(57)【要約】【課題】  塩素ガスの供給量が変動するなどの外乱が発生した場合であっても、反応液の金属水酸化物の濃度を一定に保持することができ、次亜塩素酸塩の濃度が均一な次亜塩素酸塩の水溶液または懸濁液を得ることができる製造方法を提供する。【解決手段】  まず、２５％水酸化ナトリウム水溶液、純水および塩素ガスを第１反応塔１に連続的に供給して反応させる。この第１反応塔１から導出された反応液は貯留タンク３に貯留される。次に、貯留タンク３から導出された反応液と塩素ガスとを第２反応塔２に連続的に供給して反応させる。そして、貯留タンク３に貯留された反応液の液面高さが一定となるように、第１反応塔１への水酸化ナトリウム水溶液の供給量を制御し、第２反応塔２における反応液の酸化還元電位が一定となるように、第２反応塔２への貯留タンク３から導出された反応液の供給量を制御する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の濃度の金属水酸化物の水溶液または懸濁液と、水と、塩素ガスとを第１反応塔に連続的に供給し、金属水酸化物と塩素ガスとを反応させる第１反応工程と、
前記第１反応塔から導出された反応液を貯留タンクに貯留する貯留工程と、
前記貯留タンクから導出された反応液と、塩素ガスとを第２反応塔に連続的に供給し、前記貯留タンクから導出された反応液に含まれる未反応の金属水酸化物と塩素ガスとを反応させる第２反応工程と、を含み、
前記第１反応工程では、前記貯留タンクに貯留する反応液の液面高さが一定となるように、前記第１反応塔への金属水酸化物の水溶液または懸濁液の供給量を制御し、
前記第２反応工程では、第２反応工程での反応液の酸化還元電位が一定となるように、前記第２反応塔への前記貯留タンクから導出された反応液の供給量を制御する、ことを特徴とする次亜塩素酸塩の製造方法。
【請求項２】
前記第２反応塔における反応の時定数は、前記第１反応塔における反応の時定数よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の次亜塩素酸塩の製造方法。
【請求項３】
前記第１反応工程において、前記金属水酸化物として水酸化ナトリウムを用い、次亜塩素酸塩として次亜塩素酸ナトリウムを得ることを特徴とする請求項１または２に記載の次亜塩素酸塩の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、次亜塩素酸塩の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
次亜塩素酸塩は、たとえば、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物などの金属水酸化物の水溶液または懸濁液に塩素を通じることによって製造される。この塩素化反応においては、次亜塩素酸塩と金属塩化物とが生成し、塩素化の進行に伴って次亜塩素酸塩と金属塩化物の濃度が高くなる。そのため、次亜塩素酸塩の水溶液または懸濁液には、塩素化反応により生成した次亜塩素酸塩および金属塩化物と、未反応の金属水酸化物とが含まれる。
【０００３】
特許文献１には、金属水酸化物として水酸化ナトリウムの水溶液と塩素ガスとを濡れ壁式反応塔に連続的に供給して反応させ、反応液の一部を循環させながら反応させて次亜塩素酸ナトリウム水溶液を製造する方法が開示されている。
【０００４】
特許文献１に開示される次亜塩素酸ナトリウム水溶液の製造方法では、水酸化ナトリウム水溶液および循環反応液を特定の速度以上で反応塔内を流下させることによって、塔壁への塩化ナトリウムの結晶の付着を防止し、反応の不均一性から生じる次亜塩素酸ナトリウムの分解を抑制することができるので、高濃度の次亜塩素酸ナトリウム水溶液を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−１０２８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示される次亜塩素酸ナトリウム水溶液の製造方法では、たとえば、反応塔に供給する塩素ガスの供給量が変動した場合、塩素化反応における水酸化ナトリウムの消費量が変動するので、製造された次亜塩素酸ナトリウム水溶液に含まれる未反応の水酸化ナトリウムの量が変動し、次亜塩素酸ナトリウム水溶液中の次亜塩素酸ナトリウムの濃度が不均一となる。
【０００７】
特許文献１には、反応液の酸化還元電位が一定となるように塩素ガスの供給量を制御し、反応液の水酸化ナトリウムの濃度を一定にすることが記載されている。しかしながら、反応液の酸化還元電位に基づいて塩素ガスの供給量を制御する場合に、制御の応答速度が遅いと、反応塔に対する原料の供給量が変動するなどの外乱が発生したときには、反応液の水酸化ナトリウムの濃度を一定にすることが困難となり、製造された次亜塩素酸ナトリウム水溶液中の次亜塩素酸ナトリウムの濃度が不均一となってしまう。
【０００８】
