(57)【要約】【課題】蒸発缶の底部に不純物が堆積した場合でも、濃縮効率を低下させずに濃縮運転を継続することが可能であり、缶壁の過度な腐食を抑制できる蒸発缶及び蒸発缶の運転方法を提供する。【解決手段】蒸発缶１へ溶液を供給する溶液供給部１１と、蒸発缶１へ供給される溶液の流量を制御する流量制御部８と、蒸発缶１の内部の溶液を加熱して濃縮運転する加熱源９と、蒸発缶１の内部の溶液の液位ｈを測定する液位測定部１０とを備える。予め定めた制限温度と、濃縮運転するときの雰囲気圧力ｐと、液位ｈと雰囲気圧力ｐとに依存する溶液の飽和温度とから、蒸発缶１の底部における飽和温度が制限温度よりも小さくなるような液位ｈの上限値が求められ、流量制御部８は、濃縮運転中に、液位ｈが上限値よりも小さくなるように、蒸発缶１へ供給される溶液の流量を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発缶へ溶液を供給する溶液供給部と、
前記蒸発缶へ供給される前記溶液の流量を制御する流量制御部と、
前記蒸発缶の内部の前記溶液を加熱して濃縮運転する加熱源と、
前記蒸発缶の内部の前記溶液の液位を測定する液位測定部と、を備え、
予め定めた制限温度と、濃縮運転するときの雰囲気圧力と、前記液位と前記雰囲気圧力とに依存する前記溶液の飽和温度とから、前記蒸発缶の底部における前記飽和温度が前記制限温度よりも小さくなるような前記液位の上限値が求められ、
前記流量制御部は、濃縮運転中に、前記液位が前記上限値よりも小さくなるように、前記蒸発缶へ供給される前記溶液の流量を制御することを特徴とする蒸発缶。
【請求項２】
蒸発缶へ溶液を供給する溶液供給部と、
前記蒸発缶へ供給される前記溶液の流量を制御する流量制御部と、
前記蒸発缶の内部の前記溶液を加熱して濃縮運転する加熱源と、
前記蒸発缶の内部の前記溶液の液位を測定する液位測定部と、
前記蒸発缶の内部の前記溶液の温度を計測する温度計測部と、を備え、
前記流量制御部は、濃縮運転中に、前記温度計測部が計測した前記温度に従い、前記液位が低下するように、前記蒸発缶へ供給される前記溶液の流量を制御することを特徴とする蒸発缶。
【請求項３】
前記流量制御部と前記液位測定部と前記温度計測部とに接続された制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、予め定めた制限温度を記憶し、濃縮運転中に、前記溶液の温度が前記制限温度を超えるか否かを前記温度計測部が計測した前記温度に基づいて判断し、超えると判断した場合には、前記液位が低下するように、前記蒸発缶へ供給される前記溶液の流量を前記流量制御部を介して制御する請求項２記載の蒸発缶。
【請求項４】
蒸発缶を濃縮運転するときの制限温度を定める工程と、
前記蒸発缶を濃縮運転するときの雰囲気圧力を定める工程と、
前記蒸発缶へ溶液を供給して前記蒸発缶を濃縮運転する工程と、
濃縮運転中に、前記蒸発缶へ供給される前記溶液の流量を制御する工程と、
を有することを特徴とする蒸発缶の運転方法。
【請求項５】
前記制限温度と、前記雰囲気圧力と、前記蒸発缶の内部の前記溶液の液位と前記雰囲気圧力とに依存する前記溶液の飽和温度とから、前記蒸発缶の底部における前記飽和温度が前記制限温度よりも小さくなるような前記液位の上限値を求める工程と、
濃縮運転中に、前記液位が前記上限値よりも小さくなるように、前記蒸発缶へ供給される前記溶液の流量を制御する工程と、
をさらに有する請求項４記載の蒸発缶の運転方法。
【請求項６】
濃縮運転中に、前記蒸発缶の内部の前記溶液の温度を計測する工程と、
濃縮運転中に、前記温度を計測する工程で計測した前記温度に基づいて、前記温度が前記制限温度を超えるか否かを判断する工程と、
前記判断する工程で超えると判断した場合には、前記蒸発缶の内部の前記溶液の液位が低下するように、前記蒸発缶へ供給される前記溶液の流量を制御する工程と、
をさらに有する請求項４記載の蒸発缶の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蒸発缶及び蒸発缶の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学プラントなどで用いられる蒸発缶は、蒸発缶の内部と外部の一方または両方（以下、「内外部」と称する）から蒸発缶の内部の溶液を加熱して、溶液中の低沸点の液体成分を蒸発させ、溶液を所望の濃縮度まで濃縮する装置である。蒸発缶が内部に格納した溶液（以下、「缶液」と称する）は、濃縮運転中に、蒸発缶の内外部から加熱されて密度が小さくなり、浮力が作用して蒸発缶の内部を上昇する。一方、缶液の液面では、缶液の蒸発により液面近傍の熱が蒸発潜熱として奪われ、温度が低下して密度が大きくなり、蒸発缶の内部を下降する。蒸発缶の内部では、このように缶液が上昇して下降する自然対流が発生しつつ、液面で缶液が蒸発する。
