JP2021084098A - 異種物質の分離装置及び分離方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】省エネルギー化が図られた異種物質の分離装置および分離方法を提供する。【解決手段】原液（アンモニア含有排水）から第１の蒸気（アンモニア含有蒸気）を生成して蒸発部３に導入し、液体（水）と熱交換させることにより、第１の蒸気を分縮して濃縮させ、液体を蒸発させて第２の蒸気（水蒸気）として排出し、この第２の蒸気を昇温手段（圧縮装置１８）で昇温して加熱用の蒸気として第１の蒸気の生成に利用する異種物質の分離装置（アンモニア回収装置１）において、蒸発部３を、少なくとも２つの分割蒸発部（上流側および下流側蒸発器３Ａ、３Ｂ）を第１の蒸気の流通方向に沿って直列に接続した構成とし、２つの分割蒸発部にそれぞれ昇温手段（上流側および下流側蒸気圧縮機１８Ａ、１８Ｂ）を設け、上流側の昇温手段を、下流側の昇温手段よりも、第２の蒸気を昇温する際の温度差が小さい構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は、例えばアンモニア等の低沸点物質を含有する排水のような、２種以上の物質を含有して構成される原液から、上記低沸点物質等の異種物質を分離する分離装置及び分離方法に関する。
例えばアンモニア含有排水を分離除去する方法としては、スチームストリッピング法が知られている。このスチームストリッピング法を用いた一般的なアンモニア回収装置では、スチームストリッピングを行う蒸留塔を備え、該蒸留塔の塔頂部から排出されるアンモニア含有蒸気を凝縮器で分縮し、凝縮水は還流液として蒸留塔の塔頂部に戻され、残りの濃縮されたアンモニア含有蒸気は吸収塔に供給され水に吸収させて回収アンモニア水として取り出されている。
ところで、このようなアンモニア回収装置に用いられるスチームストリッピング法は、蒸留塔の塔底部に水蒸気を直接吹き込む方法であり、水蒸気を多量に使用するため、ランニングコストが高く処理コストの削減が求められている。一方、この方法では、投入された水蒸気とほぼ同量のアンモニア含有の水蒸気が発生するが、これを蒸留塔の塔頂部への還流液および回収アンモニア液とするには、塔頂部に設置された熱交換器（凝縮器）により冷却する必要があり、エネルギーは使い捨てとなっている。
このような課題を解消するため、蒸留塔の塔頂部から排出された蒸気を蒸気圧縮機により圧縮し、リボイラーにより熱回収を行って水蒸気量を低減するものが提案されている（以下の特許文献１参照）。また、蒸留塔の塔頂部から排出されるアンモニア含有蒸気を分縮する凝縮器に補給水を供給して、補給水をアンモニア含有蒸気と熱交換させて蒸発させ、蒸気圧縮機に導いて圧縮・昇温して水蒸気として再利用する構成が提案されている（以下の特許文献２参照）。
特開２００２−２８６３７号公報 特開２００４−１１４０２９号公報
上記の特許文献１，２に開示の従来例は、蒸留塔の塔頂部から排出されるアンモニア含有蒸気の熱を有効利用して、省エネルギー化が図られ、ランニングコストの低減が図られている。
しかし、このような、少なくとも蒸留塔、熱交換器（リボイラー若しくは凝縮器：これらリボイラー若しくは凝縮器は本願の蒸発器に相当）、及び蒸気圧縮機を含む従来例の構成において、例えば２０wt％以上の高濃度アンモニアを回収しようとすると、以下のような問題が生じる。即ち、熱交換器(本願の蒸発器に相当)だけで、高濃度にまで上げようとすると、熱交換器におけるアンモニア含有蒸気の入口と出口の温度差が大きくなり、その分蒸気圧縮機の負荷が大きくなりすぎて、蒸気圧縮機の使用により省エネルギーを図る要請に反することになる。なお、上記の課題は、アンモニアに限らず広く低沸点物質を含む回収装置に共通している。 そこで、従来から、効果的に省エネルギー化が図られた低沸点物質回収装置が要望されていた。
本願発明は、上記課題に鑑みて考え出されたものであり、その目的は、効果的に省エネルギー化が図られた異種物質の分離装置および分離方法を提供することである。
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、２種以上の物質を含有して構成される原液から第１の蒸気を生成して蒸発部に導入し、前記第１の蒸気を液体と熱交換させることにより、前記第１の蒸気を分縮して濃縮させ、且つ、前記液体を蒸発させて第２の蒸気として排出し、この第２の蒸気を昇温手段で昇温して加熱用の蒸気として前記第１の蒸気の生成に利用する異種物質の分離装置であって、前記蒸発部が、少なくとも２つの分割蒸発部を前記第１の蒸気の流通方向に沿って直列に接続した構成を有し、前記２つの分割蒸発部にそれぞれ前記昇温手段が設けられ、前記２つの分割蒸発部のうちの、前記第１の蒸気の流通方向における上流側の分割蒸発部に設けられた前記昇温手段が、下流側の分割蒸発部に設けられた前記昇温手段よりも、前記第２の蒸気を昇温する際の温度差が小さいことを特徴とする。
上記構成によれば、上流側の昇温手段のほうが、下流側の昇温手段よりも第２の蒸気を昇温する際の温度差が小さいため、当該上流側の昇温手段にかかる負荷が小さくなり、これによって装置の省エネルギー化を図ることができる。また、当該上流側の昇温手段で昇温される第２の蒸気が比較的に高温となることから、その比容積が小さくなり、従ってその分、当該上流側の昇温手段を小サイズとすることができる。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の異種物質の分離装置であって、前記２つの分割蒸発部が、１つの蒸発器を仕切ることによって形成されていることを特徴とする。 なお本発明において、「（分割）蒸発部」ないし「蒸発器」との用語は、例えば「（分割）熱交換部」ないし「熱交換器」のように言い換えることもできる。
２つの分割蒸発部としては、例えば２つの蒸発器を用いた構成とすることも可能であるが、上記のように１つの蒸発器を仕切る構成によれば、装置のコンパクト化やコストの低減を図ることができる。
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の異種物質の分離装置であって、前記原液から前記第１の蒸気を生成する手段として、前記原液を加熱用の蒸気に接触させ、前記原液から１種以上の異種物質を分離しガス化させ前記１種以上の異種物質を含む前記第１の蒸気として塔頂部から排出すると共に、前記原液から前記１種以上の異種物質が除去された処理液を塔底部に貯留する蒸留塔を備えることを特徴とする。
上記構成によれば、装置のコンパクト化や処理の安定性等の点で優れるスチームストリッピング法により、第１の蒸気を好適に生成することができる。
