JP4365793B2 - Centrifugal thin film evaporator - Google Patents
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Description
本願発明は、薄膜式蒸発装置に関し、詳しくは、回転羽根や回転ブラシなどを必要とせずに、遠心力により被蒸発物質を含む原料液を液膜状にして、効率よく蒸発を行わせるようにした遠心薄膜式蒸発装置に関する。 The present invention relates to a thin-film evaporation apparatus, and more specifically, a raw material liquid containing a substance to be evaporated is formed into a liquid film by centrifugal force without using a rotating blade or a rotating brush so that the evaporation can be efficiently performed. The present invention relates to a centrifugal thin film evaporator.
蒸発装置の一つに、被蒸発物質を含む原料液を、加熱管内面で薄い液膜状にし、この液膜状の原料液を加熱して被蒸発物質を蒸発させるようにした薄膜式蒸発装置がある。
この薄膜式蒸発装置には、一般的に、上昇式薄膜式蒸発装置や、下降式薄膜式蒸発装置のように、強制撹拌を伴わないタイプの薄膜式蒸発装置や、加熱管内で回転羽根を回転させることにより液膜を形成、および更新するようにした強制攪拌式薄膜式蒸発装置などがある。
One type of evaporator is a thin-film evaporator that uses a raw material liquid containing the substance to be evaporated in the form of a thin liquid film on the inner surface of the heating tube, and heats the liquid film-like raw material liquid to evaporate the substance to be evaporated. There is.
In general, this thin film evaporator is a type of thin film evaporator without forced stirring, such as a rising thin film evaporator or a descending thin film evaporator, or a rotating blade rotating in a heating tube. For example, there is a forced agitation thin film evaporator that forms and renews a liquid film.
ところで、強制攪拌式薄膜式蒸発装置においては、羽根と伝熱面との狭い隙間に形成される薄膜に対して、周囲の伝熱面から伝熱が行われることから、高い伝熱性能を有しており、短い滞留時間と狭い濃縮スペースで蒸発濃縮を行うことができるという特徴を有している。 By the way, in the forced agitation thin film evaporator, heat transfer is performed from the surrounding heat transfer surface to the thin film formed in the narrow gap between the blades and the heat transfer surface. In addition, evaporative concentration can be performed with a short residence time and a narrow concentration space.
しかしながら、強制攪拌式薄膜式蒸発装置においては、
(1)対応可能な液の種類(液性)が限られ、例えば、発泡性の強い液の濃縮には適していない、
(2)回転羽根を有しているため、動バランスの保持構造やシール構造、軸受け構造などが複雑で、保守、管理に手間や費用がかかる
という問題点がある。
However, in the forced stirring thin film evaporator,
(1) The types of liquids that can be handled (liquidity) are limited. For example, they are not suitable for concentrating highly foamable liquids.
(2) Since it has rotating blades, the dynamic balance holding structure, seal structure, bearing structure, etc. are complicated, and there is a problem in that maintenance and management are troublesome and expensive.
また、発泡性の強い液の濃縮を効率的に行うことが可能な蒸発装置として、遠心力を利用して、液を薄膜状にして蒸発操作を行う遠心式薄膜真空蒸発装置が提案されている(特許文献1参照)。 In addition, as an evaporation apparatus capable of efficiently concentrating a highly foamable liquid, a centrifugal thin film vacuum evaporation apparatus that performs an evaporation operation by making a liquid into a thin film using a centrifugal force has been proposed. (See Patent Document 1).
この遠心式薄膜真空蒸発装置は、図5に示すように、外殻部材51の内部に、水平の回転軸52を有する横置き型の中空円錐状の回転体53が配設されている。また、回転体53の内周側には蒸発面54が形成されているとともに、蒸発面54の回転軸52付近には、飛散防止板Sを備えた原料液供給パイプ55の先端が配設されており、蒸発面54の最外周部付近には濃縮液排出用のペアリングチューブ56が配設されている。
この遠心式薄膜真空蒸発装置においては、原料液供給パイプ55から供給された原料液が、円錐状の回転体53の小径部から大径部に移動する間に所望の蒸発が行われる。
As shown in FIG. 5, the centrifugal thin film vacuum evaporator has a horizontal
In this centrifugal thin film vacuum evaporator, desired evaporation is performed while the raw material liquid supplied from the raw material
そして、この遠心式薄膜真空蒸発装置によれば、発泡性の強い原料液を原料液供給パイプ55から供給しても、発泡した原料は飛散防止板Sに遮られて飛散せず、蒸留液側に原料液が混じることを防止することが可能になるため、発泡性の強い原料液の濃縮を効率的に行うことができるとされている。
And according to this centrifugal thin film vacuum evaporation apparatus, even if a highly foamable raw material liquid is supplied from the raw material
しかしながら、この遠心式薄膜真空蒸発装置の場合、
(1)横置き型の中空円錐状の回転体を用いるようにした構造上、装置の大型化を招くことなく大きな伝熱面積を確保することが困難である、
(2)横置き型の中空円錐状の回転体を回転させる構造のため、装置設計が複雑になりやすく、設計コストおよび製作コストの増大を招きやすい
というような問題点がある。
(1) It is difficult to ensure a large heat transfer area without causing an increase in the size of the apparatus due to the structure in which a horizontally mounted hollow conical rotating body is used.
(2) Due to the structure of rotating a horizontal-type hollow conical rotating body, there is a problem that the device design is likely to be complicated, and the design cost and manufacturing cost are likely to increase.
