JPS62279801A - 沸点上昇の高い化合物水溶液の濃縮装置 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はエネルギーを多く浦費する沸点上昇の高い化合
物水溶液例えば苛性ソーダ水溶液の濃縮を行なう装置に
関する。

（従来の技術） 従来、沸点上昇の高い化合物例えば苛性ソーダ水溶液の
濃縮において、隔膜法により得られる電解液は、水銀法
、イオン交換膜法の場合と異なり、苛性ソーダの含有率
が１０〜１３％と低く、しかも１５〜１８％の食塩を含
んでいる。したがってこの電解液を濃縮缶で約５０％ま
で濃縮し、食塩を分だ１して製品にしなればならないが
、濃縮工程の操業は蒸気原単位、製品品質、収率などに
大きな影響を及ぼすと考えられ、中でも濃縮缶における
然気の経汎性が重要な問題と考えられ、外部加熱式の強
制循環による多重効用缶による濃縮が行なわれているの
が実情である。

従来の濃縮装置を第３図により説明する。これは４重効
用缶を用いて苛性ソーダ電解液の濃縮を行なうものであ
って、１ないし４はそれぞれ真空蒸発を行なわせる第１
ないし第４の濃縮筒、５は最終濃縮筒、６ないし９は第
１ないしＭ４の熱交換器、１０はコンデンサ、１１はエ
ゼクタ−である。

本濃縮装置の系内への熱源蒸気の導入は、導管２０を介
して第１の熱交換器６に対して行なわれる。その蒸気使
用量は１５．６ｔｏｎ／ｈである。原料液である苛性ソ
ーダＴｉｍ液（ＮａＯＨ，Ｎａｃｌ、Ｎａ２３０４、Ｈ
２Ｃ）は流入管１２から系内に導入され、上昇管１３を
経て第４濃縮缶４に流入する。次いで該缶底部から流出
し下降管１４を流下し、一部は上昇管１５へ他部は流入
管１６へ流れる。これらの流れはポンプ２４、２５によ
って起される。上昇管１５を流れる原料液は熱交換器９
において第３濃縮缶３から導管１９を介して流入する蒸
気の凝縮熱により加熱される。

流入管１６へ流れる原料液は前記と同様に装置内を流動
して行き多重効用缶としての機能を発揮する。

製品は最終的に管２７から取出される。

熱交換ｖｓ９は、上昇管１５から流入した原料液が器内
の中央の通路を流れ、一方導管１９から流入する蒸気が
前記通路のまわりのジャケットを流れることにより凝縮
熱を与える強制循環方式の外部加熱器として働く。熱交
換器７，８も同様である。

第４濃縮缶と最終濃縮筒から発生する蒸気は導管１７．
１８を経てコンデンサ１０に流入し適宜の冷却源により
冷却されて凝縮する。第１表は従来技術により濃縮を行
なった結果を示すものである。

（以下次頁） 第１表 ただし、工ないしｒ■は第１ないし第４の濃縮筒、ｖ　
ｉ、を最終濃縮筒。

ＡないしＨはそれぞれ次のものを表わす。

Ａ；圧力ａｔａ Ｂ：実際の沸点上昇度℃ Ｃ；Ｎａ叶のｍ度ｗｔ％ ［）　；　ＮａＯＨの沸点上昇度°Ｃ Ｅ　；　Ｎａｃｌの濃度ｗｔ％ Ｆ　：　Ｎａｃｌの沸点上昇度℃ Ｇ　：　ＴＯＴＡＬ沸点上昇度（理論値）℃Ｈ；沸点上
昇度の差（Ｂ−Ｇ）’Ｃ 第１表より分るように、各濃縮筒における沸点上昇の測
定値は第１．２．３．４、の各濃縮筒において４８℃、
２２℃、１４℃、１２℃となっている。これは苛性ソー
ダの実際の沸点上昇に比較して９℃〜１１℃程大きくな
っている。その原因としては食塩が含まれていることと
濃縮筒に６ける液深（液深とは各々の濃縮筒に入ってい
る濃縮に要する液の深さを言う）によるものと考えられ
る。すなわち第１表における実際の沸点上昇度と理論上
の沸点上昇度との差は前記のことを示すものと考えられ
る。

また従来技術においては、沸点上Ｈの高い化合物水溶液
の濃縮においても多重効用缶から出る蒸気をサクション
で逃していたため熱的にも効率が悪かった。

（発明が解決しようとする問題点） 従来技術においては前記のように種々の問題がある。本
発明は濃縮筒から発生する熱をヒートポンプを利用して
リサイクルさせ併せて蒸気発生のボイラーを利用するこ
とにより前記の問題点を除去する濃縮装置を得ることを
目的とするもである。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は前記問題を解決するために、多重効用缶による
沸点上昇の高い化合物水溶液の濃縮装置において、濃縮
筒から発生する蒸気を圧縮して再び濃縮筒の熱源として
リサイクルさけるヒートポンプシステムを有するととも
に、前記のようなリサイクルの昇温限界を超えてしまい
かつ、蒸発負荷の少ない濃縮筒についてはこれをボイラ
ーから発生させた蒸気を熱源に利用して加熱することが
できるようボイラーを併設することにより構成されるも
のである。

