JP5625180B2 - 塩水精製装置 - Google Patents

Description

本発明は、塩水精製装置に関する。

水酸化ナトリウムを製造する方法の一つとして、例えば原料塩を水に溶かして得た原塩水をイオン交換膜法などにより電解する方法が広く用いられているが、原塩中には一般にカルシウムイオンやマグネシウムイオンが不純物として含まれているため、電解を行う前にこれら不純物を除去して原塩水を精製する必要がある。

これら不純物を除去するためには、例えば水酸化ナトリウム及び炭酸ナトリウムを原塩水に添加し、カルシウムイオン及びマグネシウムイオンを夫々炭酸カルシウム及び水酸化マグネシウムの結晶粒子とし、更に高分子凝集剤を添加して結晶粒子を凝集させてフロックを生成し、固液分離することが必要である。ところで、電解液中に上述のフロックが混入しているとイオン交換膜中に入り込んで電解性能が低下するため、固液分離を行う沈降分離槽においては、フロックの流出をできるだけ抑えなければならない。

ここで、上述のフロックは綿状であって、固型分とはいっても可成り見掛けの比重が小さく、飽和食塩水の比重（１．２）に近い。しかも沈降分離槽に導入される原水の液温が４０〜６０℃と可成り高く、一方液面部は放熱されるため特に外気温度が低いときには沈降分離槽内では強い対流が起こる。このような背景から、特許文献１には、塩水精製装置における沈降分離槽の上向流領域に、可撓性のシートを傾けた状態で放射状に所定の間隔を置いて配置する技術が記載されている。このような構成にすれば、有効分離面積を大きくとることができ、また沈降分離槽内の対流を抑えることができるため、沈降分離に必要な滞留時間を少なく抑えることができる。

ところで、高濃度塩水の精製装置は、通常は屋外に設置されることが多いため、常に過酷な環境下にある。このため、塩水精製装置には耐候性及び耐薬品性が求められる。一方、特許文献１の塩水精製装置では、前述の傾斜したシートの下端部に錘を付けてシートを展張している。このことから、このシートの生地が厚いとシートを展張状態にするために錘の重さを大きくしなければならず、その結果シートと錘を合わせた全重量が大きくなり生地の耐久性が落ちることとなる。このため、厚い生地が使用できず、結局装置として耐久性が小さくなるという問題がある。

前述のシートや錘などから構成される傾斜面状体の耐久性が小さいと、メンテナンスのサイクル期間が短くなるが、塩水精製装置の運転を止めて傾斜面状体のシートを交換する作業は大きな負担を強いられる。傾斜面状体を用いれば既述のように大きな利点があるが、傾斜面状体の耐久性の問題があることから、傾斜面状体を用いた塩水精製装置の普及が阻まれていた。

特許第２７４７６２５号公報

本発明は、このような事情の下になされたものであり、塩水の精製を速やかに行うことができ、かつ耐久性が大きい塩水精製装置を提供することにある。

本発明の塩水精製装置は、
カルシウムイオン及びマグネシウムイオンを不純物として含む塩水に、苛性アルカリ及び炭酸アルカリを添加し、これにより形成されたフロックを沈降させて不純物を除去するために設けられ、横断面が円形の沈降分離槽と、
この沈降分離槽の下部に開口し、前記フロックを含む塩水である原水を前記沈降分離槽の外側から導入するための原水導入口と、
前記沈降分離槽の中心部に垂直に伸びるように設けられた支柱部と、
各々が前記沈降分離槽の上部にて前記支柱部と沈降分離槽の内周面との間に亘って伸びるように沈降分離槽の周方向に沿って多数配列された上側支持杆と、
各々が前記沈降分離槽の下部にて前記支柱部と沈降分離槽の内周面との間に亘って伸びるように沈降分離槽の周方向に沿って多数配列され、前記上側支持杆の垂直方向の投影位置から外れて設けられた下側支持杆と、
各々前記上側支持杆から下側支持杆に亘って傾斜して張られるように、上端部が前記上側支持杆に支持されると共に下端部が前記下側支持杆を経由して懸垂体により懸垂され、沈降分離槽の周方向に多数配列された面状体と、
前記沈降分離槽の内周面に設けられた精製塩水の排出部と、を備えた塩水精製装置において、
前記面状体は、樹脂からなるメッシュ体を、シート状の樹脂製のフィルムにより挟み込んで圧着した構成であり、前記下側支持体にて屈曲されて当該下側支持体よりも下端側の部分が垂直に懸垂されるように可撓性を備えていることを特徴とする。

