JP3263404B2 - 水溶性有機物を含む水溶液の蒸発濃縮方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エチレングリコール又
はジエチレングリコール等のように沸点が水よりも高い
水溶性有機物を含む水溶液を、当該水溶液中の水を蒸発
することによって濃縮するようにした蒸発濃縮方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、エチレングリコールは、融雪剤
として使用され、また、ジエチレングリコールは、イン
ク顔料の製造に際して副原料として使用され、これら
は、いずれも水を含んだ状態で返還され、その水分を除
くことにより、濃度を高くした状態で前記の用途等に再
使用されるものである。

【０００３】ところで、前記エチレングリコール水溶液
の濃度を、当該水溶液から水分を除去することによって
高くするには、蒸留塔を使用するのが一般的であるが、
この蒸留塔は、熱効率がきわめて低いので、エチレング
リコール水溶液の濃度を高くすることに要するランニン
グコストが大幅にアップすることになる。そこで、最近
では、前記エチレングリコール水溶液の濃度を高くする
ことに、熱効率が、前記蒸留塔よりも遙かに高い多重効
用型の蒸発濃縮装置を使用することが行なわれている。

【０００４】そして、この多重効用型蒸発濃縮装置は、
例えば、丸善株式会社発行、化学工学協会編、「化学工
学便覧」改訂四版の４２９頁における図４．４５に記載
され、且つ、図３に示すように、ボイラーからの蒸気を
熱源とする加熱器１ａを備えた第１段蒸発缶１と、該第
１段蒸発缶１で発生した蒸気を熱源とする加熱器２ａを
備えた第２段蒸発缶２と、該第２段蒸発缶２で発生した
蒸気に対する真空ポンプ３ａ付き凝縮器３とから成り、
希薄な（濃度の低い）被濃縮液を、管路４にて前記第１
段蒸発缶１に供給し、この第１段蒸発缶１で蒸発濃縮し
た濃縮液を管路５を介して前記第２段蒸発缶２に移送
し、そして、この第２段蒸発缶２で蒸発濃縮したあとの
濃縮液を管路６を介して取り出す一方（この場合、被濃
縮液を、前記第２段蒸発缶２に供給し、この第２段蒸発
缶２から第１段蒸発缶１に移送し、この第１段蒸発缶１
から濃縮液を取り出すようにしても良い）、前記第２段
蒸発缶２で発生した蒸気を、前記凝縮器３にて凝縮した
のち管路７から排出するように構成したものである。

【０００５】なお、符号８，９は、各蒸発缶１，２の加
熱器１ａ，２ａにおける凝縮水を前記凝縮器３に移送す
るための管路である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この多重効用
型蒸発濃縮装置によって、前記エチレングリコール水溶
液を蒸発濃縮した場合には、以下において述べるような
問題がある。すなわち、エチレングリコールと水との水
溶液の気液平衡関係は、横軸をエチレングリコールの濃
度とする一方、縦軸を平衡温度とすると、図４に示すよ
うに、液相の組成Ｘと、気相の組成Ｙとを呈するもので
ある。

【０００７】そこで、前記多重効用型蒸発濃縮装置にお
いて、エチレングリコール水溶液を、例えばエチレング
リコール濃度で５０ｗｔ％まで蒸発濃縮するものとする
と、最終の蒸発濃縮を行う最終段蒸発缶におけるエチレ
ングリコール濃度は５０ｗｔ％であって、この最終段蒸
発缶において発生する蒸気には、前記図４のエチレング
リコール水溶液の気液平衡線において実線ａ，ａ′，
ａ″で示すように、約２ｗｔ％のエチレングリコールを
含むことにより、この蒸気の凝縮水は、前記約２ｗｔ％
のエチレングリコールを含んだ状態で排出されるから、
エチレングリコールの消失を招来することになる。

【０００８】しかも、前記凝縮水におけるエチレングリ
コールの濃度は、前記最終段蒸発缶におけるエチレング
リコール濃度を、例えば、７０ｗｔ％にすると、前記図
４のエチレングリコール水溶液の気液平衡線において一
点鎖線ｂ，ｂ′，ｂ″で示すように、約４ｗｔ％になる
と言うように、エチレングリコール水溶液の濃縮度をア
ップすることに応じて増大することにより、凝縮水と一
緒に消失するエチレングリコール量を少なくするために
は、最終段蒸発缶におけるエチレングリコール濃度を低
く、換言すると、エチレングリコール水溶液の濃縮度を
低くしなければならないから、エチレングリコールの消
失量を少なくした状態のもとで、エチレングリコール水
溶液の濃縮度を高くすることができないと言う問題があ
った。

