KR960010361B1 - 물에 대한 포화용해도가 온도에 반비례하는 수용성용질을 함유하는 수용액의 증발방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

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Description

물에 대한 포화용해도가 온도에 반비례하는 수용성용질을 함유하는 수용액의 증발방법 및 그 장치

제 1 도는 본 발명의 하나의 실시예를 표시하는 도면.

제 2 도는 본 발명의 다른 실시예를 표시하는 도면.

제 3 도는 물에 대한 황산칼슘의 포화용해도 곡선을 표시하는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 증발관,2 : 가열기,

3 : 응축기, 6 : 증기닥트,

12 : 증기이젝터,14 : 제 1 순환관로,

15 : 결정석출탱크,16 : 순환펌프,

17 : 제 2 순환관로,20 : 기액혼합부,

21 : 보조증기 이젝터,22 : 증기닥트,

29 : 플래시증발부.

본 발명은, 황산칼슘(CaSO₄1/2H₂O) 또는 황산망간(MnSO₄H₂O) 등과 같이, 물에 대한 포화용해도가 온도의 상승에 반비례하는 수용성용질(水容性容質)을 함유하는 수용액에서, 이 수용액 속의 물을 가열증발하도록 한 증발방법, 및 그 장치에 관한 것이다.

수용성용질을 함유하는 수용액 속의 물을 가열증발하는데는, 예컨대, 마르센 주식회사 소화 50년 5월 30일 제 2 판 발행의 화학장치편람등에 기재되어 있는 바와 같이, 자연순환형 증발장치 또는 강제순환형 증발장치 등과 같은 각종 형식의 감압식 증발장치를 사용하는 것이 일반적이었다.

그리고, 이 감압식 증발장치는, 종래부터 잘 알려져 있는 바와 같이, 수용액의 간접 열교환식의 가열기로 가열단 뒤, 대기압 이하의 감압상태로 유지된 증발관내에서 증발시키고, 이 증발된 후의 수용액을 전기한 가열기로 다시 가열한다고 하는 순환을 실시하여, 전기한 수용액 속의 물을 가열증발하는 것이다.

전기한 감압식 증발장치는, 수용액을 간접적으로 가열하기 위한 가열기를 필요로 하는 것이므로, 증발시키려고 하는 수용이, 수용성용질로 황산칼슘, 또는 황산망간을 함유하는 것으로서, 이 수용액을, 그 용질이 결정(結晶)으로 석출(析出)하는 상태까지 증발시키는 경우에는, 아래에 진술하는 바와 같은 문제를 초래한다.

즉, 전기한 황산칼슘의 물에 대한 포화용해도(포화수용액 100g 속에 함유되는 용질의 중량)는, 온도의 상승에 따라 내려간다고 하듯이 온도에 반비례하는 것이고, 바꾸어 말하면, 이 황산칼슘 수용액의 포화용해도 곡선은, 제 3 도에 표시하듯이 우하곡선(右下曲線)으로서, 이 황산칼슘을 함유하는 수용액을, 전기한 감압식 증발장치로 황산칼슘의 결정이 석출하는 상태까지 가열증발시킬 때에, 그 가열기에서의 가열중에 있어서, 이 황산칼슘 수용액은, 전기한 포화용해도 곡선보다 아랫쪽의 미포화영역에서 이 포화용해도 곡선을 넘어서 그 윗쪽의 과포화영역으로 크게 이행(移行)하여 높은 과포화상태로 되며, 그 결과, 전기한 가열기의 양쪽 전열면중 전기한 황산칼슘 수용액이 접촉하는 쪽의 전열면에 전기한 황산칼슘 수용액 속의 황산칼슘의 결정이 석출하여 스케일(scale)로 되어 부착하므로, 가열증발의 운전을 정지하여 가열기에 발생하는 스케일을 제거하는 것을 빈번하게 실시하지 않으면 안될 뿐만 아니라, 스케일의 부착이 현저할 경우에는 가열기의 전열관의 손상이 발생한다고 하는 문제가 있었다.

