JPH0312201A

JPH0312201A - 遠心薄膜乾燥機

Info

Publication number: JPH0312201A
Application number: JP14663889A
Authority: JP
Inventors: Satoru Matsumura; 哲松村; Motoi Kato; 基加藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-06-12
Filing date: 1989-06-12
Publication date: 1991-01-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は例えば水処理場の汚泥処理設備において、低コ
ストで汚泥を乾燥できるようにした遠心薄膜乾燥機に関
する。

（従来の技術）下水処理場の一般的な汚泥処理設備は濃縮工程。

脱水工程および廃棄工程の各工程を備えたものが多い。

これは汚泥発生量が少なく、かつ比較的廃棄場所に不自
由のない地方としでは有効であるが、汚泥発生量が多く
、しかも廃棄場所が遠方に限られる大都市下水処理場で
はコスト上および衛生上の様々な問題が発生する。した
がって、近年では上記脱水工程後に乾燥工程および焼却
工程を設け、汚泥を安全無害な焼却灰にした状態で廃棄
処分するものが主流となっている。

第５図は上記乾燥工程における従来の遠心薄膜乾燥機を
示す断面図である。

第５図に示すように遠心薄膜乾燥機１の容器２内には主
軸３が垂設され、この主軸３の周囲に複数のブレード４
が多数段配置されている。主軸３は容器２の上端部に設
置された駆動部５に接続され、したがって、ブレード４
が回転可能に設けられている。主軸３の下端は軸受ユニ
ット６を介して容器２に支持されている。

容器２の長手方向に沿うほぼ上部側面には処理液７を容
器２内へ導く処理液人口８が設けられている。また、主
軸３には処理液人口８とほぼ同一高さに分散環９が取り
付けられ、主軸３の回転に伴う分散環９の回転によって
処理液人口８からの処理液７を容器２の内壁面に分散さ
せる。また、容器２の処理液入ロア上方には蒸気出口１
０が形成されている。

この蒸気出口１０は容器２内で処理液７が乾燥すること
によって発生する乾燥蒸気【ｌを容器外へと排出する。

また、容器２の中間部周囲には処理液７を加熱する加熱
蒸気１２を内包するジャケット１１が設けられている。

さらにジャケット１３上部には加熱蒸気１２をジャケッ
ト１３内へ導く加熱蒸気人口１４が、ジャケット１３の
下部には加熱蒸気１２が凝縮した温水１５を容器２外に
排出する温水出口１６が設けられている。

次に、上記構成の遠心薄膜乾燥機１の作用を説明する。

処理液人口８から容器２内へ供給された処理液７は回転
する分散環に接触するが、遠心力により飛散され、容器
２の内壁面に付着する。付着した処理液７は重力により
流下するうちに、回転するブレード４によって引き伸ば
され薄膜１７となる。

処理液７が薄膜１丁となることで熱伝導効率が増大し、
速やかな乾燥が行なわれる。

この乾燥によって、処理液７は乾燥粉体１８となり、容
器２内壁面に付着する。ブレード４はこの付着した乾燥
粉体１８を内壁面から掻き落す。掻き落とされた乾燥粉
体Ｉ８は重力により容器２外に流下する。

（発明が解決しようとする課題）ところが、従来の遠心薄膜乾燥機では以下に示す課題が
存在する。

第１の課題について第６図を用い説明する。第６図は従
来の薄膜乾燥機の熱収支を示すものである。一般に、水
を蒸気にする際に、水に与える熱量は潜熱と称せられる
が、これは大気圧下において約５４０にｃａｌ／［１で
あり、例えば２０℃の水を１６０℃にするために必要な
熱量、約８ＱＫｃｓｌ／Ｋｇに対して、大きな値となっ
ている。第５図に示す従来型の薄膜乾燥機に供給される
加熱蒸気１２は１８０℃の温度に加えて潜熱を有してい
る。この熱は容器２０１０から排出されるが、この蒸気
には大きな割合で潜熱が含まれている。つまり、従来形
式の遠心薄膜乾燥機１ではこの潜熱をすべて容器２外に
放出するため、その分を含めた極めて多量の入熱量を必
要とし、乾燥工程のランニングコスト増大の主要因とな
っている。

