JP7138917B2 - 多段式蒸発装置 - Google Patents

Description

本発明は、多段式蒸発装置に関し、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多段式蒸発装置に関する。

例えば、食品工業や化学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の蒸発システムには、従来より「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。

この流下薄膜蒸発装置では、撹拌槽内の上方から原料液が撹拌槽の内壁に向かって散布され流下する際に、撹拌槽内を内壁に沿ってローラーやワイパーが移動することにより、原料液の薄膜が形成される。その後、当該内壁に予め付与された熱によって薄膜内の揮発成分が蒸発し、撹拌槽の外に排出される。

しかし、こうした流下薄膜蒸発装置では、供給された原料液が、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ため、原料液に大量の揮発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成分が蒸発し得ない場合の蒸発効率が充分でないとの指摘がなされている。

また、流下薄膜蒸発装置に採用されるローラーやワイパーは、常に伝熱面に接触しているために摩耗が生じ易く、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。

そして、近年では、ローラーやワイパーに代えて、撹拌槽内で傾斜しかつ回転可能な樋状部材を備える、蒸発装置が提供されている（特許文献１）。このような蒸発装置では、撹拌槽内で樋状部材を回転させることにより、撹拌槽内の底部に貯留した原料液を当該樋状部材の下端から掬い上げ、掬い上げた原料液を樋状部材にかかる遠心力を利用して、樋状部材の上端から撹拌槽の内壁に散布し、そして内壁を流下する際に原料液の揮発成分を蒸発させることができるように設計されている。ここで、内壁を流下した残渣の原料液は再び撹拌槽の底部に貯留されるので、原料液は、樋状部材の回転によって繰り返し撹拌槽の内壁を流下することができる。このような蒸発装置では、樋状部材と撹拌槽の内壁とは非接触の状態に保持されるため、樋状部材の摩耗による交換は特に必要とされない。

さらに近年では、当該樋状部材を高さ方向に多段に配置した多段式の蒸発装置が提案されている（特許文献２）。

多段式の蒸発装置では、連通する１つの撹拌槽内で、傾斜しかつ回転可能な複数の樋状部材が上下方向に並んで配置されており、そして各樋状部材の下端が、当該撹拌槽内で上下方向に分かれて設けられておりかつ原料液を貯留する貯留部内に配置されている。

このような多段式の蒸発装置では、上下段の樋状部材が回転することによって、各貯留部の原料液は各樋状部材の下端から掬い上げられ、樋状部材にかかる遠心力を利用して撹拌槽の内壁に散布され、そして内壁を流下する際に原料液の揮発成分が蒸発し、残渣が再び各貯留部に貯留される。

ここで、撹拌槽の上方から新たな原料液が追加されると、上段の貯留部では、上段の樋状部材の回転、掬い上げ、および散布を通じて揮発成分の蒸発が行われ、その後流下して再び貯留された残渣の原料液と、当該新たな原料液とが合わさる。そして、新たな原料液の追加が継続されると、合わさった原料液は上段の貯留部からオーバーフローし、下段の貯留部に移動する。

そして、下段の貯留部では、上段の貯留部からオーバーフローした原料液が貯留され、下段の樋状部材の回転、掬い上げ、および散布を通じて揮発成分の蒸発が行われ、その後流下して再び下段の貯留部に貯留される。

このように、多段式の蒸発装置は、多段かつ複数の樋状部材によって原料液に含まれる揮発成分を一層効率的に蒸発させることが可能である。

しかし、こうした多段式の蒸発装置は、その内部構造が複雑であることから、撹拌槽の内部の洗浄やメンテナンスが煩雑になるおそれがある点が指摘されている。例えば、ある原料液について上記のような蒸発操作を行った後に別の種類の原料液について蒸発操作を行うことが所望されるような場合には、蒸発装置の分解、洗浄、および再組み立てに多くの時間を要することが想定される。

国際公開第２００３／０２２３８９号 国際公開第２０１６／１４３７７６号

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、メンテナンスまたは内部の洗浄のために、分解および再組み立てを簡便に行うことができる、多段式蒸発装置を提供することにある。

本発明は、蓋体、撹拌槽本体および揮発成分出口を備え、かつ内部に原料液が供給される、撹拌槽と、
該撹拌槽本体の外周に設けられておりかつ該撹拌槽本体の内壁を加熱する、ジャケットと、
該撹拌槽本体内で上下方向に並んで配置されておりかつ該撹拌槽本体の該内壁に原料液を流下する、少なくとも２つの散液部とを備える、多段式蒸発装置であって、
該撹拌槽が、
該撹拌槽本体の該内壁と該撹拌槽本体の底部とで囲まれておりかつ該流下した原料液を貯留する、下段貯留部と、
該下段貯留部の上方に設けられた少なくとも１つの上段貯留部であって、該撹拌槽本体の該内壁と環状部材とで囲まれており、かつ該流下した原料液を貯留する、上段貯留部と
を備え；
該散液部がそれぞれ、
回転軸と、
該回転軸の回転に伴って該下段貯留部に貯留された該原料液を該撹拌槽本体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つの下段樋状部材と、
該回転軸の回転に伴って該上段貯留部に貯留された該原料液を該撹拌槽本体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つの上段樋状部材と
から構成されており；そして
該環状部材が、環状底面部および該環状底面部の開口端から上方に向かって延びる筒状隔壁部を備え、かつ該撹拌槽から取り外し可能である、装置である。

