JPH0413001B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、改良された蒸発装置に関するもの
で、特にこの目的のための遠心分離装置に関する
ものである。

製造工業では、液体を蒸気の形に変換すること
がしばしば望まれている。例えば、液体の供給材
料は蒸気相に還元されることが必要とされるか、
混合物の液体成分が蒸留によつて分離または精練
され、あるいは溶液は蒸発することにより、溶媒
の比率を移すことによつて凝縮される。これらの
異なつた目的のために、一連の装置は長年開発さ
れてきた。そのような装置の殆どは静止タイプの
ものであるが、最近は、ある用途のために、異な
つたタイプの回転蒸発装置が提案され、使用され
ている。

即ち、KCD Hickman et alによる論文「化学
シリーズの進化（”Asvance in Chemistry
Series”No.27、第128頁〜第46頁 1986）」は，
いわゆる”ヒツクマンの蒸留器”を記載してお
り、この蒸留器は塩水の蒸留についてその使用が
可能かどうかを研究するために設計され、操作さ
れた。理論上達成される装置と比較して、その装
置によつて達成された粗悪な生産物は、著者達に
よつて多くの可能なフアクタに起因するものであ
ることが分かつた。

他の回転装置はセントリサーム（Centri−
Therm）超短時間蒸発器と言われるもので、ア
ルフア−ラバル（Alfa−Laval）商会によつて、
熱感応液体について提案されている。この蒸発器
では、熱転移は集成した円錐形デイスクを横切る
蒸気で生じられる。

本発明が意図する目的は、幅広い用途で、高い
割合の熱転移を持つ適切な回転蒸発器を提供する
ことである。

本発明によれば、共通軸の周囲に回転するよう
に装着された実質的に平行なプレートを有し、そ
の設備は凝縮した蒸気がそれぞれのプレートの第
１面を横切つた流れるようにされ、少なくとも、
蒸発すべき液体部分はそれぞれのプレートの第２
の面を横切つて共通軸に隣接した位置から半径方
向外向きに流れるように蒸発され、そのプレート
は回転軸に対して半径方向で測定して、重力によ
る加速度より大きい平均加速度を液体が受けるよ
うな回転速度で回転されるように配列され、プレ
ートの第１の面は連続的な液体フイルムの形成を
邪魔するようになされた表面を持つている。

平均加速度は次の式によつて限定される。

a_n＝｛2π（Ｎ／60）｝²×（r₁／２）^1/2 ここで、Ｎは回転軸の周りのプレートの回転速
度（rpm）であり、r₁は回転軸からプレートの半
径方向の外部への距離（ｍ）である。

本発明の蒸発装置は、一般に液体を蒸気に変換
することが望まれる状態であればいつでも使用さ
れる。即ち、液体生産物、例えば塩水を精製する
蒸留器として使用される。この蒸発装置は溶剤の
部分を除去することによる溶液の濃縮について特
に価値がある。そのような溶液は液体溶剤に溶解
している液体であり、溶質よりもより揮発するよ
うに設けられている。しかしながら、普通は溶剤
は固体溶質である。従つて、特殊な用途では、本
発明の蒸発装置は塩素の製造で使われる電解セル
から塩水、即ち”水分の少ない”塩水を濃縮する
ために使用され、他では、膜状セルから苛性ソー
ダを濃縮するために使用される。蒸発装置のプレ
ートのそれぞれの第１の面を横切つて、また熱が
システムに導びかれる手段によつて流れる濃縮さ
れた蒸気は、好都合なのはスチームである。選択
的には、それは熱転移流体として特に提案された
商業的に利用できるまたは適切な化合物あるいは
化合物の混合物の１つの蒸気の形態である。即
ち、それはクロロフルオロハイドロカーボンの範
囲の冷却剤の１つ、特にその範囲からC₁〜C₂化
合物の冷却剤の１つである。それらはクロロジフ
ルオロメタンである冷却剤２２、冷却剤１２（ジ
クロロジフルオロメタン）、冷却剤１１５（クロ
ロペンタフルオロエタン）、及び冷却剤１１４
（ジクロロテトラフルオロエタン）を有し、それ
らの冷却剤はそのような化合物の共沸混合物であ
る。

既に指摘したように、本発明による蒸発装置の
の特徴であり、凝縮する蒸気が流れる面であるプ
レートの第１の面は、その上で連続的な液体フイ
ルムの形成しないようにデザインされた面を持つ
ている。好ましくは、このプレートの第１の面
は、(a)凝縮する蒸気の凝縮が液滴形状で生じ、 (b)連続的に安定した液体フイルムを形成しなよ
うに湿気性が減少されるように処理される。その
ような処理は、もつぱらプレートの第１の面に適
当なシリコンまたはポリテトラフルオロエチレン
のコーテイングの形を採る。

