JPS592837B2 - 揮発性物質により汚染された蒸気の選択的凝縮方法ならびに上記方法を実施する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は版型式凝縮器による工業プロセスの蒸気の凝縮
に関する。

多種の工業上の応用では、蒸発缶でつくられる蒸気また
は水蒸気は、その後この装置から取り出し、水を再使用
するためまたは若干の他の理由で凝縮される。

例えばパルプ工業と製紙工業の蒸発缶装置で使用される
表面凝縮器は、蒸気から回収される高温の凝縮水を再使
用させる。

凝縮すべき水蒸気または他の蒸気は、凝縮によって回収
すべき主成分から成る水またに他の物質よシも揮発性に
富む蒸気相の諸成分の担体となり、この蒸気を処理する
一つの方法は、比較的高度に揮発性の総ゆる材料を包含
する物質をしばしばかなりの程度まで２次冷却すること
によって完全に凝縮する必要がある。

若干の種類の蒸発缶と凝縮器装置は、１９６３年度第４
版のベリーのＣｈｅｍｉｃａｌ ＥｎｇｉｎｅｅｒｓＨ
ａｎｄｂｏｏｋの１１〜２５頁に掲載しである第１１〜
１１図に示されている。

米国特許第３７８８９５４号は、蒸発方法に関しまた凝
縮される比較的高い揮発性成分から比較的低い揮発物を
分離することを目的とする水平壁またはじゃま板によっ
て分離される上方と下方凝縮室を有する凝縮区画室を開
示している。

米国特許第３２６１３９２号は、加熱室を分割する水平
方向に配設しである蒸発缶を示しており、版型式熱交換
器が、米国特許第３３３２４６９号に記載しである。

一般に工業的熱交換技術、詳細には各種の表面凝縮器に
関するかなりの実験報告および他の刊行された情報があ
る。

しかも比較的低い揮発性の成分から凝縮される水蒸気ま
たは他の蒸気を濃縮するため版型式熱交換器で凝縮液を
有効に分離する諸装置で十分満足して工業上広比に受は
入れられているものがない。

本発明は、先行技術の欠陥を克服し従って選択的凝縮を
させる高度に効率的な方法と装置とを提供するものであ
る。

本発明の凝縮器は複数個の熱交換機素を取シ囲み、それ
ら機素の外側で冷却液体が上記機素内にある蒸気を凝縮
させるように通過するノーウジングから成る。

これら熱交換機素は各機素の頂部を底部とし各機素の内
部への開口を備えて周辺のまわりを相互に固着させであ
る複数対の広い板から形成させるのが好ましい。

ヘッダが総ての機素と上方端部で連通ずるので、蒸気は
これら機素内で凝縮させるため第１機素から第２機素ま
で自由に通過できる。

底部ヘッダは各機素へ開口しているがしかしこの底部ヘ
ッダの第１端末部分から第２端末部分を遮断する障壁が
ある。

凝縮すべき蒸気は、それら熱交換機素総ての内部へヘツ
タ゛障壁の一方側で供給される。

この蒸気は機素の内部を上昇し従ってこの内部で部分的
に凝縮される。

形成される凝縮液は、この蒸気の比較的容易に凝縮され
る各種の成分から成る。

この蒸気の比較的に高い揮発性の成分は、このように容
易に凝縮されず、従って底部が蒸気入口部分から障壁の
別の側で下部ヘッダへ開口している熱交換機素に対して
上部ヘッダを介して連続的に通過する。

さらに冷却作用が比較的大きい揮発性成分を凝縮し、ま
たこれら汚染物を含有する凝縮液は、凝縮器の底部にあ
る障壁の別の側で比較的清浄な凝縮液から捕集され、汚
染された凝縮液が清浄な液体から別の流れとして抽出さ
れる。

