JP6371914B2 - 蒸発装置 - Google Patents

Description

本発明は、蒸発装置に関し、より詳細には液体から効率的に溶媒回収や濃縮を行うことのできる蒸発装置に関する。

例えば、食品工業、化学工業および医薬品工業の分野において、夾雑物や不純物を含む液体からの溶媒の回収または濃縮のために、「流下薄膜蒸発装置」と呼ばれる蒸発装置が使用されている。

図１３は、従来の流下薄膜蒸発装置を備える蒸発システムを模式的に表す図である。

蒸発システム９００は、原料となる原料液を含む原料タンク９１０と、流下薄膜蒸発装置８００と真空ポンプ９２０とコンデンサー９３０とを備える。原料液は原料タンク９１０からポンプ９０２の駆動により管９０４を通って予熱器９０６で一旦予熱され、蒸発装置８００に送給される。

図１４は、図１３に示す蒸発システムを構成する蒸発装置８００の断面の一部を模式的に表した図である。

図１４に示すように蒸発装置８００は、撹拌槽８１０と、該撹拌槽８１０内で鉛直方向に延びかつ水平方向に回転可能な回転軸８２１と、撹拌槽８１０内の上方および下方においてそれぞれ回転軸８２１から水平方向に延びる複数の支柱８２２と、当該支柱８２２から下方に延び、かつ撹拌槽８１０の内壁と接触するように設けられたローラー８２６とを備える。回転軸８２１は駆動モーター部８４０と接続されている。

原料タンクから送給された原料液８３４は、回転軸８２１から水平方向に延びる供給口８３２を通じ、駆動モーター部８４０の駆動により回転しながら撹拌槽８１０の内壁上方に供給される。その後、原料液８３４は当該撹拌槽８１０の内壁に沿って下方に濡れ面を形成しながら流下する。一方、撹拌槽８１０の外周は、例えばスチームにより加熱可能なジャケット８１２で覆われている。ここで、ジャケット８１２を加熱すると、その熱は撹拌槽８１０の外周から内壁に伝達し、この内壁において、濡れ面を形成しながら流下した原料液９３４に含まれる揮発性成分が蒸発する。蒸発した揮発性成分は蒸発出口８６０を通じて蒸発装置８００の外に設けられたコンデンサー９３０（図１３）に送給され、当該コンデンサー９３０において冷却後再び液体に戻り、最終的に凝縮液として回収される。一方、図１４において、原料液に含まれる上記揮発性成分以外の成分は、撹拌槽８１０の内壁をそのまま流下し、撹拌槽８１０の底部に設けられた排出口８８０を通じて蒸発装置８００の外部に排出される。

このような撹拌槽８１０内での原料液の流下において、支柱８２２に設けられたローラー８２６は、駆動モーター部８４０の駆動により撹拌槽８１０の内壁を接触しながら周回する。

図１５は、図１４に示す従来の蒸発装置８００におけるＡ−Ａ’方向の断面を模式的に表した図である。蒸発装置８００では、ジャケット８１２により加熱された撹拌槽８１０の内壁にローラー８２６が接触かつ周回することによって当該内壁の伝熱面に存在する原料液を強制的に表面更新し、蒸発効率を高めることができる。図１５では、ローラー８２６が設けられているが、従来の蒸発装置では、ローラー８２６の代わりにワイパーが設けられているものも存在する。

しかし、このような蒸発装置には、いくつかの懸念すべき事項が指摘されている。

１つは、供給された原料液は、撹拌槽内の内壁（伝熱面）をいわゆる「ワンパス」による１回の流下で通過する点である。原料液に大量の揮発性成分が含まれている場合や、内壁を流下するまでの間に充分に揮発性成分が蒸発し得ない場合も、残存する成分はそのまま排出口９８０から排出されることが考えられる。このため、上記蒸発装置は、充分な濃縮が求められる原料液には使用することが困難とされていた。

また、図１５に示すようなローラー８２６またはワイパーは、常に伝熱面に接触しているために摩耗が生じ易い。このため、定期的な交換が必要となり、メンテナンスのための作業時間、労力およびコストが増大することが指摘されていた。

さらに、当該蒸発装置を停止する場合、内壁の温度が液温よりも高いため、原料液の供給をそのまま停止すると、内壁と接触するローラーまたはワイパーが高熱により変形または劣化する点が指摘されている。このため、当該蒸発装置を停止する場合は、内壁の温度が低下するまで、原料液の供給または撹拌槽内の製品の循環を継続することが必要であった。

本発明は、上記問題の解決を課題とするものであり、その目的とするところは、原料液から揮発性成分をより効率的に蒸発させることができ、メンテナンスおよび修理の煩雑さから解放され得る蒸発装置を提供することにある。

本発明は、原料液供給口、揮発性成分出口および濃縮液出口を備え、かつ原料液を収容する、撹拌槽と、
該撹拌槽の内部に設けられた熱源と、
該撹拌槽内に設けられておりかつ該熱源に該原料液を流下する、散液部と、
該撹拌槽の外周に設けられておりかつ該撹拌槽の内壁を冷却する、第１コンデンサーと、
を備える、蒸発装置であって、
ここで、
該撹拌槽が、該原料液の揮発性成分を収容する揮発性成分収容部であって、該撹拌槽の底部と該内壁と外側隔壁部とで囲まれておりかつ該揮発性成分出口と連通する、揮発性成分収容部を備え、そして
該散液部が、回転軸と、該回転軸の回転に伴って該原料液を該撹拌槽の下方から上方に向かって流動する流路を有しかつ該回転軸に装着されている、少なくとも１つの樋状部材とから構成されている、蒸発装置である。

１つの実施形態では、上記撹拌槽は：
上記熱源から流下した上記原料液を収容する第１原料液収容部であって、該撹拌槽の上記底部と上記外側隔壁部と中間隔壁部とで囲まれておりかつ上記濃縮液出口と連通する、第１原料液収容部；および
該第１原料液収容部からオーバーフローした該原料液を収容する第２原料液収容部であって、該撹拌槽の該底部と該中間隔壁部と内側隔壁部とで囲まれている、第２原料液収容部；
を備え、そして
該揮発性成分収容部と、該第１原料液収容部と、該第２原料液収容部とが、該撹拌槽の該底部の外縁から中心に向かってこの順に配置されている。