【０００９】本発明は、エチレングリコール又はジエチ
レングリコール等のように沸点が水よりも高い水溶性有
機物を含む水溶液を、前記した多重効用型蒸発濃縮装置
にて蒸発濃縮する場合において、前記の問題を解消する
ようにした方法を提供することを技術的課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この技術的課題を達成す
るため本発明は、ボイラーからの蒸気等を熱源とする加
熱器を備えた第１段蒸発缶と、該第１段蒸発缶で発生し
た蒸気を熱源とする加熱器を備えた第２段蒸発缶と、該
第２段蒸発缶で発生した蒸気に対する凝縮器とから成
り、エチレングリコール又はジエチレングリコール等の
ように沸点が水よりも高い水溶性有機物を含む水溶液
を、前記いずれか一方の蒸発缶に供給したのち他方の蒸
発缶から取り出すようにした蒸発濃縮方法において、前
記第１段蒸発缶で発生した蒸気を、前記第２段蒸発缶の
加熱器に導く前に、第１段プレクーラに導いて、ここで
希薄水溶液に直接接触させる一方、前記第２段蒸発缶で
発生した蒸気を、前記凝縮器に導く前に、第２段プレク
ーラに導いて、ここで希薄水溶液に直接接触させること
にした。

【００１１】

【作用】この構成において、各蒸発缶のうち一方の蒸発
缶内に供給された水溶液は、当該一方の蒸発缶における
加熱器にて加熱されることにより、この一方の蒸発缶に
おいて適宜濃度まで蒸発濃縮される。この一方の蒸発缶
内において蒸発濃縮したあとの水溶液は、他方の蒸発缶
内に供給され、ここで、当該他方の蒸発缶における加熱
器にて加熱されることにより、所定の濃縮濃度まで蒸発
濃縮されたのち取り出される。

【００１２】一方、前記各蒸発缶のうち第１段蒸発缶内
において水溶液から蒸発した蒸気は、前記第２段蒸発缶
における加熱器に導かれて、当該第２段蒸発缶における
加熱源にされる一方、第２段蒸発缶内において水溶液か
ら蒸発した蒸気は、凝縮器に導かれ、凝縮水になったの
ち排出されるのである。そして、前記第１蒸発缶内にお
いて発生した蒸気は、第２蒸発缶における加熱器に導か
れる前に、第１段プレクーラ内に導かれて、ここで希薄
水溶液と直接接触して、当該蒸気中の水溶性有機物の一
部が前記希薄水溶液に溶けることにより、前記希薄水溶
液における濃度に応じた気液平衡状態になるから、第２
段蒸発缶の加熱器における凝縮水に含まれる水溶性有機
物の濃度を、前記希薄水溶液における濃度に応じた気液
平衡状態の値まで下げることができる一方、前記第２蒸
発缶内において発生した蒸気は、凝縮器に導かれる前
に、第２段プレクーラ内に導かれて、ここで希薄水溶液
と直接接触して、当該蒸気中の水溶性有機物の一部が前
記希薄水溶液に溶けることにより、前記希薄水溶液にお
ける濃度に応じた気液平衡状態になるから、凝縮器にお
ける凝縮水に含まれる水溶性有機物の濃度をも、前記希
薄水溶液における濃度に応じた気液平衡状態の値まで下
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、沸点が水より
も高い水溶性有機物を含む水溶液を、熱効率の高い多重
効用型蒸発濃縮装置にて、前記水溶性有機物の損失が少
ない状態で、高い濃度まで蒸発濃縮することができる効
果を有する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明における実施例を図面について
説明する。図において、符号１０は、密閉型の第１蒸発
缶を示し、この第１段蒸発缶１０内には、左右両端の一
対のヘッダー１１ａ，１１ｂと、その両ヘッダー１１
ａ，１１ｂ間を繋ぐ複数本の伝熱管１１ｃとから成る加
熱器１１が設けられている。また、符号１２は、同じく
密閉型の第２段蒸発缶を示し、この第２段蒸発缶１２内
には、左右両端の一対のヘッダー１３ａ，１３ｂと、そ
の両ヘッダー１３ａ，１３ｂ間を繋ぐ複数本の伝熱管１
３ｃとから成る加熱器１３が設けられている。

【００１５】更にまた、符号１４は、管路１５より供給
される冷却水によって冷却するようにした凝縮器を示
し、この凝縮器１４には、真空ポンプ１６等の真空発生
装置が接続され、且つ、凝縮水の排出ポンプ１７が接続
されている。前記第２段蒸発缶１２内に管路１８より供
給されたエチレングリコール水溶液は、循環ポンプ１９
にてくみ出したのち、循環管路２０より第２段蒸発缶１
２内の上部に設けたノズル２１に送って、このノズル２
１から前記加熱器１３における各伝熱管１３ｃの外側面
に散布する循環を行う一方、前記循環ポンプ１９にてく
み出されたエチレングリコール水溶液の一部は、管路２
２より前記第１段蒸発缶１０内に移送供給される。

