(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製紙工程水の循環系の一部に配設され、内部に製紙工程水を流入させる流入口および流入口から流入した製紙工程水を流入口より上部で排出する排出口を有する容器部材と、流入口の近傍で回転駆動され、流入口から容器部材内に流入した製紙工程水を攪拌する攪拌羽根と、排出口の近傍に配設され、製紙工程水に接触して製紙工程水中のスケール成分をその表面に析出させて付着させ得る網とからなるスケール付着装置。
【請求項２】
流入口は、容器部材の底面またはその近傍となる側面で開口し、排出口は、流入口より上部の側面で開口する請求項１に記載のスケール付着装置。
【請求項３】
網は、網を支持する支持部材を介して容器部材内に着脱可能に支持される請求項１に記載のスケール付着装置。
【請求項４】
網は、目の大きさが４０〜２００メッシュである請求項１に記載のスケール付着装置。
【請求項５】
網は、その表面に沿って製紙工程水が流れるように配設される請求項１から４のいずれか１つに記載のスケール付着装置。
【請求項６】
攪拌羽根は、回転数が５０〜２００rpmで回転駆動される請求項１に記載のスケール付着装置。
【請求項７】
容器部材が、循環系のバイパス流路または分岐流路に配設されてなる請求項１に記載のスケール付着装置。
【請求項８】
前記バイパス流路または分岐流路に複数の容器部材を並列または直列に配設してなる請求項７に記載のスケール付着装置。
【請求項９】
少なくとも１つの容器部材が、流入口から内部に流入した製紙工程水に薬剤を添加する薬剤添加部を備えた請求項８に記載のスケール付着装置。
【請求項１０】
流入口から容器部材内に流入された製紙工程水の液面が、排出口の上部で一定水位に維持されるよう流入口から容器部材内に流入される製紙工程水の流量を調整する流量調整部をさらに備えた請求項１に記載のスケール付着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スケール付着装置に関し、さらに詳しくは、製紙工程水の循環系におけるスケールの発生を抑える薬剤の種類および添加濃度を設定するに際し、前記系内のスケール成分の付着状況を監視して、前記系内に添加する薬剤の設定を行うためのスケール付着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紙・パルプ工場において、クラフトパルプなどの製紙用繊維（パルプ繊維）は、苛性ソーダと硫化ソーダを主成分とする蒸解液中において、原料である木材チップを高温下で蒸煮することにより、木材中に含まれるリグニンを溶出させてパルプ化し、製紙用繊維が製造される。このとき、木材チップからカルシウムイオンが溶出し、蒸解液中の炭酸イオンと反応して炭酸カルシウムが生成する。生成された炭酸カルシウムは、製紙工程の循環水系内で析出して蒸解釜および後の配管に付着し、スケールとなる場合がある。製紙工程の循環水系において、ストレーナ部等にスケールが付着すると、熱効率の低下やパルプ品質の不均一等の問題が発生し、運転上の大きな障害となる。
【０００３】
そこで、従来から製紙工程等の循環水系において、ポリリン酸塩、アクリル酸系重合体、各種ホスホン酸等の各種スケール防止剤が添加される。添加されるスケール防止剤の種類や添加濃度を設定する際には、製紙工程水の水質分析あるいはスケール付着状態を知るためのバイパス試験等を行い、次いで、その結果に応じてスケール防止剤が添加される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した水質分析等の管理状態のチェックは、製紙工程水に含まれるカルシウムスケールの成分やその量を比較的短時間で知ることができる。しかし、製紙工程の循環水系における水質は変動しやすいので、得られた分析結果が前記水系の状況を必ずしも正確に反映したものとはいえず、その点で間接的な方法であり、実際の障害を防止しているかどうかの判断の目安にしかならなかった。
また、前記のバイパス試験は、直接的な方法ではあるが、モニタリング期間が７〜３０日程度の長期間となり、かつ特定期間の平均的な障害を知ることができず、環境の変化に基づく障害の有無を迅速に知ることは困難であった。
【０００５】