本願発明は、上記課題を解決するものであり、複雑な構造を必要とすることなく、遠心薄膜式蒸発装置の有する特徴を効率よく発揮することが可能で、コストの増大を抑制しつつ、大型化を図ることが可能な遠心薄膜式蒸発装置を提供することを目的とする。 The invention of the present application solves the above-described problems, and can efficiently exhibit the characteristics of a centrifugal thin film evaporator without requiring a complicated structure, while suppressing an increase in cost, and a large size. An object of the present invention is to provide a centrifugal thin film evaporator that can be made simple.
上記課題を解決するために、本願発明(請求項1)の遠心薄膜式蒸発装置は、
略円筒状で内周面が伝熱面となるように構成され、軸方向が鉛直方向と略平行になるように配設されて軸回りに回転し、蒸発させるべき物質である被蒸発物質を含む原料液を遠心力により内周面に押し付けて液膜状にするとともに、前記内周面から液膜状の原料液に伝わる熱により、原料液から被蒸発物質を蒸発させる筒状回転体と、
前記筒状回転体を回転させる回転手段と、
前記筒状回転体を加熱する加熱手段と、
前記筒状回転体内に原料液を供給する原料液供給ラインと、
前記筒状回転体内で蒸発濃縮された濃縮液を、前記筒状回転体から外部に抜き出す濃縮液抜き出しラインと
を具備し、
前記筒状回転体の内周面が、軸方向に段階的に内径の異なる複数の内周面領域を備え、かつ、前記内径の異なる複数の内周面領域が、上方に向かって段階的に内径が大きくなるように配設されているとともに、
遠心力により前記筒状回転体の内周面に押し付けられた液膜状の原料液が、遠心力によって下方の内径の小さい内周面領域から上方の内径の大きい内周面領域に上昇・移動しながら蒸発濃縮が行われるように構成されているとともに、
上方に向かって段階的に内径が大きくなるように構成された前記筒状回転体の、各内周面領域の上端部には、遠心力により各内周面領域に押し付けられた液膜状の原料液を各内周面領域に保持するとともに、液膜状の原料液の膜厚を規定するための堰が設けられており、かつ、
最も上方の内周面領域の上端部に設けられた堰を越えた濃縮液が前記濃縮液抜き出しラインから抜き出されるように構成されていること
を特徴としている。
In order to solve the above problems, a centrifugal thin film evaporator of the present invention (Claim 1)
The material to be evaporated, which is substantially cylindrical and is configured so that the inner peripheral surface is a heat transfer surface, is disposed so that the axial direction is substantially parallel to the vertical direction, rotates around the axis, and is to be evaporated. A cylindrical rotating body that evaporates the material to be evaporated from the raw material liquid with heat transferred from the inner peripheral surface to the liquid film-like raw material liquid, while the raw material liquid is pressed against the inner peripheral surface by centrifugal force to form a liquid film ,
A rotating means for rotating the cylindrical rotating body;
Heating means for heating the cylindrical rotating body;
A raw material liquid supply line for supplying the raw material liquid into the cylindrical rotating body;
A concentrated liquid extraction line for extracting the concentrated liquid evaporated and concentrated in the cylindrical rotating body from the cylindrical rotating body ;
The inner peripheral surface of the cylindrical rotating body includes a plurality of inner peripheral surface regions having different inner diameters in the axial direction, and the plurality of inner peripheral surface regions having different inner diameters are stepwise upward. It is arranged so that the inner diameter becomes larger,
The liquid film-like raw material liquid pressed against the inner peripheral surface of the cylindrical rotating body by centrifugal force rises and moves from the inner peripheral surface region having a lower inner diameter to the upper inner peripheral surface region by a centrifugal force. While being configured to evaporate and concentrate,
In the cylindrical rotating body configured so that the inner diameter gradually increases upward, the upper end portion of each inner peripheral surface region has a liquid film shape pressed against each inner peripheral surface region by centrifugal force. While holding the raw material liquid in each inner peripheral surface area, a weir is provided for defining the film thickness of the liquid film-like raw material liquid, and
Concentrated liquid that exceeds the weir provided at the upper end of the uppermost inner peripheral surface area is extracted from the concentrated liquid extraction line.
It is characterized by.
また、請求項2の遠心薄膜式蒸発装置は、請求項1記載の発明の構成において、
前記筒状回転体内に原料液を供給する前記原料液供給ラインが、前記筒状回転体の底部近傍に原料液を供給することができるように構成されており、
前記筒状回転体内で蒸発濃縮された濃縮液を抜き出す前記濃縮液抜き出しラインが、前記筒状回転体の上方の内径が最も大きい内周面領域において蒸発濃縮が行われた濃縮液を抜き出すことができるように構成されていること
を特徴としている。
The centrifugal thin film evaporator according to
The raw material liquid supply line for supplying the raw material liquid into the cylindrical rotating body is configured to be able to supply the raw material liquid near the bottom of the cylindrical rotating body,
The concentrated liquid extraction line for extracting the concentrated liquid evaporated and concentrated in the cylindrical rotating body extracts the concentrated liquid that has been evaporated and concentrated in the inner peripheral surface region having the largest inner diameter above the cylindrical rotating body. It is configured so that it can be used.