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の異種物質の分離装置であって、前記上流側の分割蒸発部に設けられた前記昇温手段が、前記下流側の分割蒸発部に設けられた前記昇温手段より小型であることを特徴とする。 上記構成によれば、さらに装置を省エネ化ないしコンパクト化することができる。 なお、２つの昇温手段のうちの一方の昇温手段が他方より小型であるとは、一方の昇温手段が他方より消費電力および／またはサイズにおいて小さいことを意味する。また、例えば、３つ以上の昇温手段を用意してこれを２群に分け、一方の群を他方の群より少数の昇温手段で構成することによっても、他方より小型の昇温手段を構成することができる。
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の異種物質の分離装置であって、前記原液が、水と低沸点物質とを含有して構成される（換言すれば、前記２種以上の物質が少なくとも水と低沸点物質とを含む）ことを特徴とする。 「低沸点物質」としては、例えば水より沸点が低い物質が適用でき、より具体的には、アンモニア、メタノール等のアルコール類、アセトン等のケトン類、酢酸メチル等のエステル類等が適用できる。 「水」としては、純水、軟水、イオン交換水等が適用できる。
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の異種物質の分離装置であって、前記昇温手段が、ヒートポンプおよび／または蒸気エゼクターを含むことを特徴とする。 「ヒートポンプ」としては、例えばルーツ形蒸気圧縮機、ターボ形蒸気圧縮機、スクリュー形蒸気圧縮機、ベーン形蒸気圧縮機等の蒸気圧縮機が挙げられる。
請求項７記載の発明は、低沸点物質を含む原液を加熱用水蒸気に接触させ、前記原液から低沸点物質を分離しガス化させ低沸点物質を含む蒸気として塔頂部から排出すると共に、原液から低沸点物質が除去された処理水を塔底部に貯留する蒸留塔と、前記蒸留塔の塔頂部から排出される低沸点物質を含む蒸気と、水とを熱交換させることにより、前記低沸点物質を含む蒸気を分縮させ前記低沸点物質を含む蒸気を濃縮させ、且つ、前記水を蒸発させ水蒸気として排出する蒸発部と、前記蒸発部から排出される水蒸気を圧縮昇温し、この圧縮昇温された水蒸気を前記蒸留塔に導き、蒸留塔で使用される加熱用水蒸気として利用する圧縮装置と、を備える異種物質の分離装置であって、前記蒸発部が、少なくとも２つの分割蒸発部を前記低沸点物質を含む蒸気の流通方向に沿って直列に接続した構成を有し、前記２つの分割蒸発部にそれぞれ前記圧縮装置が設けられ、前記２つの分割蒸発部のうちの、前記低沸点物質を含む蒸気の流通方向における上流側の分割蒸発部に設けられた前記圧縮装置が、下流側の分割蒸発部に設けられた前記圧縮装置よりも、前記水蒸気を圧縮昇温する際の温度差が小さいことを特徴とする。
上記構成によれば、上流側の圧縮装置のほうが、下流側の圧縮装置よりも水蒸気を圧縮昇温する際の温度差が小さいため、当該上流側の圧縮装置にかかる負荷が小さくなり、これによって装置の省エネルギー化を図ることができる。また、当該上流側の圧縮装置で圧縮昇温される水蒸気が比較的に高温となることから、その比容積が小さくなり、従ってその分、当該上流側の圧縮装置を小サイズとすることができる。
請求項８記載の発明は、２種以上の物質を含有して構成される原液から第１の蒸気を生成して蒸発部に導入し、前記第１の蒸気を液体と熱交換させることにより、前記第１の蒸気を分縮して濃縮させ、且つ、前記液体を蒸発させて第２の蒸気として排出し、この第２の蒸気を昇温手段で昇温して加熱用の蒸気として前記第１の蒸気の生成に利用する異種物質の分離方法であって、前記蒸発部を、少なくとも２つの分割蒸発部を前記第１の蒸気の流通方向に沿って直列に接続した構成とし、前記２つの分割蒸発部にそれぞれ前記昇温手段を設け、前記２つの分割蒸発部のうちの、前記第１の蒸気の流通方向における上流側の分割蒸発部に設けた前記昇温手段が、下流側の分割蒸発部に設けた前記昇温手段よりも、前記第２の蒸気を昇温する際の温度差が小さくなるようにすることを特徴とする。
上記構成によれば、効果的に省エネルギー化が図られた異種物質の分離方法が構築される。
本発明によれば、アンモニア含有排水等の原液からアンモニア等の異種物質を分離する際に、効果的に省エネルギー化を図ることができる。
実施の形態に係るアンモニア回収装置の全体構成図。 図１のアンモニア回収装置における蒸発器付近の拡大図。 図１のアンモニア回収装置における濃縮塔付近の拡大図。 水とアンモニアとよりなる混合物の大気圧における気液平衡線図であって、アンモニア濃度０〜１００％まで記載したグラフ。 水とアンモニアとよりなる混合物の大気圧における気液平衡線図であって、アンモニア濃度０〜５０％まで記載したグラフ。 蒸発部が単一の蒸発器で構成された、比較対照のための変更例の拡大図。 複数の分割蒸発部を１つの蒸発器を仕切ることによって形成した変更例の拡大図。 図７の蒸発器の平面図。 昇温手段として蒸気エゼクターを用いた変更例の拡大図。
以下、本発明を実施の形態に基づいて詳述する。なお、以下の実施の形態では、異種物質分離装置としては、アンモニア含有排水を原液とし、このアンモニア含有排水からアンモニアを分離除去して回収するアンモニア回収装置を例示して説明する。異種物質としては、アンモニア以外に、メタノール等のアルコール類、アセトン等のケトン類、酢酸メチル等のエステル類にも適用できる。
（実施の形態） 図１は実施の形態に係るアンモニア回収装置の全体構成図である。アンモニア回収装置(本願発明の異種物質分離装置に相当)１は、加熱用水蒸気が吹き込まれスチームストリッピングを行う蒸留塔２と、蒸留塔２の塔頂部から排出されるアンモニア含有蒸気と水とを熱交換し水を蒸発させる蒸発部３と、蒸発部３から排出される水蒸気を圧縮昇温して加熱用水蒸気として蒸留塔２に排出する圧縮装置１８と、蒸発部３で濃縮されたアンモニア含有蒸気を取り込み、当該蒸気を冷却して水分を除去してアンモニア含有蒸気の濃度を高濃度（例えば２０wt％以上）に上げる濃縮塔５と、濃縮塔５からのアンモニア含有蒸気に水分を吸収させ所定濃度の回収アンモニア水を生成する第１吸収塔６と、第１吸収塔内の未凝縮のアンモニア含有蒸気が外部に排出されることを防止する第２吸収塔７とを備える。ここで、本実施の形態に係るアンモニア回収装置１の特徴の概略を説明すれば、蒸発部３が、２つの分割蒸発部として２台の蒸発器３Ａおよび３Ｂをアンモニア含有蒸気の流通方向に沿って直列に接続した構成を有し、これら２台の蒸発器３Ａおよび３Ｂにそれぞれ昇温手段である蒸気圧縮機１８Ａおよび１８Ｂが設けられ、２台の蒸発器３Ａおよび３Ｂのうちの、アンモニア含有蒸気の流通方向における上流側の蒸発器３Ａに設けられた蒸気圧縮機１８Ａが、下流側の蒸発器３Ｂに設けられた蒸気圧縮機１８Ｂよりも、水蒸気を圧縮昇温する際の温度差が小さいことである。
