JPH01199601A

JPH01199601A - 蒸発装置

Info

Publication number: JPH01199601A
Application number: JP63022111A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Fujioka; 祐一藤岡; Michio Watabe; 渡部　道夫; Kuniyasu Nagatomo; 邦泰長友; Shingo Kubo; 信吾久保; Akira Sato; 亮佐藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1988-02-03
Filing date: 1988-02-03
Publication date: 1989-08-11

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、化学溶液、食品廃液等の蒸発装置、特にアル
コール系蒸溜廃液の濃縮用として適した蒸発装置に関す
る。

〔従来の技術〕

第５図に現在実用化されている多重効用缶による蒸発濃
縮システムを示す。すなわち濃縮缶は、第１段の蒸発缶
４５と後続の各蒸発缶４５にそれぞれ接続された熱交換
器４１　Ａ　、　４１で構成されていて、複数の濃縮缶
が第５図に示すように直列に配置されている。原液タン
ク４６から原液が供給される第１段の濃縮缶のみを外部
蒸気によって加熱し、後続する第２缶、第３缶等は各々
前段の濃縮缶より高い真空度に引かれており、前段の蒸
気エネルギーを回収して加熱する公知の方式を示す。こ
ｙで第１の濃縮缶の熱交換器４１Ａには外部から加熱蒸
気が供給されて液を加熱し、以後の濃縮缶においては、
前段の蒸発缶４５で発生した蒸気が各蒸発缶４５に接続
された次段の熱交換器４１に印加される。

この熱交換器４１　Ａ　、　４１は一般にシステム効率
ヲ高めるため大面積で大きな熱貫流率を持った図示する
ような外部配置の熱交換器が使用される。また、この熱
交換器４１　Ａ　、　４１に被加熱流体を循環させるた
め循環ポンプ４２で吸引強制循環させている。

４３は復水を吸引して真空を保つ真空ポンプ、４４は被
加熱流体を後続の濃縮缶に送る送りポンプである。

この公知の多重効用缶方式と共に第６図に示す単缶蒸気
還流方式も実用化されている。すなわち、原液タンク団
からポンプ５９によって送られる原液を収容する蒸発缶
５６で発生した蒸気を蒸発圧縮機５７で圧縮し、凝縮温
度を高めた上で、循環ポンプ５２によって原液がその管
内部を流れる熱交換器５１に流入させ熱交換を行なわせ
て濃縮を行い、濃縮液を貯槽間へ送る方式も実用化され
、公知となっている。

しかし、これらの方式は次のような短所を持っている。

（１）アルコール廃液等の固形物、繊維類等を含有して
いる流体を加熱する場合には、固形物等が熱交換器に付
着するため比較的短時間で熱交換器の効率が低下する傾
向がある。

（２）このため比較的短時間で熱交換器の洗浄が必要と
なると共に洗浄液の処理が必要となる。

（３）循環ポンプ（４２、５２）は、吸入流体が液体と
蒸気が共存する飽和温度の状態にあり、ポンプによるサ
クシランで減圧すれば直ちにポンプ吸入部で沸とうが発
生して吸入効率の急激な低下を生ずる。このような減圧
沸とうを避けるために、この循環ポンプは蒸発缶底より
２〜３ｒｒＬ下に配置してヘッド圧により減圧分を償う
方法が良く使用されている。このため装置を同一平面に
配置することは困難となり、装置のパッケージ化、小形
化を阻む原因となっている。

（４）熱交換器循環ポンプ消費動力は、加熱される流体
の粘性が増加すると急激に増加しエネルギ効率が悪化す
ると共に、濃縮濃度の限界を決める最大の因子は、高濃
度流体に対するボンピンク限界で決る場合が多い。

上記（３）　、　（４）項の問題を解決するため、第７
図に示すように、蒸発缶６２内に熱交換器６１を配置し
、流体に流動を与えるための攪拌を行うモータ６３で駆
動されるアジテータ頷を蒸発缶６２内に組込んだ方式も
公知である。しかし、この方式も下記のような短所があ
り、第５図及び第６図に示す方式の対策とはなり得ない
。