１つの実施形態では、上記環状部材は、上記内壁から突出する係止部に係止されている。

さらなる実施形態では、上記撹拌槽本体の上記内壁は、内部が互いに連通した複数の円筒部の組み合わせから構成されており、そして該複数の円筒部は、該撹拌槽本体の上方から下方にかけて段階的に縮径した内径を有する。

さらなる実施形態では、上記撹拌槽本体の上記内壁は、内部が連通した１つの円筒部から構成されている。

１つの実施形態では、上記上段貯留部において、上記原料液は上記環状部材の上記筒状隔壁部を超えてオーバーフロー可能である。

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多段式蒸発装置と、
該多段式蒸発装置の揮発成分出口から排出される揮発成分を凝縮するコンデンサーと、
を備える、蒸発システムである。

本発明によれば、メンテナンスまたは撹拌槽内の洗浄を効率的に行うことができる。このため、蒸発操作を要する原料液の種類を簡便に切り替えることができる。これにより、例えば、多種の原料液についても、１つの多段式蒸発装置を用いて効率的に蒸発させることができる。

本発明の多段式蒸発装置の一例を模式的に示す断面図である。 図１に示す本発明の多段式蒸発装置を構成する環状部材を表す図であって、（ａ）は、図１に示す２つの上段貯留部のうち、上方の上段貯留部に配置される環状部材の斜視図であり、そして（ｂ）は、図１に示す２つの上段貯留部のうち、下方の上段貯留部に配置される環状部材の斜視図である。 図２の（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示す２つの環状部材の大きさを比較するための、当該環状部材の断面図である。 図１に示す本発明の多段式蒸発装置を構成する撹拌槽の断面図である。 図１に示す本発明の多段式蒸発装置を構成する散液部の部分拡大図である。 図１に示す本発明の多段式蒸発装置を構成する散液円盤を表す図であって、（ａ）は、図１に示す３つの散液円盤のうち、最も上方に配置される散液円盤の斜視図であり、（ｂ）図１に示す３つの散液円盤のうち、中段に配置される散液円盤の斜視図であり、そして（ｃ）は、図１に示す３つの散液円盤のうち、最も下方に配置される散液円盤の斜視図である。 図１に示す本発明の多段式蒸発装置を分解した一例を説明するための、分解した多段式蒸発装置の断面図である。 本発明の多段式蒸発装置の他の例を模式的に示す断面図である。 図８に示す突起部材の拡大断面図であって、（ａ）は図８に示す上段の突起部材の拡大断面図であり、（ｂ）は図８に示す下段の突起部材の拡大断面図である。 図８に示す撹拌槽本体１１０’の端面図である。 本発明の多段式蒸発装置を備える蒸発システムの一例を模式的に表す図である。

本発明の多段式蒸発装置を、添付の図面を参照して説明する。

図１は、本発明の多段式蒸発装置の一例を示す模式的に表す図である。図１に示される本発明の多段式蒸発装置１００は、撹拌槽１０８とジャケット１１２と散液部１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃとを備える。

撹拌槽１０８は、蓋体１０９、撹拌槽本体１１０および揮発成分出口１１３を備え、かつ内部に原料液が供給される密閉可能なタンクである。撹拌槽１０８は、撹拌槽本体１１０において、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。図１に示す実施形態では、揮発成分出口１１３は撹拌槽本体１１０の上方に配置された蓋体１０９の一部に設けられている。撹拌槽１０８内で原料液から蒸発した揮発成分は、この揮発成分出口１１３を通じて外部に排出され得る。

撹拌槽１０８を構成する撹拌槽本体１１０の大きさ（容量）は、多段式蒸発装置１００の用途（供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１０８（すなわち、蓋体１０９および撹拌槽本体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、かつ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。さらに、撹拌槽本体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。

図１に示す多段式蒸発装置１００において、撹拌槽１０８を構成する撹拌槽本体１１０はまた、内壁１１１から流下した原料液を一時的に貯留するための下段貯留部１１５と、下段貯留部１１５の上方に設けられた２つの上段貯留部１１７ｂ，１１７ｃとを備える。

図１において、下段貯留部１１５は、撹拌槽１０８または撹拌槽本体１１０の最も下方に貯留した原料液によって占められ得る領域であって、撹拌槽本体１１０の内壁１１１と底部１１４とで取り囲まれておりかつ上方が開放されている領域をいう。

一方、図１において、上段貯留部１１７ｃは、内壁１１１を流下した後に撹拌槽本体１１０の最も上方に貯留した原料液によって占められ得る領域であって、撹拌槽本体１１０の内壁１１１と環状部材１１６ｃとで取り囲まれておりかつ上方が開放されている領域である。また、上段貯留部１１７ｂは、内壁１１１を流下した後に撹拌槽本体１１０内の下段貯留部１１５と上段貯留部１１７ｃとの間で貯留した原料液によって占められ得る領域であって、撹拌槽本体１１０の内壁１１１と環状部材１１６ｂとで取り囲まれておりかつ上方が開放されている領域である。

なお、図１では、下段貯留部１１５の上方には、２つの上段貯留部１１７ｂ，１１７ｃが設けられた例について記載しているが、本発明は必ずしもこのような実施形態にのみ限定されるものではない。本発明においては、下段貯留部１１５の上方には少なくとも１つの上段貯留部（例えば、１段、２段、３段、または４段の上段貯留部）が設けられていてもよい。

