JPS63500225A - 蒸留装置 - 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】 蒸　留　装　置 本発明は主として海水の塩分除去又は淡水イヒのだめの蒸留装置に係る。本発明 による蒸留装置（１特に皮膜型蒸留装置である。

スエーデン特許明細書第４１９．６９９号には、高温海水を導くだめの複数個の 第１カセツトと、低温海水などの如き低温液体を導くだめの複数個の第２カセツ トを包含する皮膜蒸留のだめの装置につ（・て述べられている。第１カセツトの １つを第２カセツトの１つから切り離す働きをする分離カセットが２つの娃（・ に隣合ったカセット間に設けられて（・る。

上述の特許明細書の分離カセットには、カセットの片面を構成する疎水性多孔質 皮膜と、カセットの反対側の面を構成する薄いプラスチック膜が含まれており、 その皮膜とプラスチック膜との間に空気間隙が形成されるよう皮膜はプラスチッ ク膜より一定距離の所におかれている。海水は空気間隙より遠い方の皮膜の側か ら第１カセツトの１つに流入し、他方低温水は空気間隙より遠い方のプラスチッ ク膜の側から第２カセツトの１つに流入する。

蒸留工程中、高温塩水は水蒸気を放出しこの水蒸気は皮膜の孔及び空気間隙を通 りその後低温のプラスチツク膜上で凝縮する。孔の大きさは液水分が皮膜を通過 するのを阻止するように選定される。

上述の特許明細書により構成された装置に長い間伴っている問題は高性能達成に ついてである。又、大量のエネルギー消費も問題となっている。

本発明は上述の特許明細書に記載の如き蒸留装置の実施例に係り本発明によれば この装置により有効皮膜面に対し高性能が比較的′少ないエネルギー消費で達成 ができる。

従って、本発明は液体主として水の蒸留のための蒸留装置に係り、その蒸留ユニ ツ）Ｋは蒸気を通すが液を通さない多孔質疎水性の皮膜が設けられ、更に皮膜よ りへだてられた凝縮表面が設けられ、本装置において空気間隙が皮膜と凝縮面と の間に配され、又本蒸留装置には、空気間隙より遠い皮膜面上に蒸留すべき液を 導くよう構成したユニットと、この液より低温の液を空気間隙より遠い蒸留面の 側圧導くだめのユニットが包含され、本装置は、皮膜と凝縮面との間隔が約０． ２龍から約１１１Ｉｍの範囲内にあり、皮膜の厚みが約０．５ｔｘ未満に選ばれ ることを特徴としている。

第１図は分離カセットの概略垂直断面図、第２図は皮膜及びプラスチック膜の拡 大概略図、第６図から第７図は後述の計算モデルにより構成されたさまざまなグ ラフ、 第８図はキャリヤーを設けた皮膜の一部断面図、第９図は第８図の左より見た皮 膜の一部平面図である。

次に添付図面ならびにグラフの参照の下に本発明の実施例の詳細について下記の 如く説明する。

第１図の概略断面図示の蒸留ユニット１には、蒸気は通せるけれど液は通せない 多孔質疎水性皮膜２が含まれ、更にこの皮膜よりへだてられて配置されたプラス チック膜３より形成された凝縮面が含まれている。

皮膜２とプラスチック膜３との間に空気間隙４が配されこの空気間隙には必要な 空気を矢印６の如く供給するだめのチャネル５その他が設けられている。空気間 ＠４の下端にはこの間隙内で凝縮した淡水を矢印８に示すように導き出すだめの チャネル７その他が配されている。皮膜２及びプラスチック膜３は適宜フレーム 構造９．１０内にクランプあご部材１１−１８などで取付けられる。

ユニット１０片側に、矢印２０に示すように蒸留すべき液を導くためのユニット １９がおかれ、空気間隙より遠い方のプラスチック膜の側を液がおおう。

上記構造は上述のスエーデン特許明細書より公知のものである。然しなから、皮 膜２とプラスチック膜がほぼ平面状の場合上記ユニットを別々に若しくは直列に 構成することは不要であり場合によっては望ましからざるものである。その代り 、皮膜及びプラスチック膜を筒状（（形成し互いに同心状に構成しても良い。同 様な変更例も考えられる。−例をあげると、空気間隙で皮膜とプラスチック膜を 分離したすべての好適な皮膜及びプラスチック膜の形態を本発明により応用する ことができる。

