JPH0775642B2 - 水溶性有機物を含む水溶液の蒸発濃縮方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エチレングリコール又
はジエチレングリコールのように沸点が水よりも高い水
溶性有機物を含む水溶液を、当該水溶液中の水を蒸発す
ることによって濃縮するようにした蒸発濃縮方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、エチレングリコールは、融雪剤
として使用され、また、ジエチレングリコールは、イン
ク顔料の製造に際して副原料として使用され、これら
は、いずれも水を含んだ状態で返還され。その水分を除
くことにより、濃度を高くした状態で前記の用途等に再
使用されるものである。

【０００３】ところで、前記エチレングリコール水溶液
の濃度を、当該水溶液から水分を除去することによって
高くするには、蒸留塔を使用するのが一般的であるが、
この蒸留塔は、熱効率がきわめて低いので、エチレング
リコール水溶液の濃度を高くすることに要するランニン
グコストが大幅にアップすることになる。そこで、最近
では、前記エチレングリコール水溶液の濃度を高くする
ことに、熱効率が、前記蒸留塔よりも遙かに高い多重効
用型の蒸発濃縮装置を使用することが行なわれている。

【０００４】そして、この多重効用型蒸発濃縮装置は、
例えば、丸善株式会社発行、化学工学協会編、「化学工
学便覧」改訂四版の４２９頁における図４．４５に記載
され、且つ、図４に示すように、ボイラーからの蒸気を
熱源とする加熱器１ａを備えた第１段蒸発缶１と、該第
１段蒸発缶１で発生した蒸気を熱原とする加熱器２ａを
備えた第２段蒸発缶２と、該第２段蒸発缶２で発生した
蒸気に対する真空ポンプ３ａ付き凝縮器３とから成り、
希薄な（濃度の低い）被濃縮液を、管路４にて前記第１
段蒸発缶１に供給し、この第１段蒸発缶１で蒸発濃縮し
た濃縮液を管路５を介して前記第２段蒸発缶２に移送
し、そして、この第２段蒸発缶２で蒸発濃縮したあとの
濃縮液を管路６を介して取り出す一方（この場合、被濃
縮液を、前記第２段蒸発缶２に供給し、この第２段蒸発
缶２から第１段蒸発缶１に移送し、この第１段蒸発缶１
から濃縮液を取り出すようにしても良い）、前記第２段
蒸発缶２で発生した蒸気を、前記凝縮器３にて凝縮した
のち管路７から排出するように構成したものである。

【０００５】なお、符号８，９は、各蒸発缶１，２の加
熱器１ａ，２ａにおける凝縮水を前記凝縮器３に移送す
るための管路である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この多重効用
型蒸発濃縮装置によって、前記エチレングリコール水溶
液を蒸発濃縮した場合には、以下において述べるような
問題がある。すなわち、エチレングリコールと水との水
溶液の気液平衡関係は、横軸をエチレングリコールの濃
度とする一方、縦軸を平衡温度とすると、図５に示すよ
うに、液相の組成Ｘと、気相の組成Ｙとを呈するもので
ある。

【０００７】そこで、前記多重効用型蒸発濃縮装置にお
いて、エチレングリコール水溶液を、例えばエチレング
リコール濃度で５０ｗｔ％まで蒸発濃縮するものとする
と、最終の蒸発濃縮を行う最終段蒸発缶におけるエチレ
ングリコール濃度は５０ｗｔ％であって、この最終段蒸
発缶において発生する蒸気には、前記図５のエチレング
リコール水溶液の気液平衡線において実線ａ，ａ′，
ａ″で示すように、約２ｗｔ％のエチレングリコールを
含むことにより、この蒸気の凝縮水は、前記約２ｗｔ％
のエチレングリコールを含んだ状態で排出されるから、
エチレングリコールの消失を招来することになる。