即ち、（ａｌ　　充分な伝熱面積が取ないため濃縮能力が小さ
い。

［ｂ＋　　この方式においても、熱伝達面が汚れるとい
う上記の第５図及び第６図に示す方式の欠点を免れえな
いために、上記１１）　、　＋２１の問題点は依然とし
て解決されない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上記「従来の技術」の欄において従来技術に
係る各方式に関連して説明した欠点を解決しようとする
ものである。

即ち、熱交換器に被加熱液に含まれる固形物、繊維類等
が付着するのを防ぎ、熱交換器の効率の低下を防ぐと共
に熱交換器の短時間での洗浄を必要としない蒸発装置を
提供しようとするものである。

また、被加熱液の熱交換器循環ポンプを省略して、小形
で消費動力の少く、かつ高粘性流体に適した蒸発装置を
提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の蒸発缶においては、内部が熱媒体の通路を形成
するスクリュー形のスパイラル状の熱交換器をそのスク
リュー軸が水平又は傾斜した状態で蒸発缶内に配置し、
同熱交換器の一部分が蒸発缶内の被加熱液の液面下にあ
るようＫし、同熱交換器をスクリュー軸まわりに駆動装
置によって回転させるようにした。スパイラル状の熱交
換器の外側に同スパイラル状の熱交換器を囲む環状の熱
交換器を設置した。前記環状の熱交換器と蒸発缶内壁に
はさまれた空間内に、スクリュー軸の軸方向に延びスク
リュー軸に固定されスクリュー軸と共に回転する回転体
を設置した。

〔作用〕

本発明は次の作用を奏する。

（１）その一部が被加熱液の液面下にあるスクリュー形
をなすスパイラル状の熱交換器が回転し、液に対して相
対速度を持たせると共に、スパイラル面の持つ傾斜によ
って液に動圧を発生させ、これによってスパイラル状の
熱交換器の伝熱面を洗浄すると共に流体を攪拌すること
によって熱伝達の向上を計ることができる。

（２）スクリュー形をなすスパイラル状の熱交換器を蒸
発缶内でスクリュー軸まわりで回転させて、そのポンピ
ング作用により蒸発缶内の液に環状の熱交換器の内部と
外部の間を循環する強い循環流を生じさせ、環状の熱交
換器の熱伝達が向上する。

（３）スクリュー形をなすスパイラル状の熱交換器と回
転体を適当な駆動速度で回転させることＫより、蒸発缶
内にある液が高粘度であっても、これを吸引送出するポ
ンピング作用を持たせることができる。これにより高濃
度、高粘度の液の加熱・濃縮が可能となる。

（４）スクリュー形をなすスパイラル状の熱交換器を水
平又は傾斜した状態で蒸発缶内に設置することによって
、熱交換器及び蒸発缶の形状を横長にして、その蒸発面
積を増加させることが可能となる。

（５）スクリュー形をなすスパイラル状の熱交換器の伝
熱面の一部分が液面より下にあり他の部分は蒸発缶内の
蒸発空間に露出しており、この状態で同熱交換器が回転
することによって、同熱交換器の伝熱面は被加熱液の中
と蒸発空間の間を交互に移動し、このために被加熱液が
熱交換器のスパイラル状の伝熱面上で薄膜化され、被加
熱液の薄膜蒸発が起り、伝熱性能が向上する。

（６）回転体の回転によって、被加熱液を環状の熱交換
器の上部へ輸送し、被加熱液は薄膜となって環状の熱交
換器の表面を流下しながら熱交換が行われ、被加熱液の
薄膜蒸発が行われ【伝熱性能が向上する。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図及び第２図に示す。

