グラスライニング製ワイプレンの紹介
Introducl.ion

of

6lcfS5̲Lined

WIPRENE(化)技術部 設計欝2課
三木洋
Yoji Mikュ

WipedThe

Film

Evaporator(WIPRENE)

maceuticalandpetorocbemicalheat‑sensitive
substancesandGlass‑linedandThis

まえ

bigblypaper

がWIPRENE
adhesive
describes

indllStries
highis capable
substances,
some

have

metandinwithotherboiling
of

which

great

of glass‑linedfood,

phar‑industries

chemicalvariousarehandled.

point
solutions
treating
highcorrosives,
llaVe beendifficult toapplicationsin theacceptance

Incongruous

whereionsmetalWith二treat.

WIPRENE.

残留液は,連続的vL流下して残留液出口(M)から排出されき

薄膜蒸留装置ワイプレンは,熱に敏感な物質や節点の高る｡

い物質の精製,旗縮,脱色,脱ガスなどの操作を必要とす
る食品工業,医薬品工業,石油化学工業をはじめあらゆる

2.

化学工業VL̲使用されている.

るが,第2園VL示すように本装置のロ‑タ構造は,第3囲

ワイプvンは高真空操作,高粘度綬処理など適用範囲の広い蒸発装置であるが,30年近い納入実績過程でより高真壁,高粘度,高融点物質の液処理,あるいは耐金的vL標準に示す金属製ワイプレンと類似の基本構造である.

材質ステンレス鋼では困難な腐食性液の処理など特殊用途に対して,逐次開発改良を加え需要家のご要望に応えてき回転vL̲よって遠心力で押しつけられ,加熱壁面すなわち蒸発面を摺動する｡したがってワイパは液分配盤から出た勉た｡

理液を蒸発面に押しひろげると共に,極度FL̲薄く均一な拒ここでは,耐食用途向けとしてのグラスライニング製ワイプレンの構造,特長および適用例について述べる.

膜を形成し,さらに液表面を常に更新する働きを行う.

1.

グラスライニング製ワイプレンの構造

ワイパー機構グラスライニング製ワイプレンの特長はワイパ機構FLあカ‑ボン入りPTFE耳たは純PTFEを標準とするワ
イパほ,グラスライニング製支持棒むこ保持され,ロ‑クの

このことはこの種の他の装置むこ見られない特長であって他の装置が熱膨張を考慮して,回転翼と壁面との間にある

当社は従来より高腐食性液を対象とする/＼ステロイ,チタンあるいは純ニッケルなどの材料FLよるワイプレンを製作しているが,さらに1972年以来,蒸発器本体のみグラスライニング製とし,金属製のロータを組み合せた構造のワイプレンの製造を開始し,耐食性に加え,鎌金属イオンおよび高付着性物質の処理を可能とした｡
しかし,ロータ金属部の高耐食性あるいは価格低減などのために,ロータを含む按液,接ガス部全てVLIわたるnon‑metalic化の要望が強く,このため金属露出部のないグラスライニング製薄膜蒸留装置ワイプレンを開発した｡これによって,従来グラスライニング製反応槽を用いてバッチ式で行われていた腐食性物質の蒸発操作を初めて連続化す

A(A)Drive(B)

Coupl ing(c)Mechanical(D)

Shaft(E)

Feed(F)

Distributor

disc(G)

Distribution

pipe

seal

inlet

(Ⅰ) Wi per(∫) Jacket如) Residue(o)Vaporoutletoutletることが可能になった｡
第1囲むこ本装置の構造を示す｡
変速式あるいは一定回転数の伝動装置㈲がカップリング(B)およびメカニカルS/‑ル(C)を介して本体内グラスライニング製ロータ(D)を回転させる｡
ロ‑タは,PTFE製分配盤(F),分配管(G)およびグラスライニング製支持棒で保持されたワイパ(Ⅰ)で構成され,これらが一体となって回転する｡蒸発した物質はベーパロ(0)

B6

No.

