JP2018122265A - 濃縮システム及び濃縮方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被処理物の濃縮処理の効率を高める濃縮システム及び濃縮方法を提供する。【解決手段】濃縮システム１は、蒸発器３内の被処理物Ａを所定の濃縮度まで濃縮可能な濃縮処理部Ｑ１と、濃縮処理部Ｑ１で濃縮された蒸発器３内の被処理物Ａの溶媒成分を更に蒸発させて被処理物Ａの濃縮度を高める乾燥処理部Ｑ３と、を備える。濃縮処理部Ｑ１は、蒸発器３内の溶媒成分の蒸気を外部に引き出し圧縮する圧縮手段９と、蒸発器３の外部に設けられ圧縮手段９で圧縮された蒸気が加熱媒体として導入される熱交換器５と、蒸発器３内の被処理物Ａを外部に抜出し熱交換器５で加熱媒体と熱交換させた後、再び蒸発器３内に返送するように循環させる循環経路１１と、を有し、乾燥処理部Ｑ３は、蒸発器３を加熱する蒸気ジャケット４と、蒸発器３内を減圧する減圧手段１７と、蒸発器３からの蒸気を冷却し凝縮させる凝縮器１５と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、濃縮システム及び濃縮方法に関するものである。

従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載の乾燥装置が知られている。この乾燥装置は、被処理物を収容する蒸発器と、蒸発器から移送された水蒸気を圧縮する圧縮機と、圧縮された水蒸気を加熱媒体として通流させ蒸発器内の被処理物と熱交換する熱交換部とを備えている。熱交換部は、蒸発器内に設けられ加熱媒体をさせる伝熱管と、蒸発器の容器側面に設けられ蒸発器の壁面を介して被処理物と熱交換する蒸気ジャケットとを有している。

特開2016-65658号公報

しかしながら、特許文献１の乾燥装置では、蒸発器内に収容された状態の被処理物に対して熱交換部の加熱媒体との熱交換が行われるので、被処理物と加熱媒体との伝熱面積を増大させることにも限界があり、被処理物の加熱効率の向上にも限界がある。この種の乾燥装置（濃縮装置）においては、被処理物の加熱効率を向上させることで、濃縮装置全体として濃縮処理の効率を高めることが望まれる。本発明は、被処理物の濃縮処理の効率を高める濃縮システム及び濃縮方法を提供することを目的とする。

本発明の濃縮システムは、液体である被処理物の溶媒成分を蒸発させて被処理物を濃縮する濃縮システムであって、被処理物が収容される蒸発器と、蒸発器内の被処理物を所定の濃縮度まで濃縮可能な濃縮処理部と、濃縮処理部で濃縮された蒸発器内の被処理物の溶媒成分を更に蒸発させて被処理物の濃縮度を高める乾燥処理部と、を備え、濃縮処理部は、蒸発器内の溶媒成分の蒸気を外部に引き出し圧縮する圧縮手段と、蒸発器の外部に設けられ圧縮手段で圧縮された蒸気が加熱媒体として導入される外部熱交換器と、蒸発器内の被処理物を外部に抜出し外部熱交換器で加熱媒体と熱交換させた後、再び蒸発器内に返送するように循環させる循環経路と、を有し、乾燥処理部は、蒸発器を加熱する加熱部と、圧縮手段とは別に設けられ蒸発器内を減圧する減圧手段と、蒸発器内の被処理物から蒸発し減圧手段に向かう溶媒成分の蒸気の移動経路上で当該蒸気を冷却し凝縮させる凝縮部と、を有する。

この濃縮システムは、被処理物を所定の濃縮度まで濃縮する濃縮処理部と、被処理物の濃縮度を更に高める乾燥処理部と、を備える。濃縮処理部では、蒸発器内の被処理物を外部に抜出し外部熱交換器で加熱媒体と熱交換させた後、再び蒸発器内に返送するように循環させる循環経路が設けられている。外部熱交換器は、蒸発器の外部に抜き出された被処理物と加熱媒体とを熱交換させる。従って、外部熱交換器については、蒸発器の外部に設けられるので、被処理物と加熱媒体との伝熱面積を増大させることの制約が小さく、その結果、伝熱面積を増大させて被処理物の加熱効率を向上させ、濃縮システム全体の濃縮処理の効率を高めることができる。

具体的には、圧縮手段はルーツブロアを有し、減圧手段は真空ポンプを有するようにしてもよい。

本発明の濃縮方法は、上記何れかの濃縮システムを用いて被処理物を濃縮する濃縮方法であって、被処理物の溶質成分が析出する濃縮度よりも低濃縮度まで、濃縮処理部によって蒸発器内の被処理物を濃縮する初期濃縮工程と、初期濃縮工程の後、蒸発器内の被処理物を乾燥処理部によって乾燥する乾燥工程と、を備える。