以下、上記の特徴的構成を含めて、アンモニア回収装置１の具体的構成を説明する。 蒸留塔２には、多段のものを用いてもよく、また、これに限定されず、多段でないものを用いてもよい。即ち、蒸留塔２には、棚段塔や充填塔を用いることができる。この蒸留塔２の塔頂部には、原液（アンモニア含有排水）が原液供給管Ｌ１を介して供給される。なお、原液を事前にｐＨ調整するようにしてもよい。
蒸留塔２の塔底部には、蒸気エゼクター１０からの加熱用水蒸気が加熱用蒸気供給管Ｌ３を介して供給されるようになっている。蒸留塔２の塔底部は管Ｌ４を介して熱回収槽１１に接続されており、該塔底部の貯留液（低濃度アンモニア水）が管Ｌ４を介して熱回収槽１１に供給されるようになっている。蒸気エゼクター１０は、蒸気の吸引・圧縮を行う蒸気圧縮手段であり、蒸気吸い込み側１０ａには、ボイラー等の高圧蒸気源（図示せず）から供給される蒸気が流通する蒸気供給管Ｌ５及び熱回収槽１１から延びる蒸気再利用管Ｌ６が接続されている。このような構成により、熱回収槽１１内の貯留液がフラッシュ蒸発して蒸気エゼクター１０によって吸引、圧縮され、蒸気供給管Ｌ５からの蒸気と混合して、加熱用蒸気として蒸留塔２の塔底部に吹き込まれる。このように熱回収槽１１内の貯留液がフラッシュ蒸発して加熱用蒸気の一部として再利用され、熱の回収が行われるようになっている。
なお、熱回収槽１１の底部には、処理水(例えば３０ｐｐｍ以下の低濃度アンモニア水)を排出する排出管Ｌ７が接続されており、この排出管Ｌ７上には、処理水排出用ポンプＰ１、及び３つの熱交換器Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３が設けられている。熱交換器Ｈ１は、水と処理水とを熱交換し、水を加熱する水加熱器である。この熱交換器Ｈ１により加熱された水は、水供給管Ｌ８を介して蒸発器３Ａおよび３Ｂの底部に供給される。熱交換器Ｈ２は、原液と処理水とを熱交換し、原液を予め加熱する原液予熱器である。この熱交換器Ｈ２により予熱された原液は、原液供給管Ｌ１を介して蒸留塔２の塔頂部に供給される。熱交換器Ｈ３は、冷却水と処理水とを熱交換し、処理水を冷却する冷却器である。この熱交換器Ｈ３により冷却された処理水は、排出管Ｌ７を介して系外に排出される。 熱交換器Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３は、排出管Ｌ７上において処理水排出用ポンプＰ１よりも下流側に位置しており、且つ、以下の順序で設置されている。即ち、排出管Ｌ７上において、熱交換器Ｈ１は熱交換器Ｈ２より上流側に設置されている。このような順序で設置することにより、処理水から水へ与えられる熱量が最も大きくなるため、水を加熱する蒸発部３において省エネルギー化が図られる。また、熱交換器Ｈ３を設置する理由が処理水の冷却を目的とすることから、熱交換器Ｈ３は熱交換器Ｈ１，Ｈ２より下流側に設置されている。
蒸発部３は、蒸留塔２の塔頂部と濃縮塔５の塔頂部との間で、２台の蒸発器３Ａおよび３Ｂをアンモニア含有蒸気の流通方向に沿ってこの順に直列に接続して構成され、これら蒸発器３Ａおよび３Ｂはそれぞれ、水平管型蒸発缶１２Ａおよび１２Ｂで構成され、散布器１３Ａおよび１３Ｂ並びに間接式加熱器１４Ａおよび１４Ｂを備えている。なお、水平管型に限らず、例えば薄膜流下（縦チューブ）式等の蒸発缶を用いてもよい。２台の蒸発器３Ａおよび３Ｂのうち、蒸留塔２の塔頂部から排出されて後述の蒸気供給管Ｌ１０を通って蒸発部３に供給されてくる塔頂蒸気（アンモニア含有蒸気）の流通方向における上流側に配置された蒸発器（以下、「上流側蒸発器」とも称す）３Ａにおいて、間接式加熱器１４Ａは、図２に示すように、１または複数の水平伝熱管からなる伝熱管群１５Ａと、上流側および下流側（図では右側および左側）の一対のヘッダー１６Ｒ，１６Ｌを備えている。また、蒸発缶１２Ａの底部は、管Ｌ８を介して供給される水を貯留する貯留部１７Ａとなっている。貯留部１７Ａの貯留液（水）は、循環ポンプＰ２Ａによって管Ｌ９Ａを介して、蒸発缶１２Ａ内の上部に設けた散布器１３Ａに供給され、この散布器１３Ａから伝熱管群１５Ａの外表面に向かって散布したのち、蒸発缶１２Ａ内の下部の貯留部１７Ａに流下するという循環を行うように構成されている。 一方、２台の蒸発器３Ａおよび３Ｂのうち、上記塔頂蒸気の流通方向における下流側に配置された蒸発器（以下、「下流側蒸発器」とも称す）３Ｂにおける間接式加熱器１４Ｂ、貯留部１７Ｂ、循環ポンプＰ２Ｂ、管Ｌ９Ｂおよび散布器１３Ｂの構成はいずれも、上記上流側蒸発器３Ａの場合と同様であるため説明は省略する。
上流側蒸発器３Ａにおける上流側のヘッダー１６Ｒは蒸留塔２の塔頂部と蒸気供給管Ｌ１０を介して接続されており、蒸留塔２の塔頂部から排出される塔頂蒸気（アンモニア含有蒸気）は、蒸気供給管Ｌ１０を通って該上流側のヘッダー１６Ｒに導かれ、更に、伝熱管群１５Ａ内を流通する。ここで、上流側蒸発器３Ａは塔頂蒸気の圧力よりも低い圧力になっており、そのため、散布器１３Ａにて散布された循環液（水）は、伝熱管群１５Ａの表面で薄膜蒸発し、水蒸気が発生する。この水蒸気は圧縮装置１８における上流側蒸発器３Ａに設けられた蒸気圧縮機（以下、「上流側蒸気圧縮機」とも称す）１８Ａに供給されるようになっている。ここで、上流側蒸発器３Ａにおいて水を蒸気化させる原理をより詳しく説明すると、上流側蒸発器３Ａにおいて、加熱源となる塔頂蒸気（伝熱管内側）より、加熱される水がある伝熱管外側の圧力が低いため、水が蒸発する。なお、当該圧力差は、圧縮装置１８（具体的には上流側蒸気圧縮機１８Ａ）により発生する。なぜなら、圧縮装置１８の吸込み側に接続された蒸発器伝熱管外側が低く、圧縮装置１８の吐出側に接続された蒸留塔２内ひいては塔頂蒸気の圧力が高くなるからである。加えて、蒸気エゼクター１０から供給される蒸気によっても蒸留塔２内の圧力が上がり、上流側蒸発器３Ａ内の水が蒸発する一因となる。 また、伝熱管群１５Ａ内を流通して凝縮した凝縮水（低濃度アンモニア水）は、下流側のヘッダー１６Ｌに貯留される。該下流側のヘッダー１６Ｌは下流側蒸発器３Ｂにおける上流側のヘッダーに接続されており、上流側蒸発器３Ａにおける下流側のヘッダー１６Ｌに貯留された凝縮水（低濃度アンモニア水）は、管Ｌ１９を介して、凝縮水ポンプＰ３の駆動により、下流側蒸発器３Ｂにおける下流側のヘッダーから、管Ｌ１１を介して還流液として蒸留塔２の塔頂部に戻される。残りの余剰蒸気（濃縮されたアンモニア含有蒸気）は下流側蒸発器３Ｂにおける下流側のヘッダーから管Ｌ１２を介して濃縮塔５の塔頂部に排出される。
圧縮装置１８は、上記上流側蒸気圧縮機１８Ａに加えて、下流側蒸発器３Ｂに設けられた蒸気圧縮機（以下、「下流側蒸気圧縮機」とも称す）１８Ｂも備えており、これら上流側および下流側蒸気圧縮機１８Ａおよび１８Ｂは蒸留塔２の塔底部と上流側蒸発器３Ａおよび下流側蒸発器３Ｂの上部をそれぞれ接続している。即ち、上流側蒸気圧縮機１８Ａの入口側は管Ｌ１５を介して上流側蒸発器３Ａにおける蒸発缶１２Ａの上部と接続され、上流側蒸気圧縮機１８Ａの出口側は管Ｌ１６を介して蒸留塔２の塔底部に接続されている。下流側蒸気圧縮機１８Ｂの入口側は管Ｌ１７を介して下流側蒸発器３Ｂにおける蒸発缶１２Ｂの上部と接続され、下流側蒸気圧縮機１８Ｂの出口側は管Ｌ１８を介して蒸留塔２の塔底部に接続されている。