2

グラスライニング製ワイフ
レ'ン′

Fig･

1

Schematics

of glassllined

WIPRENEより排出される｡
Vol.

第1国(1992/8)

神鋼パンテツク技報

2∠

程度の間隙をおいているのと明らかに違っている｡隙間を(2)グラス厚みを薄く均一にし,グラス面はノ‑ピンホ

おいた回転翼では,その際間によって液膜の厚みが決まー/レで仕上げる｡
グラスの熱伝導度が小さいため,グラス層の厚みはり,その上均一な厚さの液膜を得るためには,装置の内面は非常に精密な機械仕上を必要とするが,本装置のワイパ陳構による場合は,熱膨張や内面の仕上程度に関係なく壁転カ薄くしてグラスライニングの伝熱抵抗を/J＼さくすることが必要である｡

面全体をぬぐいながら回転する｡

2)ロータ

以上のようなワイ)iの作用ほ,処≡唾液が焦げ付きを起こ

ワイパ機構に付属するロータほ,特にそのバランスのとれていることが必要であり,そのためにはシャフトおよびすことを防ぎ,蒸発面全体を均一な厚みの液層で滞らし薄喋表面を更新するoその結果非常に大きな境膜伝熱係数がワイパ取り付け部を高精度に製作することが必要である｡
3
グラスライニングの熱伝導性

3.

緒られ,一般にロータの回転数は,低速でその目的を達す

グラスライニングを熱交換器に使用する場合,さ.きに述ることができる｡

べたようにグラス層の熱伝導度が金属と比較して小さいの

グラスライニング

3.

成加工し,化学的,物理的に結合させ,鋼板の強じんさとで注意する必要がある｡グラスライニングの伝熱抵抗ほ,グラスと鋼の密着性がよいのでグラスと鋼の各抵抗値の和ガラスの耐食性をかね備えたものであって,化学工業用耐食性機器として欠くべからぎるものとなっている｡となり,それ以外に付加される要素ほ全くない｡
熱伝達の基本式は次忙示される.

グラスライニングは,無機質のガラスを鋼板の表面に焼3. 1グラスライ=ングのおもな特長

Q=U･A･』T

Q:伝熱量〔kcal/b〕

U:総括伝熱係数〔kcal/m2･h･ oC〕

A:伝熱面積〔m2〕

』T

:温度差

〔deg.oC〕:1)化学的腐食に対してきわめて強い耐食性を有し,弗酸を除く全ての酸に対して併騰点までの全壊度忙耐え,その漢度,温度は溶液によって異なるが一般的には175oCまで,また100oCにおいてはph12のアルカ1)溶事変に耐える｡:2)グラス面は非常になめらかで,内容物が付着しにくく一般忙蒸発装置の除括伝熱係数Uは次式で示される｡

清掃がきわめて容易vL̲行える｡

1:3)グラスは化学的に安定材料であるので,内容物の品質

f

甘‑i‑･去.音＋に影響をおよぼすことなく,また金属イオンによる汚染などもきわめて少ない｡
こ4)ガラス器具による実験室試験と同じ状態で工業的に蒸ここケこ,留操作が行える｡

hi:処理液側内面境膜伝熱係数〔kcal/m2･h･oC〕

b｡:加熱媒体側外面境膜伝熱係数3. ■2 ■グラスライニング製本体胴およぴロータ

1)本体胴

K

ワイパが摺動する加熱蒸発面の本体胴は,伝熱性能を高め,また高真空下で操作するために,製作上次の条件が必要である｡

L〔kcal/m2 ･.h･oC〕〔kcal/m･ b･ oC〕:加熱壁中の熱伝導率:加熱壁の厚さ〔m〕

f〔m2･h･ oC/kcal〕:汚れ係数
すなわち,総括伝熱係数は処理液側,加熱媒体側,グラ(1)グラスライニング後の内径其円度およびフランジ面

スライニング壁中,外面の汚れの諸伝熱係数から成るが,いずれが支配的であるかは処理液の物性および加熱源の種類によって異なってくる｡の実直歴と平行度を高精度に仕上げるo
ロータ構造と共に,ワイパによる薄膜形成機構上,また古体内高真空を維持するシー/I,性能上これらの精例えば,水のように低半占度物質で熱伝導度の大きいもの度を良くする必要がある｡の蒸発で,スチーム加熱の場合は,グラスライニング壁中