【０００３】
蒸発缶には、錆等の粒子状の不純物が発生する場合がある。このような不純物が多く発生して蒸発缶の底部に堆積すると、缶液の蒸発過程において、堆積した不純物（以下、「堆積部」と称する）の内部で缶液の流れの抵抗が大きくなり、自然対流による流れが阻害される。このため、缶液による熱輸送が減少し、蒸発缶の壁（以下、「缶壁」と称する）の温度が上昇する。一般的に、缶液が腐食性溶液の場合、缶壁の温度が上昇すると、缶壁、特に底部の構造材の腐食の進行が早くなる場合があるので、缶壁に制限温度が設けられることがある。缶壁の温度が所定の制限温度を超えた場合には、缶液への加熱を停止して温度を下げ、缶壁の腐食を抑制する必要がある。缶壁の腐食を抑制するため、濃縮運転を停止して缶液を取り除き、蒸発缶の内部を洗浄する等の対策が必要となる場合もある。
【０００４】
特許文献１には、濃縮液の濃度を一定にするために、濃縮器内の液の沸点上昇を検出する検出手段と、濃縮液を排出する排出手段と、検出手段が検出した沸点上昇が所定値になると濃縮液を排出するように排出手段を制御する制御手段とを有する蒸発濃縮装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１９０２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、缶液が腐食性溶液の場合には、蒸発缶の底部に不純物が堆積して缶壁の温度が上昇すると、缶壁の腐食の進行が早くなる場合がある。缶壁の温度が所定の制限温度を超えた場合、缶壁の腐食を抑制するために加熱を停止して缶壁の温度を下げると、濃縮運転が停止し所望の濃縮度が得られない可能性がある。また、加熱を弱めて缶壁の温度を下げると、缶液に与えられる熱量が減少し、缶液の蒸発量が低下して濃縮に必要な時間が増加し、濃縮効率が低下する可能性がある。
【０００７】
本発明の目的は、蒸発缶の底部に不純物が堆積した場合でも、濃縮効率を低下させずに濃縮運転を継続することが可能であり、缶壁の過度な腐食を抑制できる蒸発缶及び蒸発缶の運転方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による蒸発缶は、蒸発缶へ溶液を供給する溶液供給部と、前記蒸発缶へ供給される前記溶液の流量を制御する流量制御部と、前記蒸発缶の内部の前記溶液を加熱して濃縮運転する加熱源と、前記蒸発缶の内部の前記溶液の液位を測定する液位測定部とを備え、予め定めた制限温度と、濃縮運転するときの雰囲気圧力と、前記液位と前記雰囲気圧力とに依存する前記溶液の飽和温度とから、前記蒸発缶の底部における前記飽和温度が前記制限温度よりも小さくなるような前記液位の上限値が求められ、前記流量制御部は、濃縮運転中に、前記液位が前記上限値よりも小さくなるように、前記蒸発缶へ供給される前記溶液の流量を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、蒸発缶の底部に不純物が堆積した場合でも、濃縮効率を低下させずに濃縮運転を継続することが可能であり、缶壁の過度な腐食を抑制できる蒸発缶及び蒸発缶の運転方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１による蒸発缶の構成図である。
【図２】実施例１における蒸発缶の運転方法のフローチャートである。
【図３】本発明の実施例２による蒸発缶の構成図である。
【図４】実施例２における蒸発缶の運転方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明による蒸発缶では、缶液（蒸発缶が内部に格納した溶液）の液位（蒸発缶の底面からの缶液の液面の位置）を制御することで、缶液を加熱する濃縮運転中に缶液の温度の上昇を防止し、缶壁（蒸発缶の壁）の温度の上昇を防止する。
【００１２】