【０００８】しかも、前記凝縮水におけるエチレングリ
コールの濃度は、前記最終段蒸発缶におけるエチレング
リコール濃度を、例えば、７０ｗｔ％にすると、前記図
５のエチレングリコール水溶液の気液平衡線において１
点鎖線ｂ，ｂ′，ｂ″で示すように、約４ｗｔ％になる
と言うように、エチレングリコール水溶液の濃縮度をア
ップすることに応じて増大することにより、凝縮水と一
緒に消失するエチレングリコール量を少なくするために
は、最終段蒸発缶におけるエチレングリコール濃度を低
く、換言すると、エチレングリコール水溶液の濃縮度を
低くしなければならないから、エチレングリコールの消
失量を少なくした状態のもとで、エチレングリコール水
溶液の濃縮度を高くすることができないと言う問題があ
った。

【０００９】本発明は、エチレングリコール又はジエチ
レングリコール等のように沸点が水よりも高い水溶性有
機物を含む水溶液を、蒸発濃縮する場合において、高い
熱効率を維持した状態で、前記の問題を解消するように
した方法を提供することを技術的課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この技術的課題を達成す
るため本発明における「請求項１」は、「沸点が水より
も高い水溶性有機物を含む水溶液を、加熱器を備えた低
濃度側蒸発缶内に供給して蒸発し、次いで、高濃度側蒸
発缶内に供給して蒸発したのちこの高濃度側蒸発缶内か
ら取り出すようにし、前記低濃度側蒸発缶内において水
溶液から蒸発した蒸気の一部を圧縮して前記低濃度側蒸
発缶における加熱器に当該加熱器の熱源として導き、残
余の蒸気を凝縮器に導く一方、前記高濃度側蒸発缶内に
おいて水溶液から蒸発した蒸気を、前記低濃度側蒸発缶
内に導くようにした。」ことを特徴とするものである。

【００１１】また、本発明における「請求項２」は、
「沸点が水よりも高い水溶性有機物を含む水溶液を、加
熱器を備えた低濃度側蒸発缶内に供給して蒸発し、次い
で、高濃度側蒸発缶内に供給して蒸発したのちこの高濃
度側蒸発缶内から取り出すようにし、前記低濃度側蒸発
缶内において水溶液から蒸発した蒸気の一部を圧縮して
前記低濃度側蒸発缶における加熱器に当該加熱器の熱源
として導き、残余の蒸気を凝縮器に導く一方、前記高濃
度側蒸発缶内に水溶液から蒸発した蒸気を、前記低濃度
側蒸発缶内に導くようにし、更に、前記低濃度側蒸発缶
からの蒸気を、前記低濃度側蒸発缶の加熱器及び前記凝
縮器に導く前に、プレクーラに導いて、ここで希薄水溶
液に直接接触させる。」ことを特徴とするものである。

【００１２】

【作 用】前記「請求項１」において、低濃度側蒸発
缶内に供給された水溶液は、当該低濃度側蒸発缶におけ
る加熱器にて加熱されることにより、この低濃度側蒸発
缶において適宜濃度まで蒸発濃縮される。この低濃度側
蒸発缶内において蒸発濃縮したあとの水溶液は、高濃度
側蒸発缶内に供給され、ここで、所定の濃縮濃度まで蒸
発濃縮されたのち取り出される。

【００１３】一方、前記高濃度側蒸発缶内において水溶
液から蒸発した蒸気は、前記低濃度側蒸発缶内に導かれ
たのち、当該低濃度側蒸発缶内において水溶液から蒸発
する蒸気と一緒に、その一部が圧縮されて、前記低濃度
側蒸発缶における加熱器に当該加熱器の熱源として導か
れ、残余の蒸気が凝縮器に導かれ、凝縮水になったのち
排出されるのである。

【００１４】この場合において、前記低濃度側蒸発缶内
において水溶液から蒸発した蒸気、及び前記高濃度側蒸
発缶内において水溶液から蒸発したのち前記低濃度側蒸
発缶内に入った蒸気の一部を、圧縮して前記低濃度側蒸
発缶における加熱器に導いて、前記低濃度側蒸発缶内に
おける水溶液の加熱蒸発に利用するもので、いわゆる自
己蒸気圧縮型であるから、高い熱効率を維持することが
できるのである。

