JPH10249101A - 液濃縮装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】多段式濃縮装置のように効率よく液濃縮を行う
液濃縮装置において、蒸発室内の温度を低温化しても、
所定の蒸発処理能力を備え、装置全体があまり大型化し
ない液濃縮装置の提供を目的とする。 【解決手段】液濃縮装置１は、複数の蒸発室が連接して
設けられていて、熱源となる蒸気が通されて蒸発室内の
被濃縮液を加熱し、被濃縮液中の蒸発成分を蒸発させて
被濃縮液を濃縮する伝熱管が各蒸発室内に設けられてお
り、上手側の蒸発室で濃縮された濃縮液が隣接する下手
側の被濃縮液として供給されるようになっているととも
に、上手側の被濃縮液の濃縮時に発生する二次蒸気が下
手側の伝熱管に熱源として通されるようになっている多
段式の主濃縮装置２と、少なくとも一つの蒸発室を有す
る副濃縮装置３とが、主濃縮装置２の最も下手側の蒸発
室２４で濃縮された濃縮液を副濃縮装置３の蒸発室３１
に供給する濃縮液供給路４を介して一体に接続されてい
る構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液濃縮装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、工場の排水等を濃縮処理する
場合、図６に示されるように、複数の蒸発室（効用缶）
１０１、１０１が連結された多段式濃縮装置（多重効用
蒸発缶）１００が用いられている。上記多段式濃縮装置
１００は、各蒸発室１０１に設けられた伝熱管１１０内
に熱源となる蒸気を通し、蒸発室１０１内の被濃縮液１
２０を蒸発濃縮させ、上手側の蒸発室１０１で濃縮され
た濃縮液が隣接する下手側の蒸発室１０１の被濃縮液と
して供給されて、より濃縮されるようになっているとと
もに、上手側の被濃縮液１２０の濃縮時に発生する二次
蒸気１３０が下手側の伝熱管１１０に熱源として通され
るようになっている。

【０００３】上述したように、多段式濃縮装置は、上手
側の蒸発室で蒸発濃縮を行う際に放出される熱を、下手
側の蒸発室における蒸発濃縮の熱源とすることで、熱を
有効に使用する工夫がなされている。したがって、蒸発
室の数を増やすほど、熱を有効に使用することができ、
より熱効率の良い蒸発濃縮を行うことができる。

【０００４】ところで、多段式濃縮装置は、各蒸発室の
伝熱管に供給される蒸気温度が、その蒸発室内で濃縮さ
れる被濃縮液の濃度および蒸発室で発生する二次蒸気の
温度によって決定される。すなわち、最も効率よく規定
された温度の二次蒸気を得るには、被濃縮液を得ようと
する二次蒸気の温度に被濃縮液の濃度に応じた沸点上昇
値を加えた温度に設定する必要がある。そして、このよ
うな沸点上昇値を加えた温度になった被濃縮液を効率よ
く蒸発させるには、伝熱管に通される蒸気を、被濃縮液
より少しの高い温度にし、蒸気と被濃縮液との間に若干
の温度差（伝熱温度差）を設けなければならない。

【０００５】しかも、多段式濃縮装置は、熱を効率良く
利用することでランニングコストを安く抑えるようにす
るため、最終蒸発室で発生する二次蒸気を、常温の冷却
水で凝縮できる温度に設定するのが普通である。したが
って、最も下手側の蒸発室（以下、「最終蒸発室」と記
す。）の被濃縮液の蒸発温度を基準として、つぎつぎに
上手側の蒸発室の蒸発温度が設定されるようになってお
り、上手側の蒸発室になるほど、被濃縮液の温度が高く
なる。

【０００６】なお、「沸点上昇」とは、不揮発性溶質が
溶解している溶液の蒸発温度と、同じ圧力下での、溶媒
の蒸発温度との蒸発温度差をいう。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の多段式濃縮装置を用いて、エッチング（ｅｔｃｈｉ
ｎｇ）加工等に使用された後の塩酸等の強酸性成分を含
んだ廃液を濃縮処理しようとした場合、チタンやチタン
合金などの耐蝕性金属材料を用いた濃縮装置であって
も、蒸発室の温度が高くなり過ぎると、強酸性成分の腐
食活性が上がり、蒸発室内面から装置が腐食されてしま
うという問題がある。

