(57)【要約】【課題】蒸発缶を加熱した場合に飽和濃度を超えて析出し、蒸発缶底部に堆積した固相が蒸発缶底部の流動を阻害し、蒸発缶底部に到達する溶液量を低減させる。これが蒸発缶底部の温度上昇を引き起こし、腐食ポテンシャルを増加させるため、予め腐食代を大きくする等の必要がある。蒸発缶底部の固相堆積量を低減させることにより、蒸発缶稼働率を低下させることなく、長期間にわたり蒸発缶底部の温度上昇を抑制し、蒸発缶腐食ポテンシャルを低減することにより、ライフサイクルコストの低減を達成する蒸発缶を提供する。【解決手段】ヒータを備えた蒸発缶において、軸方向断面が円弧状に形成され、かつ蒸発缶内の流動を阻害しない捕集部材を少なくとも１つ設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直軸を有し、ヒータにより溶液を加熱し、上昇流と下降流からなる自然対流により前記溶液を加熱蒸発させ濃縮する蒸発缶において、
前記蒸発缶の鉛直軸方向の断面が凹状に形成されるとともに前記溶液中で発生する固相を捕集する少なくとも１つの捕集部材を、前記蒸発缶の下降流と直交する方向で、前記蒸発缶内の溶液の自然対流による流動を阻害しない位置に設けたことを特徴とする蒸発缶。
【請求項２】
請求項１に記載の蒸発缶において、前記捕集部材の前記蒸発缶鉛直軸方向の断面が円弧状に形成されたことを特徴とする蒸発缶。
【請求項３】
請求項１または２に記載の蒸発缶において、前記捕集部材は前記蒸発缶の自然対流の滞留域に鉛直軸方向に配置されていることを特徴とする蒸発缶。
【請求項４】
請求項１または２に記載の蒸発缶において、前記捕集部材は前記蒸発缶の底部近傍に配置されていることを特徴とする蒸発缶。
【請求項５】
請求項１または２に記載の蒸発缶において、前記捕集部材は前記蒸発缶の自然対流の滞留域及び前記蒸発缶の底部近傍に配置されていることを特徴とする蒸発缶。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の蒸発缶において、前記捕集部材の少なくとも一つを螺旋状捕集部材としたことを特徴とする蒸発缶。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の蒸発缶において、前記捕集部材の少なくとも一つをリング状捕集部材としたことを特徴とする蒸発缶。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の蒸発缶において、前記捕集部材は端部から前記蒸発缶軸方向内側に突出した突起物を有することを特徴とする蒸発缶。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の蒸発缶において、前記捕集部材に少なくとも１つの貫通孔を有することを特徴とする蒸発缶。
【請求項１０】
請求項９に記載の蒸発缶において、前記貫通孔はスリットからなることを特徴とする蒸発缶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蒸発缶に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
化学プラントなどで用いられる蒸発缶は、蒸発缶内部または外部（以下、内外部と称す）をヒータ等で加熱する。蒸発缶内部の溶液は蒸発缶内外部で加熱されて密度が小さくなり蒸発缶内部を上昇する。一方、溶液の液面近傍では、溶液の蒸発により液面近傍の熱が奪われて密度が大きくなり、蒸発缶内部を下降する。蒸発缶内では、このように溶液が上昇し下降する自然対流を発生させつつ溶液を蒸発させ濃縮する。
【０００３】
この蒸発過程において、溶液に固相として析出する成分が溶解していると、不特定位置に固相が析出する可能性がある。溶液よりも密度の大きな固相は蒸発缶底部に堆積し、蒸発缶底部の溶液流動が阻害されて除熱量が低下し、蒸発缶底部の伝熱面温度が上昇する。温度が上昇すると伝熱面構造材の腐食ポテンシャルが大きくなるため、肉厚を厚くする等の対策が必要となる。
【０００４】
従来、特許文献１に示すように、被処理液がスラリーの場合に固体粒子の沈殿がない低沸点成分を連続的に蒸発させる自然循環式蒸発缶が知られている。