図２は、図１に示す本発明の多段式蒸発装置を構成する環状部材の斜視図である。ここで、図２の（ａ）は、図１に示す上段貯留部１１７ｃに配置される環状部材１１６ｃの斜視図であり、そして（ｂ）は、図１に示す上段貯留部１１７ｂに配置される環状部材１１６ｂの斜視図である。

図２の（ａ）および（ｂ）に示すように、環状部材１１６ｃ，１１６ｂは、それぞれ環状底面部１１８ｃ，１１８ｂと、筒状隔壁部１１９ｃ，１１９ｂとを備える。

環状底面部１１８ｃ，１１８ｂはいずれも、中央に円形の開口端を有する円盤状部材であり、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。筒状隔壁部１１９ｃ，１１９ｂは、好ましくは内径が互いに異なる円筒状であり、環状底面部１１８ｃ，１１８ｂの各開口端から上方に向かって延びるように配置されている。筒状隔壁部１１９ｃ，１１９ｂもまた、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のいずれかでなる材料から構成されている。

図３は、図２の（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示す環状部材１１６ｃ，１１６ｂの断面図である。

図３において、環状部材１１６ｂは、環状部材１１６ｃよりも全体として小さいサイズとなるように設計されている。

本発明の１つの実施形態では、図３に示すように、環状部材１１６ｃ，１１６ｂの開口端の中心線Ｌを一致させた場合、２つの環状部材１１６ｃ，１１６ｂのうち、上方に配置される環状部材１１６ｃの中心線Ｌから環状底面部１１８ｃの外周部までの最短距離（環状底面部１１８ｃの半径）ｒ_ｃ１は、下方に配置される環状部材１１６ｂの中心線Ｌから環状底面部１１８ｂの外周部までの最短距離（環状底面部１１８ｂの外周半径）ｒ_ｂ１よりも長く（すなわち、ｒ_ｃ１＞ｒ_ｂ１の関係を満たすように）設計されている。ｒ_ｃ１およびｒ_ｂ１の各大きさがこのような関係を満たしていることにより、本発明において環状部材１１６ｃ，１１６ｂを撹拌槽本体から容易に取り外すことが可能となる。

さらに、２つの環状部材１１６ｃ，１１６ｂのうち、上方に配置される環状部材１１６ｃの中心線Ｌから筒状隔壁部１１９ｃの内周部までの最短距離（筒状隔壁部１１９ｃの開口半径）ｒ_ｃ３は、下方に配置される環状部材１１６ｂの中心線Ｌから筒状隔壁部１１９ｂの外周部までの最短距離（筒状隔壁部１１９ｂの外周半径）ｒ_ｂ２と同一またはそれよりも長く（すなわち、ｒ_ｃ３≧ｒ_ｂ２の関係を満たすように）設計されている。ｒ_ｃ３およびｒ_ｂ２がこのような関係を満たす場合、環状部材１１６ｃにおける筒状隔壁部１１９ｃの内周部と環状部材１１６ｂにおける筒状隔壁部１１９ｂの外周部との間には、Ｇ_１≧０の関係を満たす間隙Ｇ_１が形成される。当該Ｇ_１がこのような関係を満たすことにより、（図１に示す上段貯留部１１７ｃに貯留した）原料液の液面が環状部材１１６ｃにおける筒状隔壁部１１９ｃの高さを超えてオーバーフローしたとしても、オーバーフローした原料液は、図１に示す下段貯留部１１５まで落下して貯留される前に、筒状隔壁部１１９ｂの外周側に落下するため、結果として図１に示す上段貯留部１１７ｃからオーバーフローした原料液は、上段貯留部１１７ｂ内に容易に貯留され得る。

なお、上記に関わらず、ｒ_ｃ３に対して、下方に配置される環状部材１１６ｂの中心線Ｌから筒状隔壁部１１９ｂの内周部までの最短距離（筒状隔壁部１１９ｃの開口半径）ｒ_ｂ３が、ｒｃ３≧ｒｂ３の関係を満たす場合は、上記間隙Ｇ_１はＧ_１≦０となってもよい。

本発明の好ましい実施形態では、上記環状部材１１６ｂ，１１６ｃは、撹拌槽本体の内壁から撹拌槽の中心軸方向に向かって突出する係止部によって係止される。

例えば、図１に示す本発明の多段式蒸発装置１００に記載されるような撹拌槽１０８が採用される場合、撹拌槽１０８は、図４の断面図にて示すように、撹拌槽本体１１０の内部が互いに連通した複数の円筒部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃの組み合わせから構成されている。さらに、複数の円筒部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃは、撹拌槽本体１１０の上方から下方にかけて段階的に縮径した内径を有する。図４に示す撹拌槽本体１１０は、円筒部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃを一体的に組み合わせたもの、あるいは円筒部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃのそれぞれを分解可能に組み合わせたもののいずれであってもよい。

