(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２種類の溶液が混合された混合液を、内部に備えられた伝熱管により蒸発濃縮する濃縮缶を備えた濃縮缶システムにおいて、
前記濃縮缶に設置され、前記濃縮缶内部の圧力を計測する圧力センサと、
前記伝熱管に接続され、前記伝熱管に蒸気を供給する蒸気供給管と、
前記蒸気供給管上に備えられた圧力制御弁と、
前記濃縮缶の上部に一方が接続され、他方は前記蒸気供給管上であって前記圧力制御弁と前記伝熱管の間に接続された、前記濃縮缶内部で生成された蒸気を回収する蒸気回収管と、
前記蒸気回収管上に設置されたヒートポンプと、
前記圧力センサの計測値に応じて前記圧力制御弁の開度を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記濃縮缶の圧力が前記混合液に応じて予め設定された値の範囲内となるように前記圧力制御弁の開度を絞ることを特徴とする濃縮缶システム。
【請求項２】
前記ヒートポンプは前記制御部にて制御可能なように接続され、
前記制御部は、前記圧力センサの計測値が予め設定された範囲の上限値を超えると前記ヒートポンプを作動させ、前記圧力センサの計測値が予め設定された範囲の下限値を下回らない範囲で前記圧力制御弁の開度を絞る制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の濃縮缶システム。
【請求項３】
前記蒸気回収管上であって前記濃縮缶と前記ヒートポンプの間に接続された脱圧管と、
前記脱圧管上に設置された脱圧制御弁と、を備え、
前記制御部は前記脱圧制御弁の開閉を制御可能なように接続され、前記制御部は前記圧力センサの計測値が予め設定された範囲の上限値を超える場合には、前記ヒートポンプの作動に加えて、前記脱圧制御弁を開ける制御を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の濃縮缶システム。
【請求項４】
前記濃縮缶には、前記伝熱管内部で生成した凝縮水を排出するドレン管が設置され、
前記ドレン管は少なくとも２つ以上の分岐管と、前記分岐管上のそれぞれに弁を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の濃縮缶システム。
【請求項５】
前記混合液が複数種類存在する場合において、
前記制御部は、前記混合液に応じて予め設定された前記濃縮缶の圧力の値の範囲が、前記混合液それぞれに応じて設定されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の濃縮缶システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２種類の溶液が混合された混合液を蒸発濃縮することで分離する濃縮缶システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複数の溶液が混合された状態にある混合液から特定の溶液を抽出する場合には蒸留が利用されることが多い。
【０００３】
蒸留では、気液平衡の状態において溶液それぞれの蒸気圧の差を利用し、取り出したい特定の溶液の濃度が高い状態での気体として抽出することで特定の溶液の濃度を高める。
【０００４】
またこの作業を複数回行うことで、取り出したい溶液を所定の濃度まで濃縮することができる。
【０００５】
ここで例えばエチレンやプロピレンなどの化学品からポリマーを製造する場合には９９％以上の高い濃度が必要であり、この濃度を達成するために連続蒸留を前提とした蒸留塔の中でも精留塔などと呼ばれる多段蒸留塔が利用される。
【０００６】
しかし例えば工場の廃液の減容や、混合液の粗精製を目的とした場合には取り出したい溶液にはそれほど高い濃度が求められず、この場合にはバッチ処理の濃縮缶を利用した単蒸留が用いられることが多い。
【０００７】
ここで濃縮缶による単蒸留とは、濃縮缶内部に貯蔵された混合液を加熱することで蒸発濃縮し、蒸発した気体と残った液体を分離するという最も簡単な蒸留方法であり、現在も廃液処理や粗精製で広く用いられている。
【０００８】
単蒸留で可能な限り分離後の溶液の濃度を高めようとした場合には特許文献１に記載の様に減圧状態で蒸発濃縮することで沸点の低い溶液の濃度を高める方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】再公表特許２００４−０００７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし特許文献１に記載の含フッ素乳化剤の回収方法では、１種類の混合液には効率よく対応できるが、複数種類の混合された溶液が存在する場合への対応は記載されておらず、複数の廃液が存在する工場では十分に対処できないという課題がある。