【００１５】一方、前記高濃度側蒸発缶における水溶液
の濃度は、所定の濃縮濃度であることにより、この高濃
度側蒸発缶内において水溶液から蒸発した蒸気には、当
該所定の濃縮濃度に対応した気液平衡状態の値のエチレ
ングリコール等の水溶性有機物を含むものであるが、前
記高濃度側蒸発缶内において水溶液から蒸発した蒸気
は、そのまま凝縮することなく、前記低濃度側蒸発缶内
に導かれて、当該蒸気中の水溶性有機物の一部が低濃度
側蒸発缶内における水溶液に溶けることにより、この低
濃度側蒸発缶内の水溶液における濃度に応じた気液平衡
状態になり、この状態になったのち、前記加熱器及び凝
縮器に導かれて、凝縮することになるから、凝縮水に含
まれる水溶性有機物の濃度を、前記低濃度側蒸発缶内の
水溶液における濃度に応じた気液平衡状態の値まで下げ
ることができるのである。

【００１６】また、前記「請求項２」のように、前記低
濃度側蒸気缶からの蒸気を、前記低濃度側蒸発缶におけ
る加熱器と前記凝縮器とに導く前に、プレクーラ内に導
いて、ここで希薄水溶液に直接接触させるように構成す
ると、前記低濃度側蒸気缶からの蒸気は、当該蒸気中の
水溶性有機物の一部は前記希薄水溶液に溶けることによ
り、前記希薄水溶液における濃度に応じた気液平衡状態
になるから、凝縮水に含まれる水溶性有機物の濃度を、
前記希薄水溶液における濃度に応じた気液平衡状態の値
まで下げることができるのである。

【００１７】

【発明の効果】従って、本発明によると、高い熱効率を
維持した状態で、凝縮水に含まれる水溶性有機物の濃度
を大幅に下げることができるから、水溶性有機物を含む
水溶液を蒸発濃縮する場合における濃縮度を、前記水溶
性有機物の消失量の増大を招来することなく、且つ、高
い熱効率のもとで著しくアップすることができる効果を
有する。

【００１８】また、「請求項２」によると、凝縮水に含
まれる水溶性有機物の濃度を、前記の場合よりも更に下
げることができるから、前記の効果をより助長すること
ができる効果を有する。

【００１９】

【実施例】以下、本発明における実施例を図面について
説明する。図１は、前記「請求項１」に対する実施例を
示し、この図において、符号１０は、密閉型の高濃度側
蒸発缶を示し、この高濃度側蒸発缶１０内には、左右両
端の一対のヘッダー１１ａ，１１ｂと、その両ヘッダー
１１ａ，１１ｂ間を繋ぐ複数本の伝熱管１１ｃとから成
る加熱器１１が設けられている。また、符号１２は、同
じく密閉型の低濃度側蒸発缶を示し、この低濃度側蒸発
缶１２内には、左右両端の一対のヘッダー１３ａ，１３
ｂと、その両ヘッダー１３ａ，１３ｂ間を繋ぐ複数本の
伝熱管１３ｃとから成る加熱器１３が設けられている。

【００２０】更にまた、符号１４は、管路１５より供給
される冷却水によって冷却するようにした凝縮器を示
し、この凝縮器１４には、真空ポンプ１６等の真空発生
装置が接続され、且つ、凝縮水の排出ポンプ１７が接続
されている。前記低濃度側蒸発缶１２内に管路１８より
供給されたエチレングリコール水溶液は、循環ポンプ１
９にてくみ出されたのち、循環管路２０より低濃度側蒸
発缶１２内の上部に設けたノズル２１に送られて、この
ノズル２１から前記加熱器１３における各伝熱管１３ｃ
の外側面に散布する循環を行う一方、前記循環ポンプ１
９にてくみ出されたエチレングリコール水溶液の一部
は、管路２２より前記高濃度側蒸発缶１０内に移送供給
される。

