JP2004097866A - 蒸発濃縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】濃縮液の温度制御を簡便におこない、また処理液の濃縮倍率の制御を簡易・安価に効率よくおこない得る蒸発濃縮装置を提供することを目的とする。
【解決手段】排気ガスに処理液を直接接触させて処理液中の水分を蒸発させる際に処理液の温度に応じて大気を排気ガスに混合してガス自体の乾燥能力を高めて処理液温度を制御することにより、また、装置起動後濃縮液の所定の濃縮濃度より低い所定の濃度を検出したのち、原液の供給量と濃縮液の排出量を濃縮倍率に相当する量比となるように濃縮ポンプを運転・濃縮液を排出して時間の経過とともに所定の濃度に収斂するように濃縮制御することによって、上記課題の達成を可能にした。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、蒸発濃縮装置の温度制御および処理液を所定の濃縮倍率に濃縮する制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【非特許文献１】

【特許文献１】
Ｂ０１Ｄ　１／２６等で検索するも、該当する特許文献は見当たりません。
【０００３】
生産に伴って工場から廃棄物が排出されるが、現今の地球環境汚染防止対策から廃棄物を極力少なくすることが重要視され、かつ急務となってきている。
特に、工場廃液（以下「要処理液」という。）は、廃棄物が液体であることからその取扱が繁雑・不便であり、濃縮してでも量そのものをできるだけ少なくすることが求められてきており、それも特に、簡便かつ安価に濃縮できる装置が求められている。
【０００４】
一方、現今の経済事情下から自家発電設備を備える工場が増え、発電用エンジンから排気ガスが排出されるようになり、熱回収ボイラー等で熱回収しているものの、工場として熱バランスが取りきれず余分な熱は棄てられ、地球温暖化防止が唱えられている現在、より一層の熱回収対策が求められている。
【０００５】
ところで、排気ガス等の余った熱源を利用して要処理液を濃縮する装置にあっては、濃縮装置に供給された処理液と排気ガス等の熱源とを直接接触させ、排気ガス等の熱源により処理液の水分を蒸発させるのが最も簡易な濃縮装置となる。この水分を蒸発させて濃縮する場合には、排気ガス等の熱量と乾燥能力のバランスを考慮しなければならない。すなわち、排気ガス等の熱源の熱量で蒸発された水分は、排気ガス等の飽和湿度（乾燥能力）で吸収されなければならないが、一方これに見合う飽和湿度に相当する温度は高温であることが通常である。
このため、濃縮装置の作動温度（排出ガス、液温度）は高温となり、装置も高温に耐える仕様とせざるを得ないことから、装置の価格は高価なものとなる。
また、水分が飽和した高温排出ガスが煙突から排出されると、排出ガスが白煙化し問題視されるという事態が生ずる。
【０００６】
また、処理液の濃縮倍率の制御には処理液の濃度に応じた導電率・比重・沸点上昇・屈折率等の変化を検出して制御する精密な制御方法が採用されていることから、簡易な制御で安価に効率よく処理液を濃縮できる装置は提供されていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本願発明の目的は、排気ガス等を直接利用する際、排気ガス等の熱源および濃縮液の温度制御を簡便におこない、また、処理液の濃縮倍率の制御を簡易な装置で安価に効率よくおこない得る蒸発濃縮装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達するため、請求項１記載の発明は、排気ガスに処理液を直接接触させて処理液中の水分を蒸発させる際に、処理液の温度に応じて大気を排気ガスに混合してガス自体の乾燥能力を高くして処理液温度を低い温度で制御することにより、簡易かつ効率のよい処理液濃縮を可能にしたものである。
【０００９】
請求項２記載の発明は、装置起動後、処理液が所定の濃縮濃度以下の該濃縮濃度に近い濃度に達したのを検出したら、それ以降は原液の供給量と濃縮液の排出量を濃縮倍率に相当する量比となるように濃縮液ポンプを運転して処理液を濃縮液として排出して所定の濃縮倍率に収斂するように制御したことにより、高価な制御装置を使用しない安価な制御装置で運転可能にしたものである。
【００１０】
さらに、請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明および請求項２記載の発明を混用することにより、一層効率の良い安価な濃縮装置の提供を可能にしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の好ましい実施の形態を、添付図を参照して具体的に説明する。