この濃縮方法によれば、濃縮システムの濃縮処理部の循環経路において被処理物の溶質成分が析出する可能性が抑えられ、初期濃縮工程を円滑に行うことができる。またその後、溶質成分の析出が発生し得る段階では、乾燥処理部により、蒸発器内において被処理物の乾燥が行われる。

また、初期濃縮工程の少なくとも一部の時間帯では、濃縮処理部によって被処理物を濃縮する処理に並行して、乾燥処理部によって被処理物を乾燥する処理が実行されるようにしてもよい。

初期濃縮工程と並行して実行され被処理物の濃縮度を検知する濃縮度検知工程を更に備え、濃縮度検知工程で検知された濃縮度が所定の濃縮度に到達したときに、初期濃縮工程が停止され初期濃縮工程から乾燥工程に切り替えられるようにしてもよい。

この構成によれば、被処理物の濃縮度が過剰に高い状態で初期濃縮工程が行われる可能性を抑えることができ、濃縮処理部の循環経路において被処理物の溶質成分が析出する可能性が抑えられる。

本発明によれば、被処理物の濃縮処理の効率を高める濃縮システム及び濃縮方法を提供することができる。

実施形態に係る濃縮システムを示す図である。 蒸発器及び撹拌装置を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る濃縮システム及び濃縮方法の実施形態について詳細に説明する。

図１に示される濃縮システム１は、溶液（液体）である被処理物Ａの溶媒成分を蒸発させて当該被処理物Ａを濃縮するシステムである。以下の実施形態において「濃縮」とは、単に被処理物Ａの溶媒を除去し濃度を高める処理ばかりでなく、被処理物Ａ中の溶質成分が一部析出した後に更に溶媒成分の除去を継続する処理や、被処理物Ａのほぼすべての溶媒成分を除去する「乾燥」の処理を含む概念である。濃縮システム１による濃縮処理の被処理物Ａとしては、例えば、廃棄物処分場の浸出水、建設工事で発生する泥水・濁水、下水処理場の下水汚泥や発酵廃液、化石燃料採掘で発生する随伴水、水溶性切削油、VOC汚染水、VOC汚染土等がある。このうち、廃棄物処分場の浸出水、泥水・濁水、下水汚泥、随伴水、水溶性切削油の溶媒成分は水であり、発酵廃液の溶媒成分は水あるいはアンモニア水であり、VOC汚染水、VOC汚染土の溶媒成分はVOCである。濃縮システム１は、最終的には、被処理物Ａ中のほぼすべての溶媒成分を除去して被処理物Ａを乾燥状態になるまで濃縮してもよく、例えば、被処理物Ａが最終的に粉末状になるように濃縮してもよい。

濃縮システム１は、被処理物Ａを所定の濃縮度に濃縮する濃縮処理部Ｑ１と、濃縮処理部Ｑ１で濃縮された被処理物Ａを更に濃縮して乾燥状態とする乾燥処理部Ｑ３と、を備えている。

（濃縮処理部Ｑ１）
濃縮処理部Ｑ１は、蒸発器３と、蒸発器３の外部に設けられた熱交換器５（外部熱交換器）と、循環ポンプ７と、圧縮手段９と、を備えている。蒸発器３には被処理物Ａが収容される。蒸発器３の底部近傍には被処理物Ａをその液面下から外部に抜き出すための抜出口３ｂが設けられている。抜出口３ｂは、蒸発器３の底部よりもやや高い位置に位置している。蒸発器３の上部には外部に抜き出された被処理物Ａをその液面上方の位置で返送するための返送口３ａが設けられている。また、蒸発器３の上部には、蒸発器３内の蒸気を外部に抜き出すための蒸気出口３ｃが設けられている。

蒸発器３の抜出口３ｂはラインＬ１を介して循環ポンプ７の入口に接続されている。循環ポンプ７の出口はラインＬ２を介して熱交換器５の入口に接続されている。熱交換器５の出口はラインＬ３を介して蒸発器３の返送口３ａに接続されている。蒸発器３の蒸気出口３ｃはラインＬ４及びラインＬ５を介して圧縮手段９の入口に接続されている。圧縮手段９の出口はラインＬ６を介して熱交換器５の加熱媒体入口に接続されている。熱交換器５の加熱媒体出口はラインＬ７を介してラインＬ８に接続されている。ラインＬ４をラインＬ５と後述のラインＬ１４とに分岐させる分岐点には、例えば切替バルブＶ４が設けられており、ラインＬ４をラインＬ５又はラインＬ１４に対して選択的に連通させることができる。