次に第２の課題について説明する。一般に熱量を伝達す
るためには一定の温度差が必要であるが、そのために、
加熱蒸気１２の圧力を約８に１７ｃｍ２に昇圧して、こ
れをジャケット１３の内部に封入している。このことに
より、容器２には外圧が作用するため、それに耐えられ
るだけの充分な強度が必要となり、強度計算に基づく一
定の板厚が必要となる。しかし、遠心薄膜乾燥機の処理
能力を上げるために、熱伝達率を大きくするには板厚は
薄い方が有利である。従って、加熱蒸気の圧力は可能な
限り低（、大気圧力に近くなればよいのであるが、乾燥
機外部のボイラー等から蒸気をパイプ移送する際には流
路圧損だけの最低圧力が必要であり、これは現実的には
不可能である。すなわち、乾燥機の処理能力を上げるた
めに、板厚を薄くすることには一定の限界が存在するた
め、従来形式の遠心薄膜乾燥機の設計上の欠点となって
いる。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり
、発生した蒸気の潜熱を再利用してランニングコストを
低減し、処理能力を増大することができる遠心薄膜乾燥
機を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）第１の発明は容器内に多数段のブレードを有する主軸が
回転可能に配設され、前記容器内へ流入する処理液を前
記容器の内壁面に沿って流下させる間に乾燥させて粉体
とし、この粉体を前記主軸によって回転される前記ブレ
ードが除去して落下させる遠心薄膜乾燥機において、前
記容器内で乾燥によって生じる蒸気を圧縮、再加熱する
ことにより伝熱媒体として、使用するように構成したこ
とを特徴とする。

第２の発明は容器内に多数段のブレードを有する主軸が
回転可能に配設され、前記容器内へ流入する被処理液を
前記容器の内壁面に沿って流下させる間に乾燥させて粉
体とし、この粉体を前記主軸によって回転される前記ブ
レードが除去して落下させる遠心薄膜乾燥機に於て、前
記容器内で蒸発した蒸気をヒートポンプに導き、このヒ
ートポンプで昇温昇圧してサイクロンに導き、このサイ
クロンで分離した気体を前記容器の外側に設けたジャケ
ット内へ流入して前記容器を加熱する配管系を設けると
ともに、前記ジャケットに補助ヒーターを設けてなるこ
とを特徴とする。

（作　用）第１の発明によれば、乾燥工程によって発生した乾燥蒸
気を容器外に放出することなく、伝熱媒体として再使用
するとともに、伝熱面の板厚を薄くすることの耐圧強度
上の限界が存在しないため、ランニングコストを低減し
、かつ、処理量を増大することができる。

第２の発明によれば容器内で得られた蒸発蒸気をヒート
ポンプで加圧昇温させ、また補助ヒータでヒートポンプ
の出口における加熱用蒸気の不足熱量を補う。ヒートポ
ンプおよび補助ヒーターの加熱源として容器内で発生す
る蒸気の熱量を再利用する。

（実施例）第１図から第３図を参照しながら、本発明に係る遠心薄
膜乾燥機の第１の発明の詳細な説明する。

第１図は遠心薄膜乾燥機の一実施例を一部を破断して示
す斜視図、第２図は第１図における縦断面図で、第３図
は第１図における乾燥機の熱量収支を説明するための模
式図である。

第１図および第２図に示すように乾燥機２１の容器２に
は主軸３が垂設され、この主軸３の周囲に複数のブレー
ド４が多数段配置される。主軸３は容器２の上端部に設
置された駆動部５に接続され、従って、ブレード４が回
転可能に設けられる。主軸３の下端には軸受ユニット６
を介して容器２に支持される。

容器２の長手方向はぼ上部には処理液７を容器２へ導く
処理液人口８が設けられる。また、主軸３には処理液人
口８とほぼ同一高さと分散環９が取り付けられ、主軸３
の回転に伴う分散環９の回転によって処理液人口８から
の処理液７を容器２の内壁面に分散させる。

