JP2685578B2 - 蒸発器において固体粒子の流れを調節するための装置 - Google Patents
蒸発器において固体粒子の流れを調節するための装置Info
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Description
蒸発器を含む)において固体粒子の流れを選択的に調節
するための装置に関するものである。
製、合成燃料の製造、食品加工、除草剤や農薬の製造、
発電所、一次金属精練、薬剤の製造、パルプや神の製造
などを含む産業の広い分野で使用されている。蒸発器
は、溶液濃度の増加、及びまたは、溶質成分を結晶化さ
せるのに使われる。種々のタイプの蒸発器が、従来技術
において、利用され、知られている。一つの例は、垂直
のチューブインシェル(tube−in−shell)方式の流下
液膜式蒸発器である。このような蒸発器では、溶液やス
ラリーは熱交換管のなかを繰り返し循環する。溶液やス
ラリーが、熱交換管の中を通るにつれて、水や有機溶媒
は、しだいに蒸発し、あとに濃縮された溶液やスラリー
が残り、しばしば溶質成分の凝結の原因となる。
を有し、溶液やスラリーは、その中を、濃縮されるにつ
れて繰り返し、通過しなければならない。液体のみなら
ず固形粒子も効率よく流れるように配慮する必要があ
る。スラリーは、濃縮の初期の段階においてさえ、固形
粒子を含んでおり、一方溶液は塩のような溶質を含み、
これらは濃縮の途中で溶液から分離して凝結する。これ
らの固体粒子は、蒸発器の色々な箇所で閉塞の原因とな
る可能性がある。
析出物は、小片や、薄片の形ではがれ落ち、蒸発器の閉
塞を引き起こして濃縮すべき溶液やスラリーの流れを妨
げる。もし、装置が閉塞し、循環が効率よく行なわれな
ければ、装置全体を止めて操作員が清掃しなければなら
ない。
中にも生ずる。即ち蒸発器の壁が清掃の間に乾燥するに
つれて、多量の析出物が生ずる。装置全体が再始動し循
環が始まったとき、新たな析出物がしばしば剥げ落ち
て、装置を閉塞する。
配装置の入り口オリフィスのような小さな穴に小片が詰
まるときに、深刻な問題となる。このような分配装置
は、アメリカの特許第4,248,296号に記載されている。
小片は、塩水の正常な流れを妨げ、熱交換管全体を運転
不能にする。濾過法によって小片や薄片を取り除くため
に各種の試みがなされた。例えば、スクリーンや濾過器
が蒸発器のなかに設置された。しかしながら、このよう
なスクリーンは、定期的に清掃しなければならず、また
そのために蒸発器装置を停止しなければならず、ロスタ
イムが生じて運転コストが増加し、さらに析出物が生ず
る。さらに蒸発器が再始動したときに、小片や薄片がス
クリーンや濾過器の下流で生じ、再び装置を閉塞する。
離装置の清掃のために装置を停止する必要のない装置を
設計することが望ましい。
リー中の液体から固体粒子を分離することである。
蒸発器装置を定期的に停止する必要なく蒸発器内におい
て、液体から固体粒子を連続的に分離することである。
殿せず、蒸発器装置を循環するようなバイパスルートを
設けることである。
を容易にするために、液体中の固体粒子の乱流を増進す
る装置を提供することである。
者にとって明らかになるであろう。
濃縮するための蒸発器に使用するための固体粒子流装置
を開示する。このような蒸発器は流下液膜式蒸発器ある
いはそれに似たものであろう。それらは、ほぼ垂直の複
数の熱交換管と、熱交換管の下にある下部貯水槽と、熱
交換管の上にある第2貯水槽と、下部貯水槽から上部貯
水槽にスラリーや溶液を再循環させるための再循環導管