（作用） 濃縮筒から発生する蒸気を圧縮して再び濃縮筒にリサイ
クルさせることにより濃縮筒が加熱されるととにリサイ
クルの昇温限界を超えた濃縮筒をボイラー蒸気で加熱す
ることにより、熱の合理的利用を達成する。

（実施例） 本発明の一実施例を第１図により説明する。

本実施例は３重効用缶の場合であって、３１ないし３４
は第１ないし第４の濃縮筒、３７は第１予熱器、３８は
第２予熱器、３５はスクリュー型圧縮機、３６は原動機
である。

原料液は流入管４５から系内に導入され第１予熱器３７
、第２予熱器３８を流れて予熱された後、第４１ａ縮缶
３４に流入し、第２及び第３８Ｉ縮缶において発生し導
管４７を介して流入する蒸気と熱交換して加熱濃縮され
、導管４４より第３′ａ縮缶内へ流入する。第４ｆＡ縮
缶から発生する蒸気は流入管４８を経てスクリュー型圧
縮機に流入して圧縮された後、流出管４９を経て第２ｉ
１！縮缶と第３８１縮缶へ流入し加熱濃縮の熱源として
利用される。第１濃縮缶３１の昇温限界は前記リサイク
ルの昇温限界を超えるので別個の蒸気ボイラー４０によ
り発生した蒸気が導管５０から第１１１縮缶３１に熱源
として加えられる。

該濃縮筒３１において発生する蒸気は逆止弁５２を経て
流出管４９内の蒸気と合流する。

第１ないし第４濃縮缶３１ないし３４において給熱の結
果、凝縮した水は流出管４６を経て第２予熱器に流入し
原料液に対して余熱を与えた後排出される。なお、第１
予熱器３７においては流入管４８がら分岐管５１に分流
する蒸気により熱が加えられる。

製品としての苛性ソーダは導管４１から取出される。

原料液が苛性ソーダ電解液である場合に、ヒートポンプ
サイクルを利用すると、最終缶である濃縮筒３１の濃度
５０ｗｔ％においては、常圧で４３℃という極端に大き
な沸点上昇がある。ターボ型圧縮機では昇温差が１５℃
位が限度であるので、前記の沸点上昇に見合う能力にす
るためには３段ないし４段の圧縮としなければならない
。本実施例においては、スクリュー型圧縮機を用いるこ
とによりターボ型圧縮機の前記の欠点を解決することが
できた。

しかし、スクリュー型圧縮機を使用するヒートポンプを
連用する場合には、そこだけで貸温幅Δｔが４７℃〜４
８℃も必要となる。多重効用缶であるということを考慮
すると、更に胃温幅Δｔが重なり、圧縮機の所要軸動力
が著しく増大して経済性が低いものとなってしまう。し
たがって濃縮筒３１における高濃度苛性ソーダの濃縮に
は第１表に示すように沸点上昇度が４８℃になり、ヒー
トポンプによる昇温限界を超えるし、蒸発負荷の少ない
過程にヒートポンプの熱を使用することは却って熱損失
を考えれば経済的に無駄なことになるので、熱源として
ボイラー然気を使用し、濃縮筒３２ないし３４の段階に
おいてスクリュー型圧縮機を使用するヒートポンプを適
用したものである。

そしてこの場合、必要とされる蒸気使用世は５ｔｏｎ／
ｈ程度であり、第３図の従来技術の場合の蒸気使用ｍが
１５．６ｔｏｎ／ｈであるのに比べて著しく少なくてす
む利点がある。

次に本発明の他の実施例を第２図により説明する。本実
施例は従来技術である第３図の場合と同様に４重効用缶
にスクリュー型圧縮機を使用するヒートポンプを適用し
た場合であり、しかも第３図の従来技術では、苛性ソー
ダが本来物性として持つ沸点上昇の他に液深による上昇
が大であり、８缶を合」すると、沸点上昇が５０’Ｃに
も及ぶ。

そこで液深による沸点上昇を低減するため、熱交換器と
して落下液模式のものを用いる。６１ないし６４はそれ
ぞれ第１ないし第４の濃縮筒、６５は最終濃縮筒、１１
ないし７４は第１ないし第４の熱交換器、６６はスクリ
ュー型圧縮機、６１は原ｖＪ機、６８は第１予熱器、６
９は第２予熱器である。