また、循環ポンプ７の駆動によって蒸発器３内の被処理物Ａが抜出口３ｂから外部に抜き出され、ラインＬ１及びラインＬ２を通じて熱交換器５に導入される。その後、熱交換器５においては、被処理物Ａと高温の加熱媒体との熱交換によって、被処理物Ａが加熱される。熱交換器５で加熱された被処理物Ａは、ラインＬ３を通じて再び蒸発器３に返送される。このように、濃縮処理部Ｑ１では、蒸発器３、ラインＬ１、循環ポンプ７、ラインＬ２、熱交換器５、及びラインＬ３によって被処理物Ａの循環経路１１が形成されている。そして、循環経路１１においては、当該循環経路１１上に設けられた循環ポンプ７により被処理物Ａが圧送されることで、上記のような被処理物Ａの循環流動が発生する。循環ポンプ７は、被処理物Ａの流量をインバータ制御又は台数制御してもよい。

上記のように、被処理物Ａが循環経路１１を周回することで加熱され、当該被処理物Ａの温度が上昇する。被処理物Ａの温度上昇によって、蒸発器３内では、被処理物Ａの溶媒成分が蒸発し溶媒成分の蒸気が発生する。蒸発器３内の蒸気は、圧縮手段９の駆動により蒸気出口３ｃを通じて外部に引き出される。このようにして、被処理物Ａが循環経路１１の周回を繰り返すことにより、被処理物Ａの溶媒成分が徐々に除去され、被処理物Ａが濃縮される。

蒸発器３から引き出された蒸気は、ラインＬ４及びラインＬ５を通じて圧縮手段９に導入され、圧縮手段９によって昇圧・昇温された後、ラインＬ６を通じて熱交換器５の加熱媒体入口に導入される。ここで、圧縮手段９は、入口から吸引した流体を圧縮し出口から排出する装置であり、圧縮手段には、ブロワ、圧縮機、真空ポンプ等も含まれる。熱交換器５に導入された蒸気は、前述したように被処理物Ａとの熱交換を行う加熱媒体として利用される。熱交換器５内では加熱媒体である蒸気の一部が凝縮し、熱交換器５の加熱媒体出口からは、凝縮液と余剰の蒸気とが排出される。これらは、ラインＬ７を通じてラインＬ８に合流し、濃縮システム１の系外に排出される。

更に、濃縮処理部Ｑ１は、濃縮システム１の起動時等において、蒸気を生成しラインＬ９及びラインＬ６を通じて熱交換器５に供給する蒸気ボイラ１３を備えている。蒸気ボイラ１３で生成される蒸気は、水蒸気であってもよく、被処理物Ａの溶媒と同じ成分の蒸気であってもよい。蒸気ボイラ１３から熱エネルギーが導入されることにより、特に濃縮システム１の起動時において、熱交換器５の加熱媒体が温度上昇するので、循環経路１１の被処理物Ａが効率良く加熱される。これにより、蒸発器３内で溶媒成分の蒸気が発生し、当該蒸気が熱交換器５の加熱媒体として機能し、循環経路１１において被処理物Ａが加熱される、といったサイクルが早期に立ち上がる。また、蒸気ボイラ１３から熱交換器５への蒸気の導入は、濃縮システム１の起動時に限られず、定常運転時に何らかの理由により上記のサイクルのための熱エネルギーが不足する場合にも実行することができる。

濃縮システム１の濃縮処理部Ｑ１において、圧縮手段９としては、ルーツブロアを採用することが好ましい。一般的にルーツブロアは容量（仕事率[W]）を大きくすることができるので、圧縮手段９としてルーツブロアを使用することにより、熱交換器５に対して単位時間当たりに供給可能な熱量を大きくすることができる。これにより、熱交換器５による被処理物Ａの加熱効率が高くなり、濃縮処理部Ｑ１による処理が高速化され、ひいては、濃縮システム１による濃縮処理の効率が向上する。ルーツブロアを採用した場合、被処理物Ａの溶媒成分が水である場合においては、ルーツブロアの定格容量を例えば６０〜７０ｋＷとし、稼働出力を５０〜６０ｋＷとしてもよい。また、ルーツブロアの出力が６０ｋＷである場合に、濃縮処理部Ｑ１による被処理物Ａの処理能力が０．８〜１．０ｍ^３／ｈであってもよい。

また、熱交換器５としては、プレート式熱交換器を採用することが好ましい。プレート式熱交換器は、高温流体の流路と低温流体の流路とが伝熱プレートを挟んで交互に積層された構造を成すので、加熱媒体と被処理物Ａとの間の伝熱面積を大きくすることができる。また、プレート式熱交換器では、比較的自由に伝熱面積を増強することもできる。よって、熱交換器５による被処理物Ａの加熱効率が高くなり、濃縮システム１による濃縮処理の効率が向上する。被処理物Ａの溶媒成分が水である場合においては、上記のルーツブロアの定格容量を例えば６０〜７０ｋＷとし、稼働出力を５０〜６０ｋＷとした場合に、熱交換器５をなすプレート式熱交換器の伝熱面積は、例えば約４０ｍ^２としてもよい。また、万一、熱交換器５内で被処理物Ａの溶質成分の析出が発生した場合にも、プレート式熱交換器であれば、その構造上、流路内の清掃が容易であるので、熱交換器５のメンテナンス性を向上させる観点からもプレート式熱交換器を採用することが好ましい。