또, 황산망간의 물에 대한 포화용해도도, 전기한 황산칼슘의 경우와 마찬가지로, 온도에 반비례하는 것이므로, 이들의 수용액에서 결정이 석출하는 상태까지 가열증발시키는 경우에서도 전기와 마찬가지의 문제가 발생하는 것이다.

본 발명은, 전기한 황산칼슘 또는 황산망간 등과 같이, 물에 대한 포화용해도가 온도에 반비례하는 수용성용질을 함유하는 수용액에서, 용질의 결정이 석출하는 상태까지 가열 및 증발시킬 때에, 가열기의 전열관에 스케일이 발생하는 것을 확실하게 저감할 수 있게 한 방법, 및 그 방법에 사용하는 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 하는 것이다.

이 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 황산칼슘이나 황산망간 등과 같이 물에 대한 포화용해도가 온도의 상승에 반비례하는 수용성용질을 함유하는 수용액을, 간접 열교환식의 가열로 가열하고, 대기압 이하의 감압상태로 유지된 증발관안에서 증발하도록 한 증발방법에서, 전기한 증발관에서 증발된 후의 수용액에, 보일러 등으로부터의 높은 온도의 증기를 혼합하고, 전기한 수용성용질읠 결정을 석출하여 그 결정을 분리 및 제거하고, 계속하여, 대기압 이하의 감압상태에서 플래시(flash) 증발시킨 후, 전기한 가열기로 가열하는 순환을 실시한다고 하는 방법을 채용하였다.

또, 본 발명의 장치는, 대기압 이하의 감압상태로 유지한 증발관과, 여러개의 전열관은 구비한 가열기와, 황산칼슘이나 황산망간 등과 같이 물에 대한 포화용해도가 온도상승에 반비례하는 수용성용질을 함유하는 수용액을, 전기한 증발관과 가열기와의 사이를 순환하는 순환경로로 이룩하는 증발장치에 있어서, 전기한 순환경로중 전기한 증발간에서 가열기에 이르는 부분에, 전기한 수용액에 높은 온도의 증기를 혼합하는 기액혼합부(氣液混合部)와, 대기압 이하의 감압상태로 유지한 플래시증발부를, 전기한 기액혼합부를 상류쪽에, 플래시증발부를 하류쪽에 설치하는 구성으로 하였다.

이와같이, 가열기로 가열하고, 계속하여, 증발관에서 증발된 후의 수용액에 보일러 등으로부터의 높은 온도의 증기를 기액혼합부에서 혼합하면, 전기한 수용액의 온도가 상승하여, 이 수용액은 포화용해도 곡선보다도 윗쪽의 과포화영역내에 높은 과포화상태로 됨에 의하여 이 수용액 속의 수용성용질은 결정으로 석출하므로, 이 수용액의 농도는 포화용해도에 가까운 상태로 된다.

계속하여, 이 수용액에서 이 수용액 속의 결정을 분리 및 제거한 후 대기압 이하의 감압상태의 플래시 증발부에서 플래시 증발하면, 이 수용액의 온도가 하강함에 의하여, 이 수용액을, 일단 포화용해도 곡선보다도 아랫쪽의 미포화영역내로 크게 깊숙이 들어갈 수 있도록 꽤 낮은 미포화 상태로 할 수 있고, 바꾸어 말하면, 전기한 가열기에 의한 수용액의 가열을 꽤 낮은 미포화의 상태에서 개시할 수 있으므로, 이 가열기에서의 가열중에 전기한 수용액이 전기한 포화용해도 곡선을 넘어서 과포화영역으로 들어가는 것을 방지할 수 있거나, 또는 과포화영역에 들어가는 정도를 대폭으로 내릴 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명에 의하면, 물에 대한 포화용해도가 온도상승에 반비례하는 수용성용질을 함유하는 수용액에서, 용질의 결정이 석출하는 상태까지 가열 및 증발시킬때에, 이 수용액을 가열기로 가열하는 도중에 이 수용액이 포화용해도 곡선을 넘어서 과포화상태로 되는 것을 방지할 수 있거나, 또는 과포화상태로 되는 정도를 대폭으로 내릴 수 있으므로, 전기한 가열기의 전열면에 수용액 속의 수용성용질이 스케일로 석출하는 것, 바꾸어 말해서, 전기한 가열기의 각 전열관에 스케일이 발생하는 것을 확실하게 저감할 수 있고, 그 결과 가열 및 증발의 운전시간을 대폭으로 연장할 수 있음과 아울러, 가열기의 각 전열관에 손상이 발생하는 것고 확실하게 저감할 수 있는 효과를 갖는다.