また、請求項3の遠心薄膜式蒸発装置は、請求項1または2に記載の発明の構成において、
前記加熱手段が、前記筒状回転体を覆うように配設され、前記筒状回転体とともに回転する加熱蒸気ジャケットであって、内部に蒸気を供給することにより前記筒状回転体が加熱されるように構成されており、かつ、前記加熱蒸気ジャケットは、下部から上部に向かって直径が小さくなるテーパ形状を有しているとともに、
前記筒状回転体を加熱することに使用された蒸気が凝縮することにより生じたドレンが、遠心力により前記加熱蒸気ジャケットの底部周辺近傍に集められ、該底部周辺近傍からドレン排出ラインを経て外部に排出されるように構成されていること
を特徴としている。
Further, the centrifugal thin film evaporator according to
The heating means is a heating steam jacket disposed so as to cover the cylindrical rotating body and rotating together with the cylindrical rotating body, and the cylindrical rotating body is heated by supplying steam therein. And the heating steam jacket has a tapered shape with a diameter decreasing from the lower part toward the upper part,
Drain generated by condensing the steam used to heat the cylindrical rotating body is collected near the bottom of the heating steam jacket by centrifugal force, and from the vicinity of the bottom to the outside through the drain discharge line. It is characterized in that it is configured to be discharged.
また、請求項4の遠心薄膜式蒸発装置は、請求項1〜3のいずれかに記載の発明の構成において、前記筒状回転体における蒸発操作が真空下または加圧下で行われるように構成されていることを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the centrifugal thin film evaporator according to any one of the first to third aspects, wherein the evaporation operation in the cylindrical rotating body is performed under vacuum or under pressure. It is characterized by having.
本願発明(請求項1)の遠心薄膜式蒸発装置は、略円筒状で内周面が伝熱面となるように構成され、軸方向が鉛直方向と略平行になるように配設されて軸回りに回転し、蒸発させるべき物質である被蒸発物質を含む原料液を遠心力により内周面に押し付けて液膜状にするとともに、内周面から液膜状の原料液に伝わる熱により、原料液から被蒸発物質を蒸発させる筒状回転体と、筒状回転体を回転させる回転手段と、筒状回転体を加熱する加熱手段と、筒状回転体内に原料液を供給する原料液供給ラインと、筒状回転体内で蒸発濃縮された濃縮液を、筒状回転体から外部に抜き出す濃縮液抜き出しラインとを具備しているので、複雑な構造を必要とすることなく、短い滞留時間、短い熱履歴で、蒸発濃縮を行うことが可能になる。 The centrifugal thin film evaporator according to the present invention (Claim 1) is configured to have a substantially cylindrical shape and an inner peripheral surface to be a heat transfer surface, and is arranged so that an axial direction is substantially parallel to a vertical direction. The raw material liquid that rotates around and presses the raw material liquid containing the substance to be evaporated, which is a substance to be evaporated, against the inner peripheral surface by centrifugal force to form a liquid film, and by the heat transferred from the inner peripheral surface to the liquid film raw material liquid, A cylindrical rotating body for evaporating the material to be evaporated from the raw material liquid, a rotating means for rotating the cylindrical rotating body, a heating means for heating the cylindrical rotating body, and a raw material liquid supply for supplying the raw material liquid into the cylindrical rotating body Line and a concentrated liquid extraction line for extracting the concentrated liquid evaporated and concentrated in the cylindrical rotating body to the outside from the cylindrical rotating body, so that a short residence time without requiring a complicated structure, Evaporation concentration can be performed with a short heat history.
また、本願発明の遠心薄膜式蒸発装置においては、筒状回転体(略鉛直円筒状である伝熱面それ自体)が回転することによって、生み出される遠心力により液体を伝熱面に押し付ける力と、薄膜を形成しながら上方へ上昇していく力とを得ることが可能になり、液膜を筒状回転体の内周面(伝熱面)に押し付けながら蒸発濃縮を行うことができるため、起泡性物質に対する十分な抑泡効果を得ることが可能になる。なお、本願発明の遠心薄膜式蒸発装置においては、一般に、筒状回転体の回転数が上昇するに伴って、起泡性物質に対する抑泡効果が向上する傾向がある。 In addition, in the centrifugal thin film evaporator of the present invention, the force that presses the liquid against the heat transfer surface by the centrifugal force generated by the rotation of the cylindrical rotating body (the heat transfer surface itself that is substantially vertical cylindrical) , Because it is possible to obtain a force that rises upward while forming a thin film, and evaporation concentration can be performed while pressing the liquid film against the inner peripheral surface (heat transfer surface) of the cylindrical rotating body, It is possible to obtain a sufficient foam suppression effect for the foaming substance. Note that, in the centrifugal thin film evaporator of the present invention, generally, as the rotational speed of the cylindrical rotating body increases, the foam suppression effect on the foaming substance tends to be improved.
また、本願発明の遠心薄膜式蒸発装置においては、遠心力により薄い液膜を形成するようにしているので、回転羽根、攪拌翼、あるいはスクレーパーなどによって機械的に薄膜を形成する場合のように、液に大きな剪断力を与えることがない。
したがって、本願発明の遠心薄膜式蒸発装置を用いることにより、熱履歴に敏感な物質を含む液、発泡性の強い物質を含む液、剪断力に敏感な物質を含む液など、従来の蒸発装置では対応することが容易ではなかった液の蒸発濃縮に十分に対応することが可能になる。
In addition, in the centrifugal thin film evaporator of the present invention, since a thin liquid film is formed by centrifugal force, as in the case of mechanically forming a thin film by a rotary blade, a stirring blade, or a scraper, Does not give a large shearing force to the liquid.