分散環９と主軸３の間隙には圧縮ファン２２が一定の角
度毎に多数個取り付けられている。また、容器２の処理
液入ロア上方には、蒸気開口２３が一定の角度毎に多数
個形成される。また、容器２の上下端８部周囲には処理
液７を加熱する熱源となる加熱蒸気１２を内包する短管
状上部ジャケット１３Ｍが設けられる。さらに、上部ジ
ャケット１３ｇには加熱蒸気１２を上部ジャケット１３
ｓ内へ導く加熱蒸気人口１４が、短管状下部ジャケット
１３ｂには加熱蒸気１２が凝縮した温水１５を容器２外
に排出する温水出口１６が設けられている。さらに、上
・下一対のジャケットＨ１、Ｈｂを連結する形に一定角
度毎に、多数本の伝熱管２４が配設され、その伝熱管２
４の両端は管板２５に支持され、管板２５は容器２に固
定されている。また、容器２の中間部周囲には伝熱管２
４群を内包する形に外部胴２６が設けられている。外部
胴２６の上部には外部胴２６内に溜った空気を機外に排
出する空気抜き２７が設けられ、下部には乾燥蒸気１１
が凝縮した凝縮水２８を容器２外に排出する凝縮水出口
２９が設けられている。

次に第１図における遠心薄膜乾燥機の作用について説明
する。

処理液人口８から容器２内へ供給された処理液７は回転
する分散環９に接触するが、遠心力により飛散され、容
器２の内壁面に付着する。付着した処理液７は重力によ
り流下するうちに、回転するブレード４によって引き伸
ばされ薄膜１７となる。

処理液７が薄膜ｔ７となることで熱伝導効率が増大し、
速やかな乾燥が行なわれる。

この乾燥によって、処理液７は乾燥粉体１８となり、容
器２内壁面に付着する。ブレード４はこの付着した乾燥
粉体１８を内壁面から掻き落す。掻き落とされた乾燥粉
体１８は重力により容器２外に流下する。

一方、処理液７が乾燥することによって発生した乾燥蒸
気１１は圧縮ファン２２によって吸い上げられ、昇圧し
、蒸気開口２３を通過し、外部胴２６内へ導かれる。外
部胴２６内には加熱蒸気１２を内包することによって昇
温した伝熱管２４が林立し、これに接触した乾燥蒸気ｌ
ｌは昇温昇圧し、乾き蒸気となり、容器外壁面に接触し
、処理液７に伝熱する。

伝熱して凝縮した乾燥蒸気１１は凝縮水２８になり、容
器２の外壁面を重力により流下し、外部胴２６下部に貯
留した後、凝縮水出口２９から容器２外に排出する。

上記実施例によれば次のような効果を奏する。

まず、第２図に示すように容器外に乾燥蒸気１２を排出
しないようにしたため、潜熱を失うことがないため、本
実施例の乾燥機の熱量収支を示す第３図に示すように入
熱量も大幅に低減し、同時にランニングコストを低減さ
せることができる。

第３図は本発明に係る薄膜乾燥機の熱量収支を示すもの
で薄１１１１［１７の乾燥によって得られた乾燥蒸気１
１は蒸気開口２３を経て外部胴２６内に導かれる。

ここで伝熱管２４によって加熱されて容器２の外側から
処理液７を加熱することになる。ここで乾燥蒸気１１は
外部に放出されることなく再利用されるので蒸気中に大
きな割合で保有されている潜熱は繰り返し再利用される
ので乾燥機に投入する入熱量は従来のものに比較して大
幅に低減することができる。

また、このことにより乾燥蒸気１２を凝縮する外部の機
器が不要となりイニシャルコストの低減および設備スペ
ースが削減できる。

さらに、処理液７への伝熱媒体として乾燥蒸気１２を使
用するようにしたため、容器で外壁面に作用する外圧力
が大幅に低減でき、容器壁の板厚を薄く、または他の熱
伝導性の優れた材質に代替することが可能となるため、
乾燥機自身の総括熱伝達係数が増大し、処理の能力が増
大できる。

本発明の効果を第７図を参照しながら効果を説明する。

第７図は水の蒸気の飽和蒸気温度と蒸気圧の関係を示す
図である。すなわち、伝熱媒体を蒸気とした場合に、従
来の圧力８１１７ｃｍ２で使用した場合と、本発明の０
５に１／ｃｍ２で使用した場合とを比較すると、一般に
、強度上必要な板厚は作用する圧力と比例する為容器の
板厚はＬＬ＝１で充分である。

　　　１６一方、第７図に示される通りｇＫ１／ｃｍ’の時の飽和
蒸気温度は１７５℃、また０、　５ＫＨ／　ｃｔｓ’の
時の飽和蒸気温度は１１０℃であり、また容器２の内側
の圧力および飽和蒸気温度はそれぞれ１１［ｇ／ｃｍ２
および１０１１℃であるので容器２の内外の温度差は８
Ｋｓ／ｃｍ”の場合で７５℃、０．５１［（／　ｃｍ２
の場合でとなる。