とを含む。
室を有している。入口は、再循環導管からスラリーや溶
液を受け入れるように設置できる。出口は以下に述べる
バイパス導管に連結されている。分離された固体粒子が
重力の影響の下に出口の方向に移動しやすくするために
出口を、分離室のほぼ最下部に設置してもよい。
られた複数の穴を有している。各々の穴の寸法は、臨界
寸法(あらかじめきめられた寸法であって、それを越え
ると固体粒子が蒸発器のいろいろの箇所で容認できない
閉塞を引き起こす寸法)である。臨界寸法より大きな固
体粒子は、下流の閉塞を防止するため、液体から分離す
るのが望ましい。分離室の穴は、液体の大部分を、分離
室の外側の上部貯水槽に連通させ、熱交換管から下部貯
水槽へ通している。
るバイパス導管を有しており、該導管は臨界寸法よりも
大きな固体粒子を分離室から下部貯水槽へ運ぶように設
置可能である。バイパス導管を通って運ばれた固体粒子
は、分離室の外側にある上部貯水槽へ入ることはない。
液体の大部分は、分離室から穴を通って分離室の外側の
上部貯水槽に出る。その液体はその後、まず熱交換管を
通ったあと、下部貯水槽内で分離された固体粒子と再び
合流する。
の熱交換管のうちの1本以上に導いて下部貯水槽に移動
させ、他方、分離された固体粒子が複数の熱交換管のう
ちの残りの管に流入するのを防止するように設置するこ
とができる。
ている。その分離装置は鋼板材料、または穴が打抜かれ
あるいは形成された鋼材で構成される。
納まるような大きさである。さらに分離室は蒸発器の上
部壁に取り付けられて支持されている。分離室の入り口
は、分離室の上部に設置されている。同様に分離室の出
口は分離室の下部に設置されている。例えば分離室は円
錐形であり、円錐形の室の下部に出口を有している。分
離室は傾斜した側壁を有し、傾斜側壁の下の部分に設け
た出口を有しても良い。
中の液体から、臨界寸法より大きな寸法の固体粒子を選
択的かつ連続的に分離するための方法をも含んでいる。
臨界寸法は、予め決められた寸法であってそれを越える
と固体粒子が蒸発器のいろいろな部分で容認できない閉
塞を起こす寸法である。前記方法は、スラリーや溶液の
ために少なくとも第一の貯水槽を設置し、臨界寸法より
も大きな固体粒子を液体から分離し、液体から分離させ
られた固体粒子を第一の貯水槽へ導き、濃縮された液体
を第一の貯水槽へ導く各工程を含む。
か或はそれよりも小さな寸法の穴を有する分離室を設置
し、熱交換器に連通する第二の貯水槽を設置し、分離室
を第二の貯水槽のなかに設置し、第一の貯水槽から、ス
ラリーや溶液を分離室に再循環させる工程をも含んで良
い。固体粒子を第一の貯水槽に導く工程は、また、さら
に、分離室に連結され、かつ分離室から第一の貯水槽へ
通じ、分離された固体粒子を熱交換管に通さないバイパ
ス導管を設置する工程を含んでも良い。
を濃縮するための蒸発器に使用するために設計されてい
る。代表的な従来技術の流下液膜式蒸発器を、第1図に
示す。通常、このような蒸発器は、ほぼ垂直に配置され
た複数の熱交換管10を含む。蒸発器は、また、上部貯水
槽あるいは液箱12と、下部貯水槽あるいは液だめ14と、
下部貯水槽から上部貯水槽へスラリーあるいは液体を再
循環装置16とを有する。再循環装置は、一般的には、少
なくとも一つの再循環導管20と再循環ポンプ18とを含
む。また、一般的に蒸発器にあるもので、図では明示さ
れていないものとして、過熱装置と、スラリーや溶液を
蒸発器に導くための装置と、蒸発器から濃縮されたスラ
リーや溶液を取り除くための装置とがある。
