JP3646806B2 - 回分式二重効用缶およびこれを用いた製塩方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回分式二重効用缶およびこれを用いた製塩方法に係り、特に、加圧缶を用いることなく、発生蒸気を有効利用して熱効率を向上させることができる回分式二重効用缶およびこれを用いた製塩方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二つの蒸発缶を連結した二重効用缶をはじめとする多重効用缶は、エネルギの有効利用の観点から連続式化学装置として多くの分野で使用されている。一方、自然塩の製造等、連続式操作が難しい技術分野においては回分式蒸発缶が好適に使用されている。
【０００３】
回分式蒸発缶は、結晶缶等として一般的に使用されている技術である。型式は、カランドリアタイプ、外部循環方式等様々であるが、何れも外部から熱を供給し、これを潜熱として利用することによって液の蒸発が行われるものである。
回分式蒸発缶における原料量をＷＦ１、温度をＴＦ１、沸騰温度をＴＢ１、液比熱をＣ１とし、蒸発させる液量をＷＬ１、液の蒸発熱（気化熱）をλとすると、
顕熱 ＱＳ１＝ＷＦ１・Ｃ１・（ＴＢ１−ＴＦ１）
潜熱 ＱＬ１＝ＷＬ１・λ
液の蒸発に必要な総熱量 Ｑ１＝ＱＳ１＋ＱＬ１となり、
このＱ１に相当する熱量が熱媒体によって供給される。
なお、潜熱は顕熱よりも大きく、両者の間には、
ＱＳ１ ≪ ＱＬ１
の関係がある。
【０００４】
しかしながら、従来の回分式蒸発缶においては、液を蒸発させるための潜熱量（ＱＬ１）が再利用されずに大気に放出されて熱損失となることが多く、熱の有効利用の観点から問題があった。特に、製塩用の蒸発缶では、鹹水を加熱蒸発させて塩の結晶を得る際、大量の蒸気が発生するが、蒸気温度が、例えば１００℃前後と比較的低温であるとともに、蒸気圧力がほぼ大気圧と等しいことから、これを回収して有効利用することが困難であった。なお、従来から連続式蒸発缶における熱効率を高めるために多重効用缶を用いた技術は多数存在するが、回分式蒸発缶において多重効用缶を採用した技術はほとんどみられない。
【特許文献１】
特開昭５７−０８４７０１号公報
【特許文献２】
特開平０２−２９０２８６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決し、回分式蒸発缶における発生蒸気の有効利用を図るとともに、加圧缶を用いることによる危険性、管理の煩雑さ等を回避することができる回分式二重効用缶およびこれを用いた製塩方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願で特許請求する発明は以下のとおりである。
（１）常圧缶と、該常圧缶で発生する蒸気を熱源とする減圧缶とを有し、前記常圧缶を大気開放とし、減圧缶に熱量補給手段を設けたことを特徴とする回分式二重効用缶。
（２）前記減圧缶の圧力は、５００〜５０Ｔｏｒｒ（０．０６７〜０．００６７ＭＰａ）であることを特徴とする上記（１）に記載の回分式二重効用缶。
【０００７】
（３）上記（１）または（２）に記載の回分式二重効用缶を用いた製塩方法であって、前記常圧缶と減圧缶にほぼ同量の鹹水を導入し、前記常圧缶に熱源を供給して鹹水中の水分を蒸発させて固体またはスラリ状の食塩を回収するとともに、発生蒸気を減圧缶に導入し、該蒸気が有する熱量および前記熱量補給手段から補給した熱量で鹹水を加熱し、水分を蒸発させて固体またはスラリ状の食塩を回収することを特徴とする回分式二重効用缶を用いた製塩方法。
（４）前記減圧缶内の圧力を５００〜５０Ｔｏｒｒ（０．０６７〜０．００６７ＭＰａ）の範囲内で可変することにより、前記常圧缶で発生した蒸気の減圧缶への導入速度を制御することを特徴とする上記（３）に記載の回分式二重効用缶を用いた製塩方法。
