JP2017131874A - スイッチング運転可能な多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置において、装置の連続稼働時間の長期化をはかり、生産ロスやエネルギーロスを削減することを目的とする。【解決手段】濃縮対象液を熱媒体との間接熱交換によって蒸気と濃縮液とに分離し、蒸気を次段の熱媒体として利用する多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置であって、各効用段に、薄膜降下型蒸発濃縮部（１１Ａ、１１Ｂ）および気液分離部（１２Ａ、１２Ｂ）の組合せを含む濃縮分離部（１Ａ、１Ｂ）を２個以上並列に配置し、各効用段における各濃縮分離部（１Ａ、１Ｂ）に、異なる濃度の濃縮対象液を個別に供給する配管（ＲＬ１Ａ、ＲＬ１Ｂ）と、同一効用段に含まれている各濃縮分離部への濃縮対象液の供給を切り替える弁（ＲＶ１１、ＲＶ１２）と、を具備し、同一効用段内でのスイッチング運転を可能とした多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置。【選択図】図２

Description

本発明は、多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置、及びその運転方法に関し、特に同一効用段における各薄膜降下型蒸発濃縮部の間でスイッチング運転が可能である多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置に関する。

多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置は、２以上の薄膜降下型蒸発濃縮缶を連結してなり、原液を間接熱交換により蒸発濃縮させる最上流の蒸発濃縮缶において発生する蒸気を次段の蒸発濃縮缶における熱媒体として用い、以後の段において同様に繰り返し、濃縮対象液を最低濃度から徐々に濃縮して最終的に得られる最高濃度の濃縮液を製品として取り出す装置である。各効用段の薄膜降下型蒸発濃縮缶は、缶頂部に設けられている原液供給口、缶胴部に多数垂直に配設されている伝熱管若しくは伝熱板、缶上部に設けられており原液供給口から導入される原液を当該伝熱管若しくは伝熱板に均一に分散させる分散機構、蒸発濃縮缶下部に設けられている濃縮液と蒸気とを分離する気液分離機構、分離された濃縮液を次段の薄膜降下型蒸発濃縮缶もしくは系外等に送液する送液配管、分離された蒸気を次段の薄膜降下型蒸発濃縮缶の伝熱管若しくは伝熱板内に送る送気配管、蒸発濃縮缶内を真空引きする真空配管を有する。蒸発濃縮缶内を真空引きすることによって、原液の沸点を降下させることができ、原液は加温され自己蒸発し、分散機構を介して均一に分散されて伝熱管若しくは伝熱板の表面に薄膜を形成し、当該伝熱管若しくは伝熱板内部を流れる熱媒体との間接熱交換によって気化しながら高速で流下し、残留成分が濃縮されて濃縮液を形成する。形成された蒸気及び濃縮液は、伝熱管若しくは伝熱板に沿って降下し、蒸発濃縮缶下部の気液分離機構にて蒸気と濃縮液とに分離される。

薄膜降下型蒸発濃縮缶において濃縮するべき対象物が、熱によって凝固する食品や化学品である場合には、缶内壁、特に伝熱管若しくは伝熱板にスケールが発生する。伝熱管若しくは伝熱板にスケールが発生すると、伝熱効率が低下し、液温及び各缶内の圧力が上昇する。焦げ付きが生じやすい対象物などを濃縮する場合には使用できる液温に制限がある場合や、缶内の圧力上昇に伴い熱媒体の供給が不可となった場合には、装置の運転を休止し、洗浄を行う必要がある。通常、スケールを除去するためには、冷水、温水、アルカリ、酸などによる洗浄が行われている。多重効用式ではなく、単独の薄膜降下型蒸発濃縮缶であれば、本来高濃度の濃縮液が通液される部位に、低濃度の液を通液してスケール成分の溶解もしくはスケールの成長を防止する効果のあるスイッチング運転を行なうことで装置の稼働時間を長期化して、洗浄頻度を低減することができる。しかし、多重効用式の場合には、前段の蒸気を次段の熱媒体として用いるために、全ての缶でスイッチング運転を行うことができなかった。たとえば、１段目において原水（低濃度液）を処理して、８０℃の濃縮液と８０℃の蒸気が形成され、２段目において濃縮液（高濃度液）を処理して６０℃の濃縮液と６０℃の蒸気が形成されるとすれば、スイッチング運転を行って、２段目に原水（低濃度液）を通液し、１段目に濃縮液（高濃度液）を通液すると、本来６０℃で処理すべき濃縮液（高濃度液）の液温が８０℃に上昇することになり、濃縮対象物によっては、変質や焦げ付きが発生する他、スケールが発生しやすくなる問題がある。また、各効用段における濃縮対象液の濃度や粘度が異なる場合には、濃縮対象液の供給を切り換えることによって各効用段の本来の設定温度及び圧力と異なる条件での運転をすることになり、濃縮装置全体の運転が困難となる。

特公昭５９−０４４８８１号公報

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置において
、装置の連続稼働時間の長期化をはかり、生産ロスやエネルギーロスを削減することを目的とする。