を絶えず循環させて、下部貯水槽14から再循環装置16を
通して上部貯水槽12に戻す。スラリーや溶液が繰り返し
熱交換管10の中を通り、そこで溶媒が蒸発し、さらに濃
縮されたスラリーや溶液が残る。
うに差し向ける分配器22を備えても良い。分配器の例は
Louis J.Jezek.に付与された『濃縮管に使用する液体分
配器』という名称の米国特許第4,248,296号に記載され
ている。Jezekの特許に記載されているような分配器
は、スラリーや溶液を熱交換管のなかへフィルムの形で
導入して蒸発作用を高める。このような分配器は、蒸発
器が効率的に動くように、開いたままの小さな穴を有し
ている。スラリーや溶液のなかの小片や薄片のような固
体粒子は、分配器の穴をふさぎ、通常の薄いフィルム状
の流れを妨げ、熱交換管の能力を制限し、或はもし完全
にふさがれたならば、管は使用不能になる。
に調節することによって、分配器や装置内の他の箇所で
このような閉塞を防止するように設計されている。第2
図は本発明の装置を備えた第1図の蒸発器を示す。固体
粒子流装置は、分離室24とバイパス導管26とを含む。
解室24は、上部貯水槽12の内部に設置され、再循環導管
20の出口27の下に位置決めされている。
て、上部貯水槽のカバー28に取付けるのが望ましい。
に作られた複数の穴32を有している。分離室の各穴32
は、臨界寸法である。この臨界寸法は、装置によって変
化しうるものであるが、分離室の下流で熱交換管の上流
にある穴に等しいか、又は小さくなければならない。す
なわち、分離室の穴32は、分離室の下流で熱交換管の上
流にある穴、たとえば分配器22の穴、をふさぐに十分な
大きさの固体粒子を、液体から分離することができる寸
法でなければならない。
丸穴が打抜かれあるいは他の方法で形成されている。ま
た、鋼板スクリーンや網状の材料で作ってもよい。分離
室は、円錐形或は第3図に示すように少なくとも分離室
の下部33が円錐形をなすのが望ましい。この形状は分離
室の下部33の底に設置された分離室24の出口34に固体粒
子を集めるのに役に立つ。分離装置の出口は、バイパス
導管26に連通している。バイパス導管は、分離室の出口
34に通常の連結器具36を用いて取付けられている。バイ
パス導管は、分離室の出口から熱交換管10の少なくとも
ひとつに延びている。バイパス導管は、熱交換管に嵌入
する寸法に作られているのか望ましい。バイパス導管が
嵌入する熱交換管は、分配器を有さない。
組み立てられる際に組み込むことも出来るし、既にある
蒸発器のなかに組み込むこともできる。たとえば、多く
の蒸発器は、上部貯水槽12の頂部にドアやマンホールを
有しており、操作員が上部貯水槽に入って、清掃やメン
テナンスを行なうことができる。本発明の装置は、蒸発
器の外で組み立てられ、その後既存のドアを通って上部
貯水槽に入る操作員によって設置される。本発明は、従
来の蒸発器の効率を改善するのみでなく、当初の装置或
は既存の蒸発器の改装装置として製作、設置する際に経
済性がある。
される。スラリーや溶液は下部貯水槽14から再循環導管
20を通って上部貯水槽12へ循環する。分離室24は循環し
てきたスラリーや溶液を再循環導管の出口27から受け入
れる。分離室に入った時に、スラリーや溶液は、物理的
に分離され、臨界寸法よりも大きな固体粒子は液体から
分離され、そして残りの液体部分は分離室の穴32を通っ
て分離室を出ていく。出ていった液体は、分離室の外側
にある上部貯水槽に入り、それから熱交換管10に入って
そこでさらに濃縮される。臨界寸法よりも大きく穴32を