非凝縮性および抜きガスは、汚染された凝縮液として障
壁の同一側から出る。

大抵の熱交換機素は、底部ヘッダの蒸気入口側と連通し
、また大抵の凝縮液が同一側から抽出される。

蒸気は、上記大多数の熱交換機素を介して上向きに通過
する。

比較的大きい揮発性物質を凝縮する比較的少数の熱交換
機素が下方へ蒸気を搬送するので、非凝縮性抜きガスは
これら機素の下方端部で出ることができる。

これら抜きガスは次いで凝縮され、従ってそれら熱は、
後続する処理で回収される。

前述の説明が凝縮される蒸気を追縦したがしかし冷却材
の流れをも考慮する必要がある。

この冷却媒体は、蒸気を凝縮しながら加熱される冷却水
：または循環ポンプによって再循環されまた冷媒として
凝縮器まで戻る前に図示しである装置の外側で冷却する
蒸発物によって冷却される冷却水二または蒸発させねば
ならね液体の連続的供給にすることができる。

熱交換機素の内側で蒸気を凝縮させる冷却媒体として水
または他の液体を使用する前述の場合では、これら熱交
換機素の外側を下降する薄いフィルムとしての液体の流
れは、かなりの量の冷却液体を蒸発させる結果となる。

従って熱交換機素内の内側室が凝縮器として働らく一方
、この熱交換機素の外側と−・ウジング内の外側室は、
蒸発缶として働らく。

パイロットプラントの試験は悪臭性で生物化学的酸素要
求量（ＢＯＤ）の高い物質によって汚染された蒸気を凝
縮させることによって行われた。

約９０係の凝縮液が障壁の蒸気入口側にある熱交換機素
を介する蒸気の上向き通過の間形成されるがしかし上記
通過でつくらｆ″Ｌｆｃ底部ヘッダから排出される凝縮
液は２０係以下の汚染物を含んでいる。

残っている２０係の汚染物質は、底部が障壁の別の側に
ある下部ヘッダと連通ずる機素の下向き流れに転向する
。

障壁の別の側で生成されまた捕集される全凝縮液の２０
％および汚れた凝縮液側で共に排出される抜きガスは、
全体の汚染物の８０係を引き入れる。

大多数の機素からの比較的清浄な凝縮液流は、はぼ悪臭
がなくまた２次的処理を必要としないで工場またはプラ
ントへ再循環させることができる。

汚染水の分離された流れは抹消コラム等の２次的処理に
対して通過させることができる。

本発明の選択的凝縮装置の上記ならびに別の目的と長所
とは、特に添附図面を参照してこれから行われる本発明
の実施例の詳細な説明を読むとき一層完全に理解される
だろう。

添附図面で総体的に１０で示しである本発明の凝縮装置
に、はぼ垂直方向にそれぞれ延長する前壁と後壁１２と
１３および一対の側壁１４とを備えるハウジング１１を
有する。

ハウジング１１内には間隔を置いて平行に上下に延長す
る＝連のフィルム熱交換機素を設けである。

熱交換機素１５は、周辺のまわりで相互に固着させであ
る複数対の平行に隔置した広い平坦板によって形成し、
それら機素１５の中に取り囲んち複数室を設ける型式に
しである。

板熱交換器の好ましい裳遣方法は米国特許第３５１２２
３９号で開示しである。

当業者達には判るように、機素１５は薄いフィルムとし
てこれら機素の外側面を流下する水のような冷却媒体に
よる間接的熱交換によって、これら機素内を通過する水
蒸気またに別の蒸気を凝縮するため使用することができ
る。

ハウジング１１の中へ冷却媒体を導入しまた熱交換機素
１５の表面に亘って均一に上記液体を分配する手段に第
１，２および３，４図とに示しである。

はぼ水平に配設しである穿孔トレー１６は。熱交換機素
１５の上へ隔置して・・ウジングの内側を横断して取シ
つけである。

水または他の冷却液体は、トレー１６の複数個の穿孔部
を介して流れ、若干の添附図面に示しであるように熱交
換機素１５の外側面を流下する。

上記冷却液体はトレー１６へ直接注入しないでトレー１
６の上に隔置しである上部開放ボックス１１へ供給し、
このボックスを浴液し従って一層均等に液体を分配する
のが好ましい。