本発明によれば、下記態様の多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置が提供される。
［１］濃縮対象液を熱媒体との間接熱交換によって蒸気と濃縮液とに分離し、蒸気を次段の熱媒体として利用する多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置であって、
各効用段に、薄膜降下型蒸発濃縮部および気液分離部の組合せを含む濃縮分離部を２個以上並列に配置し、
各効用段における各濃縮分離部に、異なる濃度の濃縮対象液を個別に供給する配管と、
同一効用段に含まれている各濃縮分離部への濃縮対象液の供給を切り替える弁と、
を具備し、同一効用段内でのスイッチング運転を可能とした多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置。
［２］各効用段において、各濃縮分離部からの低次濃縮液及び高次濃縮液を同一効用段若しくは別の効用段に送る濃縮液の送液配管と、当該低次濃縮液及び高次濃縮液の送液先を切り換える弁と、をさらに具備する、［１］に記載の多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置。
［３］薄膜降下型蒸発濃縮部および気液分離部の組合せを含む薄膜降下型蒸発濃縮缶が２個以上、同一効用段に並列に配置されている、［１］又は［２］に記載の多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置。
［４］薄膜降下型蒸発濃縮部および気液分離部の組合せを含む２個以上の区画を有する１個の薄膜降下型蒸発濃縮缶が、同一効用段に配置されている、［１］乃至［３］のいずれか１に記載の多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置。

本発明の多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置は、各効用段に、薄膜降下型蒸発濃縮部および気液分離部の組合せを含む濃縮分離部を２個以上並列に配置し、各効用段における各濃縮分離部に、異なる濃度の濃縮対象液を個別に供給する配管と、同一効用段に含まれている各濃縮分離部への濃縮対象液の供給を切り替える弁と、を具備することで、同一効用段内でのスイッチング運転を可能とした装置である。各効用段に２個以上並列配置された濃縮分離部には、濃度、温度、粘度などの異なる濃縮対象液を流通させ、同一効用段の各濃縮分離部間で濃縮対象液の供給を切り換えて、高濃縮液が流通していた濃縮分離部に、飽和溶解度に満たない低濃縮液を流通させることで、伝熱管若しくは伝熱板等に付着しているスケールが低濃縮液側に溶解もしくはスケールの成長を防止する。このとき、低濃縮液が高温であるとスケールが溶解し易くなるので好ましい。一方、低濃縮液が流通していた濃縮分離部に高濃縮液を流通させても、もともとスケール付着が少ないために、短期間でスケール付着が大きくなりすぎることはない。同一効用段内の複数の濃縮分離部間における濃度の異なる濃縮対象液の供給の切り換えによって、装置全体のスケール付着は低減され、装置全体の連続稼働時間を長期化することができる。

各効用段における濃縮対象液の供給の切り替えは、効用段毎に個別に行うことができる構成としているため、装置全体を停止することなく、スケール付着の激しい効用段の濃縮分離部のみ溶解させるように個別にスイッチング運転することもできる。また、濃縮対象液の供給を切り換えるだけでなく、スケール付着の激しい効用段の濃縮分離部のみに洗浄液を流通させて洗浄排液を排出する洗浄運転を個別に行うことができる。従来の装置においては洗浄対象となる効用段全体の濃縮運転を停止しなければならず、たとえば４効用段の装置において１段を洗浄すると濃縮製品の収量は２５％減量していたが、本発明の装置では洗浄対象の濃縮分離部のみの運転を停止すればよいので、たとえば各段に２個の濃縮分離部が配置されている装置の場合には濃縮製品の収量減量は１２．５％に半減できる。

薄膜降下型蒸発濃縮缶の概略説明図である。 本発明の多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置の概略説明図であり、全３段の効用段のそれぞれが、並列配置された２個の分離濃縮部を有する態様における濃縮対象液の通常運転時の流れを示す。 図２の多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置において、スイッチング運転を行う場合の濃縮対象液の流れを示す。 図２の多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置において、第３効用段のみにおいてスイッチング運転を行う場合の濃縮対象液の流れを示す。 図２の多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置において、第３効用段の第２濃縮分離部のみを洗浄し、第１効用段及び第２効用段では通常運転を行い、第３効用段の第１濃縮分離部ではスイッチング運転を行う場合の濃縮対象液の流れを示す。 別の態様の濃縮分離部（薄膜降下型蒸発濃縮缶）の概略説明図である。 別の態様の濃縮分離部（薄膜降下型蒸発濃縮缶）の概略説明図である。 別の態様の濃縮分離部（薄膜降下型蒸発濃縮缶）の概略説明図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。
図１に、本発明の多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置に用いることができる薄膜降下型蒸発濃縮缶の概略説明図を示し、図２に効用段が３段である場合を例として本発明の多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置の概略説明図を示す。簡略化のため、効用段を３段、各効用段における薄膜降下型の蒸発濃縮部を２個としたが、効用段数及び部数に制限はなく、用途に応じて適宜選択してよい。

各段には、薄膜降下型蒸発濃縮部および気液分離部の組合せを含む濃縮分離部を並列に２以上設置する。図２においては簡略化のため、各効用段に２個の濃縮分離部のみを並列に示す。