したがって本発明の目的は、塩素ガスの供給量が変動するなどの外乱が発生した場合であっても、反応液の金属水酸化物の濃度を一定に保持することができ、次亜塩素酸塩の濃度が均一な次亜塩素酸塩の水溶液または懸濁液を得ることができる製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、所定の濃度の金属水酸化物の水溶液または懸濁液と、水と、塩素ガスとを第１反応塔に連続的に供給し、金属水酸化物と塩素ガスとを反応させる第１反応工程と、
前記第１反応塔から導出された反応液を貯留タンクに貯留する貯留工程と、
前記貯留タンクから導出された反応液と、塩素ガスとを第２反応塔に連続的に供給し、前記貯留タンクから導出された反応液に含まれる未反応の金属水酸化物と塩素ガスとを反応させる第２反応工程と、を含み、
前記第１反応工程では、前記貯留タンクに貯留する反応液の液面高さが一定となるように、前記第１反応塔への金属水酸化物の水溶液または懸濁液の供給量を制御し、
前記第２反応工程では、第２反応工程での反応液の酸化還元電位が一定となるように、前記第２反応塔への前記貯留タンクから導出された反応液の供給量を制御する、ことを特徴とする次亜塩素酸塩の製造方法である。
【００１０】
また本発明の次亜塩素酸塩の製造方法では、前記第２反応塔における反応の時定数は、前記第１反応塔における反応の時定数よりも短いことを特徴とする。
【００１１】
また本発明の次亜塩素酸塩の製造方法では、前記第１反応工程において、前記金属水酸化物として水酸化ナトリウムを用い、次亜塩素酸塩として次亜塩素酸ナトリウムを得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、次亜塩素酸塩の製造方法は、第１反応工程と、貯留工程と、第２反応工程とを含む。第１反応工程では、所定の濃度の金属水酸化物の水溶液または懸濁液と、水と、塩素ガスとを第１反応塔に連続的に供給し、金属水酸化物と塩素ガスとを反応させる。貯留工程では、第１反応塔から導出された反応液を貯留タンクに貯留する。第２反応工程では、貯留タンクから導出された反応液と、塩素ガスとを第２反応塔に連続的に供給し、貯留タンクから導出された反応液に含まれる未反応の金属水酸化物と塩素ガスとを反応させる。そして、第１反応工程では、貯留タンクに貯留する反応液の液面高さが一定となるように、第１反応塔への金属水酸化物の水溶液または懸濁液の供給量を制御し、第２反応工程では、第２反応工程での反応液の酸化還元電位が一定となるように、第２反応塔への貯留タンクから導出された反応液の供給量を制御する。
【００１３】
これによって、貯留タンクに貯留する反応液の液面高さを一定にする制御と、第２反応工程における反応液の酸化還元電位を一定にする制御とを、速い応答速度で制御することができる。そのため、たとえば、第２反応工程において、第２反応塔への塩素ガスの供給量が変動するなどの外乱が発生した場合であっても、第２反応塔における反応液の酸化還元電位が一定となるように迅速に制御することができるので、反応液の金属水酸化物の濃度を一定に保持することができ、次亜塩素酸塩の濃度が均一な次亜塩素酸塩の水溶液または懸濁液を得ることができる。
【００１４】
また本発明によれば、次亜塩素酸塩の製造方法では、第２反応塔における反応の時定数は、第１反応塔における反応の時定数よりも短い。第２反応塔における反応の時定数が短いことによって、第２反応塔における反応液の酸化還元電位が一定となるように迅速に制御することができる。また、第１反応塔における反応の時定数が比較的長いことによって、たとえば、第１反応塔への塩素ガスの供給量が変動するなどの外乱が発生した場合であっても、その外乱が第２反応塔における反応に与える影響の伝播速度を低減することができる。そのため、外乱が第２反応塔における反応に影響を及ぼすまでの時間的余裕を確保することができ、第２反応塔における反応液の酸化還元電位を一定にする制御の精度を高い状態で維持することができる。
【００１５】
また本発明によれば、次亜塩素酸塩の製造方法では、第１反応工程において、金属水酸化物として水酸化ナトリウムを用いることによって、次亜塩素酸塩として次亜塩素酸ナトリウムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の一形態に係る次亜塩素酸塩の製造方法の手順を説明するための図である。
【図２】第１実験における第２の制御方法による次亜塩素酸塩の製造方法の手順を説明するための図である。
【図３Ａ】第１実験における第１の制御方法による制御結果を示すグラフである。
【図３Ｂ】第１実験における第１の制御方法による制御結果を示すグラフである。
【図４】第１実験における第２の制御方法による制御結果を示すグラフである。
【図５Ａ】第２実験における第１の制御方法による制御結果を示すグラフである。
【図５Ｂ】第２実験における第１の制御方法による制御結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の実施の一形態に係る次亜塩素酸塩の製造方法の手順を説明するための図である。本実施形態の次亜塩素酸塩の製造方法は、金属水酸化物の水溶液または懸濁液に塩素ガスを通じることによって次亜塩素酸塩の水溶液または懸濁液を製造する方法であり、第１反応工程と、貯留工程と、第２反応工程とを含む。