Therefore, by using the centrifugal thin film evaporator of the present invention, in a conventional evaporator such as a liquid containing a substance sensitive to thermal history, a liquid containing a substance having a strong foaming property, a liquid containing a substance sensitive to a shearing force, etc. It becomes possible to sufficiently cope with the evaporation and concentration of the liquid that was not easy to cope with.
また、本願発明の遠心薄膜式蒸発装置は、原料液との接液部分に回転羽根などがなく、また、部材の接合による隙間などが存在しない装置であることから、撹拌羽根などの異物質との接触や残液などによる汚染がないという特徴を有している。 In addition, the centrifugal thin film evaporator of the present invention has no rotating blade in the wetted part with the raw material liquid, and there is no gap due to the joining of the members. There is a feature that there is no contamination due to contact or residual liquid.
また、本願発明の遠心薄膜式蒸発装置は上述のように複雑な構造を必要としないことから、コストの増大を抑制しつつ、大型化を図ることが可能で、実用性に優れた遠心薄膜式蒸発装置を提供することができる。 Further, since the centrifugal thin film evaporator of the present invention does not require a complicated structure as described above, it is possible to increase the size while suppressing an increase in cost, and the centrifugal thin film type excellent in practicality. An evaporation device can be provided.
また、筒状回転体の内周面が、軸方向に段階的に内径の異なる複数の内周面領域を備えた構成とし、かつ、内径の異なる複数の内周面領域を、上方に向かって段階的に内径が大きくなるように配設しているので、遠心力により筒状回転体の内周面に押し付けられた液膜状の原料液を、遠心力によって下方の内径の小さい内周面領域から上方の内径の大きい内周面領域に上昇・移動させながら蒸発濃縮を行わせることが可能になる。 Further, the inner peripheral surface of the cylindrical rotating body includes a plurality of inner peripheral surface regions having different inner diameters in the axial direction, and the plurality of inner peripheral surface regions having different inner diameters are directed upward. Since the inner diameter is gradually increased, the liquid film-like raw material liquid pressed against the inner peripheral surface of the cylindrical rotating body by centrifugal force is used to reduce the inner peripheral surface having a smaller inner diameter below by centrifugal force. It is possible to perform evaporation and concentration while moving up and moving from the region to the inner peripheral surface region having a large inner diameter.
すなわち、遠心力によって、液膜状の原料液を、下方の内径の小さい内周面領域から、上方の内径の大きい内周面領域に上昇・移動させながら蒸発を行わせることにより、一つの筒状回転体内で段階的に蒸発を行わせて、効率のよい蒸発濃縮を行うことが可能になる。 That is, by causing the liquid film-like raw material liquid to evaporate while being lifted and moved from the inner peripheral surface region having a small inner diameter to the upper inner surface region having a large inner diameter by centrifugal force, Evaporation can be performed stepwise in the cylindrical rotating body, and efficient evaporation and concentration can be performed.
また、上方に向かって段階的に内径を大きくすることにより、上方の内径の大きい内周面領域では、遠心力を大きくすることが可能になり、上方の内径の大きい内周面領域を、発泡抑制効果や脱泡効果の大きい領域とすることが可能になる。
また、上方に向かって段階的に内径が大きくなるように構成された筒状回転体の、各内径を有する内周面領域の上端部に、遠心力により各内周面領域に押し付けられた液膜状の原料液を各内周面領域に保持するとともに、液膜状の原料液の膜厚を規定するための堰を設けるようにしているので、液膜状の原料液を堰き止めて膜厚を規定することが可能になるとともに、最も上方の内周面領域の上端部に設けられた堰を越えた濃縮液を濃縮液抜き出しラインから抜き出すようにしているので、濃縮液側に原料液が混じることを防止して、効率のよい蒸発濃縮をより確実に行うことが可能になる。
In addition, by gradually increasing the inner diameter toward the upper side, it becomes possible to increase the centrifugal force in the inner peripheral surface region having a large upper inner diameter, and the inner peripheral surface region having a large upper inner diameter is foamed. It becomes possible to set it as the area | region where a suppression effect and a defoaming effect are large.
Further, the liquid that is pressed against each inner peripheral surface region by centrifugal force on the upper end portion of the inner peripheral surface region having each inner diameter of the cylindrical rotating body configured so that the inner diameter gradually increases upward. While holding the film-form raw material liquid in each inner peripheral surface region and providing a weir for defining the film thickness of the liquid film-form raw material liquid, the liquid film-form raw material liquid is dammed up to the film It is possible to regulate the thickness, and the concentrated liquid exceeding the weir provided at the upper end of the uppermost inner peripheral surface area is extracted from the concentrated liquid extraction line. It becomes possible to prevent evaporating and to perform efficient evaporation concentration more reliably.