１段目の第１濃縮分離部１Ａ及び第２濃縮分離部１Ｂは同一の構成を有し、それぞれ、薄膜降下型蒸発濃縮部１１Ａ（又はＢ）及び気液分離部１２Ａ（又はＢ）の組合せを含む。以下、濃縮分離部について、１段目の濃縮分離部１Ａを例にして、図１を参照しながら具体的に説明する。２段目の濃縮分離部１Ｂ及び他の効用段における各濃縮分離部も同じ構成を有するため、図中の符号及び説明は割愛する。以下の説明において、同一の構成要素には同一の番号を付与し、１段目の構成要素には末尾に「Ａ」を付し、２段目の構成要素には末尾に「Ｂ」を付した。また、図中の構成要素及び符号が煩雑になるため、各配管の切り換え部分の切替弁は省略する。

第１濃縮分離部１Ａの薄膜降下型蒸発濃縮部１１Ａは、頂部に設けられている濃縮対象液供給口１１１Ａ及び分散機構１１２Ａ、胴部１１４Ａに多数垂直に配設されている伝熱管若しくは伝熱板１１５Ａ（図中簡略化のため２本のみ示す。以後「伝熱管」と略す。）、胴部１１４Ａに設けられている伝熱管若しくは伝熱板１１５Ａに熱媒体を供給する熱媒体配管１１６Ａ、下部に設けられている濃縮液と蒸気とを分離する気液分離部１２Ａ、分離された濃縮液を抜き出す第１の濃縮液送液配管ＣＬ１Ａ、分離された蒸気を抜き出す送気配管ＶＬ１Ａ、第１の濃縮分離部１Ａ内を真空引きする真空配管（図示せず）を有する。送気配管ＶＬ１Ａは、次段の濃縮分離部２Ａの伝熱管内に送る送気配管ＶＬ１に連結されている。送気配管ＶＬ１には、２段目の濃縮分離部１Ｂからの蒸気を送る送気配管ＶＬ１Ｂも連結されている。濃縮対象液供給口１１１Ａには、原液源から原液を送液する原液送液配管ＲＬから分岐した濃縮対象液送液配管ＲＬ１Ａが連結されている。また、薄膜降下型蒸発濃縮部１１Ａの頂部に洗浄液供給配管１１７Ａ、及び底部に洗浄排液配管１１８
Ａが接続されている。

１段目の濃縮分離部１Ａ及び１Ｂの伝熱管１１５Ａ及び１１５Ｂには、熱源（図示せず）からの熱媒体が熱媒体配管１１６Ａ及び１１６Ｂを通して供給される。１段目の濃縮分離部１Ａ及び１Ｂにて生成する蒸気は、気液分離部１２Ａ及び１２Ｂの上部から第１の送気配管ＶＬ１を介して２段目の濃縮分離部２Ａ及び２Ｂの伝熱管２１５Ａ及び２１５Ｂに供給され、熱媒体として用いられる。以後、前段で生成する蒸気は次段の熱媒体として利用するために次段の伝熱管に送られ、最終段で生成する蒸気はコンデンサ（図示せず）に送られる。

図２は、図１に示す濃縮分離部を各効用段に設置し、各効用段に２個の濃縮分離部を並列に配置した多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置における液及び蒸気の流れを示す概略説明図である。簡略化のため、効用段を３段、各効用段における濃縮分離部を２個としたが、効用段数及び濃縮分離部数に制限はなく、用途に応じて適宜選択してよい。また、各段の濃縮分離部の構成は図１に示したとおりであり、図２においては液及び蒸気の流れを強調するため、各構成部品の符号は省略する。図中実線は液の流れを示し、大きな点線は蒸気の流れを示し、細かな点線は液が流れていない配管を示す。

図２において、１段目には第１及び第２の濃縮分離部１Ａ及び１Ｂ、２段目には第１及び第２の濃縮分離部２Ａ及び２Ｂ、３段目には第１及び第２の濃縮分離部３Ａ及び３Ｂがそれぞれ並列に配置されている。熱源（図示せず）からの熱媒体が熱媒体配管１１６Ａ及び１１６Ｂを介して、１段目の薄膜降下型蒸発濃縮部１１Ａ及び１１Ｂの伝熱管１１５Ａ及び１１５Ｂにそれぞれ供給される。

原液送液配管ＲＬから各効用段に原液を供給する原液送液配管ＲＬ１、ＲＬ２及びＲＬ３が分岐している。各原液送液配管ＲＬ１、ＲＬ２及びＲＬ３には、それぞれ切替弁ＲＶ１１、ＲＶ２１及びＲＶ３１を介して各効用段の濃縮対象液送液配管ＲＬ１Ａ及びＲＬ１Ｂ、ＲＬ２Ａ及びＲＬ２Ｂ、ＲＬ３Ａ及びＲＬ３Ｂが切り替え可能に連結されている。切替弁ＲＶ１１は、１段目の第１及び第２の濃縮分離部１Ａ及び１Ｂへの原液供給を切り換える。切替弁ＲＶ２１は、２段目の第１及び第２の濃縮分離部２Ａ及び２Ｂへの原液供給を切り換える。切替弁ＲＶ３１は、３段目の第１及び第２の濃縮分離部３Ａ及び３Ｂへの原液供給を切り換える。