（５）前記熱量補給手段から減圧缶に供給する補給熱量を可変することにより、食塩の生産調整を行うことを特徴とする上記（３）または（４）に記載の回分式二重効用缶を用いた製塩方法。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例を示す回分式二重効用缶の説明図である。図において、この二重効用缶は、常圧缶１と、該常圧缶１で発生する蒸気を熱源とする減圧缶２とを有し、前記常圧缶１を大気開放管７によって大気に開放とするとともに、前記減圧缶２に熱量補給手段として蒸気補給管４を設けたものである。常圧缶１と減圧缶２の熱交換器１０とは連結配管５で連結されており、減圧缶２は連結管８を介して図示省略した真空装置と連結されている。３は、常圧管１に設けられた蒸気供給管、６は、原料を常圧缶１および減圧缶２に導入する原料供給管、９および１０は、それぞれ常圧缶１および減圧缶２に設けられた熱交換器、１１および１２は、攪拌機、１３および１４は、製品抜き出し管、１５および１６は、凝縮水排出管である。
【０００９】
このような構成において、原料として、例えば塩分２５％の鹹水が、原料供給管６を経て常圧缶１および圧力２００Ｔｏｒｒ（０．０２７ＭＰａ）に調整された減圧缶２にそれぞれほぼ同量導入されたのち、蒸気供給管３を経て常圧缶１の熱交換器９に１２０℃、０．２ＭＰａの蒸気が導入され、常圧缶１内の鹹水が加熱され、該鹹水中の大部分の水分が蒸発し、製品抜き出し管１３を経て水分約６０％の固体状またはスラリ状の食塩が回収される。このとき常圧缶１で発生した蒸気は、連結管５を経て減圧缶２の熱交換器１０に流入し、蒸気補給管４を経て熱交換器１０に供給される必要量の補助蒸気と共に鹹水の加熱源として利用される。このような熱源によって加熱された減圧缶２内の鹹水は沸騰温度まで液温度を上昇させたのち沸騰し、大部分の水分が蒸発し、製品抜き出し管１４を経て水分約６０％の固体状またはスラリ状の食塩が回収される。回収された食塩には所定量のにがり成分が含まれている。なお、熱交換器９および１０で蒸気が凝縮した凝縮水は排出管１５および１６を経て系外へ排出される。
【００１０】
本実施例によれば、常圧缶１と、該常圧缶１で発生する蒸気を熱源とする減圧缶２とを設け、前記常圧缶１を大気開放とし、減圧缶２に熱量補給手段としての蒸気補給管４を設けたことにより、常圧缶１で発生する蒸気を減圧缶２の加熱源として再利用することができるので熱効率が向上し、かつ加圧缶を採用することによる危険性、操作の煩雑さ等を回避することができる。すなわち、常圧缶１から連結管５を経て減圧缶２に流入する蒸気は、減圧管２の熱交換器１０で鹹水を加熱することにより相対的に冷却され、熱交換器１０内でその一部が凝縮するので、熱交換器１０内が減圧状態となり、前記常圧缶１で発生した蒸気は何ら吸引または押込手段を要することなく大部分が連結管５を経て減圧缶２の熱交換器１０に吸い込まれように移動し、有効利用される。
【００１１】
本実施例によれば、常圧缶１で発生し、連結管５を経て減圧缶２の熱交換器１０に流入する蒸気が有する熱量は、前記常圧缶１における鹹水の潜熱分に相当する熱量（ＱＬ１）である。従って、常圧缶１と減圧缶２における原料鹹水量をほぼ同量とすることにより、常圧缶１で発生した蒸気の有する熱量で減圧缶２における潜熱分の熱量（ＱＬ１）を確保することができるので、減圧缶２へは、蒸気補給管４から前記鹹水の顕熱分（ＱＳ１）に相当する熱量を補給するだけで、効率よく食塩を製造することができる。すなわち、本実施例によれば、外部から常圧缶１に熱源として供給された蒸気の有する熱量のうち潜熱に相当する部分が２度有効利用されるうえ、上述したように、常圧缶１で発生した蒸気は、自然的に発生する減圧缶２の熱交換器１０内の減圧状態によって無理なく減圧缶２内へ移動するので、大気圧以下の温度レベルまで有効利用することができ、これによって熱効率が著しく向上する。
【００１２】
本発明において、常圧缶とは、缶内圧力が大気に開放されるなど常圧になるように調整された蒸発缶をいい、減圧缶とは缶内圧力が常圧よりも低い、減圧状態に調整された蒸発缶をいう。また、鹹水とは、例えば１５〜２５％程度の塩分を含む海水または食塩水であり、海水を公知の手段、例えば限外濾過等によって濃縮するか、または輸入した食塩の結晶を水に溶かして調製したものが好適に使用される。
【００１３】