[실시예]

아래에, 본 발명의 실시예를, 자기증기압축형의 증발장치로 황산칼슘 수용액을 황산칼슘의 결정이 석출하는 상태까지 증발하는 것으로 적용한 경우의 도면 제 1 도에 대해서 설명한다.

도면에서 부호 1은, 밀폐형의 증발관을 표시하고, 그 증발관(1)내의 상부에는 좌우한쌍의 헤더(header)(2a), (2b)와, 이 양쪽 헤더(2a), (2b) 사이를 연결하는 복수개의 전열관(2c)으로 이루어지는 가열기(2)가 설치되어 있다.

부호 3은, 관로(4)에서 공급되는 냉각수에 의하여 냉각되도록 한 응축기를 표시하고, 이 응축기(3)에는 전기한 증발관(1)의 증기출구(5)와 연결되는 증기닥트(6)이 접속되어 있고, 전기한 증발관(1)내를 대기압 이하의 감압상태로 유지하기 위한 진공펌프(7) 등의 진공발생장치가 접속되며, 또, 응축수의 배출펌프(8)가 접속되고, 더욱이, 전기한 가열기(2)의 한쪽 헤더(2b)로부터의 응축수추출관로(9)가 접속되어 있다.

또한, 전기한 증기닥트(6) 또는 응축기(3)에는 전기한 가열기(2)에 있어서의 한쪽 헤더(2b)로부터의 불응축성가스의 추출관로(10)가 접속되어 있다.

전기한 증발관(1)에서 전기한 응축기(3)로 연결하는 증기닥트(6)내를 흐르는 증기의 일부를, 보일러(비도시)로부터의 증기공급관로(11)에서 공급되는 고압증기로 구동되는 증기 이젝터(ejectir)(12)로 흡인 및 압축한 후, 증기닥트(13)를 개재하여 전기한 가열기(2)의 한쪽 헤더(2a)내로 공급한다.

한편, 전기한 증발관(1)내의 아래에 있는 황산칼슘 수용액을 제 1 순환관로(14)를 개재하여 결정석출탱크(15)내로 도입한 후, 이 결정 석출탱크(15)의 위에서 맑은 액의 상태로 추출하고, 이것을 순환펌프(16)와 제 2 순환관로(17)를 개재하여 전기한 증발관(1)내의 상부에 설치한 노를(nozzle)(18)로 보내서, 이 노즐(18)로부터 전기한 가열기(2)의 각 전도관(2c)의 외표면을 향해서 산포하는 순환을 실시하도록 구성하는 한편, 전기한 제 2 순환관로(17)의 도중에 황산칼슘 수용액을 관로(19)에서 공급한다.

그리고, 전기한 제 1 순환관로(14)의 도중에는, 기액혼합부(20)를 설치하는 한편, 전기한 증기이젝터(12)로부터 한쪽 헤더(2a)로 연결되는 증기닥트(13)내를 흐르는 증기의 일부를, 전기한 증기공급관로(11)에서 공급하는 고압증기로 구동되는 보조증기이젝터(21)로 흡인 및 압축한 후, 증기닥트(22)를 개재하여 전기한 기액혼합부(20)로 도입하여, 전기한 증발관(1)에서 결정석출탱크(15)로 이송되는 황산칼슘 수용액과 직접적으로 혼합되게 한다.

이 구성에 있어서, 증발관(1)내의 아래에 있는 황산칼슘 수용액은, 제 1 순환관로(14)를 개재하여 결정석출탱크(15)내로 도입되는 도중의 기액혼합부(20)에서 증기가 혼합되기 때문에, 농도가 약간 낮아지면서 온도가 높게 되어서, 결정석출탱크(15)내로 유입한다.