１つの実施形態では、上記撹拌槽は：
上記熱源から流下した上記原料液を収容する原料液収容部であって、該撹拌槽の上記底部と上記外側隔壁部と内側隔壁部とで囲まれておりかつ上記濃縮液出口と連通する、原料液収容部；
を備え、そして
該揮発性成分収容部と、該原料液収容部とが、該撹拌槽の該底部の外縁から中心に向かってこの順に配置されている。

１つの実施形態では、本発明の蒸発装置は、さらに上記撹拌槽の上記内部において、上記散液部の回転軌跡の内側に第２コンデンサーを備える。

１つの実施形態では、上記撹拌槽の上記底部において、上記第２コンデンサーの下方に第２揮発性成分出口が設けられている。

１つの実施形態では、上記撹拌槽の上記内壁と上記熱源と上記第２コンデンサーとが鉛直方向にそれぞれ略平行に設けられており、そして該内壁から該熱源までの最短距離と、該熱源から該第２コンデンサーまでの最短距離とが略同一である。

１つの実施形態では、上記第２原料液収容部に、上記内側隔壁部の上端部より低い位置に開口する原料液排出管が設けられている。

１つの実施形態では、上記樋状部材は、上記回転軸の軸方向に対して垂直な方向に延びる取付具を介して該回転軸に複数装着されており、該樋状部材のそれぞれと該取付具との間の角度が略均等である。

本発明はまた、原料液を含む原料タンクと、
該原料タンクから供給される該原料液を処理する、上記蒸発装置と、
を備える、蒸発システムである。

本発明によれば、ローラーやワイパーなどの部材を用いることなく、原料液から揮発性成分を効率良く蒸発することができる。これにより、原料液を効率良く濃縮した濃縮液を調製することができる。さらに本発明によれば、撹拌槽内での部材の焼き付きが発生する可能性を回避することができる。

本発明の蒸発装置の一例を示す概略図である。 本発明の蒸発装置を構成する散液部に使用され得る樋状部材の一例を模式的に表す斜視図である。 本発明の蒸発装置の別の例を示す概略図である。 本発明の蒸発装置のさらに別の例を示す概略図である。 本発明の蒸発装置のさらに別の例を示す概略図である。 本発明の蒸発装置のさらに別の例を示す概略図である。 本発明の蒸発装置のさらに別の例を示す概略図であって、撹拌槽の前記内部において、散液部の回転軌跡の内側に第２コンデンサーが設けられている装置を示す図である。 図７に示す蒸発装置における原料液混合物収容部近傍の拡大図であって、原料液が原料液混合物収容部の一部に収容されている状態を説明するための図である。 図７に示す蒸発装置における原料液混合物収容部近傍の拡大図であって、原料液が原料液混合物収容部内を完全に満たし、原料液が原料排出管を通じて撹拌槽の外部に向かってオーバーフローする様子を説明するための図である。 本発明の蒸発装置のさらに別の例を示す概略図である。 本発明の蒸発装置のさらに別の例を示す概略図である。 本発明の蒸発装置を備える蒸発システムを模式的に表す図である。 従来の流下薄膜蒸発装置を備える蒸発システムを模式的に表す図である。 図１３に示す蒸発システムを構成する蒸発装置８００の断面の一部を模式的に表した図である。 図１４に示す従来の蒸発装置におけるＡ−Ａ’方向の断面を模式的に表した図である。

本発明の蒸発装置を、添付の図面を参照して説明する。

図１は、本発明の蒸発装置の一例を示す概略図である。図１の蒸発装置１００は、原料液を収容する撹拌槽１１０と、撹拌槽１１０の内部に設けられた熱源１１２と、撹拌槽１１０の外周に設けられており、かつ撹拌槽１１０の内壁１１１を冷却し得る第１コンデンサー１１４とを備える。

撹拌槽１１０は、水溶液、スラリーなどの液体を収容して撹拌することができる密閉可能な槽であり、例えば、平底、丸底、円錐底または下方に向かって傾斜する底部１１６を有する。

撹拌槽１１０の大きさ（容量）は、蒸発装置１００の用途（例えば、供給される原料液の種類）や、原料液の処理量などによって適宜設定され得るため、必ずしも限定されないが、例えば、０．１リットル〜１００，０００リットルである。撹拌槽１１０を構成する材質は特に限定されないが、例えば、種々の原料液に対して安定であり、熱伝導性に優れ、および／または入手および加工が容易であるとの理由から、鉄、ステンレススチール、チタン、ハステロイまたは銅のような金属で構成されていることが好ましい。撹拌槽１１０の内壁１１１は、耐薬品性を高めるために、テフロン（登録商標）やグラスライニング、ゴムライニングのような当該分野において公知のコーティングが付与されていてもよい。

撹拌槽１１０はまた、原料液供給口１３１、揮発性成分出口１１３および濃縮液出口１１５を備える。

図１に示すように、原料液供給口１３１は、例えば撹拌槽１１０の上方（例えば、上蓋）に、好ましくは供給された原料液が撹拌槽１１０内を落下して熱源１１２に接触可能となる位置、または供給された原料液が撹拌槽１１０内を落下して、液流下板１４３に一旦接触し、その後液流下板１４３を落下して熱源１１２に接触可能となる位置に設けられている。撹拌槽１１０に設けられる原料液供給口１３１は１個に限定されない。例えば、複数個の原料液供給口が撹拌槽１１０に設けられていてもよい。

図１において、揮発性成分出口１１３は、撹拌槽１１０内の揮発性成分収容部１１７ａの底部に連通して設けられている。揮発性成分収容部１１７ａは、撹拌槽１１０の底部１１６（より具体的には、撹拌槽１１０の底部の一部）と内壁１１１と隔壁部１１８ａとで囲まれており、上方が開放されている。揮発性成分収容部１１７ａは、原料液の揮発性成分（好ましくは液体の揮発性成分）を収容することが可能である。さらに揮発性成分収容部１１７ａ内の揮発成分は、凝縮液として揮発性成分出口１１３を介して管１６１から外部に排出され得る。