蒸発缶の内部では、濃縮運転中に缶液の自然対流が発生し、液面で缶液が蒸発する。蒸発缶の底部に不純物が堆積すると、堆積部（堆積した不純物）の内部では、不純物どうしの間隙に缶液が存在するが、缶液の流路となる不純物どうしの間隔が狭く、流動抵抗が大きい。このため、堆積部の厚さが増加すると、流動抵抗も増加して、堆積部の内部での缶液の流れが滞留しやすくなる。滞留した缶液は、加熱され続けると温度が上昇し、滞留している位置での飽和温度に到達する場合がある。缶液は、温度が飽和温度に到達すると、沸騰が始まる。沸騰した缶液は、温度が飽和温度で一定のまま、滞留している位置で蒸発する。缶液が沸騰して発生した気泡（蒸気）は、周囲よりも密度が小さいため、浮力が働き、堆積部を通過して上昇する。気泡が通過した堆積部には、通過した気泡と同等の体積の缶液が周囲から供給される。
【００１３】
堆積部の内部では、缶液の滞留、沸騰、及び供給が繰り返されるため、缶液の温度は飽和温度までしか上昇しない。缶液の飽和温度は缶液の静圧により決まり、缶液の静圧は缶液の液位によって決まる。そこで、液位を制御して缶液にかかる圧力を調整することにより、缶液が到達可能な最高温度（飽和温度）を制御することができ、蒸発缶の底部に不純物が堆積した場合でも、缶液の温度の上昇を防ぐことができる。
【００１４】
したがって、本発明による蒸発缶では、缶液が腐食性溶液であり、蒸発缶の底部に不純物が堆積しても、缶液の液位を下げて缶液の温度の上昇を防止し、缶壁の温度が所定の制限温度を下回るようにすることで、缶液の加熱を停止したり弱めたりする必要がなく濃縮効率を低下させずに濃縮運転を継続することができる。また、缶壁が所定の制限温度以上になることがないため、缶壁の過度な腐食を抑制することができ、缶壁の信頼性を向上させることができる。
【００１５】
制限温度は、蒸発缶の材料に応じて設定することができる温度であり、例えば、蒸発缶の腐食速度が比較的大きくなる温度を制限温度に設定することができる。従来の蒸発缶では、缶壁の温度が制限温度を超えると、缶壁の腐食が進行するので、濃縮運転を停止するか加熱を弱める必要があり、所望の濃縮度が得られない可能性や濃縮効率が低下する可能性がある。本発明による蒸発缶では、缶壁の温度がこの制限温度を超えないように濃縮運転を行うことが可能である。例えば、缶壁の温度を計測して、缶壁の温度が制限温度よりも低くなるように濃縮運転を行う。計測するのは缶液の温度でもよい。缶液の温度を計測する場合には、缶液の温度と缶壁の温度との関係を予め求めておき、この関係を用いて缶壁の制限温度に対応する缶液の温度（缶液の制限温度）を求め、求めた缶液の制限温度よりも缶液の温度が低くなるように濃縮運転を行う。
【００１６】
以下、本発明の実施形態による蒸発缶について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の実施例では、缶液を蒸発缶の外部から加熱する場合を例に挙げて説明するが、本発明はこのような形態に限られるものではなく、缶液を蒸発缶の内部から加熱する場合や外部と内部の両方から加熱する場合にも適用可能である。また、以下の実施例では、制限温度とは缶液の制限温度のことを指すが、缶液の温度と缶壁の温度との関係を予め求めておけば、缶液の制限温度を缶壁の制限温度に換算し、制限温度として缶壁の制限温度を用いることもできる。
【実施例１】
【００１７】
本発明の実施例１による蒸発缶とその運転方法について説明する。本実施例では、蒸発缶の缶液の液位を制御し、缶液の温度が制限温度よりも低くなるように濃縮運転を行う。
【００１８】
図１は、本発明の実施例１による蒸発缶の構成図である。本実施例の蒸発缶１は、下に凸の半球状の底部を持つ円筒形であり、濃縮すべき成分（以下、「濃縮物」と称する）を含む缶液６を格納する。缶液６は、腐食性溶液である。蒸発缶１には、溶液供給部１１と液位測定部１０が設けられ、周囲に加熱源９が配置される。蒸発缶１の底部には、不純物が堆積し、堆積部４が形成されているとする。
【００１９】
溶液供給部１１は、蒸発缶１が格納する溶液（缶液６）を蒸発缶１へ供給する装置であり、蒸発缶１と溶液供給配管５で接続されている。溶液供給配管５は、流量制御部８を有する。流量制御部８は、蒸発缶１へ供給される溶液の流量を制御するための構成要素であり、例えば、バルブ、ポンプ、または差圧を利用した流量調整弁を用いることができる。流量制御部８は、運転員が操作してもよいし、蒸発缶の制御装置などの他の装置が操作してもよい。
【００２０】
液位測定部１０は、缶液６の液位を測定するための構成要素であり、例えば、差圧式液面計その他の液位計や液位を表示する液位表示板などを用いることができる。液位測定部１０が測定した缶液６の液位は、運転員が読み取ってもよいし、蒸発缶の制御装置などの他の装置が読み取ってもよい。