【０００５】
また、特許文献２に示すように、液体中の固体を分離する技術として、多孔質の濾過媒体を用いることを特徴とした装置及び方法が知られている。
【０００６】
また、特許文献３に示すように、空気中に浮遊する微生物や化学物質等を捕集する技術として、フィルターを介して空気を吸引し、微生物・化学物質等をフィルターで分離するものが知られている。また、空気中に浮遊する微生物を捕集する捕集部材として、常温から昇温することによりゲルからゾルに相変位する担体を捕集ディッシュ上に配置したものが知られている。この捕集部材は、インパクター方式のエアーサンプラーに組み付けて使用され、吸引された空気が担体に衝突する際に空気に同伴する微生物がゲル状の担体に捕集される。捕集部材の構造として、一面側に微生物・化学物質等を捕集する担体を保持した捕集ディッシュを備え、捕集ディッシュは両面を繋ぐ貫通孔を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−３３３２０１号公報
【特許文献２】特公平３−４９６０７号公報
【特許文献３】特開２０１１−１３３４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
例えば、特許文献１に示す固体粒子の析出のない蒸発缶を使用する場合には、低沸点成分のみが蒸発対象となり、任意の沸点の成分を蒸発できない可能性がある。
【０００９】
固相の析出がある蒸発缶においては、蒸発缶底部に堆積した固相が蒸発缶底部の流動を阻害し、蒸発缶底部に到達する溶液量を低減させる。蒸発缶外部からの加熱がある場合、これが蒸発缶底部の温度上昇を引き起こし、腐食ポテンシャルを増大させるため、予め腐食代を大きくしておく等の必要がある。また、蒸発缶底部の固相の堆積量を抑制するため、蒸発缶内に構造物等を挿入する場合、自然対流を阻害しないような構造にする必要がある。自然対流を阻害すると、蒸発缶底部の固相堆積層に流入する溶液量が低減し、蒸発缶底部の温度を上昇させ、腐食ポテンシャルを増加させる恐れがある。
【００１０】
撹拌機構を備えた蒸発缶では、撹拌により蒸発缶底部に堆積した固相を拡散させることができるが、撹拌された固相は再度蒸発缶底部に堆積するため、常に撹拌する必要がある。
【００１１】
従来の捕集部材（例えば、特許文献２及び特許文献３）を蒸発缶内で使用する場合には、目詰まりを防止するためにフィルターの交換または洗浄を行う必要があり、蒸発缶稼動率を低下させる恐れがある。
【００１２】
本発明の目的は、蒸発缶底部の固相堆積量を低減させることにより、蒸発缶稼働率を低下させることなく、長期間、蒸発缶底部の温度上昇を抑制し、蒸発缶腐食ポテンシャルを低減することにより、ライフサイクルコスト低減を達成することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、鉛直軸を有し、ヒータにより溶液を加熱し、上昇流と下降流からなる自然対流を発生させて溶液を蒸発させ濃縮する蒸発缶において、蒸発缶の鉛直軸方向の断面が凹状に形成されるとともに溶液中で発生する固相を捕集する少なくとも１つの捕集部材を、蒸発缶の下降流と直交する方向で、蒸発缶内の溶液の自然対流による流動を阻害しない位置に設けたことを特徴とする。
【００１４】
また、蒸発缶において捕集部材の蒸発缶鉛直軸方向の断面が円弧状に形成されたことを特徴とする。
【００１５】
また、蒸発缶において捕集部材は蒸発缶内の自然対流の滞留域に鉛直軸方向に配置されていることを特徴とする。
【００１６】
また、蒸発缶において捕集部材は蒸発缶の底部近傍に配置されていることを特徴とする。
【００１７】
また、蒸発缶において捕集部材は蒸発缶の自然対流の滞留域及び蒸発缶の底部近傍に配置されていることを特徴とする。
【００１８】
また、蒸発缶において捕集部材の少なくとも一つを螺旋状捕集部材としたことを特徴とする。
【００１９】
また、蒸発缶において捕集部材の少なくとも一つをリング状捕集部材としたことを特徴とする。
【００２０】
さらに、蒸発缶において捕集部材は端部から蒸発缶軸方向内側に突出した突起物を有することを特徴とする。