１段目の各濃縮分離部１Ａ及び１Ｂから濃縮液を抜き出す各濃縮液送液配管ＣＬ１Ａ及びＣＬ１Ｂは、切替弁ＣＶ１１及びＣＶ１２を介して、一次濃縮液送液配管ＣＬ１１及び高次濃縮液送液配管ＣＬ１２にそれぞれ連結されている。高次濃縮液送液配管ＣＬ１２は、切替弁ＲＶ２２を介して、２段目の濃縮対象液送液配管ＲＬ２Ａ及びＲＬ２Ｂに切り換え可能に連結されている。

２段目の各濃縮分離部２Ａ及び２Ｂから濃縮液を抜き出す各濃縮液送液配管ＣＬ２Ａ及びＣＬ２Ｂは、切替弁ＣＶ２１及びＣＶ２２を介して、一次濃縮液送液配管ＣＬ２１及び高次濃縮液送液配管ＣＬ２２にそれぞれ連結されている。高次濃縮液送液配管ＣＬ２２は、切替弁ＲＶ３２を介して、３段目の濃縮対象液送液配管ＲＬ３Ａ及びＲＬ３Ｂに切り換え可能に連結されている。

３段目の各濃縮分離部３Ａ及び３Ｂから濃縮液を抜き出す各濃縮液送液配管ＣＬ３Ａ及びＣＬ３Ｂは、切替弁ＣＶ３１及びＣＶ３２を介して、一次濃縮液送液配管ＣＬ３１及び高次濃縮液送液配管ＣＬ３２にそれぞれ連結されている。高次濃縮液送液配管ＣＬ３２は、濃縮液製品を抜き出す配管である。

各効用段の一次濃縮液送液配管ＣＬ１１、ＣＬ２１及びＣＬ３１は、各効用段の第１又は第２の濃縮分離部に切り替え可能に一次濃縮液を送る一次濃縮液送液配管ＣＬに連結されている。一次濃縮液送液配管ＣＬの下流端は、切替弁ＲＶ１２を介して、原液送液配管ＲＬ１Ａ及びＲＬ１Ｂに切り替え可能に連結されている。

次に、図２を参照しながら、通常運転時の濃縮対象液の流れ及び蒸気の流れを説明する。図中、実線が液の流れを示し、原液から最終濃縮物に至るまでの濃縮度合いの相違を実線の太さの違いで表示する。

原液は、原液送液配管ＲＬ及び原液送液配管ＲＬ１を介して１段目の第１の薄膜降下型蒸発濃縮部１１Ａの濃縮対象液供給口１１１Ａに、原液送液配管ＲＬ及び原液送液配管ＲＬ２を介して２段目の第１の薄膜降下型蒸発濃縮部２１Ａの濃縮対象液供給口２１１Ａに、原液送液配管ＲＬ及び原液送液配管ＲＬ３を介して３段目の第１の薄膜降下型蒸発濃縮部３１Ａの濃縮対象液供給口３１１Ａに、それぞれ供給される。

１段目の第１の薄膜降下型蒸発濃縮部１１Ａに供給された原液は、伝熱管１１５Ａと接触して間接熱交換により蒸気を生成すると共に、濃縮された一次濃縮液を形成し、下部の気液分離部１２Ａに送られて気液分離される。一次濃縮液は第１の濃縮液送液配管ＣＬ１Ａを介して一次濃縮液送液配管ＣＬ１１に送られ、一次濃縮液送液配管ＣＬに合流し、濃縮対象液送液配管ＲＬ１Ｂを介して１段目の第２濃縮分離部１Ｂに送られる。

２段目の第１の薄膜降下型蒸発濃縮部２１Ａに供給された原液は、伝熱管２１５Ａと接触して間接熱交換により蒸気を生成すると共に、濃縮された一次濃縮液を形成し、下部の気液分離部２２Ａに送られて気液分離される。一次濃縮液は第１の濃縮液送液配管ＣＬ２Ａを介して一次濃縮液送液配管ＣＬ２１に送られ、一次濃縮液送液配管ＣＬに合流し、濃縮対象液送液配管ＲＬ１Ｂを介して１段目の第２濃縮分離部１Ｂに送られる。

３段目の第１の薄膜降下型蒸発濃縮部３１Ａに供給された濃縮対象液は、伝熱管３１５Ａと接触して間接熱交換により蒸気を生成すると共に、濃縮された一次濃縮液を形成し、下部の気液分離部３２Ａに送られて気液分離される。一次濃縮液は第１の濃縮液送液配管ＣＬ３Ａを介して一次濃縮液送液配管ＣＬ３１に送られ、一次濃縮液送液配管ＣＬに合流し、濃縮対象液送液配管ＲＬ１Ｂを介して１段目の第２濃縮分離部１Ｂに送られる。

