JPH03504353A - 冷凍分離方法 - Google Patents

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】 冷凍分離方法 本発明は、溶液の成分を互いに分離可能となすための溶液の冷凍および溶融方法 に関し、特に、比較的低い温度に於ける熱エネルギーによって行われる冷凍およ び溶融方法に関する。

この方法は、特に、全工程（ｖｅｒｙ　　ｐｒｏｃｅｓｓ）に於ける排熱をエネ ルギー源に使用することによって、工程の廃ルに於ける工程で解放された排熱に よるバルブ漂白プラントの廃水の濃縮がある。この方法は、溶液の成分を互いに 分離する必要がある化学工業に於ける他の処理にも適用することができる。

例えば塩水（ｂｒｉ’＆）のような成る溶液を冷凍して生じる結晶は純粋な溶媒 即ち水であり、溶解されている塩は溶液中に残される。この溶液から氷の結晶を 分離し、そしてその氷の結晶を洗浄および溶融することによって、濃縮された溶 液から純粋な溶媒か分離できるのである。

溶液は、固相、液相および気相の全てが互いに平衡状態にある三重点にて蒸発さ せることで凝固させることができる。実際には、例えば水溶液か濃縮されると、 純粋な水の凝固点よりも低い温度に降下する。

換言すれば、蒸気温度は零度以下となり、その蒸気が凝縮して熱伝達面上で氷と なる。このことか従来技術に於ける冷凍方法の弱点の１つであった。成る種の方 法に於いては、圧縮機によって蒸気を圧縮して、凝固点より高い温度となすこと によってこれを回避してきた。この温度に於いてはるかに大きい蒸気の比容積が 、満足に作動する圧縮機の構造に問題を引き起こした。フィンランド国特許第７ ３８１８号は塩水のような希釈溶液に好適な蒸気ジェット噴射器による蒸気の圧 縮を開示している。

塩水はヒートポンプの熱源として使用されており、その凝固点は純粋な水の凝固 点に比べて甚だしく低いというわけではない。

本発明に於いては、冷たい蒸気の凝縮および再蒸発の両方が吸収ヒートポンプに よって行われ、これにより蒸気は吸収液体の中に凝縮されて氷を形成しないよう にされる。この場合、この方法は蒸気温度にそれほど敏感なものでなく、蒸気温 度は零度よりも数度低い温度とされることかできる。

作動温度が低いことから、吸収ヒートポンプの蒸気発生器の加熱のために５０° Ｃを超えないような排熱を使用することか可能となる。吸収ヒートポンプの吸収 器は従って２０°Ｃを超えない冷却水で冷却されることができる。

凝固されるべき液体は、多段階フラッシュ蒸発プラントに於いて凝固点の近くに まで冷却されることができ、氷から溶融した排出液によって冷却される。

環境保護に関して考えるならば、本発明による方法は幾つかの利点を有している 。即ち、希釈溶液に於ける間トポンブですら必要無くなるのである。

本発明は冷凍方法を特徴とする。これに於いて、三重点にて処理された溶液から 生じた氷は濃縮された溶液から分離され、処理工程から排出される。溶液から発 生した蒸気は、吸収媒体の中に凝縮され、これは凝縮蒸気よりも温度の高い冷媒 によって冷却される。蒸気から吸収された液体は高い温度にて再蒸発され、その 蒸気の一部分は溶液から分離された氷を溶融するのに使用される。

他の部分は第２の吸収ポンプの吸収器に於いて吸収される。氷から溶融された純 粋な液体は多段階フラッシュ蒸留工程を冷却するのに使用されるのであり、その 工程では処理されるべき溶液は蒸発によって凝固点の近くまで冷却される。

本発明の実施例を以下に添付図面を参照して例をあげて更に詳細に説明する。添 付図面に於いて、第１図は、本発明の実施例を概略的に示す線図であり；第２図 は、その工程のｐＴｘ曲線によって示すグラフである。