本発明において、減圧缶の圧力は、５００〜５０Ｔｏｒｒ（０．０６７〜０．００６７ＭＰａ）、好ましくは、３００〜１５０Ｔｏｒｒ（０．０４０〜０．０２０ＭＰａ）である。圧力が高すぎると蒸気吸い込みが悪くなり、低すぎると大気から空気の吸い込みとなる。減圧缶内の圧力を上記範囲内に調整することにより、減圧缶内の鹹水の沸騰温度が、例えば９０〜６０℃となり、水分の蒸発が促進し、例えば効率よく食塩を製造することができる。
【００１４】
本発明において、減圧缶内圧力を可変して常圧缶で発生した蒸気の減圧缶への流入速度を制御することができる。すなわち、減圧缶の圧力を上記範囲内でより低く設定することにより、該減圧缶内で鹹水が沸騰し易くなり、これによって減圧缶の熱交換器で蒸発潜熱相当分の熱量の交換が促進され、凝縮する蒸気量が増大し、これに伴って熱交換器の真空度が増し、常圧缶から減圧缶への蒸気の吸引速度が増大し、蒸気移動量が増加する。従って、減圧缶内沸騰圧力を可変することにより、常圧缶から減圧缶へ流入する蒸気の移動量を制御して減圧缶での蒸発速度の調整ひいては食塩の生産調整を行うことができる。
【００１５】
本発明において、熱量補給手段から減圧缶に導入される補給熱量を可変することにより、例えば食塩の生産調整を行うことができる。すなわち、製造される食塩量は、常圧缶および減圧缶において蒸発した水分量に比例する。そして水分を蒸発させるためには、鹹水をその沸点まで加熱する顕熱と、水分が水蒸気になるための潜熱に相当する熱量が必要であり、常圧缶で発生した潜熱分の熱量を有する水蒸気を減圧缶で有効利用する本発明においては、前記顕熱に相当する熱量の補給速度を変化させることにより、最終的な水分の蒸発量を制御することができるので、これによって製品である食塩の生産調整が可能となる。
【００１６】
本発明において、常圧缶は、常に大気に開放された状態にある。従って、加圧缶を用いることによる種々の危険性、および操作の煩雑さ等を回避することができるだけでなく、本発明装置が加圧装置に関する法規制の対象外となるので、実用的価値が著しく向上する。
本発明において、常圧缶に連結された減圧缶にさらに１つまたは２つ以上の減圧缶を直列に連結し、前流の減圧缶で発生した蒸気を後流の減圧缶で利用するようにしてもよい。これによって、三重効用缶またはそれ以上の多重効用缶が完成する。
【００１７】
【実施例】
次に、本発明の具体的実施例を説明する。
実施例１
図１の回分式二重効用缶を用い、減圧缶２の圧力を２００Ｔｏｒｒ（０．０２７ＭＰａ）とし、常圧缶１および減圧缶２へそれぞれ温度３０℃の飽和食塩水（濃度２５％）を１０００リットル導入し、常圧缶１に加熱媒体として蒸気を供給して飽和食塩水を加熱し、水分を蒸発させて水分６０％の食塩スラリーを調製し、発生した蒸気を減圧缶２に導入するとともに必要最小限の蒸気を補給して同様に飽和食塩水を加熱し、水分を蒸発させて水分６０％の食塩スラリーを調製したところ、全体として単位食塩当たりの必要水蒸気量は、１．８９（ｋｇ・蒸気／ｋｇ・ＮａＣｌ）であった。
【００１８】
以下に、飽和食塩水の沸騰温度Ｔ＝１１０( ℃) 、比熱Ｃ＝０．８( ｋｃａｌ／ｋｇ・℃) 、水の蒸発潜熱λ＝５３５( ｋｃａｌ／ｋｇ) としてカロリー計算した結果を示す。
【００１９】
常圧缶におけるカロリー計算
必要顕熱 QS1 ＝1000・0.8 (110 −30) ＝ 64000 (kcal/バッチ)
必要潜熱 QL1 ＝1000・535 (1−0.25) ＝401250 (kcal/バッチ)
必要熱量の合計 Q1＝QS1 ＋QL1 ＝465250 (kcal/バッチ)
熱媒としての蒸気使用量
WH1 ＝ Q1/λ＝ 465250/535 ＝ 870 (kg/バッチ)
NaCl析出量 W＝ 1000 ×0.25 ＝ 250 (kg/バッチ)
減圧缶におけるカロリー計算
（減圧缶での飽和食塩水の沸騰温度を８０℃とする。）
必要顕熱 QS2 ＝ 1000 ・0.8 ( 80−30) ＝ 40000 (kcal/バッチ)
必要潜熱 QL2 ＝ 1000 ・535 (1−0.25) ＝401250 (kcal/バッチ)
必要熱量の合計 QS2＋ QL2 ＝441250 (kcal/バッチ)