【００２１】この高濃度側蒸発缶１０内に供給されたエ
チレングリコール水溶液は、循環ポンプ２３にてくみ出
したのち、循環管路２４より高濃度側蒸発缶１０内の上
部に設けたノズル２５に送って、このノズル２５から前
記加熱器１１における各伝熱管１１ｃの外側面に散布す
る循環を行う一方、前記循環ポンプ２３にてくみ出され
たエチレングリコール水溶液の一部は、管路２６より排
出される。

【００２２】また、前記高濃度側蒸発缶１０内から蒸気
出口２７を蒸気ダクト２８を介して、前記低濃度側蒸発
缶１２内への蒸気入口２９に接続する一方、前記低濃度
側蒸発缶１２における蒸気出口３０からの蒸気ダクト３
１を、前記凝縮器１４に接続する。前記低濃度側蒸発缶
１２から前記凝縮器１４への蒸気ダクト３１内を流れる
蒸気の一部を、ブロワー圧縮機３２で圧縮したのち、蒸
気ダクト３３を介して前記低濃度側蒸発缶１２の加熱器
１３における一方のヘッダー１３ａに供給すると共に、
ボイラー（図示せず）からの蒸気管路３４より供給の蒸
気にて駆動される蒸気エゼクター３５によって圧縮した
のち、蒸気ダクト３６を介して前記高濃度側蒸発缶１０
の加熱器１１における一方のヘッダー１１ａに供給す
る。

【００２３】また、前記高濃度側蒸発缶１０の加熱器１
１における凝縮水を、その他方のヘッダー１１ｂ内から
管路３７を介して前記低濃度側蒸発缶１２の加熱器１３
における一方のヘッダー１３ａ内に供給したのち、この
低濃度側蒸発缶１２の加熱器１３における凝縮水と一緒
にして、その他方のヘッダー１３ｂから管路３８を介し
て前記凝縮器１４に移送するようにする。

【００２４】この構成において、低濃度側蒸発缶１２内
に管路１８より供給されたエチレングリコール水溶液
は、循環ポンプ１９にて循環を繰り返すことにより、当
該低濃度側蒸発缶１２における加熱器１３にて加熱され
るから、この低濃度側蒸発缶１２において適宜濃度まで
蒸発濃縮される。この低濃度側蒸発缶１２内において蒸
発濃縮したあとのエチレングリコール水溶液は、管路２
２を介して高濃度側蒸発缶１０内に供給され、ここで、
循環ポンプ２３にて循環を繰り返すことにより、当該高
濃度側蒸発缶１０における加熱器１１にて加熱されるか
ら、所定の濃縮濃度まで蒸発濃縮されたのち、管路２６
より取り出される。

【００２５】一方、前記高濃度側蒸発缶１０内において
エチレングリコール水溶液から蒸発した蒸気は、蒸気ダ
クト２８を介して前記低濃度側蒸発缶１２内に導かれた
のち、当該低濃度側蒸発缶１２内においてエチレングリ
コール水溶液から蒸発する蒸気と一緒に、その一部がブ
ロワー圧縮機３２及び蒸気エゼクター３５にて圧縮され
て、前記低濃度側蒸発缶１２における加熱器１３及び前
記高濃度側蒸発缶１０における加熱器１１に、これらに
おける熱源として導かれる一方、残余の蒸気が凝縮器１
４に導かれ、凝縮水になったのち排出ポンプ１７にて排
出されるのである。

【００２６】前記低濃度側蒸発缶１２内においてエチレ
ングリコール水溶液から蒸発した蒸気、及び前記高濃度
側蒸発缶１０内においてエチレングリコール水溶液から
蒸発したのち前記低濃度側蒸発缶１２内に入った蒸気の
一部を、ブロワー圧縮機３２及び蒸気エゼクター３５に
て圧縮し、前記低濃度側蒸発缶１２における加熱器１３
及び前記高濃度側蒸発缶１０における加熱器１１に、こ
れらの熱源として導いて、前記エチレングリコール水溶
液の加熱蒸発に利用することにより、いわゆる自己蒸気
圧縮型であるから、高い熱効率を維持することができる
のである。