【００１８】
本実施形態の次亜塩素酸塩の製造方法において、塩素化反応に用いる金属水酸化物としては、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウムなどのアルカリ土類金属水酸化物などを挙げることができる。この金属水酸化物の種類によって、製造される次亜塩素酸塩における塩の形態が決まる。たとえば、金属水酸化物として水酸化ナトリウムを用いた場合には、水酸化ナトリウムの水溶液に塩素ガスを通じることによって、次亜塩素酸ナトリウムの水溶液を得ることができる。その他、金属水酸化物として水酸化リチウムを用いた場合には次亜塩素酸リチウムの水溶液が得られ、水酸化カリウムを用いた場合には次亜塩素酸カリウムの水溶液が得られ、水酸化カルシウムを用いた場合には次亜塩素酸カルシウムの懸濁液が得られ、水酸化ストロンチウムを用いた場合には次亜塩素酸ストロンチウムの懸濁液が得られ、水酸化バリウムを用いた場合には次亜塩素酸バリウムの懸濁液が得られる。
【００１９】
以下では、本実施形態の次亜塩素酸塩の製造方法について、金属水酸化物として水酸化ナトリウムを用い、次亜塩素酸塩として次亜塩素酸ナトリウムの水溶液を製造することを例として説明する。
【００２０】
第１反応工程は、第１反応塔１で行われる。第１反応塔１には、第１配管３１を介して金属水酸化物供給手段４、第２配管３２を介して純水供給手段５、および第３配管３３を介して第１塩素ガス供給手段６が接続されている。
【００２１】
金属水酸化物供給手段４は、所定の濃度の金属水酸化物の水溶液または懸濁液を、第１反応塔１に供給する。本実施形態では、金属水酸化物供給手段４は、金属水酸化物の水溶液として、所定の濃度（本実施形態では２５重量％）の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液を、第１反応塔１に供給する。金属水酸化物供給手段４による第１反応塔１への水酸化ナトリウム水溶液の供給量は、第１配管３１に設けられた第１開閉弁２１により調整される。純水供給手段５は、純水を第１反応塔１に供給する。純水供給手段５による第１反応塔１への純水の供給量は、第２配管３２に設けられた第２開閉弁２２により調整される。
【００２２】
第１塩素ガス供給手段６は、塩素ガス（Ｃｌ２）を第１反応塔１に供給する。第１塩素ガス供給手段６による第１反応塔１への塩素ガスの供給量は、第３配管３３に設けられた第３開閉弁２３により調整される。第１塩素ガス供給手段６により供給される塩素ガスは、純塩素ガスでも空気が混在した塩素ガスでも用いることができる。本実施形態では、第１塩素ガス供給手段６により供給される塩素ガスは、二酸化炭素ガス（ＣＯ２）が混在したものである。
【００２３】
また、第１反応塔１には、気液の接触効率を高め、水酸化ナトリウム水溶液の塩素化反応の効率を高めるために、充填物が充填されている。充填物としては、たとえば、ラシヒリング、ポールリングなどの公知のものを使用することができ、その材料は、たとえば、フッ素樹脂、塩化ビニル樹脂、セラミックス、無機ガラスなどを挙げることができる。
【００２４】
金属水酸化物供給手段４から水酸化ナトリウム水溶液が連続的に供給され、純水供給手段５から純水が連続的に供給され、第１塩素ガス供給手段６から塩素ガスが連続的に供給された第１反応塔１では、下記式（１）に示すように、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）と塩素ガス（Ｃｌ２）とが反応し、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）と塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）と水（Ｈ２Ｏ）とが生成する。
【００２５】
【化１】
2012188327.tif 000003
【００２６】
また、第１塩素ガス供給手段６から供給される塩素ガスには、二酸化炭素ガスが混在しているので、第１反応塔１では、下記式（２）に示すように、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）と二酸化炭素ガス（ＣＯ２）とが反応し、炭酸ナトリウム（Ｎａ２ＣＯ３）と水（Ｈ２Ｏ）とが生成する。
【００２７】
【化２】
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【００２８】
式（１），（２）で示される反応が起った第１反応塔１の塔底からは、未反応の水酸化ナトリウム、次亜塩素酸ナトリウム、塩化ナトリウム、炭酸ナトリウム、および水を含む反応液が導出される。
【００２９】
第１反応塔１から導出された反応液は、第４配管３４を流過して、貯留タンク３に導入される。貯留タンク３では、貯留工程が実行され、第１反応塔１から導出された反応液を貯留する。この貯留タンク３には、内部に貯留した反応液の液面高さを測定する液面計１２が接続されている。また、第１反応塔１から導出された反応液が流過する第４配管３４には、反応液の酸化還元電位を測定する酸化還元電位測定装置（ＯＲＰ計）１１が接続されている。貯留タンク３に貯留された反応液は、第５配管３５を介して接続された第１ポンプ８により汲み上げられて第６配管３６を流過し、第１反応塔１の塔頂側に戻され、反応が繰り返される。