選択的には、他の方法で形成される液体フイル
ムを破るために、プレートの第１面は、その面に
突起を設けるか、その面に刻み目を付けるか、そ
の面が波状にされる。フイルムを破るためにデザ
インされたそれらの形状は、それが提案される場
合、好ましくはプレート面を横切る液体の半径方
向の流れに対してほぼ横に設けられる。更に、プ
レートは、好ましくはプレートの回転軸と同心的
である１つまたはそれ以上の円に、またはその回
転軸の周りに連続的な螺旋状に設けられる。従つ
て、面の形状がプレート面に１つまたはそれ以上
のチヤンネルがある場合、１つの形態では、プレ
ートは回転軸の周りに同心的に置かれた連続的な
チヤンネルまたは中心としての軸の周りの連続的
な螺旋チヤンネルである。

それらの形状、例えば波状物、突出物または刻
み状物が同心円または螺旋状に設けられる場合、
好ましくは円または螺旋の連続的な巻きは、半径
方向で測定して、1m当り50と1000の間、好まし
くは1m当り約100以上の密度で一定の距離を置い
ている。従つて、それらの面の特徴のパターンの
ピツチ、即ちパターンの繰り返された形状間の距
離は、１mmと20mmの間にあり、更に好ましくは約
10mmより小さくない。面の特徴がチヤンネルであ
る場合、各チヤンネルの深さは好ましくは0.05mm
と５mmの間、特に0.2mmと５mmの間、更に0.5mmと
2.5mmの間である。例えば0.05mm〜0.25mmの寸法の
非常に浅いチヤンネルは、望むならば、プレート
面をエツチングすることによつて形成される。

本発明は、プレート面の形状を変更することに
加えて、凝縮する蒸気と接触するプレート面が蒸
気の湿気性を減少するように処理される可能性を
除外してはいない。

プレートの第２面、即ち少なくとも一部分で蒸
発される液体を流す面は液体の連続的フイルムの
保持を助けるように好都合に処理される。そのよ
うな処理は、化学的には、例えばエツチングであ
り、または物理的には、例えば砂吹きであるが、
その面に全体に細い凹凸を与えることを意図して
いる。

本発明による装置に使用されるプレートの厚さ
は、構成する部材、達成される蒸気及び選択され
る面の特徴の構成により、ほぼ0.5mmと５mmの間
である。プレートの厚さは変更されるが、一般に
プレートの厚さに関して、その面に特徴がないよ
うなプレートの厚さに適用する場合は、明らかに
面の特徴の形状を変更するだろう。そのプレート
の厚さは、好ましくは0.25mmと1.5mmの間、特に
0.5mmと1.0mmの間である。

本発明の蒸発装置に使用されるプレートの外径
は、代表的には10cmから5mの範囲であり、好ま
しくは約50cmと100cmの間にあり、プレートが環
状の形である場合は、内径は代表的には５cmから
1mの範囲にある。

本発明の蒸発装置の多数のプレートは共通軸に
沿つて実質的に互いに平行に装着され、その共通
軸の周りで回転され、狭い通路を形成するように
互いに近接している。好しくは、近接したプレー
トの間の通路の平均的な軸方向の深さは約50mmよ
り小さく、より好ましくは0.25mmと５mmの間にあ
る。通路の軸方向の深さが半径方向の長さに沿つ
て変化する場合、例えば通路を形成する２つの対
向する面の両方が頂部及び谷を持つ場合、その面
の第１の谷はその面の第２の谷とそろえられ、第
１の面の頂部は第２の面の頂部とそろえられ、最
も狭いギヤツプは約２mmであり、最も大きいギヤ
ツプは約８mmである。

それらの面が頂部と谷の両方の等高線が付けら
れた場合、近接したプレートの面は、一つの面の
突出部が他の面の突出部と一線にされることが実
際に好ましい。対向した面に多数の輪郭を持つ２
つのプレートの間の通路を通して液体が流れるよ
うに、１つのプレートの突出部の輪郭から液体が
追い出され、急速に追出される突出部の輪郭から
近接するプレートの対向した面の輪郭に沈積され
るので、この方法で、凝縮蒸気の凝縮によつて形
成された液体の新鮮な噴霧が連続的に形成され
る。この追出しは、液体が通路に沿つて流れると
きに２つの対向した面の突出部の輪郭の間で交互
に行なわれ、この方法で、プレートを通して蒸発
される液体への熱転移が高められる。