Wiper

Rotor

Rot:or

Rotor

Wiper

Wiper

supportfitting

SllppOrt Spring/汁Wiper;upportfittingヽSupportfittings

Wiper㌔Evaporator

Jacket一′wall

Evaporator
wall

JacketEvaporator

JacketPositi▼e viper contact
is assured byforce provided
by rotor

wall(a) Sectionof type

Awipeholder恥) Sectionof type

Bwiperholder

centrifugal

第2図
Fig.

26

2

グラスライニング製ロ‑タ断面図

第3図

SectionFig.

of glass‑linedrotor

金属製ロ‑ク断面図
3

Sectionof metauicrotor

神鋼パンテツク技報

Vol･ 86 No.

2 (1992/8)

第1表
Table

Condenser

グラスライニングの全伝熱抵抗
1ThermalThicknessofglass layer

resistanceofglass･lined steel

Thickness

ofrnm0.8′､/0.90. 85′‑1. 0120. 001 27′‑0. 001

39160. 001 Al′‑0. 001

610.9

190. 001

92‑1.2

Vacu'urn

resistanceof glass･lined steel
hr oC/kcal

steel

mm

Feed

Thermal

54‑0.

001

unit
Brine

卜5‑‑10℃]

62 R/M

DistiIIate

第 2

表GL製2m8反応缶蒸留運転データ

Table

20perating

result of distillation
STEP‑1iwithGL
STEP‑21750′

reactorL

Steam
1D1500STEP‑3〔Step‑1]

1100/

Distillate
volumeTotal operating
t ime

Jacket temp.
(Heating medium)

850

640

260

hr

101416oC

1105545(Steam)(Hot water)(Hot water)

6.0

5.1

3.9

39.5

99. 362. 5e

Effectiマe beating
m2areaOverallbeattransfer
kcal/m2 ･hr

coef.

oC･

840 1

Hotwater2.3][Step1第4囲

GL製2m8反応缶蒸留システム図

Fig.

4Systern<STEP‑1の抵抗が支配的になるが,高粘性有機物質の場合には処理液側の内面境膜伝熱係数が′トさくなり,その抵抗が支配的

of distillation byglass･1ined

reactor>

処理液を2600eから1750eまで連続的FL̲供給しながら摸縮する.外套は110oCのスチ‑ムを使用し,なものとなる｡

このときの処理時間が10時間であった｡
STEP‑2><

グラスライニングの伝熱抵抗はグラス層の抵抗紅よって大きく左右され,これをできるだけ小さくする必要がある｡

処理液を1750eから1100eまで環縮する.有効伝しかしながら耐食性その他の問題などから制限を受け,ワ熱面積は6.Om2から4.3m2まで減少し,平均の伝熱イプvンのグラス層は一般をこ0.8‑1.2mmの厚みとなる｡
通常装置形状が大きくなるにつれて,鋼板肉厚が増し,グ面積ほ5.1m之となる.外套は55oC温水を使用し,処ラス厚みも増す傾向にあるが,グラスおよび鋼板(軟鋼)の熱伝導度をそれぞれ0.8 kcal/m･b･ oC, 45 kcal/m･b･

理時間は14時間であった｡< STEP‑3>
oC

処理液1 100βを最終の840βまで濃縮する工程であとしてグラスライニング全伝熱抵抗を求めてみると第1表

り有効伝熱面積は4.3m2から3.6m2まで減少し,平均の伝熱面積は3.9m2となる.外套は45oCの温水をのようになる｡
また,グラスライニングの特性として注目すべきは,付使用し,処理時間は16時間であった｡