ここで、図４に示す撹拌槽本体１１０では、円筒部１１０ａと円筒部１１０ｂとの間、ならびに円筒部１１０ｂと円筒部１１０ｃとの間に、円筒部１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃの各内径の相違により生じた段差１２８ａ，１２８ｂが設けられている。段差１２８ａ，１２８ｂは、円筒部１１０ｂ，１１０ｃのそれぞれの下端において、撹拌槽本体１１０の内壁１１１から撹拌槽本体１１０の中心軸方向に向かって突出している。そして、これらの段差１２８ａ，１２８ｂが係止部となって、図２に示すような環状部材１１６ｂ，１１６ｃにおける環状底面部１１８ｂ，１１８ｃ（例えば、環状底面部１１８ｂ，１１８ｃの外縁）をそれぞれ係止することができる。一方、このように係止によって、環状部材１１６ｂ，１１６ｃは撹拌槽本体１１０の上端開口部（すなわち、撹拌槽１０８の上方）から容易に取り外すことができる。

再び図１を参照すると、多段式蒸発装置１００における撹拌槽本体１１０の一部である蓋体１０９は、撹拌槽本体１１０の上端開口部を覆うことができ、かつ撹拌槽本体１１０から取り外すこともできる。蓋体１０９は、例えば、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。さらに、蓋体１０９の内側には、耐薬品性を高めるために、テフロン（登録商標）や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。

図１において、揮発成分出口１１３は、蓋体１０９の一部において撹拌槽１０８の軸方向に対して略直角となる方向に設けられているが、本発明はこれに限定されない。例えば、揮発成分出口はモーター１４０の配置を妨げない限りにおいて、蓋体１０９の上部に設けられていてもよい。あるいは、揮発性成分出口は、後述する散液部の機能に影響を及ぼさない限りにおいて、撹拌槽本体１１０の上方（例えば、撹拌槽本体１１０と蓋体１０９との連結部分近傍の撹拌槽本体１１０側）に設けられていてもよい。

ジャケット１１２は、撹拌槽本体１１０の外周に設けられており、撹拌槽本体１１０の内壁１１１を加熱することができる。ジャケット１１２は、例えば、内壁１１１の全面を加熱可能とするために、撹拌槽本体１１０の外側の側面全体を連続的または断続的に覆うように配置されていてもよい。あるいは、ジャケット１１２は、撹拌槽本体１１０の外側底面と外側の側面全体とを覆うように配置されていてもよい。ジャケット１１２の種類およびその形状は、内壁１１１の表面上に付与した原料液を蒸発可能な温度にまで加熱し得るものである限り、特に限定されない。このようなジャケット１１２には、当業者に公知の加熱手段（例えば、内部に蒸気や熱媒を導入することができる加熱媒体、ケーブルヒーター、ならびにそれらの組み合わせ）を採用することができる。

図１において、散液部１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃは、回転軸１２１を共通して含むように構成されている。そして、散液部１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃはまた、撹拌槽本体１１０内で回転軸１２１に対して上下方向に並んで配置されている。

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、撹拌槽本体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、使用する撹拌槽本体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の上部は、蓋体１０９上に配置されたモーター１４０などの回転手段と接続されている。回転軸１２１の下部は、撹拌槽本体１１０の底部に接していてもよく、または接していなくてもよい。例えば、図１に示すように、回転軸１２１の下部が撹拌槽本体１１０の底部から一定の間隔をあけた位置に配置されていてもよい。

より詳細に説明すると、図１に示す散液部１２０ａは、撹拌槽本体１１０内を軸方向に延びる回転軸１２１と、水平方向に延びかつ当該回転軸１２１に取り付けられている、取付具１２２ａと、当該取付具１２２ａの両端に取り付けられておりかつ回転軸１２１に対して所定の角度で傾斜する、２つの樋状部材１２３ａとを備える。図１に示す散液部１２０ｂは、上記回転軸１２１と、水平方向に延びかつ当該回転軸１２１に取り付けられている、取付具１２２ｂと、当該取付具１２２ｂの両端に取り付けられておりかつ回転軸１２１に対して所定の角度で傾斜する、２つの樋状部材１２３ｂとを備える。図１に示す散液部１２０ｃは、上記回転軸１２１と、水平方向に延びかつ当該回転軸１２１に取り付けられている、取付具１２２ｃと、当該取付具１２２ｃの両端に取り付けられておりかつ回転軸１２１に対して所定の角度で傾斜する、２つの樋状部材１２３ｃとを備える。

図５は、図１に示す本発明の多段式蒸発装置を構成する散液部１２０ａの部分拡大図である。

図５に示すように、散液部１２０ａは、回転軸１２１の回転により、図１に示す下段貯留部１１５に収容された原料液を、樋状部材１２３ａの長さ方向に沿って設けられた流路１２６ａを通じて撹拌槽本体１１０の下方から上方に向かって流動させ、樋状部材１２３ａの上端から撹拌槽本体の内壁に向かって散布することができる。

樋状部材１２３ａは、取付具１２２ａに対して所定の角度（取付傾斜角ともいう）θ_１で当該樋状部材１２３ａの下端が回転軸１２１側に近づくように傾斜して取付けられている。取付傾斜角θ_１は、例えば、４０°～８９．５°である。取付傾斜角θ_１が４０°を下回ると、樋状部材１２３ａの回転半径が大きくなるために、撹拌層本体が無用に大型化するおそれがある。取付傾斜角θ_１が８９．５°を上回ると、原料液を樋状部材１２３ａの流路１２６ａの下方から上方に流動させるための充分な遠心力を獲得するために、樋状部材１２３ａをより高速で回転させることが必要となるおそれがある。

