンプルが流通している状態で蓋を開けることは作業者にとって危険が伴うという問題があった。
【００２５】
そこで本発明では校正作業に際してはサンプル液槽２２の上部にサンプル液を連続して希釈する希釈手段を設ける。即ち、校正ライン４０の流入口（イ）には洗浄水入口３０の（イ）が接続されており、バルブＶ４，流量計４１及びバルブＶ５を介して洗浄水を流入させる。このように構成して一定量の水を連続して希釈することにより複数点のラボ値を得ることができる。
なお、洗浄水は必要に応じて洗浄ライン４２にも供給され、バルブＶ６，Ｖ７を介してサンプル液槽内の清掃が行われる。
【００２６】
次に、赤外線分光分析計を用いた近赤外苛性化率分析の実験例を示す。ここではＮａＯＨ、Ｎａ２Ｓ、Ｎａ２ＣＯ３の異なる成分からなる３種類の水溶液を作成した。そして、各アルカリ濃度が異なる水溶液を数点作成し、近赤外スペクトルを測定した。図２はこのとき得られた近赤外スペクトルである。
【００２７】
図２より各アルカリ濃度の違いによってスペクトルの形状が異なることは明らかであるが、近赤外領域では各アルカリ成分毎に明確なピークの分離は出来ない。
この波数領域を使用してＰＬＳ回帰法により近赤外スペクトルと各アルカリ成分濃度との相関を求めた。ＮａＯＨの相関を図３に、Ｎａ２Ｓの相関を図４に、Ｎａ２ＣＯ３の相関を図５に示す。
【００２８】
各成分とも予測誤差（１σ）＝１ｇ／ｌ以下での定量分析が可能であった。
ここで各波数における回帰係数をプロットしたものを図６に示す。
このプロットは絶対値が大きい波数領域でラボ値と強い相関を持つことを意味する。
このプロットより３成分はそれぞれ異なる波数領域にラボ値と相関を持つことが確認された。このような解析手法により大きな近赤外のピークの斜面、頂点より各成分の帰属を探ることが可能である。
【００２９】
図７に本出願人が実験したプロセスでの連続測定時の出力を示す。図中分析値トレンドが大きく下がっている箇所はサンプルを水で薄め強制的に各アルカリ濃度を下げているためである。
指示値の追従性もよく、近赤外分光分析法によるアルカリ濃度分析が十分利用可能であることが分かる。
【００３０】
本発明の以上の説明は、説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。例えば、各装置の配置は必ずしも図１に示す通りでなくともよく要は必要とする機能が満たされればよい。特許請求の範囲の欄の記載により定義される本発明の範囲は、その範囲内の変更、変形を包含するものとする。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、サンプリング装置に導入されたサンプル液のアルカリ濃度を近赤外分光分析計を用いて連続分析するアルカリ濃度分析装置であって、サンプル液が入出する所定のヘッド差を有する２つの槽と、これら２つの槽を結び前記サンプルを液を流す配管と、この配管の途中に設けられサンプル液を加熱する恒温槽と、この恒温槽で加熱されたサンプル液の近赤外スペクトルを測定する近赤外分光分析計と、前記２つの槽のうち上方の槽に一定量の水を連続して流入させる希釈手段からなり、前記近赤外分光分析計の校正に際しては前記希釈手段でサンプル液を連続希釈するように構成したので、安全性を維持した状態で複数点のラボ値を得ることが可能となる。
【００３２】
また、  薬液を計量する計量タンクと、この計量タンクの薬液を所定時間ごとに送出する制御手段と、前記薬液を前記近赤外分光分析計を構成する検出器の窓に搬送する搬送手段を備え、前記薬液で前記窓を洗浄するように構成したので、測定の信頼度を向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアルカリ濃度分析装置の実施の形態の１例を示す構成図である。
【図２】アルカリ水溶液の近赤外スペクトルを示す図である。
【図３】ＮａＯＨの従来分析値と近赤外分析値の相関を示す図である。
【図４】Ｎａ２Ｓの従来分析値と近赤外分析値の相関を示す図である。
【図５】Ｎａ２ＣＯ３の従来分析値と近赤外分析値の相関を示す図である。
【図６】各検量線の帰属波数を示す図である。
【図７】各アルカリ成分の連続測定結果を示す図である。
【図８】パルプ製造プラントにおける薬品回収サイクルの一般的な流れを示す図である。
【符号の説明】
１    溶解手段
３    パルプ洗浄手段
５    乾燥手段（エバポレータ）
７    燃焼手段（回収ボイラ）
８    緑液生成手段（デゾルバ）
１１  苛性化手段
１２  分離手段（白液クラリファイア）
１３  白液タンク
２０  サンプリング装置
２１  サンプル入口
２２  サンプル液槽
２２ａ，２２ｂ  液位保持部材
２４  サンプル回収ライン
２５  恒温槽
２６  容器
２７  温度設定器
２８  レベル設定器
３１  検出器
３２  オーバフロー槽
３３  空気ライン
３４  廃液皿
３５  排液ライン
３６  薬液タンク
３７  空気入口
３８  計量タンク
３９  逆止弁
４０  校正ライン
４１  流量計
４２  洗浄ライン
Ｐ１〜Ｐ６  パイプ
Ｖ１〜Ｖ７  バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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