【００３０】
なお、第６配管３６には、第１反応塔１における反応によって生じる熱を除去する図示されない冷却器が設けられている。第６配管３６を流過して第１反応塔１に戻される反応液は、この冷却器により１０℃に冷却される。また、第１反応塔１の温度は、第１反応塔１における反応による反応発熱量と、第６配管３６を流過して第１反応塔１に戻される反応液の循環液量とに応じて、適宜調整される。
【００３１】
また、第１反応塔１による第１反応工程では、詳細は後述するが、液面計１２で測定される、貯留タンク３に貯留される反応液の液面高さが一定となるように、金属水酸化物供給手段４による第１反応塔１への水酸化ナトリウム水溶液の供給量が、第１開閉弁２１により調整される。
【００３２】
また、第１反応塔１による第１反応工程では、上述の水酸化ナトリウム水溶液の供給量の調整、および、後述の第２反応塔２による第２反応工程における貯留タンク３から導出された反応液の第２反応塔２への供給量の調整に応じて、金属水酸化物供給手段４による第１反応塔１への水酸化ナトリウム水溶液の供給量に対する、純水供給手段５による純水の供給量の比率が、適宜調整される。なお、第１反応工程では、詳細は後述するが、第１反応塔１への水酸化ナトリウム水溶液の供給量に対する純水の供給量の比率を一定に制御するようにしてもよい。
【００３３】
次に、第２反応工程は、第２反応塔２で行われる。第２反応塔２には、貯留タンク３から導出された反応液が流過する第６配管３６から分岐する第７配管３７が接続され、第８配管３８を介して第２塩素ガス供給手段７が接続されている。第２反応塔２には、第１反応塔１と同様に、充填物が充填されている。
【００３４】
貯留タンク３から導出されて第１ポンプ８により汲み上げられた反応液は、第６配管３６および第７配管３７を流過して、第２反応塔２に供給される。貯留タンク３から導出された反応液の第２反応塔２への供給量は、第７配管３７に設けられた第４開閉弁２４により調整される。
【００３５】
第２塩素ガス供給手段７は、塩素ガス（Ｃｌ２）を第２反応塔２に供給する。第２塩素ガス供給手段７による第２反応塔２への塩素ガスの供給量は、第８配管３８に設けられた第５開閉弁２５により調整される。第２塩素ガス供給手段７により供給される塩素ガスは、純塩素ガスでも空気が混在した塩素ガスでも用いることができる。本実施形態では、第２塩素ガス供給手段７により供給される塩素ガスは、二酸化炭素ガス（ＣＯ２）が混在したものである。
【００３６】
貯留タンク３から導出された反応液が連続的に供給され、第２塩素ガス供給手段７から塩素ガスが連続的に供給された第２反応塔２では、上記式（１）で示したように、貯留タンク３から導出された反応液に含まれる未反応の水酸化ナトリウムと、塩素ガスとが反応し、次亜塩素酸ナトリウムと塩化ナトリウムと水とが生成する。
【００３７】
また、第２塩素ガス供給手段７から供給される塩素ガスには、二酸化炭素ガスが混在しているので、第２反応塔２では、上記式（２）で示したように、水酸化ナトリウムと二酸化炭素ガスとが反応し、炭酸ナトリウムと水とが生成する。
【００３８】
式（１），（２）で示される反応が起った第２反応塔２の塔底からは、未反応の水酸化ナトリウム、次亜塩素酸ナトリウム、塩化ナトリウム、炭酸ナトリウム、および水を含む反応液が導出される。
【００３９】
第２反応塔２から導出された反応液は、第９配管３９を流過し、この第９配管３９に接続された第２ポンプ９により汲み上げられて第１０配管４０を流過し、第１０配管４０に設けられた第６開閉弁２６が開放された状態で第２反応塔２の塔頂側に戻され、反応が繰り返される。なお、第１０配管４０には、第２反応塔２における反応によって生じる熱を除去する図示されない冷却器が設けられている。第１０配管４０を流過して第２反応塔２に戻される反応液は、この冷却器により１０℃に冷却される。また、第２反応塔２の温度は、第２反応塔２における反応による反応発熱量と、第１０配管４０を流過して第２反応塔２に戻される反応液の循環液量とに応じて、適宜調整される。また、第１０配管４０には、第１０配管４０から分岐する第１１配管４１が接続されている。この第１１配管４１には第７開閉弁２７が設けられ、端部が製品タンク１０に接続されている。
【００４０】
第２反応塔２には、塔底部における反応液の液面高さを測定する液面計１４が接続されている。また、第２反応塔２から導出された反応液が流過する第９配管３９には、反応液の酸化還元電位を測定する酸化還元電位測定装置（ＯＲＰ計）１３が接続されている。本実施形態では、第２反応塔２から導出された反応液が、ＯＲＰ計１３で測定された酸化還元電位と相関関係にある水酸化ナトリウム濃度が１重量％程度になった時点で反応終点とする。このように反応終点となった場合には、第２反応塔２から導出された反応液、すなわち、製品となる次亜塩素酸ナトリウム水溶液は、第１０配管４０および第１１配管４１を流過し、製品タンク１０に供給されて貯留される。