【００１６】この第１段蒸発缶１０内に供給されたエチ
レングリコール水溶液は、循環ポンプ２３にてくみ出し
たのち、循環管路２４より第１段蒸発缶１０内の上部に
設けたノズル２５に送って、このノズル２５から前記加
熱器１１における各伝熱管１１ｃの外側面に散布する循
環を行う一方、前記循環ポンプ２３にてくみ出されたエ
チレングリコール水溶液の一部は、管路２６より排出さ
れる。

【００１７】また、前記第１段蒸発缶１０の加熱器１１
における一方のヘッダー１１ａに、ボイラー（図示せ
ず）からの蒸気を、蒸気管路２７より供給する一方、前
記第１段蒸発缶１０内からの蒸気出口２８を蒸気ダクト
２９を介して、前記第２段蒸発缶１２の加熱器１３にお
ける一方のヘッダー１３ａに導き、更に、前記第２段蒸
発缶１２からの蒸気出口３０を蒸気ダクト３１を介して
前記凝縮器１４に接続する。

【００１８】また、前記第１段蒸発缶１０の加熱器１１
における凝縮水を、その他方のヘッダー１１ｂ内から管
路３２を介して前記第２段蒸発缶１２の加熱器１３にお
ける一方のヘッダー１３ａ内に供給したのち、この第２
段蒸発缶１２の加熱器１３における凝縮水と一緒にし
て、その他方のヘッダー１３ｂから管路３３を介して前
記凝縮器１４に移送するようにする。なお、前記各加熱
器１１，１３における他方のヘッダー１１ｂ，１３ｂに
は、不凝縮性ガスの抽出管路５０，５１が接続されてい
る。

【００１９】そして、前記第１段蒸発器１０から第２段
蒸発缶１２の加熱器１３への蒸気ダクト２９中に、密閉
型の第１段プレクーラ３４を設けて、この第１段プレク
ーラ３４内に、管路３５より供給される冷却水を冷却源
とする冷却器３６によって冷却される水を、管路３７を
経てノズル３８から散布し、この水をポンプ３９にて前
記冷却器３６に供給する循環を行うように構成する。一
方、前記第２段蒸発缶１２から凝縮器１４への蒸気ダク
ト３１中にも、密閉型の第２段プレクーラ４０を設け
て、この第１段プレクーラ４０内に、管路４１より供給
される冷却水を冷却源とする冷却器４２によって冷却さ
れる水を、管路４３を経てノズル４４から散布し、この
水をポンプ４５にて前記冷却器４２に供給する循環を行
うように構成する。なお、前記各プレクーラ３４，４０
内には、複数枚の金網４６，４７等のミスト捕集用部が
設けられている。

【００２０】この構成において、第２段蒸発缶１２内に
管路１８より供給されたエチレングリコール水溶液は、
循環ポンプ１９にて循環を繰り返すことにより、当該第
２段蒸発缶１２における加熱器１３にて加熱されるか
ら、この第２段蒸発缶１２において適宜濃度まで蒸発濃
縮される。この第２段蒸発缶１２内において蒸発濃縮し
たあとのエチレングリコール水溶液は、管路２２を介し
て第１段蒸発缶１０内に供給され、ここで、循環ポンプ
２３にて循環を繰り返すことにより、当該第１段蒸発缶
１０における加熱器１１にて加熱されるから、所定の濃
縮濃度まで蒸発濃縮されたのち、管路２６より取り出さ
れる。

【００２１】一方、前記第１段蒸発缶１０内において水
溶液から蒸発した蒸気は、前記第２段蒸発缶１２におけ
る加熱器１３に導かれて、当該第２段蒸発缶１２におけ
る加熱源にされる一方、第２段蒸発缶１２内において水
溶液から蒸発した蒸気は、凝縮器１４に導かれ、凝縮水
になったのち排出されるのである。そして、前記第１蒸
発缶１０内において発生した蒸気は、第２蒸発缶１２に
おける加熱器１３に導かれる前に、第１段プレクーラ３
４内に導かれて、ここで循環水と直接接触することによ
り、当該蒸気中のエチレングリコールは、循環水に溶け
て、この循環水におけるエチレングリコール濃度に応じ
た気液平衡状態になる一方、前記第２蒸発缶１２内にお
いて発生した蒸気も、凝縮器１４に導かれる前に、第２
段プレクーラ４０内に導かれて、ここで循環水と直接接
触して、当該蒸気中のエチレングリコールは、循環水に
溶けて、この循環水におけるエチレングリコール濃度に
応じた気液平衡状態になる。