通過しない固体粒子は、分離室の出口34を通り、バイパ
ス導管26へ出ていく。固体粒子はその後直ちに、バイパ
ス導管が嵌入している熱交換管10のひとつに達し下部貯
水槽14に運ばれる。
に対する固体粒子の衝突とを通じて、固体粒子の寸法を
減少させるに役立つ。固体粒子の寸法が十分小さくなっ
たときは、その固体粒子はもはや蒸発器の閉塞の問題の
原因とはならない。
的に調節する方法をも含んでいる。本発明の方法に関す
る以下の議論は第4図に示すフローチャートを見れば理
解がしやすい。
に保持される。スラリーや溶液は、液体成分と固体粒子
とを有し、固体粒子は通常いろいろな寸法である。本発
明の方法の第1段階は、液体成分から臨界寸法以上の固
体粒子を分離することである。臨界寸法より大きな、し
たがって下流の穴を流れない固体粒子は、スラリーや溶
液が下流に流れる前に、すなわち、蒸発器の分配器に入
る前に、スラリーや溶液から取り除かれる。
させて、スラリーや溶液を含んだ貯水槽に戻すことであ
る。この再循環の段階は、スラリーや溶液の一部の助け
を借りて、固体粒子を導管を通して洗い流すことにより
達成するのが良い。
交換管へ差し向けることである。液体は固体粒子を含ん
でるかも知れないが、それらは、臨界寸法よりは小さな
寸法であって、したがって、分配器や熱交換管において
閉塞の問題を引き起こすことはない。熱交換管のなか
で、液体は濃縮される。
溶液を含んでいる貯水槽へもどすことであり、その貯水
槽において濃縮された液体は第一段階で取り除かれた固
体粒子と再び混合される。
し、従来技術のフィルターのように、そのシステムのど
こかで固体粒子を蓄積させることはない。固体粒子は絶
えず液体から分離され、再循環させられるので、少なく
ともそれらの一部は、撹乱の結果、その寸法を減じ、閉
塞の問題はなくなってくる。
施例を記載したが、本発明の精神及び範囲を逸脱するこ
となく、いろいろな改変をなし得ることが認識されよ
う。したがって、本発明は、請求項に限定されるもので
はない。
器の概略図である。 第2図は本発明の装置を備えた蒸発器を示す。 第3図は本発明の装置の詳細図を示す。 第4図は本発明による方法のステップを概略的に説明し
たフローチャートである。 10……熱交換管、 12……上部貯水槽、 14……下部貯水槽、 16……再循環装置、 24……分離室、 26……バイパス導管、 32……穴。
Claims (15)
- 【請求項1】複数のほぼ垂直な熱交換管と熱交換管の下
に設置された下部貯水槽と熱交換管の上に設置された上
部貯水槽と下部貯水槽から上部貯水槽へ溶液あるいはス
ラリーを循環させるための再循環導管とを有している固
体粒子と液体とを含む溶液やスラリーを濃縮するための
蒸発器で使用する、前もって定められた寸法であってそ
れを越えると固体粒子が蒸発器の容認できない閉塞を引
き起こす寸法である臨界寸法より大きな寸法を有する固
体粒子の流れを、選択的に調節するための装置であっ
て、 入口と出口とを有し、臨界寸法よりも大きな固体粒子を
液体から分離できるような寸法に作られた複数の穴を有
し、再循環導管からのスラリーや溶液を受け入れるよう
にその入口を設置した状態で上部貯水槽の内部に設置す
ることができ、前記の穴が、熱交換管から下部貯水槽へ
通すために、液体の大部分を、外側の上部貯水槽に連通
させている分離室と、 前記分離室の出口に接続されており、臨界寸法よりも大
きな固体粒子を上部貯水槽に流入することなく、分離室
から下部貯水槽に運ぶバイパス導管とを備え、 分離室から、分離室の穴を通って分離室の外側の上部貯
水槽に出た液体の前記大部分がまず熱交換管を通過した