【０００８】そこで、最も上手側の蒸発室の被濃縮液の
温度を強酸性成分の腐食活性が上がらない程度の低温に
設定すると、装置自体の耐久性が確保できるのである
が、装置の蒸発処理液量が低下すると言う問題がある。
一方、伝熱面積を大きくすれば、最も上手側の蒸発室の
被濃縮液の温度を強酸性成分の腐食活性が上がらない程
度の低温に設定しても蒸発処理液量が低下すると言う問
題は解消できるが、装置全体が大型化してしまい、設置
スペースの確保が困難になったり、装置全体の構成材料
が多く必要で製作費が高くついてしまうという問題があ
った。

【０００９】そこで、本発明は、上記問題点を鑑みて、
上手側の蒸発室の被濃縮液の温度を低温化しても、所定
の蒸発処理能力を備え、装置全体があまり大型化しない
液濃縮装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明における液濃縮装置は、複数の蒸発室が連接
して設けられていて、熱源となる蒸気が通されて蒸発室
内の被濃縮液を加熱し、被濃縮液中の蒸発成分を蒸発さ
せて被濃縮液を濃縮する伝熱管が各蒸発室内に設けられ
ており、上手側の蒸発室で濃縮された濃縮液が隣接する
下手側の被濃縮液として供給されるようになっていると
ともに、上手側の被濃縮液の濃縮時に発生する二次蒸気
が下手側の伝熱管に熱源として通されるようになってい
る多段階式の主濃縮装置と、少なくとも１つの蒸発室を
有する副濃縮装置とが、主濃縮装置の最も下手側の蒸発
室で濃縮された濃縮液を副濃縮装置の蒸発室に供給する
濃縮液供給路を介して一体に接続されている構成となっ
ている。

【００１１】なお、副濃縮装置の濃縮手段は、主濃縮装
置と同様に多段式濃縮でも良いし、それ以外の濃縮方法
を用いても良いし、特に限定されないが、被濃縮液が、
塩酸等の酸成分を含む腐食性成分を有している場合、蒸
発室内の設定温度を被濃縮液の腐食速度が活性化しない
温度に温度設定することが望ましい。また、液濃縮装置
の接液部の材質は、特に限定されないが、伝熱性に優
れ、被濃縮液が、塩酸等の酸成分を含む腐食性成分を有
している場合でも、腐食が起こりにくいように、チタ
ン、パラジウム等を含むチタン合金等の金属材料が好ま
しい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明にかかる液濃縮装
置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１
は、本発明にかかる液濃縮装置の一実施形態を示した模
式図である。図１に示すように、液濃縮装置１は、主濃
縮装置２と副濃縮装置３とが濃縮液供給路４を介して一
体に接続されている。

【００１３】主濃縮装置２は、第一蒸発室２１、第二蒸
発室２２、第三蒸発室２３、および第四蒸発室２４とを
備えている。各蒸発室２１〜２４は、図２に示すよう
に、２枚の管板４０、４０によって蒸発室本体２０と、
この蒸発室本体２０を挟むように設けられた蒸気室とな
る小室４１、４２とに仕切られている。

【００１４】蒸発室本体２０は、中間位置に、多数の伝
熱管（図では２本しか表していない。）５が水平に設け
られ、伝熱管５の上方にシャワーノズル６が設けられ、
伝熱管５の下側に被濃縮液が溜まるようになっている。
伝熱管５は、その両端が小室４１、４２に開口してい
て、後述するように、小室４１、４２内に通された蒸気
が伝熱管５内を通るようになっている。

【００１５】シャワーノズル６は、ポンプ２５によって
汲み上げられた伝熱管５の下側に溜まった被濃縮液をシ
ャワー状にして伝熱管５の表面に振り掛けるようになっ
ている。また、一方の小室４１は、上室４１ａと下室４
１ｂとに、さらに分かれていて、上室４１ａに加熱用蒸
気の供給口１１が設けられている。

【００１６】そして、供給口１１から上室４１ａに入っ
た蒸気は、伝熱管５を介して他方の小室４２に入り込ん
だ後、他の伝熱管５を介して下室４１ｂに送られるよう
になっていて、この下室４１ｂまで送られる間に、伝熱
管５の表面に振り掛けられた被濃縮液を伝熱管５の壁面
ごしに加熱するようになっている。各蒸発室２１〜２４
で発生したドレンは、両側の小室４１、４２の下端に設
けられたドレン排出管２８を介して蒸発室２１〜２４外
に排出されるようになっている。