【００２７】なお、蒸気エゼクター３５を廃止し、前記
高濃度側蒸発缶１０における加熱器１１に、蒸気管路３
４からの蒸気を供給するように構成しても良い。そし
て、エチレングリコール濃度が１０ｗｔ％のエチレング
リコール水溶液を、５０ｗｔ％まで蒸発濃縮する場合に
おいて、前記低濃度側蒸発缶１２において３０ｗｔ％ま
で蒸発濃縮し、前記高濃度側蒸発缶１０において最終の
５０ｗｔ％まで蒸発濃縮するように設定すると、前記高
濃度側蒸発缶１０におけるエチレングリコール水溶液の
濃度は、所定（最終）の５０ｗｔ％であることにより、
この高濃度側蒸発缶１０内においてエチレングリコール
水溶液から蒸発した蒸気には、前記図５のエチレングリ
コール水溶液の気液平衡線において実線ａ，ａ′，ａ″
で示すように、約２ｗｔ％のエチレングリコールを含む
ことになるが、前記高濃度側蒸発缶１０内においてエチ
レングリコール水溶液から蒸発した蒸気は、そのまま凝
縮することなく、前記低濃度側蒸発缶１２内に導かれ
て、当該蒸気中のエチレングリコールが低濃度側蒸発缶
１２内における３０ｗｔ％濃度のエチレングリコール水
溶液に溶けることにより、この低濃度側蒸発缶１２内の
エチレングリコール水溶液における３０ｗｔ％濃度に応
じた気液平衡状態になる。

【００２８】従って、前記低濃度側蒸発缶１２から排出
される蒸気に含まれるエチレングリコール濃度は、前記
図５のエチレングリコール水溶液の気液平衡線において
二点鎖線ｃ，ｃ′，ｃ″で示すように、きわめて低くな
るから、前記排出ポンプ１７にて排出される凝縮水と一
緒に消失するエチレングリコールの量を大幅に低減でき
るのである。

【００２９】また、図２は、前記「請求項２」に対応す
る実施例を示もので、このものは、前記低濃度側蒸発缶
１２からの蒸気ダクト３１中に、密閉型のプレクーラ３
９を設けて、前記低濃度側蒸発缶１２からの蒸気が、こ
のプレクーラ３９内を通過したのち、前記凝縮器１４及
びブロワー圧縮機３２又は蒸気エゼクター３５に流れる
ように構成し、そして、このプレクーラ３９内に、前記
凝縮器１４に対する冷却水を冷却源とする冷却器４０に
て冷却された水を、管路４１を経てノズル４２から散布
し、この水をポンプ４３にて前記冷却器４０に供給する
循環を行うように構成したものである。この場合、前記
プレクーラ３９内には、複数枚の金網４４等のミスト捕
集用部が設けられている。

【００３０】このように構成すると、前記低濃度側蒸発
缶１２からの蒸気中のエチレングリコールは、その蒸気
圧が水の蒸気圧よりも低いことにより、その殆どが、前
記プレクーラ３９内に散布される循環水に溶けることに
なる。そして、この実施例で、エチレングリコール濃度
が１０ｗｔ％のエチレングリコール水溶液を、９０ｗｔ
％までの蒸発濃縮する場合において、前記低濃度側蒸発
缶１２において４０ｗｔ％まで蒸発濃縮し、前記高濃度
側蒸発缶１０において最終の９０ｗｔ％まで蒸発濃縮す
るように設定すると、前記低濃度側蒸発缶１２からの蒸
気には、前記図５のエチレングリコール水溶液の気液平
衡線において４０ｗｔ％に対応した濃度のエチレングリ
コールを含むことになるが、この蒸気中における殆どの
エチレングリコールが、プレクーラ３９内において、こ
れに供給される水に溶けて、この水におけるエチレング
リコール濃度が１０ｗｔ％になり、従って、このプレク
ーラ３９から出ていく蒸気に含まれるエチレングリコー
ル濃度は、前記図５のエチレングリコール水溶液の気液
平衡線において点線ｄ，ｄ′で示すように、殆ど零にな
るから、前記排出ポンプ１７にて排出される凝縮水の一
緒に消失するエチレングリコールの量を、前記図１の実
施例の場合よりも更に低減できる一方、エチレングリコ
ール水溶液を９０ｗｔ％まで蒸発濃縮することができる
のである。