ここで、上流側および下流側蒸気圧縮機１８Ａおよび１８Ｂとしては、最大差圧の大きいルーツ形蒸気圧縮機が用いられている。但し、本発明においては、ルーツ形蒸気圧縮機に限らず、ターボ形蒸気圧縮機、スクリュー形蒸気圧縮機、ベーン形蒸気圧縮機、あるいはその他の蒸気圧縮機のいずれを用いてもよい。また、圧縮装置１８は本実施の形態では上流側および下流側に各１台、計２台の蒸気圧縮機１８Ａおよび１８Ｂで構成されたけれども、上流側および下流側の少なくとも一方に２台以上、計３台以上の蒸気圧縮機で構成してもよい。
図１に示すように、濃縮塔５はスプレー式のスクラバーで構成されている。濃縮塔５の塔底部に貯留される貯留液（凝縮液）は、スプレー管（本願発明の循環ラインに相当）Ｌ２０を流れ、塔頂部に導かれ、塔頂部内に向けて噴霧されるようになっている。このスプレー管Ｌ２０の途中には、循環ポンプＰ４及び熱交換器Ｈ４が設けられている。スプレー管Ｌ２０を流れる貯留液は、熱交換器Ｈ４において、冷却水と熱交換され、冷却される。なお、図３に示すように、冷却水が流れる管Ｌ２１には制御弁Ｖ１が設けられ、濃縮塔５の塔底部に貯留する貯留液の温度を検出する温度センサＴによって開度が制御されている。即ち、温度センサＴの検出結果に応じて制御弁Ｖ１開度が制御され、熱交換器Ｈ４を通過する冷却水の流量が調整されるようになっている。これにより、貯留液（凝縮液）を所定温度まで冷却して噴霧することにより、所定の高濃度（例えば
２０wt％以上）のアンモニア含有蒸気を生成することができる。
また、スプレー管Ｌ２０は、途中で分岐しており、この分岐した分岐管Ｌ２２は蒸留塔２の塔頂部に接続されている。分岐管Ｌ２２の途中には制御弁Ｖ２が設けられている。また、濃縮塔５には、貯留液の液面を検知する液面レベルセンサＳ１が設けられている。液面レベルセンサＳ１は、上限設定レベルを検知するレベルスイッチＳ１ａと、下限設定レベルを検知するレベルスイッチＳ１ｂを有する。この液面レベルセンサＳ１により、制御弁Ｖ２の開度が制御され、貯留液が所定液面に維持されるとともに、所定液面をオーバフローした貯留液は蒸留塔２の塔頂部に還流されるようになっている。
図１に示すように、第１吸収塔６は、濃縮塔５と同様なスプレー式のスクラバーで構成されており、第１吸収塔６の貯留液が循環するスプレー管Ｌ２３には、循環ポンプＰ５、及び、熱交換器Ｈ５が設けられている。熱交換器Ｈ５では、スプレー管Ｌ２３を流れる貯留液と冷却水とが熱交換され、貯留液が冷却される。冷却された貯留液は、管Ｌ２４を介して濃縮塔５から取り込まれた高濃度（例えば２０wt％以上）のアンモニア含有蒸気へ噴霧することで、アンモニア含有蒸気を凝縮・回収し、回収アンモニア水を生成する。なお、スプレー管Ｌ２３は途中で分岐しており、この分岐した分岐管Ｌ２５を介して回収アンモニア水は系外に排出されるようになっている。
第２吸収塔７は、第１吸収塔６と同様なスプレー式のスクラバーで構成されており、第２吸収塔７の塔底部に管Ｌ３０を介して水が供給され、塔底部に貯留される水は、循環ポンプＰ６の駆動によりスプレー管Ｌ３１を通って塔頂部から噴霧されるようになっている。第１吸収塔６と第２吸収塔７との間には、第１吸収塔６内の未凝縮アンモニア含有蒸気を第２吸収塔７の塔頂部に導く管Ｌ３２と、第２吸収塔７内の凝縮水を第１吸収塔６に戻す管Ｌ３３とが設けられている。また、第２吸収塔７の塔頂部には、アンモニアが除去された蒸気を排気する排気管Ｌ３４が設けられている。 なお、図１〜図３において、Ｌ４０は冷却水供給管、Ｌ４１は冷却水供給管Ｌ４０から分岐した管、Ｌ２１は冷却水供給管Ｌ４０から分岐した管であり、冷却水供給管Ｌ４０上には熱交換器Ｈ５が設けられ、管Ｌ４１上には熱交換器Ｈ３が設けられ、管Ｌ２１上には熱交換器Ｈ４が設けられている。
次いで、上記構成のアンモニア回収装置１の処理動作について説明する。蒸留塔２は、加熱用水蒸気が吹き込まれスチームストリッピングを行う。即ち、蒸留塔２において、原液を加熱用水蒸気に接触させ、原液からアンモニアを分離しガス化させアンモニアを含む蒸気として塔頂部から排出すると共に、原液からアンモニアが除去された低濃度アンモニア水（例えば３０ｐｐｍ以下）を処理水として塔底部に貯留する。
蒸留塔２の塔頂部から排出されるアンモニア含有蒸気は、蒸気供給管Ｌ１０を通って上流側蒸発器３Ａにおける上流側のヘッダー１６Ｒに導かれ、更に、伝熱管群１５Ａ内を流通し、これにより散布器１３Ａにて散布された循環液（水）は、伝熱管群１５Ａの表面で薄膜蒸発し、水蒸気が発生する。この水蒸気は上流側蒸気圧縮機１８Ａに供給される。一方、伝熱管群１５Ａ内を流通して凝縮した凝縮水（低濃度アンモニア水）は下流側のヘッダー１６Ｌに貯留され、管Ｌ１９、下流側蒸発器３Ｂにおける上流側のヘッダー、伝熱管群および下流側のヘッダーを経て、管Ｌ１１を介して還流液として蒸留塔２の塔頂部に戻され、残りの余剰蒸気（濃縮されたアンモニア含有蒸気）は管Ｌ１２を介して濃縮塔５に供給される。
圧縮装置１８（蒸気圧縮機１８Ａおよび１８Ｂ）では、供給された水蒸気を圧縮昇温して加熱用水蒸気として蒸留塔２の塔底部に投入する。これにより、加熱用蒸気供給管Ｌ３から供給される加熱用水蒸気を削減でき、省エネルギー化を図ることができる。
また、本実施の形態に係るアンモニア回収装置１は、前述の通り、蒸発部３が、２つの分割蒸発部として２台の蒸発器すなわち上流側蒸発器３Ａおよび下流側蒸発器３Ｂをアンモニア含有蒸気の流通方向に沿って直列に接続した構成を有し、これら上流側蒸発器３Ａおよび下流側蒸発器３Ｂにそれぞれ昇温手段である上流側蒸気圧縮機１８Ａおよび下流側蒸気圧縮機１８Ｂが設けられ、２台の蒸発器３Ａおよび３Ｂのうちの、アンモニア含有蒸気の流通方向における上流側の蒸発器３Ａに設けられた蒸気圧縮機１８Ａが、下流側の蒸発器３Ｂに設けられた蒸気圧縮機１８Ｂよりも、水蒸気を圧縮昇温する際の温度差が小さいという特徴構成を備えている。以下、この特徴構成に関して具体的に補足説明する。
図２に示すように、蒸留塔２の塔頂部からは、塔頂蒸気（アンモニア含有蒸気）が蒸発部３に供給されてくるが、この塔頂蒸気におけるアンモニア濃度は４．９４ｗｔ％であり、蒸発部３に導入されるまでの温度すなわち上流側蒸発器３Ａにおける入口温度Ｔ５は９８．６℃である。蒸発部３においては、上記塔頂蒸気が、管Ｌ８を介して供給される菅外の水と熱交換し、塔頂蒸気の一部が凝縮して液体になることで、塔頂蒸気の温度が下がることとなる。
ここで、図４および図５に、水とアンモニアとよりなる混合物の大気圧（７６０ｍｍＨｇ）における気液平衡線図を示す。図４はアンモニア濃度０〜１００％まで記載したグラフ、図５はアンモニア濃度０〜５０％の範囲のみを記載したグラフである。このグラフは、大気圧における水とアンモニアの混合物の沸点（ｘ１）と露点（ｙ１）も表しており、また露点は、飽和蒸気温度と同じである。