【００１７】下室４１ｂが面する管板４０には、下室４
１ｂのドレン溜まりより上側の部分に抽気孔７が穿設さ
れていて、この抽気孔７を介してドレンとならずに残っ
た余剰蒸気および蒸気とともに含まれる空気等の不凝縮
ガスが蒸気室本体２０内に入り込むようになっている。
また、蒸発室本体２０の上部には、蒸発室本体２０内で
被濃縮液の濃縮によって発生した二次蒸気の排出路１２
０が形成されている。

【００１８】さらに、この主濃縮装置２は、隣接する蒸
発室の蒸発室本体２０同士が濃縮液供給管８によって接
続されていて、上手側の蒸発室２１（２２、２３）で濃
縮された濃縮液がこの供給管８を介して下手側の蒸発室
２２（２３、２４）の被濃縮液として次々に送られるよ
うになっているとともに、第一蒸発室２１の二次蒸気排
出口１２が第二蒸発室２２の蒸気供給口１１に、第二蒸
発室２２の二次蒸気排出口１２が第三蒸発室２３の蒸気
供給口１１に、第三蒸発室２３の二次蒸気排出口１２が
第四蒸発室２４の蒸気供給口１１に二次蒸気の排出路１
２０を介して、それぞれ接続されている。

【００１９】すなわち、一次蒸気は、第一蒸発室２１の
蒸気供給口１１からのみ供給されるようになっている。
一方、副濃縮装置３は、図３に示すように、主濃縮装置
２の各蒸発室２１〜２４より小型の第一小蒸発室３１と
第二小蒸発室３２の二つの蒸発室からなり、主濃縮装置
２の第四蒸発室２４で得られた濃縮液が濃縮液供給路４
を介して第一小蒸発室３１の蒸発室本体３０内へ供給さ
れるようになっているとともに、第二小蒸発室３２で得
られた濃縮液が、最終濃縮液排出管９０を介して最終濃
縮液として取り出せるようになっている以外は、主濃縮
装置２と同様の構造となっている。

【００２０】また、図１〜図３に示すように、第四蒸発
室２４の蒸気排出口１２および第二小蒸発室３２の蒸気
排出口１４が、それぞれ廃棄蒸気路１２２および廃棄蒸
気路１３２に接続され、廃棄蒸気路１２２および廃棄蒸
気路１３２が凝縮器Ｃを介して真空ポンプ（図示せず）
に接続され、第四蒸発室２４および第二小蒸発室３２に
おいて発生した二次蒸気が凝縮器Ｃで凝縮されたのち、
空気が真空ポンプで排気されるようになっている。

【００２１】なお、図３において、図１および図２と同
じ番号は、主濃縮装置２と同じものをあらわしている。
この液濃縮装置１は、以上のように、真空ポンプを稼働
させ、各蒸発室内２１〜２４、３１、３２を減圧すると
ともに、ポンプ２５およびポンプ３５を稼働させて、各
蒸発室内の被濃縮液を循環させることで、主濃縮装置２
および副濃縮装置３において、従来の多段蒸発濃縮装置
と同様にして熱効率よく、被濃縮液の濃縮が行われるよ
うになっている。

【００２２】そして、主濃縮装置２の最終蒸発室である
第四蒸発室２４で得られた濃縮液が副濃縮装置３の第一
小蒸発室３１に被濃縮液として供給され、副濃縮装置３
でさらに濃縮されるようになっているので、主濃縮装置
２での蒸発濃縮量を従来の４段式多段蒸発濃縮装置の蒸
発濃縮量より下げて第一蒸発室２１での被濃縮液の温度
を低下させるようにしても、装置全体としての蒸発濃縮
量は低下することがない。

【００２３】すなわち、蒸発濃縮量を低下させることな
く、かつ、装置を傷めることなく、強酸性成分等の腐食
性被濃縮液でも濃縮処理することができる。しかも、小
型の副濃縮装置３を一体に設けるだけであるので、蒸発
室の伝熱面積を大きくする方法に比べて装置全体を小型
化することができる。より詳しく説明すると、多段式濃
縮装置における被濃縮液の蒸発濃縮を行う際、多段式濃
縮装置の蒸発能力を落とすと、上手側の蒸発室の温度を
低温化することができるが、所望濃度まで蒸発濃縮させ
ることはできない。しかし、ある程度濃縮が行われて濃
度が一定以上である被濃縮液は、図７にしめしたグラフ
からも分かるように、少し蒸発濃縮させるだけでも、濃
度は大きく上昇する。