なお、本発明における前記面状体は、以下に記す特徴を有していてもよい。
１） 前記メッシュ体の材質は、ビニロンあるいはポリエステルであり、前記フィルムの材質は、塩化ビニルあるいはポリエステルである。
２） 前記面状体は、前記面状体の上下両端を折り返して、その折り返した両端を夫々前記面状体に溶着し、かつその溶着部位の左右両端を縫合することにより、上下両端において水平に伸びる筒状部位が形成され、
そのうちの上端側の筒状部位が前記面状体の前記上端部であり、もう一方の下端側の筒状部位が前記面状体の前記下端部である。

本発明によれば、予め原塩水にアルカリ剤及び沈降剤を加えてフロックを形成した原水を、沈降分離槽内下部から傾斜面状体間を通って上昇させることにより、この傾斜面状体により槽内の対流が抑えられ、また有効分離表面積が大きくなることなども加わって、フロックの沈降分離が速やかに行われる。また、傾斜面状体については、樹脂製フィルムの間に補強繊維としてメッシュ体を挟み込むことにより、その耐久性の向上を図る。

本発明の実施形態に係る塩水精製装置の全体を示す説明図である。 上記塩水精製装置における沈降分離槽を示す一部切欠斜視図である。 上記沈降分離槽における傾斜面状体を示す斜視図である。 上記傾斜面状体を示す概略側面図である。 上記傾斜面状体における積層シートの概略を示す正面図及びその拡大図である。 上記沈降分離槽における積層シートの概略を示す側面図及びその拡大図である。 他の実施形態における傾斜面状体の配置を説明する上記沈降分離槽の平面図である。

図１は本発明の実施例に係る塩水精製装置全体を示す図、図２は沈降分離槽の内部を示す図である。１は反応槽であり、原塩を水に溶かした原塩水と戻り塩水（飽和食塩水）とが原料液として投入されると共に、原塩水中に含まれる不純物としてのカルシウムイオン及びマグネシウムイオンを夫々結晶化するために炭酸ナトリウム及び水酸化ナトリウムが投入される。２はフロック形成槽であり、反応槽１にて生成された炭酸カルシウム及び水酸化マグネシウムの各結晶粒子を凝集させるために、高分子凝集剤よりなる沈降剤が投入される。３は沈降分離槽であり、フロック形成槽２より流入した原水中のフロックを沈降するためのものである。４は電解槽であり、沈降分離槽３にてフロックが分離除去された、即ち不純物が固型分として除去された精製塩水を例えばイオン交換膜法により電解して水酸化ナトリウム溶液を得るものである。

次に前記沈降分離槽３について詳述すると、この沈降分離槽３は、液の上昇路を構成する円筒槽３１と、槽本体の底部をなし、沈降フロックを濃縮するための逆円椎部３２とを備えており、前記円筒槽３１の中心部には、下端が底部付近に位置するように鉛直方向に支柱部である原水導入管５が突入して設けられており、この導入管５の上端は、フロック形成槽２よりの原水が流入される原水流入管５１に接続され、原水受け入れ口として構成されている。また、原水導入管５の下端部は、上端側から流入した原水を沈降分離槽３内に導入する原水導入口として構成されている。

前記円筒槽３１内には、半径方向に拡がって、両側縁が円筒槽３１の内周面及び原水導入管５の外周面に略接するように位置する多数の傾斜面状体６が円周方向に沿って所定の間隔をおいて配列されている。この傾斜面状体６は、図２〜図４に示すように、液面付近にて前記原水導入管５から半径方向に伸びる上側支持杆６１と、原水導入管５の下部付近にて前記上側支持杆６１よりも円周方向前方側に位置するように当該導入管５から半径方向に伸びる下側支持杆６２と、懸垂体である懸垂杆６３と、面状体である後述する積層シート８よりなる。この積層シート８は、上側支持杆６１に後述の上側支持杆挿入部位８３を介してその上縁が着脱自在に取り付けられると共に、下側支持杆６２を介して懸垂され、その下縁には、懸垂杆６３が懸垂体挿入部位８４に挿入され固着されることにより展張状態を保っている。従って、この場合上部側及び下部側の支持杆６１、６２の水平方向相互位置によって傾斜面状体６の傾斜角θが設定されることになる。この傾斜角θについては、２０度〜３０度が好ましく、また傾斜面状体６の離間間隔については１０ｃｍ〜３０ｃｍ程度が望ましい。