（乾燥処理部Ｑ３）
乾燥処理部Ｑ３は、濃縮処理部Ｑ１で濃縮された蒸発器３内の被処理物Ａの溶媒成分を更に蒸発させて被処理物Ａの濃縮度を高める。乾燥処理部Ｑ３は、蒸発器３の下部周囲に設けられた蒸気ジャケット４と、凝縮器１５（凝縮部）と、減圧手段１７と、冷却塔１９とを備えている。

蒸気ジャケット４にはラインＬ１２を通じて蒸気ボイラ１４から蒸気が供給される。蒸気ボイラ１４から供給された蒸気が蒸気ジャケット４内で凝縮すると、蒸気の凝縮熱が蒸発器３に付与され蒸発器３が加熱される。蒸気ジャケット４内において蒸気の凝縮で発生した凝縮液は、蒸気ジャケット４の底部から抜き出されラインＬ１３を通じて蒸気ボイラ１４に返送され、蒸気源として再利用されてもよいし、ラインＬ１３は省略してもよい。また、蒸気ジャケット４内の余剰の凝縮液はラインＬ８を通じて濃縮システム１の系外に排出される。なお、蒸気ボイラ１４は、蒸気ボイラ１３と共通化されてもよい。

凝縮器１５の上部は、ラインＬ１４及びラインＬ４を介して蒸発器３の蒸気出口３ｃに接続されている。更に凝縮器１５の上部には、ラインＬ１５を介して減圧手段１７が接続されている。減圧手段１７は、凝縮器１５と当該凝縮器１５に連通された蒸発器３とを真空引きして減圧することができる。ここで、減圧手段１７は、入口から吸引した流体を圧縮し出口から排出する装置であり、減圧手段１７には、ブロワ、圧縮機、真空ポンプ等も含まれる。本実施形態においては、減圧手段１７として真空ポンプが採用されているものとする。また、凝縮器１５の内部には冷却水管１５ａが設けられている。冷却水管１５ａには冷却塔１９から供給される冷却水が流通している。

上記の構成の乾燥処理部Ｑ３において、蒸気ジャケット４と、減圧手段１７と、冷却塔１９が駆動すると、蒸発器３内の被処理物Ａは、蒸気ジャケット４により加熱されるとともに、減圧手段１７によって減圧される。被処理物Ａの加熱・減圧によって、被処理物Ａの溶媒成分の蒸発が促進される。蒸発器３内の被処理物Ａから蒸発した溶媒成分の蒸気はラインＬ４、ラインＬ１４、凝縮器１５及びラインＬ１５で構成される移動経路で減圧手段１７に向けて移動する。このとき、上記移動経路上にある凝縮器１５では、溶媒成分の蒸気が冷却水管１５ａに接触して冷却される。この冷却によって当該蒸気が凝縮し、液体となった溶媒成分が凝縮器１５内で貯留される。凝縮器１５内に貯留された液体の溶媒成分は、凝縮器１５の底部から濃縮システム１の系外に排出される。以上の動作により、蒸発器３内の被処理物Ａから溶媒成分が除去されていき、被処理物Ａの濃縮が進行する。

なお、切替バルブＶ４は、開状態又は閉状態の２段階の切替えのみならず、開度が調整可能であってもよい。これにより、ラインＬ５に送られる蒸気量とラインＬ１４に送られる蒸気量とを所望の割合に制御することが可能である。

（撹拌装置）
乾燥処理部Ｑ３による乾燥処理工程を更に効率的にすべく、蒸発器３内には当該蒸発器３内の被処理物Ａを撹拌する撹拌装置が設けられてもよい。図２は、撹拌装置２０を含む蒸発器３の一例を示す断面図である。この例の蒸発器３は、図２の紙面に直交する方向に延びる円筒形をなしている。蒸発器３の内部には、蒸発器３の円筒軸線Ｃを中心として回転する撹拌装置２０が設けられている。撹拌装置２０は、円筒軸線Ｃ上に延在するシャフト２１と、シャフト２１に直交する姿勢で当該シャフト２１に取付けられ略八角形をなす仕切板２３と、を有している。