また、請求項2の遠心薄膜式蒸発装置のように、原料液供給ラインから原料液を筒状回転体の底部近傍に供給するとともに、筒状回転体の上方の内径が最も大きい内周面領域において蒸発濃縮が行われた濃縮液を濃縮液抜き出しラインから抜き出すようにした場合、遠心力により筒状回転体の内周面に押し付けられた液膜状の原料液を、遠心力によって下方の内径の小さい内周面領域から上方の内径の大きい内周面領域に、確実に上昇させながら蒸発濃縮を行わせ、かつ、内径が最も大きい内周面領域において蒸発濃縮が行われた濃縮液を抜き出すことが可能になり、濃縮液側に原料液が混じることを防止して、効率のよい蒸発濃縮を行うことが可能になる。
In addition, as in the centrifugal thin film evaporator according to
また、請求項3の遠心薄膜式蒸発装置のように、加熱手段として、筒状回転体を覆うように配設され、筒状回転体とともに回転する加熱蒸気ジャケットを用いるとともに、加熱蒸気ジャケットの形状を、下部から上部に向かって直径が小さくなるテーパ形状とすることにより、筒状回転体を加熱することに使用された蒸気が凝縮することにより生じるドレンを、遠心力により加熱蒸気ジャケットの底部周辺近傍に集めて、ドレン排出ラインから効率よく外部に排出することが可能になる。
Further, as in the centrifugal thin film evaporator according to
また、請求項4の遠心薄膜式蒸発装置のように、筒状回転体における蒸発操作を真空下で行うことができるようにした場合、低温での蒸発濃縮を行うことが可能になるため、例えば、熱履歴に敏感な物質を含む液を効率よく蒸発濃縮することができるようになり、また、筒状回転体における蒸発操作を加圧下で行うことができるようにした場合、高温で操作することが必要な液の蒸発に対応したり、本願発明の遠心薄膜式蒸発装置を多重効用の蒸発濃縮システムに用いるような場合において、種々の圧力条件に広く対応したりすることが可能になり、本願発明をさらに実効あらしめることが可能になる。
なお、蒸発操作を加圧下で行う場合、通常は、0.3MPa程度の圧力までであれば、大幅な装置の複雑化を招くことなく、加圧下での蒸発操作を行うことができる。
Further, when the evaporation operation in the cylindrical rotating body can be performed under vacuum as in the centrifugal thin film evaporator of claim 4 , it is possible to perform evaporation and concentration at a low temperature. When a liquid containing a substance sensitive to heat history can be efficiently evaporated and concentrated, and the evaporation operation in a cylindrical rotating body can be performed under pressure, the liquid must be operated at a high temperature. In the case of using a centrifugal thin film evaporator of the present invention in a multi-effect evaporation / concentration system. The invention can be further improved.
When the evaporation operation is performed under pressure, normally, the evaporation operation under pressure can be performed without causing significant complication of the apparatus up to a pressure of about 0.3 MPa.
以下に本願発明の実施例を示して、本願発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。 The features of the present invention will be described in more detail below with reference to examples of the present invention.
図1は本願発明の一実施例にかかる遠心薄膜式蒸発装置の主要部の構成を示す図、図2は濃縮液抜き出しラインの配設態様を示す要部拡大断面図、図3は濃縮液抜き出しラインの配設態様を示す要部拡大正面図、図4は加熱蒸気ジャケットの底部周辺近傍に集められたドレンを排出するためのドレン排出ラインの配設態様を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a main part of a centrifugal thin film evaporator according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part showing an arrangement mode of a concentrate extraction line, and FIG. FIG. 4 is a diagram showing an arrangement mode of a drain discharge line for discharging the drain collected near the bottom of the heating steam jacket.
この実施例の遠心薄膜式蒸発装置は、図1〜4に示すように、略円筒状で内周面1が伝熱面となるように構成された筒状回転体3と、筒状回転体3を回転させる回転手段4と、筒状回転体3を加熱する加熱手段5と、筒状回転体3内に原料液2を供給する原料液供給ライン6と、筒状回転体3内で蒸発濃縮された濃縮液12を、筒状回転体3から外部に抜き出す濃縮液抜き出しライン7とを具備している。
As shown in FIGS. 1 to 4, the centrifugal thin film evaporator according to this embodiment includes a cylindrical
上記筒状回転体3は、軸方向(X方向)が鉛直方向と略平行になるように配設されて軸回りに回転するように構成されており、蒸発させるべき物質である被蒸発物質を含む原料液2を遠心力により内周面1に押し付けて液膜状にするとともに、内周面1から液膜状の原料液2に伝わる熱により、原料液2から被蒸発物質を蒸発させるように構成されている。
The cylindrical
また、筒状回転体3の内周面1は、軸方向に段階的に内径の異なる3つの内周面領域R1,R2,R3を備えており、内径の異なる内周面領域R1,R2,R3は、上方に向かって段階的に内径が大きくなるように配設されている。すなわち、この実施例の遠心薄膜式蒸発装置においては、遠心力により筒状回転体3の内周面に押し付けられた液膜状の原料液2が、遠心力によって下方の内径の小さい内周面領域R1から、内周面領域R2を経て、上方の内径の最も大きい内周面領域R3に上昇・移動しながら蒸発濃縮が行われるように構成されている。
なお、筒状回転体3を回転させる回転手段4としては、電動モータなど、公知の種々の駆動手段を用いた任意の構成のものを用いることが可能である。
Further, the inner
The rotating means 4 for rotating the cylindrical
また、この実施例の遠心薄膜式蒸発装置においては、原料液2を、遠心力によって下方の内径の小さい内周面領域R1から、中間の内周面領域R2を経て、上方の内径の最も大きい内周面領域R3に、確実に上昇させながら蒸発濃縮を行わせることができるように、原料液2が原料液供給ライン6を経て、筒状回転体3の底部近傍3aに供給されるように構成されている。
Further, in the centrifugal thin film evaporator of this embodiment, the
また、筒状回転体3の、上方に向かって段階的に内径が大きくなるように配設された各内周面領域R1,R2,R3の上端部には、遠心力により各内周面領域R1,R2,R3に押し付けられた液膜状の原料液2の膜厚を規定し、所定の膜厚を保持した状態で各内周面領域R1,R2,R3に原料液2を保持するための所定の高さ(液膜状の原料液を堰き止めて膜厚を規定する堰高さ)Hを有する堰8(8a,8b,8c)が設けられている。
なお、各内周面領域R1,R2,R3の内径と高さtの関係や、各内周面領域R1,R2,R3の堰8(8a,8b,8c)の高さHについては、処理液量、滞留時間などの条件を考慮して、任意に設定することが可能である。
In addition, the inner peripheral surface regions R1, R2, and R3 of the cylindrical
In addition, about the relationship between the internal diameter and height t of each inner peripheral surface area | region R1, R2, R3, and the height H of the weir 8 (8a, 8b, 8c) of each inner peripheral surface area | region R1, R2, R3, processing It can be set arbitrarily in consideration of conditions such as the amount of liquid and residence time.