極めて多量の液状冷却材を使用する際には、ボックス１
１を必要としない。

第１と第２図ではボックス１γへ冷却液体を供給するた
めにボックスへ通しているパイプ１８を示しである。

熱交換機素１５の垂直長さ方向に通過する水または他の
冷却液体は・・ウジング１１の底部で捕集されるように
第し２，３図で示してあり、底部では内側に先細Ｊとな
る前壁と後壁１２と１３との底部分２３がトラフ２４を
形成する。

液体はトラフ２４から出口導管２５を介して排出される
。

入口バイブ１８はトレー１６に対し必要に応じて新鮮な
冷却体を追加して供給できる。

冷却液を再循環させないならば、再循環する前にポンプ
と液体を冷却する手段を使用できる。

熱交換機素の外側での液体の流れに関する好ましい構へ
体は、一種の結果として機素１５の中で水蒸気または他
の蒸気を凝縮させるよう均等にして効果的流れの装置を
備える。

凝縮すべき水蒸気またに他の蒸気は、添附図面のうちの
第２，５と６図とに最も明瞭に示しであるように導管２
６を経てハウジング１１の前壁１芝から流入する。

じゃま板（図示しない）を設けそのため蒸気の分配を一
層良好にできる。

導管２６は熱交換機素１５の下方端部に隣接して複水器
の下方部分で設けである。

各熱交摸索１５の前方下部コーナーが第２，５と６図と
に示しであるように切取り部分を設けていることが判り
、即ち版型熱交換機素１５を形成する板の周辺を、これ
ら機素の前方下部コーナーで共に密封されない。

これと異って入口と出口ボックスをそれら機素１５で溶
接することができるか、または若干異った製造方法を使
用できる複数個の切取り部即ち開口は、総て底部ヘッダ
Ｂと連結しており、このヘッダが第１図で示すようにハ
ウジング１１の前部を横断して延長させである。

底部ヘッダＢが頂壁２８と底壁２９とを備えていること
と、ノ・ウジングの前壁１２がヘッダＢの前壁を形成す
ることと一熱交換機素１５の内部への開口２７を除いて
ヘッダＢの後部を後壁３０によって閉鎖しであることが
理解できよう。

従ってこの底部ヘッダへまたこのヘッダから冷却液体が
循環する・・ウジフグ１１内の室まで何物も屋過できず
、ヘッダＢは開口２１を介して熱交換機素１５の内側室
に連通している。

凝縮すべき水蒸気または他の蒸気が、導管２６を通過し
て底部ヘッダＢに流入し、このヘッダから開口２７を介
して熱交換機素１５まで通過し、第２図で示しであるよ
５＜蒸気は、上昇するにつれて凝縮される。

ヘッダＢＵハウジング１１の前部の全長に沿って開放ま
たは連続してい赴いで、第１，５と６図で示すように障
壁３１によって中断しである。

導管２６を介してヘッダＢに流入する蒸気が、直接熱交
換機素１５のうちの若干までしか通過できず、他の機素
１５の開口２１は障壁３１によって導管２６から分離さ
せである。

障壁３１が好ましくは比較的長い部分３２と比較的短か
い部分３３とへ底部ヘッダＢを分割するように位置決め
させる必要のあることが判明した。

このため第５と６図とで明らかなように大抵の熱交換機
素１５は導管２６を介し比較的長いヘッダ部分３３を通
って流入する蒸気を直接連通させる。

総ての熱交換機素１５の前方の上方端部と相互連結する
ようにハウジング内づ延長させるように上部ヘッダＨを
示しである熱交換機素の前方上部領域へ御注意願いたい
。

上部ヘッダＨは熱交換機素の配列全体に亘って何の妨げ
もなく延長しており、これら機素１５は総て上部ヘッダ
Ｈへ開口している切取り部即ち接合されない部分３７を
備えている。

総ての熱交換機素１５の内部と連通ずるそれら開口３１
を除いて、この上部ヘッダは頂壁３８、底壁３９、後壁
４０およびハウジングの前壁１２によって取り囲まれて
いる。

ヘッダＢおよびＨの構造、２７と３７でしか開口を備え
ない熱交換機素１５の装置は、このようにして部分３２
でヘッダＢと連通するそれら機素１５を介して上方へ流
れ、また障壁３１の別の側で底部ヘッダＢの領域３３と
連通するそれら機素１５を介して下方へ流れるように蒸
気を限定する。