仕切板２３は、図２の紙面直交方向に所定間隔で複数配列され、蒸発器３の内部空間を円筒軸線Ｃ方向に複数の空間に仕切っている。仕切板２３はシャフト２１と一緒に回転する。また撹拌装置２０は、各仕切板２３を貫通して円筒軸線Ｃ方向に延在する複数の伝熱管２５（加熱部）を有している。伝熱管２５は各仕切板２３の周縁部近傍に設置されており、伝熱管２５の中空部には蒸気ボイラ１４から供給される高温の蒸気が流通する。なお、蒸気ボイラ１４から伝熱管２５に供給され伝熱管２５を通過した蒸気は、その後に、蒸気ジャケット４に導入されるようにしてもよく、ラインＬ８に合流してもよく、濃縮システム１の系外に排出されるようにしてもよい。更に、撹拌装置２０は、シャフト２１と一緒に回転する撹拌羽根２７を有している。撹拌羽根２７は、蒸発器３の内壁面上を摺動しながらシャフト２１と一緒に回転する。

所定の動力源によりシャフト２１が回転すると、上述の仕切板２３、伝熱管２５、及び撹拌羽根２７が蒸発器３内で一体となって回転する。蒸発器３内に収容されている被処理物Ａは、伝熱管２５及び撹拌羽根２７によって液面よりも上方に掻き上げられ撹拌されながら、蒸気ジャケット４と伝熱管２５とで加熱されるので、効率良く濃縮されていく。被処理物Ａの濃縮度が高くなると、被処理物Ａがその粘性によって蒸発器３の内壁面に付着する場合もあるが、付着した被処理物Ａは内壁面を介して蒸気ジャケット４により効率よく加熱される。また、蒸発器３の内壁面に付着した被処理物Ａは撹拌羽根２７によって掻き落される。また、被処理物Ａがある程度固形化した段階では、被処理物Ａは内壁面と伝熱管２５との間の隙間に入り込んで揉まれることによっても効率良く加熱される。被処理物Ａが蒸発器３内で所定の濃縮度まで濃縮されたところで、濃縮処理済みの被処理物Ａを最終的な濃縮処理物として蒸発器３内から回収する。

このように、蒸発器３内における被処理物Ａの加熱、減圧に加えて、撹拌装置２０による撹拌を行うことにより、被処理物Ａは効率良く濃縮される。また、被処理物中のほぼすべての溶媒成分を除去して被処理物を乾燥状態になるまで濃縮することが可能になり、例えば、被処理物が最終的に粉末状になるまで濃縮（乾燥）することも可能になる。なお、撹拌装置２０においては、伝熱管２５が省略されてもよい。

（濃縮システム１による被処理物Ａの濃縮方法）
続いて、図１を参照しながら濃縮システム１による被処理物Ａの濃縮方法について説明する。本実施形態の濃縮方法は、被処理物Ａの溶質成分が析出する濃縮度よりも低濃縮度まで、濃縮処理部Ｑ１によって蒸発器３内の被処理物Ａを濃縮する初期濃縮工程と、初期濃縮工程の後、蒸発器３内の被処理物Ａを乾燥処理部Ｑ３によって乾燥する乾燥工程と、を備える。

（起動、立上げ）
初期濃縮工程の開始時は、濃縮処理部Ｑ１全体の温度を１００℃近傍まで上げる必要がある。このため、例えば、蒸気ボイラ１４からの蒸気が蒸気ジャケット４に送り込まれ蒸発器３が加熱される。蒸発器３内が一定の温度に達したときに、蒸気ジャケット４への蒸気供給は停止されてもよい。

（初期濃縮工程）
濃縮処理部Ｑ１によって実行される被処理物Ａの初期濃縮工程は、被処理物Ａが収容される蒸発器３内の溶媒成分の蒸気を圧縮手段９によって外部に引き出し圧縮する圧縮工程と、圧縮工程で圧縮された蒸気を熱交換器５に加熱媒体として導入する工程と、蒸発器３内の被処理物Ａを外部に抜出し熱交換器５で加熱媒体と熱交換させた後、再び蒸発器３内に返送するように循環経路１１を循環させる工程と、を備える。

具体的な初期濃縮工程は次の通りである。初期濃縮工程では、切替バルブＶ４によってラインＬ４がラインＬ５に連通される。蒸発器３内に被処理物Ａが収容され、被処理物Ａは、循環ポンプ７により圧送され循環経路１１を循環する。すなわち、被処理物ＡはラインＬ１及びラインＬ２を通じて蒸発器３の外部に抜き出され、熱交換器５に送り込まれる。被処理物Ａは熱交換器５で加熱媒体との熱交換を行い加熱され、その後ラインＬ３を通じて蒸発器３に返送される。被処理物Ａの溶媒成分が水である場合、初期濃縮工程中における蒸発器３内の被処理物Ａの温度は、ほぼ１００℃である。