【００４１】
また、第２反応塔２による第２反応工程では、液面計１４で測定される、塔底部における反応液の液面高さが一定となるように、製品タンク１０への次亜塩素酸ナトリウム水溶液の供給量が、第７開閉弁２７により調整される。また、第２反応塔２による第２反応工程では、詳細は後述するが、ＯＲＰ計１３で測定される反応液の酸化還元電位が一定となるように、貯留タンク３から導出された反応液の第２反応塔２への供給量が、第４開閉弁２４により調整される。
【００４２】
また、本実施形態の次亜塩素酸塩の製造方法では、第２反応塔２における反応の時定数が、第１反応塔１における反応の時定数よりも短い。ここで、時定数とは、反応プロセスの応答時間を示す目安である。
【００４３】
次亜塩素酸塩の製造方法では、水酸化ナトリウムと塩素ガスとの反応は、第１反応塔１および第２反応塔２において行われ、貯留タンク３は、第１反応塔１から導出された反応液を貯留するために設けられるので、貯留タンク３による貯留工程は、第１反応塔１による第１反応工程の一部である。そのため、第２反応塔２における反応の時定数は、第１反応塔１と貯留タンク３とをまとめて１つのものと見なした反応の時定数よりも短いことになる。なお、時定数は、第１反応塔１および貯留タンク３における液相部容積と、第２反応塔２における液相部容積との比によって、規定される。
【００４４】
このように、第２反応塔２における反応の時定数が、第１反応塔１における反応の時定数よりも短いことによって、第２反応塔２における反応液の酸化還元電位が一定となるように迅速に制御することができる。また、第１反応塔１における反応の時定数が比較的長いことによって、たとえば、第１反応塔１への塩素ガスの供給量が変動するなどの外乱が発生した場合であっても、その外乱が第２反応塔２における反応に与える影響の伝播速度を低減することができる。そのため、外乱が第２反応塔２における反応に影響を及ぼすまでの時間的余裕を確保することができ、第２反応塔２における反応液の酸化還元電位を一定にする制御の精度を高い状態で維持することができる。
【００４５】
次に、第１反応塔１および第２反応塔２における反応の制御について、具体的な実験例を示しながら説明する。
【００４６】
（第１実験）
第２反応塔２への塩素ガスの供給量が変動する外乱が発生した場合を想定し、以下に示す２つの制御方法における制御の応答性について確認した。第１実験における基本的な初期設定条件は、以下のとおりである。
【００４７】
［第１反応塔１、第２反応塔２および貯留タンク３の内容積］
第１反応塔１の内容積（ｍ３）を「１」とした場合、第２反応塔２の内容積は「０．１７」であり、貯留タンク３の内容積は「０．８０」である。また、第１反応塔１および貯留タンク３における液相部容積と、第２反応塔２における液相部容積との比は、およそ５：１である。
【００４８】
［金属水酸化物供給手段４］
金属水酸化物供給手段４は、濃度が２５重量％の水酸化ナトリウム水溶液を供給する。
【００４９】
［第１塩素ガス供給手段６］
第１塩素ガス供給手段６が供給するガスの全供給量において、塩素ガスは２．４重量％、二酸化炭素ガスは０．３重量％、窒素ガスは８０．８重量％、酸素ガスは１６．５重量％である。
【００５０】
［第２塩素ガス供給手段７］
第２塩素ガス供給手段７が供給するガスの全供給量において、塩素ガスは５６．７重量％、二酸化炭素ガスは０．３重量％、窒素ガスは４３．０重量％である。
【００５１】
［原料供給量］
金属水酸化物供給手段４による水酸化ナトリウム水溶液の初期供給量（ｋｇ／ｈ）を「１」とした場合、貯留タンク３から導出された反応液（以下、「第１反応液」という）の第２反応塔２への初期供給量（ｋｇ／ｈ）は「１．１６」、第１塩素ガス供給手段６による初期全ガス供給量（ｋｇ／ｈ）は「１．３１」、第２塩素ガス供給手段７による初期全ガス供給量（ｋｇ／ｈ）は「０．３０」である。なお、塩素ガスの供給量については、第２塩素ガス供給手段７の方が、第１塩素ガス供給手段６よりも多い。また、第１反応塔１における水酸化ナトリウム水溶液の初期供給量に対する純水の初期供給量の比率は１２．６％とした。
【００５２】
［外乱の入力条件］
第１実験では、第２塩素ガス供給手段７による第２反応塔２へのガスの全供給量のうち、塩素ガスの供給量を６．３％増加させる外乱を入力した。
【００５３】
＜第１の制御方法＞
第１の制御方法では、貯留タンク３に貯留される反応液の液面高さが一定となるように、金属水酸化物供給手段４による第１反応塔１への水酸化ナトリウム水溶液の供給量を、第１開閉弁２１の開閉動作により制御する。また、第１の制御方法では、第２反応塔２における反応液の酸化還元電位が一定となる、すなわち、反応液の水酸化ナトリウム濃度が一定となるように、貯留タンク３から導出された反応液の第２反応塔２への供給量を、第４開閉弁２４の開閉動作により制御する。さらに、第１の制御方法では、第１反応塔１への水酸化ナトリウム水溶液の供給量の制御、および、貯留タンク３から導出された反応液の第２反応塔２への供給量の制御に応じて、金属水酸化物供給手段４による第１反応塔１への水酸化ナトリウム水溶液の供給量に対する、純水供給手段５による純水の供給量の比率を一定に制御する。