【００２１】
加熱源９は、缶液６を蒸発缶１の外部から加熱して濃縮運転する装置であり、例えば、電気ヒータや高温ガスを用いることができる。なお、缶液６を蒸発缶１の内部から加熱する加熱源にも、電気ヒータや高温ガスを用いることができる。
【００２２】
缶液６は、加熱源９により加熱されると、濃縮物よりも飽和蒸気圧の低い成分が液面から蒸発するため、濃縮されて濃縮物の割合が多くなる。蒸発缶１には、蒸発した缶液６の量だけ、溶液供給部１１と溶液供給配管５により溶液が補充される。このため、蒸発缶１は、缶液６の液位を一定に保ちながら濃縮運転することができる。
【００２３】
上述したように、蒸発缶１の内部では、濃縮運転中に缶液６の自然対流が発生し、液面で缶液６が蒸発する。蒸発缶１の底部に不純物が堆積すると、堆積部４の内部では、缶液６の流れが滞留し、缶液６の温度が上昇して飽和温度に到達する場合がある。このように、蒸発缶１の底部に不純物が堆積した場合には、堆積部４の内部での缶液６の温度は飽和温度にまで上昇する可能性がある。飽和温度が上述の所定の制限温度より高い場合には、缶液６の温度が制限温度より高くなり、蒸発缶１の腐食速度が増加することが懸念される。
【００２４】
そこで、本実施例による蒸発缶１では、蒸発缶１の底部の堆積部４における飽和温度が制限温度を下回るような温度になるように、缶液６の液位を設定する。飽和温度は雰囲気圧力ｐと缶液６の水頭圧により決まるので、缶液６の液位を低くし水頭圧を下げることで、蒸発缶１の底部における飽和温度が制限温度を下回るようにすることができる。
【００２５】
蒸発缶１に格納された缶液６の液位をｈ、蒸発缶１を濃縮運転するときの雰囲気圧力をｐで表す。缶液６は、液面では、雰囲気圧力ｐにおける飽和温度に到達すると沸騰または蒸発し、飽和蒸気圧の低い成分が蒸気となって缶液６から除去される。溶液供給部１１は、蒸気となって除去された缶液６の量だけ溶液を蒸発缶１に供給し、缶液６の液位が一定になるように蒸発缶１を濃縮運転する。缶液６の液面より下では、液深に対応する水頭圧が雰囲気圧力ｐに加わるため、液面よりも静圧が大きく、飽和温度が高くなる。
【００２６】
缶液６の飽和温度は、缶液６の静圧Ｐにより決まる。蒸発缶１内で最も静圧が高いのは、液深が最大となる蒸発缶１の底部である。以下では、缶液６の飽和温度をＴＳ［℃］で表し、制限温度をＴＬ［℃］で表す。
【００２７】
缶液６の静圧Ｐ［Ｐａ］は、式（１）で計算することができる。
Ｐ＝ｐ＋ρｇｈ      （１）
ここで、ｐ［Ｐａ］は雰囲気圧力、ρ［ｋｇ／ｍ３］は缶液６の密度、ｇ［ｍ／ｓ２］は重力加速度、ｈ［ｍ］は缶液６の液位である。したがって、缶液６の飽和温度ＴＳは、液位ｈと雰囲気圧力ｐとに依存する関数ＴＳ（ｈ，ｐ）で表すことができる。関数ＴＳは、液位ｈが増加すると増加し、雰囲気圧力ｐが増加すると増加する関数である。関数ＴＳの具体的な形は、飽和温度ＴＳと液位ｈと雰囲気圧力ｐとの関係を測定することにより、缶液６の種類に応じて予め求めることができる。濃縮に伴い、缶液の密度や飽和温度が変化することがあるが、この変化についても予め求めておけば、関数ＴＳ（ｈ，ｐ）で濃縮運転中に変化する缶液６の飽和温度を求めることができる。
【００２８】
本実施例では、蒸発缶１の底部における缶液６の飽和温度ＴＳが制限温度ＴＬを超えないように、缶液６の液位ｈを制限する。
【００２９】
以下に、制限温度ＴＬを７０℃とし、雰囲気圧力ｐを１８ｋＰａとし、缶液６が水である場合に、缶液６の液位ｈを制限する例を説明する。蒸発缶１は、密閉空間の中に収納され、缶液６の沸点を下げるために、雰囲気圧力ｐを大気圧より低くしている。
【００３０】
水の圧力と飽和温度との関係はよく知られており、圧力が１８ｋＰａでの水の飽和温度は約５８℃である。このため、缶液６を加熱し始めると、液面において約５８℃で水が沸騰する。蒸発缶１の底部に不純物が堆積しない場合または薄い堆積部４が形成された場合には、自然対流により缶液６が攪拌されるため、缶液６の温度が制限温度ＴＬを超えることはない。
【００３１】
しかし、不純物が多く発生し、蒸発缶１の底部に厚い堆積部４が形成された場合には、缶液６の流れは、堆積部４の内部で滞留する。この結果、缶液６は、蒸発缶１の底部において、温度が上昇して飽和温度ＴＳまで到達する可能性がある。
【００３２】