後、分離された固体粒子と下部貯水槽で再び合流させら
れることを特徴とする装置。 - 【請求項2】分離された固体粒子が、重力の影響のもと
で分離室の出口の方向に移動するのを助長するように、
分離室の出口が、分離室のほぼ最下部に設置されたこと
を特徴とする請求項(1)に記載の装置。 - 【請求項3】分離された固体粒子を下部貯水槽へ運ぶた
めに前記分離された固体粒子を複数の熱交換管のうちの
1本以上に循環させ、他方複数の熱交換管のうちの残り
の管に分離された固体粒子が流入しないように、前記バ
イパス導管を設置することができることを特徴とする請
求項(1)に記載の装置。 - 【請求項4】複数のほぼ垂直な熱交換管と熱交換管の下
に設置された下部貯水槽と熱交換管の上に設置された上
部貯水槽と下部貯水槽から上部貯水槽へ溶液あるいはス
ラリーを循環させるための再循環導管とを有している固
体粒子と液体とを含む溶液やスラリーを濃縮するための
蒸発器で使用する、前もって定められた寸法であってそ
れを越えると固体粒子が蒸発器の容認できない閉塞を引
き起こす寸法である臨界寸法より大きな寸法を有する固
体粒子の流れを、選択的に調節するための装置であっ
て、 入口と出口とを有し、臨界寸法よりも大きな固体粒子を
液体から分離できるような寸法に作られた複数の穴を有
し、再循環導管からのスラリーや溶液を受け入れるよう
にその入口を設置した状態で上部貯水槽の内部に設置す
ることができ、前記の穴が、熱交換管から下部貯水槽へ
通すために、液体の大部分を、外側の上部貯水槽に連通
させており、蒸発器の上部壁と熱交換管の間に嵌る寸法
に作られており、蒸発器の上部壁に取り付けて支持され
ている分離室と、 前記分離室の出口に接続されており、臨界寸法よりも大
きな固体粒子を上部貯水槽に流入することなく、分離室
から下部貯水槽に運ぶバイパス導管とを備え、 分離室から、分離室の穴を通って分離室の外側の上部貯
水槽に出た液体の前記大部分がまず熱交換管を通過した
後、分離された固体粒子と下部貯水槽で再び合流させら
れることを特徴とする装置。 - 【請求項5】分離された固体粒子が、重力の影響のもと
で分離室の出口の方向に移動するのを助長するように、
分離室の出口が、分離室のほぼ最下部に設置されたこと
を特徴とする請求項(4)に記載の装置。 - 【請求項6】分離された固体粒子を下部貯水槽へ運ぶた
めに前記分離された固体粒子を複数の熱交換管のうちの
1本以上に循環させ、他方複数の熱交換管のうちの残り
の管に分離された固体粒子が流入しないように、前記バ
イパス導管を設置することができることを特徴とする請
求項(4)に記載の装置。 - 【請求項7】上部貯水槽と、 下部貯水槽と、 上部貯水槽から、下部貯水槽へスラリーあるいは溶液を
循環させ、通過するにつれてスラリーあるいは溶液を濃
縮させるために、上部貯水槽と下部貯水槽の間に延びる
複数のほぼ垂直な熱交換管と、 上部と下部の貯水槽に連結され、下部貯水槽から上部貯
水槽へスラリーあるいは溶液を再循環させる再循環導管
と、 入口と出口とを有し、臨界寸法よりも大きな固体粒子を
液体から分離できるような寸法に作られた複数の穴を有
し、再循環導管からのスラリーや溶液を受け入れるよう
にその入口を設置した状態で上部貯水槽の内部に設置す
ることができ、前記の穴が、熱交換管から下部貯水槽へ
通すために、液体の大部分を、外側の上部貯水槽に連通
させている分離室と、 前記分離室の出口に接続されており、臨界寸法よりも大
きな固体粒子を上部貯水槽に流入することなく、分離室