１段目の第２濃縮分離部１Ｂに供給された一次濃縮液は、伝熱管１１５Ｂと接触して間接熱交換により蒸気を生成すると共に、濃縮された二次濃縮液を形成し、下部の気液分離部１２Ｂに送られて気液分離される。二次濃縮液は、第２の濃縮液送液配管ＣＬ１Ｂ及び高次濃縮液送液配管ＣＬ１２を介して２段目の第２濃縮分離部２Ｂに送られる。

２段目の第２濃縮分離部２Ｂに供給された二次濃縮液は、伝熱管２１５Ｂと接触して間接熱交換により蒸気を生成すると共に、濃縮された三次濃縮液を形成し、下部の気液分離部２２Ｂに送られて気液分離される。三次濃縮液は、第２の濃縮液送液配管ＣＬ２Ｂ及び高次濃縮液送液配管ＣＬ２２を介して３段目の第２濃縮分離部３Ｂに送られる。

３段目の第２濃縮分離部３Ｂに供給された三次濃縮液は、伝熱管３１５Ｂと接触して間接熱交換により蒸気を生成すると共に、濃縮された四次（最終）濃縮液を形成し、下部の気液分離部３２Ｂに送られて気液分離される。四次濃縮液は、第２の濃縮液送液配管ＣＬ３Ｂ及び高次濃縮液送液配管ＣＬ３２を介して濃縮液製品として取り出される。

１段目の第１気液分離部１２Ａ及び第２気液分離部１２Ｂでそれぞれ分離された蒸気は、送気配管ＶＬ１Ａ及びＶＬ１Ｂを介して送気配管ＶＬ１にて合流して、２段目の濃縮分
離部２Ａ及び２Ｂの伝熱管２１５Ａ及び２１５Ｂ内に送られる。２段目の第１気液分離部２２Ａ及び第２気液分離部２２Ｂでそれぞれ分離された蒸気は、送気配管ＶＬ２Ａ及びＶＬ２Ｂを介して送気配管ＶＬ２にて合流して、３段目の濃縮分離部３Ａ及び３Ｂの伝熱管３１５Ａ及び３１５Ｂ内に送られる。３段目の第１気液分離部３２Ａ及び第２気液分離部３２Ｂでそれぞれ分離された蒸気は、送気配管ＶＬ３Ａ及びＶＬ３Ｂを介して送気配管ＶＬ３にて合流して、コンデンサに送られる。

次に、図３を参照しながら、図２の多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置において、１段目乃至３段目の各効用段においてスイッチング運転を行う場合の濃縮対象液の流れを説明する。

切替弁ＲＶ１１、ＲＶ２１及びＲＶ３１により、原液送液配管ＲＬから各効用段の蒸発分離部への原液の供給経路が切り換えられ、原液は１段目の第２の薄膜降下型蒸発濃縮部１１Ｂの濃縮対象液供給口１１１Ｂ、２段目の第２の薄膜降下型蒸発濃縮部２１Ｂの濃縮対象液供給口２１１Ｂ、３段目の第２の薄膜降下型蒸発濃縮部３１Ｂの濃縮対象液供給口３１１Ｂにそれぞれ供給される。

１段目の第２の薄膜降下型蒸発濃縮部１１Ｂに供給された原液は、伝熱管１１５Ｂと接触して間接熱交換により蒸気を生成すると共に、濃縮された一次濃縮液を形成し、下部の気液分離部１２Ｂに送られて気液分離される。第２の濃縮液送液配管ＣＬ１Ｂの切替弁ＣＶ１２が切り換えられ、一次濃縮液は一次濃縮液送液配管ＣＬ１１に送られ、一次濃縮液送液配管ＣＬに合流する。一次濃縮液送液配管ＣＬの切替弁ＲＶ１２が切り換えられ、一次濃縮液は濃縮対象液送液配管ＲＬ１Ａを介して、１段目の第１濃縮分離部１Ａに送られる。

２段目の第２の薄膜降下型蒸発濃縮部２１Ｂに供給された原液は、伝熱管２１５Ｂと接触して間接熱交換により蒸気を生成すると共に、濃縮された一次濃縮液を形成し、下部の気液分離部２２Ｂに送られて気液分離される。第２の濃縮液送液配管ＣＬ２Ｂの切替弁ＣＶ２２が切り換えられ、一次濃縮液は一次濃縮液送液配管ＣＬ２１に送られ、一次濃縮液送液配管ＣＬに合流し、濃縮対象液送液配管ＲＬ１Ａを介して、１段目の第１濃縮分離部１Ａに送られる。

３段目の第２の薄膜降下型蒸発濃縮部３１Ｂに供給された原液は、伝熱管３１５Ｂと接触して間接熱交換により蒸気を生成すると共に、濃縮された一次濃縮液を形成し、下部の気液分離部３２Ｂに送られて気液分離される。第２の濃縮液送液配管ＣＬ３Ｂの切替弁ＣＶ３２が切り換えられ、一次濃縮液は一次濃縮液送液配管ＣＬ３１に送られ、一次濃縮液送液配管ＣＬに合流し、濃縮対象液送液配管ＲＬ１Ａを介して、１段目の第１濃縮分離部１Ａに送られる。

