JP2012161731A - 遠心式薄膜真空蒸発装置が具えられた濃縮装置並びにその運転方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 原料供給面31aに供給された原料液L0が、蒸発板31上を移動する過程で蒸発板31から熱を受けることにより、揮発性成分が蒸発して濃縮され、その後、濃縮液L1がペアリングチューブ6によって外部に排出されるように構成された遠心式薄膜真空蒸発装置1が具えられた装置において、加熱部40と加熱部40内の減圧を担う真空ポンプP3との間に、加熱部40内に供給された蒸気Sの凝縮水Dを外部に排出するためのドレン排出手段が具えられていることを特徴として成る。
【選択図】図1
Description
すなわち前記加熱部40′内の減圧は、ドレン口42′に接続された真空ポンプP3′によって行われるものであり、現状ではこの真空ポンプP3′として、水分を含んだ気体の吸引に適した水封式のものが、ほぼ限定的に採用されている。
これは水封式の真空ポンプP3′の構造によるものであって、その構造は、ケーシング内に、ケーシングと軸芯を偏芯させたインペラを具えて成り、ケーシング内に充填された封水が、インペラの回転による遠心力によってケーシング内壁に張り付いた封水リングの状態となるものである。そしてこの封水リングの内側とインペラとによって囲まれた空間の容積が、インペラの偏心回転によって変化するため、この容積変化を利用して、吸入・圧縮・排気の作用が連続的に行われるものである。このような水封式の真空ポンプP3′は、ケーシング内に封水が位置するものであり、ドライ真空ポンプや油回転真空ポンプ等のように液圧縮を起こしてしまうことがないものであるため、遠心式薄膜真空蒸発装置1′における加熱部40′内の減圧を行うための機器として採用されている。
しかしながら上述のような水封式の真空ポンプP3′の構造に因み、例えば到達圧力が2.3kPa(飽和蒸気温度約20℃)の真空ポンプP3′を用いた場合であっても、封水の温度が蒸気Sの凝縮水Dによって40℃程度にまで上昇してしまうため、7.3kPa程度までの減圧が限界となり、加熱部40′内の蒸気Sを40℃以下とすることができなかった。
このため、加熱部40′内の蒸気Sから被処理物への熱移動が行われない場合、圧力センサ43′の検出値が低下しないため、流量制御弁44′を閉じる方向に制御が行われてしまい、加熱部40′内への新たな蒸気Sの供給が停止してしまうか、あるいは僅かとなってしまい、加熱部40′内を一定温度に保つことが困難となってしまう。
そしてこれら各請求項記載の要件を手段として前記課題の解決が図られる。
このため40℃以下での加熱を実現することができ、薬品等、熱に弱い物質の濃縮処理を行うことが可能となる。
また加熱部内の蒸気から被処理物への熱移動が行われない状態であっても、熱交換器において蒸気を凝縮水とすることができるため、加熱部内の圧力を低下させることができ、圧力センサを用いた流量制御弁の開閉を適切に行い、加熱部内への新たな蒸気の供給を停止させてしまうのを回避することができる。
このため40℃以下での加熱を実現することができ、薬品等、熱に弱い物質の濃縮処理を行うことが可能となる。
また加熱部内の蒸気から被処理物への熱移動が行われない状態であっても、熱交換器において蒸気を凝縮水とすることができるため、加熱部内の圧力を低下させることができ、圧力センサを用いた流量制御弁の開閉を適切に行い、加熱部内への新たな蒸気の供給を停止させてしまうのを回避することができる。
更にまた冷却水の流量を適切な量として、未凝縮の蒸気をより確実に凝縮水とすることができる。