例えば、缶液６の液位を１．２ｍ以下に制限すると、水頭圧（式（１）の第２項のρｇｈ）が約１２ｋＰａであるので、蒸発缶１の底部における缶液６の静圧Ｐは、式（１）より最大で約３０ｋＰａである。水の圧力と飽和温度との関係はよく知られており、圧力が３０ｋＰａでの水の飽和温度は約６９℃である。したがって、堆積部４での缶液６の温度は、最大で約６９℃まで上昇する。しかし、缶液６の温度は制限温度ＴＬを下回っているので、缶液６の加熱を停止したり弱めたりする必要がなく、濃縮効率を低下させずに濃縮運転を継続することができる。
【００３３】
一方、缶液６の液位を１．６ｍにすると、水頭圧が約１６ｋＰａであるので、蒸発缶１の底部における缶液６の静圧Ｐは、式（１）より約３４ｋＰａである。圧力が３４ｋＰａでの水の飽和温度は約７２℃である。したがって、堆積部４での缶液６の温度は、制限温度ＴＬを超える可能性がある。缶液６の温度が制限温度ＴＬを超えると、濃縮運転を停止する必要が生じる場合がある。
【００３４】
したがって、蒸発缶１の底部に不純物が堆積して堆積部４が形成されても濃縮運転を継続するためには、蒸発缶１の底部における缶液６の飽和温度ＴＳが制限温度ＴＬよりも低くなるように、すなわち蒸発缶１の底部において式（２）を満たすように、缶液６の液位ｈを制限するとよい。
ＴＳ（ｈ，ｐ）＜ＴＬ      （２）
このように、濃縮運転中に蒸発缶１の底部に不純物が堆積して堆積部４が形成されても、缶液６の液位を制御することにより、蒸発缶１の底部における缶液６の飽和温度ＴＳが制限温度ＴＬを下回るようにすることができ、濃縮運転を止めたり濃縮効率を低下させたりすることなく、濃縮運転を継続することができる。
【００３５】
図２は、本実施例における蒸発缶１の運転方法のフローチャートである。図２を用いて、本実施例における蒸発缶１の運転方法について説明する。
【００３６】
ステップ１００で、缶液６の飽和温度ＴＳの関数の形を求める。上述したように、缶液６の飽和温度ＴＳは、液位ｈと雰囲気圧力ｐとに依存する関数ＴＳ（ｈ，ｐ）で表すことができ、関数ＴＳ（ｈ，ｐ）の形は、缶液６の種類に応じて求めることができる。
【００３７】
ステップ１１０で、制限温度ＴＬを定める。上述したように、制限温度ＴＬは、蒸発缶の材料に応じて設定できる。
【００３８】
ステップ１２０で、蒸発缶１を濃縮運転するときの雰囲気圧力ｐを定める。雰囲気圧力ｐは、濃縮運転の条件や缶液６の種類に応じて定めることができる。
【００３９】
ステップ１３０で、ステップ１００で求めた関数ＴＳ（ｈ，ｐ）、ステップ１１０で定めた制限温度ＴＬ、及びステップ１２０で定めた雰囲気圧力ｐを用いて、式（２）を満たす液位ｈの上限値ｈｕを求める。
【００４０】
ステップ１４０で、缶液６の液位ｈがステップ１３０で求めた上限値ｈｕよりも小さくなるように、液位測定部１０で液位ｈを測定しながら流量制御部８を制御して、蒸発缶１に溶液を供給する。蒸発缶１に格納された缶液６の液位ｈは上限値ｈｕよりも小さいので、蒸発缶１の底部における缶液６の飽和温度ＴＳは制限温度ＴＬを下回っている。
【００４１】
ステップ１５０で、加熱源９で缶液６を加熱して、蒸発缶１を濃縮運転する。濃縮運転中は、蒸発缶１から缶液６が蒸発して缶液６が減少する。より多くの溶液を濃縮するために、溶液供給部１１は、蒸発缶１に溶液（缶液６）を供給する。蒸発缶１に溶液を供給するときには、缶液６の液位ｈが上限値ｈｕよりも小さくなるように、液位測定部１０で液位ｈを測定しながら、流量制御部８で蒸発缶１に供給する溶液の量を制御する。すなわち、濃縮運転中の缶液６の液位ｈが上限値ｈｕよりも小さくなるように、溶液の供給量を制御する。
【００４２】
液位測定部１０が測定した缶液６の液位は、蒸発缶１の運転員が読み取ってもよいし、蒸発缶１の制御装置などの装置が読み取ってもよい。また、流量制御部８は、運転員が操作してもよいし、蒸発缶１の制御装置などの装置が操作してもよい。すなわち、ステップ１４０とステップ１５０は、運転員が実行してもよいし装置が実行してもよい。
【００４３】
以上のようにして缶液６の液位ｈを制御しながら蒸発缶１を濃縮運転することで、蒸発缶１の底部における缶液６の飽和温度ＴＳが制限温度ＴＬよりも低くなるようにすることができ、缶液６の温度の上昇を防止できる。
【実施例２】
【００４４】
本発明の実施例２による蒸発缶とその運転方法について説明する。本実施例では、濃縮運転中に蒸発缶の缶液の温度を監視し、缶液の温度が制限温度を超える可能性がある場合には、液位を下げることで、缶液の温度の上昇を防止する。
【００４５】
図３は、本発明の実施例２による蒸発缶の構成図である。図３において、図１と同一の符号は、実施例１と同一または共通する要素を示し、これらの要素については説明を省略する。