被処理物Ａは循環経路１１の循環で熱交換器５を通過することにより加熱され、加熱された被処理物Ａの溶媒成分が蒸発し、蒸発器３内には溶媒成分の蒸気が発生する。この蒸気は、圧縮手段９によりラインＬ４及びラインＬ５を通じて蒸発器３の外部に引き出され圧縮される。圧縮された蒸気はラインＬ６を通じて熱交換器５に導入され、前述の加熱媒体として機能する。加熱媒体としての蒸気は熱交換器５でその一部が凝縮し、凝縮液と余剰の蒸気とがラインＬ７及びラインＬ８を通じて濃縮システム１の系外に排出される。以上のようにして、被処理物Ａの溶媒成分が徐々に除去され、被処理物Ａが濃縮される。

（乾燥工程）
その後、被処理物Ａが所定の濃縮度に到達したときに、循環ポンプ７が停止され初期濃縮工程から乾燥工程に移行する。乾燥工程では、切替バルブＶ４によってラインＬ４がラインＬ１４に連通される。乾燥処理部Ｑ３において、蒸気ジャケット４と、減圧手段１７と、冷却塔１９が駆動され、蒸発器３内の被処理物Ａは、蒸気ジャケット４により加熱されるとともに、減圧手段１７によって減圧される。更に、撹拌装置２０（図２参照）が駆動され、被処理物Ａが蒸発器３内で撹拌されてもよい。被処理物Ａの加熱・減圧によって、被処理物Ａの溶媒成分の蒸発が促進され、蒸発器３内の被処理物Ａから蒸発した溶媒成分の蒸気は、ラインＬ４、ラインＬ１４、凝縮器１５及びラインＬ１５で構成される移動経路で減圧手段１７に向けて移動する。このとき、上記移動経路上にある凝縮器１５では、溶媒成分の蒸気が冷却水管１５ａに接触して冷却される。この冷却によって当該蒸気が凝縮し、液体となった溶媒成分が凝縮器１５内で貯留される。凝縮器１５内に貯留された液体の溶媒成分は、凝縮器１５の底部から濃縮システム１の系外に排出される。以上の動作により、蒸発器３内の被処理物Ａから溶媒成分が除去されていき、被処理物Ａの濃縮が進行する。

乾燥工程では、蒸発器３内の温度を例えば４０〜７０℃とする。インバータ制御によって蒸発器３内の温度を制御してもよい。蒸発器３内の温度を上記のような比較的低温にすることにより、被処理物Ａが蒸発器３の内壁面に強く付着したり被処理物Ａが高温により変性（例えば炭化）したりすることを抑制することができる。また、蒸発器３内が減圧手段１７で減圧されているので、上記のような比較低定温であっても、被処理物Ａの溶媒成分が十分に蒸発する。乾燥工程では、例えば、被処理物Ａ中のほぼすべての溶媒成分を除去して被処理物Ａを乾燥状態になるまで濃縮してもよく、例えば、被処理物Ａが最終的に粉末状になるように濃縮してもよい。

（初期濃縮工程と乾燥工程との切替え）
濃縮処理部Ｑ１による初期濃縮工程は、被処理物Ａを蒸発器３の外部の熱交換器５内に流通させて加熱するものである。従って、被処理物Ａは液体であり被処理物Ａ中の溶質成分は完全に溶解していることが必要である。また、被処理物Ａの濃縮度が高すぎると、被処理物Ａの溶質成分が循環経路１１内（例えば、熱交換器５の流路内）で析出し、経路を閉塞させるおそれがある。従って、濃縮処理部Ｑ１による初期濃縮工程では、被処理物Ａの濃縮度をモニタし、被処理物Ａが規定の濃縮度に到達したときに停止する必要がある。そして、少なくとも、上記の規定の濃縮度は、被処理物Ａの溶質成分が析出する濃縮度よりも低濃縮度である必要がある。上記の規定の濃縮度は、安全率を勘案して事前に設定される。濃縮システム１においては、被処理物Ａの濃縮度が規定濃縮度に到達するまで、濃縮処理部Ｑ１による初期濃縮工程を実行し、その後、初期濃縮工程を停止して乾燥処理部Ｑ３による乾燥工程を実行することとしている。

このため、本実施形態の濃縮方法は、初期濃縮工程と並行して実行され被処理物Ａの濃縮度を検知する濃縮度検知工程を備えており、検知された濃縮度が規定の濃縮度に到達したときに、初期濃縮工程が停止され初期濃縮工程から乾燥工程に切り替えられる。被処理物Ａの濃縮度を検知する手段としては、循環経路１１上に比重計を設け、被処理物Ａの濃縮度の指標である比重を検知してもよい。この場合、当該比重が所定値以上になったときに循環ポンプ７を停止し、初期濃縮工程を停止する。また、例えば、蒸発器３に導入された被処理物Ａの原水の量とラインＬ８から回収された凝縮液の量とを計量し、それらの量に基づいて被処理物Ａの濃縮度を検知してもよい。