また加熱部内の蒸気から被処理物への熱移動が行われない状態であっても、熱交換器において蒸気を凝縮水とすることができるため、加熱部内の圧力を低下させることができ、圧力センサを用いた流量制御弁の開閉を適切に行い、加熱部内への新たな蒸気の供給を停止させてしまうのを回避することができる。
更にまた冷却水の流量を適切な量として、未凝縮の蒸気をより確実に凝縮水とすることができる。
以下本発明の「遠心式薄膜真空蒸発装置が具えられた濃縮装置」(以下、濃縮装置10と称する。)を説明した後、この装置の作動態様と併せて本発明の「遠心式薄膜真空蒸発装置が具えられた濃縮装置の運転方法」について説明する。
以下、遠心式薄膜真空蒸発装置1の構成要素について詳しく図2を参照しながら説明する。
またケーシング2はメンテナンス等のために接続部25において分割可能な構成とされており、更に内部を目視することができる点検窓26が具えられている。
また前記すり鉢状の蒸発板31の最深部付近を、回転軸30の軸方向に直交するように形成して原料供給面31aとするものであり、この原料供給面31aに吐出口が臨むようにして原料液供給管5が具えられる。
また前記原料液供給管5の吐出口付近には、飛散防止板32が設けられる。
更に前記蒸発板31の開放端には、その全周に亘って堰板33が設けられるものであり、この堰板33と蒸発板31との接続部位に、吸液口60が臨むことができるペアリングチューブ6が回動可能に具えられる。
また前記加熱部40内には凝縮液回収管7が具えられるものであり、蒸発板31と外覆板4との境界部付近に吸液口70が臨むようにして設けられている。そしてこの凝縮液回収管7はドレン口42に接続される。
まず図1に示すように、原料液L0を収容するための原料液タンクT0が、原料液供給ポンプP0を介在させて原料液供給管5に接続される。
またペアリングチューブ6に、濃縮液排出ポンプP1を介在させて濃縮液タンクT1が接続される。
また前記コンデンサ8における抜気口85には、水封式の真空ポンプP4が接続される。
更にまた前記ドレン口42には適宜の管路により真空ポンプP3が接続されるものであり、これらドレン口42と真空ポンプP3との間に、加熱部40内に供給された蒸気Sの凝縮水Dを外部に排出するためのドレン排出手段が具えられる。
前記ドレン排出手段は一例として熱交換器45を具えて構成されるものであり、この熱交換器45における投入口45aが前記ドレン口42に接続されるとともに、排出口45bには分離器46が接続される。
なお前記ドレン排出手段を、チラーユニット、除湿機等を具えて構成するようにしてもよい。
またドレン排出ポンプP6は、凝縮水Dを外部に排出するものであるが、排水口46bから排出された凝縮水Dの一部が再蒸発する場合があるため、この実施例では、再蒸発した気体を排気口46aと真空ポンプP3との間の管路に送ることができるような管路が設けられるようにした。
なお図示は省略するが、濃縮装置10には、各ポンプの出力、バルブの開閉等の制御を行う制御装置が具えられる。
(1)〔加熱部内の減圧と回転体の回転〕
初めに遠心式薄膜真空蒸発装置1における加熱部40内を真空状態とするものであり、真空ポンプP3を起動して加熱部40内の空気を排出し、一例として2.336kPa(abs)とする。
次いでモータMを起動して、回転体3を回転させる(400〜1500rpm)。
次いで遠心式薄膜真空蒸発装置1におけるケーシング2内を真空状態とするものであり、真空ポンプP4を起動してケーシング2内の空気を排出して一例として1.0kPa(abs)とする。
次いで蒸気供給口41に蒸気S(120℃ 0.1MPaG)を供給すると、この蒸気Sは加熱部40内に至り、2.336kPa(abs)に減圧されて20℃の飽和蒸気となり、加熱部40と接している蒸発板31が20℃に加熱されることとなる。
