JP2005334747A - 蒸気再圧縮式濃縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 容器側に加熱媒体を供給し、蒸発管側に被濃縮液を流すことによって、被濃縮液の小規模処理を可能とし、さらに、蒸発管内の被濃縮液を強制循環させることによって、液頭圧による熱交換率の低下を解消することができる。
【解決手段】 気液分離室２を備えた、加熱された被濃縮液を溜める上部液溜め３、被濃縮液が供給される下部液溜め４、および、上部液溜め３と下部液溜め４との間にこれらが連通するように配された多数本の蒸発管１２を備えた胴部１Ｃからなる容器１と、上部液溜め３内の被濃縮液を下部液溜め４内に、新たな被濃縮液を供給しつつ循環させる液循環ポンプ１３と、気液分離室２からの蒸気を圧縮して圧縮蒸気とし、これを胴部１Ｃ内に供給する圧縮手段１５とを備え、濃縮された被濃縮液は、上部液溜め３から容器１外に排出される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、蒸気再圧縮式濃縮装置、特に、タンク側に加熱媒体を供給し、蒸発管側に被濃縮液を流すことによって、被濃縮液の小規模処理が可能となるので、装置のコンパクト化が図れ、しかも、濃縮処理効率が向上し、さらに、蒸発管内を流れる被濃縮液を強制循環させることによって、濃縮処理効率がさらに向上すると共に、連続濃縮処理が可能となる蒸気再圧縮式濃縮装置に関するものである。

従来、水分を多量に含む有機性廃棄物や廃液等は、水分を取り除き焼却処理を行うか、水処理設備を用いて浄化されることが一般的である。ただし、河川等への放流可能な状態にまで脱色を要求される場合、有機性の廃液の中には、浄化に多くの処理時間と凝集剤等の副資材を必要とする場合がある。

ところで、有機物を含む廃液の場合、含水率を下げれば、わずかの助燃剤で焼却させることができるし、自燃するものはエネルギ源として利用することもできる。また、有機性ゆえ、コンポスト化が容易となり、廃液では減容化により、輸送コストが低減する。

しかしながら、水分を蒸発させるには、莫大な熱エネルギが必要となる。そこで、特許文献１には、従来の蒸気再圧縮式濃縮装置の一例が開示されている。以下、この蒸気再圧縮式濃縮装置を、図面を参照しながら説明する。

図３は、従来の蒸気再圧縮式濃縮装置を示す構成図である。

図３に示すように、従来の蒸気再圧縮式濃縮装置は、被濃縮液４１が投入される真空タンク４２、水蒸気コンプレッサ４３、タンク４２と熱的に結合された水蒸気凝縮器４４、不凝縮性ガスを自発的に排出する不凝縮性ガス排出手段４５、凝縮水を自発的に排出する凝縮水排出手段４６から構成され、タンク４２からコンプレッサ４３に、コンプレッサ４３から水蒸気凝縮器４４に、水蒸気凝縮器４４から分岐して不凝縮性ガス排出手段４５および凝縮水排出手段４６にそれぞれ配管されている。

上記従来の蒸気再圧縮式濃縮装置によれば、水分を多量に含む有機性廃棄物や廃液等の被濃縮液を濃縮処理することができる。

特開平９−１２６６５２号公報

蒸気再圧縮式において、圧縮圧力を低くするほどエネルギ効率は向上する。しかし、圧縮圧力を低くすると、圧縮蒸気の凝集温度と被濃縮液の蒸発温度との差が小さくなるので、伝熱面積の大きな凝縮器を使用することになる。また、被濃縮液の圧力は、表面では蒸発圧力であるが、液深が大きくなるにつれて圧力は上がり蒸発温度も高くなる。従って、熱伝達の効率を考え、被濃縮液の蒸発温度と熱源である圧縮蒸気の凝縮温度との差を保つには、被濃縮液の液深は浅い方が良い。

このような状況を勘案すると、従来の蒸気再圧縮式濃縮装置は、タンク４２側に被濃縮液４１が投入され、凝縮器４４がタンク４２内に設置されているので、以下のような問題があった。

（１）大きな伝熱面積の凝縮器を覆う被濃縮液４１がタンク４２の中に必要であるので、大量の濃縮処理には適するが、小規模処理には適さない。

（２）凝縮器４４と被濃縮液との接触面積を確保するには、浅く大型の装置が必要となる。

（３）被濃縮液４１の液位が深くなると、熱伝達が悪くなり、結果として濃縮効率が悪化する。

従って、この発明の目的は、容器側に加熱媒体を供給し、蒸発管側に被濃縮液を流すことによって、被濃縮液の小規模処理を可能とし、さらに、蒸発管内の被濃縮液を強制循環させることによって、液頭圧による熱交換率の低下を解消することができる蒸気再圧縮式濃縮装置を提供することにある。

