JPH04330902A - 水に対する飽和溶解度が温度に比例する水溶性溶質を含む水溶液の蒸発方法及びその装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、硫酸カリウム
（Ｋ２　ＳＯ４　）、硫酸銅（ＣｕＳＯ４　）又は塩化
ナトリウム（ＮａＣｌ）等のように、水に対する飽和溶
解度が温度に比例して高くなる水溶性溶質を含む水溶液
を、当該水溶液中の水を加熱蒸発するようにした蒸発方
法、及びその方法に使用する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、水溶性溶質を含む水溶液の加熱蒸
発には、丸善株式会社発行、化学工学会編「化学工学便
覧」改訂五版の第４０５頁における図７・６の（ｉ）に
記載され、且つ、図３に示すように構成した水平管下降
膜型の蒸発装置が使用されている。

【０００３】すなわち、この水平管下降膜型蒸発装置は
、蒸発缶１内の上部に、多数本の水平加熱管２ａを備え
た加熱器２を設けて、この蒸発缶１内を、凝縮器３にお
ける真空ポンプ４にて大気圧以下の減圧状態にする一方
、前記蒸発缶１内の底部からポンプ５にて汲み出した水
溶液を、循環管路６を介して前記蒸発缶１内の上部に設
けた散布ノズル７に送り、この散布ノズル７から前記加
熱器２における各水平加熱管２ａの外表面に散布して、
該各水平加熱管２ａの外表面を液膜状の状態で流下する
ようにし、その流下の途中において、この水溶液を加熱
・蒸発するものである。

【０００４】なお、図３に示す水平管下降膜型蒸発装置
は、蒸発缶１内で発生した蒸気の一部を、ボイラー等か
らの高圧蒸気によって駆動される蒸気エゼクター８にて
吸引・圧縮したのち、前記加熱器２における各水平加熱
管２ａ内に供給して、その加熱源とするように、いわゆ
る自己圧縮式に構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そして、前記した水平
管下降膜型蒸発装置は、水溶液の加熱・蒸発を、当該水
溶液を液膜状にした状態で行うことにより、液深さによ
る沸点上昇がないと共に、総括伝熱係数が高いから、前
記した丸善株式会社発行、化学工学会編「化学工学便覧
」改訂五版の第４０５頁における図７・６の（ｋ）又は
（ｌ）に図示されている強制循環型の蒸発装置に比べて
、熱効率が著しく高いばかりか、装置を小型化できる等
の利点を有する。

【０００６】しかし、その反面、前記水平管下降膜型蒸
発装置によって、硫酸カリウム、硫酸銅又は塩化ナトリ
ウム等のように水に対する飽和溶解度が温度に比例して
高くなる水溶性溶質を含む水溶液を、その溶質が結晶と
して析出する状態まで蒸発する場合には、以下に述べる
ような問題を招来する。すなわち、水平管下降膜型蒸発
装置では、略飽和溶解度の水溶液を、当該水溶液が加熱
器における水平加熱管の外表面を液膜状で流下する途中
において、温度を蒸発缶内における蒸気温度と略等しい
温度に保持した状態で加熱・蒸発するものであるから、
この水平加熱管の外表面での加熱・蒸発により、当該水
溶液は、その温度における飽和溶解度を越えて過飽和状
態になり、その結果、前記水平加熱管の外表面に、水溶
液中の溶質の結晶が析出してスケールとなって付着する
から、蒸発の運転を停止して各水平加熱管のスケールを
除去する作業を頻繁を行わねばならないのである。

【０００７】本発明は、水に対する飽和溶解度が温度に
比例する水溶性溶質を含む水溶液を、前記したように熱
効率が高く且つ小型化できる水平管下降膜型蒸発装置に
よって、溶質の結晶が析出する状態まで蒸発する場合に
おいて、加熱器における各水平加熱管の表面にスケール
が発生することを確実に低減できるようにした方法、及
びその方法に使用する装置を提供することを技術的課題
とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この技術的課題を達成す
るため本発明の方法は、硫酸カリウム又は硫酸銅等のよ
うに水に対する飽和溶解度が温度に比例する水溶性溶質
を含む水溶液を、大気圧以下に保持した蒸発缶内におけ
る水平加熱管に対して、当該水平加熱管の外表面を液膜
の状態で流下するように散布することによって加熱・蒸
発する蒸発方法において、前記蒸発缶で蒸発した後の水
溶液を、前記蒸発缶よりも低い減圧状態に保持したフラ
ッシュ蒸発缶内に導いてフラッシュ蒸発し、次いで、水
溶性溶質の結晶を析出してその結晶を分離・除去したの
ち、前記蒸発缶内における水平加熱管に対して散布する
ことにした。