これらの流路は第４，５と６図とから一層完全に明瞭と
なる。

熱交換機素１５内に形成される凝縮液は、第２３と６図
とで示しである２個の出口４１と４２を通って排出させ
る。

凝縮液出口４１は、底部ヘッダＢの部分３２を排出しま
た凝縮液出口４２は底部ヘッダＢの比較的短かい部分３
２を排出するのに使用される。

従って出口４１は蒸気入口導管２６の下部に設けてあり
、また出口４２は通気と凝縮できない出口導管３６の下
部に設けである。

第６図で示しであるように底部ヘッダＢの下部壁は凝縮
液を排出しやすいように形成させることができる。

障壁３１は既に説明しであるように２個の等しくない部
分３２と３３とへ分割されている。

従って凝縮すべき水蒸気のような蒸気に、大抵の熱交換
機素１５を介して上方へ流れている。

部分３２および３３によって設けである両加熱面積の大
きさの間の関係は、凝縮すべき流体に左右される。

例としてクラフトパルプ化法からの廃液用予備蒸発器に
とって約９０％の熱交換機素１５が底部ヘッダＢの蒸気
入口部分３２と連通しておシ、また残りの１０係の機素
１５がヘッダＢのガス抜き出口部分３３と連通している
ことが現在では好ましい。

別の用途にとって９対１と異った比率を有効に使用でき
る。

費消されたクラフトバルブ化薬液用予備蒸発器の代表的
ケー亥では約９０係の蒸気が大部分の熱交換機素１５を
介する上向き通過中凝縮され、出口３６と連通ずる熱交
換機素１５を介する下向き通過に対して上部ヘッダＨに
沿って移動させるよう約１０％の蒸気しか残さない。

しかしながら上記１０％の蒸気は比較的低い沸点即ち揮
発性汚染性各種の物質を著しく多量に含有している。

下向き通過中に形成されまた出口４２を介して排出され
る凝縮液は、出口管４１を介する水蒸気入口側で排出さ
れる凝縮液よりも遥かに多量の悪臭性化合物および生物
化学的酸素要求量（以下ＢＯＤを使用）を生成する成分
である。

パイロットプラントの試＠に水蒸気の上向き通過中に形
成される凝縮液９０係で２０％以下のＢＯＤと悪臭性凝
縮液との収量を生成し、また８０％以上のＢＯＤ と悪
臭性成分が凝縮液およびガス抜き口３６と凝縮液出口４
２で存在する抜きガスで出現した。

前述の説明に熱交換機素１５の内部を介する蒸気の流れ
を取り扱いまた凝縮すべき蒸気に対する冷却材としての
みこの熱交換機素の外側面を流下する液状冷却材を取り
扱った。

しかしながら凝縮蒸気からの熱伝導によるこの冷却液体
の蒸気を考慮することが重要である。

水または他の冷却液体がフィルムとしてこれら熱交換機
素１５を流下するにつれて、かなりの量の液体が蒸発す
る。

この結果を蒸発すべき必要のある液体を冷媒として使用
することによって有利に使用することができる。

従って熱交換機素１５の内側室が凝縮器として働らきな
がら、これら機素１５の外側および・・ウジング１１の
内にある外側室が蒸発器として働く。

例えばポンプＰによってトレーまで再循環させている薬
液に、管１８を介して導入される蒸発すべき薬液と混合
され、また沸とうされている蒸気に機素１５内の高温蒸
気によって上記薬液を加熱するにつれて熱交換機素１５
の間から外側へ通過する。

沸とうされる蒸気はトレー１６の上にある本装置の上方
部分まで上昇する。

添附図のうち第６図はどのようにして最も近い熱交換機
素１５からハウジング壁１１を隔置し、このノ１ウジン
グ内で沸とうさせである蒸気を外側と上側向きに流れさ
せるかを示しである。

次いでこの蒸気をトレー１６と並んで設けである室を介
するか、またはハウジング１１の頂部まで導管を介する
かのいづれかで上向され通過させられ、上記頂部では飛
まつ同伴セパレータ等（添附図面に示さない）を液体冷
却材の蒸発によって発生させる蒸気の処理のために設け
ることができる。