この最後に記載した装置の有効な変更におい
て、１つの面の直線状の突出部は浅い角度で他の
面の同様な突出部を横切るように配列され、それ
らの近接した面の突出部は交差する点で互いに接
触している。この方法で、付加された支持体のエ
レメントは全体としてその構造に与えられ、結果
として、薄いプレートを使用することができ、そ
れによつて各プレートを横切る熱の転移を改善す
ることができる。

一般に、その面に液体を支持するプレートが回
転される時、遠心効果は回転軸から離れる方向に
その液体を動かそうとする。従つて、ここに記載
された蒸発装置の蒸発される液体は、回転軸に近
接した点でプレートに都合よく供給され、例えば
プレートが円形である場合には、プレートの中心
に都合よく供給される。発生した蒸気はプレート
の半径方向の内端に近い点で引き出されるが、蒸
発されない残りの液体、例えば蒸発装置に供給さ
れたものより更に凝縮された溶液は、プレートの
外端に近い点から引き出される。

それに対して、凝縮された蒸気はプレートの外
端に都合よく供給されるので、ほぼ回転軸の方向
に圧力をかけて通過するときに、凝縮するように
形成された液体に対して逆方向に流れるが、液体
はプレートの外端で集められる。

プレートが構成される物質は、熱の良導性を持
つべきであり、各プレートは蒸気の作用で発生し
た応力に対抗ができるように形成されるべきであ
る。また、好ましくは、その部材は、使用中に接
触する部材による攻撃または反作用に対して実質
的に抵抗する。それらを考慮して、適切な部材は
スチール、アルミニウム、銅、ニツケル、チタニ
ウムである。

操作中に、プレートは、液体が回転軸に対して
半径方向に測定して、重力’g'による加速度より
大きい平均加速度を受けるような速度で回転され
る。選択された特殊な値は、全生産液体及び蒸発
される液体の量の両項目で、プレートのサイズ、
それに流れる熱、及び蒸発装置の所望の容量のよ
うな重要事項による。一般に、加速度は5gから
1000gの範囲にあり、特に50gから750gであり、
更に100gから600gである。

本発明は添付図面を参照して更に記載される。

第１図から第６図を参照すると、ハウジング３
で回転される手段によつてシヤフト２に装着され
たローター１は、円筒部材５上に装着された多数
の環状プレート４から形成される。部材５はポー
ト６に装着され、環状プレート４は多数のオリフ
イス７が形成される。即ち、各プレート４は外周
辺に近接して一様に設けられた６つのオリフイス
を持つている。環状プレート４の間の交互のスペ
ースはリム８によつて外周辺でシールされてシー
ルスペース９を形成し、このシールスペース９は
ポート６と接続する流体の流れの中にあり、また
オープンスペース１０を形成する。円形ワツシヤ
１１とＣ−ワツシヤ１２はオリフイス７に装着さ
れ、スペース９に連結する一組、例えば６つの主
凹みを形成する。オリフイス１４と共に下端に設
けられた液体供給パイプ１３は、ローターの中心
に突出し、蒸気排気パイプ１５で一部が囲まれて
いる。ハウジング３はそれぞれ凝縮する蒸気を入
れたり、排気したりするために、ポート１６，１
７を備えている。耐ガス構造シール１８はハウジ
ング３内でローター１とシヤフト２を回転させ
る。液体排出パイプ２０を導びく静止したヘラ１
９は頂部の２つのプレート４の間に置かれる。

操作中に、ローターは回転され、蒸発される液
体、例えば苛性ソーダの水溶性は、部材５の内面
に衝突するように供給パイプ１３及びオリフイス
１４を通つて供給され、ポート６を通してスペー
ス９に向つて移動され、ローターの回転から生じ
る遠心効果でプレート４のそれぞれ１つの面を横
切つて流れる。凝縮する蒸気はポート１６を通つ
てハウジングに供給され、オープンスペース１０
に入る。蒸気はその熱の一部を失ない、プレート
４のそれぞれの面上の薄いフイルムとして、開い
たオープンスペース１０を通して遠心力で外側に
急速に動くフイルムを形成するように凝縮し、そ
してポート１７を通して除去される。凝縮する蒸
気によつて失なわれた熱はスペース９の液体の一
部を蒸発させ、そのように生じた蒸気はポート６
及びパイプ１５を通して装置から排気される。ス
ペース９で濃縮された溶液はオリフイス７を通し
て排出され、液体の動圧によつて発生した圧力で
静止したヘラ１９及び排出チユーブ２０を通して
圧力を加える。