【００２１】
さらに、蒸発缶において捕集部材に少なくとも１つの貫通孔を有することを特徴とする。
【００２２】
さらに、蒸発缶において貫通孔はスリットからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、鉛直軸を有し、ヒータにより溶液を加熱し、上昇流と下降流からなる自然対流を発生させて溶液を蒸発させ濃縮する蒸発缶において、蒸発缶の鉛直軸方向の断面が凹状に形成されるとともに溶液中で発生する固相を捕集する少なくとも１つの捕集部材を、蒸発缶内自然対流の下降流と直交する方向で、蒸発缶内の溶液の自然対流による流動を阻害しない位置に設けたことにより、外部から加熱される蒸発缶内において、蒸発缶内で発生する固相を捕集可能であり、蒸発缶内の流動を阻害しない寸法かつ軸方向断面が凹状に形成された捕集部材を少なくとも１つ有することにより、固相が缶底部に到達する前に捕集することができ、蒸発缶稼働率を低下させることなく、長期間、蒸発缶底部の温度上昇を抑制し、蒸発缶腐食ポテンシャルを低減することにより、ライフサイクルコスト低減を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例１に係る蒸発缶の基本構成を示す模式図である。
【図２Ａ】本発明の実施例１に係る蒸発缶の模式図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＡＡ断面図である。
【図３Ａ】本発明の実施例２に係る蒸発缶の模式図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＢＢ断面図である。
【図４Ａ】本発明の実施例３に係る蒸発缶の模式図である。
【図４Ｂ】図４ＡのＣＣ断面図である。
【図５Ａ】本発明の実施例４に係る蒸発缶の模式図である。
【図５Ｂ】図５ＡのＤＤ断面図である。
【図６Ａ】本発明の実施例５に係る捕集部材の断面図である。
【図６Ｂ】本発明の実施例５に係るリング状捕集部材の断面図である。
【図７】本発明の実施例６に係る捕集部材の模式図である。
【図８Ａ】本発明の実施例７に係る捕集部材の断面図である。
【図８Ｂ】本発明の実施例７に係るリング状捕集部材の断面図である。
【図８Ｃ】本発明の実施例７に係る捕集部材の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施形態に係る蒸発缶について適宜実施例と図面を参照しながら詳細に説明する。ここでは、蒸発濃縮に伴い発生する固相を捕集する機構を例に説明するが、捕集する対象は前記固相に限定されず、溶液中に存在する不純物でもよく、その大きさも限定されない。また、蒸発缶の加熱は外部ヒータを例に説明するが、ヒータの配置、形状はこれに限定されない。蒸発缶は作図の便宜上、軸方向断面で記載し、配管等の細部の記載を省略している。
【実施例１】
【００２６】
図１は本発明の蒸発缶の基本構成を示す模式図である。まず、蒸発缶内で生じる現象を図１を用いて説明する。
【００２７】
鉛直軸方向に設置された蒸発缶１０１は、蒸発缶外部に設けた外部ヒータ１０２により蒸発缶内部の溶液１０４を加熱する。蒸発缶外からの加熱により溶液の密度が小さくなることで浮力が発生し上昇流が生じる。液面では溶液が蒸発し、蒸発により溶液から熱が奪われ、液面近傍の溶液の密度が大きくなることにより下降流が発生する。図１では、加熱面である蒸発缶１０１の内壁近傍で上昇流となり、蒸発缶の中心部で下降流となる、安定的な自然対流１０７が生じる。
【００２８】
下降流において流速が大きくなるのは、中心軸からの半径方向距離が限定された領域のみであり、この領域から壁面近傍の上昇流までの半径方向の領域では、滞留域１１１が発生する。中心部の下降流から壁面の上昇流へ反転移行するところに溶液が蒸発缶底面に沿って流動することにより、蒸発缶底部を除熱する。壁面近傍の上昇流により蒸発缶の内壁を除熱する。
【００２９】
蒸発工程は自然対流１０７を保持しながら進行するが、溶液が飽和濃度を超えると固相１０５が溶液内の不特定位置に析出する。固相１０５の密度が溶液よりも大きい場合には沈降し、最終的に蒸発缶１０１の底部に堆積する。堆積した固相１０５は自然対流の流動の抵抗となり、下降流による溶液が蒸発缶底部まで到達せず、自然対流による除熱が阻害される。