この発明は、上述の目的を達成するためになされたものであり、下記を特徴とするものである。

請求項１記載の発明は、水分を多量に含む被濃縮液を加熱して水分を蒸発させることにより濃縮すると共に、この濃縮時に生じた蒸気を圧縮して被濃縮液の加熱源とする蒸気再圧縮式濃縮装置において、気体と液体とが分離される気液分離室を備えた、加熱された被濃縮液を溜める上部液溜め、被濃縮液が供給される下部液溜め、および、前記上部液溜めと前記下部液溜めとの間にこれらが連通するように配された多数本の蒸発管を備えた胴部からなる容器と、前記上部液溜め内の被濃縮液を前記下部液溜め内に、新たな被濃縮液を供給しつつ循環させる循環手段と、前記気液分離室からの蒸気を圧縮して圧縮蒸気とする圧縮手段を備えた、前記蒸発管内を流れる被濃縮液を加熱する加熱媒体を前記胴部内に供給する加熱媒体供給手段とを備え、濃縮された被濃縮液は、前記上部液溜めから前記容器外に排出されることに特徴を有するものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、圧縮手段は、コンプレッサからなり、加熱媒体は、前記コンプレッサからの圧縮蒸気であることに特徴を有するものである。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、加熱媒体と蒸発管内を流れる被濃縮液との熱交換時に生じた凝縮液を排出するスチームトラップを備え、前記スチームトラップから排出された凝縮液によって、新たな被濃縮液が予備加熱されることに特徴を有するものである。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、圧縮手段は、コンプレッサからなり、加熱媒体は、前記コンプレッサからの圧縮蒸気により加熱される加熱用水であることに特徴を有するものである。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、加熱媒体供給手段は、加熱用水を貯える復水槽を備え、加熱用水は、前記復水槽内においてコンプレッサからの圧縮蒸気により加熱され、胴部と復水槽との間を循環供給されることに特徴を有するものである。

請求項６記載の発明は、請求項４または５記載の発明において、胴部からの加熱用水によって、新たな被濃縮液が予備加熱されることに特徴を有するものである。

請求項７記載の発明は、請求項１から６の何れか１つに記載の発明において、容器は、加熱媒体を共通にして複数段設けられ、前段の容器で濃縮された被濃縮液が、次段の容器に順次、供給されることに特徴を有するものである。

この発明によれば、タンク側に加熱媒体を供給し、蒸発管側に被濃縮液を流すことによって、被濃縮液の小規模処理を可能とし、さらに、蒸発管内の被濃縮液を強制循環させることによって、液頭圧による熱交換率の低下を解消することができる。しかも、装置を多段にして連続処理することができるので、処理量を増大させることができる。すなわち、多段にすることにより、各段での被濃縮液の循環量を小さくできれば、その分、新しい被濃縮液量を増やすことができるので、全体として処理量を増大させることができる。逆に、処理量と段数を同じにすれば、各段の装置の大きさを合理的な大きさに押えることができる。

この発明の蒸気再圧縮式濃縮装置の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、この発明の蒸気再圧縮式濃縮装置を示す構成図である。

図１において、１は、上部仕切壁１Ａと下部仕切壁１Ｂとによって仕切られた縦型第１容器である。第１容器１は、加熱された被濃縮液が溜められる上部液溜め３と、被濃縮液が供給される下部液溜め４と、後述する蒸発管１２を備えた胴部１Ｃとからなっている。上部液溜め３には、気体と液体とが分離される気液分離室２が形成されている。

下部仕切壁１Ｂには、凝縮液排出管５が設けられ、気液分離室２には、蒸気排出管６が設けられている。凝縮液排出管５からの凝縮液は、スチームトラップ７を介して予熱用熱交換器８に送られる。蒸気排出管６内には、デミスタ９および残留ミスト除去ヒータ１０が設けられ、胴部１Ｃ内の蒸気を加熱媒体とするヒータ１０によって気液分離室３からの蒸気に残留するミストが除去される。残留ミスト除去ヒータ１０の加熱蒸気の凝縮液は、スチームトラップ１１を介して排出される。