１は水平に配置されたスパイラル状の熱交換器であって
、スクリュー形をなすスパイラル部材２の内部にはスパ
イラル状の連続した通路３が形成され、スパイラル部材
２の外表面が伝熱面を形成している。４は熱交換器の中
央に設けられた軸であって、上記スパイラル部材２が取
付けられていて、その一端部５には横方向に開口した複
数の熱媒体入口孔６が、また他端部７には同端部を貫通
する熱媒体出口孔８が設けられている。上記軸４は中空
状の構造を有し、仕切板９によって熱媒体入口孔６に連
通する熱媒体流入室１０と熱媒体出口孔８に連通ずる熱
媒体出口室１１とが形成される。

また、上記スパイラル状の通路３は、その一端部が上記
熱媒体流入室１０に連通し、その他端部は上記熱媒体出
口室１１を介して熱媒体出口孔８に連通している。

この熱交換器１は、第１図に示すように軸４のまわりに
回転可能に蒸発缶１２に水平に装着され、かつ、熱交換
器１の下方の一部分が蒸発缶１２の被加熱液の液面り下
におかれている。熱交換器の一端部５、他端部７は蒸発
缶１２の外部に突出している。

１３は軸４の方向に延びる環状の熱交換器である。

この環状の熱交換器１３は、上記スパイラル部材２の外
側に間隔をおいて配設され、熱媒体入口孔１５に連通し
周方向に連続した環状の熱媒体交換室１４と、同熱媒体
交換室１４に連通した熱媒体出口孔１６から形成される
。

環状の熱交換器１３と蒸発缶１２の内壁との間の空間に
は、上記軸４の方向に環状の熱交換１３のはｙ全長にわ
たって延び複数の貫通孔１７′　を有する環状のスクレ
ーパ状の回転体１７が配設され、同回転体１７は上記軸
４に取付けられている。

１８は蒸発缶の上部に設けられた蒸気出口である。

軸４の一端部５にはブーＩ７１９が取付けられていて、
イル）３）を介してプーリ１９は駆動機であるモータｎ
のプーリ２１によって駆動されるようになっている。

田は熱媒体入口孔６に対応する位置において蒸発缶１２
に設けられた熱媒体入口であり、熱媒偉人ロムは図示し
ない熱媒体源に連絡されている。

また、蒸発缶１２には、図示しない被加熱液の供給口及
び排出口が設けられていて、第１図に示す液面りを有す
る被加熱液が収容される。

本実施例においては、熱媒体を熱媒体入口器、熱媒体入
口孔６、熱媒体流入室１０をへて、スパイラル部材２０
通路３に導入すると共に、モータｎを起動して熱交換器
１を軸４のまわりに回転させる。

熱交換器１の通路３内を流れる熱媒体は、スパイラル部
材２を介して蒸発缶１２内の被加熱液と熱交換を行って
液を加熱蒸発させ、一方熱媒体が凝縮してできた復水は
軸４の他端部７の熱媒体出口孔８から排出される。

また、熱媒体を熱媒体入口孔１５をへて環状の熱交換器
１３に導入し、蒸発缶１２内の被加熱液と熱交換を行っ
て液を加熱蒸発させ、一方熱媒体が凝縮してできた復水
は熱媒体出口孔１６から排出される。

被加熱液より蒸発した気体は、蒸気出口１８から排出さ
れる。

スクリュー形をなす熱交換器ｌが蒸発缶１２内の被加熱
液内を回転することによって、被加熱液と相対速度が生
じ、またスパイラル面の持つ傾斜によって被加熱液に動
圧が発生する。これによって、伝熱面であるスパイラル
部材２の外面を洗浄させると共に、被加熱液を攪拌する
ことによって熱伝達の向上を計ることができる。

熱交換器１の外側にあって同熱交換１を囲んでいる環状
の熱交換器１３は、蒸発缶１２内のスクリュー形をなす
スパイラル部材２の回転によって生じるポンピング作用
を増大させるとともに、単位体積あたりの熱交換面積を
増加させている。