１段目の第１濃縮分離部１Ａに供給された一次濃縮液は、伝熱管１１５Ａと接触して間接熱交換により蒸気を生成すると共に、濃縮された二次濃縮液を形成し、下部の気液分離部１２Ａに送られて気液分離される。第１の濃縮液送液配管ＣＬ１Ａの切替弁ＣＶ１１が切り換えられ、二次濃縮液は、高次濃縮液送液配管ＣＬ１２を介して送られ、切替弁ＲＶ２２が切り換えられ、濃縮対象液供給配管ＲＬ２Ａを介して２段目の第１濃縮分離部２Ａに送られる。

２段目の第１濃縮分離部２Ａに供給された二次濃縮液は、伝熱管２１５Ａと接触して間接熱交換により蒸気を生成すると共に、濃縮された三次濃縮液を形成し、下部の気液分離部２２Ａに送られて気液分離される。第１の濃縮液送液配管ＣＬ２Ａの切替弁ＣＶ２１が切り換えられ、三次濃縮液は、高次濃縮液送液配管ＣＬ２２を介して送られ、切替弁ＲＶ
３２が切り換えられ、濃縮対象液供給配管ＲＬ３Ａを介して３段目の第１濃縮分離部３Ａに送られる。

３段目の第１濃縮分離部３Ａに供給された三次濃縮液は、伝熱管３１５Ａと接触して間接熱交換により蒸気を生成すると共に、濃縮された四次（最終）濃縮液を形成し、下部の気液分離部３２Ａに送られて気液分離される。第１の濃縮液送液配管ＣＬ３Ａの切替弁ＣＶ３１が切り換えられ、四次（最終）濃縮液は、高次濃縮液送液配管ＣＬ３２を介して濃縮液製品として抜き出される。

各効用段において生成する蒸気の流れは通常運転と同じである。
次に、図４を参照しながら、図２の多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置において、３段目の効用段のみにおいてスイッチング運転を行う場合の濃縮対象液の流れを説明する。

切替弁ＲＶ３１により、原液送液配管ＲＬから各効用段の蒸発分離部への原液の供給経路が切り換えられ、原液は１段目の第１の薄膜降下型蒸発濃縮部１１Ａの濃縮対象液供給口１１１Ａ、２段目の第１の薄膜降下型蒸発濃縮部２１Ａの濃縮対象液供給口２１１Ａ、３段目の第２の薄膜降下型蒸発濃縮部３１Ｂの濃縮対象液供給口３１１Ｂにそれぞれ供給される。

１段目の第１の薄膜降下型蒸発濃縮部１１Ａに供給された原液は、伝熱管１１５Ａと接触して間接熱交換により蒸気を生成すると共に、濃縮された一次濃縮液を形成し、下部の気液分離部１２Ａに送られて気液分離される。一次濃縮液は第１の濃縮液送液配管ＣＬ１Ａを介して一次濃縮液送液配管ＣＬ１１に送られ、一次濃縮液送液配管ＣＬに合流し、濃縮対象液送液配管ＲＬ１Ｂを介して１段目の第２濃縮分離部１Ｂに送られる。

２段目の第１の薄膜降下型蒸発濃縮部２１Ａに供給された原液は、伝熱管２１５Ａと接触して間接熱交換により蒸気を生成すると共に、濃縮された一次濃縮液を形成し、下部の気液分離部２２Ａに送られて気液分離される。一次濃縮液は第１の濃縮液送液配管ＣＬ２Ａを介して一次濃縮液送液配管ＣＬ２１に送られ、一次濃縮液送液配管ＣＬに合流し、濃縮対象液送液配管ＲＬ１Ｂを介して１段目の第２濃縮分離部１Ｂに送られる。

３段目の第２の薄膜降下型蒸発濃縮部３１Ｂに供給された原液は、伝熱管３１５Ｂと接触して間接熱交換により蒸気を生成すると共に、濃縮された一次濃縮液を形成し、下部の気液分離部３２Ｂに送られて気液分離される。第２の濃縮液送液配管ＣＬ３Ｂの切替弁ＣＶ３２が切り換えられ、一次濃縮液は一次濃縮液送液配管ＣＬ３１に送られ、一次濃縮液送液配管ＣＬに合流し、濃縮対象液送液配管ＲＬ１Ｂを介して１段目の第１濃縮分離部１Ｂに送られる。

１段目の第２濃縮分離部１Ｂに供給された一次濃縮液は、伝熱管１１５Ｂと接触して間接熱交換により蒸気を生成すると共に、濃縮された二次濃縮液を形成し、下部の気液分離部１２Ｂに送られて気液分離される。二次濃縮液は、第２の濃縮液送液配管ＣＬ１Ｂ及び高次濃縮液送液配管ＣＬ１２を介して２段目の第２濃縮分離部２Ｂに送られる。