第７図に示したプレート２１は、上記の蒸発装
置で使用する適切なプレートの１例である。この
プレート２１の面２２は濃縮蒸気が濃縮される面
であり、記載された実施例において、平らである
が、ポリテトラフルオロエチレンの非常に薄いフ
イルムを持つている。面２２で濃縮された液体は
急速に液滴に集められ、この液滴は遠心力によつ
て表面から急速にはね飛ばされる。プレート２１
の対向面２３はチヤンネルの継続した密封パツク
を持つており、このチヤンネルは同中心円または
スパイラルの連続巻回の形である。このチヤンネ
ルのそれぞれは回転軸の近くでよりゆるやかな傾
斜側面２３ａとプレートの外端に近くで急勾配の
傾斜側面２３ｂを持つている。面２３の全体はサ
ンドブラストによつて細かい割合でざらざらにな
つている。プレート２１の回転で、蒸発される液
体は面２３を越えて（即ち、図では左から右へ）
外側に流れる。液体の連続的なフイルムは保持さ
れるが、このフイルム内で、第７図の曲がつた矢
印によつて指摘されたように、傾斜側面２３ａの
液体が傾斜側面２３ｂの脚部に出合う点で良い混
合が達成される。各傾斜側面２３ａの頂部、即ち
その傾斜側面を登る液体が傾斜側面２３ａの始点
に達する部分は、その面のフイルムの保持を助け
るように丸くなつている。

第８図に示したプレート２４は押し型によつて
形成され、波形を付けられている。この波形の輪
郭は蒸発される液体を流す面２６が第７図の面２
３と同じであり、連続液体フイルムを保持するよ
うに形成されることであるが、指摘したようにフ
イルム内で混合を促進させる。面２６はサンドブ
ラストされている。プレート２４の他の面２５
は、面２６と相補的な輪郭を持ち、ポリテトラフ
ルオロエチレンでコーテイングされている。この
輪郭とコーテイングの組合せは面２５上の液体の
フイルムがいずれも急速に破壊され、液体が急速
にプレートから投げ飛ばされることを確実にす
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による蒸発装置の軸方向の断面
図であり、第２図は第１図の線Ａ−Ａに沿つた一
部断面図であり、第３図は第１図の線Ｂ−Ｂに沿
つた一部断面図であり、第４図は第２図の線Ｃ−
Ｃに沿つた一部拡大断面図であり、第５図及び第
６図は第２図から第４図のそれぞれでのスペーサ
１１，１２の拡大平面図であり、第７図及び第８
図は本発明による蒸発装置に組込まれるプレート
の２つの形状の拡大断面図である。 １……ローター、２……シヤフト、３……ハウ
ジング、４……プレート、５……円筒部材、６…
…ポート、７……オリフイス、８……リム、９…
…スペース、１０……オープンスペース、１１…
…円形ワツシヤ、１２……Ｃ−ワツシヤ、１３…
…液体供給パイプ、１４……オリフイス、１５…
…蒸気排気パイプ、１６，１７……ポート、１８
……耐ガス構造シール、１９……ヘラ、２０……
排出パイプ、２１，２４……プレート、２２，２
３，２５，２６……面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 共通軸の周りに回転するように装着された実
   質的に平行な多数のプレートを有し、多量の蒸気
   が該プレートのそれぞれの第１の面を横切つて流
   れ、少なくとも蒸発されるべき液体が前記プレー
   トのそれぞれの第２の面を横切つて前記共通軸に
   隣接した位置から半径方向外向きに流れるように
   なされ、前記プレートはいかなる液体も回転軸に
   対して半径方向で測定される重力加速度より大き
   い平均の加速度を受けるような回転速度で回転さ
   れるように配列され、前記プレートのそれぞれの
   前記第１面はその上に連続的な液体フイルムの形
   成を邪魔するようになされた表面を具備してなる
   ことを特徴とする蒸発装置。 ２ 前記プレートのそれぞれの第１面は凝縮でき
   る蒸気の凝縮が液滴状に生ずるように処理される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の蒸
   発装置。 ３ 前記プレートの第１面はポリテトラフルオロ
   エチレンのコーテイングを備えることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の蒸発装置。 ４ 前記プレートのそれぞれの第２面は液体の連
   続フイルムの保持を助けるようになされたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の蒸発装
   置。 ５ 多量の蒸気はスチームまたは熱転移流体であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   蒸発装置。 ６ 溶剤の一部を蒸発することによつて溶液を濃
   縮することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の蒸発装置。 ７ 水の少ない塩水または苛性ソーダ水溶液を凝
   縮することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の蒸発装置。 ８ 液体が重力による加速度の50倍と750倍の間
   の平均加速度を受けるような速度で、前記プレー
   トが回転されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の蒸発装置。