熱媒としての蒸気使用量
（潜熱（QL2 ）分は常圧缶１で発生し、減圧缶２に流入する蒸気によって賄われるので、補給する熱量は顕熱(QS2) 分で足りる。）
Q2 ＝QS2 ＝ 441250 −401250 ＝ 40000 (kcal/バッチ)
従って補給蒸気量 WH2は、
WH2＝ Q2/λ＝ 40000/535 ＝ 75 (kg/バッチ)
NaCl析出量 W＝ 1000 ×0.25 ＝ 250 (kg/ バッチ)
以上より、二重効用缶全体としての単位食塩当たりの必要蒸気量は
(870＋75) ／(250＋250)＝ 1.89 （kg・蒸気／kg・NaCl）
となる。
【００２０】
比較例１
二重効用缶を用いることなく、発生した蒸気を大気に放出する従来の単塔式蒸発缶を用いた以外は上記実施例１と同様にして同様の食塩を調製したところ、単位食塩当たりの必要水蒸気量は、３．４８( ｋｇ・蒸気／ｋｇ・ＮａＣｌ) であった。
この場合のカロリー計算は実施例１の常圧缶１における場合と同様であり、単位食塩あたりの必要蒸気量は、
８７０／２５０＝３．４８（ｋｇ・蒸気／ｋｇ・ＮａＣｌ）
として求まる。
【００２１】
実施例１と比較例１との対比
比較例１に対する実施例１の単位食塩当たりの蒸気削減量をΔＷとすると、
ΔＷ＝（３．４８−１．８９）／３．４８＝４５．７（％）であり、
本発明装置を用いることにより、従来技術に比べて必要蒸気量を約４６％削減できたことが分かる。
【００２２】
【発明の効果】
本願の請求項１に記載の発明によれば、常圧缶で発生した比較的低温低圧の蒸気を加圧装置、吸引装置等を用いることなく減圧缶に導入して再利用することができるので、熱効率が著しく向上する。
本願の請求項２に記載の発明によれば、上記発明の効果に加え、減圧缶内の圧力を可変して常圧缶から減圧缶に流入する蒸気の流入速度を制御することができる。
【００２３】
本願の請求項３に記載の発明によれば、常圧缶で発生した蒸発潜熱に相当する熱量を再利用することができるので、熱効率が著しく向上する。
本願の請求項４に記載の発明によれば、上記発明の効果に加え、常圧缶で発生した蒸気の減圧缶への流入速度を制御して蒸発速度を調整することができる。
本願の請求項５に記載の発明によれば、上記発明の効果に加え、容易に製品の生産調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である回分式二重効用缶を示す説明図。
【符号の説明】
１…常圧缶、２…減圧缶、３…蒸気供給管、４…蒸気補給管、５…連結管、６…原料供給管、７…大気開放管、８…真空装置との連結管、９、１０…熱交換器、１１、１２…攪拌機、１３、１４…製品抜き出し管、１５、１６…凝縮水排出管。

Claims (5)

1. 常圧缶と、該常圧缶で発生する蒸気を熱源とする減圧缶とを有し、前記常圧缶を大気開放とし、減圧缶に熱量補給手段を設けたことを特徴とする回分式二重効用缶。
2. 前記減圧缶の圧力は、５００〜５０Ｔｏｒｒ（０．０６７〜０．００６７ＭＰａ）であることを特徴とする請求項１に記載の回分式二重効用缶。
3. 請求項１または２に記載の回分式二重効用缶を用いた製塩方法であって、前記常圧缶と減圧缶にほぼ同量の鹹水を導入し、前記常圧缶に熱源を供給して鹹水中の水分を蒸発させて固体またはスラリ状の食塩を回収するとともに、発生蒸気を減圧缶に導入し、該蒸気が有する熱量および前記熱量補給手段から補給した熱量で鹹水を加熱し、水分を蒸発させて固体またはスラリ状の食塩を回収することを特徴とする回分式二重効用缶を用いた製塩方法。
4. 前記減圧缶内の圧力を５００〜５０Ｔｏｒｒ（０．０６７〜０．００６７ＭＰａ）の範囲内で可変することにより、前記常圧缶で発生した蒸気の減圧缶への導入速度を制御することを特徴とする請求項３に記載の回分式二重効用缶を用いた製塩方法。
5. 前記熱量補給手段から減圧缶に供給する補給熱量を可変することにより、食塩の生産調整を行うことを特徴とする請求項３または４に記載の回分式二重効用缶を用いた製塩方法。

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