第１−３図は頂部５０の中央でガス抜きさせるものとし
て示しであるが−しかし当業者にとって理解されるよう
に飛まつ同伴セパレータを参照数字５０によって示しで
ある位置に設けることができ、そのため蒸気の流れによ
って搬送される液体の小滴を捕捉できる点である。

本発明による選択的凝縮液分離用の装置／Ｉ′１．２種
の凝縮液流の分離へ限定しないで、各種の純度を有する
３種以上の凝縮液流の分離まで拡張される。

第７図は凝縮液Ｉ〜■までとして示しである４種の凝縮
液流の選択的凝縮用の装置を示しており、それら流れの
うち流れ工が、最も容易に凝縮される供給部分であり、
また流れ■がこの装置内で凝縮される各種物質のうちの
最も凝縮し難い物質を含んでいる。

第７図の装置が前述の実施例の装置と同様なノ・ウジン
グを備えていることが判り、第１図の壁１４とほぼ等し
い側壁１１４、トレー１６と同様な分配トレー１１６１
機素１５と同様な熱交換機素１１５等を備えていること
が判り、第７図の装置が別の図面で示しである実施例と
は数種の凝縮液を分離するように区分されている点で特
徴を異にしている。

平行に隔置させである熱交換機素１１５ば、複数用の下
方開口１２７と上方開口１３１とを４群にして配列させ
である。

凝縮すべき蒸気は、蒸気が熱交換機素１１５内で上昇す
るにつれて上記機素１５内の若干の蒸気を凝縮させるた
め下方開口１２７でこれら機素の１個（７個示しである
）と連通ずる室即ち画室まで供給される。

上記第１群の機素１１５を介して上方の通過中凝縮され
ない蒸気は、第１群の機素１１５の上方端部にある室１
０１の中へ流入し、凝縮液１として機素１１５の底部か
ら抽出される。

室１０１は熱交換機素の第１群の複数開口Ｃ１として鎖
線で示しである導管を除いて、閉鎖させてあり、上記導
管Ｃ１は下記曲目１２７で第２群の機素１１５へ開放し
ている室１０２まで室１０１から凝縮されない蒸気を案
内する。

この蒸気は、この第２群の機素１１５の内部室を介して
上方へ流れ、上記内部でに凝縮液■として抽出されるよ
う若干凝縮させるとともに残余の凝縮されない部分は、
それら機素の上方端部にある室１０３の中へ流入する。

この方法に、導管Ｃ２を介して室１０２まで蒸気を下方
へ通過させ、それからさらに凝縮を発生させる第３群の
熱交換機素１１５の内部室を介して上方へ通過させるよ
５ｃ反復される。

上方室１０５の中へ流入する蒸気に導管Ｃ３を経て最終
の下方室１０６まで下向きに流下させ従って数個の熱交
換機素１１５を介する最終上向き通過では、揮発性成分
を凝縮し凝縮液流■を生成し、この液流は本装置で凝縮
される蒸気のうち最も凝縮し難いものを含んでいる。

抜きガスと残存する蒸気は第１図の上方右側で示しであ
る最終群の熱交換機素１１５の頂部の室１０１から出る
。

２種と４種の異なった凝縮液を分離する実施例を示しで
あるが、しかし３種の凝縮液または４種以上のものも本
発明による装置で区別させることも明瞭である。

現在好ましい実施例によって説明しである方法と装置の
構造上の変更および部分品の各種の変形、応用、代換品
は熱交換器技術の当業者にとっては本発明の範囲を逸脱
することなく容易に想到できるものであることは自明で
ある。