この発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、製紙工程水の循環系におけるスケールの付着状況を迅速かつ正確に知り、前記循環系内におけるスケールの発生を抑えるために前記系内に添加される水処理薬剤の種類および添加濃度を迅速かつ正確に設定するためのスケール付着装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、製紙工程水の循環系の一部に配設され、内部に製紙工程水を流入させる流入口および流入口から流入した製紙工程水を流入口より上部で排出する排出口を有する容器部材と、流入口の近傍で回転駆動され、流入口から容器部材内に流入した製紙工程水を攪拌する攪拌羽根と、排出口の近傍に配設され、製紙工程水に接触して製紙工程水中のスケール成分をその表面に析出させて付着させ得る網とからなるスケール付着装置が提供される。
【０００７】
すなわち、本発明者らは、製紙工程水の循環系におけるスケールの付着状況を把握し、スケールの発生を抑えるスケール防止剤の種類および添加濃度を設定するに際し、前記系内のスケールの付着状態を、前記系内と高い相関関係を有してリアルタイムで、好ましくは加速度的に発現させるための諸条件を見出し、この諸条件を備えたスケール付着装置を完成させるに至った。
【０００８】
容器部材は、内部に製紙工程水を流入させる流入口および流入口から流入した製紙工程水を流入口より上部で排出する排出口を有するので、容器部材内を上昇する製紙工程水の流れを作り出し、それによって製紙工程水中のスケール成分と網の良好な接触を図ることができる。しかしながら、排出口が流入口より下方に位置するような設定にすれば、浮上して凝集しやすいパルプ繊維や気泡を含んだ製紙工程水と網の良好な接触を図ることが困難になる。また、このような製紙工程水を強制的に下方へ流そうとすれば、大きな駆動力が必要となり装置構成が複雑になる。
容器部材は、例えば、透明な容器で構成することにより、網に対するスケールの付着状況を外部から観察することもできる。
【０００９】
流入口は、容器部材の底面またはその近傍となる側面で開口し、排出口は、流入口より上部の側面で開口する構成にすれば、ほぼ垂直方向に上昇する流れを形成することができるので、製紙工程水中のスケール成分と網の良好な接触を図ることができる。
【００１０】
網は、排出口の近傍に配設され、製紙工程水に接触して製紙工程水中のスケール成分を表面（線材の表面）に析出させて付着し得る構成の網が好ましい。このような網を用いることにより、前記系内のスケールの付着状態を、前記系内と高い相関関係を有してリアルタイムで、好ましくは加速度的に発現させることができる。
網は、網を支持する支持部材を介して容器部材内に着脱可能に支持されるので、容器部材の内部から外部に網を取り出し、また、外部から容器部材の内部に網を取り付けることができ、網の表面に付着したスケールの観察あるいは測定を容易に行うことができる。
【００１１】
網は、その表面に沿って製紙工程水が流れるように配設されるのが好ましい。つまり、製紙工程水の流れのなかで網の向きをどのように変えても、網の目を通過する製紙工程水の流れはわずかであっても存在するが、製紙工程水の流れの大部分が網の目を通過することがないように、製紙工程水の流れの中における網の向きを設定することにより、網の目がパルプ繊維によって塞がれ、網の表面にスケールが付着するのを阻害することが防止される。
【００１２】
網は、製紙工程水の循環系を構成する材料と同じ材料で構成されるのが好ましく、材料としては、一般に使用されるステンレス鋼が挙げられるが、特に限定されない。網を形成する線材の直径は、0.05〜0.29mm程度が好ましい。
網は、目の大きさが４０〜２００メッシュであるのが好ましい。４０メッシュより粗いと、接触面積が小さくなり、網の表面に付着したスケールが製紙工程水中のパルプ繊維等と接触して剥がれやすくなる。２００メッシュより細かいと、網の目を通過する製紙工程水の流れが悪くなり、網の表面にスケールが付着しにくくなる。
【００１３】
攪拌羽根の種類としては、パドル形、平羽根タービン形および、ピッチを有するプロペラ形が挙げられる。プロペラ形の攪拌羽根を使用すれば、その回転軸方向の流れの速度を制御することができる。
上記のように配設される攪拌羽根は、攪拌された製紙工程水が網に接触して排出口から排出されるまでの流路長さを大きく設定することができるので、製紙工程水中のスケール成分と網の良好な接触を図ることができる。
【００１４】
