JPS6389410A - 硫酸の濃縮法 - 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】 本発明は硫酸を多段階蒸発によって濃度的８０％まで−
ａｌｌする方法に関する。

九１へ１１ 場合によっては１０％以下の濃度の稀硫酸が、多くの無
機及び有機化合物の製造工程から、又亜硫酸ガスを含む
排気ガスの精製に際して得られる。

これを再使用しようとすれば、−ｍにこれを蒸発して６
０％以上に濃縮し、不純物を除去又は分解する事が必要
である。

これらの硫酸を省エネルギー条件下に濃縮する為に、蒸
発で生成する蒸気を次段階の燃料（熱源）として使用す
る多段階法が提案されている。しかしながら蒸発に必要
な設備費が硫酸の腐食性の為にかなり高いものになる。

この理由と、更に硫酸の沸点が濃度が上がるにつれて急
激に上昇する、言い換えれば硫酸濃度が上昇すると水の
分圧が急激に低下し、装置を構成する材料の使用可能極
限温度では操作として不十分であり、蒸発効率が落ちて
しまう為に、多段階法は僅かに約７０％に濃縮する（所
謂予備濃縮）場合にしか用いられて来ていない、コスト
上の理由でこれら多段階法で使用する蒸発缶及び配管は
ゴム被覆鋼又はプラスチック製に、熱交換器はグラファ
イト製にすることが好ましい、しかしその為に操作温度
は、最高１００ないし１３０℃に制限され、その結果コ
ストの点から見ても合理的な最終到達濃度は、使用可能
温度によって多少の変化はあるものの一般に最大６０な
いし７０％である。

エナメル塗装した装置及びタンタル製熱交換器は非常に
高価であり、より安価な材料を使用するのでは最早操作
が不可能な場合にのみ使用する。

最早操作不可能な場合とは、温度約６０ないし７０％の
硫酸を８０ないし９２％に蒸発濃縮する場合である。

この蒸発段階では、水分圧が低いために１２０から最高
１９５℃の温度が必要であり、この温度ではその抵抗性
を確保する為に熱交換器の構成材料にタンタルを使用す
る事が必要である。蒸発機器、配管及びポンプにはガラ
ス、エナメル、鋳造フェロシリコン及びテフロンが好ま
しく使用される。タンタル製熱交換器が高価なので設備
費を少なくする為に、加熱を５ないし１５ｂａｒの過熱
蒸気で行う、即ち水の蒸発を１段階で行っている（　Ｗ
ｉｎｎａｃｋｅｒ。

Ｋ１１ｅｈｌｅｒ、　Ｃｈｅｍｉｓｃｈｅ　Ｔｅｃｈｎ
ｏｌｏｇｉｅ、　Ｖｏｌ、　２．４ｔｈＥｄ、、　１９
８２．　Ｃｕｒｌ−Ｈａｎｓｅｒ−ＶｅｒｌａＨ社（Ｍ
ｔｉｎｃｈｅｎ　Ｗｉｅｎ）発行、６５〜７２頁参照）
。

杢−−コＬ−−朋一 本発明の目的は上述した様な欠点の無い、稀硫酸を約８
０％の濃度に迄濃縮する、経済的な方法を提供するにあ
る。

驚くべき事にこれらの問題が、循環式又は流下薄膜式蒸
発缶と横型蒸発缶とを組み合わせて稀硫酸を濃縮する方
法によって解決される事が発見された。

本発明は、硫酸を約８０％の濃度に迄多段階で濃縮する
方法において、濃度４０ないし６５％迄の蒸発は減圧下
、循環式又は流下薄膜式蒸発缶で行い、その１蒸発段階
はそれに続く横型蒸発缶からの蒸気で加熱し、そして濃
度６６ないし８０％への蒸発はその横型蒸発缶で僅な減
圧下、常圧下又は加圧下に行う事を特徴とする硫酸濃縮
法に関する。

本発明の方法において、硫酸の蒸発は数段階に分けて実
施する。４０ないし６５％への硫酸蒸発は、減圧下１２
０°Ｃの温度で、黒鉛、又はテフロン製熱交換器を備え
た循環式又は流下薄膜式蒸発器中で１段又は多段で実施
する。