原料液は流入管１０から系内に導入され、第１予熱器６
８、第２予熱器６９を流れて予熱された後、ポンプ８４
．８５により一部は第３の濃縮筒６３の方へ流れ、一部
は上昇管７８を流れて第４の熱交換器７４の上端から該
器内に流入させられる。一方、第２の濃縮筒６２と第３
の濃縮筒６３から発生した蒸気は、導管１９から熱交換
器７４内に導入される。熱交換器１４内で高い伝熱割合
で加熱された原料液は濃縮筒６４に流入する。濃縮筒６
４から発生する蒸気はスクリュー型圧縮懇６６で圧縮さ
れた後、流出管８０を経て第２の熱交換器７２と第３の
熱交換器７３に分流する。第４の熱交換器７４の場合と
同様にして熱交換器７２と７３内において原料液が蒸気
によって加熱される。

第１の濃縮筒６１の昇温限界は前記リサイクル４温限界
を超えるので、別個の蒸気ボイラ６０により発生した蒸
気が導管７６から第１の熱交換器７１に導入される。こ
こで加熱された原料液は第１の濃縮筒６１に流入する。

そして発生した蒸気は逆止弁７１を経て流出管８０内の
蒸気と合流し、第２の熱交換器７２と第３の熱交換器７
３へ分流ザる。製品は最終的に最終濃縮筒６５から管９
０を経て取出される。

熱交換器７４においては、その上端から下方に向って原
料°液が液膜状に落下し該液膜の周囲から蒸気が凝縮熱
を与えることにより熱交換が行なわれる。この方式の熱
交換は、第３図の従来技術において用いられる強制循環
方式の熱交換器に比べて溶液の循環量がきわめて少なく
てすみ、循環用のポンプの動ノＪを著しく低減すること
ができる。

原料溶液を循環させるために要するポンプの動力（モー
タの動力）と溶液循環量について従来方法（第３図のも
の）と本発明の方法（第２図のもの）とを比較すると、
第２表のようになりポンプの動力を著しく低減できるこ
とが分る。

第２表 ただし、 ポンプＮαは第２図及び第３図におけるポンプの図面番
号、 Ｑは循環量ｔｏｎ／ｈ　、　Ｐはモータ電力に讐とする
。

また、従来の方法（第３図のもの）と本発明の方法（第
２図のもの）とをランニングコストの面から比較すると
第３表のようになり、本発明の方法を導入することによ
り３８，４７０円／ｈ、稼動率８０００ｈ／年とすれば
３０７Ｘ　１０Ｒ円／年のランニングコスト低減が期待
されることになる。

（以下次頁） 第３表 ただし、Ｑ’　は蒸気１９ｉｌｔｏｎ／ｈ　、　Ｐ’　
＋、ｔｌ力消ｖ！吊に−で溶液、冷却水の循環ポンプ用
と圧縮機運転用を含むものである。

Ｑ′についてはＴＯＴＡＬで１１．９ｔＯｎ／ｈの差、
Ｐ′については丁０ＴＡＬで１．１６０に−の差がある
。

メリットとは本発明の方法（第２図）による利点のこと
である。

なお、本発明において圧縮別を駆動する動力源としては
、蒸気膨張機またはエンジンを使用することもでき、そ
の場合は、その復水熱または排気熱を利用することがで
き装置全体としての熱効率を一層良好にすることができ
る。

〔発明の効果〕

本発明は濃縮筒から発生する蒸気の熱をヒートポンプを
利用して更に濃縮筒の加熱用としてリサイクルさせると
ともに、リサイクルの昇温限界を超えた濃縮筒の加熱の
ためには別個の蒸気ボイラにおいて発生させた蒸気を利
用するようにしたので、沸点上界の高い化合物水溶液の
濃縮装置として熱的に効率の高い運転を行なうことがで
き、ランニングコスト等の点において従来技術よりはる
かに有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の異なる実施例のフローシー
トダイヤグラム、第３図は従来技術のフローシートダイ
ヤグラムである。 ３１、３２．３３．３４・・濃縮筒、３５・・ヒートポ
ンプシステムのためのスクリュー型圧縮機、４ｏ・・蒸
気ボイラ、６０・・蒸気ボイラ、６１．６２．６３゜６
４・・濃縮筒、６５・・最終濃縮毎、６６・・ヒートポ
ンプシステムのためのスクリュー型圧縮礪。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）多重効用缶による沸点上昇の高い化合物水溶液の
   濃縮装置において、濃縮缶から発生する蒸気を圧縮して
   再び濃縮缶の熱源としてリサイクルさせるヒートポンプ
   システムを有し、かつ前記リサイクルの昇温限界を超え
   かつ蒸発負荷の少ない濃縮缶をボイラー蒸気で加熱する
   ため該蒸気を発生させるボイラーを前記濃縮缶に連結し
   たことを特徴とする濃縮装置。
2. （２）蒸発負荷の小さい割合には沸点上昇の大きい濃縮
   段階にボイラー蒸気を使用する濃縮缶を設けたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の濃縮装置。
3. （３）ヒートポンプシステムの圧縮機をスクリュー型と
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の濃縮
   装置。
4. （４）濃縮缶に導入される原料液を加熱する落下液膜式
   の熱交換器を有することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項ないし第３項記載の濃縮装置。