そして原料液供給ポンプP0を起動して、原料液L0を原料液供給管5から原料供給面31aに供給するものであり、原料液L0は遠心力によって蒸発板31上を外周部に向けて移動し、一秒程で堰板33に至るものであり、この間に蒸発板31により加熱されて揮発性成分が蒸発し、濃縮液L1となる。
そして濃縮液L1は堰板33によって堰き止められるものであり、濃縮液排出ポンプP1の吸引作用により、ペアリングチューブ6から濃縮液タンクT1に送られる。
一方、原料液L0から蒸発した蒸気成分は、真空ポンプP4の吸引作用によって排気管21からコンデンサ8に取り込まれるものであり、ここで冷却水Cとの間で熱交換が行なわれて蒸留液L2となり、蒸留液排出ポンプP2によって蒸留液タンクT2に収容される。
また前記蒸発板31を介在させて原料液L0との間で熱交換を行った飽和蒸気は、真空ポンプP3の吸引作用によって熱交換器45に取り込まれ、ここで冷却水Cとの熱交換が行われて凝縮水Dとなり、分離器46における排水口46bを通じてドレン排出ポンプP6によって外部に排出される。
一方、熱交換器45から排出された気体成分は分離器46における排気口46aを通じて真空ポンプP3によって外部に排出される。
なお一部の飽和蒸気は加熱部40内で凝縮することなく、凝縮水Dとともにドレン口42から排出されることもある。
また水封式真空ポンプを用いた場合では行うことができなかった、蒸発板31上での40℃以下での加熱を実現することができ、薬品等、熱に弱い物質の濃縮処理を行うことが可能となる。
そして上述のようにして濃縮装置10による原料液L0の濃縮が行われるものであり、この際、前記加熱部40への蒸気Sの供給量の調節は、蒸気供給口41に接続される管路に設けられた圧力センサ43の検出値に基づいて、加熱部40内の圧力が一定になるように、流量制御弁44の開度を調節することにより行われる。
このため、蒸気S(飽和蒸気)から被処理物への熱移動が行われない場合等、圧力センサ43の検出値が低下しないときには、流量制御弁44を閉じる方向に制御が行われてしまい、加熱部40内への新たな蒸気Sの供給が停止してしまうか、あるいは僅かとなってしまう。
しかしながら本発明によれば、加熱部40内の飽和蒸気から原料液L0への熱移動が行われない状態であっても、熱交換器45において飽和蒸気を凝縮水Dとすることができるため、加熱部40内の圧力を低下させることができ、圧力センサ43を用いた流量制御弁44の開閉を適切に行い、加熱部40内への新たな蒸気Sの供給を停止させてしまうのを回避することができる。
また前記熱交換器45における冷却水Cの入出温度差を温度センサ49を用いて監視し、この値に応じて冷却水Cの流量または温度のいずれか一方または双方を制御することものできる。
この場合、冷却水Cの流量を適切な量として、未凝縮の飽和蒸気をより確実に凝縮水Dとすることができる。
更にまた前記熱交換器45から排出される凝縮水Dの流量を流量センサ48を用いて監視し、この流量が一定となるように、前記熱交換器45における冷却水Cの流量または温度のいずれか一方または双方を制御するここともできる。
この場合も、冷却水Cの流量を適切な量として、未凝縮の飽和蒸気をより確実に凝縮水Dとすることができる。
2 ケーシング
21 排気管
24 排液口
25 接続部
26 点検窓
3 回転体
30 回転軸
31 蒸発板
31a 原料供給面
32 飛散防止板
33 堰板
4 外覆板
40 加熱部
41 蒸気供給口
42 ドレン口
43 圧力センサ
44 流量制御弁
45 熱交換器
45a 投入口
45b 排出口
45c 注水口
45d 出水口
46 分離器
46a 排気口
46b 排水口
47 気液分離管
48 流量センサ
49 温度センサ
5 原料液供給管
6 ペアリングチューブ
60 吸液口
7 凝縮液回収管
70 吸液口
8 コンデンサ