引き続いて４０ないし６５％硫酸の約６６ないし８０％
硫酸への蒸発は、僅かな減圧下、常圧下又は加圧下タン
タル製管束型熱交換器を有する横型蒸発器中で実施する
。

本発明の方法において、横型蒸発器中での硫酸蒸発は濃
度６６ないし８０％の硫酸が、温度１６０ないし１９５
℃で蒸発器から排出されるような条件下に実施するのが
好ましい。

好ましい横型蒸発器の構造材料はガラス製又はＰＴＦＥ
被覆した鋼鉄である。

横型蒸発器の熱交換器は好ましくは圧力８ないし２０ｂ
ａｒの蒸気で加熱する。横型蒸発器から発生する蒸気は
好ましくは循環式又は流下薄膜式蒸発器中での蒸発段階
での熱源として使用する。そしてこの段階で生じた蒸気
は順次次段階の蒸発熱源として使用する。循環式又は流
下薄膜式蒸発器の最適段階数は、同装置の全体から見た
能率、エネルギーコスト及び冷却水の入手状況等を考慮
に入れた経済的な要因で決められる。

及へ１１１乳賢 本発明の方法を図を参照しながら説明する。稀硫酸を蒸
発段階（１）に供給する。

図には蒸発器（１ａ）、循環ポンプ（１ｂ）、及び熱交
換器（１ｃ）から成る強制循環式蒸発器が示しである。

稀硫酸（１１）は循環酸（１２ン中に加えられ、両者は
熱交換器（１ｃ）中で蒸発段階（２）からの蒸気（１８
）で加熱される。蒸発器（１ａ）中でその減圧程度によ
って、加熱された循環酸（１３）から水が蒸発される。

生じた蒸気（１４）は、水で、又は他の冷媒（１５）で
冷却した凝縮器中で凝縮され、浸没器（５）中に排出さ
れる。蒸気凝縮は又冷媒と直接接触させて行う事も出来
る。凝縮出来なかったガスは真空ポンプで系外に除去さ
れる。　蒸発途中の硫酸（１７）は蒸発段階（１）から
蒸発段階（２）に流入し、蒸発段階（２）では段階（１
）よりも高温、高圧下に操作が行われる。

蒸発段階（３）の横型蒸発器からの蒸気（１９）は、熱
交換器（２ｃ）の熱源として使用される。蒸発段階（２
）から段階（３）に送られる濃度４０ないし６５％の硫
酸は好ましくはガラス製、又はＰＴＦＥ被覆熱交換器（
３ｂ）中で、温度１６０ないし１９５℃で蒸発器（３ａ
）から出てくる６６ないし８０％硫酸で予熱する。　Ｍ
（２１）はそれから略沸点で横型蒸発器（３ａ）に導入
され、その為タンタル製熱交換器の表面積は全く小さく
する事が出来る５好ましくは熱交換用管束の長さ方向に
沿って垂直隔壁（３ｃ）を設置し、同交換器の操作を数
段階に分けて実施したのと同じ効果が得られるようにす
る。熱交換器（３ｂ）で６０ないし１２０℃に冷却した
酸（２３）は更に系内に供給される稀硫酸（１１）又は
冷却水によって冷却する事が出来る。横型蒸発器（３ａ
）のタンタル製熱交換器は圧力８ないし２０ｂａｒの水
蒸気　（２４）で加熱する。凝縮水蒸気（２５）のエネ
ルギーは、熱交換器（２ｃ）の熱媒室において、フラッ
シュ蒸発による硫酸濃縮に利用されるので有利である。

本発明の方法の利点は機器のコストが比較的低いだけで
なく、特に横型蒸発器から発生する蒸気の露点が高く、
同一条件下、特に冷却水の温度が同じ場合、公知の予備
濃縮法の場合よりももう１段多く蒸発を実施することが
可能である点にある。