図５に示す通り、例えば上記混合物が大気圧（７６０ｍｍＨｇ）において８７．６℃のとき、この混合物は平衡状態にあるので、気側（ｙ１）でも液側（ｘ１）でも温度は８７．６℃で同じである。このとき、気側（ｙ１）のアンモニア濃度が３７．９３ｗｔ％となる一方、液側（ｘ１）のアンモニア濃度が３．７９ ｗｔ％となる。そうすると、例えば塔頂蒸気が９８．６℃から８７．６℃に下がったとすると、そのアンモニア濃度は４．９４ｗｔ％から３７．９３ｗｔ％に上がることとなり、一方、凝縮した液体のアンモニア濃度は３．７９ ｗｔ％となる。即ち、水とアンモニアの混合物の気側（ｙ１）のアンモニア濃度が濃くなる一方、液側（ｘ１）のアンモニア濃度が薄くなるのである。従って、上記塔頂蒸気は、前述の通り蒸発部の入り口においてアンモニア濃度が４．９４ｗｔ％であったが、蒸発部で菅外の水と熱交換すると、蒸発部の出口において、塔頂蒸気のアンモニア濃度が４．９４ｗｔ％より上昇し、一方、凝縮した液体は、アンモニア濃度が４．９４ｗｔ％より薄くなり、還流液として蒸留塔に戻され、アンモニアが再回収されることとなる。
このとき、本実施の形態に係るアンモニア回収装置１においては、前述の通り、蒸発部３が上流側蒸発器３Ａおよび下流側蒸発器３Ｂに分割構成されているので、蒸留塔２の塔頂部から供給されてきた塔頂蒸気は、まず上流側蒸発器３Ａの加熱蒸気として使われる。この時の蒸気温度は前述の通り９８．６℃である。上流側蒸発器３Ａにおいて、塔頂蒸気の一部が凝縮することで、塔頂蒸気のアンモニア濃度が上がる。例えばアンモニア濃度が４．９４ｗｔ％から２０％に上昇したとすると、グラフよりアンモニア濃度２０ｗｔ％の飽和蒸気温度（ｙ１）は約９３℃であるため、９３℃のアンモニア含有蒸気となる。この９３℃のアンモニア含有蒸気が、下流側蒸発器３Ｂの加熱蒸気となるため、上流側蒸発器３Ａ（加熱蒸気９８．６℃）より水の蒸発温度が下がることとなる。
以上のようにして、蒸発部で熱交換した後に塔頂蒸気のアンモニア濃度が上がり、アンモニア濃度が上がると塔頂蒸気の温度が下がることとなる。
以上のような原理を踏まえ、ここで、上記アンモニア回収装置１との比較対照のための変更例として、例えば図６に示すように、蒸発部が、複数の分割蒸発部に分割されることなく単一の蒸発器３Ｃのみで構成され、該蒸発器３Ｃに、昇温手段として２台の蒸気圧縮機１８Ｃおよび１８Ｄを並列に接続した構成を挙げる。この変更例においては、該蒸発器３Ｃにおける塔頂蒸気（アンモニア含有蒸気）の入口温度Ｔ１は上述と同じく９８．６℃であるが、該蒸発器３Ｃにおいて、管Ｌ８を介して供給される菅外の水と熱交換した後の塔頂蒸気では、アンモニア含量は３６．３８ｗｔ％まで上がり、出口温度Ｔ２は８８．３℃まで下がる。このため、蒸発器３Ｃの上部から蒸気圧縮機１８Ｃおよび１８Ｄに供給される水蒸気の温度Ｔ３は８５．６℃まで下げざるを得ず、従ってこの変更例では、この水蒸気を、蒸気圧縮機１８Ｃおよび１８Ｄで温度Ｔ４＝１００℃まで圧縮昇温し、蒸留塔２の塔底部に投入して加熱用水蒸気として再利用するようにしている。即ちこの場合、２台の蒸気圧縮機１８Ｃおよび１８Ｄでの圧縮温度（Ｔ４−Ｔ３）はいずれも、１００−８５．６＝１４．４℃となる。
一方、本実施の形態に係るアンモニア回収装置１の要部を示す図２を再び参照すると、塔頂蒸気におけるアンモニア含量が４．９４ｗｔ％、蒸発部３における入口温度Ｔ５が９８．６℃、蒸発部３から排出された後の出口温度Ｔ６が８８．３℃（アンモニア含量３６．３８ｗｔ％）、下流側蒸発器３Ｂの上部から下流側蒸気圧縮機１８Ｂに供給される水蒸気の温度Ｔ７が８５．６℃である点は、上記変更例の場合と変わらないが、上流側蒸発器３Ａにおけるアンモニア含有蒸気の出口温度Ｔ８が約９７．２℃（アンモニア含量約１０ｗｔ％）となり、下流側蒸発器３Ｂにおける出口温度Ｔ６（８８．３℃）ほどまでは下がらないため、該上流側蒸発器３Ａの上部から上流側蒸気圧縮機１８Ａに供給される水蒸気の温度Ｔ９を約９５℃程度に留めることができる。この結果、下流側蒸気圧縮機１８Ｂでの圧縮温度（Ｔ１０−Ｔ７）は１００−８５．６＝１４．４℃で上記変更例の場合と変わらないものの、上流側蒸気圧縮機１８Ａでの圧縮温度（Ｔ１０−Ｔ９）は１００−９５．０＝５．０℃と、上記変更例の場合よりも小幅の圧縮で済むこととなる。即ち、上流側蒸気圧縮機１８Ａの負荷が軽減されるのである。
従って、本実施の形態に係るアンモニア回収装置１によれば、（Ｉ）まず第１に、上流側蒸気圧縮機１８Ａでの圧縮温度が５℃で済む分、消費電力が低減されるので、ランニングコストを低減することができる、というメリットが得られる。
このランニングコストの低減量は、装置の規模によっても変動するが、例えば以下のように算出される。即ち、蒸発部から昇温手段で圧縮昇温されて蒸留塔２の塔底部に投入される水蒸気の全量（蒸気圧縮機２基あたり）が４，０００ｋｇ／ｈｒ（＝９６ｔｏｎ／日）であるとすると、上記変更例の場合、蒸気圧縮機１８Ｃおよび１８Ｄの１台当たりの消費電力は、２，０００ｋｇ／ｈｒ×６５ｋＷｈ／ｔｏｎ＝１３０ｋＷとなり、２台では１３０ｋＷ×２＝２６０ｋＷとなる。従って、電気コストは、２６０ｋＷ×１５円／ｋＷｈ×２４＝９３，６００円／日×３００＝２８，０８０，０００円／年となる。
これに対し、本実施の形態に係るアンモニア回収装置１の場合、上流側蒸気圧縮機１８Ａの消費電力は２，０００ｋｇ／ｈｒ×３０ｋＷｈ／ｔｏｎ＝６０ｋＷ、下流側蒸気圧縮機１８Ｂの消費電力は２，０００ｋｇ／ｈｒ×６５ｋＷｈ／ｔｏｎ＝１３０ｋＷとなり、２台では６０ｋＷ＋１３０ｋＷ＝１９０ｋＷとなる。従って、電気コストは、１９０ｋＷ×１５円／ｋＷｈ×２４＝６８，４００円／日×３００＝２０，５２０，０００円／年となり、上記変更例の場合に比して、約７５０万円／年のコスト削減となる。
（ＩＩ）また第２に、上流側蒸発器３Ａの上部から上流側蒸気圧縮機１８Ａに供給される水蒸気の温度Ｔ９をあまり下げずに約９５℃程度の高温に留めることができるため、当該水蒸気の比容積が小さくなり、従ってその分、上流側蒸気圧縮機１８Ａを小サイズとすることができる、というメリットが得られる。
なおこの場合、上流側蒸気圧縮機１８Ａのみを小サイズとする以外にも、例えば、上流側蒸気圧縮機１８Ａおよび下流側蒸気圧縮機１８Ｂの双方を平均的に小サイズとするようなことも可能である。より具体的には、例えば、上記変更例に係る２台の蒸気圧縮機１８Ｃおよび１８Ｄのサイズが同一で５：５であったとした場合、本実施の形態に係るアンモニア回収装置１であれば、上流側蒸気圧縮機１８Ａおよび下流側蒸気圧縮機１８Ｂのサイズを３：５とする以外にも、例えば４：４とするようなことも可能である。