本発明において、樋状部材１２３ａの流路１２６ａ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、あるいは、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、その間の中間部分が筒状（例えば、円筒状、角筒状）に加工されたものであってもよい。

樋状部材１２３ａの大きさは、特に限定されないが、例えば、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。下端から上端までの長さは、例えば４０ｍｍ～８，０００ｍｍである。樋状部材１２３ａ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のいずれかでなる材料から構成されている。

なお、上記では、図５に示す樋状部材１２３ａについて説明したが、例えば図１に示す樋状部材１２３ｂ，１２３ｃもまた同様にして設計されている。

本発明の蒸発装置において、１つの散液部に対して、例えば、複数の（すなわち、２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つの樋状部材が取り付けられている。本発明において、１つの散液部を構成するこれらの樋状部材は、回転軸の周りにそれぞれ略均等な角度となるように所定の間隔をおいて装着されていることが好ましい。

再び図１を参照すると、本発明の多段式蒸発装置１００において、撹拌槽本体１１０内の散液部１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃが、下段貯留部１１５および上段貯留部１１７ｂ，１１７ｃに収容される液体（原料液）を汲み上げるために設定される好適な回転軸１２１の回転数（すなわち、散液部１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃの回転数）は、使用する液体の粘性、撹拌槽本体１１０の大きさ、撹拌槽本体１１０内の液体の残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～５００ｒｐｍである。

また、本発明の多段式蒸発装置１００には、蓋体１０９の一部に、原料液供給口１３１を備えた供給パイプ１３０が配置されている。さらに、図１に示すように、蓋体１０９の下方には、原料液供給口１３１から吐出された原料液を一時的に貯留し、かつ所定量を超えた際にオーバーフロー可能な補助トレイ１３２が設けられている。

さらに、本発明の多段式蒸発装置１００には、散液部１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃのそれぞれの真上（より詳細には、散液部１２０ａと環状部材１１６ｂとの間、散液部１２０ｂと環状部材１１６ｃとの間、および散液部１２０ｃと補助トレイ１３２との間）に、上方に段差を有する散液円盤１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃが設けられていてもよい。散液円盤１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃは、例えば、回転軸１２１に直接取り付けられており、回転軸１２１の回転に伴って一緒に回転することができる。

図６は、図１に示す本発明の多段式蒸発装置を構成する散液円盤１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃの斜視図である。

散液円盤１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃは、それぞれ円盤本体１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ上に段差（厚み）Ｓ_ａ，Ｓ_ｂ，Ｓ_ｃを有する隆起部１５４ａ，１５４ｂ，１５４ｃが設けられており、そして中央部分に開口部１５６ａ，１５６ｂ，１５６ｃが穿設されている。

円盤本体１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃは、略平坦な面を有する円盤の形態を有し、図１に示す撹拌槽本体１１０内の散液円盤１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃの配置順序（図１の下方から上方）にしたがって、直径Ｋ_３ａ，Ｋ_３ｂ，Ｋ_３ｃがこの順番に大きくなる（すなわち、直径Ｋ_３ａ＞Ｋ_３ｂ＞Ｋ_３ｃ）ように設計されている。さらに、本発明においては、円盤本体１５２ａの直径Ｋ_３ａは、例えば図１に示す環状部材１１６ｂの開口部分の直径（内径）よりも大きく、円盤本体１５２ｂの直径Ｋ_３ｂは、例えば図１に示す環状部材１１６ｃの開口部分の直径（内径）よりも大きく、そして円盤本体１５２ｃの直径Ｋ_３ｃは、例えば図１に示す補助トレイ１３２の開口部分の直径（内径）よりも大きくなるように設計されている。

図６の（ａ）～（ｃ）に示す散液円盤１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃにおいて、隆起部１５４ａ，１５４ｂ，１５４ｃはそれぞれ円盤上の形態を有し、図１に示す撹拌槽本体１１０内の散液円盤１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃの配置順序（図１の下方から上方）にしたがって、直径Ｋ_２ａ，Ｋ_２ｂ，Ｋ_２ｃがこの順番に大きくなる（すなわち、直径Ｋ_２ａ＞Ｋ_２ｂ＞Ｋ_２ｃ）ように設計されている。さらに、本発明においては、隆起部１５４ａの直径Ｋ_２ａは、例えば図１に示す環状部材１１６ｂの開口部分の直径（内径）と同じまたはそれ未満の大きさを有し、隆起部１５４ｂの直径Ｋ_２ｂは、例えば図１に示す環状部材１１６ｃの開口部分の直径（内径）と同じまたはそれ未満の大きさを有し、そして隆起部１５４ｃの直径Ｋ_２ｃは、例えば図１に示す補助トレイ１３２の開口部分の直径（内径）と同じまたはそれ未満の大きさを有するように設計されている。これに対し、隆起部１５４ａ，１５４ｂ，１５４ｃの厚み（段差）Ｓ_ａ，Ｓ_ｂ，Ｓ_ｃは特に限定されず、当業者によって任意の長さが選択され得る。

さらに、図６の（ａ）～（ｃ）に示す散液円盤１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃにおいて、開口部１５６ａ，１５６ｂ，１５６ｃの開口径Ｋ_１ａ，Ｋ_１ｂ，Ｋ_１ｃは、図１に示す回転軸１２１の軸径に一致するように互いに同一（Ｋ_１ａ＝Ｋ_１ｂ＝Ｋ_１ｃ）に設計されている。

