JP5971177B2 - 苛性ソーダ水溶液の蒸発濃縮設備 - Google Patents
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Description
薄膜降下式蒸発濃縮設備は、シェルアンドチューブ型の熱交換器を用いて、チューブの内表面に均一に薄い液膜を形成させながら、上から下方向への流れを作り、チューブの外側(シェル側)から蒸気で加熱することにより、チューブ内を液膜状態で降下する液体を蒸発濃縮させ、濃縮された液体を蒸発缶下部に溜める構造となっている。多重効用型の場合には、これらを多段に接続した仕組みである。
(1)チューブの内表面に均一に液膜を形成する必要上、大きなチューブ伝熱面積が必要となるため設備全体が大型化し、特に高温・高濃度の領域ではニッケル等の高価な耐食材質を用いる必要があるため熱交換器費用が高額になるとともに、これを据え付ける架台等の費用も高額となる。
(2)熱交換器すべてのチューブ内に均一な薄膜を形成させるため、頂部の液供給口部分に複雑な液分散機構が必要となる。
(3)主に伝熱管の下部領域で液量が不足することによる液膜切れが発生しないように、常に供給液量を管理する必要があり、多くの場合には蒸発缶底部の液をポンプを用いて蒸発缶頂部に循環することで液量を確保しているが、大型の循環ポンプが必要となるため、設備費が高額になるとともに、ランニングコストも高額になる。
(4)循環ポンプにより蒸発缶底部の液を塔頂に循環することで、塔頂部での液組成は、苛性ソーダ濃度が高くなる方向に変化し、塔頂部の液の沸点が上昇して加熱蒸気との温度差が小さくなり加熱効率が落ちるため、効率低下をカバーするために熱交換器を大型化する必要がある。
(5)蒸発器内部での液の保有量が多いため、運転条件を変更する時等は定常状態になるまで長時間を要することや、メンテナンス等で器内の液を抜き取る場合に作業が大変になる。
また、蒸発缶頂部への供給液量を管理し、蒸発缶頂部への液量が熱交換に必要な量を満たしている場合には循環をせず、必要な熱量を満たしていない場合には循環をするよう切り替えることにより、塔頂部での液の沸点上昇を極力抑え加熱効率を維持する技術が提案されている(特公平6−73601号公報)。
蒸発濃縮に使用する苛性ソーダ水溶液は特に限定されないが、例えば、塩化ナトリウムの電解反応で得られる濃度32質量%程度の苛性ソーダ水溶液などが例示される。
例えば、濃縮される希薄苛性ソーダ水溶液(32質量%)は、蒸発器1Cの側面下部にある入口に供給され、蒸発器1Cの内部を上向きに流れる。一方、気液分離器2Bからの蒸気は蒸発器1Cの側面上部にある入口に供給され、蒸発器1Cの内部を下向きに流れる。希薄苛性ソーダ水溶液は蒸発器1C内で気液分離器2Bからの蒸気で加熱され、蒸発器1Cの側面上部にある出口から蒸発蒸気と濃縮苛性ソーダ水溶液の混合物で排出され、接続管3Cを通って気液分離器2Cの直胴部に入る。一方、気液分離器2Bからの蒸気は、蒸発器1Cで加熱に用いられることで凝縮し、蒸発器1Cの側面下部にある出口からドレンとして排出される。
図2において、1はプレート型熱交換器(蒸発器)、2は気液分離器、3は蒸発器と気液分離器を接続する接続管、7は苛性ソーダ水溶液供給量調節弁、8−1、8−2は制限オリフィスの切替弁、9−1、9−2は制限オリフィスを示す。
これに対し、供給量調節弁と蒸発器の間に制限オリフィスを設置して、制限オリフィスで通液抵抗を持たせることにより、これより上流の配管内の圧力を上げて液の沸点を上げることにより、配管内での液の蒸発を防止し正確な供給量調整を行うことが可能となる。
定格能力から運転負荷を下げても、配管内での液の蒸発が起こらないようにするため、オリフィス口径の異なる制限オリフィスを複数基並列に用意し、運転負荷に応じて制限オリフィスの切替弁を切り替えて使用することで、対応が可能となる(図2では9−1および9−2の2基の制限オリフィスを切り替えて運転する)。
なお、制限オリフィス口径を選択することにより、25%〜100%の運転負荷に対応することが可能となる。
なお、前記接続管は、気液分離器形式としてサイクロン型に限定されるものではなく、メッシュデミスター型のように、一般的に入口ノズルが丸型でノズルの取付位置が中心線から偏芯していないものに対しても、適用が可能である。
なお、本発明の多重効用蒸発濃縮設備は、苛性ソーダ水溶液に限られず、苛性カリ水溶液など種々の水溶液の蒸発濃縮に適用可能な設備である。
2A、2B、2C 気液分離器
3A、3B、3C 蒸発器と気液分離器の接続管
4A、4B、4C 送液ポンプ
5 凝縮器
6 真空発生装置
7A、7B、7C 苛性ソーダ水溶液供給流量調節弁
8A 制限オリフィス切替弁
9A、9B、9C 制限オリフィス
1−1 蒸発蒸気および濃縮苛性ソーダ水溶液出口(長方形)
1−2 加熱蒸気ドレン出口
1−3 加熱蒸気入口
1−4 希薄苛性ソーダ水溶液入口
2−1 蒸発蒸気および濃縮苛性ソーダ水溶液入口ノズル(丸型)
2−2 蒸気出口
2−3 濃縮苛性ソーダ水溶液出口
3−1 長方形フランジ外枠、網掛部はプレート型熱交換器への取付代
3−2 長方形フランジに内、プレート型熱交換器への取付代を除いた部分
3−3 丸型パイプ
3−4 気液分離器接続用丸型フランジ
2−1−1 気液分離器入口ノズル(丸型パイプ)
2−1−2 入口ノズルフランジ(丸型)
x 入口ノズルの気液分離器中心からの偏位
r サイクロン型気液分離器直胴部半径(D/2)
Claims (4)
- 苛性ソーダ水溶液を加熱して水を蒸発させる蒸発器と、該蒸発器において加熱濃縮された濃縮液と蒸発水蒸気を分離させる気液分離器とを備えた苛性ソーダ水溶液蒸発濃縮設備において、プレート型熱交換器を蒸発器に用い、蒸発器入口に備えた苛性ソーダ水溶液供給量調節弁と蒸発器の間に制限オリフィスを設置し、そのうちの少なくとも1カ所の制限オリフィスは複数個である苛性ソーダ水溶液の多重効用蒸発濃縮設備。
- 蒸発器入口に備えた苛性ソーダ水溶液供給量調節弁と蒸発器の間に制限オリフィスを設置し、そのうちの少なくとも1カ所の制限オリフィスを2個設置する請求項1記載の苛性ソーダ水溶液の多重効用蒸発濃縮設備。
- 気液分離器がサイクロン型気液分離器であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の苛性ソーダ水溶液の多重効用蒸発濃縮設備。
- プレート型熱交換器出口の角型ノズルに取り付けられた長方形フランジと気液分離器とを、丸型パイプを介して接続することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の苛性ソーダ水溶液の多重効用蒸発濃縮設備。
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