図１において、濃縮液出口１１５は、例えば撹拌槽１１０内の底部１１６中央に連通して設けられている。撹拌槽１１０内の底部は、隔離部１１８ａの上端の高さまで原料液を収容することが可能である。ここで、本明細書中に用いられる用語「原料液」とは、上記熱源に接触することなく落下した（未処理の）原料液；熱源との接触により揮発性成分の少なくとも一部が蒸発した後の残渣；ならびにこれらの混合液；を包含して言う。さらに当該原料液は、揮発性成分が蒸発した後は最終的に濃縮液として濃縮液出口１１５を介して管１６２から外部に排出され得る。管１６２は必要に応じてバルブ（図示せず）が設けられていてもよく、例えば、バルブを閉じた状態では、撹拌槽１１０の底部１１６に、原料液を一時的に収容することができる。

撹拌槽１１０の上部はまた、例えば、蓋体またはメンテナンス・ホールのような開閉可能な構造を有していてもよい。さらに、撹拌槽１１０の上部には、撹拌槽１１０内を大気圧とするまたは減圧するための減圧口１３２が設けられていてもよい。減圧口１３２は図示しない減圧ポンプに接続されている。

本発明の蒸発装置１００において、熱源１１２は、撹拌槽１１０の内部において内壁１１１と例えば、略平行となるように設けられている。図１において、熱源１１２は、例えば中空の材料で構成されており、図示しない管を通じて撹拌槽１１０の外部から、例えば水蒸気や熱媒油などの熱媒体が導入され、熱源１１２の外表面（与熱面）に接した原料液から、揮発性成分を蒸発させることができる。原料液が熱源１１２に接触すると、原料液の揮発性成分は気化し、気体となって撹拌槽１１０内に拡散する。

なお、図１に示す実施形態では、熱源１１２の与熱面は、両面（すなわち撹拌槽１１０の内壁１１１側および中心軸側の両方の面）に現れている。これにより、揮発性成分との接触面積が増加し、原料液からより効率的に揮発性成分を蒸発させることができる。また、熱源１１２は、撹拌槽１１０の内部に設けられていることにより、外部に設けられる場合と比較して熱損失が少なく、保温が容易または不要となる利点を有する。

本発明の蒸発装置１００はまた、撹拌槽１１０の内部に、撹拌槽１１０の底部１１６中央に収容された原料液を熱源１１２に散布して流下するための散液部１２０が設けられている。散液部１２０は、回転軸１２１と、回転軸１２１の軸方向に対して垂直な方向に延びる取付具１２２を介して当該回転軸１２１に装着された樋状部材１２３とから構成されている。散液部１２０は、回転軸１２１の回転により、原料液収容部１１６に収容された原料液を、樋状部材１２３の長さ方向に沿って設けられた流路１２６を通じて撹拌槽１１０の下方から上方に向かって流動させることができる。その結果、撹拌槽１１０の底部から汲み上げられた原料液を、例えば、熱源１１２の上方に配置された液流下板１４３に向かって吐出することにより、液流下板１４３に衝突した原料液はそのまま落下し、熱源１１２の上方に散布することができる。ここで、液流下板１４３は、撹拌槽１１０内で任意の角度に取付けられてもよい。さらに、散布された原料液は、熱源１１２の上方から下方に向かって流下し、その際に揮発性成分の蒸発を促し、かつ残渣を濃縮液として撹拌槽１１０の底部１１６に収容することができる。

回転軸１２１は、鉄、ステンレススチール、ハステロイ、チタンなどの剛性を有する金属で構成されたシャフトであり、例えば、円筒状または円柱状の形状を有する。回転軸１２１は、撹拌槽１１０内で、通常、鉛直方向に配置されている。回転軸１２１の太さは、必ずしも限定されないが、例えば、８ｍｍ〜２００ｍｍである。回転軸１２１の長さは、使用する撹拌槽１１０の大きさ等によって変動し、当業者によって適切な長さが選択され得る。回転軸１２１および散液部１２０は、耐薬品性を高めるために、テフロン（登録商標）やグラスライニング、ゴムライニングのような当該分野において公知のコーティングが付与されていてもよい。

回転軸１２１の一端は、撹拌槽１１０の上部でモーター１４０などの回転手段に接続されている。図１において、回転軸１２１の他端は、撹拌槽１１０の底部に接続されておらず、例えば、撹拌槽１１０の底部から一定の間隔を開けた位置に配置されている。あるいは、回転軸の他端は、撹拌槽の底部に設けられた軸受に収容されていてもよい。

図１に示す蒸発装置１００では、散液部１２０を構成する回転軸１２１の軸周りには、２つの樋状部材１２３が対称的に配置されている。また、図１において、２つの樋状部材１２３は、取付具１２２に対して所定の角度（取付傾斜角ともいう）θ_１をなすように傾斜して取付けられている。取付傾斜角θ_１には、当業者によって任意の角度が設定され得るが、例えば、６０°〜８８．５°、好ましくは７５°〜８８°である。

本発明の蒸発装置において、回転軸には例えば、複数の（すなわち、１つまたはそれ以上）、好ましくは２つ〜８つ、より好ましくは２つ〜６つの樋状部材が装着されている。本発明において、これらの樋状部材は、それぞれ回転軸の周りに略均等な角度で装着されていることが好ましい。

本発明において、樋状部材１２３の流路１２６は、例えば、半円筒状、半角筒状、Ｖ字状などの、いわゆるハーフパイプの形態を有していてもよく、下端および上端がこのようなハープパイプの形態を有し、かつその間の中間部分が筒状（例えば、円筒状、楕円筒状、角筒状）に加工されたものであってもよく、あるいは、全体が筒状（例えば、円筒状、楕円筒状または角筒状）に加工されたもの（上記取付傾斜角θ_１により、下端にて原料液混合物を汲み上げ可能な上記ハープパイプの形態が現れる）であってもよい。あるいは、樋状部材１２３は、図２に示すように半円筒１２３ａの一部が長手方向に沿って延びた板状体１２３ｂを備えるものであってもよい。図２に示す樋状部材１２３を用いる場合、原料液混合物は、回転軸の回転によって、樋状部材１２３の下端１２３ａ_１から汲み上げられ、当該回転を通じて原料液は樋状部材１２３の上端１２３ａ_２にまで上昇する。この上昇の際、汲み上げられた原料液は、樋状部材１２３が回転しても板状体１２３ｂで遮断され、樋状部材１２３の外部に飛び出すことが防止される。