そして、図2および3に示すように、内径が最も大きい最上方の内周面領域R3の上端に設けられた堰8(8c)を越えた位置に形成された溝9に、濃縮液抜き出しライン7の端部が配設されており、最も内径の大きい最上方の内周面領域R3における蒸発濃縮が行われた後の濃縮液が抜き出されるように構成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the concentrated liquid extraction line is formed in the
上述のように、原料液2を原料液供給ライン6から、筒状回転体3の底部近傍3aに供給し、最上方の内周面領域R3の上端に設けられた堰8(8c)を越えた位置から濃縮液を抜き出すことにより、濃縮液と原料液が混じることを防止して、効率のよい蒸発濃縮をより確実に行うことが可能になる。
As described above, the
また、図4に示すように、筒状回転体3を加熱する加熱手段5としては、蒸気により筒状回転体3を加熱するように構成された加熱蒸気ジャケットが用いられている。この加熱蒸気ジャケット(加熱手段)5は、筒状回転体3を覆うように配設され、筒状回転体とともに回転し、蒸気供給ライン13から内部に蒸気を供給することにより筒状回転体3が加熱されるように構成されている。また、加熱蒸気ジャケット5は、下部から上部に向かって直径が小さくなるテーパ形状を有しており、筒状回転体3を加熱することにより蒸気が凝縮して生じるドレンが、遠心力により加熱蒸気ジャケット5の底部周辺近傍5aに集められ、ドレン排出ライン10を経て外部に排出されるように構成されている。
As shown in FIG. 4, a heating steam jacket configured to heat the cylindrical
また、この実施例の遠心薄膜式蒸発装置においては、加熱手段5を備えた筒状回転体3などの各構成部材が真空容器11(図1)中に収容され、所定の真空下(減圧下)で蒸発操作を行うことができるように構成されている。
Further, in the centrifugal thin film evaporator of this embodiment, each constituent member such as the cylindrical
なお、原料液供給ライン6及び濃縮液抜き出しライン7は、真空容器11の上部から内部に導入されており、ドレン排出ライン10及び蒸気供給ライン13は、真空容器11の底部中央から内部に導入されている。また、筒状回転体3で蒸発した蒸気は、真空容器11の胴部11aから外部に排出されるように構成されている。
The raw material
上述のように構成された遠心薄膜式蒸発装置を用いて蒸発濃縮を行うにあたって、原料液供給ライン6から原料液が、所定の回転速度で回転する筒状回転体3の底部近傍3aに供給され、円筒状回転体3の回転によって生み出される遠心力により、原料液2に対して、内周面領域(伝熱面)R1に押し付けられる力と、薄膜を形成しながら上方の内周面領域(伝熱面)R2,R3へと順に上昇・移動していく力とが与えられる。
When evaporating and concentrating using the centrifugal thin film evaporator configured as described above, the raw material liquid is supplied from the raw material
その結果、短い滞留時間、短い熱履歴で、蒸発濃縮を行うことが可能になるとともに、原料液の液膜が遠心力により内周面領域(伝熱面)に押し付けられながら蒸発が行われるため、起泡性物質に対する十分な抑泡効果を得ることが可能になる。
したがって、本願発明の遠心薄膜式蒸発装置を用いることにより、熱履歴に敏感な物質や発泡性を有する物質を含む液の蒸発濃縮を効率よく行うことが可能になる。
また、筒状回転体における蒸発操作を真空下で行うことができるようにしているので、特に熱履歴に敏感な物質を含む液を蒸発濃縮する場合に好適である。
As a result, evaporation and concentration can be performed with a short residence time and a short heat history, and evaporation is performed while the liquid film of the raw material liquid is pressed against the inner peripheral surface area (heat transfer surface) by centrifugal force. It is possible to obtain a sufficient foam suppression effect for the foaming substance.
Therefore, by using the centrifugal thin film evaporator of the present invention, it is possible to efficiently perform evaporation and concentration of a liquid containing a substance sensitive to heat history or a substance having foamability.
Further, since the evaporation operation in the cylindrical rotating body can be performed under vacuum, it is particularly suitable for evaporating and concentrating a liquid containing a substance sensitive to heat history.