添附図面では同一部分は同一参照記号で示しである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による装置の縦断面図、第２図は、第
１図の２−２線に沿って垂直方向に矢視した本装置の清
浄凝縮液側を示す側面断面図、第３図は本装置の汚染凝
縮液側を示す第２図と同様な側面断面図、第４図は、本
装置の上方部分を介する通路を備えている第１図の２−
２線に沿って上から見た水平断面図、第５図は、本装置
の下方部分の流れを示す第１図の５−５線に沿って見た
水平断面図、第６図は、若干部分を破断して鎖線で若干
部分を示す第１−５図の装置の斜視図、第１図は、数種
の別々の凝縮液流を生成する本発明による装置の断面図
である。 １０・・・・・・凝縮装置、１１・・・・・・ノ１ウジ
ング、１２・・・・・・前壁、１３・・・・・・後壁、
１４・・・・・・側壁、１５・・・・・・熱交換機素、
Ｂ・・・・・・底部ヘッダ、Ｈ・・・・・・上部ヘッダ
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 揮発性物質によって汚染された蒸気の選択的凝縮方
   法において、仮型式落下フィルム熱交換機素の第４群の
   熱交換機素の各内側室を通して蒸気を上向きに通過させ
   るように該谷内側室の下方部分から凝縮すべき蒸気を導
   入するとともに上記上向き通過中この蒸気の比較的小な
   い揮発性成分をほぼ凝縮させて下方出口より第１凝縮流
   として凝縮液を排出し、次いで、第１群の熱交換機素で
   凝縮されなかった蒸気を上記第１群の熱交換機素の内側
   室の上方部分から、第２群の熱交換機素の各内側室を通
   して下向きに通過させ、上記第１凝縮液流よりも上記揮
   発性成分によって著しく汚染された第２凝縮液流として
   上記下向き通過中生成される凝縮液を下方出口より排出
   し、上記画引と第２凝縮液流を別々に維持し、上記第２
   群の熱交換機素から凝縮されない蒸気を取シ出すことを
   特徴とする方法。 ２ 大部分の蒸気を上記上向き通過中凝縮するため上記
   第１凝縮液流が上記第２凝縮液流より容積でかなシ大き
   いことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法
   。 ３ 冷却液体が上記熱交換機素の外側表面に亘って流下
   させるようこれら機素の上部からこの熱交換機素の総て
   に対して分配されており、これら熱交換機素の上を通過
   した冷却液を捕集し、捕集された冷却液を再循環させる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ４ 凝縮すべき蒸気が工業プロセスからの１次蒸気であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法
   。 ５ 比較的清浄な第１凝縮液流と上記第１流よりも多い
   汚染物を含む第２凝縮液流とを発生させる揮発性物質に
   よって汚染された蒸気を選択的に凝縮する装置において
   、熱交換機素の表面をフィルム状に流下する液体の流れ
   によって蒸気を凝縮する複数個の版型式熱交換機素を有
   する落下フィルム熱交換器を有し、上記熱交換機素の各
   々はほぼ板の周辺を相互密封した一対のほぼ平行に隔置
   された板から成り、熱交換機素の上方部分の間で蒸気を
   自由通過させるような熱交換機素のそれぞれの上方端部
   に隣接してこの熱交換機素の総てと連通ずる上部ヘッダ
   手段、その内部を凝縮すべき蒸気を上向げに通過するよ
   う下方部分から該蒸気が導入される第１群の熱交換機素
   、上記第１群の熱交換機素から第１凝縮液流を排出する
   第１凝縮液出口手段、上記上向き通過の後更に凝縮すべ
   き蒸気が下向きに通過する第２群の熱交換機素、上記第
   １凝縮液出口手段から遠く隔離させてあり且つ上記第２
   群の熱交換機素からの族ガスを排出するための手段およ
   び該排出手段の下部に設けた第２凝縮液出口手段から成
   ることを特徴とする装置。 ６ 上記第２凝縮液流が第１凝縮液流よりも少ない体積
   であることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の
   装置。 １ 上記熱交換機素の底部に隣接する機素の総てと連通
   ずる底部ヘッダ手段、上部底部ヘッダ手段は横断障壁に
   よってしゃ断されて底部ヘッダを通る蒸気がこの障壁を
   通過できないようにしてあり、凝縮すべき蒸気を導入す
   る上記手段、が上言講壁の片方側の熱交換機素へのみ通
   じており、また上記障壁の反対側の熱交換機素から案内
   される上記第２凝縮液流と族ガスを排出する手段から成
   ることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の装置
   。