【００３１】この実施例の場合、前記プレクーラ３９に
おける循環水は、希薄エチレングリコール水溶液になっ
たのち、管路４５より前記低濃度側蒸発缶１２に供給さ
れるのであり、このプレクーラ３９に対する供給水とし
て、前記低濃度側蒸発缶１２に管路１８より供給される
エチレングリコール水溶液を使用し、前記管路１８から
のエチレングリコール水溶液の全部又は一部を、前記プ
レクーラ３９を経て前記低濃度側蒸発缶１２に供給する
ように構成しても良く、また、このプレクーラ３９の循
環水に対する冷却器４０は、図３に示すように、前記プ
レクーラ３９の内部に設けるようにしても良いのであ
る。

【００３２】なお、前記各実施例は、各蒸発缶１０，１
２における加熱器１１，１３を、各蒸発缶１０，１２の
内部に設けて、これら各加熱器１１，１３における伝熱
管１１ｃ，１３ｃの外側に、各蒸発缶１０，１２内のエ
チレングリコール水溶液を散布することによって、当該
エチレングリコール水溶液を加熱する場合を示したが、
本発明は、これに限らず、前記各蒸発缶１０，１２にお
ける加熱器１１，１３を、蒸発缶１０，１２の外部に設
けて、この加熱器１１，１３により各蒸発缶１０，１２
内のエチレングリコール水溶液を加熱するように構成す
る場合にも適用できるのであり、また、本発明は、蒸発
缶を三つ以上にした場合にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における第１実施例を示す図である。

【図２】本発明における第２実施例を示す図である。

【図３】本発明における第３実施例を示す図である。

【図４】多重効用型蒸発濃縮装置を示す図である。

【図５】エチレングリコール水溶液の気液平衡状態を示
す図である。

【符号の説明】

１０ 高濃度側蒸発缶 １２ 低濃度側蒸発缶 １１，１３ 加熱器 １４ 凝縮器 １８ エチレングリコール水溶液の供給用管路 ２０，２４ 循環管路 ２８，３１ 蒸気ダクト ３２ ブロワー圧縮機 ３５ 蒸気エゼクター ３９ プレクーラ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】沸点が水よりも高い水溶性有機物を含む水
   溶液を、加熱器を備えた低濃度側蒸発缶内に供給して蒸
   発し、次いで、高濃度側蒸発缶内に供給して蒸発したの
   ちこの高濃度側蒸発缶内から取り出すようにし、前記低
   濃度側蒸発缶内において水溶液から蒸発した蒸気の一部
   を圧縮して前記低濃度側蒸発缶における加熱器に当該加
   熱器の熱源として導き、残余の蒸気を凝縮器に導く一
   方、前記高濃度側蒸発缶内において水溶液から蒸発した
   蒸気を、前記低濃度側蒸発缶内に導くようにしたことを
   特徴とする水溶性有機物を含む水溶液の蒸発濃縮方法。
2. 【請求項２】沸点が水よりも高い水溶性有機物を含む水
   溶液を、加熱器を備えた低濃度側蒸発缶内に供給して蒸
   発し、次いで、高濃度側蒸発缶内に供給して蒸発したの
   ちこの高濃度側蒸発缶内から取り出すようにし、前記低
   濃度側蒸発缶内において水溶液から蒸発した蒸気の一部
   を圧縮して前記低濃度側蒸発缶における加熱器に当該加
   熱器の熱源として導き、残余の蒸気を凝縮器に導く一
   方、前記高濃度側蒸発缶内に水溶液から蒸発した蒸気
   を、前記低濃度側蒸発缶内に導くようにし、更に、前記
   低濃度側蒸発缶からの蒸気を、前記低濃度側蒸発缶の加
   熱器及び前記凝縮器に導く前に、プレクーラに導いて、
   ここで希薄水溶液に直接接触させることを特徴とする水
   溶性有機物を含む水溶液の蒸発濃縮方法。