JPS5819280B2 - 結晶罐制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は例えば製糖工程において使用される結晶罐の制
御方法に関するものである。

製糖工程は前段には連続プロセス、後段にはバッチプロ
セスが多く、これらが複雑に組合せられているが、個々
の工程について見ると蔗糖を結晶化する煎糖工程はど自
動化のむづかしい個所はない。

煎糖は、真空結晶罐（以下単に結晶罐と云う）で行われ
、長い歴史を持つものであるが、今迄にも多く自動化が
試みられて来たが、複雑な動特性ヲ持ツバロツチプロセ
スであることから、成功例は少なく、長年の経験を有す
る煎糖手による運転が一般的であった。

また上記成功例は何れも条件付きで自動運転できるもの
であシ、一般化された結晶罐の自動運転として確立され
たものはなかった。

本発明は従来の結晶罐の自動化運転に際し障害となって
いた要素を除去し、一般化された結晶罐の自動化運転を
可能とならしめることを目的とするものである。

従来結晶端は次の順序にしたがって運転されていた。

（１）減圧 第１図示の結晶罐１に取付けられた真空破壊弁２を閉じ
結晶罐１に配管３を介して接続されたバロメトリックコ
ンデンサの真空元弁４ならびに冷却水弁５を開く。

かかる操作によシ、結晶端内の蒸気はバロメトリックコ
ンデンサ６に導かれ冷却水によシ凝縮されて排水され、
非凝縮分は図示しない容積式真空ポンプによる真空系か
ら排除される。

これにより端内の減圧が開始される。

（２）吸込 罐内圧が所定の値（４００ｍｍＨｇＡｂｓ程度）に達す
ると前工程で飽和溶液に近くまで濃縮された糖液が図示
しないパンタンクから配管７ならびに糖液吸込弁８を経
て結晶罐１に吸込まれる。

糖液が結晶端内の熱交換器９の上面を僅かに超えるまで
吸込まれると吸込弁を閉止する。

（３）濃縮 熱交換器蒸気弁１０を開き結晶端内の糖液の加熱を開始
する。

蒸気によシ糖液の容積が減少し、熱交換器上面が液面の
上に出ることを防ぐため、糖液供給弁１１から徐々に糖
液を供給し、液面を一定に保つ。

端内は圧力５０〜１５０籠ＨｇＡｂ隘温度５０〜６０℃
に保持する。

（４）超高 糖液の濃縮が進み、濃度が増大して過飽和状態になると
、結晶の核となる種晶（シード）を弁１２を開いて投入
する。

結晶を発生させる方法としては、この他に（ｉ） 濃
縮を過度に行い自然に結晶を発生させる方法（ナチュラ
ル１、シーディング） （１０空気、ま、たは少量の種晶を空気と共に吸込ませ
て衝撃によって結晶を誘起させる方法（ショックシーデ
ィング） があるが、結晶の数を定め難く、現在では上記の結晶数
に相当する種晶を投入する方法が一般的である。

なお、ショック、シーディングを避けるために、シード
をアルコール・スラリーとして、空気を吸込まないよう
に投入する方法も採用されている。

本発明においては上記の何れの超高法をとっても良い。

（５）前高 超高直後の端内は、蒸発速度に比較して、結晶の表面積
は極めて小さく晶析速度が遅いので種晶以外に自然発生
する擬晶や、結晶の再溶解１が起り易く、極めて不安定
である。

対策として （１）熱交換器蒸気流量を減少して蒸発速度を抑える。

この時結晶端内糖液用攪拌機を持たない結晶罐では液の
攪拌を保証きれる限度以下低下させることはできない。

（２）蒸発速度と晶析速度の差に相当する温水を弁１３
を開いて供給する。

（３）冷却水を減少して、端内圧を上げ、蒸発速度を抑
制すると共に、液の温度が上昇し過飽和度が低下するこ
とにより晶析速度を下げる。

などの方法をとる。

結晶の成長が進み、超高直後の不安定な状態を過ぎると
、上記の対策を元に戻し、糖液の供給を始める。

結晶は徐々に成長し、白下（結晶と蜜からなるスラリー
状態のもの）の容積は次第に増加してくる。

この期間では、結晶表面積は増大し自己平衡性が出てく
るので可成、安定な範囲である。

すなわち、結晶の表面積が大きく々るに従い、糖分の結
晶化す条、速さ、晶析速度は大きくなる。

晶析速度は過飽和度に関係し、過飽和度が高くなると晶
析速度が増し、低くなれば減少するので晶析速度の変化
が、過飽和度の変化を減少させるようになる。

しかし、この期間は結晶のくつつき、双晶、しゆう晶が
発生し易くなるので注意を要する。

（６）前締 結晶粒径が目的とする値に達すると、糖液の供給を断ち
、加熱を続けて、前締めを行う。

これは次の工程の遠心分離に適した流動度にすることと
、結晶化の割合を増すだめのもので目的とした流動度で
熱交換器蒸気弁１０を閉じ、真空破壊弁２を開いて真空
破壊を行う。