蒸発缶１２内では被加熱液にスパイラル部材２の周囲空
間から、円管状熱交換器１３と蒸発缶１２の間隙空間を
通過し、スパイラル部材２の周囲空間へ戻る強い循環流
が生じ全体として熱伝達が向上する。軸４に取付けられ
回転している回転体１７は環状の熱交換器１３と蒸発缶
１２の間隙空間にある被加熱液を攪拌すると同時に、被
加熱液を管状の熱交換器１３の上部に喘送する作用によ
り同熱交換器１３の有効伝熱面積を増大させ、熱伝達を
向上させる。

スパイラル部材２と回転体１７０回転により蒸発缶１２
内の被加熱液の攪拌混合が促進され、高濃度高粘度の液
の加熱蒸発が可能である。

更に、本実施例における熱交換器１は、その−部が蒸発
缶１２内の被加熱液の液面りの下方にありて、これがそ
の軸４まわりに回転するので、その伝熱面であるスパイ
ラル部材２の外表面は被加熱液の中と液面り上の蒸発空
間の間を交互に移動する。これによって、被加熱液が蒸
発空間にあるス／にイラル部材２の外表面の伝熱面上で
簿膜化され、被加熱液の薄膜蒸発が行われ、伝熱性能が
向上する。

また、回転する回転体１７が、被加熱液を環状の熱交換
器１３の上部へ輸送し、被加熱液は薄膜となって同熱交
換器１３０表面を流下しながら熱交換が行われて、被加
熱液の薄膜蒸発が行われ、伝熱性能が向上する。

しかも、本実施例は、熱交換器１を水平方向に配置して
いるので、蒸発缶１２の高さを増大させることなく、必
要な伝熱面積をうろことができる。

第３図に本発明の他の実施例を示す。

本実施例は次の点の外は第１図及び第２図に示す実施例
と同様の構成を有している。即ち、本実施例においては
、環状の熱交換器１３内に同熱交換器１３の軸方向に延
びる複数の仕切板を設けた。仕切板のうちの一方の群の
複数の仕切板Ｓ１は熱交換器１３の熱媒体入口孔１５及
び熱媒体出口孔１６の設けられた側壁１３′　から熱交
換器１３の他側壁１３″に向って延び同他側壁１３″と
仕切板Ｓ１　の端部の間には間隔が設けられている。他
方の群の仕切板Ｓ２は上記熱交換器１３の他側壁１３“
から熱媒体入口孔１５及び熱媒体出口孔１６の設けられ
た側壁１３′に向って伸びその端部と側壁１３′　　と
の間には間隔が設けられている。このような仕切板Ｓ１
．Ｓ２を各々第３図に示すように互いに隣接して配置す
る。

本実施例では、入口孔１５から環状の熱交換器１３に入
った熱媒体は、仕切板Ｓ１．Ｓ２で形成される通路内を
ジグザグ状に流れ、出口孔１６から流出する。これによ
って熱媒体の流れる流路の長さを増加させ環状の熱交換
器１３の全面において熱交換が行われその効率が高めら
れる。

第４図に本発明のＵＫ他の実施例を示す。本実施例は、
上記第１図と第２図又は第３図に示す実施例と同様のｍ
造のスパイラル面の熱交換器１が蒸発缶１２内に回転で
きるように水平に装着されている。モータｎは、上記の
実施例と同様にプーリ２１、ベル）２０、プーリ１９を
へて軸４を回転させる。

また、第１図及び第２図に示す実施例と同様の１１造の
環状の熱交換器１３及び回転体１７が設けられている。

冴は原液タンクであって、加熱される原液は、原液送出
ポンプ５によって配管がを通って蒸発缶１２の上部に供
給さね、その液面りは熱交換器１の一部分が加熱される
原液内にあるように設定されている。

蒸発缶１２には、気液分離器４に連絡された蒸気出口１
８が設けられ、気液分離器ｎで液体を分離した蒸気は、
駆動機あで駆動される圧縮機部によって加圧され凝縮時
の蒸気温度が高められた蒸気の部は管３０．熱媒体入口
ｎ、熱媒体入口孔６、熱媒体流入室１０を経て熱媒体と
して熱交換器１の通路３へ流れるようになっている。