【０００９】また、本発明の装置は、大気圧以下の減圧
状態に保持した蒸発缶と、該蒸発缶内に設けた複数本の
水平加熱管と、硫酸カリウム又は硫酸銅等のように水に
対する飽和溶解度が温度に比例する水溶性溶質を含む水
溶液を前記各水平加熱管の外表面に対して液膜状に散布
する散布手段と、前記蒸発缶の底部の水溶液を前記散布
手段に対して循環供給する循環経路とから成る蒸発装置
において、前記循環経路中に、前記蒸発缶よりも低い減
圧状態に保持したフラッシュ蒸発缶と、前記水溶液中の
水溶性溶質の結晶を析出して分離する結晶析出タンクと
を、前記フラッシュ蒸発缶を上流側に結晶析出タンクを
下流側にして設ける構成にした。

【００１０】

【作用】このようにすると、蒸発缶から出た水溶液は、
前記蒸発缶よりも低い減圧状態に保持されたフラッシュ
蒸発缶内に入って、ここでフラッシュ蒸発して、その温
度が下がることにより、当該水溶液は、飽和溶解度曲線
よりも上側の過飽和領域内に移行して高い過飽和状態に
なるから、結晶析出タンク内で、この水溶液中における
溶質の結晶が析出して、当該水溶液の濃度は、飽和溶解
度に近い状態になる。

【００１１】次いで、前記水溶液は、結晶が除かれたの
ち、散布手段を介して前記蒸発缶内における水平加熱管
の外表面に対して液膜状に散布されるのであるが、この
水溶液の温度は、前記フラッシュ蒸発缶内におけるフラ
ッシュ蒸発により、蒸発缶内における蒸気温度よりも低
くなっているから、前記水平加熱管の外表面を液膜の状
態で流下する水溶液は、その温度が蒸発缶内における蒸
気温度と等しくなるまで加熱され、その後において加熱
・蒸発されるのである。

【００１２】すなわち、前記水平加熱管の外表面を液膜
の状態で流下する水溶液は、その温度が蒸発缶内におけ
る蒸気温度と等しくなるまで加熱され、この加熱によっ
て、当該水溶液は、一旦、飽和溶解度曲線よりも下側の
未飽和の状態になり、この未飽和の状態から加熱・蒸発
が開始されることになるから、前記水平加熱管の外表面
での加熱・蒸発を、飽和溶解度曲線よりも下側の未飽和
領域内に行うことができるか、或いは、飽和溶解度曲線
を越えて過飽和領域内に入る程度を大幅に下げることが
できるのである。

【００１３】

【発明の効果】従って、本発明によると、水に対する飽
和溶解度が温度に比例する水溶性溶質を含む水溶液を、
前記したように熱効率が高く且つ小型化できる水平管下
降膜型蒸発装置によって、溶質の結晶が析出する状態ま
で蒸発する場合において、加熱器における各水平加熱管
の表面にスケールが発生することを確実に少なくできる
から、蒸発の運転を停止して各水平加熱管におけるスケ
ールを除去する作業の回数を低減できて、蒸発の能率を
著しく向上できる効果を有する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を、自己蒸気圧縮式の
水平管下降膜型蒸発装置にて硫酸カリウム水溶液を蒸発
することに適用した場合の図面について説明する。図に
おいて符号１０は、密閉型の蒸発缶を示し、該蒸発缶１
０内の上部には、左右一対のヘッダー１１ａ，１１ｂと
、この両ヘッダー１１ａ，１１ｂの間を繋ぐ多数本の水
平加熱管１１ｃとから成る加熱器１１が設けられている
と共に、硫酸カリウム水溶液を前記各水平加熱管１１ｃ
の外表面に対して、液膜状の状態で散布するようにした
散布ノズル１２が設けられている。

【００１５】前記蒸発缶１１内で発生した蒸気を、ボイ
ラー（図示せず）から蒸気供給管路１３より供給の高圧
蒸気にて駆動される蒸気エゼクター１４によって吸引・
圧縮したのち、蒸気ダクト１５を介して前記加熱器１１
における一方のヘッダー１２ａ内に供給する。符号１６
は、密閉型のフラッシュ蒸発缶を、符号１７は、管路１
８より供給の冷却水にて冷却される凝縮器を各々示し、
前記フラッシュ蒸発缶１６からの蒸気出口１９を、蒸気
ダクト２０を介して前記凝縮器１７に接続する一方、前
記凝縮器１７には、真空ポンプ２１等の真空発生装置が
接続されると共に、凝縮水の排出ポンプ２２が接続され
、且つ、前記加熱器１１における他方のヘッダー１１ｂ
からの凝縮水抽出管路２３が接続されている。