なお、初期濃縮工程の少なくとも一部の時間帯では、濃縮処理部Ｑ１によって被処理物Ａを濃縮する処理に並行して、乾燥処理部Ｑ３によって被処理物Ａを乾燥する処理が実行されるようにしてもよい。この場合、切替バルブＶ４の操作により、ラインＬ４がラインＬ５とラインＬ１４との双方に連通するように設定されればよい。また、上記の時間帯は、初期濃縮工程のうち、乾燥工程に切替えられる直前の時間帯であってもよい。

（抜取り機構）
また、循環経路１１内での溶質成分の析出を防止する観点からは、初期濃縮工程が停止された後に循環経路１１の流路内に被処理物Ａが残留していることも好ましくない。すなわち、循環経路１１の各管路内に充填された被処理物Ａが温度低下すると、溶質成分の溶解度が低下して管路内で析出することも考えられる。従って、循環経路１１上には、当該循環経路１１から被処理物Ａを抜取るための抜取り機構が設けられている。具体的には、循環ポンプ７を迂回してラインＬ１とラインＬ２とを接続するバイパスが設けられており、当該バイパス上に開閉バルブＶ１が設けられている。また、ラインＬ１上に開閉バルブＶ２が設けられている。

濃縮処理部Ｑ１による初期濃縮工程の実行中には、循環ポンプ７が駆動し、開閉バルブＶ１が閉じ、開閉バルブＶ２が開いている。その後、初期濃縮工程を停止する場合には、循環ポンプ７を停止し、開閉バルブＶ１と開閉バルブＶ２とを開けることで、循環経路１１内の被処理物Ａがバイパスを通じて抜出口３ｂに向けて逆流する。ここで、熱交換器５の入口の位置が、蒸発器３における被処理物Ａの液面よりも高い位置にあれば、少なくとも熱交換器５内の被処理物Ａは自重によって排出される。また、乾燥工程中に被処理物Ａの液面が抜出口３ｂよりも低くなったときに、循環経路１１内の被処理物Ａが蒸発器３内に戻ることになる。

その後、開閉バルブＶ２を閉じることにより、蒸発器３内の被処理物Ａは循環経路１１に移動しなくなる。なお、開閉バルブＶ２は開けたままでもよい。または、ラインＬ１上の開閉バルブＶ２を省略してもよい。この場合、乾燥工程中に被処理物Ａの液面が下がってくるに従って、循環経路１１内に残留した被処理物Ａが蒸発器３に逆流していくことになる。なお、上記の機能を有する抜取り機構としては、上記の構成に限られず、開閉バルブ、切替バルブ等の汎用の要素を用いて適宜構築することができる。また、上記のようなバイパスを設ける方式に代えて、循環ポンプ７に正逆転ポンプを採用し、循環ポンプ７の逆回転によって循環経路１１内の被処理物Ａを蒸発器３に逆流させて排出してもよい。

以上の濃縮システム１において、各々のラインＬ１〜Ｌ１５等は、各々の気体や液体等の搬送対象物を搬送するために例えば管体で形成される搬送路である。各ラインにおいては、その目的に応じて管体の仕様（例えば、材料、肉厚、断熱特性、内空の断面積等）を決定すればよい。また、各ラインには、必要に応じて、開閉バルブや切替バルブ等のバルブ類、及びポンプ類が設けられる。このようなバルブ類やポンプ類の動作を適切に制御することにより、ラインの分岐部等において搬送対象物を何れのラインに進行させるかを制御することができる。また、各ライン及び蒸発器３、熱交換器５等の機器には、必要に応じて、センサ類（温度計、流量計、圧力計等）が設けられる。濃縮システム１の上述したような各機能を実現するためには、各部に設けられた上記のバルブ類、ポンプ類、及びセンサ類等を適宜動作させればよい。

続いて、濃縮システム１及び濃縮方法による作用効果について説明する。

濃縮システム１は、被処理物Ａを所定の濃縮度まで濃縮する濃縮処理部Ｑ１と、被処理物Ａの濃縮度を更に高める乾燥処理部Ｑ３と、を備える。濃縮処理部Ｑ１では、蒸発器３内の被処理物Ａを外部に抜出し熱交換器５で加熱媒体と熱交換させた後、再び蒸発器３内に返送するように循環させる循環経路１１が設けられている。熱交換器５は、蒸発器３の外部に抜き出された被処理物Ａと加熱媒体とを熱交換させる。従って、熱交換器５については、蒸発器３の外部に設けられるので、被処理物Ａと加熱媒体との伝熱面積を増大させることの制約が小さく、その結果、伝熱面積を増大させて被処理物Ａの加熱効率を向上させ、濃縮システム１全体の濃縮処理の効率を高めることができる。そして、濃縮処理のエネルギー効率が高められることにより、蒸気ボイラ１３，１４等から供給されるべき熱エネルギーを低減することができ、省エネルギー化を図ることができる。