１２は、上部仕切壁１Ａと下部仕切壁１Ｂとの間に垂直に配された、すなわち、上部液溜め３と下部液溜め４とが連通するように第１容器１内に垂直に配された多数本の蒸発管である。下部液溜め４内の被濃縮液は、後述する液循環ポンプによって蒸発管１２内を流れて上部液溜め３内に強制的に送り込まれる。

１３は、上部液溜め３内の被濃縮液を下部液溜め４内に、新たな被濃縮液を供給しつつ循環させる循環手段としての液循環ポンプである。新たな被濃縮液は、液循環ポンプ１３によって、被濃縮液貯槽１４から予熱用熱交換器８を経て、上部液溜め３内からの被濃縮液と共に下部液溜め４内に供給される。

このように、被濃縮液を強制循環させることによって、濃縮処理効率がさらに向上すると共に、連続濃縮処理が可能となる。なお、蒸発管１２内では蒸発が起こらない極端な状況を想定すると、管内流量を大きくすることによって管の長さを長くすることができるので、設置面積のより小さい装置とすることができる。被濃縮液の流量を大きくすることによって、管壁へのスケールの付着を緩和することもできる。また、蒸発管１２内に乱流熱伝達の状態を作れば、熱伝達率が向上するので、さらに濃縮効果が高まる。

１５は、加熱媒体供給手段としてのコンプレッサであり、気液分離室２の蒸気排出管６からの水蒸気を圧縮する。コンプレッサ１５からの圧縮蒸気は、蒸発管１２内を流れる被濃縮液を加熱する加熱媒体として、蒸発管１２が配された第１容器１の胴部１Ｃ内に供給される。このように、胴部１Ｃに加熱媒体としての蒸気を供給し、蒸発管１２側に被濃縮液を流すことによって、被濃縮液の小規模処理が可能となる。従って、装置のコンパクト化が図れると共に、熱交換効率が向上するので、濃縮処理効率が向上する。

１６は、上部液溜め３に設けられた濃縮液排出管であり、ここから濃縮液がオーバフローして、第１容器１外に排出される。

この例は、上述した第１容器１と同様な構造の容器を直列に２段に設けたものである。すなわち、１７は、上部仕切壁１７Ａと下部仕切壁１７Ｂとによって仕切られた縦型第２容器である。第２容器１７は、気液分離室１８が設けられた上部液溜め１９と下部液溜め２０と多数本の蒸発管２７を備えた胴部１７Ｃとからなっている。２１は、凝縮液排出管、２２は、蒸気排出管である。蒸気排出管２２からの蒸気は、第１容器１の蒸気排出管６からの蒸気と共にコンプレッサ１５に送られる。凝縮液排出管２１からの凝縮液は、スチームトラップ２３を介して、第１容器１側からの凝縮液と共に予熱用熱交換器８に送られる。

２４、２５は、何れも蒸気排出管２２内に設けられたデミスタと残留ミスト除去ヒータであり、残留ミスト除去ヒータ２５の加熱蒸気の凝縮液は、スチームトラップ２６を介して排出される。２８は、液循環ポンプであり、上部液溜め１９内の被濃縮液を下部液溜め内２０に、第１容器１の濃縮液排出管１６からの濃縮液を供給しつつ循環させる。

蒸発管２７が配された第２容器１７の胴部１７Ｃ内には、コンプレッサ１５からの圧縮蒸気が加熱媒体として供給され、蒸発管２７内を流れる被濃縮液を加熱する。２９は、上部液溜め１９に設けられた濃縮液排出管であり、ここから濃縮液がオーバフローして第２容器１７外に排出される。

以上のように構成されている、この発明の蒸気再圧縮式濃縮装置によれば、以下のようにして、被濃縮液が濃縮処理される。

第１容器１の下部液溜め４内の被濃縮液は、液循環ポンプ１３によって蒸発管１２内を流れて上部液溜め３内に強制的に送り込まれる。上部液溜め３内に送り込まれた被濃縮液は、下部液溜め４内に返送される。このようにして、被濃縮液は、下部液溜め４と上部液溜め３との間を蒸発管１２を介して強制的に循環供給される。この際、予熱用熱交換器８によって予備加熱された被濃縮液貯槽１４からの一定量の新たな被濃縮液が連続的に補給される。

気液分離室２の蒸気排出管６からの蒸気は、コンプレッサ１５によって圧縮され、コンプレッサ１５からの圧縮蒸気は、蒸発管１２が配された第１容器１の胴部１Ｃ内に供給される。これによって、蒸発管１２内を流れる被濃縮液は、圧縮された水蒸気の顕熱および凝縮潜熱により加熱され、上部液溜め３内に至る過程で一部が蒸発する。このときの凝縮により生じた凝縮液は、凝縮液排出管５からスチームトラップ７を介して予熱用熱交換器８に送られて、被濃縮液貯槽１４から下部液溜め４に補給される新たな被濃縮液を予熱する。