それによって必要なエネルギーは２０ないし３０％節減
される。公知の方法と比較して特に優れた点は、公知の
方法では冷却水の温度が高すぎる為に、蒸気からの熱を
利用して多段階予備濃縮が出来ず、冷却水の温度を特殊
な冷却器を使用して下げねばならず、更にコストがかか
るのに対して、本発明の方法では酸濃度の４０ないし６
５％から６６ないし８０％への濃縮はタンタル製熱交換
器を使用する蒸発段階で行うので、たとえ冷却水温度が
極端に高くても、即ち３０ないし３５°Ｃでも少なくと
も２段階で蒸発を行う事が出来る。本発明の方法では、
最高Ｔａ酸濃度の段階で多段階式横型蒸発器を使用する
ので、同段階で必要な伝熱面積は強制循環式蒸発器の２
０ないし３５％に過ぎず、従って高性能材料、特にタン
タルの使用が経済的にも可能になる。

本発明の方法を公知の方法と比べ、その利点を以下の実
施例で説明する９ただ本発明はこれら実施例に何等制限
されるものでは無い。

夫１匠−１ ＴａＦｌｉを３０％濃度から７０％濃度へ蒸発で濃縮す
る。

装置の特徴及び１トンの水を１時間で蒸発させるのに必
要なエネルギーを、公知の方法（１ａ）と本発明の方法
（ｌｂ）とで比較した。

ｌａ）硫酸の蒸発濃縮は２段階の時のみ経済的に実施可
能になる。使用する蒸発装置は２段階強制循環式真空蒸
発装置である。３０％濃度のＶＩＬ酸を第１段階に供給
し、１１０℃で４２％濃度に濃縮する。

濃縮された硫酸は第２段階に送られ、そこで８０℃で蒸
発させ７０％濃度に濃縮する。第１段階で使用するグラ
ファイト管の熱交換器は圧力３．６ｂａｒの水蒸気で加
熱され、第２段階の熱交換器は第１段階からの蒸気で加
熱される。第２段階からの蒸気は冷却水で直接凝縮させ
る。供給する３０％濃度の硫酸は装置から出てくる７０
％硫酸によって２５℃から３８°Ｃへ予熱され、それに
よって７０％硫酸は３０℃に冷却される。

ｌｂ）硫酸の蒸発濃縮は図１に示したように３段階装置
で行う。横型蒸発器〈３ａ）に供給される硫酸り２１）
は、横型蒸発器から出て来る酸（２２）によって熱交換
器中で１２０℃に加熱されており、そしてこの酸（２２
）は同時に８０℃に冷却される。７０％硫酸（２３）は
更に稀硫酸（１１）によって３０℃に冷却され、稀硫酸
（１１）は４５℃に加熱され第１段階に送られる。

蒸発器（１ａ）からの蒸気は冷却水と直接接触させて凝
縮させる。

第１段階からの３６％硫酸は第２段階に供給され、４６
％濃度になって、熱交換器（３ｂ）を経て横型蒸発器に
送られる。

二つの方法（１ａ）及び（１ｂ）比較すると（表１）、
本発明の方法は以下に挙げるような利点を有している事
が判る。

■８本発明の方法（１ｂ）のエネルギー消費は公知の方
法（１ａ）の７７％に過ぎない、凝縮水蒸気を水蒸気発
生に使用すれば、僅か６７％になる。

２、凝縮蒸気の露点が高＜　（ｌａ：　２）’Ｃ，Ｌｂ
：　３１℃）そして蒸気量が少ない為に、水温が同じ場
合、冷却するのに必要な水の量は僅か４４％に過ぎない
。

３、方法（１ｂ）では伝熱面頂及び酸の循環量が小さく
、それによって第３段階用機器の初期コストを幾分軽減
出来る。いずれの場合でも本発明の方法で使用する横型
蒸発器が構造が単純で、そして比蒸発速度が高いのでコ
ストが低くなるのである。

４、従来法では、蒸気凝縮を循環式蒸発器（第１段ｉｌ
ｌン中で通常冷却水で経済的に実施しようとすれば、１
１０℃又はそれ以下の高い蒸発温度が必要である。この
為配管及び蒸発器の構成材料に安価な材料を使用するこ
とが出来ない０本発明の方法では、略同濃度に対して僅
か８５℃を必要とするに過ぎない（第２段階）。

寒ｔ２ ３０％硫１１２６）２７時間を蒸発によって９６％濃度
に濃縮し、そして有機性不純物は約３３０℃で硝酸酸化
して分解する。蒸気は間接冷却によって凝縮させる。利
用できる冷却水の温度は３０℃である。