【００２２】この実施例において、エチレングリコール
濃度が１０ｗｔ％のエチレングリコール水溶液を、９０
ｗｔ％までの蒸発濃縮する場合において、前記第２段蒸
発缶１２において４０ｗｔ％まで蒸発濃縮し、前記第１
段蒸発缶１０において最終の９０ｗｔ％まで蒸発濃縮す
るように設定すると、前記第１段蒸発缶１０からの蒸気
には、図４のエチレングリコール水溶液の気液平衡線に
おいて９０ｗｔ％に対応したエチレングリコールを、ま
た、前記第２段蒸発缶１２からの蒸気には、図４のエチ
レングリコール水溶液の気液平衡線において４０ｗｔ％
に対応した濃度のエチレングリコールを含むことになる
が、これら両蒸発缶１０，１２からの蒸気中における殆
どのエチレングリコールが、その各々プレクーラ３４，
４０内において、これに供給される循環水に溶けて、こ
の循環水におけるエチレングリコール濃度が１０ｗｔ％
になり、従って、これら各プレクーラ３４，４０から出
ていく蒸気に含まれるエチレングリコール濃度は、前記
図４のエチレングリコール水溶液の気液平衡線において
点線ｃ，ｃ′で示すように、殆ど零になるから、前記排
出ポンプ１７にて排出される凝縮水と一緒に消失するエ
チレングリコールの量を、大幅に低減できる一方、エチ
レングリコール水溶液を９０ｗｔ％まで蒸発濃縮するこ
とができるのである。

【００２３】この実施例の場合、前記各プレクーラ３
４，４０における循環水は、希薄エチレングリコール水
溶液になったのち、管路４８，４９より、前記各蒸発缶
１０，１２に供給されるのであり、この各プレクーラ３
４，４０に対する循環水として、前記第２段蒸発缶１２
に管路１８より供給されるエチレングリコール水溶液を
使用し、前記管路１８からのエチレングリコール水溶液
の全部又は一部を、前記各プレクーラ３４，４０に供給
するように構成しても良く、また、この各プレクーラ３
４，４０の循環水に対する冷却器３６，４２は、図２に
示すように、前記各プレクーラ３４，４０の内部に設け
るようにしても良いのである。更にまた、この各冷却器
３６，４２における冷却源として、前記凝縮器１４に対
する冷却水を使用することができる。

【００２４】なお、前記各実施例は、各蒸発缶１０，１
２における加熱器１１，１３を、各蒸発缶１０，１２の
内部に設けて、これら各加熱器１１，１３における伝熱
管１１ｃ，１３ｃによって、当該エチレングリコール水
溶液を加熱する場合を示したが、本発明は、これに限ら
ず、前記各蒸発缶１０，１２における加熱器１１，１３
を、蒸発缶１０，１２の外部に設けて、この加熱器１
１，１３により各蒸発缶１０，１２内のエチレングリコ
ール水溶液を加熱するように構成する場合にも適用でき
るのであり、また、本発明は、前記実施例のように、エ
チレングリコール水溶液を、先づ第２段蒸発缶１２に供
給して、ここで濃縮したのち第１段蒸発缶１０に供給し
て、ここで最終濃度まで濃縮することに代えて、エチレ
ングリコール水溶液を、先づ第１段蒸発缶１０に供給し
て、ここで濃縮したのち第２段蒸発缶１２に供給して、
ここで最終濃度まで濃縮するように構成しても良いので
あり、更にまた、本発明は、蒸発缶を三つ以上にした場
合にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における第１実施例を示す図である。

【図２】本発明における第２実施例を示す図である。

【図３】多重効用型蒸発濃縮装置を示す図である。

【図４】エチレングリコール水溶液の気液平衡状態を示
す図である。

【符号の説明】

１０ 第１段蒸発缶 １２ 第２段蒸発缶 １１，１３ 加熱器 １４ 凝縮器 １８ エチレングリコール水溶液の供給用管路 ２０，２４ 循環管路 ２９，３１ 蒸気ダクト ３４，４０ プレクーラ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 1/26

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボイラーからの蒸気等を熱源とする加熱器
   を備えた第１段蒸発缶と、該第１段蒸発缶で発生した蒸
   気を熱源とする加熱器を備えた第２段蒸発缶と、該第２
   段蒸発缶で発生した蒸気に対する凝縮器とから成り、エ
   チレングリコール又はジエチレングリコール等のように
   沸点が水よりも高い水溶性有機物を含む水溶液を、前記
   いずれか一方の蒸発缶に供給したのち他方の蒸発缶から
   取り出すようにした蒸発濃縮方法において、前記第１段
   蒸発缶で発生した蒸気を、前記第２段蒸発缶の加熱器に
   導く前に、第１段プレクーラに導いて、ここで希薄水溶
   液に直接接触させる一方、前記第２段蒸発缶で発生した
   蒸気を、前記凝縮器に導く前に、第２段プレクーラに導
   いて、ここで希薄水溶液に直接接触させることを特徴と
   する水溶性有機物を含む水溶液の蒸発濃縮方法。