그리고, 이 결정석출탱크(15)내로 유입한 황산칼슘 수용액은, 이 결정석출탱크(15)의 위에서 맑은 액의 상태로 순환펌프(16)에 의해서 펴내어져, 제 2 순환관로(17)를 거쳐 노즐(18)에서 증발관(1)내로 분출할 때 플래시 증발함에 의하여 농도가 약간 높게 되면서 증발관(1)내에 있는 증기의 온도와 같은 온도까지 내려가고, 계속하여, 가열기(2)의 각 전열관(2c)의 외표면에 접촉하므로써, 가열 및 증발된다고 하는 순환을 반복하는 것이다.

이 장치에서, 전기한 증발관(1)내의 증기온도를 70℃로 설정하는 한편, 황산칼슘 수용액의 비등점상승이, 예컨대 약 5℃라고 가정하면, 이 증발관(1)의 아래에서 유출하는 황산칼슘 수용액의 온도는 75℃로 된다.

또, 이 황산칼슘 수용액에 전기한 기액혼합부(20)에서 증기를 혼합함에 의하여, 이 황산칼슘 수용액의 온도가 80℃까지 상승하는 것으로 할 때, 이 황산칼슘 수용액은, 전기한 증발관(1)내의 노즐(18)에서 분출할 때의 플래시 증발에 의하여, 그 온도가 전기한 증발관(1)내의 증기온도 70°에 비등점 상승 5℃를 가한 75℃의 온도로 내려가게 된다.

그래서, 전기한 증발관(1)의 아래에서 유출하는 황산칼슘 수용액의 농도를 온도 75℃의 포화용해도 0.113(wt%)와 대략 동등한 값, 요컨데, 제 3 도에서 A점에 설정하면, 이 황산칼슘 수용액은 전기한 기액혼합부(20)에서의 증기의 혼합에 의하여 그 농도가 약간 낮게 되면서 온도가 80℃까지 상승하므로, 제 3 도에 표시하듯이, 증발관(1)에서 나올 때의 A점의 상태에서 증기혼합에 의하여 B점의 상태로 이행하여, 포화용해도 곡선보다도 윗쪽의 과포화영역내에서 높은 과포화상태로 되므로, 이 황산칼슘 수용액속의 황산칼슘은, 전기한 결정석출탱크(15)내에서 결정으로 석출하여, 이 결정석출탱크(15)내의 바닥에서 침전 및 분리한다.

이 결정의 석출에 의하여, 이 결정석출탱크(15)에서 유출하는 황산칼슘 수용액의 농도는 80℃의 포화용해도 0.101(wr%)까지 내려가서, 제 3 도의 C점의 상태로 된다.

계속하여, 이 C점 상태의 황산칼슘 수용액은, 증발관(1)내로 노즐(18)에서 분출할 때 플래시증발하여 농도가 약간 상승하면서 온도가 75℃까지 내려가기 때문에, 결정석출탱크(15)를 나올때의 C점의 상태에서 플래시증발에 의하여 D점의 상태로 이행하므로, 황산칼슘 수용액을 가열기(2)로 가열하기 전의 상태에서, 이 황산칼슘 수용액을 일단 포화용해도 곡선보다도 아랫쪽의 미포화영역내로 크게 깊숙이 들어갈 수 있도록 꽤 낮은 미포화상태로 할 수가 있고, 이 꽤 낮은 미포화상태의 D점에서 전기한 A점까지 가열 및 증발되는 것이다.

즉, 전기한 가열기(2)에 의하여 가열되기 전에, 황산칼슘 수용액을 황산칼슘 결정화 및 플래시증발에 의하여 일단 꽤 낮은 미포화의 상태로 할 수 있고, 이 꽤 낮은 미포화상태에서 전기한 가열기(2)에 의한 가열을 개시하는 것이므로, 이 가열기(2)에서의 가열중에 전기한 황산칼슘 수용액이 전기한 포화용해도 곡선을 넘어서 과포화영역으로 들어가는 것을 방지할 수 있거나, 또는 과포화영역으로 들어가는 정도를 대폭으로 낮게 할 수 있는 것이다.