【００１６】また、前記フラッシュ蒸発缶１６からの蒸
気ダクト２０又は前記凝縮器１７には、前記加熱器１１
における他方のヘッダー１１ｂからの不凝縮性ガスの抽
出管路２４を接続する一方、前記蒸気ダクト２０内にお
ける蒸気の一部を、前記蒸気供給管路１３より供給の高
圧蒸気にて駆動される補助蒸気エゼクター２５によって
吸引・圧縮したのち、蒸気ダクト２６を介して前記加熱
器１１における一方のヘッダー１１ａ内に供給し、これ
らの構成により、前記蒸発缶１０内を、蒸気温度が７０
℃の減圧状態に保持する一方、前記フラッシュ蒸発缶１
５内を、蒸気温度が６５℃の減圧状態に保持する。

【００１７】そして、前記蒸発缶１０内の底部における
硫酸カリウム水溶液を第１循環管路２７を介して前記フ
ラッシュ蒸発缶１６内に導いてフラッシュ蒸発し、この
フラッシュ蒸発した後の硫酸カリウム水溶液を、第２循
環管路２８を介して結晶析出タンク２９内に導いたのち
、この結晶析出タンク２９内における上部から上澄液と
して抽出し、これを循環ポンプ３０及び第３循環管路３
１を介して、前記蒸発缶１０内における散布ノズル１２
に供給する循環を行うように構成する一方、前記第３循
環管路３１の途中に、硫酸カリウム水溶液を管路３２よ
り供給する。

【００１８】この装置において、前記蒸発缶１０内にお
ける水の蒸発量を、１０００ｋｇ／ｈに、硫酸カリウム
水溶液の循環量を、前記蒸発量の５０倍の５００００ｋ
ｇ／ｈに設定する一方、前記硫酸カリウム水溶液の沸点
上昇が、例えば５℃であると仮定すると、前記蒸発缶１
０の底部から流出する硫酸カリウム水溶液の温度が７５
℃になり、この７５℃の硫酸カリウム水溶液が、第１循
環管路２７を介してフラッシュ蒸発缶１６内に導かれて
、ここで、温度が７０℃に下がるまでフラッシュ蒸発す
る。

【００１９】そして、前記蒸発缶１０の底部から流出す
る硫酸カリウム水溶液の濃度を、図２に示すに硫酸カリ
ウムの水に対する飽和溶解度曲線において、当該飽和溶
解度曲線よりも下側の未飽和領域内におけるＡ点、つま
り１６．９４ｗｔ％にすると、前記フラッシュ蒸発缶１
６内において、水が４４９ｋｇ／ｈだけフラッシュ蒸発
して、温度が７５℃から７０℃に下がると共に濃度が１
７．０９ｗｔ％に上昇することにより、この硫酸カリウ
ム水溶液は、前記Ａ点から飽和溶解度曲線よりも上側の
過飽和領域におけるＢ点に移行し、高い過飽和状態にな
り、第２循環管路２８を介して前記結晶析出タンク２９
内に送られるから、当該硫酸カリウム水溶液中の硫酸カ
リウムは、この結晶析出タンク２９内において結晶とし
て析出して、当該結晶析出タンク２９内の底部に沈澱・
分離する。

【００２０】この結晶の析出により、前記結晶析出タン
ク２９から流出する硫酸カリウム水溶液の濃度が、温度
が７０℃のときの略飽和溶解度１６．６ｗｔ％まで下が
って、前記Ｂ点からＣ点に移行する。次いで、この状態
の硫酸カリウム水溶液が、循環ポンプ３０及び第３循環
管路３１を介して、前記蒸発缶１０内の上部における散
布ノズル１２に送られたのち、この散布ノズル１２から
各水平加熱管１１ｃの外表面に対して液膜状の状態にな
るように散布されるのである。

【００２１】このとき、前記散布ノズル１２から各水平
加熱管１１ｃの外表面に散布された硫酸カリウム水溶液
は、その温度が７０℃である一方、蒸発缶１０内におけ
る蒸気温度は７０℃であるから、当該硫酸カリウム水溶
液の加熱・蒸発は、各水平加熱管１１ｃへの散布と同時
に始まるのではなく、その温度が７５℃にまで加熱され
た後から始まるのであり、前記７０℃から７５℃への加
熱によって、当該硫酸カリウム水溶液は、前記Ｃ点の状
態から前記飽和溶解度曲線よりも下側の未飽和領域内に
おけるＤ点に移行し、一旦、可成り低い未飽和状態にな
り、この未飽和の状態から加熱・蒸発が開始され、これ
により水が１０００ｋｇ／ｈだけ蒸発して、前記したＡ
点に戻ることを繰り返すのである。