（７）落穂 結晶罐下部の落穂弁１４を開き端内の白下を次の分離工
程に送る。

上記白下は遠心分離によって結晶と蜜に分離される。

その後結晶はドライヤ、クーラを経て乾燥されサイロ、
シュガービンに貯えられ、包装出荷される。

。（８）洗濯 洗罐蒸気世弁１５ならびに洗罐温水用弁１６を開き、結
晶端内を蒸気と温水を使用して洗浄し次の煎糖に備える
。

なお、ここで１７は蒸気流入路に設けられたオリフィス
であり、１８はオリフィスに接続されオリフィス前後の
圧力差を検出する差圧伝送器、１９は差圧伝送器からの
出力に基づきベルヌイーの定理により蒸気流量を演算す
る演算器である。

２０は蒸気流量のプログラムであ虱セレクタ２１を介し
てプログラム２０からの信号は蒸気流量制御器２２に出
力され、プログラムからの規定値と演算器１９からの出
力との偏差値に基づき熱交換器蒸気弁１０の弁の開度を
調整する。

２３は結晶罐内の絶対圧を伝送する圧力伝送器でさり、
２４は結晶罐内糖液の沸騰温度を測定する測温素子、２
５は圧力一温度演算器を示し、測定した結晶罐内の絶対
圧から溶媒（この場合は水）の圧力一温度特性を使って
対応温度を演算する演算器である。

２６は測温素子２４からの入力信号と演算器２５からの
入力信号に基づき過飽和度を演算する過飽和度演算器で
ある。

２７は圧力伝送器２３からの入力信号によシ冷却水弁５
を制御する冷却水制御器である。

２８は電磁流量計を示し、糖液の流量に比例した出力を
２９の演算器に送出し２９の糖液流量測定信号は３０の
糖液供給制御器へ入力される。

次に本発明の計装原理について説明する。

超高時には１．罐内糖液の過飽和度１．００〜１．２５
の準安定区間に保つことにより、種晶から安定に結晶を
成長□させることができる。

この超高時から前高中期頃までは過飽和度が結晶成長の
指針となる。

次に、前高中期を過ぎると、下記の理由により硬さが煎
糖の重要な指針となる。

（１）この期間では罐内液位が上昇し、硬さが増大する
ので白下の循環速度が低下する。

白下の循環速度の低下は、熱交換器の熱伝達量を低下さ
せるので、煎糖時間が長くなることと、自然循環形の結
晶罐では、蒸発量が減少するので、よシ循環速度を低下
させてしまう。

まだ循環速度の低下は形晶の結果、すなわち双晶、聚晶
を起す原因となる。

（２）シかし、結晶容積分率を下げると循環速度は上る
が、結晶間隙が広くなり擬晶が発生し易くなり、製品の
粒径分布を悪化させる。

経験的に結晶間隙は煎糖中次第に狭くし、終了時に０．
２ｍｖｔ程度とすることが良いとされていんしかし、前
高時の結晶間隙は一定でなく、（１）超高時は前工程の
濃縮段階で、熱交換器が覆われるだけの糖液量を必然と
しその量はシード時の結晶間隙を定めてしまい、その値
は通常終了時の間隙よシ大きいので、以後の工程で徐々
に目的とする間隙にまで狭める必要がある。

（２）結晶粒径が小さい時は、結晶容積分率が小さくて
も比較的擬晶が発生し難く、また結晶の成長速度も大き
くできるので循環速度の高い状態で育晶することが有利
である。

したがって前置に際しては、これらのことを考慮して最
良の状態を維持しつつ、結晶の生長を計らねばならない
。

第２図は以上の結果をまとめたもので、最適と考えられ
る前高モデルを示す。

前高モデルは下記の方法で求めた。

また実際の煎糖に際し、下記の前高モデルは高い精度で
模擬していることが実証された。

ここで結晶は立方体であると仮定する。

Ｑ：全容積 Ｎ：結晶の数 ａ：結晶の一辺の長さ ｇ：結晶間隙 とすると Ｑ＝Ｎ（ａ＋ｇ、）” ・・・・・・・・
・・・・（１）と表せる。

。また全容積に結晶容積の占める割合は φ：結晶の容積分率とすると となる。

結晶の容積分率は直接測定できないが、間接的に硬さ計
で測定できることが判っている。

すなわち、昭和４２年１１月発行の「計測と制御」の７
７１〜７−８１頁に記載された、梅谷、森氏の論文「精
糖用結晶罐の特性と制御によれば、Ｘ：硬さ Ｘｏ＝硬さ計のφ＝０時の指示 に、に２ ：定数 とすれば と表せる。

経験的に、結晶の大きさと、全容積は時間に比例して増
加する一次式で表わされることが判っているので、これ
らの関係を上記の式に与えると第２図に示す前高モデル
をうることかできる。