【００５４】
＜第２の制御方法＞
第２の制御方法は、貯留タンク３に貯留される反応液の液面高さを一定にする制御と、第２反応塔２における反応液の酸化還元電位を一定にする制御とが、第１の制御方法とは異なる。第２の制御方法について、図２を用いて具体的に説明する。図２は、第１実験における第２の制御方法による次亜塩素酸塩の製造方法の手順を説明するための図である。第２の制御方法では、貯留タンク３に貯留される反応液の液面高さが一定となるように、貯留タンク３から導出された反応液の第２反応塔２への供給量を、第４開閉弁２４の開閉動作により制御する。また、第２の制御方法では、第２反応塔２における反応液の酸化還元電位が一定となる、すなわち、反応液の水酸化ナトリウム濃度が一定となるように、金属水酸化物供給手段４による第１反応塔１への水酸化ナトリウム水溶液の供給量を、第１開閉弁２１の開閉動作により制御する。なお、第２の制御方法では、金属水酸化物供給手段４による第１反応塔１への水酸化ナトリウム水溶液の供給量に対する、純水供給手段５による純水の供給量の比率を一定に制御する。
【００５５】
＜制御結果＞
図３Ａおよび図３Ｂは、第１実験における第１の制御方法による制御結果を示すグラフである。図３Ａ（ａ）は、第２反応塔２における反応液（以下、「第２反応液」という）の酸化還元電位を一定にする制御性を示すグラフであり、横軸は、第２反応塔２への塩素ガスの供給量を増加させる外乱を入力してからの経過時間（分）を示し、右側縦軸は、貯留タンク３から導出された第１反応液の第２反応塔２への供給量（経過時間が０分のときの初期供給量（ｋｇ／ｈ）を「１」とした場合の相対比）を示し、左側縦軸は、第２反応液の水酸化ナトリウム濃度（重量％）を示す。また、図３Ａ（ａ）において、線Ａは、第１反応液の第２反応塔２への供給量の制御曲線であり、線Ｂは、第２反応液の水酸化ナトリウム濃度の制御性、すなわち、第２反応液の酸化還元電位の制御性を示す曲線である。図３Ａ（ａ）から明らかなように、第１の制御方法では、第２反応塔２への塩素ガスの供給量を増加させる外乱が入力されたにもかかわらず、線Ｂが直線状になっており、第２反応塔２における第２反応液の水酸化ナトリウム濃度を一定（約１．０重量％で一定）にする、すなわち、第２反応液の酸化還元電位を一定にする制御を、速い応答速度で制御することができる。
【００５６】
図３Ａ（ｂ）は、貯留タンク３に貯留された第１反応液の液面高さを一定にする制御性を示すグラフであり、横軸は、第２反応塔２への塩素ガスの供給量を増加させる外乱を入力してからの経過時間（分）を示し、右側縦軸は、水酸化ナトリウム水溶液の第１反応塔１への供給量（経過時間が０分のときの初期供給量（ｋｇ／ｈ）を「１」とした場合の相対比）を示し、左側縦軸は、貯留タンク３に貯留された第１反応液の液面高さ（貯留タンク３の全高に対する液面高さの割合（％））を示す。また、図３Ａ（ｂ）において、線Ｃは、水酸化ナトリウム水溶液の第１反応塔１への供給量の制御曲線であり、線Ｄは、貯留タンク３に貯留された第１反応液の液面高さの制御性を示す曲線である。図３Ａ（ｂ）から明らかなように、第１の制御方法では、第２反応塔２への塩素ガスの供給量を増加させる外乱が入力されたにもかかわらず、線Ｄが直線状になっており、貯留タンク３に貯留された第１反応液の液面高さを一定（貯留タンク３の全高に対する液面高さの割合が約５０％で一定）にする制御を、速い応答速度で制御することができる。
【００５７】
図３Ｂ（ｃ）は、第１反応液の酸化還元電位の変動、すなわち、第１反応液の水酸化ナトリウム濃度の変動を示すグラフであり、横軸は、第２反応塔２への塩素ガスの供給量を増加させる外乱を入力してからの経過時間（分）を示し、縦軸は、第１反応液の水酸化ナトリウム濃度（重量％）を示す。また、図３Ｂ（ｃ）において、線Ｅは、第１反応液の水酸化ナトリウム濃度の変動、すなわち、第１反応液の酸化還元電位の変動を示す曲線である。なお、第１の制御方法では、第１反応塔１への水酸化ナトリウム水溶液の供給量に対する純水の供給量の比率は、１２．６％の一定に制御される。第１の制御方法では、第１反応液の水酸化ナトリウム濃度は、第１反応塔１および第２反応塔２のそれぞれに対する塩素ガスの供給量バランス、および第２反応塔２内の第２反応液の水酸化ナトリウム濃度に応じて、適宜調整される。図３Ｂ（ｃ）から明らかなように、第１の制御方法では、線Ｅにおける第１反応液の水酸化ナトリウム濃度は、１７．６〜１８．６重量％の範囲内で変動する。
【００５８】
図３Ｂ（ｄ）は、第２反応液における次亜塩素酸ナトリウム濃度を示すグラフであり、横軸は、第２反応塔２への塩素ガスの供給量を増加させる外乱を入力してからの経過時間（分）を示し、縦軸は、第２反応液における次亜塩素酸ナトリウム濃度（重量％）を示す。また、図３Ｂ（ｄ）において、線Ｆは、第２反応液における次亜塩素酸ナトリウム濃度の制御性を示す曲線である。図３Ｂ（ｄ）から明らかなように、第１の制御方法では、第２反応塔２への塩素ガスの供給量を増加させる外乱が入力されたにもかかわらず、第２反応液における次亜塩素酸ナトリウム濃度を、１５．７〜１６．３重量％の範囲内に制御することができる。