また濃縮システム１による濃縮方法では、初期濃縮工程において被処理物Ａの濃縮度が検知され、被処理物の溶質成分が析出する濃縮度よりも低濃縮度の段階まで初期濃縮工程が実行され、その後乾燥工程が実行される。この濃縮方法によれば、濃縮システム１の濃縮処理部Ｑ１の循環経路１１において被処理物Ａの溶質成分が析出する可能性が抑えられ、初期濃縮工程を円滑に行うことができる。またその後、溶質成分の析出が発生し得る段階では、乾燥処理部Ｑ３により、蒸発器３内において被処理物Ａの乾燥が行われる。すなわち、被処理物Ａの濃縮度が比較的低い段階では、溶質成分の析出の可能性が低いので、循環経路１１を循環させながら被処理物Ａを高い効率で加熱することができ、被処理物Ａの濃縮度が比較的高くなった段階で、蒸発器３内で溶質成分を析出させながら被処理物Ａの更なる濃縮を行うことができる。

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、実施例の変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。例えば、実施形態では、圧縮手段９として、ルーツブロアを採用する例を説明しているが、これには限定されず、種々の圧縮手段を採用することができる。また、減圧手段１７として、真空ポンプを採用する例を説明しているが、これには限定されず、種々の減圧手段を採用することができる。すなわち、圧縮手段９及び減圧手段１７には、例えば、ルーツブロア、揺動式圧縮機、ターボ式圧縮機等を含め、種々の圧縮手段、減圧手段を適宜採用することができる。また、実施形態では、熱交換器５として、プレート式熱交換器を採用する例を説明しているが、これには限定されず、種々の熱交換器を採用することができる。

１…濃縮システム、３…蒸発器、４…蒸気ジャケット（加熱部）、５…熱交換器（外部熱交換器）、９…圧縮手段、１１…循環経路、１５…凝縮器（凝縮部）、１７…減圧手段、２５…伝熱管（加熱部）、Ａ…被処理物、Ｑ１…濃縮処理部、Ｑ３…乾燥処理部。

Claims (5)

1. 液体である被処理物の溶媒成分を蒸発させて前記被処理物を濃縮する濃縮システムであって、
   前記被処理物が収容される蒸発器と、
   前記蒸発器内の前記被処理物を所定の濃縮度まで濃縮可能な濃縮処理部と、
   前記濃縮処理部で濃縮された前記蒸発器内の前記被処理物の前記溶媒成分を更に蒸発させて前記被処理物の濃縮度を高める乾燥処理部と、を備え、
   前記濃縮処理部は、
   前記蒸発器内の前記溶媒成分の蒸気を外部に引き出し圧縮する圧縮手段と、
   前記蒸発器の外部に設けられ前記圧縮手段で圧縮された前記蒸気が加熱媒体として導入される外部熱交換器と、
   前記蒸発器内の前記被処理物を外部に抜出し前記外部熱交換器で前記加熱媒体と熱交換させた後、再び前記蒸発器内に返送するように循環させる循環経路と、を有し、
   前記乾燥処理部は、
   前記蒸発器を加熱する加熱部と、
   前記圧縮手段とは別に設けられ前記蒸発器内を減圧する減圧手段と、
   前記蒸発器内の前記被処理物から蒸発し前記減圧手段に向かう前記溶媒成分の蒸気の移動経路上で当該蒸気を冷却し凝縮させる凝縮部と、を有する、濃縮システム。
2. 前記圧縮手段はルーツブロアを有し、
   前記減圧手段は真空ポンプを有する、請求項１に記載の濃縮システム。
3. 請求項１又は２に記載の濃縮システムを用いて前記被処理物を濃縮する濃縮方法であって、
   前記被処理物の溶質成分が析出する濃縮度よりも低濃縮度まで、前記濃縮処理部によって前記蒸発器内の前記被処理物を濃縮する初期濃縮工程と、
   前記初期濃縮工程の後、前記蒸発器内の前記被処理物を前記乾燥処理部によって乾燥する乾燥工程と、を備える濃縮方法。
4. 前記初期濃縮工程の少なくとも一部の時間帯では、
   前記濃縮処理部によって前記被処理物を濃縮する処理に並行して、前記乾燥処理部によって前記被処理物を乾燥する処理が実行される、請求項３に記載の濃縮方法。
5. 前記初期濃縮工程と並行して実行され前記被処理物の濃縮度を検知する濃縮度検知工程を更に備え、
   前記濃縮度検知工程で検知された前記濃縮度が所定の濃縮度に到達したときに、前記初期濃縮工程が停止され前記初期濃縮工程から前記乾燥工程に切り替えられる、請求項３又は４に記載の濃縮方法。

Images