なおまた、もし、蒸留塔から発生する塔頂蒸気がアンモニアを含まないとした場合、塔頂蒸気の温度は１００℃となる。蒸発器での熱交換においては、塔頂蒸気が気体から液体へ変化する際に発生する潜熱によって水が加熱され、この熱交換により、塔頂蒸気の一部が凝縮するが、塔頂蒸気がアンモニアを含まない場合には、塔頂蒸気の温度は熱交換の後も１００℃のまま変わらない。従ってこの場合、蒸発器の数にかかわらず、いずれの蒸発器から発生する水蒸気の温度も同じとなり、本発明の効果が得られないこととなる。（ただし、現実の装置ではその他の要因により、多少温度が下がる。）
また、本実施の形態に係るアンモニア回収装置１において、上流側蒸発器３Ａおよび下流側蒸発器３Ｂにおける加熱蒸気温度が、例えば１００℃以下の９８．６℃および９３℃等であったとしても、前述の通り、蒸発器３の伝熱管外側は、圧縮装置１８により低圧（大気圧以下）となっているため、１００℃以下の加熱蒸気でも水を蒸発させることができる。
続いて、再び本実施の形態に係るアンモニア回収装置１の処理動作についての説明に戻ると、図３に示すように、濃縮塔５では、温度センサＴの検出結果に応じて制御弁Ｖ１の開度が制御され、熱交換器Ｈ４を通過する冷却水の流量が調整される。これにより、濃縮塔５の塔頂部から所定温度に冷却された貯留液（凝縮液）が噴霧されアンモニア含有蒸気が分縮することにより、所定の高濃度（例えば２０wt％以上）のアンモニア含有蒸気が生成される。なお、凝縮液は全量が還流液として蒸留塔２の塔頂部に戻される。このように、濃縮塔５では、蒸発部３で分縮した後のアンモニア含有蒸気を取り込み、水分を除去してアンモニアを含む蒸気をさらに濃縮する構成により、蒸発部３だけで所定の高濃度（例えば２０wt％以上）をまで濃縮する構成に比べて、圧縮装置１８の負荷をさらに軽減できる。この結果、省エネルギー化が図れ、且つ、高濃度（例えば２０wt％以上）のアンモニア含有蒸気を生成することが可能となる。
次いで、図１に示すように、第１吸収塔６においては、塔底部の貯留液を、スプレー管Ｌ２３を通って塔頂部から噴霧する構成により、濃縮塔５から管Ｌ２４を介して導かれたアンモニア含有蒸気が凝縮され、高濃度のアンモニアを含むアンモニア回収水（回収アンモニア水）を生成する。第２吸収塔７においては、第１吸収塔６においてわずかに残った未凝縮のアンモニアガスが管Ｌ３２を介して導かれ、系外から供給された水がスプレー管Ｌ３１を通って塔頂部から噴霧される構成により、未凝縮のアンモニアガスが吸収される。アンモニアを吸収した水は第１吸収塔６の凝縮液へ戻される。この結果、未凝縮アンモニアガスが外部に排出されることが防止される。なお、アンモニアが除去されたガスは排気管Ｌ３４から排気される。
（その他の事項） （１）上記実施の形態では、蒸発部３や第２吸収塔７には「水」を供給する構成として説明したが、この「水」は具体的には、純水、軟水、イオン交換水等を適用することができる。
（２）また、参考までに述べると、蒸留塔の蒸気を直接圧縮して蒸留塔の熱源として使用する構成の場合（例えば特許文献１等）には、蒸留塔の蒸気を直接圧縮することにより、含有物質による腐食の懸念や、シール部での腐食や漏れの可能性がある。これに対して、上記実施の形態のように蒸発器をもって水を蒸発させて蒸留塔に直接利用する構成の場合には、蒸留塔に直接利用される蒸気（水蒸気）は含有物質を含まないため、含有物質による腐食や漏れの発生を防止できる。
（３）上記実施の形態では、蒸発部３として、２台の蒸発器である上流側蒸発器３Ａおよび下流側蒸発器３Ｂを用いる構成、即ち、２つの分割蒸発部として２台の蒸発器を用いる構成となっていたが、２つの分割蒸発部としては、例えば図７および図８に示すように、１つの蒸発器を仕切ることによって形成したもの等であってもよい。
図７および図８に示す例においては、概略横長の円柱状の外形を有する蒸発缶２０が、中央で軸方向に沿って立板状に延びる仕切板２１によって横方向に２分するように仕切られ、これにより、該蒸発缶２０に上流側蒸発部２０Ａと下流側蒸発部２０Ｂとが形成されている。蒸発缶２０の一方端面には、概略直方体状の第１ヘッダー２２が設けられ、蒸発缶２０の他方端面には、概略直方体状の第２ヘッダー２３が設けられている。
上流側蒸発部２０Ａには、１または複数の水平伝熱管からなる伝熱管群２４Ａが設けられ、上流側蒸発部２０Ａの底部は、系外から供給される水を貯留する貯留部となっており、該貯留部の貯留液（水）は、循環ポンプＰ２５Ａによって管Ｌ２６Ａを介して、上流側蒸発部２０Ａの上部に設けた散布器２７Ａに供給され、この散布器２７Ａから伝熱管群２４Ａの外表面に向かって散布したのち、上流側蒸発部２０Ａ内の下部の貯留部に流下するという循環を行うように構成されている。
下流側蒸発部２０Ｂは、上記上流側蒸発部２０Ａとおおむね対称に構成されており、このためその詳細の説明は省略する。第１ヘッダー２２は蒸留塔（図示省略）の塔頂部と蒸気供給管Ｌ２８を介して接続されており、蒸留塔の塔頂部から排出される塔頂蒸気（アンモニア含有蒸気）は、蒸気供給管Ｌ２８を通って第１ヘッダー２２に導かれ、上流側蒸発部２０Ａの伝熱管群２４Ａ内を流通し、第２ヘッダー２３内を折り返すようにして、下流側蒸発部２０Ｂの伝熱管群２４Ｂ内を流通して、第１ヘッダー２２から排出され、管Ｌ２９を介して濃縮塔または吸収塔（図示省略）に供給される。上記上流側蒸発部２０Ａの上部には上流側蒸気圧縮機３０Ａが接続され、下流側蒸発部２０Ｂの上部には下流側蒸気圧縮機３０Ｂが接続されている。
以上の構成により、上記上流側蒸発部２０Ａおよび下流側蒸発部２０Ｂは、上記実施の形態に係る上流側蒸発器３Ａおよび下流側蒸発器３Ｂと同様に機能することができる。このように、２つの蒸発部２０Ａおよび２０Ｂが１つの蒸発器である蒸発缶２０を仕切ることによって形成されていることにより、２つの蒸発器を用いる構成に比して装置のコンパクト化やコストの低減を図ることができる。
（４）上記実施の形態では、上流側および下流側蒸気圧縮機１８Ａおよび１８Ｂとして、同一のルーツ形蒸気圧縮機が用いられていたが、例えば、上流側の分割蒸発部に設けられた昇温手段が、下流側の分割蒸発部に設けられた昇温手段より小型である構成としてもよい。この構成によれば、さらに装置を省エネ化ないしコンパクト化することができる。例えば、上述の通り、本発明においては上流側の分割蒸発部に設けられた昇温手段（上流側蒸気圧縮機１８Ａ）で小幅の圧縮で済むため、上流側の昇温手段をターボ形蒸気圧縮機に変更すること等が挙げられる。また、例えば、３つ以上の昇温手段を用意してこれを２群に分け、一方の群を他方の群より少数の昇温手段で構成することによって、他方より小型の昇温手段を構成するようにしてもよい。例えば、上流側の昇温手段として１基の蒸気圧縮機を用い、下流側の昇温手段として２基の蒸気圧縮機を直列に接続して用いるといった構成が挙げられ、特にこの場合、これら計３基の蒸気圧縮機として比較的に安価な同一の蒸気圧縮機を用いてイニシャルコストを抑えるようにするといったことも可能である。