樋状部材１２３の大きさは、特に限定されないが、例えば、図２に示すような半円筒状の樋状部材が使用される場合、半円筒部分の直径は、例えば２ｍｍ〜２００ｍｍである。下端１２３ａ_１から上端１２３ａ_２までの長さは、例えば４０ｍｍ〜８，０００ｍｍである。当該板状体の幅は必ずしも限定されないが、例えば、２０ｍｍ〜３００ｍｍである。樋状部材１２３は、例えば、鉄、ステンレススチール、ハステロイ、チタンなどの金属およびこれらの組合せでなる材料から構成されている。樋状部材１２３は、耐薬品性を高めるために、テフロン（登録商標）やグラスライニング、ゴムライニングのような当該分野において公知のコーティングが付与されていてもよい。

本発明の蒸発装置１００において、撹拌槽１１０内の原料液を汲み上げるために好適な回転軸１２１の回転数（すなわち、散液部１２０の回転数）は、原料液の構成成分、その粘性、撹拌槽１１０の大きさ、撹拌槽１１０の底部１１６に収容される原料液の量などによって異なるため、必ずしも限定されないが、例えば、３０ｒｐｍ〜５００ｒｐｍｍである。

再び図１を参照すると、第１コンデンサー１１４は、撹拌槽１１０の外周に設けられており、好ましくは撹拌槽１１０の外周に対して連続的に密着して覆うように設けられている。

図１に示す第１コンデンサー１１４においては、冷却水などの冷却媒体が注入口１５１を通じて注入され、第１コンデンサー１１４内を流動し、排出口１５２を通じて外部に排出される。これにより、第１コンデンサー１１４内を流動する冷却媒体の温度が撹拌槽１１０の内壁１１１にまで伝わり、内壁１１１が冷却媒体によって低温に保持される。一方、熱源１１２で蒸発した原料液の揮発性成分は、この内壁１１１において冷却され、凝縮し、液滴となって内壁１１１を流下する。その後、内壁１１１を流下した原料液の揮発性成分は、揮発性成分収容部１１７ａに収容され、揮発性成分出口１１３を通じて管１６１から外部に排出される。

本発明の蒸発装置１００によれば、従来のような内壁が加熱されるものではない。このため、蒸発装置の運転停止にあたり、撹拌槽の内壁での原料液の焼き付きを懸念することなく、当該停止を比較的短時間で行うことができる。本発明の蒸発装置はまた、撹拌槽内の内壁を「ワンパス」による１回の流下で通過させるような従来の蒸発装置と比較しても、装置自体の停止も容易であり、停止の際の冷却のための原料液の使用も低減することができる。

図３は本発明の蒸発装置の別の例を示す概略図である。

図３に示す蒸発装置１００ａにおいて、前述の図面と同様の参照番号を付した構成は、当該図面に示したものと同様である。

図３に示す本発明の蒸発装置１００ａは、図１に示す中空の熱源１１２に代えて、コイル状ヒーターで構成される熱源１１２ａを備える。熱源１１２ａがコイル状であることにより、その与熱面の面積を、図１のものと比較してより大きくすることができる。さらに、液流下板１４３から流下した原料液は、熱源１１２ａを構成するコイルの間も自由に移動することができる。その結果、原料液の揮発性成分をより効率良く蒸発させることが可能である。なお、図３に示す蒸発装置１００ａでは、回転軸１２１の他端（下端）は、撹拌槽１１０の底部中央付近に設けられた軸受１４４に収容されている。

図４は、本発明の蒸発装置のさらに別の例を示す概略図である。

図４に示す蒸発装置２００において、前述の図面と同様の参照番号を付した構成は、当該図面に示したものと同様である。

図４に示す蒸発装置２００は、撹拌槽１１０内に、上下方向に２段の散液部１２０ｂ，１２０ｃ、ならびに上下方向に２段の熱源１１２ｂ，１１２ｃを備える。さらに、蒸発装置２００は、撹拌槽１１０の底部１１６以外に、撹拌槽１１０内に予備貯留部１２４が設けられている。予備貯留部１２４は、例えば内壁１１１から延びる取付部材（図示せず）によって固定されている。予備貯留部１２４は、上方が開放されており、原料液供給口１３１から供給され、予備貯留部１２４の周囲を構成する予備隔壁部１２７によって液流下板１４３および熱源１１２ｃを流下した原料液を一時的に収容することができる。さらに予備貯留部１２４の下面には、熱源１１２ｂが設けられた位置に下方に延びる凸部１２９が設けられている。

図４に示す蒸発装置２００では、回転軸１２１の下方に設けられた散液部１２０ｂには、取付具１２２ｂを介して、一対の第１樋状部材１２３ｂが回転軸１２１を中心として軸対象となるように設けられている。また、第１樋状部材１２３ｃの下端は、撹拌槽１１０の底部１１６中央に収容された原料液に挿入可能な位置まで延びている。回転軸１２１の上方に設けられた散液部１２０ｃには、取付具１２２ｃを介して一対の第２樋状部材１２３ｃが回転軸１２１を中心として軸対称となるように設けられている。また、第２樋状部材１２３ｃの下端は、予備貯留部１２４内に収容された原料液内に挿入可能な位置まで延びている。

図４に示す蒸発装置２００では、原料液供給口１３１から排出された原料液は、まず液流下板１４３に接触した後、熱源１１２ｃを流下する。ここで、原料液に含まれる揮発性成分の一部が蒸発し、残渣はそのまま熱源１１２ｃを流下し、原料液として予備貯留部１２４内に一時的に収容される。