【００５９】
以上のように、第１の制御方法では、第２反応塔２への塩素ガスの供給量が変動する外乱が発生した場合であっても、第２反応塔２における第２反応液の水酸化ナトリウム濃度が一定となる、すなわち、第２反応液の酸化還元電位が一定となるように迅速に制御することができるので、次亜塩素酸ナトリウム濃度が均一な次亜塩素酸ナトリウム水溶液を得ることができる。
【００６０】
図４は、第１実験における第２の制御方法による制御結果を示すグラフである。図４（ａ）は、第２反応液の酸化還元電位を一定にする制御性を示すグラフであり、横軸は、第２反応塔２への塩素ガスの供給量を増加させる外乱を入力してからの経過時間（分）を示し、右側縦軸は、水酸化ナトリウム水溶液の第１反応塔１への供給量（経過時間が０分のときの初期供給量（ｋｇ／ｈ）を「１」とした場合の相対比）を示し、左側縦軸は、第２反応液の水酸化ナトリウム濃度（重量％）を示す。また、図４（ａ）において、線Ｇは、水酸化ナトリウム水溶液の第１反応塔１への供給量の制御曲線であり、線Ｈは、第２反応液の水酸化ナトリウム濃度の制御性、すなわち、第２反応液の酸化還元電位の制御性を示す曲線である。図４（ａ）から明らかなように、第２の制御方法では、線Ｈが直線状にはならず、第２反応塔２における第２反応液の水酸化ナトリウム濃度、すなわち、第２反応液の酸化還元電位を一定にすることができない。
【００６１】
図４（ｂ）は、貯留タンク３に貯留された第１反応液の液面高さを一定にする制御性を示すグラフであり、横軸は、第２反応塔２への塩素ガスの供給量を増加させる外乱を入力してからの経過時間（分）を示し、右側縦軸は、第１反応液の第２反応塔２への供給量（経過時間が０分のときの初期供給量（ｋｇ／ｈ）を「１」とした場合の相対比）を示し、左側縦軸は、貯留タンク３に貯留された第１反応液の液面高さ（貯留タンク３の全高に対する液面高さの割合（％））を示す。また、図４（ｂ）において、線Ｉは、第１反応液の第２反応塔２への供給量の制御曲線であり、線Ｊは、貯留タンク３に貯留された第１反応液の液面高さの制御性を示す曲線である。図４（ｂ）から明らかなように、第２の制御方法では、線Ｊが直線状にはならず、貯留タンク３に貯留された第１反応液の液面高さを一定にすることができない。
【００６２】
（第２実験）
第１反応塔１への塩素ガスの供給量が変動する外乱が発生した場合を想定し、以下に示す第３の制御方法における制御の応答性について確認した。第２実験における基本的な初期設定条件は、以下のとおりである。
【００６３】
［第１反応塔１、第２反応塔２および貯留タンク３の内容積］
前述の第１実験と同様である。
【００６４】
［金属水酸化物供給手段４］
前述の第１実験と同様に、金属水酸化物供給手段４は、濃度が２５重量％の水酸化ナトリウム水溶液を供給する。
【００６５】
［第１塩素ガス供給手段６］
第１塩素ガス供給手段６が供給するガスの全供給量において、塩素ガスは５．２重量％、二酸化炭素ガスは０．３重量％、窒素ガスは７８．５重量％、酸素ガスは１６．０重量％である。
【００６６】
［第２塩素ガス供給手段７］
第２塩素ガス供給手段７が供給するガスの全供給量において、塩素ガスは４１．２重量％、二酸化炭素ガスは０．５重量％、窒素ガスは５８．３重量％である。
【００６７】
［原料供給量］
金属水酸化物供給手段４による水酸化ナトリウム水溶液の初期供給量（ｋｇ／ｈ）を「１」とした場合、貯留タンク３から導出された反応液（以下、「第１反応液」という）の第２反応塔２への初期供給量（ｋｇ／ｈ）は「１．１６」、第１塩素ガス供給手段６による初期全ガス供給量（ｋｇ／ｈ）は「１．３５」、第２塩素ガス供給手段７による初期全ガス供給量（ｋｇ／ｈ）は「０．２２」である。なお、塩素ガスの供給量については、第２塩素ガス供給手段７の方が、第１塩素ガス供給手段６よりも多い。また、第１反応塔１における水酸化ナトリウム水溶液の初期供給量に対する純水の初期供給量の比率は１２．６％とした。
【００６８】
［外乱の入力条件］
第２実験では、第１塩素ガス供給手段６による第１反応塔１へのガスの全供給量のうち、塩素ガスの供給量を５７％減少させる外乱を入力した。
【００６９】
＜制御方法＞
第２実験における制御方法は、前述の第１実験における第１の制御方法を適用した。
【００７０】
＜制御結果＞
図５Ａおよび図５Ｂは、第２実験における第１の制御方法による制御結果を示すグラフである。図５Ａ（ａ）は、第２反応液の酸化還元電位を一定にする制御性を示すグラフであり、横軸は、第１反応塔１への塩素ガスの供給量を低下させる外乱を入力してからの経過時間（分）を示し、右側縦軸は、第１反応液の第２反応塔２への供給量（経過時間が０分のときの初期供給量（ｋｇ／ｈ）を「１」とした場合の相対比）を示し、左側縦軸は、第２反応液の水酸化ナトリウム濃度（重量％）を示す。また、図５Ａ（ａ）において、線Ｋは、第１反応液の第２反応塔２への供給量の制御曲線であり、線Ｌは、第２反応液の水酸化ナトリウム濃度の制御性、すなわち、第２反応液の酸化還元電位の制御性を示す曲線である。図５Ａ（ａ）から明らかなように、第１の制御方法では、第１反応塔１への塩素ガスの供給量を低下させる外乱が入力されたにもかかわらず、線Ｌがほぼ直線状になっており、第２反応塔２における第２反応液の水酸化ナトリウム濃度を一定（約１．０重量％で一定）にする、すなわち、第２反応液の酸化還元電位を一定にする制御を、速い応答速度で制御することができる。