このようにして、濃縮液が下部液溜め４と上部液溜め３との間を蒸発管１２を介して強制循環されることによって、濃縮液の濃度は、排出される凝縮液分だけ濃縮される。この濃縮液は、上部液溜め３からオーバフローして、濃縮液排出管１６から第２容器１７の液循環ポンプ２８に送られる。

液循環ポンプ２８によって第２容器１７に送られた濃縮液は、第１容器１におけると同様にしてさらに濃縮処理され、濃縮液排出管２９から第２容器１７外に排出される。このようにして、被濃縮液の連続濃縮処理が終了する。

次に、この発明の他の実施態様を、図面を参照しながら説明する。

図２は、この発明の他の蒸気再圧縮式濃縮装置を示す構成図である。

この蒸気再圧縮式濃縮装置は、上述した蒸気再圧縮式濃縮装置の加熱媒体がコンプレッサからの圧縮蒸気であるのに対して、コンプレッサからの圧縮蒸気を復水させた時に生じる凝縮熱によって加熱された復水槽内の加熱用水である点でのみ相違する。すなわち、この蒸気再圧縮式濃縮装置の加熱媒体供給手段は、気液分離室２の蒸気排出管６からの水蒸気を圧縮するコンプレッサ１５と、コンプレッサ１５からの圧縮蒸気を復水させた時に生じる凝縮熱によって槽内の水が加熱される復水槽３０とからなっている。図２において、図１と同一番号は、同一物を示す。なお、この場合、残留ミスト除去ヒータ１０の熱源は、復水槽３０からの加熱用水であり、加熱用水循環ポンプ３１によって供給される。

この蒸気再圧縮式濃縮装置によれば、以下のようにして、被濃縮液が濃縮処理される。

第１容器１の下部液溜め４内の被濃縮液は、液循環ポンプ１３によって蒸発管１２内を流れて上部液溜め３内に強制的に送り込まれる。上部液溜め３内に送り込まれた被濃縮液は、下部液溜め４内に返送される。このようにして、被濃縮液は、下部液溜め４と上部液溜め３との間を蒸発管１２を介して強制的に循環供給される。この際、予熱用熱交換器８によって予備加熱された被濃縮液貯槽１４からの新たな被濃縮液が一定量、連続的に補給される。

気液分離室２の蒸気排出管６からの水蒸気は、コンプレッサ１５によって圧縮され、コンプレッサ１５からの圧縮蒸気は、復水槽３０に送られ復水される。この復水時の凝縮熱によって復水槽３０内の加熱用水が槽内圧力に対応する飽和水の温度まで高められる。復水槽３０内の加熱用水は、加熱用水循環ポンプ３１によって、蒸発管１２内を流れる被濃縮液を加熱する加熱媒体として、蒸発管１２が配された第１容器１の胴部１Ｃ内に供給される。これによって、蒸発管１２内を流れる被濃縮液は加熱され、上部液溜め３内に至る過程で一部が蒸発する。

第１容器１の胴部１Ｃから排出された低温の加熱用水は、復水槽３０に戻される。第１容器１で奪われた熱量は、コンプレッサ１５で圧縮された蒸気の顕熱および凝縮熱によって補われる。また、第１容器１から排出された低温の加熱用水の一部は、予熱用熱交換器８に送られて、被濃縮液貯槽１４から下部液溜め４に補給する新たな被濃縮液を予熱する。このとき、余剰の凝縮液は、排出される。

このようにして、濃縮液が下部液溜め４と上部液溜め３との間を蒸発管１２を介して強制循環されることによって、濃縮液の濃度は、コンプレッサ１５からの圧縮蒸気が復水槽３０内で凝縮する分だけ高められる。この濃縮液は、上部液溜め３からオーバフローして、濃縮液排出管１６から第２容器１７の液循環ポンプ２８に送られる。

液循環ポンプ２８によって第２容器１７に送られた濃縮液は、第１容器１におけると同様にしてさらに濃縮処理され、濃縮液排出管２９から第２容器１７外に排出される。このようにして、被濃縮液の連続濃縮処理が終了する。

この蒸気再圧縮式濃縮装置では、加熱媒体として飽和温度に近い水を使用することによって、図１の蒸気再圧縮式濃縮装置の有する効果に加えて、蒸発管１２、２７にフィン付きチューブを採用することができ、また、容器をバッフル板の入ったシェルアンドチューブ型のものとすることができるので、さらなる濃縮効率の向上を図ることができる。