【００４６】
本実施例の蒸発缶１は、缶液６を格納し、底部には堆積部４が形成されている。また、蒸発缶１には、溶液供給部１１と液位測定部１０が設けられ、周囲に加熱源９が配置される。溶液供給部１１は、蒸発缶１と溶液供給配管５で接続されている。溶液供給配管５は、流量制御部８を有する。蒸発缶１は、さらに温度計測部７と制御装置２を備える。
【００４７】
温度計測部７は、缶液６の温度を計測するための構成要素であり、例えば、熱電対などの温度計を用いることができる。温度計測部７は、特に蒸発缶１の底部や堆積部４の内部での缶液６の温度を監視する。
【００４８】
制御装置２は、液位測定部１０と温度計測部７と流量制御部８とに接続され、液位測定部１０が測定した缶液６の液位と、温度計測部７が計測した缶液６の温度とを受け取り、流量制御部８へ制御信号を発して溶液供給部１１が蒸発缶１へ供給する溶液の流量を制御する。例えば、制御装置２は、流量制御部８としてバルブを用いる場合はバルブの開度を制御し、流量制御部８としてポンプを用いる場合はポンプの回転数を制御し、流量制御部８として差圧を利用した流量調整弁を用いる場合は差圧を制御する。さらに、制御装置２は、予め定めた制限温度を記憶する。また、制御装置２は、液位測定部１０が測定した缶液６の液位や、温度計測部７が計測した缶液６の温度を表示してもよい。
【００４９】
本実施例が実施例１と異なるのは、濃縮運転の開始時に缶液６の液位ｈに制限を設けないことである。液位ｈが高いと、加熱される缶液６の量が多いため缶液６の蒸発量が多くなり、濃縮効率が向上する。そこで、濃縮運転の開始時に缶液６の液位ｈを制限せず、缶液６の不純物の発生量が少ない場合など、温度計測部７で計測している缶液６の温度が制限温度を超えない場合には、液位ｈが高いまま濃縮運転を継続する。溶液供給部１１は、より多くの缶液６を濃縮するために、濃縮運転中に蒸発缶１へ溶液（缶液６）を供給する。
【００５０】
缶液６の不純物の発生量が多くなり、蒸発缶１の底部に不純物の堆積部４ができた場合など、缶液６の温度が制限温度を超える可能性がある場合には、液位ｈを下げて缶液６の温度の上昇を防止しながら濃縮運転を継続する。溶液供給部１１が、蒸発缶１へ供給する溶液の量を減らしたり、蒸発缶１へ溶液を供給するのを停止したりすることにより、液位ｈを下げることができる。
【００５１】
以下に、実施例１と同様に、制限温度ＴＬを７０℃とし、雰囲気圧力ｐを１８ｋＰａとし、缶液６が水である場合に、液位ｈを下げる例を説明する。
【００５２】
圧力が１８ｋＰａでの水の飽和温度は約５８℃であり、缶液６を加熱し始めると、液面において約５８℃で水が沸騰する。缶液６の初期の液位を２．０ｍとすると、蒸発缶１の底部における缶液６の静圧Ｐは、式（１）より約３８ｋＰａである。圧力が３８ｋＰａでの水の飽和温度は約７５℃である。
【００５３】
蒸発缶１の濃縮運転中において、蒸発缶１の底部に不純物が堆積しない場合または薄い堆積部４が形成された場合には、自然対流により缶液６が攪拌されるため、蒸発缶１の内部で温度が大きく上昇する場所はない。しかし、不純物が多く発生し、蒸発缶１の底部に厚い堆積部４が形成された場合には、缶液６の流れは堆積部４の内部で滞留する。この状態のまま缶液６を加熱し続けると、缶液６は、堆積部４の内部で温度が上昇し、飽和温度にまで到達する可能性がある。制限温度ＴＬが７０℃であるのに対し、蒸発缶１の底部での飽和温度は約７５℃であるため、缶液６の温度は、制限温度を超える可能性がある。
【００５４】
そこで、本実施例の蒸発缶１では、温度計測部７は、蒸発缶１の底部や堆積部４の内部での缶液６の温度を監視し、計測した缶液６の温度を制御装置２に送信する。
【００５５】
制御装置２は、蒸発缶１の底部や堆積部４の内部で缶液６の温度が上昇して制限温度ＴＬを超える可能性があると判断した場合には、流量制御部８へ制御信号を発して流量制御部８を制御して、溶液供給部１１が蒸発缶１へ供給する溶液の流量を制御し、缶液６の液位ｈを低下させる。
【００５６】
制御装置２が缶液６の温度が制限温度ＴＬを超える可能性があるか否かを判断する条件は、缶液６の温度や缶液６の温度の時間変化率を用いて定めることができ、予め制御装置２に設定しておく。例えば、缶液６の温度が制限温度ＴＬより低い所定の温度に達したとき、または缶液６の温度の時間変化率が予め定めた値より大きくなったときに、缶液６の温度が制限温度ＴＬを超える可能性があると判断するように、制御装置２に判断条件を設定することができる。
【００５７】