軸４の他端部７の熱媒体出口孔８には、復水排出管３２
が接続されている。

また、圧縮機部によりて加圧され凝縮時の蒸気温度が高
められた蒸気の一部は管３１、熱媒体入口孔１５、熱媒
体勢交換室１４で熱交換して凝縮し、熱媒体出口孔１６
に連通した復水排出管おから排出される。

蒸発缶１２の下部は濃縮液送出ポンプあをへて濃縮液タ
ンクあに連絡されている。更に１気水分離器τの下部に
は蒸発缶１２の下部に連絡する配管３６が開口していて
、気水分離器τで分離された液を再び蒸発缶１２内に戻
すようになっている。

上記の構成を備えた本実施例は、機械式蒸気再圧縮方式
（ＭｅｃｈａｎｉｃａＩＶａｐｏｒ　Ｒｅｃｏｍｐｒｅ
ｓｓｉｏｎ、略してＭＶＲ方式）と呼ばれる方式に係る
ものである。蒸発缶１２内に原液タンク冴から供給され
た被加熱液からは、蒸発缶１２内で熱交換器１との熱交
換によって蒸気が発生し、この蒸気を圧縮機部において
加圧し凝縮時の蒸気温度を高める。その蒸気は上記の管
蜀、熱媒偉人ロス、熱媒体入口孔６、熱媒体入口室１０
を経て蒸発缶１２内の熱交換器１の通路３、及び管３１
、熱媒体入口孔Ｉ５を経て熱媒体交換室１４に送入し、
缶内液の加熱が行われる。本実施例においては、蒸発缶
１２で気化蒸発する蒸気の熱量を回収して加熱に再利用
されるため、大巾な省エネルギーが可能となる。

また、熱交換器１は、モータｎにより蒸発缶１２内で軸
４まわりに回動するように駆動され、蒸発缶内の液に強
い内部循環流が形成される。熱交換器１による蒸発缶１
２内液の加熱蒸発は上記した通りであって、蒸発缶１２
で発生した蒸気は上記のように圧縮器部で圧縮され再利
用される。また熱交換器１での熱交換の結果生ずる復水
分は、熱媒体出口孔８をへて復水排出管３２より取り出
される。

また、環状の熱交換器１３での熱交換の結果生ずる復水
分は熱媒体出口孔１６をへて復水排出管３３より取り出
される。加熱蒸発され濃縮された液は、蒸発缶１２の下
部から濃縮液送出ポンプあによって濃縮液タンクあへ排
出される。

本実施例において入力されるエネルギは圧縮機部を駆動
する駆動機部と、熱交換器１を回転するモータηである
。圧縮機部及び熱交換器１を駆動させることで蒸発が継
続される。たｙし、本実施例において起動時のみには、
図示しない装置によって系外より熱源が供給されるが、
定常状態に達すると、以後は駆動機Ｚとモータｎとで連
続運転される。

本実施例においても、第１図及び第２図忙示す実施例と
同様に、スクリュー形をなす熱交換器１０回転によって
、蒸発缶１２内の液との間に相対速度が生じ、またスパ
イラル面のもつ傾斜によって液に動圧が発生することに
よって、伝熱面であるスパイラル部材２の外面を洗浄す
ると共に、缶内液を攪拌することによって熱伝達が向上
する。またスクリュー形の熱交換器１の回転によって生
ずるポンピング作用によりて、蒸発缶１２内に循環流が
生じ、回転体１７の回転により装置全体として流動、混
合が促進され熱伝達が向上し、かつ高ｓ度、高粘度の液
を吸引、送出することか可能となり高濃度、高粘度の液
の蒸発・濃縮を行うことができる。

更にまた、本実施例においては、第１図及び第２図に示
す実施例と同様に、部分的に被加熱液の液面り下にある
熱交換器１を回転させることによって、被加熱液が液面
上にあるスパイラル部材２の外表面で薄膜化され、また
回転体１７による被加熱液の輸送により環状の熱交換器
１３の外表面でも薄膜化されて薄膜蒸発が行われ伝熱性
能が向上する。