プロペラ形の攪拌羽根としては、直径が５０〜１００ｍｍで２〜４枚の羽根を有し、比較的長い回転軸を介して回転駆動源に接続されたものが挙げられる。このような攪拌羽根は、回転数が概ね５０〜２００rpmで回転駆動されるのが好ましい。回転数が５０rpmより低いと、パルプ繊維や気泡を含んだ製紙工程水を均一に攪拌するのが困難になる。回転数が２００rpmより高いと、網の表面に付着したスケールが剥離しやすい。
【００１５】
容器部材は、循環系のバイパス流路または分岐流路に配設されてなるのが好ましい。容器部材を循環系のバイパス流路に配設すれば、容器部材の排出口から排出された製紙工程水を循環系に戻すことができるので、排出口から排出された製紙工程水を別途処理するための機構が不要になる。
また、容器部材を循環系の分岐流路に配設すれば、容器部材の排出口から排出された製紙工程水を別途処理するための機構が必要になるが、前記系内におけるスケールの発生を抑えるための薬剤を、網の上流側で分岐流路内の製紙工程水に添加しても前記系内に前記薬剤を戻すことなく、薬剤の種類や添加濃度を様々に変えて試験を行うことができる。
【００１６】
前記バイパス流路または分岐流路に、複数の容器部材を並列または直列に配設することができる。複数の容器部材を配設することにより、薬剤の種類や添加濃度を様々に変えて試験を行うことができ、また、循環系の各部を構成する様々な材料の網を容器部材のそれぞれに配設して試験を行うことができる。
少なくとも１つの容器部材が、流入口から内部に流入した製紙工程水に薬剤を添加する薬剤添加部を備えることによって、前記系内に薬剤を添加した場合の効果を網によって確認することができる。
【００１７】
流入口から容器部材内に流入された製紙工程水の液面が、排出口の上部で一定水位に維持されるよう流入口から容器部材内に流入される製紙工程水の液面を調整する調整部をさらに備えているので、網に対する製紙工程水の接触条件、すなわち、製紙工程水の流速や網との接触時間を、一定に保持することができ、それによって、循環系におけるスケールの付着状態を正確に把握することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づいてこの発明を詳述する。なお、これによって、この発明が限定されるものではない。
【００１９】
この発明のスケール付着装置を図１を参照しながら説明する。
図１において、スケール付着装置１０は、製紙工程水の循環系１００のバイパス流路に配設された２つの容器部材１と、各容器部材１内に流入された製紙工程水を攪拌する回転羽根２（攪拌羽根）と、容器部材１内に着脱可能に配設され、回転羽根２によって攪拌された製紙工程水に接触する網３とから主に構成される。
この発明のスケール付着装置１０が適用される製紙工程水の循環系１００は、抄紙工程部７と、抄紙工程部７から集められた白水を収容するセブオール８と、セブオール８に収容された白水を抄紙工程部７に送るポンプ９とから構成される。
【００２０】
容器部材１は、容量５０Lのポリエチレン樹脂からなる矩形断面を有する容器であり、蓋部１３を備え、内部に製紙工程水を流入させる流入口１１および流入口１１から流入した製紙工程水を流入口１１より上部で排出する排出口１２を有する。流入口１１は、容器部材１の底面で開口し、排出口１２は、容器部材１の側面で開口する。２つの容器部材１は、樹脂製の可とう管５を介して循環系１００に対して互いに並列に接続され、容器部材１の一方には、流入口１１から内部に流入した製紙工程水に薬剤を添加する薬剤添加部４を備えている。
【００２１】
薬剤添加部４は、上記の容器部材１の排出口１２に対向する側面に開口する薬剤添加口部４１と、薬剤添加口部４１に樹脂製の可とう管５を介して接続された薬剤添加ポンプ４２と、薬剤添加ポンプ４２によって薬剤添加口部４１に送られる薬剤を収容する薬剤タンク４３と、薬剤の添加量を調整するバルブ４４とから構成される。
【００２２】
ポンプ９のエアー抜きには樹脂製の可とう管５の一端が接続され、この可とう管５の他端は分岐管となってそれぞれの流入口１１に接続されている。可とう管５の各分岐管には、流入口１１から容器部材１内に流入された製紙工程水の液面が、排出口１２の上部で一定水位に維持されるよう流入口１１から容器部材１内に流入される製紙工程水の液面を調整する調整部としてのバルブ１４が配設されている。排出口１２は樹脂製の可とう管５にそれぞれ接続され、これらの可とう管５は集合してセブオール８に製紙工程水を戻すように構成されている。
【００２３】