図１は、本システムの概要を示す作動原理図である。濃縮に供する原液（要処理液）は、原液ポンプＰ１で蒸発缶１０に処理液として補給され、処理液は、循環ポンプＰ２によって蒸発缶の上部の散布管１２から散布される。
【００１２】
一方、排気ガスは排気ガス導入弁Ｖ１を介して蒸発缶１０に送りこまれ、散布管１２から散布された処理液と直接接触した後、排出ガスとして、排気ファンＦ１により煙突等に強制排気される。
【００１３】
排気ガスは、処理液と直接接触する際、処理液中の水分が蒸発する際の蒸発潜熱によって熱が奪われて温度がさがり、一方処理液は水分が蒸発するので濃度が濃くなるとともに液量が減少する。
【００１４】
なお、処理液と接触後の排気ガス（以下「排出ガス」という。）に含まれる処理液水分を取り除くために、適宜、気水分離器１４が設けられる。
【００１５】
蒸発で減少した処理液の分量は、液面検出器ＬＳ１で検出され、原液ポンプＰ１によって補給される。
処理液の濃度は、濃度検出計ＤＩＳ、例えば導電率計、で検出され、処理液の濃度が所定の値を超えると（詳細後述）流量制御器ＦＣが作動する。
また、流量制御器は、原液流量信号ＦＱ１と濃縮液排出流量信号ＦＱ２とを比較しながら、濃縮液ポンプＰ３の流量と原液ポンプＰ１との流量が濃縮倍率に相当する量比、たとえば１：２０、となるようにモータ弁ＭＶ２を開閉しながら濃縮液ポンプを運転制御する（請求項２関係）。
【００１６】
循環される処理液の温度は、運転中は処理液の蒸発温度（缶内温度）にほぼ等しくなることから、処理液（循環液）の温度を濃縮液温度計ＴＩＣで検出して、処理液の温度が所定の温度を超えないように、空気の導入量を大気導入弁ＭＶ１の開度を制御することによっておこなう（請求項１関係）。
【００１７】
実際の運転状況の一例を以下に示す。
排気ガスが水分を含まないものとし蒸発缶１０からの排出温度を７０℃とすると、４００℃・１０００ｋｇの排気ガスは図２のＡ点で示すように３３１５９５ｋＪ（７９２００ｋｃａｌ）の熱量が利用でき、これは２０℃の水を６０℃で１３１．４ｋｇを蒸発させることができる熱量に相当する。
なお、図２中のＢ点にて、２０℃の水を６０℃で蒸発する場合を示した。
【００１８】
しかし、自家発電エンジンの排気ガスは、炭化水素燃料の燃焼によって生じたガスであるから、水分を含んでおり、分析結果の一例では４８ｋｇ／１０００ｋｇであったのでこの水分を考慮し、さらに処理液の水分１３１．４ｋｇを含有するものとすると、このときの飽和湿度に対する排気ガス温度は６３．０℃となる。すなわち、排出ガスが飽和湿度になるとすると、図３に示すように、６３．０℃となるはずであるが、実際の運転では、排気ガスと処理液との間の接触時間や接触面積等から、排気ガスと処理液間で充分な熱交換ができず、排出ガスの温度は８０℃を超えるものとなる。
排出温度を８０℃とすると、この８０℃のときの空気の飽和湿度は０．５４６ｋｇ／ｋｇであり、また６３．０℃のときの空気の飽和湿度は０．１８１ｋｇ／ｋｇであって、即ち通常の規模の装置では、処理液と接触する排気ガスの温度を、飽和湿度が処理液の飽和湿度の３倍程度になる温度としないと所定の蒸発がおこなわれないことになる。
【００１９】
一方、蒸発缶１０の上部に置かれた排気ファンＦ１は軸受部が排出ガスにさらされるため、排出ガス温度以上の熱に耐えなければならず、このため、排出ガス温度を所定温度以下、例えば６０℃程度にすることが望ましい。これらの事情は、循環ポンプＰ２・濃縮液ポンプＰ３・ガスケット等にとっても同様である。
【００２０】
この排出ガスの温度を低く抑え、かつ湿度を低くする（乾燥能力を高める）ためには、大気を排気ガスに導入することが有効である。
なお、上述の４００℃・１０００ｋｇに水分４８ｋｇが含まれている排気ガスの状態は、空気では４０℃で飽和湿度となる状態にあたり、通常の大気にくらべ湿度が高いことから、大気を導入することは湿度を低くし乾燥能力を高める効果があることが判る。
【００２１】
例えば、上述の４００℃・１０００ｋｇに水分４８ｋｇが含まれている排気ガスに２５℃・５００ｋｇに水分３ｋｇを含む空気（相対湿度３０％）を混入した混合気体で、２０℃の処理液を６０℃で蒸発させる場合、次のようになる。
混合気体の温度は２７５℃、排出ガス温度を７０℃とした場合の利用可能熱量は３０８９８６ｋＪ（７３８００ｋｃａｌ）となり、この利用可能熱量で２０℃の処理液を６０℃で乾燥させる場合、２０℃の水のエンタルピーは８３．７４ｋＪ／ｋｇ、６０℃の蒸気のエンタルピーは２６０８ｋＪ／ｋｇであるから、熱量的に蒸発させ得る水分の量（以下「水分蒸発可能量」という。）は１２２．４ｋｇとなる。
一方、混合気体の絶対湿度は０．０３４ｋｇ／ｋｇであり、混合気体の７０℃における乾燥能力は３６３．５ｋｇ（ここに、７０℃の空気の飽和湿度を０．２７６３ｋｇ／ｋｇとする。）となる。
したがって、乾燥能力が水分蒸発可能量を超えることから、乾燥が可能であり、また実用上ではこの程度が目安となる。