この工程の中心は結晶化装置（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｒ）　１０である。これ に於いては、処理されるべき溶液は圧力および温度に関して三重点にされる。溶 媒の一部は蒸発し、他の部分は同時に凝固する。液体および結晶の混合物２５は 分離器１１へ流される。この分離器に於いて氷の結晶２４はその表面上に浮かび 、純粋な溶媒によって行われる対向流洗浄によって溶融器１２へ運ばれる。

蒸気２２は吸収ヒートポンプの吸収器１４へ向けて流れ、この吸収器に於いて例 えばＮａＯＨやＬｉＢｒの溶液のような吸収媒体の中に凝縮する。この吸収に於 いて解放された熱は熱交換器１６を介して冷媒、即ち冷却水、に伝達される。例 えば吸収媒体が５０％ＮａＯＨであるならば、その温度は一１０″Ｃの温度で蒸 気を吸収する時、約２５°Ｃの温度となる。従って、冷却水は例えば２０°Ｃの 温度にまで加熱されることになる。

希釈された吸収媒体２９はポンプ１８によって圧送され、蒸気発生器１５へ流さ れる。この蒸気発生器は熱交換器１７を介して加熱剤によって加熱される。４０ ℃の温度にて吸収媒体から蒸気が発生する。この蒸気の圧力は＋２°Ｃの温度に 相当する。これは溶融器】２で氷を溶融するために蒸気２３が溶融器に導かれる には十分である。従って、上述した工程は加熱剤の温度が例えば４５°Ｃであれ ば作動するのである。凝縮された吸収媒体３０は吸収器へ戻され、フラッシュ蒸 発によってこの吸収器の作動温度にまで冷却される。

結晶化装置は、例えば落下する液体フィルムの原理で作動する蒸発器であり、こ の蒸発器に対してポンプ１３が液体２６を循環させる。その循環量は処理される べき溶液の量よりもかなり多い。又、その循環液体とともに氷の結晶２５も分離 器１１へ容易に流れる。この循環液体は濃縮され、その濃縮の比率は給送される 液体２７によって決定されかつ濃縮物質３０はその工程から排出される。氷の結 晶はこのようにして互いに対し且つ又壁面に対して付着することを防止される。

処理されるべき液体３２は第１段階の工程、即ち脱気２０、に進入する時点で凝 固点よりもかなり高い温度である。この溶液は第１図で３段階装置として示され た多段階フラッシュ蒸発器１９にて冷却される。各段階に於ける圧力は先行段階 に於ける圧力よりも低く、これにより液体は各段階で次々と蒸発されて低い温度 となる。蒸気は凝縮器２】にて凝縮される。これに於いて、溶融器１２から排出 された純粋液体２８が冷媒として蒸発される液体に対する対向流として流れる。

濃縮された冷たい溶液３０を溶融器１２から流出する液体と一緒にフラッシュ蒸 発器１９の冷媒として使用することができる。凝結する蒸気３１は純粋な液体と してこの工程から排出され、処理すべき溶液２７は凝固点近くに冷却された状態 で結晶化装置の循環部へと流れる。

溶融器１２から排出された溶融された液体は、冷媒として作用するために多段階 フラッシュ蒸留プラント１９へ流されるときにはできるだけ冷たくなるようにし て余分な熱はこの工程から排除されねばならず、この熱は蒸気の流入部２３およ び流出部２２の間のエンタルピーの差である。これは、例えば流入蒸気の一部３ ６を第１の吸収ポンプの吸収器に導き、この吸収ヒートポンプの蒸気発生器３４ にて高い温度で蒸発させ例えばジェット凝縮器３５で更に凝縮させることによっ て行うことかできる。このようにして、凝固点にもともと近い温度とされていた この蒸気は、十分に高い温度として周囲に解放されることができるのである。