上記各実施例のスパイラル状の熱交換器はそのスクリュ
ー軸が水平に配置されているが、同軸を傾斜させ熱交換
器の一部が被加熱液の液面下にあるように配置し、熱交
換器の回転に伴って被加熱液をスクリュー形をなすスパ
イラル状熱交換器の液面上にある伝熱面上で薄膜状にし
て、薄膜蒸発を行わせるようにしてもよい。

また、上記各実施例の環状の熱交換は、スパイラル状熱
交換器の外周全体を取囲み周方向に連続した環状の構造
を有しているが、スパイラル状の熱交換器の軸に平行な
複数の管をスパイラル状熱交換器の外側に環状に配置し
て環状の熱交換器を形成させるようにしてもよい。

また更に、上記各実施例は単一の蒸発缶を用いたもので
あるが、本発明は多重効用缶等信の型式の蒸発装置に適
用することもできる。

〔発明の効果〕

本発明は次の効果を挙げることができる。

（１）スパイラル状の熱交換器の外側に設置した環状の
熱交換器により、スクリュー形のスパイラル状の熱交換
器の回転による発生するボンピンク作用を増大すること
ができる。

（２）回転体の回転により、蒸発缶全体として、特に１
蒸発缶と環状の熱交換器の間隙にある被加熱液体の流動
性を向上させ、高−濃度、高粘度流体の循環流を促進し
、高濃度、高粘度の流体の蒸発、濃縮が可能となる。

（３）回転体の回転により、被加熱液が環状の熱交換器
の伝熱面全体に輸送され、熱伝達を向上させる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一部を断面で示す本発明の一実施例の正面図、第２図は上記実施例に使用されるスパイラル状の熱交換
器の斜視図、第３図は本発明の他の実施例の要部の説明図、第４図は
一部を断面で示す本発明の更に他の実施例の正面図、第５図は従来の多重効用缶による蒸発方式の説明図、第６図は従来の単缶蒸気還流方式による蒸発方式の説明
図、第７図は従来の蒸発缶に熱交換器を内蔵した蒸発方式の
説明図である。１・・・スパイラル状の熱交換器゛　２・・・スパイラル部材　　３・・・通路４・・・
軸　　　　　　　　５・・・軸の一端部６・・・熱媒体
入口孔　　　７・・・軸の他端部８・・・熱媒体出口孔
　　　９・・・仕切板１０・・・熱操体流入室　　　１
１・・・熱媒体出口室１２・・・蒸発缶　　　　　　１
３・・・環状の熱交換器１４・・・熱媒体熱交換室　　
Ｉ５・・・熱媒体入口孔１６・・・熱媒体出口孔　　　
１７・・・回転体１８・・・蒸気出口　　　　　１９・
・・プーリＩ・・・ベルト２１・・・プーリｎ・・・モータ　　　　　　ｎ・・・熱媒体出口孔・・
・原液タンク　　　　６・・・原液送出ポンプが・・・
配管　　　　　　　ｒ・・・気液分離器路・・・駆動機
　　　　　　四・・・圧縮機（９）・・・管　　　　　
　　　３１・・・管３２・・・復水排出管　　　　３３
・・・復水排出管あ・・・濃縮液送出ポンプ　３５・・
・濃縮液タンク３６・・・配管

Claims

【特許請求の範囲】

蒸発缶内部が熱媒体の通路を形成し水平又は傾斜した状
態で上記蒸発缶内に設置されその一部分が蒸発缶内の被
加熱液の液面下にあるスクリュー形のスパイラル状の熱
交換器と、上記スクリュー軸まわりにスパイラル状の上
記熱交換器を回転させる駆動装置と、スパイラル状の上
記熱交換器の外周の外側に同熱換器を囲んで設けられた
環状の熱交換器と、同環状の熱交換器と上記蒸発缶内壁
との空間内に配置され上記スクリュー軸の軸方向に延び
同スクリュー軸に固定された回転体とを備えたことを特
徴とする蒸発装置。