また、前記円筒槽３１の頂部周縁には、内周側に越流堰７１を備えた排水渠７が形成され、上澄液が越流堰７１を越流して排水渠７に流れ込むようになっている。

ここで、積層シート８について図５及び図６を用いて詳述する。積層シート８は、例えばビニロン製の補強繊維よりなるメッシュ体８１の両面に、例えば塩化ビニル製のフィルム８２が圧着されて構成されており（図６の下図）、例えばメッシュ体８１の両面にフィルム８２を重ね、これらを加熱された圧着ローラの間を通すことにより製造される。メッシュ体８１の材質としては強度が大きい材質、例えばポリエステルであってもよいし、またフィルム８２の材質としては耐候性、耐薬品性に優れた材質、例えばポリエステルであってもよく、これらを用いても上述の実施形態と同様の効果が得られる。また、メッシュ体８１のメッシュ幅Ｌ１は例えば１ｍｍ〜３ｍｍである。なお、図５における下図は、フィルム８２に挟み込まれているメッシュ体８１を表しているが、分かり易いように、メッシュ体８１の補強繊維を実線で示しており、またその補強繊維どうしの重なり部分については上に来る部分を優先し下に来る部分は省略している。

この積層シート８は、図５及び図６に示すように、その上部及び下部において折り返されて、その折り返す前の両先端部分は、積層シート８における折り返した後に重なり合う部分と、シートの左右幅全面に亘って夫々溶着され、そのことにより折り返し部分に左右方向に亘って筒状部位が形成される。図５中８５が溶着部位に相当する。更に、この積層シート８は、この溶着部位８５の左右両端において例えばビニロン製の糸を用いて縫合し補強される。図５中８６が縫合部位である。この積層シート８の寸法は、例えば左右幅の寸法が９２０ｍｍ、上下幅方向の長さ寸法が２３００ｍｍであり、厚さは例えば０．２５ｍｍ〜０．４ｍｍであることが好ましい。また、溶着部位８５の上下幅は共に例えば２０ｍｍであり、上端部である上側支持杆の挿入部位８３及び下端部である下側支持杆の挿入部位８４の折り返した上下幅Ｌ２、Ｌ３は、夫々例えば８０ｍｍ及び４０ｍｍである。なお、傾斜面状体６の配列密度は、図示の便宜上、図２においては実装置よりも小さくして描いてある。

次に、本実施形態における作用について説明する。先ず反応槽１にて原塩水中に含まれるカルシウムイオン及びマグネシウムイオンが夫々炭酸カルシウム及び水酸化マグネシウムとして結晶化され、この結晶粒子がフロック形成槽２にて沈降剤の投入により凝集される。そしてフロック群を含む原水が流入管５１及び導入管５を介して沈降分離槽３の底部付近に導入され、傾斜面状体６、６間を緩やかに上昇する。ここで原水の温度は４０〜６０℃程度と可成り高いので、外気に放熱される液面部と底部との間の温度差が大きいが、傾斜面状体６の存在により対流が抑えられ、しかも傾斜面状体６を設けたことによって有効分離面積が大きく、またフロックはこれに沿って滑落することから、このようなことが相俟って沈降分離が速やかに行われる。そしてフロックが分離され、円筒槽３１の液面部に上昇した上澄液は越流堰７１を越流して排水渠７に流れ込み、ここから図示しない排水管及びサンドフィルタ部を介して電解槽４に供給され、ここで電解が行われて水酸化ナトリウム、塩素及び水素が得られる。

上述の実施形態によれば、塩水精製のための沈降分離槽３内に多数の傾斜面状体６を設けているため、槽内の対流を抑えることができ、更に有効分離面積を大きくとることができると共に、傾斜面状体６に沿ってフロックが滑落することなども加わって、固液の比重差が非常に小さい塩水精製の場合においても、沈降分離を速やかに行うことができる。

そして、傾斜面状体６として、耐候性及び耐薬品性が大きい塩化ビニルまたはポリエステル製のフィルム８２、８２の間に補強材として高強度のビニロンまたはポリエステル製のメッシュ体８１を挟み込んで互いに圧着した積層シート８を用いている。このような構成によれば、メッシュ体８１が介在することにより大きな強度が得られ、このため積層シート８の全体の厚さを例えば０．４ｍｍ程度もの極薄としながら、積層シート８を展張するための展張力、つまり懸垂杆６３を取り付けたときの引っ張り力に対して十分な強度が得られる。そして、積層シート８が薄いことから展張するのに必要な懸垂杆６３の重量を小さくすることができると共に積層シート８自体が軽量となり、積層シート８及び懸垂杆６３の全体重量が小さくなる。この結果、積層シート８に加わる展張力が小さくなり、過酷な環境である高強度の塩水中において、長い使用寿命が得られる。従って、塩水精製装置のメンテナンスサイクルを長くとれることから、実用性の高い装置が得られ、傾斜面状体６を備えた塩水精製装置の実用化が期待できる。