攪拌羽根２は、流入口１１のほぼ真上に配設された２枚のプロペラ羽根からなる、直径が５０ｍｍの回転翼２１と、下端で回転翼２１を固定支持し、上端がモータ２３に接続された回転軸２２と、回転軸２２を回転させるモータ２３とから構成される。回転翼２１は、流入口１１のほぼ真上に配設されることにより、攪拌された製紙工程水が網３に接触して排出口１２から排出されるまでの流路長さを大きく設定することができるので、製紙工程水中のスケール成分と網３の良好な接触を図ることができる。
回転軸２２に接続された回転翼２１は、モータ２３により少なくとも５０〜２００rpmの範囲で回転される。
【００２４】
網３は、直径0.07 mmのステンレス鋼（SUS304）の線材を編んだ複数の網本体３１と、これらの網本体３１を着脱可能に支持する支持部材３２とからなる。
網本体３１は、それぞれが70mm×40mmの外寸を有する平板状に形成され、目の大きさが１４０メッシュである。
支持部材３２は、網本体３１を取り付けた状態で、容器部材１の蓋部１３の下面に着脱可能に支持され、取り付けられた網本体３１が排出口１１の近傍にあって網本体３１の表面に沿って製紙工程水が流れるようにそれぞれの網本体３１を製紙工程水の流れと平行に配設する。これにより、製紙工程水の流れの大部分が網の目を通過することがないので、網本体３１の目がパルプ繊維によって塞がれ、網本体３１の表面へのスケールの付着が阻害されるのを防止できる。しかし、この試験例では、網本体３１の目を通過する製紙工程水の流れもスケールの付着に寄与する１つの要因とみなしている。
【００２５】
試験例
この発明のスケール付着装置１０を製紙工程水の循環系１００に接続して行ったスケール付着状況確認試験の一例を以下に説明する。
図１において、製紙工程水の循環系１００の製紙工程部７は、新聞紙の製造工程を形成するパルプ工場の抄紙白水循環系で構成され、この抄紙白水循環系では、図示しない白水サイロから送られた白水が、パルプ濃度として０．８重量％程度に希釈されてセブオール８に還流される（図中、白水の流れは矢印で図示する）。
【００２６】
上記の白水は、ポンプ９から供給され、ヘッド圧によってスケール付着装置１０に送り出される。２つの容器部材１内に流入される白水は、流入口１１から容器部材１内に流入された白水の液面が、排出口１２の上部で一定水位にそれぞれ維持され、かつそれぞれの容器部材１内に同量に供給されるようにバルブ１４を調整した。薬剤タンク４３には、後記の薬剤A〜Iからそれぞれ１つを順次入れ換えて収納した。網本体３１（外寸70mm×40mm、目の大きさが１４０メッシュ、SUS304）を支持部材３２に取り付け、この支持部材３２を各容器部材１内に支持させた。
また、モータ２３により回転される回転翼２１の回転数は、10、100および1000rpmの３段階に順次切り替えられるように設定した。
【００２７】
まず、セブオール８に収容された硫酸カルシウムを含有する白水（pH5.0、液温４０℃）を、循環水量１５L/分、容器部材１内における滞留時間約３分としてスケール付着装置１０に循環させた。
次いで、薬剤タンク４３からの薬剤添加量が、スケール付着装置１０に送り出されるパルプスラリーの全量の１０mg/Lとなるようにバルブ４４を調整し、薬剤添加ポンプ４２を駆動した。
スケール付着装置１０に白水を送り出して２４時間経過後、各容器部材１内から支持部材３２を取り出し、支持部材３２に取り付けられた網本体３１をマイクロスコープ（株式会社キーエンス製のデジタルHFマイクロスコープVH-8000）で観察した。
【００２８】
また、支持部材３２に取り付けられる網本体３１を、ステンレス鋼（SUS304）の平板（５０×３０×0.07mm）からなるテストピースおよびポリエチレン樹脂の平板（５０×３０×1.0mm）からなるテストピースに換えて上記の試験を行った。
また、回転翼２１の回転数を10、100および1000rpmの３段階に順次切り替えて上記の試験を行った。
【００２９】
前記の付着状況確認試験で使用した薬剤A〜Iを成分構成とともに下記の表１に示す。
【００３０】
【表１】
0003896410.tif 000002
【００３１】
表１の薬剤A〜Iを順次、薬剤タンク４３に入れ換えて、それぞれの薬剤を添加して行われた付着状況確認試験において、マイクロスコープで観察した網本体３１の表面の状態を図２および図３に示す。
図２および図３には、試験時に薬剤を添加しない検体（図２）と、試験時に各薬剤を添加した検体のそれぞれの画像写真を示す。
【００３２】
マイクロスコープで観察した結果、支持部材３２に取り付けられる網本体３１を、ステンレス鋼（SUS304）の平板からなるテストピースおよびポリエチレン樹脂の平板からなるテストピースに換えて上記の試験を行った場合には、回転翼２１の回転数および薬剤の添加の有無に関わらずスケールの付着は確認されなかった。