図１に示す本発明の多段式蒸発装置１００は、以下のようにして原料液から揮発成分を蒸発することができる。

まず、撹拌槽１０８の外部に取り付けられた原料タンク（図示せず）から供給された原料液が、供給パイプ１３０を通じて原料液供給口１３１から吐出され、補助トレイ１３２内に貯留される。そして、補助トレイ１３２に貯留された原料液がオーバーフローすると、オーバーフローした原料液は、一旦散液円盤１５０ｃに接触し、散液円盤１５０ｃの回転によって撹拌槽本体１１０の内壁１１１方向に散布される。これにより、当該原料液は、上段貯留部１１７ｃよりも下方に位置する貯留部（例えば、上段貯留部１１７ｂおよび／または下段貯留部１１５）に直接的に移動することなく、上段貯留部１１７ｃ内に一層確実に貯留される。このとき、オーバーフローした原料液は、補助トレイ１３２からそのまま落下して上段貯留部１１７ｃに貯留されるか、あるいは補助トレイ１３２の下面から内壁１１１を伝って上段貯留部１１７ｃに貯留される。後者の場合では、オーバーフローした原料液に含まれる揮発成分の少なくとも一部が、上段貯留部１１７ｃに貯留されるまでの間にジャケット１１２から内壁１１１に付与された熱によって蒸発する。

上段貯留部１１７ｃに貯留された原料液は、モーター１４０および回転軸１２１の回転に伴って回転する散液部１２０ｃ内の樋状部材１２３ｃの下端から汲み上げられ、そして回転軸１２１の回転に伴う遠心力を利用して流路１２６ｃを下方から上方に移動する。そして、原料液は、樋状部材１２３ｃの上端から内壁１１１に向かって散布され、原料液に含まれる揮発成分の少なくとも一部がジャケット１１２から内壁１１１に付与された熱によって蒸発し、残部はそのまま流下して再び上段貯留部１１７ｃに貯留される。これにより、原料液が、上段貯留部１１７ｃ内、散液部１２０ｃ内および内壁１１１上をこの順で繰り返し移動し、徐々に原料液に含まれる蒸発成分が蒸発する。

一方で、上段貯留部１１７ｃに貯留される原料液が増加して、環状部材１１６ｃに設けられた筒状隔壁部１１９ｃをオーバーフローすると、オーバーフローした原料液は、一旦散液円盤１５０ｂに接触し、散液円盤１５０ｂの回転によって撹拌槽本体１１０の内壁１１１方向に散布される。これにより、当該原料液は、上段貯留部１１７ｂよりも下方に位置する下段貯留部１１５に直接的に移動することなく、上段貯留部１１７ｂ内に一層確実に貯留される。あるいは、オーバーフローした原料液は、上段貯留部１１７ｃの下面から内壁１１１を伝って上段貯留部１１７ｂに貯留される。後者の場合では、オーバーフローした原料液に含まれる揮発成分の少なくとも一部が、上段貯留部１１７ｂに貯留されるまでの間にジャケット１１２から内壁１１１に付与された熱によって蒸発する。

上段貯留部１１７ｂに貯留された原料液は、モーター１４０および回転軸１２１の回転に伴って回転する散液部１２０ｂ内の樋状部材１２３ｂの下端から汲み上げられ、そして回転軸１２１の回転に伴う遠心力を利用して流路１２６ｂを下方から上方に移動する。そして、原料液は、樋状部材１２３ｂの上端から内壁１１１に向かって散布され、原料液に含まれる揮発成分の少なくとも一部がジャケット１１２から内壁１１１に付与された熱によって蒸発し、残部はそのまま流下して再び上段貯留部１１７ｂに貯留される。これにより、原料液は上段貯留部１１７ｂ内、散液部１２０ｃ内および内壁１１１上をこの順で繰り返し移動し、徐々に原料液に含まれる蒸発成分が蒸発する。

さらに、上段貯留部１１７ｂに貯留される原料液が増加して、環状部材１１６ｂに設けられた筒状隔壁部１１９ｂをオーバーフローすると、オーバーフローした原料液は、一旦散液円盤１５０ａに接触し、散液円盤１５０ａの回転によって撹拌槽本体１１０の内壁１１１方向に散布される。あるいは、オーバーフローした原料液は、上段貯留部１１７ｂの下面から内壁１１１を伝って下段貯留部１１５に貯留される。後者の場合では、オーバーフローした原料液に含まれる揮発成分の少なくとも一部が、下段貯留部１１５に貯留されるまでの間にジャケット１１２から内壁１１１に付与された熱によって蒸発する。

下段貯留部１１５に貯留された原料液は、モーター１４０および回転軸１２１の回転に伴って回転する散液部１２０ａ内の樋状部材１２３ａの下端から汲み上げられ、そして回転軸１２１の回転に伴う遠心力を利用して流路１２６ａを下方から上方に移動する。そして、原料液は、樋状部材１２３ａの上端から内壁１１１に向かって散布され、原料液に含まれる揮発成分の少なくとも一部がジャケット１１２から内壁１１１に付与された熱によって蒸発し、残部はそのまま流下して再び下段貯留部１１５に貯留される。これにより、原料液は下段貯留部１１５内、散液部１２０ｃ内および内壁１１１上をこの順で繰り返し移動し、徐々に原料液に含まれる蒸発成分が蒸発する。