一方、板の両面の伝熱量ΔＱは次式で与えられる。

△Ｑ＝ｋＡへ工 △ｔここで、△Ｑは伝熱量、ｋは熱伝導率、Ａは伝熱面積、
ΔＴは温度差、△ｔは板厚である。

この式かられかるように伝熱量ΔＱは温度差ΔＴに比例
し、板厚Δ１に反比例する。

従って、０．５に１／　ｃｍ２で１１０℃の蒸気の伝熱
量をΔＱ　　１また８に１／ｃｍ’で１７５℃の蒸気の
伝Ｏ１５熱量をΔＱ８とするととなり、本発明の伝熱量は従来のものの約２倍となる。

このとき、容器の材質が変わらないものとすれば同じ伝
熱面積で約２倍の伝熱量が得られることになり、乾燥機
の処理能力も約２倍となる。

また、本実施例では熱源として蒸気を用いたが、例えば
乾燥粉体を焼却した際に発生する高温排ガス等を熱源と
してもよい。

次に第４図を参照しながら本発明の第２の実施例を説明
する。

第４図における遠心薄膜乾燥機３０の内部構造は第６図
に示したものとほぼ同様であるので、その同一部分には
同一符号を付して重複する部分の説明を省略する。

第５図において、容器２の上部に設けられた蒸気出口Ｉ
Ｏに蒸気出口配管３１を接続し、この蒸気出口配管３１
の出口側にヒートポンプ３２を接続する。

このヒートポンプ３２の出口側サイクロン３３に接続し
、このサイクロン３３の気体放出戻り配管３４の出口側
を加熱蒸気人口１４に接続する。

またサイクロン３３の固体排出配管３５を温水出口１６
の液体排出配管３６に接続する。この排出配管３６には
排出ポンプ３７が接続されている。ジャケット１３の下
部には加熱液体流路配管３８．３９を介して補助ヒータ
ー４０が設けられており、この補助ヒーター４Ｇには給
水管４１が接続されている。処理液人口８には給水ポン
プ４２を有する被処理液供給配管４３が接続されている
。ジャケット１３の上部には抽気ポンプ４４を有する抽
気配管４５が接続されている。

容器２の底部には乾燥物を排出するための排出配管４６
が接続され、この排出配管４Ｇには第１弁４７および第
２弁４８が設けられている。

しかして、上記構成の遠心薄膜乾燥機３０においては、
容器２内で加熱して得られた蒸発蒸気を蒸気出口ＩＯか
ら出口配管３１を通してヒートポンプ３２へ導入する。

前記蒸気をこのヒートポンプ３２で昇圧昇温してサイク
ロン３３へ給送し、このサイクロン３３で固形分を除去
した加熱気体を戻り配管３４を通してジャケット１３内
へ戻す。ジャケット１３内では被処理液を加熱蒸発し凝
縮して温水１５となり、温水出口１６から排出配管３６
を通し排出ポンプ３７によって流出する。

遠心薄膜乾燥機３０の始動時には補助ヒーター４０によ
る加熱で水を蒸発させ、容器２内に被処理液を流入して
容器２内でその被処理液を蒸発させ、その蒸気をヒート
ポンプ３２に導き昇圧加熱されてサイクロン３３を経て
ジャケット１３内に入り凝縮して液体として外部へ排出
される。容器２内の蒸発温度とジャケット１３内の単位
容量当りの潜熱は高温度になるほど低下するために定格
の定常運転を連続運転とするためには加熱蒸気の熱量が
若干不足するために始動用兼補助ヒーター３４を使用し
て凝縮水を再加熱して運転を連続させることができる。

この第２の実施例によれば容器２内で得られた蒸発蒸気
をヒートポンプ３２で約２０〜３０℃上昇させることが
できるが、その場合、蒸発潜熱は単位容量当りに減少す
るため補助ヒータ３４によってヒートポンプ３２の出口
における加熱用蒸気の不足熱量を補充し、容器２内の加
熱源として発生する蒸発蒸気の熱量を再利用して蒸気の
凝縮を行うことができる。