さらに、回転軸１２１の回転により、予備貯留部１２４に収容された原料液は、散液部１２０ｃの第２樋状部材１２３ｃ内の流路１２６ｃを介して第２樋状部材１２３ｃの下端から上端にまで汲み上げられ、第２樋状部材１２３ｃの上方端部から液流下板１４３に散布され流下される。この流下により、原料液に含まれる揮発性成分のさらなる一部が熱源１１２ｃにより蒸発し、残渣は熱源１１２ｃをそのまま流下して再び予備貯留部１２４に原料液として収容される。こうして予備貯留部１２４内の原料液について、第２樋状部材１２３ｃによる汲み上げが繰り返される。

その後、予備貯留部１２４の液面が上昇し、予備隔壁部１２７を超えると、原料液はオーバーフローし、下段に位置する撹拌槽１１０の底部１１６中央に収容される。ここで、予備貯留部１２４をオーバーフローした原料液は、予備貯留部１２４の外周を伝って凸部１２９から熱源１１２ｂに、例えば、滴下により流下して、撹拌槽１１０の底部１１６中央に収容される。

さらに、回転軸１２１の回転により、撹拌槽１１０の底部１１６中央に収容された原料液は、散液部１２０ｂの第１樋状部材１２３ｂ内の流路１２６ｂを介して第１樋状部材１２３ｂの下端から上端にまで汲み上げられ、第１樋状部材１２３ｂの上方端部から予備貯留部１２４の凸部１２９に向かって散布される。その後、原料液は再び凸部１２９から熱源１１２ｂを流下し、原料液に含まれる揮発性成分のさらなる一部が熱源１１２ｂにより蒸発し、残渣は熱源１１２ｂをそのまま流下して再び撹拌槽１１０の底部１１６中央において再び原料液として収容される。こうして当該底部１１６中央の原料液について、第１樋状部材１２３ｂによる汲み上げが繰り返される。

上記繰り返しによって、撹拌槽１１０の底部１１６中央には、揮発性成分よりもむしろ不揮発性成分を多く含有する原料液（すなわち、濃縮液ともいう）が多く含まれるようになる。このようにして得られた濃縮液は、最終的に濃縮液出口１１５を通じて外部に排出される。

図４に示す実施形態では、２段の散液部として、縦方向に配置された２つの樋状部材を備える蒸発装置２００について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、縦方向に配置された３つの樋状部材を備える、３段の散液部で構成されるもの、あるいは縦方向に配置された４つ以上の樋状部材を備える、４段以上の散液部で構成されるものであってもよい。

図４に示す蒸発装置２００は、撹拌槽１１０の底部１１６、および予備貯留部１２４がそれぞれ揮発性成分の濃度が異なる原料液を収容し得るため、蒸発効率を向上させることができる。

図５は本発明の蒸発装置のさらに別の例を示す概略図である。

図５に示す蒸発装置２００ａにおいて、前述の図面と同様の参照番号を付した構成は、当該図面に示したものと同様である。

図５に示す本発明の蒸発装置２００ａは、図４に示す蒸発装置と同様に上下方向に２段の散液部１２０ｂ，１２０ｃを備える一方で、図４に示す２段の熱源１１２ｂ，１１２ｃに代えて、コイル状ヒーターで構成される熱源２１２ｂ，２１２ｃを備える。熱源１１２ｂ，１１２ｃがコイル状であることにより、その与熱面の面積を、図４のものと比較してより大きくすることができる。さらに、熱源２１２ｂ，２１２ｃをそれぞれ流下する原料液は、熱源２１２ｂ，２１２ｃ構成するコイルの間も自由に移動することができる。その結果、原料液の揮発性成分をより効率良く蒸発させることが可能である。

図６は本発明の蒸発装置のさらに別の例を示す概略図である。

図６に示す蒸発装置２００ｂにおいて、前述の図面と同様の参照番号を付した構成は、当該図面に示したものと同様である。

図６に示す本発明の蒸発装置２００ｂは、図４に示す蒸発装置と同様に上下方向に２段の散液部１２０ｂ，１２０ｃを備える一方で、図４に示す２段の熱源１１２ｂ，１１２ｃに代えて、当該散液部１２０ｂ，１２０ｃに対して１段の（すなわち、散液部１２０ｂ，１２０ｃに対して連続した１つの）熱源３１２を備える。さらに、蒸発装置２００ｂにおいて、熱源３１２の途中に撹拌槽１１０の中心軸側に予備貯留部３２４が設けられている。予備貯留部３２４は、熱源３１２の内面（すなわち、撹拌槽１１０の中心軸側に配置された面）と接続されておりかつ当該内面から撹拌槽１１０の中心軸側に向かって延びる底面３２９と、底面３２９の端部から上方に向かって延びる予備隔壁部３２７とを備える。予備貯留部３２４は、熱源３１２の一部と底面３２９と予備隔壁部３２７とによって凹部を形成し、この凹部に原料液を収容することができる。

図６に示す蒸発装置２００ｂでは、原料液供給口１３１から排出された原料液は、まず液流下板１４３に接触した後、熱源３１２の上方を流下する。ここで、原料液に含まれる揮発性成分の一部が蒸発し、残渣はそのまま熱源３１２を流下し、予備貯留部３２４内に一時的に収容される。また、熱源３１２の外面（すなわち、撹拌槽１１０の内壁１１１と対向する面）を流下した残渣は、撹拌槽１１０の底部１１６中央に収容される。

予備貯留部３２４に収容された原料液は、熱源３１２と接触する状態が保たれているため、さらに当該原料液中に含まれる揮発性成分が蒸発する。

さらに、回転軸１２１の回転により、予備貯留部３２４に収容された原料液は、散液部１２０ｃの第２樋状部材１２３ｃ内の流路１２６ｃを介して第２樋状部材１２３ｃの下端から上端にまで汲み上げられ、第２樋状部材１２３ｃの上方端部から液流下板１４３に散布され流下される。この流下により、原料液に含まれる揮発性成分のさらなる一部が熱源３１２の上方にて蒸発し、残渣は熱源３１２をそのまま流下して再び予備貯留部３２４内に原料液として収容される。こうして予備貯留部３２４内の原料液について、第２樋状部材１２３ｃによる汲み上げが繰り返される。