【００２４】したがって、副濃縮装置３で行う濃縮は、
被濃縮液の濃度が濃く、沸点上昇が大きいにもかかわら
ず、蒸発量を少なく抑えることができるため、蒸発室の
温度の低温化を図ることができる。なお、本発明にかか
る液濃縮装置１は、上記の実施の形態に限定されない。
たとえば、濃縮液供給路４にバイパスを設けて、主濃縮
装置２の最終濃縮液を直接取り出せるようにするととも
に、副濃縮装置３の第一小蒸発室３１に別の被濃縮液を
供給できるようにしてもよい。

【００２５】このようにすれば、腐食性のない被濃縮液
を濃縮する場合、主濃縮装置２と副濃縮装置３とを別個
に使用して濃縮速度を向上させることができる。また、
蒸気の加熱手段としては、ボイラーを用いて作り出す蒸
気に限らず、特に限定されないが、たとえば、凝縮器Ｃ
で凝縮されるべき蒸気をヒートポンプ等を用いて再利用
すると、蒸気を作るのに効率がよくなる。

【００２６】さらに、主濃縮装置の蒸発室の数は、二つ
以上であれば特に限定されものではないし、副濃縮装置
は、少なくとも一つ以上の蒸発室を備えていればよく、
蒸発手段も多段式濃縮に限らない。また、本発明の液濃
縮装置の構造は、上記実施の形態のように、蒸発室内で
循環した被濃縮液がシャワー状に伝熱管の表面に振り掛
けられる構造に限らず、図６に示したように、伝熱管が
被濃縮液に浸ってる構造でも構わない。

【００２７】

【実施例】以下に、本発明の液濃縮装置１を用いて実際
に、塩酸を含んだ濃度８％の被濃縮液を４０％まで濃縮
した実施例を、従来の四段式濃縮装置１０を用いて行っ
た濃縮を比較例として図に基づいて詳細に記す。なお、
液濃縮装置１および四段式濃縮装置１０の蒸発室内の接
液部の材質としては、耐酸性を有するパラジウム入りチ
タン合金を用いた。

【００２８】図７は、塩酸を含む濃度８％の被濃縮液を
１００ｋｇ蒸発させたときの、蒸発量と被濃縮液の濃度
との関係をあらわすグラフである。図７に示したグラフ
より、濃度８％の被濃縮液１００ｋｇを濃度４０％にな
るまで濃縮するには、８０ｋｇの蒸発を行えば良いこと
が分かる。 ＜実施例１＞図４に示すように、主濃縮装置２と副濃縮
装置３とが、濃縮液供給路４を介して一体に接続されて
いる液濃縮装置１を用いて、以下の設定で塩酸を含む濃
度８％の被濃縮液１００ｋｇの濃縮を、最終蒸発室であ
る副濃縮装置３の小蒸発室３２から得られる濃縮液が濃
度４０％になるまで行った。

【００２９】なお、このとき、凝縮器Ｃで処理する主濃
縮装置２の蒸発室２４および副濃縮装置３の蒸発室３２
から発生する二次蒸気の温度が４０℃になるように温度
設定した。また、液濃縮装置１のそれぞれの蒸発室内に
おける伝熱温度差は、５℃に設定した。

【００３０】液濃縮装置１の温度変化は、主濃縮装置２
の蒸発室の蒸発能力を１７．５ｋｇ／ｈに設定し、副濃
縮装置３の蒸発室の蒸発能力を５ｋｇ／ｈに設定したと
き、主濃縮装置２の蒸発室２１の温度が８９．５℃、蒸
発室２２の温度が７９．６℃、蒸発室２３の温度が６
８．３℃、蒸発室２４の温度が５４．５℃となり、副濃
縮装置３の小蒸発室３１の温度が８２℃、小蒸発室３２
の温度が６０℃となった。 ＜比較例１＞図５に示すように、四つの蒸発室を備えた
四段式濃縮装置１０を用いて、塩酸を含む濃度８％の被
濃縮液１００ｋｇの濃縮を濃度４０％になるまで行っ
た。