支持部材３２に網本体３１を取り付け、薬剤を添加しない容器部材１内において、回転翼２１の回転数を10 rpmおよび100 rpmとして行った試験時にのみ硫酸カルシウムのスケールの付着が確認された。
【００３３】
回転翼２１の回転数を10 rpmとして行った試験時には、硫酸カルシウムの付着とともに、白水中のパルプ繊維が多量に付着しているのが確認された。
また、回転翼２１の回転数を1000 rpmとして攪拌を行った場合にスケールの付着は確認されなかったのは、網本体３１の表面において速い水流が発生すると、網本体３１の表面にスケールが付着する以前にスケールが剥離しやすいものと考えられる。
薬剤を添加した場合は、回転翼２１の各回転数に係わらず、硫酸カルシウムの付着は見られなかった。
【００３４】
表１の薬剤A〜Iを順次、薬剤タンク４３に入れ換えて、それぞれの薬剤を添加して行った上記の付着状況確認試験において、薬剤AおよびBをそれぞれ添加して行った試験について、容器部材１内の白水を採取し、この白水中の硫酸イオン濃度、全カルシウム濃度およびカルシウムイオン濃度を測定した。
この結果を以下の表２に示す。
【００３５】
【表２】
0003896410.tif 000003
【００３６】
なお、表２中で「無添加」としたデータは、薬剤AおよびBをそれぞれ添加する直前の容器部材１内の白水を採取して測定したものであり、表２中で「添加」としたデータは、薬剤AおよびBをそれぞれ添加して２４時間経過後の容器部材１内の白水を採取して測定したものである。
表２から、白水に薬剤AおよびBをそれぞれ添加することによって、白水中のスケール成分が減少したことが判る。
【００３７】
前記の試験例で示したように、スケール付着装置１０を製紙工程水の循環系１００に接続して行ったスケール付着状況確認試験では、回転翼２１による攪拌の条件や上昇する流れを形成する容器部材１の構造により、白水の攪拌や流速等の条件を整え、このような処理が行われた白水を、接触部材であるステンレスの網３に接触させてスケールをその表面に付着させるようにした。これにより、白水中のパルプ繊維等によってスケールの付着が阻害されることなく、スケールの付着状態を現場で迅速に直接確認することができる。
【００３８】
【発明の効果】
この発明では、製紙工程水の循環系におけるスケールの付着状況を把握し、スケールの発生を抑えるスケール防止剤の種類および添加濃度を設定するに際し、前記系内のスケールの付着状態を、前記系内と高い相関関係を有してリアルタイムで、好ましくは加速度的に発現させるための諸条件を備えたスケール付着装置を提供できる。
【００３９】
製紙工程水はパルプ繊維や気泡を含んだスラリーであり、パルプ繊維は上層に浮上して凝集しやすく、かつスケール成分をこの中に集めやすいが、この発明のスケール付着装置では、攪拌や容器部材内における白水の流れの条件を整え、白水に接触してスケールを付着させる部材として網を用いることにより、白水中のパルプ繊維の影響を受けることなくスケールの付着状況を確認することができる。
この発明により、製紙工程水の循環系におけるスケールの付着状況を迅速かつ正確に知り、前記循環系内におけるスケールの発生を抑えるために前記系内に添加される水処理薬剤の種類および添加濃度を迅速かつ正確に設定するためのスケール付着装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態による、紙パルプ工場の抄紙白水循環系に配設されたスケール付着装置の概略図である。
【図２】図１のスケール付着装置を用いて行われた付着状況確認試験において、マイクロスコープで観察した網本体の表面の状態を示す画像写真である。
【図３】図１のスケール付着装置を用いて行われた付着状況確認試験において、マイクロスコープで観察した網本体の表面の状態を示す画像写真である。
【符号の説明】
１    容器部材
２    攪拌羽根
３    網
４    薬剤添加部
７    抄紙工程部
１０    スケール付着装置
１１    流入口
１２    排出口
１４    バルブ（流量調整部）
２１    回転翼（攪拌羽根）
３１    網本体
３２    支持部材
１００    製紙工程水の循環系
【図１】
0003896410.tif 000004
【図２】
0003896410.tif 000005
【図３】
0003896410.tif 000006