［発明の効果］第１の発明によれば容器内で、乾燥によって生じる蒸気
を圧縮再加熱して伝熱媒体として使用するようにしたこ
とにある。したがって、容器外に乾燥蒸気を排出しない
ので、潜熱を失うことがなく、シかも入熱量を大幅に低
減できるため、ランニングコストか低減できる。また、
このことにより、乾燥蒸気を凝縮する外部の機器が不要
となりイニシャルコストの低減および設備スペースが削
減できる。さらに、容器壁の板厚に関する強度上の限界
がなくなったため板厚を薄くしたり、または他の熱伝導
性の優れた材質に代替することが可能となるため乾燥機
自身の総括熱伝達係数が増大して処理能力を増大するこ
とができる。

第２の発明によれば遠心薄膜乾燥機の加熱源の容量を少
なくでき、もって省エネルギーの濃縮・乾燥処理ができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る遠心薄膜乾燥機の第１の実施例を
一部破断して示す斜視図、第２図は第１における縦断面
図、第３図は第１図における乾燥機の熱量収支を説明す
るための模式図、第４図は本発明に係る遠心薄膜乾燥機
の第２の実施例を一部配管系統的に示す構成図、第５図
は従来の遠心薄膜乾燥機を一部側面で示す縦断面図、第
６図は第５図における乾燥機の熱量収支を説明するため
の模式図、第７図は一般の熱伝導についての考え方を説
明するための特性図である。１・・・遠心薄膜乾燥機（従来）２・・・容器３・・・主軸４・・・ブレード５・・・駆動部６・・・軸受ユニット７・・・処理液８・・・処理液入口９・・・分散環０・・・蒸気出口ｌ・・・乾燥蒸気２・・・加熱蒸気３・・・ジャケット４・・・加熱蒸気入口５・・・温水６・・・温水出口ア・・・薄膜８・・・乾燥粉体２１・・・遠心薄膜乾燥機（第１の発明）２２・・・圧
縮ファン２３・・・蒸気開口２４・・・伝熱管２５・・・管板２６・・・外部胴２７・・・空気抜き２８・・・凝縮水２９・・・凝縮水出口３０・・・遠心薄膜乾燥機（第２の発明）３１・・・出
口配管３２・・・ヒートポンプ３３・・・サイクロン３４・・・気体放出戻り配管３５・・・固体排出配管３６・・・液体排出配管３７・・・排出ポンプ３８・・・加熱液体流路配管３９・・・加熱液体流路配管４Ｇ・・・補助ヒータ４１・・・給水管４２・・・給水ポンプ４３・・・被処理液供給配管４４・・・抽気ポンプ４５・・・抽気配管４６・・・排出配管４７・・・第１弁４８・・・第２弁（８７３３）代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほか　
１名）箒３閏 ↓ 箒闇第図第面

Claims

【特許請求の範囲】

（１）容器内に多数段のブレードを有する主軸が回転可
能に配設され、前記容器内へ流入する被処理液を前記容
器の内壁面に沿って流下させる間に乾燥させて粉体とし
、この粉体を前記主軸によって回転される前記ブレード
が除去して落下させる遠心薄膜乾燥機に於て、前記容器
内で乾燥によって生じる蒸気を圧縮、再加熱することに
よって伝熱媒体として使用するように構成したことを特
徴とする遠心薄膜乾燥機。
（２）前記容器を包囲する形に複数の伝熱管によって形
成される熱交換器が配設され、かつ前記主軸には圧縮フ
ァンが取り付けられ、この圧縮ファンによって粉体の落
下方向と逆方向に気流を形成することを特徴とする請求
項１記載の遠心薄膜乾燥機。
（３）容器内に多数段のブレードを有する主軸が回転可
能に配設され、前記容器内へ流入する被処理液を前記容
器の内壁面に沿って流下させる間に乾燥させて粉体とし
、この粉体を前記主軸によって回転される前記ブレード
が除去して落下させる遠心薄膜乾燥機に於て、前記容器
内で蒸発した蒸気をヒートポンプに導き、このヒートポ
ンプで昇温昇圧してサイクロンに導き、このサイクロン
で分離した気体を前記容器の外側に設けたジャケット内
へ流入して前記容器を加熱する配管系を設けるとともに
、前記ジャケットに補助ヒーターを設けてなることを特
徴とする遠心薄膜乾燥機。