さらに、遠心力により液膜(薄膜)を形成するようにしているので、回転羽根などにより機械的に薄膜を形成する場合のように、液に大きな剪断力を与えることがなく、剪断力に敏感な物質を含む液の蒸発濃縮にも特に問題なく適用することができる。 Furthermore, since a liquid film (thin film) is formed by centrifugal force, it does not give a large shearing force to the liquid as in the case of mechanically forming a thin film by rotating blades, etc., and is sensitive to shearing force. The present invention can also be applied without particular problem to the evaporation and concentration of liquids containing various substances.
なお、上記実施例では、筒状回転体3が、内径の異なる3つの内周面領域R1,R2,R3を備えている場合を例にとって説明したが、本願発明の遠心薄膜式蒸発装置において、内径の異なる内周面領域の数に特別の制約はなく、場合によっては1つの内周面領域のみを備えた構成とすることも可能であり、また、2つの内周面領域を備えた構成としたり、4つ以上の内周面領域を備えた構成としたりすることも可能である。
また、筒状回転体に関しては、内径と高さの関係などについても、処理液量、滞留時間などの条件を考慮して、任意に設定することが可能である。
In the above embodiment, the case where the cylindrical
Further, regarding the cylindrical rotating body, the relation between the inner diameter and the height can be arbitrarily set in consideration of conditions such as the amount of processing liquid and the residence time.
また、上記実施例では、加熱手段5として、上方に向かって径が小さくなるテーパ形状の加熱蒸気ジャケットを用いているが、加熱手段の具体的な形状や構造に特別の制約はなく、種々の応用、変形を加えることが可能である。また、加熱手段5としては、蒸気を熱源とするものに限らず、場合によっては、電気ヒータなどを用いることも可能である。 Moreover, in the said Example, although the taper-shaped heating steam jacket whose diameter becomes small toward the upper direction is used as the heating means 5, there are no special restrictions in the specific shape and structure of a heating means, and various Applications and modifications can be added. Further, the heating means 5 is not limited to using steam as a heat source, and an electric heater or the like may be used depending on circumstances.
また、筒状回転体内に原料液を供給する原料液供給ラインや、筒状回転体内で蒸発濃縮された濃縮液を、筒状回転体から外部に抜き出す濃縮液抜き出しラインの配設態様についても、上記実施例に限定されるものではなく、種々の応用、変形を加えることが可能である。 Also, regarding the arrangement mode of the raw material liquid supply line for supplying the raw material liquid into the cylindrical rotating body and the concentrated liquid extraction line for extracting the concentrated liquid evaporated and concentrated in the cylindrical rotating body from the cylindrical rotating body, The present invention is not limited to the above embodiment, and various applications and modifications can be added.
なお、上記実施例では、真空下で操作される遠心薄膜式蒸発装置を例にとって説明したが、本願発明は、常圧下、あるいは加圧下で操作される遠心薄膜式蒸発装置にも適用することが可能である。 In the above embodiment, the centrifugal thin film evaporator operated under vacuum has been described as an example. However, the present invention can be applied to a centrifugal thin film evaporator operated under normal pressure or under pressure. Is possible.
本願発明はさらにその他の点においても上記実施例に限定されるものではなく、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。 The invention of the present application is not limited to the above-described embodiments in other points, and various applications and modifications can be added within the scope of the invention.
上述のように、本願発明の遠心薄膜式蒸発装置は、原料液を遠心力により筒状回転体の内周面に押し付けて液膜状にし、内周面から液膜状の原料液への伝熱により蒸発濃縮を行うようにしているので、熱履歴に敏感な物質を含む液、発泡性の強い物質を含む液、剪断力に敏感な物質を含む液など、従来の蒸発装置では対応することが容易ではなかった液の蒸発濃縮に十分に対応することが可能になる。 As described above, the centrifugal thin film evaporator according to the present invention is configured such that the raw material liquid is pressed against the inner peripheral surface of the cylindrical rotating body by centrifugal force to form a liquid film, and is transmitted from the inner peripheral surface to the liquid film-shaped raw material liquid. Since evaporative concentration is performed by heat, liquids containing substances sensitive to thermal history, liquids containing highly foamable substances, liquids containing substances sensitive to shearing force, etc. should be compatible with conventional evaporators However, it is possible to sufficiently cope with the evaporation and concentration of the liquid which has not been easy.
それゆえ、本願発明の遠心薄膜式蒸発装置は、ファインケミカル、医薬、食品などの産業分野における、起泡性物質を含む液の濃縮操作が必要な分野、剪断力などの機械的作用に脆弱な物質の濃縮や蒸留操作を必要とする分野、撹拌羽根などの異物質との接触を極力避けたい物質の濃縮や蒸留操作を必要とする分野、熱による劣化を避けたい物質の濃縮や蒸留操作が必要な分野に広く適用することが可能である。 Therefore, the centrifugal thin film evaporation apparatus of the present invention is a material that is vulnerable to mechanical action such as shearing force in fields where concentration of liquids containing foaming substances is required in industrial fields such as fine chemicals, pharmaceuticals, and foods. Fields that require concentration and distillation operations, fields that require contact with foreign substances such as agitating blades as much as possible, fields that require concentration and distillation operations, and substances that want to avoid deterioration due to heat It can be widely applied to various fields.