上述の実施形態では、傾斜面状体６は沈降分離槽３の中央にある原水導入管５から伸びる上側支持杆６１及び下側支持杆６２により支持されているが、これら支持杆６１、６２は、図７に示すように、沈降分離槽３の円筒槽３１から原水導入管５に向かって伸びるように設けられていてもよいし、原水導入管５及び円筒槽３１の両方に固定されていてもよい。

本件出願人は、傾斜面状体６として耐久性の大きなシートを検討するために、次の試験を行った。耐候性が優れているといわれているポリカーボネイトシートにより作製されたシート（比較例）と、ビニロンからなるメッシュ体８１を塩化ビニルからなるフィルム８２により挟み込んで構成したシート（実施例１）と、ポリエステルからなるメッシュ体８１をポリエステルからなるフィルム８２により挟み込んで構成したシート（実施例２）と、を用意した。そして、これらシートを用いて、実施規模の大きさの傾斜面状体６として構成すると共に錘を取り付けて、高濃度の塩水で満たした、屋外に設けた試験槽の中に浸漬し、耐久性を調べた。

比較例については、５年経過するまで持った場合もあれば１年で亀裂が入り使用できなくなった場合もあり、結果にばらつきがあった。一方、実施例１及び実施例２については、１０年経過した時点においても機能を維持している。従って、実施例１及び実施例２については、実装置として使用に耐えられると判断した。

１ 反応槽
２ フロック形成槽
３ 沈降分離槽
４ 電解槽
５ 原水導入管
６ 傾斜面状体
６１ 上側支持杆
６２ 下側支持杆
６３ 懸垂体
７ 排水渠
７１ 越流堰
８ 積層シート
８１ メッシュ体
８２ フィルム

Claims (3)

1. カルシウムイオン及びマグネシウムイオンを不純物として含む塩水に、苛性アルカリ及び炭酸アルカリを添加し、これにより形成されたフロックを沈降させて不純物を除去するために設けられ、横断面が円形の沈降分離槽と、
   この沈降分離槽の下部に開口し、前記フロックを含む塩水である原水を前記沈降分離槽の外側から導入するための原水導入口と、
   前記沈降分離槽の中心部に垂直に伸びるように設けられた支柱部と、
   各々が前記沈降分離槽の上部にて前記支柱部と沈降分離槽の内周面との間に亘って伸びるように沈降分離槽の周方向に沿って多数配列された上側支持杆と、
   各々が前記沈降分離槽の下部にて前記支柱部と沈降分離槽の内周面との間に亘って伸びるように沈降分離槽の周方向に沿って多数配列され、前記上側支持杆の垂直方向の投影位置から外れて設けられた下側支持杆と、
   各々前記上側支持杆から下側支持杆に亘って傾斜して張られるように、上端部が前記上側支持杆に支持されると共に下端部が前記下側支持杆を経由して懸垂体により懸垂され、沈降分離槽の周方向に多数配列された面状体と、
   前記沈降分離槽の内周面に設けられた精製塩水の排出部と、を備えた塩水精製装置において、
   前記面状体は、樹脂からなるメッシュ体を、シート状の樹脂製のフィルムにより挟み込んで圧着した構成であり、前記下側支持体にて屈曲されて当該下側支持体よりも下端側の部分が垂直に懸垂されるように可撓性を備えていることを特徴とする塩水精製装置。
2. 前記メッシュ体の材質は、ビニロンあるいはポリエステルであり、
   前記フィルムの材質は、塩化ビニルあるいはポリエステルであることを特徴とする請求項１に記載の塩水精製装置。
3. 前記面状体は、前記面状体の上下両端を折り返して、その折り返した両端を夫々前記面状体に溶着し、かつその溶着部位の左右両端を縫合することにより、上下両端において水平に伸びる筒状部位が形成され、
   そのうちの上端側の筒状部位が前記面状体の前記上端部であり、もう一方の下端側の筒状部位が前記面状体の前記下端部であることを特徴とする請求項１または２に記載の塩水精製装置。

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