【００２２】濃縮液濃度の制御
濃縮液の濃度は、一般には、比重・導電率・沸点上昇率・屈折率等が用いられるが、これら比重・導電率・沸点上昇率・屈折等を測定して濃度を決定する方法は、濃縮液の性状が異なれば異なってくることから、液の性状が日々あるいは時時刻刻変動する場合には適用し難い。特に、要処理液の場合には変動が頻繁にかつ大きく生じることから、これらを濃度検出の最重要かつ唯一の
パラメータとすることは適切とは言い難い。
また、これを検出パラメータとする計測器は制御装置に組み込むには高価でありまたその取扱いが面倒であり、一方要処理液の濃縮には、生産物の濃縮ほどの正確な濃縮率は要求されないのが通例である。
【００２３】
そこで、本願発明では、上記諸濃度測定法を副の濃度制御手段として用い、請求項２に記載のように、装置起動後は処理液が所定の濃縮濃度以下の該濃縮濃度に近い濃度に達したのを検出したら、以降は原液の供給量と濃縮液の排出量を濃縮倍率に相当する量比となるように処理液を濃縮液として排出することにより所定の濃縮倍率に収斂するように制御することにした。
すなわち、所定の濃度、例えば２０倍の濃縮倍率、にする場合、濃度検出計ＤＩＳが所定の濃縮濃度に近い濃度、、例えば１５倍程度の濃縮倍率、を検出した時に、流量比で１：２０になるように原液の供給量を検出しながら濃縮液ポンプＰ３を運転して、濃縮液を排出する。
初期の状態では処理液の濃度は所定の濃度（２０倍）に達していないものの、時間の経過とともに所定の濃度に収斂して、濃縮運転が継続される。
所定の濃縮濃度以下の該濃縮濃度に近い濃度に達したのを検出したのち濃縮液ポンプを作動させるとしたのは、所定の濃縮倍率に早く収斂させるためである。
なお、各ポンプは連携・連続して作動させる必要はなく、また流量が１：２０になるようにタイマー制御しても良い。即ち、濃縮倍率の変更は極めて簡単な物理量、即ち一つのポンプの流出量、を変更すれば足り、タイマー制御の場合は濃縮液ポンプの作動時間の変更のみでよいことになる。
このように倍率変更が簡易な制御機器でかつ極めて簡単な操作で可能なことは、液の性状が日々変動しかつ変動幅が大きい要処理液の場合には特に有益である。また、濃度測定・検出には精度の高い測定・検出法は不用であることから、通常は安価な導電率測定法が採用される。
【００２４】
【発明の効果】
排気ガスに処理液を直接接触させて処理液中の水分を蒸発させる蒸発濃縮装置において、濃縮液の温度に応じて大気を排気ガスに混合してガス自体の乾燥能力を高めて処理液温度を制御することにより、簡易かつ効率のよい処理液濃縮が可能になった。
【００２５】
また、装置起動後は処理液が所定の濃縮濃度以下の該濃縮濃度に近い濃度に達したのを検出したら、以降は原液の供給量と濃縮液の排出量を濃縮倍率に相当する量比となるように濃縮液ポンプを運転・濃縮液を排出して濃縮倍率を制御したことにより、濃縮倍率の変更は極めて簡単かつ容易であり、高価な制御装置を使用しない安価な制御装置で制御運転可能にし、簡便・安価にかつ効率よく処理液を濃縮できる装置が提供できるようになった。
【００２６】
さらに、上記２つの要素を備えた処理液濃縮装置が提供できたことから、地球環境汚染防止・地球温暖化防止に一層寄与しうる装置の供給が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】作動原理図である。
【図２】蒸発濃縮装置における利用可能熱量を示す図表である。
【図３】蒸発濃縮装置における空気の温度・飽和湿度を示す図表である。
【符号の説明】
１０　　　蒸発缶
１２　　　散布管
１４　　　気水分離器
ＤＩＳ　　濃度検出計
Ｆ１　　　排気ファン
ＦＣ　　　流量制御器
ＦＱ１　　原液流量信号
ＦＱ２　　濃縮液排出流量信号
ＬＳ１　　液面検出器
ＭＶ１　　大気導入弁
ＭＶ２　　モータ弁
Ｐ１　　　原液ポンプ
Ｐ２　　　循環ポンプ
Ｐ３　　　濃縮液ポンプ
ＴＩＣ　　濃縮液温度計
Ｖ１　　　排気ガス導入弁

Claims (3)

1. 燃焼ガスと処理液を直接接触させて処理液中の水分を蒸発させる蒸発濃縮装置において、燃焼ガスに接触する処理液の温度に応じて大気を燃焼ガスに混合して処理液の温度を制御すること、を特徴とする蒸発濃縮装置。
2. 蒸発濃縮装置において、装置起動後、処理液が所定の濃縮濃度以下の該濃縮濃度に近い濃度に達したのを検出したら、以降は原液の供給量と濃縮液の排出量を濃縮倍率に相当する量比となるように処理液を濃縮液として排出することにより所定の濃縮倍率に収斂するように制御したこと、を特徴とする蒸発濃縮装置。
3. 請求項１項記載の蒸発濃縮装置において、請求項２記載の濃縮倍率制御を用いた蒸発濃縮装置。

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