２段目の第２濃縮分離部２Ｂに供給された二次濃縮液は、伝熱管２１５Ｂと接触して間接熱交換により蒸気を生成すると共に、濃縮された三次濃縮液を形成し、下部の気液分離部２２Ｂに送られて気液分離される。三次濃縮液は、第２の濃縮液送液配管ＣＬ２Ｂ及び高次濃縮液送液配管ＣＬ２２を介して送られ、切替弁ＲＶ３２が切り換えられ、濃縮対象液供給配管ＲＬ３Ａを介して３段目の第１濃縮分離部３Ａに送られる。

３段目の第１濃縮分離部３Ａに供給された三次濃縮液は、伝熱管３１５Ａと接触して間
接熱交換により蒸気を生成すると共に、濃縮された四次（最終）濃縮液を形成し、下部の気液分離部３２Ａに送られて気液分離される。第１の濃縮液送液配管ＣＬ３Ａの切替弁ＣＶ３１が切り換えられ、四次（最終）濃縮液は、高次濃縮液送液配管ＣＬ３２を介して濃縮液製品として抜き出される。

各効用段において生成する蒸気の流れは通常運転と同じである。
次に、図５を参照しながら、図２の多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置において、３段目の第２の薄膜降下型蒸発濃縮部のみを洗浄する場合の濃縮対象液の流れを説明する。

３段目の第２の薄膜降下型蒸発濃縮部３１Ｂの濃縮対象液供給口３１１Ｂへ、洗浄液供給配管３１７Ｂから洗浄液が供給され、蒸発濃縮部３Ｂ内を洗浄した後、底部の洗浄排液配管３１８Ｂから洗浄排液が排出される。

一方、切替弁ＲＶ３１により、原液送液配管ＲＬから各効用段の蒸発分離部への原液の供給経路が切り換えられ、原液は１段目の第１の薄膜降下型蒸発濃縮部１１Ａの濃縮対象液供給口１１１Ａ、２段目の第１の薄膜降下型蒸発濃縮部２１Ａの濃縮対象液供給口２１１Ａにそれぞれ供給され、１段目と２段目の効用段において通常運転が行われ、２段目で得られる三次濃縮液は、通常運転と同様に３段目の第１濃縮分離部３Ａに供給される。

３段目の第１濃縮分離部３Ａに供給された三次濃縮液は、伝熱管３１５Ａと接触して間接熱交換により蒸気を生成すると共に、濃縮された四次（最終）濃縮液を形成し、下部の気液分離部３２Ａに送られて気液分離される。第１の濃縮液送液配管ＣＬ３Ａの切替弁ＣＶ３１が切り換えられ、四次（最終）濃縮液は、高次濃縮液送液配管ＣＬ３２を介して濃縮液製品として抜き出される。

各効用段において生成する蒸気の流れは通常運転と同じである。
従来の装置では洗浄する場合には装置全体もしくは１の効用段全体の稼働を中断する必要があったが、本発明の多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置は、いずれか１の効用段のいずれか１の蒸発濃縮部のみを洗浄し、他は通常運転もしくはスイッチング運転により濃縮液製造工程を中断することなく稼働できる。したがって、濃縮液製品の収率低下を最小限に抑えることが可能となる。

本発明の多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置におけるスイッチング運転は、各効用段の各蒸発濃縮部で独立して行うことができる。スイッチングによる濃縮対象液のフローの切り替えは、各効用段の蒸発濃縮部におけるスケール付着に伴う圧力及び／又は温度の上昇を検出して行うことができる。より安定した濃縮液製造運転を行うために、所定時間毎に自動的に切り換える自動スイッチング運転としてもよい。スケール付着は、高濃度液を高温で処理する場合に発生しやすいため、各蒸発濃縮部内の温度及び濃縮液濃度に応じて、個別に所定時間を設定することが好ましい。

また、図１乃至５に示す態様では、濃縮分離部を、同一容器内を区画して設けた薄膜降下型蒸発濃縮部と、各薄膜降下型蒸発濃縮部に個別に設けられている気液分離部の組合せとしているため、液に発泡性があっても気液分離部で低濃度液と高濃度液の混入を防ぐことができる他、個別洗浄時に洗浄液と製品液の混入を防ぐことができ、また、装置が簡略となり、イニシャルコストが安価となり、小さいスペースで設置が可能となる。

以上、同一効用段に２個の並列配置された濃縮除去部を有する３段式の装置構成を例にして本発明の多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置を説明したが、４段以上の効用段を有する場合でも、同一効用段に３個以上の並列配置された濃縮除去部を有する場合でも、同様の構成を有し、同様のスイッチング運転を行うことができることは当業者に容易に理解さ
れるであろう。

また、液の発泡性が少なく低濃度液と高濃度液の混入の可能性が低く、かつ、洗浄液の使用がないかもしくは洗浄液と製品液（濃縮液）の混入が問題とならない場合は、図６に示すように、濃縮分離部を、同一容器内を区画して設けた薄膜降下型蒸発濃縮部と、共通する１基の気液分離部との組み合わせとしてもよい。