制御装置２が流量制御部８を制御して溶液の流量を制御する方法は、予め制御装置２に設定しておくことができ、その例としては、蒸発缶１へ供給する溶液の量を減らす方法、蒸発缶１へ溶液を供給するのを停止する方法、及び初めに蒸発缶１への溶液の供給量を減らし次に蒸発缶１への溶液の供給を停止する方法がある。制御装置２は、液位測定部１０が測定した缶液６の液位ｈを参照しながら、液位ｈが低下するように溶液の流量を制御することができる。
【００５８】
このように蒸発缶１へ供給する溶液の流量を制御しながら、蒸発缶１の濃縮運転を継続する。蒸発缶１の内部の缶液６は、加熱されて蒸発が継続しているので、液位ｈが徐々に低下する。溶液の供給量の制御と溶液の蒸発により液位ｈが低下すると、実施例１で述べたように溶液６の飽和温度が低下し、蒸発缶１の底部や堆積部４の内部での缶液６の温度は低下する。このため、缶液６の温度は、制限温度ＴＬを超えることがない。
【００５９】
制御装置２は、蒸発缶１の底部や堆積部４の内部で缶液６の温度が低下して制限温度ＴＬ以下の温度で安定したと判断した場合には、流量制御部８へ制御信号を発して流量制御部８を制御して、溶液供給部１１が蒸発缶１へ供給する溶液の流量を制御し、缶液６の液位ｈが一定となるようにする。
【００６０】
制御装置２が缶液６の温度が制限温度ＴＬ以下の温度で安定したか否かを判断する条件は、缶液６の温度や缶液６の温度の時間変化率を用いて定めることができ、予め制御装置２に設定しておく。例えば、缶液６の温度が制限温度ＴＬより低い所定の温度に達したとき、または缶液６の温度の時間変化率が予め定めた値より小さくなったときに、缶液６の温度が制限温度ＴＬ以下の温度で安定したと判断するように、制御装置２に判断条件を設定することができる。
【００６１】
制御装置２が流量制御部８を制御して溶液の流量を制御する方法は、予め制御装置２に設定しておくことができ、その例としては、蒸発缶１へ供給する溶液の量を減らしている場合は溶液の供給量を増やす方法、蒸発缶１へ溶液を供給するのを停止している場合は溶液の供給を再開する方法がある。このような方法により、液位測定部１０が測定した缶液６の液位ｈが一定となるような量の（蒸発する缶液６を補う量の）溶液を蒸発缶１へ供給する。
【００６２】
蒸発缶１の底部への不純物の堆積が続き、再び缶液６の温度が上昇し、制御装置２が蒸発缶１の底部や堆積部４の内部で缶液６の温度が制限温度ＴＬを超える可能性があると判断した場合には、制御装置２は、上述したのと同じ手順で、缶液６の温度が制限温度ＴＬを超えないようにする。すなわち、制御装置２は、流量制御部８へ制御信号を発して流量制御部８を制御して、溶液供給部１１が蒸発缶１へ供給する溶液の流量を制御して缶液６の液位ｈを低下させて、缶液６の温度が制限温度ＴＬを超えないようにする。制御装置２が缶液６の温度が制限温度ＴＬを超える可能性があるか否かを判断する条件も、上述したものと同じ条件にすることができる。
【００６３】
本実施例の場合では、缶液６の液位ｈを１．２ｍにまで低下させると、実施例１で述べたように、水頭圧が低下して蒸発缶１の底部における缶液６の静圧Ｐが３０ｋＰａまで下がり、飽和温度が約６９℃となる。このため、缶液６の温度は、制限温度ＴＬである７０℃を超えず、缶液６の加熱を停止したり弱めたりする必要がなく、濃縮効率を低下させずに濃縮運転を継続することができる。
【００６４】
制御装置２が、流量制御部８を制御して缶液６の液位ｈを１．２ｍにまで低下させ、缶液６の温度が制限温度ＴＬ以下の温度で安定したと判断した場合には、制御装置２は、流量制御部８を制御して、溶液供給部１１が蒸発缶１へ供給する溶液の流量を制御し、液位ｈが１．２ｍで一定に保つように運転する。制御装置２が缶液６の温度が制限温度ＴＬ以下の温度で安定したか否かを判断する条件も、上述したものと同じ条件にすることができる。
【００６５】
図４は、本実施例における蒸発缶１の運転方法のフローチャートである。図４を用いて、本実施例における蒸発缶１の運転方法について説明する。
【００６６】
ステップ１１０とステップ１２０は、実施例１のステップ１１０とステップ１２０と同一である。すなわち、ステップ１１０で、制限温度ＴＬを定め、ステップ１２０で、蒸発缶１を濃縮運転するときの雰囲気圧力ｐを定める。ステップ１１０で定めた制限温度ＴＬは、制御装置２に記憶される。
【００６７】
ステップ２００で、溶液供給部１１により蒸発缶１へ溶液を供給し、加熱源９により缶液６を加熱して、蒸発缶１の濃縮運転を開始する。上述したように、濃縮運転の開始時には、缶液６の液位ｈに制限を設けない。