【００１１】
本発明はこの課題に鑑み、複数種類の混合液が存在する場合であっても効率よく単一の濃縮缶で単蒸留を行う濃縮缶システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）本発明に係る濃縮缶システムは、少なくとも２種類の溶液が混合された混合液を、内部に備えられた伝熱管により蒸発濃縮する濃縮缶を備えた濃縮缶システムにおいて、前記濃縮缶に設置され、前記濃縮缶内部の圧力を計測する圧力センサと、前記伝熱管に接続され、前記伝熱管に蒸気を供給する蒸気供給管と、前記蒸気供給管上に備えられた圧力制御弁と、前記濃縮缶の上部に一方が接続され、他方は前記蒸気供給管上であって前記圧力制御弁と前記伝熱管の間に接続された、前記濃縮缶内部で生成された蒸気を回収する蒸気回収管と、前記蒸気回収管上に設置されたヒートポンプと、前記圧力センサの計測値に応じて前記圧力制御弁の開度を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記濃縮缶の圧力が前記混合液に応じて予め設定された値の範囲内となるように前記圧力制御弁の開度を絞ることを特徴とする。
【００１３】
（２）また本発明に係る濃縮缶システムは（１）に記載の濃縮缶システムにおいて、前記ヒートポンプは前記制御部にて制御可能なように接続され、前記制御部は、前記圧力センサの計測値が予め設定された範囲の上限値を超えると前記ヒートポンプを作動させ、前記圧力センサの計測値が予め設定された範囲の下限値を下回らない範囲で前記圧力制御弁の開度を絞る制御を行うことを特徴とする。
【００１４】
（３）また本発明に係る濃縮缶システムは（１）または（２）に記載の濃縮缶システムにおいて、前記蒸気回収管上であって前記濃縮缶と前記ヒートポンプの間に接続された脱圧管と、前記脱圧管上に設置された脱圧制御弁と、を備え、前記制御部は前記脱圧制御弁の開閉を制御可能なように接続され、前記制御部は前記圧力センサの計測値が予め設定された範囲の上限値を超える場合には、前記ヒートポンプの作動に加えて、前記脱圧制御弁を開ける制御を行うことを特徴とする。
【００１５】
（４）また本発明に係る濃縮缶システムは（１）から（３）のいずれかに記載の濃縮缶システムにおいて、前記濃縮缶には、前記伝熱管内部で生成した凝縮水を排出するドレン管が設置され、前記ドレン管は少なくとも２つ以上の分岐管と、前記分岐管上のそれぞれに弁を備えることを特徴とする。
【００１６】
（５）また本発明に係る濃縮缶システムは（１）から（４）のいずれかに記載の濃縮缶システムにおいて、前記混合液が複数種類存在する場合において、前記制御部は、前記混合液に応じて予め設定された前記濃縮缶の圧力の値の範囲が、前記混合液それぞれに応じて設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
（１）に記載の濃縮缶システムによれば、濃縮缶による単蒸留であっても混合されている溶液の蒸気圧の違いを利用して効率よく特定の溶液を蒸発濃縮により抽出することが可能となる。
【００１８】
（２）に記載の濃縮缶システムによれば、溶液の蒸発にはヒートポンプで回収した蒸気を可能な限り利用することで新たな蒸気の供給を削減し、ランニングコストを削減することが可能となる。
【００１９】
（３）に記載の濃縮缶システムによれば、ヒートポンプを利用した濃縮缶システムでは濃縮缶内部の混合液の量が徐々に減少する上に、ヒートポンプからの入熱があるので徐々に濃縮缶内部の圧力は上昇する。しかし脱圧制御弁を開けることで濃縮缶内部の圧力を予め設定した範囲に長時間にわたって維持することが可能となり、より効率的な蒸発濃縮が可能となる。
【００２０】
（４）に記載の濃縮缶システムによれば、一つの濃縮缶システムで異なった複数の混合液を蒸発濃縮する場合であっても、蒸発した溶液をそれぞれ別の分岐管により別のタンク等に保管することが可能となる。
【００２１】
（５）に記載の濃縮缶システムによれば、複数の混合液を一つの濃縮缶システムで蒸発濃縮する場合であっても、混合液それぞれの性状に応じた最適な圧力範囲で運転することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第一実施形態に係る濃縮缶システムの模式図を示す図である。