【００３０】
この時、蒸発缶１０１の下部からも加熱されている場合は、蒸発缶底部の温度が上昇する。一般に、腐食ポテンシャルは温度上昇とともに増加する傾向があるため、蒸発缶１０１底部の温度が上昇すると、蒸発缶の腐食ポテンシャルが増加し、予め腐食代を大きくする等の対策が必要となる。
【００３１】
蒸発缶温度上昇を防止するため、撹拌機構を設ける事もできる。蒸発缶内を撹拌することにより、蒸発缶底部に堆積した固相１０５が拡散するが、拡散した固相１０５は時間経過とともに再度蒸発缶１０１底部に堆積するため、常時撹拌する必要があり、コストがかかる。
【００３２】
実施例１では、図２Ａ、２Ｂに示すように、固相を捕集する軸方向断面が円弧状に形成された螺旋状捕集部材１０６を１つ備えて構成されている。螺旋状捕集部材１０６の軸方向断面は円弧状に限らず、固相１０５を捕集出来るように凹状に形成されていればよい。螺旋状捕集部材１０６は図２Ａに示す様に軸方向に多段に形成されている。
【００３３】
螺旋状捕集部材１０６により固相１０５を捕集するが、螺旋状捕集部材１０６が蒸発缶１０１内の自然対流１０７を阻害すると、蒸発缶１０１底部に到達する溶液量の低減による除熱量の低減または蒸発缶１０１内側壁の除熱量の低減により、蒸発缶１０１全体の腐食ポテンシャルが増加する可能性がある。
【００３４】
そこで螺旋状捕集部材１０６は、中心部の下降流及び壁面近傍の上昇流を阻害しない位置（例えば、滞留域１１１）に配置し、下降流の周囲に、軸方向断面が下降流と垂直になるように配置する。
【００３５】
さらに、螺旋状捕集部材１０６の巻き径寸法を下降流及び上昇流を阻害しない巻き径とすることにより、自然対流の阻害を防止する。螺旋状捕集部材１０６により、析出途中の固相１０５及び沈降する固相１０５を軸方向で広範囲に捕集することができ、蒸発缶１０１底部に堆積する固相の量を低減できる。また、撹拌機構を備えた蒸発缶１０１においては撹拌されて拡散した固相１０５を捕集することができ、蒸発缶１０１の稼働率を低下させることなく、長期間、蒸発缶底部の温度上昇を抑制し、蒸発缶腐食ポテンシャルを低減することにより、ライフサイクルコスト低減を達成できる。
【００３６】
なお、図１は一例として、蒸発缶１０１の外部からの加熱がある場合について記載している。また、撹拌機構は記載を省略しているが、蒸発缶底部を撹拌する機能を持つものもあり、形状・機構に限定されない。滞留域１１１についても一例を記載している。
【実施例２】
【００３７】
実施例２では、図３Ａ、３Ｂに示すように、軸方向断面が円弧状に形成されたリング状捕集部材２０１を少なくとも１つ備えた構成とする。
【００３８】
リング状捕集部材２０１は、蒸発缶１０１底部近傍に配置し、蒸発缶１０１中心部の下降流を阻害しない内径及び蒸発缶１０１壁面近傍の上昇流を阻害しない外径とする。蒸発缶１０１の水平断面において自然対流１０７の流路以外を捕集部材２０１で占めることができるとともに、蒸発缶１０１の底部に近い軸方向位置にあるため、リング状捕集部材２０１により、析出・沈降する蒸発缶１０１底部付近の固相１０５を広範囲に捕集することができる。
【００３９】
更に、撹拌機構を備えた蒸発缶においては、撹拌された固相及び再沈降する固相を広範囲に捕集することができ、蒸発缶底部に堆積する固相の量を低減できる。
【実施例３】
【００４０】
実施例３は、図４Ａ、４Ｂに示すように、実施例１に示した１つの螺旋状捕集部材１０６と、実施例２に示した少なくとも１つのリング状捕集部材２０１の組合せから構成されている。
【００４１】
螺旋状捕集部材１０６とリング状捕集部材２０１を設けることにより、析出途中の固相１０５及び沈降する固相１０５を軸方向で広範囲に覆うことができるため、固相の捕集量を更に増加させることが可能となる。また、撹拌機構を備えた蒸発缶では撹拌された固相の捕集量を増加でき、蒸発缶底部に堆積する固相量の低減が期待できる。
【実施例４】
【００４２】