第２の吸収ヒートポンプが低温の排熱で作動できるようにするために、実際の第 １段階のヒートポンプで使用されたよりも一層希釈された吸収媒体を使用するの が有利である。これは第２図から明白となる。第２図はこの工程に於けるｐＴＸ 線図を示している。即ち、吸収媒体の蒸気圧、温度および濃度の相互依存度を示 している。

この工程の動作の各点は、工程の異なる工程を示す第１図の流れ図に使用された のと同じ符号でこの組になった線に示されている。

この組になった線から、一層凝縮された（Ｘ２）溶液から発生器Ｉ５にて解放さ れて溶融器１２へ全体的に流れる蒸気２３は、第１段階の吸収器１４の温度とほ ぼ同じである温度Ｔｃにて冷却されることかできるより希釈された（ｘｉ）溶液 のなかに凝縮されうろことが明らかである。第１の吸収ポンプの発生器１５の蒸 気圧は従って第２の吸収ヒートポンプの吸収器３３の蒸気圧とほぼ同じであるが 、第１の吸収ポンプの温度は第２の吸収ヒートポンプの温度より高い。発生器１ ５および３４の何れも同じ温度Ｔｈの加熱剤によって加熱されることかでき、か つ、第２の段階に於ける発生器３４にて発生された蒸気３５は、吸収器が冷却さ れるのとほぼ同じ温度ＴＣにて凝結される。

ＦＩＧ、２ 国際調査報告 １ｍ轡―崗ｌ　”ｎ１ｊｕ１１１″”＝　ＰＣＴ／ＦＩ　８９１００１８５ＴＩ ＴＩ１ｍｌ　−＋１ｗ　ｐ州−一吻幇ｍ　ｒｒｌＮｍｌ　＋ｓ　＋１ｗ　ｊｍｍ 　ｍｌ　ｒｉｖ＋４　＝　＋１ｗ　Ｉ＆ｊ申ｄｋ闇４　vｒｎｍｉ＊＋＋ｓｌ　 ｗｓ＋ｖｂ　ＴＱｗ＋

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．溶液の三重点にて作動する結晶化装置（１０）にて該溶液の溶媒を凍結およ び蒸発することによって、かつ、これにより生じた氷の結晶を溶融器（１２）の 中で分離（１１）することによって、該溶液を濃縮する方法であって、前記結晶 化装置で生じた蒸気（２２）が第１の吸収ヒートポンプの吸収器（１４）にて吸 収媒体に吸収され、この媒体は吸収されるべき蒸気よりも温かい冷媒によって冷 却（１６）されるとともに、より高い温度にて前記第１の吸収ヒートポンプの蒸 気発生器（１５）にて再蒸発され、又、このようにして発生された蒸気の一部は さらに氷の結晶を溶融（１２）して純粋な液体となすのに使用（２３）され、蒸 気（３６）の残りは第２の吸収ヒートポンプの吸収器（３３）に吸収される、こ とを特徴とする溶液を濃縮する方法。 ２．請求項１に記載された方法であって、前記第２の吸収ヒートポンプの吸収器 （３３）の温度が前記第１の吸収ヒートポンプの発生器（１５）の温度よりも低 いことを特徴とする溶液を濃縮する方法。 ３．請求項１又は請求項２のいずれか一項に記載された方法であって、前記第１ の吸収ヒートポンプの吸収媒体の濃度（ｘ２）が前記第２の吸収ポンプの吸収媒 体の濃度（Ｘ１）よりも高いことを特徴とする溶液を濃縮する方法。 ４．請求項１、請求項２又は請求項３の何れか１項に記載された冷却方法であっ て、冷却されるべき溶液（３２）が多段階フラッシュ蒸発器（１９）に於いて段 階的に蒸発されてその溶液に於ける三重点温度に近い温度にまで冷却され、その 凝縮器（２１）では氷の結晶から溶融（１２）された液体および／又は前記結晶 化装置で冷却された濃縮物質である冷却液体が流され（２８）ることを特徴とす る溶液を濃縮する方法。