着性物質の処理で蒸発面の着垢によるスケ‑)I/抵抗が問題

以上の通り,液面が低下し気液界面での製品の熱タ言化をとなるような場合,グラス面の非付着性が大いに効果を発揮することであり,処理の開始時より終わりまで安定した高い総括伝熱係数が得られることである｡防止するため忙外套温度を低くする必要があり,処理時間が長くかかる｡
本プロセスにグラスライニング製36175型ワイプレンを適用させたフローを第5園,ワイプレン本体を写真1に示

4.適用例す｡

次に,ワイプレンの具体的な適用例について紹介する｡
4. 1バッチプロセスの連続化への適用

ワイプレンの前にグラスライニング製フラッシュタンクを設け,ワイプレン内の液分配盤でのフラッシュ蒸発vLよグラスライニング製2m3反応缶を使用し,バッチ式で蒸発,珠縮していたプロセスをグラスライニング製ワイプる原料液の飛沫同伴を防止した｡

vンを採用することむこより連続処理が可能となった例を紹介する｡%;まで製品7 %を含むメタノ‑ル水溶液を製品壊度約21濃縮することが目的である｡レ1ソテ当りの総液量は2600eであり,これを最終的に840eまで壊縮する｡熱穿化防
止のため製品温度は30oC以下で操作する｡

原料供給量は450β/也,外套50

ワイプレンを採用することにより,処理時間の短縮だけでなく,処理物質の平均滞留時間が短いため,製品の熱銘化を防止でき品質の安定したものが得られるようになった｡

既設グラスライニング製2m8反応缶を第4囲,操作手順を第2表に示すが仕込量1750eのときの外套の有効伝4. 2

熱面積は6.Om2である｡

塩酸酸性溶液の濃縮への適用

塩酸酸性で有機溶剤を含む物質の濃縮に使用した例を髭

蒸発操作は次の3STEPにより約40時間かけて行われて介する｡
処理液は液温40‑45oCで約4時間,いた｡

VTol. 86

No.

oC温水を使用し,処理時間は約6時間であり,このときの総括伝熱係数は42(kcal/m2･hr･oCであったo

2 (1992/8)

神鋼パンテツク技報

50oCでは約2時
2;Flashtank

Glass･Lined
WIPRENE
Condenser

Aftercooler

Feed
Steam
Brine

Cbillillgwater()

VTacuu皿

Steamdrain

unit
Disti 1latetank

Residtletank

写真1Photo.

GL製36‑75型
1Glass･lined

第5図

ワイプレン
WIPRENE

Distil 1ate
purrlp

GL製ワイプvン連続式蒸留システム

Fig.

36‑75

Residuepunlp

5

Flow

for continuous

sheet

distillation system

byglass･lined WIPRENE

己で変質する｡また,腐食性の液(塩酸酸性pHl以下)で出しを行う｡操作条件として,原料供給量500kg/也,振)るため,

作真空度30Torr,外套温度1041.1使用可能な耐食材料はグラスライニングあるいと,ハステロイC‑276であるがグラスライニング製24‑30
型ワイプレンが搾用となった｡(0.2kg/cm2Gスチーム)とし,そのときの留出率が約88%となり,製品中の水分500ppm以下を達成した｡
300kcal/m2･hr･oCであ
このときの総括伝熱係数は,MI処理液の組成は製品9%,BK77%,高姉点溶剤12;,水2%であり,蒸発洩縮後,製品中の水分を500ppmL下まで精製するooCった｡

本例vLおいてはワイプレンの操作がバッチ振作のため,ガラス製2‑03型ワイプレンのテストに:り最適操作条件の決定および薬品の熱劣化の有無を確認

スタートアップ時及びシャツ†ダウン時の不定常状態のカ/た.本装置のフローシーllを第6囲に示すが,前の反応二程がバッチ操作のため,本装置も約3時間のバッチ運転ットが必要である｡また,製品中の水分を500ppm以下まで下げる必要があることから,製品タンクにおいて水の再凝縮を防止するため,ワイプレンと製品タンクの間にU‑二なった.即ち,フローシートR=示す通り製品タンクおよ
ド留出液タンクを設け,横縞終了後,1パッチ毎忙液抜きs/‑)I,を設けることが有効的であった｡