実施例４は、図５Ａ、５Ｂに示すように、自然対流の下降流を阻害しない内径かつ上昇流を阻害しない外径とする複数のリング状捕集部材２０６を下降流と垂直に多段構成で配置するとともに、リング状捕集部材２０１を蒸発缶１０１底部近傍に少なくとも１つ配置して構成されている。
【００４３】
リング状捕集部材２０６は、蒸発缶内に多段構成で配置される場合は、固相１０５の捕集量を増加させることが可能となる。蒸発缶１０１内で析出量の多い軸方向位置が特定されている場合には、固相発生量の多い軸方向位置でのリング状捕集部材２０６の内外径を変更し、捕獲面積を広くすることにより、捕集量の増大が期待できる。
【００４４】
また、撹拌機構を備えた蒸発缶では撹拌された固相を広範囲で捕集可能となり、蒸発缶底部に堆積する固相低減量の増大が期待できる。
【実施例５】
【００４５】
実施例５は、図６Ａ、６Ｂに示すように、螺旋状捕集部材５０６及びリング状捕集部材５０１を設けている。螺旋状捕集部材５０６、リング状捕集部材５０１の端部において、軸方向内側に突起物５０２を備える構造とする。螺旋状捕集部材５０６に代えて実施例４のリング状捕集部材を用いても良い。
【００４６】
上記構造により、撹拌や施設運転条件の変更等により蒸発缶内の流動に変化が生じた場合でも、捕集部材端部に突起物を設けて捕集部材から流出する溶液量を低減できるため、捕獲した固相の再拡散を防止することが期待できる。
【実施例６】
【００４７】
実施例６は、図７に示すように、蒸発缶１０１底部近傍に設置したリング状捕集部材６０１の外壁近傍の周方向に複数の貫通孔６０３を備える構造とする。貫通孔６０３は複数の丸孔で形成しても良く、スリット状に形成しても良い。
【００４８】
図１の例では、蒸発缶１０１底部において自然対流１０７の流動方向が下降流（中心近傍）から上昇流（壁面近傍）に反転移行するが、貫通孔６０３を備えるリング状捕集部材６０１により蒸発缶底部の自然対流による上昇流の阻害割合を低減し、蒸発缶底部の除熱量の減少を防止することが期待できる。
【実施例７】
【００４９】
実施例７は、図８Ａ、８Ｂ、８Ｃに示すように、実施例５の突起物と実施例６の貫通孔を共に備える捕集部材構造とする。
【００５０】
図８Ａ、８Ｂ、８Ｃに示すように、螺旋状捕集部材７０６は突起物７０２と複数の貫通孔７０３を備える。螺旋状捕集部材７０６に代えてリング状捕集部材を用いても同様である。
【００５１】
また、リング状捕集部材７０１は、突起物７０２と複数の貫通孔７０３を備える。上記の構成により、撹拌や施設運転条件の変更等により蒸発缶内の流動に変化が生じた場合でも、捕集部材端部から流出する溶液量を低減でき、かつ自然対流１０７の阻害を低減できるため、固相１０５の再拡散と蒸発缶１０１底部または側壁の除熱量の低減を防止することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１０１…蒸発缶
１０２…外部ヒータ
１０４…溶液
１０５…固相
１０６…螺旋状捕集部材
１０７…自然対流
１１１…滞留域
２０１、５０１、６０１、７０１…リング状捕集部材
２０６、５０６、７０６…リング状捕集部材
５０２、７０２…突起物
６０３、７０３…貫通孔
【図１】
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【図２Ａ】
2013223825.tif 000004
【図２Ｂ】
2013223825.tif 000005
【図３Ａ】
2013223825.tif 000006
【図３Ｂ】
2013223825.tif 000007
【図４Ａ】
2013223825.tif 000008
【図４Ｂ】
2013223825.tif 000009
【図５Ａ】
2013223825.tif 000010
【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
2013223825.tif 000012
【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
2013223825.tif 000015
【図８Ｂ】
2013223825.tif 000016
【図８Ｃ】
2013223825.tif 000017