から下部貯水槽に運ぶバイパス導管とから成り、 分離室の穴を通って分離室から分離室の外側の上部貯水
槽に出た液体の前記大部分がまず熱交換管を通過した
後、分離された固体粒子と下部貯水槽で再び合流させら
れることを特徴とする固体粒子と液体を含むスラリーあ
るいは溶液を濃縮するための蒸発装置。 - 【請求項8】分離された固体粒子が、重力の影響のもと
で分離室の出口の方向に移動するのを助長するように、
分離室の出口が、分離室のほぼ最下部に設置されたこと
を特徴とする請求項(7)に記載の装置。 - 【請求項9】分離された固体粒子を下部貯水槽へ運ぶた
めに前記分離された固体粒子を複数の熱交換管のうちの
1本以上に循環させ、他方複数の熱交換管のうちの残り
の管に分離された固体粒子が流入しないように、前記バ
イパス導管を設置することができることを特徴とする請
求項(7)に記載の装置。 - 【請求項10】固体粒子と液体を含むスラリーあるいは
溶液を濃縮するための蒸発器の中で、前もって決められ
た寸法であってそれを越えると固体粒子が蒸発器の容認
できない閉塞を引き起こす寸法である臨界寸法よりも大
きな寸法をもつ固体粒子の流れを連続的かつ選択的に調
節する方法であって、 少なくとも、スラリーあるいは溶液用の第1の貯水槽を
設置し、 臨界寸法よりも大きな寸法をもつ固体粒子を液体から分
離し、 液体から取り除かれた固体粒子を、第1の貯水槽へ導
き、 固体粒子を取り除いた液体を、濃縮のために蒸発器内の
熱交換管へ導き、 濃縮された液体を、分離した固体粒子と再び合流させる
ために、第1の貯水槽へ導くことを特徴とする方法。 - 【請求項11】分離工程が、 臨界寸法と等しいかあるいはそれよりも小さな寸法の穴
を有する分離装置を設置し、 熱交換管と連通する第2の貯水槽を設置し、 分離室を第2の貯水槽内に設置し、 スラリー又は溶液を、第1貯水槽から分離室に再循環さ
せることを特徴とする請求項(10)に記載の方法。 - 【請求項12】固体粒子を第1の貯水槽へ導く工程が、
分離室に連結され、かつ分離室から第1の貯水槽へ通
じ、分離された固体粒子を、熱交換管に通さないバイパ
ス導管を設置することを含むことを特徴とする請求項
(10)に記載の方法。 - 【請求項13】複数のほぼ垂直な熱交換管と熱交換管の
下に設置された下部貯水槽と熱交換管の上に設置された
上部貯水槽と下部貯水槽から上部貯水槽へ溶液あるいは
スラリーを循環させるための再循環導管とを有している
固体粒子と液体とを含む溶液やスラリーを濃縮するため
の蒸発器で使用する、前もって定められた寸法であって
それを越えると固体粒子が蒸発器の容認できない閉塞を
引き起こす寸法である臨界寸法より大きな寸法を有する
固体粒子の流れを、選択的に調節するための装置であっ
て、 臨界寸法よりも大きな寸法をもつ固体粒子を、スラリー
や溶液から取り除くための除去装置と、 除去装置に連結され、除去装置から、臨界寸法よりも大
きな固体粒子を、分離室の外側の上部貯水槽へ流入させ
ることなく、下部貯水槽に導くバイパス装置とを備えて
成ることを特徴とする装置。 - 【請求項14】除去装置が、さらに臨界寸法とほぼ等し
いあるいはそれよりも小さな寸法の穴を有する分離室を
備えていることを特徴とする請求項(13)に記載の装
置。 - 【請求項15】分離室がさらに入口と出口とを有し、又
上部貯水槽内に設置可能であり、分離室の入口が再循環
導管からスラリーや溶液を受け入れるように設置されて
いることを特徴とする請求項(14)に記載の装置。
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