【００７１】
図５Ａ（ｂ）は、貯留タンク３に貯留された第１反応液の液面高さを一定にする制御性を示すグラフであり、横軸は、第１反応塔１への塩素ガスの供給量を低下させる外乱を入力してからの経過時間（分）を示し、右側縦軸は、水酸化ナトリウム水溶液の第１反応塔１への供給量（経過時間が０分のときの初期供給量（ｋｇ／ｈ）を「１」とした場合の相対比）を示し、左側縦軸は、貯留タンク３に貯留された第１反応液の液面高さ（貯留タンク３の全高に対する液面高さの割合（％））を示す。また、図５Ａ（ｂ）において、線Ｍは、水酸化ナトリウム水溶液の第１反応塔１への供給量の制御曲線であり、線Ｎは、貯留タンク３に貯留された第１反応液の液面高さの制御性を示す曲線である。図５Ａ（ｂ）から明らかなように、第１の制御方法では、第１反応塔１への塩素ガスの供給量を低下させる外乱が入力されたにもかかわらず、線Ｎがほぼ直線状になっており、貯留タンク３に貯留された第１反応液の液面高さを一定（貯留タンク３の全高に対する液面高さの割合が約５０％で一定）にする制御を、速い応答速度で制御することができる。
【００７２】
図５Ｂ（ｃ）は、第１反応液の酸化還元電位の変動、すなわち、第１反応液の水酸化ナトリウム濃度の変動を示すグラフであり、横軸は、第１反応塔１への塩素ガスの供給量を低下させる外乱を入力してからの経過時間（分）を示し、縦軸は、第１反応液の水酸化ナトリウム濃度（重量％）を示す。また、図５Ｂ（ｃ）において、線Ｏは、第１反応液の水酸化ナトリウム濃度の変動、すなわち、第１反応液の酸化還元電位の変動を示す曲線である。なお、第１の制御方法では、第１反応塔１への水酸化ナトリウム水溶液の供給量に対する純水の供給量の比率は、１２．６％の一定に制御される。第１の制御方法では、第１反応液の水酸化ナトリウム濃度は、第１反応塔１および第２反応塔２のそれぞれに対する塩素ガスの供給量バランス、および第２反応塔２内の第２反応液の水酸化ナトリウム濃度に応じて、適宜調整される。図５Ｂ（ｃ）から明らかなように、第１の制御方法では、線Ｏにおける第１反応液の水酸化ナトリウム濃度は、９．６〜１６．２重量％の範囲内で変動する。
【００７３】
図５Ｂ（ｄ）は、第２反応液における次亜塩素酸ナトリウム濃度を示すグラフであり、横軸は、第１反応塔１への塩素ガスの供給量を低下させる外乱を入力してからの経過時間（分）を示し、縦軸は、第２反応液における次亜塩素酸ナトリウム濃度（重量％）を示す。また、図５Ｂ（ｄ）において、線Ｐは、第２反応液における次亜塩素酸ナトリウム濃度の制御性を示す曲線である。図５Ｂ（ｄ）から明らかなように、第１の制御方法では、第１反応塔１への塩素ガスの供給量を低下させる外乱が入力されたにもかかわらず、第２反応液における次亜塩素酸ナトリウム濃度を、１５．１〜１７．７重量％の範囲内に制御することができる。
【００７４】
以上のように、第１の制御方法では、第１反応塔１への塩素ガスの供給量が変動する外乱が発生した場合であっても、第２反応塔２における第２反応液の水酸化ナトリウム濃度が一定となる、すなわち、第２反応液の酸化還元電位が一定となるように迅速に制御することができるので、次亜塩素酸ナトリウム濃度が均一な次亜塩素酸ナトリウム水溶液を得ることができる。また、第１の制御方法では、第１反応塔１への水酸化ナトリウム水溶液の供給量に対する純水の供給量の比率を一定に制御する。これによって、第１反応塔１への塩素ガスの供給量が変動する外乱が発生し、第１反応塔１における水酸化ナトリウムの反応消費量が変動した場合であっても、第１反応塔１への純水の供給量をこれに応じて調整することができる。そのため、次亜塩素酸ナトリウム濃度が均一な次亜塩素酸ナトリウム水溶液を得ることができる。
【符号の説明】
【００７５】
１  第１反応塔
２  第２反応塔
３  貯留タンク
４  金属水酸化物供給手段
５  純水供給手段
６  第１塩素ガス供給手段
７  第２塩素ガス供給手段
８  第１ポンプ
９  第２ポンプ
１０  製品タンク
１１，１３  ＯＲＰ計
１２，１４  液面計
２１  第１開閉弁
２２  第２開閉弁
２３  第３開閉弁
２４  第４開閉弁
２５  第５開閉弁
２６  第６開閉弁
２７  第７開閉弁
３１  第１配管
３２  第２配管
３３  第３配管
３４  第４配管
３５  第５配管
３６  第６配管
３７  第７配管
３８  第８配管
３９  第９配管
４０  第１０配管
４１  第１１配管
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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