また、製品液（濃縮液）および洗浄液の混入が多少生じても問題ない場合は、図７に示すように、薄膜降下型蒸発濃縮部１１を２基以上並列設置し、薄膜降下型蒸発濃縮部１１の間に共通の気液分離部１２を１基設けた組み合わせでもよい。図１乃至５に示す態様と比較して、小さいスペースで設置が可能となる。

なお、製品液（濃縮液）および洗浄液の混入を確実に防ぐ場合は、図８に示す１の薄膜降下型蒸発濃縮部と１の気液分離部との組合せである薄膜降下型蒸発濃縮缶を２基以上並列設置してもよい。

本発明の多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置によれば、同一効用段に並列配置された複数の濃縮分離部に、濃度の異なる濃縮対象液を供給し、同一効用段における各濃縮分離部への濃縮対象液の供給を切り換えることによって、各濃縮分離部内に発生したスケールを溶解もしくはスケールの成長を防止し、伝熱効率を回復もしくは維持できるため、スケーリングによる装置全体の運転停止の頻度を減少させ、装置全体の稼働期間長期化を達成することができる。

１Ａ、２Ａ、３Ａ：第１濃縮分離部
１Ｂ，２Ｂ、３Ｂ：第２濃縮分離部
１１、１１Ａ、１１Ｂ、２１Ａ、２１Ｂ、３１Ａ、３１Ｂ：薄膜降下型蒸発濃縮部
１２、１２Ａ、１２Ｂ、２２Ａ、２２Ｂ、３２Ａ、３２Ｂ：気液分離部
１１１、１１１Ａ、２１１Ａ、３１１Ａ、１１１Ｂ、２１１Ｂ、３１１Ｂ：濃縮対象液供給口
１１２、１１２Ａ、２１２Ａ、２１２Ａ、１１２Ｂ、２１２Ｂ、２１２Ｂ：分散機構
１１５、１１５Ａ、２１５Ａ、３１５Ａ、１１５Ｂ、２１５Ｂ、３１５Ｂ：伝熱管若しくは伝熱板
１１６、１１６Ａ、２１６Ａ、３１６Ａ、１１６Ｂ、２１６Ｂ、３１６Ｂ：熱媒体配管
１７、１１７Ａ、３１７Ｂ：洗浄液供給配管
１８、１１８Ａ、３１８Ｂ：洗浄排液配管
ＣＬ１：濃縮液送液配管
ＣＬ１Ａ、ＣＬ２Ａ、ＣＬ３Ａ：第１の濃縮液送液配管
ＣＬ１Ｂ、ＣＬ２Ｂ、ＣＬ３Ｂ：第２の濃縮液送液配管
ＣＬ１１：一次濃縮液送液配管
ＣＬ１２：高次濃縮液送液配管
ＶＬ１、ＶＬ２、ＶＬ３：各効用段間の送気配管
ＶＬ１Ａ、ＶＬ１Ｂ、ＶＬ２Ａ、ＶＬ２Ｂ、ＶＬ３Ａ、ＶＬ３Ｂ：各蒸濃縮分離部からの送気配管
ＲＬ、ＲＬ１、ＲＬ２、ＲＬ３：各効用段への原液送液配管
ＲＬ１Ａ、ＲＬ１Ｂ、ＲＬ２Ａ、ＲＬ２Ｂ、ＲＬ３Ａ、ＲＬ３Ｂ：各蒸濃縮分離部からの濃縮対象液送液配管
ＲＶ１１、ＲＶ２１、ＲＶ３１：原液供給の切替弁
ＲＶ１２、ＲＶ２２、ＲＶ３２：濃縮対象液の切替弁
ＣＶ１１、ＣＶ１２、ＣＶ２１、ＣＶ２２、ＣＶ３１、ＣＶ３２：濃縮液の切替弁

Claims (4)

1. 濃縮対象液を熱媒体との間接熱交換によって蒸気と濃縮液とに分離し、蒸気を次段の熱媒体として利用する多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置であって、
   各効用段に、薄膜降下型蒸発濃縮部および気液分離部の組合せを含む濃縮分離部を２個以上並列に配置し、
   各効用段における各濃縮分離部に、異なる濃度の濃縮対象液を個別に供給する配管と、
   同一効用段に含まれている各濃縮分離部への濃縮対象液の供給を切り替える弁と、
   を具備し、同一効用段内でのスイッチング運転を可能とした多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置。
2. 各効用段において、各濃縮分離部からの低次濃縮液及び高次濃縮液を同一効用段若しくは別の効用段に送る濃縮液の送液配管と、当該低次濃縮液及び高次濃縮液の送液先を切り換える弁と、をさらに具備する、請求項１に記載の多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置。
3. 薄膜降下型蒸発濃縮部および気液分離部の組合せを含む薄膜降下型蒸発濃縮缶が２個以上、同一効用段に並列に配置されている、請求項１又は２に記載の多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置。
4. 薄膜降下型蒸発濃縮部および気液分離部の組合せを含む２個以上の区画を有する１個の薄膜降下型蒸発濃縮缶が、同一効用段に配置されている、請求項１乃至３のいずれか１に記載の多重効用式薄膜降下型蒸発濃縮装置。

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