【図２】第一実施形態に係る濃縮缶システムの運転時の運転時間と圧力センサの計測値を示す模式図である。
【図３】第二実施形態に係る濃縮缶システムの模式図を示す図である。
【図４】第二実施形態に係る濃縮缶システムの運転時の運転時間と圧力センサの計測値を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。かかる実施形態は発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。
【００２４】
なお本明細書及び図面において実質的に同一の機能、構成を有する要素については同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２５】
（第一実施形態）
【００２６】
まず、第一実施形態に係る濃縮缶システム１００の構成について説明する。
【００２７】
濃縮缶システム１００は内部に混合液を貯蔵する濃縮缶１０と、濃縮缶１０に接続され蒸気を供給する蒸気供給管１２を備えている。
【００２８】
また混合液は混合液供給管１４により濃縮缶１０の内部に送られる。
【００２９】
濃縮缶１０の内部には伝熱管１６が設置されており、伝熱管１６の内部には蒸気供給管１２からの蒸気が送気されるように接続されている。
【００３０】
濃縮缶１０の下部には循環管１８の一端が接続され、他端は濃縮缶１０の上部に接続されている。循環管１８には循環ポンプが備えられており、循環ポンプにより蒸発缶１０の下部から混合液を蒸発缶１０の上部に送り、伝熱管１６の上でシャワーリングさせることが可能である。
【００３１】
また循環管１８には濃縮後の溶液を排出するための溶液排出管２０が接続され、濃縮後の溶液を溶液排出管２０から排出することが可能なように循環管１８と溶液排出管２０の接続部の下流側にはそれぞれ弁が設置されている。
【００３２】
伝熱管１６の下流側であって濃縮缶１０の外側に設置された、蒸気の凝縮水を集める部分には真空ポンプを備える真空管２２が接続されている。
【００３３】
濃縮缶１０の上部には濃縮缶内部の圧力を計測する圧力センサ２４が設置されており、圧力センサ２４の計測値は制御部２６に送られ、制御部２６はその計測値に応じて蒸気供給管１２上に設置された圧力制御弁２８の開度を調節可能なように設置されている。
【００３４】
伝熱管１６の下流側であって濃縮缶１０の外側に設置された、蒸気の凝縮水を集める部分には真空管２２の他にドレン管３０が接続されており、ドレン管３０の下流側は配管が分岐しており、分岐した配管それぞれに第一ドレン弁３２および第二ドレン弁３４が設置されている。
【００３５】
濃縮缶１０の上部には蒸気回収管３６の一端が接続され、他端は蒸気供給管１２上であって濃縮缶１０と圧力制御弁２８の間に接続されている。また蒸気回収管３６上にはヒートポンプ３８が備えられている。
【００３６】
なおヒートポンプ３８はブロアやコンプレッサーであるが、要は蒸気を圧縮して送気できるものであれば何でもよい。
【００３７】
次に濃縮缶システム１００の動作について図２を参照しながら説明する。
【００３８】
図２は圧力センサ２４で計測された濃縮缶１０の缶内圧力を縦軸、濃縮缶システム１００の運転時間を横軸として、圧力の変化を表した模式図である。
【００３９】
濃縮缶システム１００の運転を開始すると、まず混合液が混合液供給管１４を通じて濃縮缶１０に送られる。
【００４０】
次に真空ポンプを備える真空管２２により濃縮缶１０の圧力が所定のレベルまで減圧された後、混合液は循環ポンプを備える循環管１８により循環され伝熱管１６の上部からシャワーリングされる。
【００４１】
蒸気が蒸気供給管１２を通って伝熱管１６の内側に送気され、伝熱管１６の外側に上部からシャワーリングされている混合液を加熱することで混合液の一部は蒸発する。一方、伝熱管１６の内部の蒸気は凝縮し、ドレン管３０を通って排出される。
【００４２】
混合液の一部が蒸発して生成された蒸気は濃縮缶１０の内部に蓄積され、徐々に濃縮缶１０の内部の圧力が上昇する（図２のＡ点からＢ点）。
【００４３】
制御部２６は圧力センサ２４で計測された蒸発缶１０の内部の圧力値が予め設定された圧力の下限値を超えた場合、圧力制御弁２８の開度を徐々に絞る制御を行う。その結果、蒸発缶１０の内部の圧力上昇は緩やかになる（図２のＢ点からＣ点）。
【００４４】
次に圧力センサ２４で計測された圧力値が予め設定された上限値を超えると、制御部２６はヒートポンプ３８を起動するとともに、圧力制御弁２８の開度を圧力センサ２４で計測された圧力が予め設定された下限値を下回らない範囲で徐々に絞る制御を行う。
【００４５】