以上の例は何れも、容器を２段に設けたものであるが、１段あるいは２段以上設けても良い。また、装置の始動時には、被濃縮液および加熱用水共に補助ボイラ（図示せず）の蒸気等により加熱し、定常状態に達した後は、上記コンプレッサ１５により与えられたエネルギだけを加熱源として運転する。

この発明の蒸気再圧縮式濃縮装置を示す構成図である。 この発明の他の蒸気再圧縮式濃縮装置を示す構成図である。 従来の蒸気再圧縮式濃縮装置を示す構成図である。

符号の説明

１：第１容器
１Ａ：上部仕切壁
１Ｂ：下部仕切壁
１Ｃ：胴部
２：気液分離室
３：上部液溜め
４：下部液溜め
５：凝縮液排出管
６：蒸気排出管
７：スチームトラップ
８：予熱用熱交換器
９：デミスタ
１０：残留ミスト除去ヒータ
１１：スチームトラップ
１２：蒸発管
１３：液循環ポンプ
１４：被濃縮貯槽
１５：コンプレッサ
１６：濃縮液排出管
１７：第２容器
１７Ａ：上部仕切壁
１７Ｂ：下部仕切壁
１７Ｃ：胴部
１８：気液分離室
１９：上部液溜め
２０：下部液溜め
２１：凝縮液排出管
２２：蒸気排出管
２３：スチームトラップ
２４：デミスタ
２５：残留ミスト除去ヒータ
２６：スチームトラップ
２７：蒸発管
２８：液循環ポンプ
２９：濃縮液排出管
３０：復水槽
３１：加熱用水循環ポンプ
４１：被濃縮液
４２：タンク
４３：コンプレッサ
４４：凝縮器
４５：不凝縮性ガス排出手段
４６：凝縮水排出手段

Claims (7)

1. 水分を多量に含む被濃縮液を加熱して水分を蒸発させることにより濃縮すると共に、この濃縮時に生じた蒸気を圧縮して被濃縮液の加熱源とする蒸気再圧縮式濃縮装置において、
   気体と液体とが分離される気液分離室を備えた、加熱された被濃縮液を溜める上部液溜め、被濃縮液が供給される下部液溜め、および、前記上部液溜めと前記下部液溜めとの間にこれらが連通するように配された多数本の蒸発管を備えた胴部からなる容器と、
   前記上部液溜め内の被濃縮液を前記下部液溜め内に、新たな被濃縮液を供給しつつ循環させる循環手段と、
   前記気液分離室からの蒸気を圧縮して圧縮蒸気とする圧縮手段を備えた、前記蒸発管内を流れる被濃縮液を加熱する加熱媒体を前記胴部内に供給する加熱媒体供給手段とを備え、
   濃縮された被濃縮液は、前記上部液溜めから前記容器外に排出されることを特徴とする蒸気再圧縮式濃縮装置。
2. 前記圧縮手段は、コンプレッサからなり、前記加熱媒体は、前記コンプレッサからの圧縮蒸気であることを特徴とする、請求項１記載の蒸気再圧縮式濃縮装置。
3. 前記加熱媒体と前記蒸発管内を流れる被濃縮液との熱交換時に生じた凝縮液を排出するスチームトラップを備え、前記スチームトラップから排出された凝縮液によって、前記新たな被濃縮液が予備加熱されることを特徴とする、請求項１または２記載の蒸気再圧縮式濃縮装置。
4. 前記圧縮手段は、コンプレッサからなり、前記加熱媒体は、前記コンプレッサからの圧縮蒸気により加熱される加熱用水であることを特徴とする、請求項１記載の蒸気再圧縮式濃縮装置。
5. 前記加熱媒体供給手段は、前記加熱用水を貯える復水槽を備え、前記加熱用水は、前記復水槽内において前記コンプレッサからの圧縮蒸気により加熱され、前記胴部と前記復水槽との間を循環供給されることを特徴とする、請求項４記載の蒸気再圧縮式濃縮装置。
6. 前記胴部からの加熱用水によって、前記新たな被濃縮液が予備加熱されることを特徴とする、請求項４または５記載の蒸気再圧縮式濃縮装置。
7. 前記容器は、前記加熱媒体を共通にして複数段設けられ、前段の容器で濃縮された被濃縮液が、次段の容器に順次、供給されることを特徴とする、請求項１から６の何れか１つに記載の蒸気再圧縮式濃縮装置。

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