以上の結果から、下記のことを推論しうる。

（１）端内の状態を定めるためには、２個の量について
独立に時間的な経過を指定する必要がある。

すなわち、この例では結晶の成長速度と白下の容積増加
率を指定し、それによって全てが規定されたが、両者は
互いに独立に指定し得るものである。

（２）硬さの経時変化は、実際は前述した計算式にもと
づいて得られる最適プログラムとは異なる原因は結晶間
隙一定で煎糖しないことによるものである。

前述の前高モデルで示したように、謹白の状態は２個の
独立したプログラムが必要であ名。

理論的には、結晶の平均粒径と結晶容積分率をプログラ
ム制御するととが考えられる。

また結晶容積分率は前述の如く、結晶間隙に関連した価
であり工業用テレビあるいはパターン認識により直接に
結晶間隙を測定し、結晶間隙と平均粒径によりプログラ
ム制御することも可能である。

ここでは平均粒径と結晶容積分率を、端内液位と硬さを
用いてプログラム制御するものである。

これを第１図を参照して説明すると、３１は端内液位を
検出する液面検出器、３２は硬さ計である。

３３は硬さ計出力を硬度に変換する変換器である。

３４は液面制御用のプログラム、３５は硬さ制御用のプ
ログラムを示す。

本発明はさらに安定域を広くするため、下記の構成とし
た点に特徴を有するものである。

（１）結晶端は互に関係する複雑な系であるため、制御
系に優先順位を持たせた。

通常糖液供給量は端内液位のプログラム３４に−づき制
御され、プログラム３４から規定値と液面検出器３１か
らの入力との偏差により液面制御器を動作せしめ、セレ
クタ３７を介して糖液供給制御弁を操作せしめる。

ゝしかし、種晶投入前においては過飽和度、種晶投入
後においては硬さの方がよい指針となる時期に変換器３
３からの硬さに関すや入力がプログラム３５から出力さ
れた規定値より低くなった場合はセレクタ３７において
液位の調節信号に優先して硬さ制御用のプログラム３′
５からの調節信号によシ糖液供給量を制御する。

ここで３８は過飽和度制御器、３９は硬さ制御器である
。

硬さ制御器はプログラム３５からの出力と変換器３３か
らの出力との偏差値に基づき出力信号を出すようになっ
ている。

４０は種晶投入前後硬さの方がよい指針となる時期に切
換えられるスイッチを示す。

なお温水供給制御弁１３はプログラム３５により制御さ
れる。

（２）次に本発明では、供給糖液の種類変更等に起因す
る外乱によって、液位があらかじめ定められたプログラ
ムからある値に外れた場合、総べてのプログラムの進行
を中断してその時の状態を一時的に保持させ、それに基
づく過飽和度並びに硬さの変化によって再び液位がプロ
グラムに沿った値になった時に再びプログラムを進行さ
せるようにしている。

なお、プログラムの進行を一時保持中に１液位が回復す
る理由は、その期間中にも、結晶端め運□転と制御は継
続され、端内白下中の−が成長するためで、結晶の成に
伴つそ、糖液め供給量が制御され、液位は回復する。

また、本機能は硬さ制御についても同様である。

即ち、供給糖液の濃度、または純糖率が低い時に、硬さ
があらかじめ定められたプログラム値から外れる場合が
ある。

このような時も、上述と同様に、プログラムの進行を自
動的に中断、再開して、結晶端の自動運転を遂行させる
ことができる。

このように結晶の育成期間中に外乱等によって生ずる結
晶成長時の障害をプログラム進行の中断によって自動的
に補正しているので、安定した結晶育成時の自動制御が
可能となる。

以上述べた本発明になる結晶端の構成によれば結晶端の
自動運転に際し、必要とする全ての条件を満足し、従来
常時運転員の介入が必要であった結晶端の自動化一転を
何等の障害もな〈実施するなお本発明は製糖以外のグル
タミン酸ソーダ、薬品など結晶化工程を持つ工程に適用
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例図、第２図は前高モデルの一
例図を示す。 １・・・□結晶−１３１・・・液面検出器、３２・・・
硬さ鼾、３３・・・変換器、３４・・・液面制御用プロ
グラム、３５・・・硬さ制御用プログラム、３６・・・
液面制御器、３７・・・セレクタ、３９・・・硬さ制御
器、３０・・・糖液供給制御器、１１・・・糖液供給弁
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 結晶罐を、減圧−吸込一濃縮一超高一前高一煎締一
   落糖一洗濯の工程に従って自動制御する結晶罐制御方向
   において、前記結晶端内の原料の液位および硬さを測定
   し、前記液位および硬さの変化過程を示すプログラムを
   あらかじめ各々独立して設け、前記プログラムとこれに
   対応する前記測定信号との偏差値を各々求め、前記各々
   の偏差値の中の何れか一方を選択し、前記選択された偏
   差値に基づき原料供給量を制御すると共に、前記超高か
   ら前高中期までは過飽和度と硬さのプログラム、前高中
   期以降は硬さと硬さのプログラムに基づいて制御するよ
   うにしたことを特徴とする結晶罐制御方法。