これにより濃縮缶システム１００の外部からの蒸気供給量は削減され、混合液の濃縮に使用する蒸気はヒートポンプ３８により回収した蒸気が主となる。このため圧力センサ２４で計測した圧力値は低下する（図２のＣ点からＤ点）。
【００４６】
制御部２６は圧力制御弁２８の開度を絞る制御を行うが、濃縮缶システム１００の運転時間が経過すると、ヒートポンプ３８からの入熱のため圧力センサ２４で計測された圧力値は徐々に上昇する（図２のＤ点からＥ点）。
【００４７】
圧力センサ２４で計測された圧力値が予め設定された上限値を超えそうになると、濃縮缶システム１００は運転を停止し、混合液の濃縮を終了する（図２のＥ点）。
【００４８】
この第一実施形態の効果としては、圧力センサ２４で計測された圧力値、すなわち濃縮缶１０の内部の圧力を予め設定された範囲に維持することで、混合液に混合されている溶液の蒸気圧の違いを最大限利用することにより単蒸留であっても高い効率で濃縮することが可能となる点である。
【００４９】
またヒートポンプ３８による回収蒸気を、外部から供給される蒸気に優先して利用することで高いエネルギー効率を実現することが可能となる。
【００５０】
（第二実施形態）
【００５１】
第二実施形態の構成について第一実施形態と異なる点について説明する。
【００５２】
第二実施形態に係る濃縮缶システム２００では、蒸気回収管３６上であって濃縮缶１０との接続部からヒートポンプ３８の間に脱圧管４０が接続されており、脱圧管４０上には脱圧制御弁４２が設置されている。
【００５３】
脱圧制御弁４２は制御部２６により開度が制御可能なように制御部２６と接続されている。
【００５４】
また脱圧管４０は濃縮缶１０が減圧状態にあっても濃縮缶１０の内部の圧力を脱圧可能なようにコンデンサや真空ポンプに接続されている（コンデンサや真空ポンプは図示せず。）。
【００５５】
次に第二実施形態の動作について第一実施形態と異なる点について図４を参照しながら説明する。
【００５６】
第二実施形態に係る図４と第一実施形態と係る図２はＤ点までは同一であるが、第二実施形態では
ヒートポンプ３８による入熱により圧力センサ２４の圧力が上昇し、予め設定された圧力の上限値を超えた場合（Ｅ１点）、制御部２６は脱圧制御弁４２を開けて濃縮缶１０の内部の圧力を低下させ、濃縮缶１０の缶内圧力を予め設定した範囲内に維持しながら濃縮缶システム２００の運転を継続する（図４のＥ１点からＥ２点）。
【００５７】
これにより溶液それぞれの蒸気圧の違いを利用するために効率的な圧力下でより長い時間、混合液の濃縮を行うことが可能となり、更に効率的な濃縮缶システムの運転が可能となる。
【００５８】
なお第一実施形態および第二実施形態ともに、濃縮缶システムは複数の種類の混合液から異なる溶液を分離し、別々のタンク等に保管可能なように（タンク等は図示せず。）複数のドレン配管の分岐を持ち、それぞれ使い分けることが可能なように弁を持つことが好ましい。
【００５９】
図１および図２では第一ドレン弁３２および第二ドレン弁３４を持つ二つのドレン管が記載されているが、必要に応じて更に多くのドレン管およびそれぞれの弁を持つことが好ましい。
【００６０】
また第一実施形態および第二実施形態ともに、複数の性状の異なる混合液を効率的に濃縮することが可能なように、圧力センサ２４で計測される圧力値は、混合液の性状に合わせた上限値および下限値を設定することが好ましい。
【００６１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明した。
【００６２】
当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範囲内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、混合液を減圧下で濃縮する濃縮缶システムとして利用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０：濃縮缶、１２：蒸気供給管、１４：混合液供給管、１６：伝熱管、１８：循環管、２０：溶液排出管、２２：真空管、２４：圧力センサ、２６：制御部、２８：圧力制御弁、３０：ドレン管、３２：第一ドレン弁、３４：第二ドレン弁、３６：蒸気回収管、３８：ヒートポンプ、４０：脱圧管、４２：脱圧制御弁、１００：濃縮缶システム、２００：濃縮缶システム
【図１】
0006329044.tif 000002
【図２】
0006329044.tif 000003
【図３】
0006329044.tif 000004
【図４】
0006329044.tif 000005