【００２２】すなわち、前記各水平加熱管１１ｃの外表
面を液膜の状態で流下する硫酸カリウム水溶液は、その
温度が７０℃から７５℃になるまで加熱され、この加熱
によって、当該水溶液は、一旦、飽和溶解度曲線よりも
下側の低い未飽和の状態になり、この未飽和の状態から
加熱・蒸発が開始されることにより、前記各水平加熱管
１１ｃの外表面での加熱・蒸発を、飽和溶解度曲線より
も下側の未飽和領域内に行うことができるから、前記各
水平加熱管１１ｃの外表面に、前記硫酸カリウム水溶液
中の硫酸カリウムの結晶が、スケールとして付着・析出
することを大幅に低減できるのである。

【００２３】また、前記記発缶１０から流出する硫酸カ
リウム水溶液の濃度を、７５℃における飽和溶解度に近
い状態にした場合においても、各水平加熱管１１ａの外
表面での加熱・蒸発に先立って、前記のように、一旦、
未飽和の状態にするもので、これにより、前記各水平加
熱管１１ａの外表面での加熱・蒸発の途中において硫酸
カリウム水溶液が飽和溶解度曲線を越えて過飽和領域に
内に入る程度を下げることができるから、各水平加熱管
１１ｃの外表面に発生するスケールを確実に低減できる
のである。

【００２４】なお、前記結晶析出タンク２９内の底部に
沈澱意した結晶は、スラリーポンプ３３にて遠心分離機
３４に送って、この遠心分離機３４にて液分を分離した
のち取り出される一方、結晶から分離されてタンク３５
に溜まった硫酸カリウム水溶液は、ポンプ３６付き管路
３７を介して前記第３循環管路３１に戻される。このス
ラリーポンプ３３には、当該スラリーポンプ３３からの
吐出液の一部を、前記結晶析出タンク２９内における前
記スラリーポンプ３３への吸い込み部に戻すことによっ
て、結晶の抽出を容易にするためのバイパス管路３８が
設けられている。

【００２５】なお、前記実施例は、硫酸カリウム水溶液
の蒸発に適用した場合を示したが、本発明は、これに限
らず、硫酸銅水溶液又は塩化ナトリウム水溶液の蒸発に
も適用できることは言うまでもないが、水に対する飽和
溶解度曲線の勾配が小さいときには、水溶液の循環量を
多くすることが必要である。また、本発明は、多重効用
蒸発装置に対しても適用できることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す図である。

【図２】水に対する硫酸カリウムの飽和溶解度曲線を示
す図である。

【図３】従来の水平管下降膜型蒸発装置を示す図である
。

【符号の説明】

１０　　　　　　　　　　蒸発缶 １１　　　　　　　　　　加熱器 １１ｃ　　　　　　　　水平加熱管 １２　　　　　　　　　　散布ノズル １６　　　　　　　　　　フラッシュ蒸発缶２９　　　
　　　　　　　結晶析出タンク２７，２８，３１　　　
　循環管路 ３０　　　　　　　　　　循環ポンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】硫酸カリウム又は硫酸銅等のように水に対
   する飽和溶解度が温度に比例する水溶性溶質を含む水溶
   液を、大気圧以下に保持した蒸発缶内における水平加熱
   管に対して、当該水平加熱管の外表面を液膜の状態で流
   下するように散布することによって加熱・蒸発する蒸発
   方法において、前記蒸発缶で蒸発した後の水溶液を、前
   記蒸発缶よりも低い減圧状態に保持したフラッシュ蒸発
   缶内に導いてフラッシュ蒸発し、次いで、水溶性溶質の
   結晶を析出してその結晶を分離・除去したのち、前記蒸
   発缶内における水平加熱管に対して散布することを特徴
   とする水に対する飽和溶解度が温度に比例する水溶性溶
   質を含む水溶液の蒸発方法。
2. 【請求項２】大気圧以下の減圧状態に保持した蒸発缶と
   、該蒸発缶内に設けた複数本の水平加熱管と、硫酸カリ
   ウム又は硫酸銅等のように水に対する飽和溶解度が温度
   に比例する水溶性溶質を含む水溶液を前記各水平加熱管
   の外表面に対して液膜状に散布する散布手段と、前記蒸
   発缶の底部の水溶液を前記散布手段に対して循環供給す
   る循環経路とから成る蒸発装置において、前記循環経路
   中に、前記蒸発缶よりも低い減圧状態に保持したフラッ
   シュ蒸発缶と、前記水溶液中の水溶性溶質の結晶を析出
   して分離する結晶析出タンクとを、前記フラッシュ蒸発
   缶を上流側に結晶析出タンクを下流側にして設けたこと
   を特徴とする水に対する飽和溶解度が温度に比例する水
   溶性溶質を含む水溶液の蒸発装置。