本発明の上述の構成ならびに原理は多挿順の液に効果的に実施できるも、本発明 は主として塩水から淡水を得るようこれを蒸留するだめのものであり、従って以 下本文には塩水に関して言戸明するものである。

第２図は第１図に示したユニットの中央部分だけの拡大図である。皮膜２は適宜 材料例えばテフロン（登録商標名）などの疎水性多孔質皮膜である。二三のがか る皮膜は市販されている。第２図には理想化された孔を２３に示している。

運転時、加熱された塩水２０は皮膜２近くを流れ、吐出された水蒸気は矢印２４ に示す如く孔２３を通り拡散し、他方液状の塩水は表面張力のため皮膜の通過を 阻止される。孔を通って拡散する水蒸気は空気間隙を横切りプラスチック膜３上 に凝縮し、この膜は低温水２２により冷却されている。水分の凝縮物即ち淡水は 集められチャネル７を通じて導き出される。

本発明は、装置の性能及び塩水蒸留に要するエネルギーの両者が蒸留ユニット１ の幾何学的パラメータに甚だしく依存するという考え方に基づいている。蒸留ユ ニット１は冒頭に述べた分離カセットに相当する。

これに関連するが、第１に重要なパラメータは皮膜２の厚み見と皮膜２とプラス チック膜３の間隔りである。

本発明によれば、皮膜とプラスチック膜との間の距離りは約０．２■から約１１ １ＩＮで皮膜厚みは約０．５ｍｍ未満である。この距離りが上記範囲内で同時に ０．５７Ｉｍ未満の厚みの皮膜が用いられた時、もつと大きい厚み例えば２　ｌ ｌＩｎ　−３ｍｒｎの厚み及び若しくは距離りが１■以上例えば２ｍｍ又は０． ２■未満例えば０．０５ｍｍの皮膜で得られるのに比較してその生産能力は遥か に大きくエネルギー損失は非常に小さい点が判明している。

このように、距離りにはそれ以下だと生産能力が目立って増加する上限値とそれ 以下だとエネルギー損失が目立って増加する下限値がある点が判明しており、又 、皮膜厚みが上記数値以下の場合距離りが生産高及びエネルギー損失に大きく影 響を及ぼす点が判明している。

上述の範囲によりきわめて良好な生産成果と低エネルギー損失による低エネルギ ーコストが得られる。本文に用いたエネルギー損失とは皮膜を通る熱伝達により 引き起こされる損失を表わし、これらの損失については詳細を後述する。

第３図は生産能力又は流量（流束）を嘔みｂに対して座標値をとり距離りを助変 数としたグラフを示す。

グラフは４．６０°Ｃの塩水温度（Ｔｈ　）及び２０°Ｃの低温水温度（Ｔｏ） でφ二０．８の相対的皮膜有孔面積及びＫＭＭｎ２２２　Ｗ／ｍ２・０にの皮膜 に対する熱伝導率の諸条件で有効である。

このグラフから判るように、流量の生産能力は距離りが減少し厚みｂも減少する 時かなり増加する。

第６図はＴｈとＴ。とφ及びＫＭが上述の数値を有する場合におけるグラフであ る。このグラフは、距離りの函数としてかつ厚みｂを助変数としての蒸留塩水に ｇ当りの皮膜を通ずる熱伝導で引き起こされる熱損失に係る。このグラフからも 判る如く熱損失は距離りの減少に伴って増加する。

上記の考え方により次の２つの式の形で表わすことのできる理論的モデルが得ら れる。即ち、γ”　（Ｋ１−２／（φ・Ｋａｉｒ）ａｔＴｈ　（２ｂ）ここで に１−２　”　Ｋａｉｒ・φ十ＫＰＴＦＥ（１−φ）　（２ｃ）ここで Ｋａｉｒ　＝　１．５　・１０−３１　（２ｄ）これらの式で下記の如き記号表 示が用いられている。