また、昇温手段として、ルーツ形蒸気圧縮機、ターボ形蒸気圧縮機、スクリュー形蒸気圧縮機、ベーン形蒸気圧縮機等の蒸気圧縮機（ヒートポンプ）以外にも、例えば図９に示すように、蒸気エゼクター等を用いるようにしてもよい。図９に示す例においては、上記実施の形態に係るアンモニア回収装置１において、上流側の昇温手段として、上流側蒸気圧縮機１８Ａに替えて蒸気エゼクター３１を設けた構成となっている。該蒸気エゼクター３１は、上記実施の形態に係るアンモニア回収装置１において蒸留塔２の塔底部に加熱用蒸気供給管Ｌ３を介して加熱用水蒸気を供給する手段として設けられていた蒸気エゼクター１０と同様のものであり、蒸気吸い込み側３１ａには、ボイラー等の高圧蒸気源（図示せず）から供給される蒸気が流通する蒸気供給管Ｌ３２が接続されており、この蒸気が、上流側蒸発器３Ａから管Ｌ１５を介して供給される水蒸気と混合して、加熱用蒸気として管Ｌ１６を介し蒸留塔２の塔底部に吹き込まれる。
上流側の昇温手段においては、必要な圧縮温度が小さいため、上述のように蒸気エゼクターを用いる構成としても、吸入比（効率）を良好とすることができる。蒸気エゼクターを用いると、ルーツ形蒸気圧縮機、ターボ形蒸気圧縮機、スクリュー形蒸気圧縮機、ベーン形蒸気圧縮機等の蒸気圧縮機（ヒートポンプ）を用いる場合に比して、ランニングコストは上がるが、イニシャルコストを低減することができる。装置における処理量や電力、工業用水等の単価によっては、蒸気エゼクターを用いるほうが有利となる場合もある。
（４）上記実施の形態では、蒸発部３として、２台の蒸発器である上流側蒸発器３Ａおよび下流側蒸発器３Ｂを用いる構成、即ち分割蒸発部が２つ設けられた構成となっていたが、分割蒸発部を３つ以上設けるようにしてもよい。分割蒸発部が３つ以上となっても、上流側の分割蒸発部になるほど、昇温手段による昇温の温度差が小さくなり、これにより省エネルギー化を図ることができる。
また、２つの分割蒸発部を、１つの蒸発器を仕切ることによって形成する場合、分割数をさらに多くして、分割形成される分割蒸発部を３つ以上としてもよい。
（５）上記実施の形態では、蒸発部３の後段に濃縮塔５を設け、蒸留塔２から排出されたアンモニア含有蒸気を、蒸発部３と濃縮塔５とによる２段階の濃縮により所定の高濃度（例えば２０wt％以上）のアンモニア水を回収することができるように構成されていたが、本発明においては濃縮塔５は省略してもよい。
また、上記実施の形態では、濃縮塔５からのアンモニア含有蒸気に水分を吸収させ所定濃度の回収アンモニア水を生成する第１吸収塔６と、第１吸収塔内の未凝縮のアンモニア含有蒸気が外部に排出されることを防止する第２吸収塔７とを備える構成となっていたが、例えば、第１吸収塔６および第２吸収塔７にかえて、触媒分解装置を設け、触媒でアンモニアを分解することにより除去する構成としてもよい。
換言すれば、本発明に係る異種物質分離装置においては、系外からの原液の供給から蒸発部における熱交換までの処理動作によって原液から分離されたアンモニア等の異種物質は、この後どのように処理してもよく、例えば、上記実施の形態のように回収するようにしてもよいし、あるいは分解除去するようにしてもよい。
本発明は、例えばアンモニア等の低沸点物質を含有する排水のような、２種以上の物質を含有して構成される原液から、上記低沸点物質等の異種物質を分離する分離装置及び分離方法に適用することが可能である。
１：アンモニア回収装置（異種物質の分離装置） ３：蒸発部 ３Ａ：上流側蒸発器（分割蒸発部） ３Ｂ：下流側蒸発器（分割蒸発部） １８：圧縮装置（昇温手段） １８Ａ：上流側蒸気圧縮機（昇温手段） １８Ｂ：下流側蒸気圧縮機（昇温手段）

Claims (8)

  1. ２種以上の物質を含有して構成される原液から第１の蒸気を生成して蒸発部に導入し、前記第１の蒸気を液体と熱交換させることにより、前記第１の蒸気を分縮して濃縮させ、且つ、前記液体を蒸発させて第２の蒸気として排出し、この第２の蒸気を昇温手段で昇温して加熱用の蒸気として前記第１の蒸気の生成に利用する異種物質の分離装置であって、
    前記蒸発部が、少なくとも２つの分割蒸発部を前記第１の蒸気の流通方向に沿って直列に接続した構成を有し、前記２つの分割蒸発部にそれぞれ前記昇温手段が設けられ、
    前記２つの分割蒸発部のうちの、前記第１の蒸気の流通方向における上流側の分割蒸発部に設けられた前記昇温手段が、下流側の分割蒸発部に設けられた前記昇温手段よりも、前記第２の蒸気を昇温する際の温度差が小さいことを特徴とする異種物質の分離装置。
  2. 前記２つの分割蒸発部が、１つの蒸発器を仕切ることによって形成されている請求項１記載の異種物質の分離装置。
  3. 前記原液から前記第１の蒸気を生成する手段として、前記原液を加熱用の蒸気に接触させ、前記原液から１種以上の異種物質を分離しガス化させ前記１種以上の異種物質を含む前記第１の蒸気として塔頂部から排出すると共に、前記原液から前記１種以上の異種物質が除去された処理液を塔底部に貯留する蒸留塔を備える請求項１または２に記載の異種物質の分離装置。
  4. 前記上流側の分割蒸発部に設けられた前記昇温手段が、前記下流側の分割蒸発部に設けられた前記昇温手段より小型である請求項１〜３のいずれかに記載の異種物質の分離装置。
  5. 前記原液が、水と低沸点物質とを含有して構成される請求項１〜４のいずれかに記載の異種物質の分離装置。
  6. 前記昇温手段が、ヒートポンプおよび／または蒸気エゼクターを含む請求項１〜５のいずれかに記載の異種物質の分離装置。
  7. 低沸点物質を含む原液を加熱用水蒸気に接触させ、前記原液から低沸点物質を分離しガス化させ低沸点物質を含む蒸気として塔頂部から排出すると共に、原液から低沸点物質が除去された処理水を塔底部に貯留する蒸留塔と、
    前記蒸留塔の塔頂部から排出される低沸点物質を含む蒸気と、水とを熱交換させることにより、前記低沸点物質を含む蒸気を分縮させ前記低沸点物質を含む蒸気を濃縮させ、且つ、前記水を蒸発させ水蒸気として排出する蒸発部と、
    前記蒸発部から排出される水蒸気を圧縮昇温し、この圧縮昇温された水蒸気を前記蒸留塔に導き、蒸留塔で使用される加熱用水蒸気として利用する圧縮装置と、
    を備える異種物質の分離装置であって、
    前記蒸発部が、少なくとも２つの分割蒸発部を前記低沸点物質を含む蒸気の流通方向に沿って直列に接続した構成を有し、前記２つの分割蒸発部にそれぞれ前記圧縮装置が設けられ、
    前記２つの分割蒸発部のうちの、前記低沸点物質を含む蒸気の流通方向における上流側の分割蒸発部に設けられた前記圧縮装置が、下流側の分割蒸発部に設けられた前記圧縮装置よりも、前記水蒸気を圧縮昇温する際の温度差が小さいことを特徴とする異種物質の分離装置。