전기한 결정석출탱크(15)내의 아래로 침전된 결정은, 슬러리(slurry)펌프(23)에 의하여 원심분리기(24)로 보내어서 이 원심분리기(24)로 액분(液分)을 분리한 후 꺼내게 되는 한편, 이 결정에서 분리되어 탱크(25)에 고인 황산칼슘 수용액은 펌프(27)가 달린 관로(26)를 개재하여 전기한 제 2 순환관로(17)내로 복귀되는 것이다.

이 슬러리펌프(23)에는, 이 슬러리펌프(23)에서의 토출액 일부를 전기한 결정석출탱크(15)내의 전기한 슬러리펌프(23)의 흡입부로 복귀시켜, 결정의 추출을 쉽게 하기 위한 바이패스관로(28)가 설치되어 있다.

또한, 전기한 실시예는, 증발관(1)내에 가열기(2)를 설치하는 한편, 순환하는 수용액을 전기한 증발관(1)내에 설치한 노즐(18)에서 전기한 가열기(2)의 전열관(2c)으로 분출함에 의해 전기한 순환하는 수용액을 증발관(1)내에서 플래시증발시킨 후, 전기한 가열기(2)에 의하여 가열하는 경우, 요컨데, 증발관(1)내에 플래시증발부와 가열기를 설치한 경우를 표시하였으나, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 제 2 도에 표시하듯이, 가열기(2)를 증발관(1)과는 별개로 설치한 형태로 하고, 전기한 증발관(1)에서 나온 수용액에 기액혼합부(20)에서 높은 온도의 증기를 혼합하고, 결정석출탱크(15)내에서 결정을 석출하고, 계속하여, 전기한 증발관(1)과는 별개로 설치하며, 또한, 대기압 이하의 감압상태로 유지한 밀폐형의 플래스증발부(29)내에서 플래시증발시킨 후, 전기한 가열기(2)를 거쳐 전기한 증발관(1)으로 유도하도록 한 구성으로 하여도 좋은 것은 물론이고, 또, 본 발명은, 다중효용성 증발장치에 대해서 적용할 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 황산칼슘이나 황산망간 등과 같이 물에 대한 포화용해도가 온도상승에 반비례하는 수용성물질을 함유하는 수용액을, 간접 열교환식의 가열기(2)로 가열하고, 대기압 이하의 감압상태로 유지된 증발관(1)내에서 증발하도록 한 증발방법에 있어서, 전기한 증발관(1)에서 증발한 후의 수용액에 보일러 등으로부터의 고온도의 증기를 혼합하고, 전기한 수용성용질의 결정을 석출하여 그 결정을 분리 및 제거하고, 계속하여, 대기압 이하의 감압상태에서 플래시증발한 후, 전기한 가열기(2)로 가열하는 순환을 실시하는 것을 특징으로 하는 물에 대한 포화용해도가 온도에 반비례하는 수용성용질을 함유하는 수용액의 증발방법.
2. 대기압 이하의 감압상태로 유지한 증발관(1)과, 다수개의 전열관(2c)을 구비한 가열기(2)와, 황산칼슘이나 황산망간 등과 같이 물에 대한 포화용해도가 온도상승에 반비례하는 수용성용질을 함유하는 수용액을, 전기한 증발관(1)과 가열기(2)의 사이를 순환하도록 한 순환경로로 이루어지는 증발장치에 있어서, 전기한 순환경로중 전기한 증발관(1)에서 가열기(2)에 이르는 부분에, 전기한 수용액에 고온도의 증기를 혼합하는 기액혼합부(20)와, 대기압 이하의 감압상태로 유지한 플래시증발부(29)를, 전기한 기액혼합부(20)를 상류쪽으로, 플래시증발부(29)를 하류쪽으로 설치한 것을 특징으로 하는, 물에 대한 포화용해도가 온도에 반비례하는 수용성용질을 함유하는 수용액의 증발장치.