即ち、 ｂは皮膜厚み（−） Ｃはモル濃度（モル／ｒＩＬ３） ＣＰは熱容量（ジュール１モル・ＯＫ　）Ｄは水蒸気と空気の混合体の拡散率（ Ｍ２Ａ　）Ｅは皮膜を通るエネルギー流量（シューＡ／　／　第２・５）Ｋａｉ ｒは空気の熱伝導率（Ｗ／／ｒ！Ｌ２・ＯＫ）ＫＭは皮膜の熱伝導率（ｖ！２・ ＯＫ　）Ｌは皮膜とプラスチック膜との距離（−）Ｎは皮膜を通ずるモル流量（ モル／ｍ２）Ｑは皮膜を通るフラックス（ｋｇ／−２・ｈ）Ｔｏは低温液温度（ ０Ｋ） Ｔｈは高温液温度（６Ｋ） ｘｏはプラスチック膜におけるモル分別水蒸気Ｘｈは皮膜におけるモル分別水蒸 気 φは皮膜内の相対的孔面積 モル流量Ｎを式（１）における流量又は流束Ｑで置換すると次の流量が得られる 。

熱損失（Ｅ）及び生産能力（Ｑ）は上記式により距離り、厚みす、皮膜の相対的 孔面積、高温及び低温液の温度の函数として計算することができる。第３図と第 ４図と第５図と第６図及び第７図の各グラフは上記のモデルに従って計算され、 このモデルは一部実験的に検証されている。

拡散路の長さは重要な要因である。この長さには皮膜厚みｂと距離りとが含まれ る。第３図及び第５図に示すように、拡散路の長さが増加する場合に蒸発度が増 加する。

第５図において、ＴｈとＴｏとφ及びＫＭの大きさは第６図にあげた数値と同じ である。第６図において皮膜は０．２ｎの厚みｂを有している。

上述の式（３）には最も顕著な２つの項即ち１つに皮膜ｂ／（φへ）に係り他の １つは空気間ＥＩ　ＬＪＦｐに係るものが含まれている。

これより判るように、若し第２の項が非常（で大きい場合最小項の変動はフラッ クス又はマス流量に影響を及ぼさない。従って、皮膜厚みｂは第３図（Ｌ＝５ｍ ｍ参照）より明かなように距離りが大きい限り何等目立つ程にマス流量に影響を 及ぼさない。

皮膜厚みｂについて述べると、第６図より判るように皮膜厚みｂが約０．５間未 満で同時に距離りが１　ｍｍ未満の場合マス流量が目立って増加する。

既述の如く、第３図と第６図の比較より判るように、距離りが短いと生産能力が 増加するが熱損失も同様に増える。熱損失は無視できないものなので皮膜蒸留塩 水のコストより見て又場合によっては蒸留装置へ必要とする熱エネルギーを供給 する困難性より見て熱損失を低目に保つことが肝要である。

熱エネルギー必要条件は皮膜式蒸留装置の運転コストの大きな部分を占める。熱 エネルギーは塩水を蒸発させ又熱損失の補償のために供給されねばならぬ。皮膜 を介する熱伝導により起こされる熱損失についてはこの熱エネルギーは塩水蒸発 に役立たず、又皮膜を横切る温度差が減りその結果蒸発度が低下即ち皮膜を介す る流量又は流束の減少となるのでその熱損失を低下するよう試みることが肝要で ある。

第６図に皮膜を介する熱損失を距離りの函数として皮膜厚みｂを助変数として示 しである。助変Ｆ”ｈとＴｏとφ及びＫＭの値は第３図に示せるものと同じであ る。第６図より判るように、熱損失は距離りの減少と共に増加する。

より薄い皮膜の使用時に熱損失が減少するという驚くべき事実が判っており、こ の減少は第６図に示されている。然しなから、これは第３図について述べた如く より薄手の皮膜を用いた時にはマス流量又はフラックスはかなり増加するという ことに帰因する。

又、第６図より判るように、距離りが約０．２ｍｔｘｔ未満の場合皮膜を介する 熱損失が顕著に増加する。

第７図はそれぞれ０．７及び０．９の相対孔面積を有する２つの互いに異なった 皮膜について距離ＬＫ対する熱損失の依存度を示している。第７図より判るよう に、熱損失の増加は両方の皮膜に対し距離りが約０．２ｍ１ｔ未満の場合著しい 。

距離りが約０．２ｍｍ未満の際における熱損失の著しい増加のため距離は０４２ ｎより大きく選ばれる。距離を前述の大きさより小さくはさせないことを確保す るもう１つの理由はさもないと皮膜とプラスチック膜との間にウォータブリッジ （Ｗａｔｅｒ　ｂｒｉｄｇｅ　）が形成し易いからである。この種のウォータブ リッジが形成されると、水は空気より高い熱伝導性を具えている事実により熱損 失が非常に増加する。更に、皮膜を介する流量が増加し同時に皮膜の目に水分が 詰まる危険が増大する。この場合蒸留は行われず塩分は水と共に蒸留物内へ運ば れる。