本発明の多段式蒸発装置１００では、撹拌槽本体１１０の底部（すなわち、下段貯留部１１５の底部）の中央部分に、撹拌槽本体１１０の内部において高さ方向に延びる隔壁部１２９が設けられていてもよい。下段貯留部１１５に貯留される原料液の液面が隔壁部１２９の上端を越えると、原料液はオーバーフローし、撹拌槽本体１１０の底部に設けられた廃液排出口１３３から図示しない管を通じて外部に排出される。

なお、内壁１１１で蒸発した蒸発成分は、撹拌層本体１１０の上方に移動し、蓋体１０９に設けられた揮発成分出口１１３から排出される。

このように、図１に示す本発明の多段式蒸発装置１００では、下段貯留部１１５および上段貯留部１１７ｂ，１１７ｃのそれぞれに貯留した原料液が、散液部１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃの回転を通じて撹拌層本体１１０の内壁１１１に散布され、蒸発成分の蒸発を効率的に促すことができる。

また、本発明の蒸発装置によれば、運転を停止する場合、撹拌槽内に原料液が収容されている限り、原料液の循環を行うことができ、内壁の温度がある程度低下するまで当該循環を行うことにより、撹拌槽の内壁における焼き付きを回避することができる。この点で、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従来の蒸発装置と比較して、撹拌槽の冷却の際の所望でない原料液の使用量を低減することができる。

さらに、本発明の多段式蒸発装置は、清掃や部品交換のためのメンテナンス作業も容易に行うことができる。

図７は、図１に示す本発明の多段式蒸発装置を分解した一例を説明するための、分解した多段式蒸発装置の断面図である。

図７に示すように、多段式蒸発装置１００の分解は、例えば、蓋体１０９を取り外した後、撹拌槽本体１１０から、回転軸１２１とともに散液部１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ、補助トレイ１３２、環状部材１１６ｂ，１１６ｃ、および散液円盤１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃを一緒に取り出すことができる。

なお、この取り出しにおいて、散液円盤１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃのそれぞれに設けられた段差が補助トレイ１３２および環状部材１１６ｂ，１１６ｃの開口部分に嵌合可能である。このため、より円滑にこれら部品の取り出しを行うことができる。その結果、撹拌槽本体１１０内の清掃もより簡便に行うことができる。また、取り出した回転軸１２１、散液部１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ、補助トレイ１３２、および環状部材１１６ｂ，１１６ｃの清掃や部品交換も簡便に行うことができる。

一方、撹拌槽本体１１０に、回転軸１２１とともに散液部１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ、補助トレイ１３２、環状部材１１６ｂ，１１６ｃ、および散液円盤１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃを取り付ける際、散液円盤１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃのそれぞれに設けられた段差を予め補助トレイ１３２および環状部材１１６ｂ，１１６ｃの開口部分に嵌合させておくことにより、これらの部品は安定し、より円滑に撹拌槽本体１１０に挿入することができる。

図８は、本発明の多段式蒸発装置の他の例を模式的に示す断面図である。なお、図８において、図１と共通する構成には同一の符号が付されている。

図８に示す多段式蒸発装置２００は、撹拌槽１０８’とジャケット１１２と散液部１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃとを備える。また、撹拌槽１０８’は、蓋体１０９と撹拌槽本体１１０’とを備え、撹拌槽本体１１０’は、内壁１１１’の内部が連通した１つの円筒部から構成されている。撹拌槽本体１１０’の内部には、環状部材１１６ｂ，１１６ｃをそれぞれ係止可能な突起部材２０２，２０４が設けられている。

図９は、図８に示す突起部材２０２，２０４の拡大断面図である。

図９の（ａ）は、図８の（ａ）で示される破線で囲まれた部分の拡大断面図である。図９の（ａ）に示すように、上段に設けられた突起部材２０２は、撹拌槽本体の内壁１１１’から突出した、例えばＯリング状の部材である。あるいは、Ｏリング状の形態に代えて、複数の突起物が内壁１１１’の内周に不連続に設けられ、突起部材２０２を構成していてもよい。そして、突起部材２０２の上に、環状部材１１６ｃが配置される。貯留する原料液の漏液を防ぐために、環状部材１１６ｃの端部は撹拌槽本体の内壁１１１’と略接触していることが好ましい。

これに対し、図９の（ｂ）は、図８の（ｂ）で示される破線で囲まれた部分の拡大断面図である。図９の（ｂ）に示すように、下段に設けられた突起部材２０４は、上記突起部材２０２と略同様の形状および／または大きさに設計された第１突起部２０６と、当該第１突起部２０６の下方に接触して設けられた第２突起部２０８とから構成されている。第２突起部２０８は、撹拌槽本体の内壁１１１’から突出した、例えばＯリング状の部材である。ここで、第２突起部２０８は、内壁１１１’の中心方向に向かって第１突起部２０６よりも長く設計されている。そして、第２突起部２０８の上に、環状部材１１６ｂが配置されている。さらに、貯留する原料液の漏液を防ぐために、環状部材１１６ｂの端部は第１突起部２０６の内周と略接触していることが好ましい。なお、図９の（ｂ）では、突起部材２０４は、第１突起部２０６と第２突起部２０８の２つの部材から構成されていることが示されているが、本発明は当該構成にのみ限定されるものではない。第１突起部および第２突起部に相当するものが一体となって設けられていてもよい。