1 内周面
2 原料液
3 筒状回転体
3a 筒状回転体の底部近傍
4 回転手段
5 加熱手段(加熱蒸気ジャケット)
5a 加熱蒸気ジャケットの底部周辺近傍
6 原料液供給ライン
7 濃縮液抜き出しライン
8(8a,8b,8c) 堰
9 溝
10 ドレン排出ライン
11 真空容器
11a 真空容器の胴部
12 濃縮液
13 蒸気供給ライン
R1,R2,R3 内周面領域
t 内周面領域の高さ
H 堰の高さ
DESCRIPTION OF
5a Near the bottom of the
Claims (4)
前記筒状回転体を回転させる回転手段と、
前記筒状回転体を加熱する加熱手段と、
前記筒状回転体内に原料液を供給する原料液供給ラインと、
前記筒状回転体内で蒸発濃縮された濃縮液を、前記筒状回転体から外部に抜き出す濃縮液抜き出しラインと
を具備し、
前記筒状回転体の内周面が、軸方向に段階的に内径の異なる複数の内周面領域を備え、かつ、前記内径の異なる複数の内周面領域が、上方に向かって段階的に内径が大きくなるように配設されているとともに、
遠心力により前記筒状回転体の内周面に押し付けられた液膜状の原料液が、遠心力によって下方の内径の小さい内周面領域から上方の内径の大きい内周面領域に上昇・移動しながら蒸発濃縮が行われるように構成されているとともに、
上方に向かって段階的に内径が大きくなるように構成された前記筒状回転体の、各内周面領域の上端部には、遠心力により各内周面領域に押し付けられた液膜状の原料液を各内周面領域に保持するとともに、液膜状の原料液の膜厚を規定するための堰が設けられており、かつ、
最も上方の内周面領域の上端部に設けられた堰を越えた濃縮液が前記濃縮液抜き出しラインから抜き出されるように構成されていること
を特徴とする遠心薄膜式蒸発装置。 The material to be evaporated, which is substantially cylindrical and is configured so that the inner peripheral surface is a heat transfer surface, is disposed so that the axial direction is substantially parallel to the vertical direction, rotates around the axis, and is to be evaporated. A cylindrical rotating body that evaporates the material to be evaporated from the raw material liquid with heat transferred from the inner peripheral surface to the liquid film-like raw material liquid, while the raw material liquid is pressed against the inner peripheral surface by centrifugal force to form a liquid film ,
A rotating means for rotating the cylindrical rotating body;
Heating means for heating the cylindrical rotating body;
A raw material liquid supply line for supplying the raw material liquid into the cylindrical rotating body;
A concentrated liquid extraction line for extracting the concentrated liquid evaporated and concentrated in the cylindrical rotating body from the cylindrical rotating body ;
The inner peripheral surface of the cylindrical rotating body includes a plurality of inner peripheral surface regions having different inner diameters in the axial direction, and the plurality of inner peripheral surface regions having different inner diameters are stepwise upward. It is arranged so that the inner diameter becomes larger,
The liquid film-like raw material liquid pressed against the inner peripheral surface of the cylindrical rotating body by centrifugal force rises and moves from the inner peripheral surface region having a lower inner diameter to the upper inner peripheral surface region by a centrifugal force. While being configured to evaporate and concentrate,
In the cylindrical rotating body configured so that the inner diameter gradually increases upward, the upper end portion of each inner peripheral surface region has a liquid film shape pressed against each inner peripheral surface region by centrifugal force. While holding the raw material liquid in each inner peripheral surface area, a weir is provided for defining the film thickness of the liquid film-like raw material liquid, and
The centrifugal thin film evaporator is characterized in that the concentrated liquid exceeding a weir provided at the upper end of the uppermost inner peripheral surface area is extracted from the concentrated liquid extraction line .
前記筒状回転体内で蒸発濃縮された濃縮液を抜き出す前記濃縮液抜き出しラインが、前記筒状回転体の上方の内径が最も大きい内周面領域において蒸発濃縮が行われた濃縮液を抜き出すことができるように構成されていること
を特徴とする請求項1記載の遠心薄膜式蒸発装置。 The raw material liquid supply line for supplying the raw material liquid into the cylindrical rotating body is configured to be able to supply the raw material liquid near the bottom of the cylindrical rotating body,
The concentrated liquid extraction line for extracting the concentrated liquid evaporated and concentrated in the cylindrical rotating body extracts the concentrated liquid that has been evaporated and concentrated in the inner peripheral surface region having the largest inner diameter above the cylindrical rotating body. The centrifugal thin film evaporator according to claim 1 , wherein the centrifugal thin film evaporator is configured to be able to perform.
前記筒状回転体を加熱することに使用された蒸気が凝縮することにより生じたドレンが、遠心力により前記加熱蒸気ジャケットの底部周辺近傍に集められ、該底部周辺近傍からドレン排出ラインを経て外部に排出されるように構成されていること
を特徴とする請求項1または2記載の遠心薄膜式蒸発装置。 The heating means is a heating steam jacket disposed so as to cover the cylindrical rotating body and rotating together with the cylindrical rotating body, and the cylindrical rotating body is heated by supplying steam therein. And the heating steam jacket has a tapered shape with a diameter decreasing from the lower part toward the upper part,
Drain generated by condensing the steam used to heat the cylindrical rotating body is collected near the bottom of the heating steam jacket by centrifugal force, and from the vicinity of the bottom to the outside through the drain discharge line. centrifugal thin-film evaporation apparatus according to claim 1 or 2, wherein it is configured so as to be discharged.
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