２ａ）当分野における技術による問題の解決：硫酸は１
段階式の、グラファイト製冷却管から成る熱交換器を備
えた強制循環型蒸発器中、１００℃で蒸発させて７０％
に濃縮する。装置に供給する３０％硫酸は、装置から排
出される７０％硫酸によって３０℃から４６℃に予熱さ
れる。これによって７０％硫酸は４０℃に冷却され、更
に高度濃縮及びＰａｕ　Ｉ　ｉｎｇ／ＰＩ　１ｎｋｓ法
による酸化精製（Ｂｏｄｅｎｂｒｅｎｎｅｒ　ｅｔ　ａ
ｌ。

ＤＥＣＩ（ＥＭ＾−Ｍｏｎｏｇｒ、　８６　（１９８０
）　１９７参照）段階へ移送される。　７０％硫酸は部
分凝縮器に供給する前に、高度濃縮からの蒸気で予熱す
る。９６％［Ｒ（１８７５ｋｇ／時間）は容器から排出
され、撹拌器装備冷却器中、冷却水で４０℃に間接冷却
される。

予備濃縮及び高度濃縮に対する操作パラメーターを表２
に要約した。蒸気をステンレススチール製熱交換チュー
ブ中で間接冷却する際、冷却水の温度が３０℃から４０
℃へ上昇するのは許容される。

予備濃縮での水の多段蒸発を安価な材料で構成した機器
中で行う事は、蒸気をより低温の冷媒を用いて凝縮させ
るか、又は第２段階からの蒸気を水蒸気ブースターで予
備圧縮させて初めて可能になる。

２ｂ）本発明の方法による問題の解決：３０％から８０
１への硫酸予備濃縮を、例えば図に示した様な装置で、
上に示した循環蒸発器系が１段階方式であるのに対して
２段階方式で実施する。

４Ｒ型蒸発器から出て来る８０％硫酸は、この模型蒸発
器に入る４２％硫酸で１８５℃から９２℃に冷却され、
４２％硫酸は１０２℃に加熱される。８０％硫酸は更に
３０％硫酸で４０℃に冷却され、３０％ＴｉＬｗｉは４
２℃に加熱される。

この様に比較して来ると、本発明の方法は以下に示す長
所を有している事が判る。

１、エネルギーは３０％節約される。凝縮加熱蒸気を水
蒸気発生に再利用すれば節減は３６％に達する。

２、冷却水の必要量は、僅かに６０％である。

３、強制循環蒸発器系の大きさはかなり小さくなる。操
作温度が１００℃から６５℃に下がって、安価な材料を
機器に使用する、例えばゴム被覆容器及び配管を使用す
る事が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う方法を例示するフローチャートで
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、硫酸を約８０％の濃度に迄多段階蒸発で濃縮する方
   法において、濃度４０ないし６５％迄の蒸発は減圧下、
   循環式又は流下薄膜式蒸発缶で行い、その１蒸発段階は
   それに続く横型蒸発缶からの蒸気で加熱し、そして濃度
   ６６ないし８０％への蒸発はその横型蒸発缶で僅な減圧
   下、常圧下又は加圧下に行うことを特徴とする硫酸濃度
   上昇法。 ２、循環式又は流下薄膜式蒸発缶中での蒸発による硫酸
   濃縮を一段又は多段で１２０℃以下の温度で実施する特
   許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、横型蒸発缶中での蒸発による硫酸濃縮を、６５ない
   し８０％濃度の硫酸を１６０ないし１９５℃の温度で同
   蒸発缶から放出出来る様な条件下に実施する特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ４、横型蒸発缶を圧力８ないし２０ｂａｒの過熱水蒸気
   で加熱し、過熱水蒸気の凝縮物を放圧して生じた水蒸気
   を、循環式又は流下薄膜式蒸発缶の熱交換器の水蒸気室
   に導入する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５、横型蒸発缶中に隔壁を熱交換管束に対して直角に設
   置する特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６、横型蒸発缶に導入した濃度４０ないし７０％の硫酸
   をその蒸発圧での沸点範囲内の温度に迄、横型蒸発缶か
   ら放出される濃度６５ないし８０％の硫酸で加熱する特
   許請求の範囲第１項記載の方法。