【００６８】
ステップ２１０で、温度計測部７は、缶液６の温度を計測する。温度計測部７は、濃縮運転中に、特に蒸発缶１の底部や堆積部４の内部での缶液６の温度を計測し、缶液６の温度を監視する。
【００６９】
ステップ２２０で、制御装置２は、缶液６の温度が制限温度ＴＬを超える可能性があると判断した場合には、流量制御部８を制御して、缶液６の液位ｈが低下するように、溶液供給部１１が蒸発缶１へ供給する溶液の流量を制御する。具体的には、制御装置２は、蒸発缶１へ供給する溶液の量を減らす方法と蒸発缶１へ溶液を供給するのを停止する方法のうち、少なくとも一方の方法を用いて、蒸発缶１へ供給する溶液の流量を制御する。この溶液の流量の制御により、缶液６の液位ｈを低下させ、溶液６の飽和温度を低下させる。
【００７０】
ステップ２３０で、制御装置２は、缶液６の温度が制限温度ＴＬ以下の温度で安定したと判断した場合には、流量制御部８を制御して、缶液６の液位ｈが一定となるように、溶液供給部１１が蒸発缶１へ供給する溶液の流量を制御する。具体的には、制御装置２は、蒸発缶１へ供給する溶液の量を減らしている場合は供給量を増やす方法、蒸発缶１へ溶液を供給するのを停止している場合は供給を再開する方法を用いて、缶液６の液位ｈが一定となるように、蒸発缶１へ供給する溶液の流量を制御する。
【００７１】
ステップ２１０〜２３０を繰り返して、缶液６の温度に応じて蒸発缶１へ供給する溶液の流量を制御して缶液６の液位ｈを制御し、蒸発缶１を濃縮運転する。
【００７２】
以上のようにして、缶液６の液位ｈを制御しながら蒸発缶１を濃縮運転することで、蒸発缶１の底部における缶液６の温度が制限温度ＴＬよりも低くなるようにすることができ、缶液６の温度の上昇を防止できる。
【００７３】
なお、本実施例では、制御装置２が、缶液６の温度に応じて蒸発缶１へ供給する溶液の流量を制御して缶液６の液位ｈを制御している。しかし、制御装置２を用いずに、缶液６の液位ｈを制御してもよい。制御装置２を用いない場合は、蒸発缶１の運転員が、温度計測部７が表示した缶液６の温度を見て、缶液６の温度が制限温度ＴＬを超える可能性があるか否かと、缶液６の温度が制限温度ＴＬ以下の温度で安定したか否かを判断し、流量制御部８を制御する。運転員は、液位測定部１０が測定した缶液６の液位を読み取ることができるので、液位ｈが下がるように、または液位ｈが一定になるように、流量制御部８を制御することができる。
【００７４】
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例を含む。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。
【００７５】
また、本発明による制御装置の各構成は、これらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよい。また、これらの一部または全部は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行するようにして、ソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル、測定情報、及び算出情報等の情報は、メモリ、ハードディスク、及びＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、及びＤＶＤ等の記録媒体に記録することができる。よって、本発明による制御装置の各構成は、処理部、処理ユニット、及びプログラムモジュールなどとして、各機能の実現が可能である。
【００７６】
また、各図面において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを記載しており、必ずしも製品として必要な全ての制御線や情報線を記載しているとは限らない。実際の製品では、殆ど全ての構成要素が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１…蒸発缶、２…制御装置、４…堆積部、５…溶液供給配管、６…缶液、７…温度計測部、８…流量制御部、９…加熱源、１０…液位測定部、１１…溶液供給部。
【図１】
2014200754.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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