  8. ２種以上の物質を含有して構成される原液から第１の蒸気を生成して蒸発部に導入し、前記第１の蒸気を液体と熱交換させることにより、前記第１の蒸気を分縮して濃縮させ、且つ、前記液体を蒸発させて第２の蒸気として排出し、この第２の蒸気を昇温手段で昇温して加熱用の蒸気として前記第１の蒸気の生成に利用する異種物質の分離方法であって、
    前記蒸発部を、少なくとも２つの分割蒸発部を前記第１の蒸気の流通方向に沿って直列に接続した構成とし、前記２つの分割蒸発部にそれぞれ前記昇温手段を設け、
    前記２つの分割蒸発部のうちの、前記第１の蒸気の流通方向における上流側の分割蒸発部に設けた前記昇温手段が、下流側の分割蒸発部に設けた前記昇温手段よりも、前記第２の蒸気を昇温する際の温度差が小さくなるようにすることを特徴とする異種物質の分離方法。

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7046301B1 (ja) * 2021-10-06 2022-04-04 藤▲崎▼エンジニアリング株式会社 フラッシュ蒸気を用いる油脂抽出蒸留設備

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03202101A (ja) * 1989-12-28 1991-09-03 Sasakura Eng Co Ltd 蒸発方法及びその装置
JPH0857202A (ja) * 1994-08-25 1996-03-05 Konica Corp ヒートポンプ方式蒸発濃縮装置及びそれを用いた処理方法
JP2002028637A (ja) * 2000-07-18 2002-01-29 Osaka City アンモニア含有水の処理方法
JP2004114029A (ja) * 2002-09-26 2004-04-15 ▲鶴▼田　英正 排水中の水溶性揮発成分を分離・回収する方法
JP2004267816A (ja) * 2003-03-05 2004-09-30 Sasakura Engineering Co Ltd 低沸点有機物含有排水の処理方法及び装置
JP2013052370A (ja) * 2011-09-06 2013-03-21 Mitsubishi Chemical Engineering Corp アンモニア分離装置及びアンモニア分離方法
JP2014168740A (ja) * 2013-03-04 2014-09-18 Nippon Refine Kk 溶液処理装置
JP2014188399A (ja) * 2013-03-26 2014-10-06 Ihi Corp 海水の淡水化システム及び方法
JP2017192868A (ja) * 2016-04-18 2017-10-26 株式会社ササクラ 蒸留塔を備えた蒸留装置
KR101811561B1 (ko) * 2017-09-29 2017-12-26 선테코 유한회사 복합화학공정 내의 증발스팀재압축기를 이용한 에너지 재활용 시스템
JP2018058025A (ja) * 2016-10-05 2018-04-12 株式会社ササクラ 低沸点物質の回収装置及び回収方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010046571A (ja) * 2008-08-19 2010-03-04 Sasakura Engineering Co Ltd 水溶液の蒸発濃縮方法および蒸発濃縮装置
US10703644B2 (en) * 2012-07-16 2020-07-07 Saudi Arabian Oil Company Produced water treatment process at crude oil and natural gas processing facilities
CN104153957A (zh) * 2014-08-22 2014-11-19 张培坤 一种新型的温差聚能循环发电装置及其发电方法
KR101719067B1 (ko) * 2015-07-24 2017-03-22 선테코 유한회사 증류 시스템 및 그 증류 방법
WO2017069031A1 (ja) * 2015-10-23 2017-04-27 株式会社シーアイピーソフト 水処理装置
CN205832646U (zh) * 2016-06-15 2016-12-28 浙江博业制冷设备有限公司 一种蒸发器
CN110124343B (zh) * 2019-04-08 2021-12-14 浙江洁普环保科技有限公司 工质热泵精馏工艺

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03202101A (ja) * 1989-12-28 1991-09-03 Sasakura Eng Co Ltd 蒸発方法及びその装置
JPH0857202A (ja) * 1994-08-25 1996-03-05 Konica Corp ヒートポンプ方式蒸発濃縮装置及びそれを用いた処理方法
JP2002028637A (ja) * 2000-07-18 2002-01-29 Osaka City アンモニア含有水の処理方法
JP2004114029A (ja) * 2002-09-26 2004-04-15 ▲鶴▼田　英正 排水中の水溶性揮発成分を分離・回収する方法
JP2004267816A (ja) * 2003-03-05 2004-09-30 Sasakura Engineering Co Ltd 低沸点有機物含有排水の処理方法及び装置
JP2013052370A (ja) * 2011-09-06 2013-03-21 Mitsubishi Chemical Engineering Corp アンモニア分離装置及びアンモニア分離方法
JP2014168740A (ja) * 2013-03-04 2014-09-18 Nippon Refine Kk 溶液処理装置
JP2014188399A (ja) * 2013-03-26 2014-10-06 Ihi Corp 海水の淡水化システム及び方法
JP2017192868A (ja) * 2016-04-18 2017-10-26 株式会社ササクラ 蒸留塔を備えた蒸留装置
JP2018058025A (ja) * 2016-10-05 2018-04-12 株式会社ササクラ 低沸点物質の回収装置及び回収方法
KR101811561B1 (ko) * 2017-09-29 2017-12-26 선테코 유한회사 복합화학공정 내의 증발스팀재압축기를 이용한 에너지 재활용 시스템

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7046301B1 (ja) * 2021-10-06 2022-04-04 藤▲崎▼エンジニアリング株式会社 フラッシュ蒸気を用いる油脂抽出蒸留設備

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