その後、予備貯留部３２４の液面が上昇し、予備隔壁部３２７を超えると、原料液はオーバーフローし、下段に位置する撹拌槽１１０の底部１１６中央に収容される。

さらに、回転軸１２１の回転により、撹拌槽１１０の底部１１６中央に収容された原料液は、散液部１２０ｂの第１樋状部材１２３ｂ内の流路１２６ｂを介して第１樋状部材１２３ｂの下端から上端にまで汲み上げられ、第１樋状部材１２３ｂの上方端部から例えば、予備貯留部３２４の底面３２９または当該底面３２９と熱源３１２とが交差する部分に向かって散布される。その後、原料液は再び熱源３１２を流下し、原料液に含まれる揮発性成分のさらなる一部が熱源３１２により蒸発し、残渣は熱源３１２をそのまま流下して再び撹拌槽１１０の底部１１６中央に原料液として収容される。こうして当該底部１１６中央の原料液について、第１樋状部材１２３ｂによる汲み上げが繰り返される。

上記繰り返しによって、撹拌槽１１０の底部１１６中央には、揮発性成分よりもむしろ不揮発性成分を多く含有する濃縮液が多く含まれるようになる。このようにして得られた濃縮液は、最終的に濃縮液出口１１５を通じて外部に排出される。

図５および図６に示す実施形態では、それぞれ２段の散液部として、縦方向に配置された２つの樋状部材を備える蒸発装置２００ａおよび２００ｂについて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、縦方向に配置された３つの樋状部材を備える、３段の散液部で構成されるもの、あるいは縦方向に配置された４つ以上の樋状部材を備える、４段以上の散液部で構成されるものであってもよい。

図７は本発明の蒸発装置のさらに別の例を示す概略図である。

図７に示す蒸発装置３００において、前述の図面と同様の参照番号を付した構成は、当該図面に示したものと同様である。

図７に示す蒸発装置３００では、濃縮液出口１１５ｂは、例えば撹拌槽１１０内の第１原料液収容部１１７ｂの底部に連通して設けられている。第１原料液収容部１１７ｂは、撹拌槽１１０の底部（より具体的には、撹拌槽１１０の底部の一部）と外側隔壁部１１８ａと中間隔壁部１１８ｂとで囲まれており、上方が開放されている。第１原料液収容部１１７ｂは、熱源１１２から流下した原料液を収容することが可能であり、揮発性成分が除去された原料液を、濃縮液として濃縮液出口１１５ｂを介して管１６２ｂから外部に排出可能である。管１６２ｂは必要に応じてバルブ（図示せず）が設けられていてもよく、例えば、バルブを閉じた状態では、第１原料液収容部１１７ｂに上記濃縮液を一時的に収容することができる。

さらに本発明の蒸発装置３００では、撹拌槽１１０の底部には、第２原料液収容部１１７ｃも設けられている。第２原料液収容部１１７ｃは、撹拌槽１１０の底部（より具体的には、撹拌槽１１０の底部の一部）と中間隔壁部１１８ｂと内部隔壁部１１８ｃとで囲まれており、上方が開放されている。図７において、第２原料液収容部１１７ｃには、内側隔壁部１１８ｃの上端部よりも低い位置で開口するように原料液出口１１９が設けられている。

本発明の蒸発装置３００においては、第２原料液収容部１１７ｃに収容される原料液の量が増加し（図８）、そして原料液が第２原料液収容部１１７ｃ内を完全に満たした場合（図９）、原料液は内部隔壁部１１８ｃを越える前に原料液出口１１９を通じて原料液排出管１２４から撹拌槽１１０の外部にオーバーフローにより排出することができる。

再び図７を参照すると、本発明の蒸発装置３００では、上記揮発性成分収容部１１７ａ、第１原料液収容部１１７ｂ、および第２原料液収容部１１７ｃは、撹拌槽１１０の底部の外縁から中心に向かってこの順に配置されている。さらに、本発明においては、外側隔壁部１１８ａの上端部が中間隔壁部１１８ｂの上端部よりも高い位置に設けられており、かつ中間隔壁部１１８ｂの上端部が内側隔壁部１１８ｃの上端部（あるいは、原料液出口１１９の開口位置）よりも低い位置に設けられていることが好ましい。このような構成を有することにより、例えば、第１原料液収容部１１７ｂに収容される濃縮した原料液（濃縮液）の量が増加したとしても、当該濃縮液は外側隔壁部１１８ａを越える前に、中間隔壁部１１８ｂをオーバーフローして第２原料液収容部１１７ｃに収容される。また、第２原料液収容部１１７ｃに収容される原料液の量が増加したとしても、原料液は中間隔壁部１１８ｂを越える前に、原料液出口１１９を通じて原料液排出管１２４から撹拌槽１１０の外部に排出される。その結果、揮発性成分収容部１１７ａに、第１原料液収容部１１７ｂからオーバーフローした濃縮液や原料液が流入する可能性、および第１原料液収容部１１７ｂに第２原料液収容部１１７ｃからオーバーフローした原料液が流入する可能性のいずれをも回避することができる。

さらに、本発明の蒸発装置３００では、図７に示すように、撹拌槽１１０の内部において散液部１２０の回転軌跡の内側に第２コンデンサー１５０を備える。ここで、本明細書中に用いられる用語「散液部の回転軌跡」とは、散液部を構成する樋状部材が回転軸の回転によって形成し得る樋状部材の軌跡で構成される空間をいう。すなわち、図７において、第２コンデンサー１５０は２つの樋状部材１２３の間に配置されている。

第２コンデンサー１５０は、撹拌槽１１０の外部から内部に向かって冷却水などの冷却媒体が流動する冷却主管１５０ａと、冷却主管１５０ａから分岐して当該冷却媒体が撹拌槽１１０の内部から外部に向かって流動する冷却分岐管１５０ｂ，１５０ｃとを備える。本発明の蒸発装置３００において、第２コンデンサー１５０はまた、撹拌槽１１０の内部において内壁１１１と略平行となるように（すなわち、冷却分岐管１５０ｂ，１５０ｃが、当該内壁１１１とそれぞれ略平行となるように）設けられていることが好ましい。