81 導入口
82 排出口
83 冷却水供給口
84 冷却水排出口
85 抜気口
10 濃縮装置
D 凝縮水
L0 原料液
L1 濃縮液
L2 蒸留液
C 冷却水
M モータ
P0 原料液供給ポンプ
P1 濃縮液排出ポンプ
P2 蒸留液排出ポンプ
P3 真空ポンプ
P4 真空ポンプ
P6 ドレン排出ポンプ
S 蒸気
T0 原料液タンク
T1 濃縮液タンク
T2 蒸留液タンク
Claims (5)
- ケーシング内に、すり鉢状の蒸発板を有する回転体が具えられ、前記蒸発板の回転中心付近に形成された原料供給面には、原料液供給管がその先端を臨ませて具えられ、また前記蒸発板の最外周付近には堰板が具えられ、この堰板付近に濃縮液排出用のペアリングチューブがその先端を臨ませて具えられ、前記蒸発板の背面側に蒸気が供給される加熱部が形成され、前記原料供給面に供給された原料液が、蒸発板上を移動する過程で蒸発板から熱を受けることにより、揮発性成分が蒸発して濃縮され、その後、濃縮液が前記ペアリングチューブによって外部に排出されるように構成された遠心式薄膜真空蒸発装置が具えられた装置において、前記加熱部と加熱部内の減圧を担う真空ポンプとの間に、加熱部内に供給された蒸気の凝縮水を外部に排出するためのドレン排出手段が具えられていることを特徴とする遠心式薄膜真空蒸発装置が具えられた濃縮装置。
- 前記ドレン排出手段は熱交換器を具えて構成されるものであり、更にこの熱交換器において前記加熱部から排気を冷却することにより生成された凝縮水を排出するための排水ポンプが具えられているものであることを特徴とする請求項1記載の遠心式薄膜真空蒸発装置が具えられた濃縮装置。
- ケーシング内に、すり鉢状の蒸発板を有する回転体が具えられ、前記蒸発板の回転中心付近に形成された原料供給面には、原料液供給管がその先端を臨ませて具えられ、また前記蒸発板の最外周付近には堰板が具えられ、この堰板付近に濃縮液排出用のペアリングチューブがその先端を臨ませて具えられ、前記蒸発板の背面側に形成された加熱部に蒸気を供給し、前記原料供給面に供給された原料液が、蒸発板上を移動する過程で蒸発板から熱を受けることにより、揮発性成分が蒸発して濃縮され、その後、濃縮液が前記ペアリングチューブによって外部に排出されるように構成された遠心式薄膜真空蒸発装置が具えられた装置の運転において、前記加熱部に蒸気を供給する際に、加熱部内を減圧することにより蒸気圧力を減圧して蒸気温度を所望の値とするものであり、前記加熱部内の減圧を担う真空ポンプと加熱部との間に具えられたドレン排出手段によって、前記蒸気の凝縮水を外部に排出し、凝縮水が前記真空ポンプに送り込まれるのを防止することを特徴とする遠心式薄膜真空蒸発装置が具えられた濃縮装置の運転方法。
- 前記ドレン排出手段は熱交換器を具えて構成されたものであり、この熱交換器において蒸気を冷却することにより、前記加熱部からの排気中に含まれる蒸気成分を凝縮させるとともに、前記熱交換器における冷却水の入出温度差を監視し、この値に応じて冷却水の流量または温度のいずれか一方または双方を制御することを特徴とする請求項3記載の遠心式薄膜真空蒸発装置が具えられた濃縮装置の運転方法。
- 前記ドレン排出手段は熱交換器を具えて構成されたものであり、この熱交換器において蒸気を冷却することにより、前記加熱部からの排気中に含まれる蒸気成分を凝縮させるとともに、前記熱交換器から排出される凝縮水の流量を監視し、この流量が一定となるように、前記熱交換器における冷却水の流量または冷却水の温度のいずれか一方または双方を制御することを特徴とする請求項3記載の遠心式薄膜真空蒸発装置が具えられた濃縮装置の運転方法。
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