きわめて広範囲に変わる相対的孔面積φ即ち０から０．９６の範囲を示す皮膜は 現在市販されており、即ち皮膜の最大９６％が孔をもっている皮膜である。かか る皮膜の平均孔径は０．０２μｍから１５μｍである。

第７図におけるＴｈとＴ。とφ及びＫＭの大きさは第３図にあげたものと同じ数 値を有している。皮膜厚みは０．２■である。

第４図は流量又は流束を相対的孔面積φの函数として示せるグラフである。この 図におけるＴｈとＴ。及びＫＭの大きさは第３図にあげたものと同じ値である。

皮膜厚みは０．２闘である。　′ 第４図より判るように、流量は相対有孔度φが増加特に距離りが約１■未満の場 合非常に増大する。相対的孔面積が大きい（第７図参照）皮膜の場合何故熱損失 が低いかの理由は有孔度の大きい時に得られる増大流量による。

一好適実施例によると、上記皮膜は０．７を超え好適には０．８を超える相対的 孔面積φを有する。かかる孔面積は、上述の説明及び第４図と第７図より判るよ うに流量即ち生産能力と熱損失と距離り及び皮膜厚みｂとの上述の関係を拡大す る。

第５図は塩水湿度Ｔｈを助変数とし距離りの函数として流量を示せるグラフであ る。Ｔｃとφ及びＫＭの大きさは第６図にあげた数値であり皮膜厚みは０．２■ である。

第５図より判るように、距離りが約１朋より小さい時流量の目立った増加が発生 し、この増加は高温度の塩水の場合大きい。

既述の如く、大きな相対孔面積が好ましい。然しなから、皮膜の機械的強度は孔 面積の増加に伴って下がる。このため、特にせまい空気間隙が維持されるという 事実と相俟って問題を構成する。従って、−好適実施例によると（第８図と第９ 図参照）皮膜２にはプラスチック繊維などの槍維２４のようなキャリヤーが設け られ、これらの繊維は出たらめな向きにおかれ若しくは整然とした隊列形態で皮 膜中におかれ所望距離りに等しい直径をもっている。キャリヤーを設けた皮膜の 面は上述の凝縮面の方を向いている。

繊維２４の代りにネット又はその他支持要素を皮膜に取付けることができ、皮膜 の面に直角な方向におけるキャリヤーの厚みは所望の距離りに等しい。かかる変 更例は本発明に包含されるものと考えられる。かかる実施例の場合、相対的孔面 積が高く繊維又はキャリヤーが上述の空気間隙を維持するためのスペーシング要 素を同時に形成する時でも強い皮膜が得られる。凝縮面は第８図に破線２５で示 されている。

従って容易に理解されるように、本発明は高生産及び低い熱損失を得る方法を教 示し、従って皮膜式蒸留技術の分野における重要な前進を表わしている。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．液体主として水を蒸留するための蒸留装置にして、水蒸気又は蒸気を通すも 液を通さない多孔質疎水性の皮膜と、該皮膜から距離をおいて配された凝縮面と を含み皮膜と凝縮面との間に空気間隙を形成する蒸留ユニツトを包含し、更に、 蒸留すべき液体を空気間隙より遠い皮膜の面上に導くためのユニツトと、前記液 体より低温の液体を空気間隙より遠い凝縮面の側に導くよう配置されたユニツト とを含む蒸留装置において、皮膜（２）と凝縮面（３）との間の距離（Ｌ）が約 ０．２ｍｍから約１ｍｍの範囲にあり、皮膜（２）の厚みｂが約０．５ｍｍより 小さいことを特徴とする蒸留装置。
2. ２．‘皮膜は０．７好適には０．８を超える相対孔面積（φ）を有することを特 徴とする請求の範囲第１項による蒸留装置。
3. ３．皮膜（２）には片面上に繊維（２４）などのようなキヤリヤーが設けられ、 該キヤリヤーは前記距離（Ｌ）に等しい厚みを皮膜面に垂直に有していることを 特徴とする請求の範囲第１項又は第２項による蒸留装置。