さらに本発明の蒸留装置３００においては、例えば、撹拌槽１１０の内壁１１１と熱源１１２と第２コンデンサー１５０とが鉛直方向にそれぞれ略平行に設けられており、そして内壁１１１から熱源１１２までの最短距離と、熱源１１２から第２コンデンサー１５０までの最短距離とが略同一となるように設けられていてもよい。内壁１１１および第２コンデンサー１５０のそれぞれで凝縮して得られる揮発性成分の組成を互いにほぼ一定に保持することが容易となるためである。

熱源１１２で蒸発した原料液の揮発性成分は、冷却分岐管１５０ｂ，１５０ｃにおいて冷却され、凝縮し、液滴となって冷却分岐管１５０ｂ，１５０ｃを流下する。一方、撹拌槽１１０の底部かつ第２コンデンサー１５０の下方には、第２コンデンサー１５０から落下した液滴を外部に排出するための第２揮発性成分出口１１３ｂが設けられている。第２揮発性成分出口１１３ｂの一部には真空ポンプ（図示せず）に連結した枝管１１３ａが設けられており、枝管１１３ａを通じて撹拌槽１１０が減圧される。第２コンデンサー１５０から流下した液滴が揮発性成分出口１１３ｂから外部に排出される。

その後、揮発性成分出口１１３，１１３ｂのそれぞれから排出された揮発性成分は、必要に応じて１つにまとめられ、所定の回収タンクに収容され得る。

本発明の蒸発装置３００もまた、従来のような内壁が加熱されるものではない。このため、蒸発装置の運転停止にあたり、撹拌槽の内壁での原料液の焼き付きを懸念することなく、当該停止を比較的短時間で行うことができる。本発明の蒸発装置３００はまた、撹拌槽内の内壁を「ワンパス」による１回の流下で通過させるような従来の蒸発装置と比較しても、装置自体の停止も容易であり、停止の際の冷却のための原料液の使用も低減することができる。

図１０は、本発明の蒸発装置のさらに別の例を示す概略図である。

図１０に示す蒸発装置３００ａにおいて、前述の図面と同様の参照番号を付した構成は、当該図面に示したものと同様である。

図１０に示す本発明の蒸発装置３００ａは、図７に示す第１原料液収容部１１７ｂおよび第２原料液収容部１１７ｃに代えて、撹拌槽１１０の底部と外側隔壁部１１８ａと内側隔壁部２１８ｃとで囲まれており、濃縮液出口２１９を介して濃縮液排出管２２４と連通する、原料液収容部２１７ｂを備える。

図１０に示す蒸発装置３００ａにおいて、原料液供給口１３１から供給された原料液は、まず液流下板１４３に接触した後、熱源１１２を流下する。ここで、原料液に含まれる揮発性成分の一部が蒸発し、残渣はそのまま熱源１１２を流下し、原料液として原料液収容部２１７ｂ内に一時的に収容される。次いで、散液部１２０の回転により、原料液収容部２１７ｂ内に収容された原料液は樋状部材１２３の下端から上端まで汲み上げられ、液流下板１４３に向かって吐出される。液流下板１４３を流下した原料液は、熱源１１２の上端から、好ましくは両面の与熱面に沿って流下し、その間に原料液中の揮発性成分のさらなる一部が気化して蒸発する。揮発性成分が蒸発した後の残渣は再び原料液として、熱源１１２をそのまま流下し、再び原料液収容部２１７ｂに収容される。そして、当該収容部２１７ｂに収容される原料液の量が増加し、そして当該原料液が収容部２１７ｂ内を完全に満たした場合、原料液は内部隔壁部２１８ｃを越える前に濃縮液として濃縮液出口２１９を介して濃縮液排出管２２４を通り、撹拌槽１１０の外部にオーバーフローにより排出することができる。

一方、熱源１１２において気化した揮発性成分は、第１コンデンサー１１４を通じて冷却された内壁１１１にて凝集し、揮発性成分の液滴となって内壁１１１を流下する。その後、内壁１１１を流下した原料液の揮発性成分は、揮発性成分収容部１１７ａに収容され、揮発性成分出口１１３を通じて管１６１から外部に排出される。さらに、熱源１１２において気化した揮発性成分は、第２コンデンサー１５０（すなわち、冷却分岐管１５０ｂ，１５０ｃ）においても冷却され、凝縮し、液滴となって冷却分岐管１５０ｂ，１５０ｃを流下する。そして、撹拌槽１１０の底部かつ第２コンデンサー１５０の下方に設けられた第２揮発性成分出口１１３ｂを通じて、第２コンデンサー１５０から流下した液滴が第２揮発性成分出口１１３ｂから外部に排出される。

その後、揮発性成分出口１１３，１１３ｂのそれぞれから排出された揮発性成分は、必要に応じて１つにまとめられ、所定の回収タンクに収容され得る。

図１１は本発明の蒸発装置のさらに別の例を示す概略図である。

図１１に示す蒸発装置３００ｂにおいて、前述の図面と同様の参照番号を付した構成は、当該図面に示したものと同様である。

図１１に示す本発明の蒸発装置３００ｂは、図７に示す中空の熱源１１２に代えて、コイル状ヒーターで構成される熱源４１２を備える。熱源４１２がコイル状であることにより、その与熱面の面積を、図７のものと比較してより大きくすることができる。さらに、液流下板１４３から流下した原料液は、熱源４１２を構成するコイルの間も自由に移動することができる。さらに熱源４１２で蒸発した揮発性成分もまた、コイルの間を自由に移動して、第１コンデンサー１１４および第２コンデンサー１５０のいずれにおいても凝集可能となる。その結果、原料液の揮発性成分をより効率良く蒸発させることができる。

図１２は、図７に示す本発明の蒸発装置３００を備える蒸発システムを模式的に表す図である。

本発明の蒸発システム５００は、原料となる原料液を含む原料タンク９１０と、本発明の蒸発装置３００とを備える。さらに、図１２に示す蒸発システム５００は、これらに加えて真空ポンプ９２０も備える。