【００３１】なお、このとき、凝縮器Ｃで処理する最終
蒸発室５４で発生する二次蒸気の温度が４０℃になるよ
うに温度設定した。また、四段式濃縮装置１０のそれぞ
れの蒸発室内における伝熱温度差は、５℃に設定した。
上記実施例１と同様の蒸発（８０ｋｇの蒸発）で蒸発濃
縮を行うために、各蒸発室の蒸発能力を２０ｋｇ／ｈに
設定したとき、四段式濃縮装置１０の温度変化は、第一
蒸発室５１の温度が９７℃、第二蒸発室５２の温度が８
７℃、第三蒸発室５３の温度が７５℃、第四蒸発室５４
の温度が６０℃となった。

【００３２】このように、本発明の液濃縮装置は、図７
のグラフに示したような、液体の蒸発量に比べて濃度の
上昇が少なく、沸点上昇も高くならない部分（グラフ中
Ｘより左側）で蒸発濃縮を主に行い、少しの蒸発量で濃
度が上昇し、沸点上昇も高くなる部分（グラフ中Ｘより
右側）で残りの少量の蒸発を行うというように、被濃縮
液の濃度に合わせて蒸発させる量を設定することができ
るため、装置全体の蒸発量が従来の四段式濃縮装置１０
と同じであっても、最も上手側の蒸発室の温度を下げる
ことができる。

【００３３】なお、図４および図５中のＢＰＲは、その
濃度における沸点上昇値（℃）を示している。因みに、
ＡｌＣｌ₃ が４．４５％、ＨＣｌが４．１５％溶解した
液を蒸発濃縮して重量が１／６．４７に減少した液（濃
縮倍率が６．４７重量倍になった液）にパラジウム入り
チタン（パラジウム含有量０．１５％）を２２８０時間
浸漬して、このパラジウム入りチタンの腐食減量を調べ
たテストによると、９７℃では、１７％腐食減量し、８
９．５℃では、１．９５％腐食減量した。さらに、７０
℃まで温度を下げると、０．０１％腐食減量した。

【００３４】したがって、９７℃に比べると、８９．５
℃では約８．７倍の寿命延長が図られ、７０℃では、１
７００倍の寿命延長が図られると考えられる。

【００３５】

【発明の効果】以上のようになっているので、本発明の
液濃縮装置は、腐食性被濃縮液の濃縮をしても、装置内
が腐食されるのを抑制し、装置の寿命を延長化すること
ができ、しかも、装置全体の大きさを巨大化させること
もなく、設置スペースの確保も容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる濃縮装置の一実施形態を示した
模式図である。

【図２】主濃縮装置の蒸発室の構成図である。

【図３】副濃縮装置の蒸発室の構成図である。

【図４】本発明の濃縮装置を用いて、被濃縮液の水分を
段階的に濃縮していったときの模式図である。

【図５】従来の蒸発室を４つ備えている四段式濃縮装置
を用いて、被濃縮液の水分を段階的に濃縮していったと
きの温度変化を示した模式図である。

【図６】従来の多段式濃縮装置の説明図である。

【図７】塩酸を含む濃度８％の被濃縮液を１００ｋｇ蒸
発させたときの、被濃縮液の状態変化図である。

【符号の説明】

１ 濃縮装置 ２ 主濃縮装置 ３ 副濃縮装置 ４ 濃縮液供給路 ５ 伝熱管 ２１ 第一蒸発室（蒸発室） ２２ 第二蒸発室（蒸発室） ２３ 第三蒸発室（蒸発室） ２４ 第四蒸発室（蒸発室）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の蒸発室が連接して設けられていて、
   熱源となる蒸気が通されて蒸発室内の被濃縮液を加熱
   し、被濃縮液中の蒸発成分を蒸発させて被濃縮液を濃縮
   する伝熱管が各蒸発室内に設けられており、上手側の蒸
   発室で濃縮された濃縮液が隣接する下手側の被濃縮液と
   して供給されるようになっているとともに、上手側の被
   濃縮液の濃縮時に発生する二次蒸気が下手側の伝熱管に
   熱源として通されるようになっている多段階式の主濃縮
   装置と、少なくとも１つの蒸発室を有する副濃縮装置と
   が、主濃縮装置の最も下手側の蒸発室で濃縮された濃縮
   液を副濃縮装置の蒸発室に供給する濃縮液供給路を介し
   て一体に接続されている液濃縮装置。