図１０は、図８に示す撹拌槽本体１１０’の端面図である。

撹拌槽本体１１０’内で上段に設けられる突起部材２０２の内径Ｄ_１は、図８に示す散液部１２０ｂ、環状部材１１６ｂ、および散液部１２０ａのすべてを通過し得る大きさに設計されている。また、撹拌槽本体１１０’内で下段に設けられる突起部材２０４を構成する第２突起部２０８の内径Ｄ_２は、図８に示す１２０ａを通過し得る大きさに設計されている。内径Ｄ_１およびＤ_２が当該大きさを満たすように設計されていることにより、図８に示す多段式蒸発装置２００の分解は容易となり、例えば、蓋体１０９を取り外した後、撹拌槽本体１１０’から、回転軸１２１とともに散液部１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ、補助トレイ１３２、および環状部材１１６ｂ，１１６ｃを一緒に取り出すことができる。

図１１は、上記本発明の多段式蒸発装置を備える蒸発システムの一例を模式的に表す図である。

本発明の蒸発システム９００は、原料となる原料液を含む原料タンク９１０と、本発明の多段式蒸発装置１００と真空ポンプ９２０とコンデンサー９３０とを備える。

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、多段式蒸発装置１００に送給される。多段式蒸留装置１００は、例えば、管９０５から供給されるスチーム（ＳＴＭ）により加熱される。多段式蒸発装置１００にて蒸発した揮発成分は、多段式蒸発装置１００の揮発成分出口から管９０７を通ってコンデンサー９３０に供給され、コンデンサー９３０にて冷却後、液化される。一方、多段式蒸発装置１００の下段貯留部の残留物（原料液の濃縮物）は、必要に応じて管９０８から外部に排出される。

本発明の多段式蒸発装置は、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 多段式蒸発装置
１０８，１０８’ 撹拌槽
１０９ 蓋体
１１０，１１０’ 撹拌槽本体
１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ 円筒部
１１１，１１１’ 内壁
１１２ ジャケット
１１３ 揮発成分出口
１１４ 底部
１１５ 下段貯留部
１１６ｂ，１１６ｃ 環状部材
１１７ｂ，１１７ｃ 上段貯留部
１１８ｂ，１１８ｃ 環状底面部
１１９ｂ，１１９ｃ 筒状隔壁部
１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ 散液部
１２１ 回転軸
１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ 取付具
１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃ 樋状部材
１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃ 流路
１２８ａ，１２８ｂ 段差
１２９ 隔壁部
１３０ 供給パイプ
１３１ 原料液供給口
１３２ 補助トレイ
１３３ 廃液排出口
１４０ モーター
１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃ 散液円盤
１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ 円盤本体
１５４ａ，１５４ｂ，１５４ｃ 隆起部
１５６ａ，１５６ｂ，１５６ｃ 開口部
２０２，２０４ 突起部材
２０６ 第１突起部
２０８ 第２突起部
９００ 蒸発システム
９１０ 原料タンク
９２０ 真空ポンプ
９３０ コンデンサー

Claims (4)

1. 蓋体、撹拌槽本体および揮発成分出口を備え、かつ内部に原料液が供給される、撹拌槽と、
   該撹拌槽本体の外周に設けられておりかつ該撹拌槽本体の内壁を加熱する、ジャケットと、
   該撹拌槽本体内で上下方向に並んで配置されておりかつ該撹拌槽本体の該内壁に原料液を流下する、少なくとも２つの散液部とを備える、多段式蒸発装置であって、
   該撹拌槽が、
   該撹拌槽本体の該内壁と該撹拌槽本体の底部とで囲まれておりかつ該流下した原料液を貯留する、下段貯留部と、
   該下段貯留部の上方に設けられた少なくとも１つの上段貯留部であって、該撹拌槽本体の該内壁と環状部材とで囲まれており、かつ該流下した原料液を貯留する、上段貯留部と
   を備え；
   該散液部がそれぞれ、
   １本の回転軸と、
   該回転軸の回転に伴って該下段貯留部に貯留された該原料液を該撹拌槽本体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つの下段樋状部材と、
   該回転軸の回転に伴って該上段貯留部に貯留された該原料液を該撹拌槽本体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つの上段樋状部材と
   から構成されており；
   該環状部材が、環状底面部および該環状底面部の開口端から上方に向かって延びる筒状隔壁部を備え、該撹拌槽から取り外し可能であり、かつ該内壁から突出する係止部に係止されており；そして
   該撹拌槽本体の該内壁が、内部が互いに連通した複数の円筒部の組み合わせから構成されており、そして該複数の円筒部が、該撹拌槽本体の上方から下方にかけて段階的に縮径した内径を有する、装置。
2. 前記撹拌槽本体の前記内壁が、内部が連通した１つの円筒部から構成されている、請求項１に記載の多段式蒸発装置。
3. 前記上段貯留部において、前記原料液が前記環状部材の前記筒状隔壁部を超えてオーバーフロー可能である、請求項１または２に記載の多段式蒸発装置。
4. 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３のいずれかに記載の多段式蒸発装置と、
   該多段式蒸発装置の揮発成分出口から排出される揮発成分を凝縮するコンデンサーと、
   を備える、蒸発システム。

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