原料液は、ポンプ９０２の駆動により、原料タンク９１０から管９０４を通って予熱器９０６で一旦予熱され、蒸発装置３００に送給される。蒸留装置３００内の熱源（図示せず）は、管９０５を通じてスチーム（ＳＴＭ）を供給することにより加熱される。蒸発装置３００にて蒸発した揮発性成分は、当該装置内の第１および第２コンデンサー（図示せず）によって凝縮する。その後、第１コンデンサーで凝縮した（より詳細には、第１コンデンサーを通じて内壁で凝縮した）揮発性成分は、揮発性成分出口（図７の１１３）を介して管１６１から外部に排出される一方、第２コンデンサーで凝縮した揮発性成分は、揮発性成分出口（図７の１１３ｂ）を介して管９２２から外部に排出される。蒸発装置３００は外部に設けられた真空ポンプ９２０により減圧される。

このように、図１２に示す本発明の蒸発システム５００は、システム中に別途コンデンサーを設ける必要がなく、より省スペースな構成とすることができる。

なお、図１２では、図７に示す蒸発装置３００を用いたが、本発明のシステムでは、当該蒸発装置３００の代わりに、例えば、上記に示すような本発明の蒸発装置１００，１００ａ，２００,２００ａ，２００ｂ，３００ａ，３００ｂのいずれを用いてもよい。この場合、揮発性成分出口に接続される管の数は、使用する蒸発装置の種類に応じて当業者により適宜調節され得る。

本発明の蒸発装置は、例えば、不純物を含有する液体たとえばメチルエステル、乳酸、魚油、油脂、グリセリン、などの精製および濃縮；インク、塗料、化学品などの化学製品に含まれる水、エタノール、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、ヘキサン、トルエン、アセトン、エチレングリコールなどの除去；塗料および樹脂製造分野に使用するモノマーおよびポリマーなどから揮発性の不純物の除去；において有用である。

１００，２００，３００ 蒸発装置
１１０ 撹拌槽
１１１ 内壁
１１２，１１２ａ，３１２，４１２ 熱源
１１３，１１３ｂ 揮発性成分出口
１１４ 第１コンデンサー
１１５ 濃縮液出口
１１７ａ 揮発性成分収容部
１１７ｂ 第１原料液収容部
１１７ｃ 第２原料液収容部
１１８ａ 外側隔壁部
１１８ｂ 中間隔壁部
１１８ｃ 内側隔壁部
１２０ 散液部
１２１ 回転軸
１２２ 取付具
１２３ 樋状部材
１２６ 流路
１３１ 原料液供給口
１４０ モーター
１５０ 第２コンデンサー
５００ 蒸発システム

Claims (9)

1. 原料液供給口、揮発性成分出口および濃縮液出口を備え、かつ原料液を収容する、撹拌槽と、
   該撹拌槽の内部に設けられた熱源と、
   該撹拌槽内に設けられておりかつ該熱源に該原料液を流下する、散液部と、
   該撹拌槽の外周に設けられておりかつ該撹拌槽の内壁を冷却する、第１コンデンサーと、
   を備える、蒸発装置であって、
   ここで、
   該撹拌槽が、該原料液の揮発性成分を収容する揮発性成分収容部であって、該撹拌槽の底部と該内壁と外側隔壁部とで囲まれておりかつ該揮発性成分出口と連通する、揮発性成分収容部を備え、そして
   該散液部が、回転軸と、該回転軸の回転に伴って該原料液を該撹拌槽の下方から上方に向かって流動する流路を有しかつ該回転軸に装着されている、少なくとも１つの樋状部材とから構成されている、蒸発装置。
2. 前記撹拌槽が：
   前記熱源から流下した前記原料液を収容する第１原料液収容部であって、該撹拌槽の前記底部と前記外側隔壁部と中間隔壁部とで囲まれておりかつ前記濃縮液出口と連通する、第１原料液収容部；および
   該第１原料液収容部からオーバーフローした該原料液を収容する第２原料液収容部であって、該撹拌槽の該底部と該中間隔壁部と内側隔壁部とで囲まれている、第２原料液収容部；
   を備え、そして
   該揮発性成分収容部と、該第１原料液収容部と、該第２原料液収容部とが、該撹拌槽の該底部の外縁から中心に向かってこの順に配置されている、請求項１に記載の蒸発装置。
3. 前記撹拌槽が：
   前記熱源から流下した前記原料液を収容する原料液収容部であって、該撹拌槽の前記底部と前記外側隔壁部と内側隔壁部とで囲まれておりかつ前記濃縮液出口と連通する、原料液収容部；
   を備え、そして
   該揮発性成分収容部と、該原料液収容部とが、該撹拌槽の該底部の外縁から中心に向かってこの順に配置されている、請求項１に記載の蒸発装置。
4. さらに、前記撹拌槽の前記内部において、前記散液部の回転軌跡の内側に第２コンデンサーを備える、請求項２または３に記載の蒸発装置。
5. 前記撹拌槽の前記底部において、前記第２コンデンサーの下方に第２揮発性成分出口が設けられている、請求項４に記載の蒸発装置。
6. 前記撹拌槽の前記内壁と前記熱源と前記第２コンデンサーとが鉛直方向にそれぞれ略平行に設けられており、そして該内壁から該熱源までの最短距離と、該熱源から該第２コンデンサーまでの最短距離とが略同一である、請求項５に記載の蒸発装置。
7. 前記第２原料液収容部に、前記内側隔壁部の上端部より低い位置に開口する原料液排出管が設けられている、請求項２に記載の蒸発装置。
8. 前記樋状部材が、前記回転軸の軸方向に対して垂直な方向に延びる取付具を介して該回転軸に複数装着されており、該樋状部材のそれぞれと該取付具との間の角度が略均等である、請求項１から７のいずれかに記載の蒸発装置。
9. 原料液を含む原料タンクと、
   該原料タンクから供給される該原料液を処理する、請求項１から８のいずれかに記載の蒸発装置と、
   を備える、蒸発システム。

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