ReactorM

Glass‑LinedWIPRENECondencer

軌Cbilling○waterFeed

Vactltlm

pumpunit

Steamdrain
LGLG

止第6国Fig･Residue

Residuetank‑tank‑ ⅠI

IDistil 1a tetank

GL製ワイプレン回分式蒸留システム
6Flow

sheetfor batch

distillation

systemby glass･1ined

神鋼パンテツク技報

WIPRENE

Vol. 86No.

2 (1992/8)

冒/'o',
/200

7:､､

bh
A･◆J也
ト1

⊂】

･B
dI･+

⊂)CL
cd
【>

100o

Glass･Linedsteel●

Eastelloi clad

【づ0i:i50AT,(AT‑JET.

100

[ec]

TEMP.

‑EVAPORATED

写真2
GL製12‑4型ワイプレン

TEMP.)

Pl10tO.

第7囲1m2当りの塩化メチvン蒸発量Fig.

74. 3

Evaporation

rateof methylen

2
ⅦPRENE

Glass･1inedchlorideper1

12‑4m2

嫌金属製処埋物への適用

製ワイプレンの必要伝熱面績が5m2の場合,ハステロイ

金属と接触すると変質し,かつ熱劣化しやすい医薬品の製では3.75m2となるが,イニシャルコスllを比較した場

旗縮用としてグラスライニング輿36‑50塾ワイプレンを納令,グラスライニング製の方が約25%安価である｡ノ､ステ入した例を紹介する｡

ロイあるいはチタンのような高級な耐食材料と比較した場
令,グラスライニング製ワイプレンは大いに有効である.

原料液組成は製品5.5wt%を含む塩化メテレン溶液であり製品摸度を31.5wt%まで壊縮するoこのときの留出率は82.5%となる.
製品の熱劣化防止のため残留液温度(製品温度)が35

む

すび

以上,グラスライニング製ワイプレンの構造,特長およoCび使用例VLついて紹介した｡現在ステンレスやチタン,ハ以上にならないよう,操作真空度を200Torrとした｡原料供給量860kg/bとし,外套は70oC減圧スチームを使用

ステロイ等の特殊鋼FL̲比べて実績台数は少ないが,最近医薬品関係に徐々に増加している.ここでほ紹介しなかった

した｡このときの総括伝熱係数は280kcal/m2･br･oCでが伝熱面だけグラスライニング製の本体胴を使用し,本体あった｡

胴内面への処理物質の付着を防止した例もある｡

本例紅関してハステロイ製ワイプレンを適用させたと仮定した場合の蒸発量の比較を第7国に示す｡ハステロイ製

なお,薄膜蒸留装置導入の計画紅際して処理液の各物性値および蒸発操作の条件が判れば形式選定は可能である

ワイプレンの蒸発量についてはグラスライニング製ワイプが,物性値等不明な場合が一般的である.

レンと同じ内面の境膜伝熱係数を用い,本体胴材質の熱伝導度を考慮して算出したものである｡また,このときの原料供給温度は各操作真空度における98,点とした.蒸発量としてはグラスライニング製の場合がステンレス製に比べて約25%少ない計算となった｡すなわち,グラスライニング

Vol. 86No.

2(1992/8)

このような場合は当社技術研究所内に設けている2‑03塑
ワイプl/ソテス†装置あるいは,貸与機用のグラスチー)I,製12‑4型ワイプt/ン(写真2)のご利用をお待ちしている.
〔参考文献〕
1)神鋼ファウドラー技報Vol.

神鋼パンテツク技報

24,

No.

3･4(1980)

p.

1625