JP7120283B2 - 蒸留装置 - Google Patents

Description

本発明は、蒸留装置に係り、特に蒸留処理される液を熱交換器を用いて加熱するよう構成された蒸留装置に関する。本発明は、特に揮発性酸性ガスの水溶液から揮発性酸性ガスを分離する用途に用いるのに好適な蒸留装置に関する。

蒸留処理される液を熱交換器を用いて加熱するよう構成された蒸留装置の一例を図２に示す。

供給ライン（図示略）を介して給水タンク１内に導入された原料水（蒸留処理される液）は、該給水タンク１からポンプ２及び配管３を介して熱交換器４に送液され、該熱交換器４で加熱された後、配管５を介して膜モジュール１０に送水される。

この従来例では、膜モジュール１０は中空糸膜モジュールである。膜モジュール１０では、多数本の中空糸１１が引き揃えられて中空糸束とされ、上下方向に配設されている。中空糸束の上端側及び下端側がポッティング材１２，１３で結束されている。

中空糸束は膜モジュール１０のケーシング１４内に配置されており、上側ポッティング材１２の上側に流入室１５が形成され、下側ポッティング材１３の下側に流出室１６が形成されている。各中空糸１１内はそれぞれ流入室１５及び流出室１６内に連通している。

配管５からの被処理液は、流入室１５から各中空糸１１内（一次側）に流入し、中空糸１１を通り、流出室１６へ流れ、該流出室１６から配管１８を介して給水タンク１に戻る。

ケーシング１４内における中空糸１１外であって且つポッティング材１２，１３間が二次側１７である。

該二次側１７は、配管（蒸気配管）６、熱交換器（冷却器）７の被冷却側流路、配管８、凝縮水タンク９及び配管９ａを介して減圧装置９ｂに連通しており、該減圧装置９ｂによって該二次側１７が減圧される。

被処理液が中空糸１７内（一次側）を流れる間に被処理液中の水が中空糸１１を透過し、蒸気となって二次側１７から配管６へ吸引排出され、熱交換器７で冷却されて凝縮水が生成する。凝縮水は、凝縮水タンク９に貯留される。凝縮水タンク９内に溜まった凝縮水は、該凝縮水タンク９の下部から取出ライン（図示略）を介して取り出される。凝縮水タンク９の上部が配管９ａを介して減圧装置９ｂに接続されている。

熱交換器４の熱源流体流路４ａには、ヒートポンプシステム１９からの高温水が通水され、熱交換器７の熱源流体流路７ａにはヒートポンプシステム１９からの低温水が通水される。

ヒートポンプシステム１９のヒートポンプ２０は、周知構成のものであり、蒸発器２１からの代替フロン等の熱媒体を圧縮機２２で断熱圧縮により高温として凝縮器２３に導入し、凝縮器２３からの熱媒体を膨張弁２４を介して蒸発器２１に導入し、断熱膨張させて降温させるように構成されている。

凝縮器２３内に設けられた伝熱チューブ２３ａに温水タンク３０内の水がポンプ３１及び配管３２を介して通水され、高温熱媒体と熱交換して加熱される。加熱されて高温水となった水は、配管３３を介して温水タンク３０に返送される。

この温水タンク３０内の高温水が、ポンプ３４及び配管３５を介して熱交換器４の熱源流体流路４ａに通水され、原料水と熱交換してこれを加熱する。原料水と熱交換することにより温度が低下した水は、配管３６を介して温水タンク３０に返送される。

蒸発器２１内に設けられた伝熱チューブ２１ａに、冷水タンク４０内の水がポンプ４１及び配管４２を介して通水され、低温熱媒体と熱交換して冷却される。冷却されて低温水となった水は、配管４３を介して冷水タンク４０に返送される。

このタンク４０内の低温水が、ポンプ４４及び配管４５を介して熱交換器７の熱源流体流路７ａに通水され、蒸気と熱交換してこれを冷却する。蒸気と熱交換することにより温度が上昇した水は、配管４６を介して冷水タンク４０に返送される。

特開平３－５２６２７号公報 特開２０１９－１５８１７３号公報

蒸留処理される水（原料水）が塩酸、フッ酸などの揮発性酸性ガスの水溶液であり、該揮発性酸性ガスを膜モジュールで膜透過させて回収する場合、熱交換器７は高濃度の腐食性酸と接することになる。そのため、熱交換器７として耐腐食性に優れた合成樹脂（例えばフッ素樹脂）製のものが用いられているが、合成樹脂は熱伝導度が低いので、熱交換器７として熱交換面積の大きい大型熱交換器を用いる必要があった。また、合成樹脂製の熱交換器はコスト高でもある。

本発明は、原料水が揮発性酸性ガスを含む場合であっても、熱交換器として熱伝導度の高い金属製熱交換器を用いることができる蒸留装置を提供することを課題とする。

本発明は、次を要旨とするものである。

［１］ 蒸留処理される液が導入される蒸留器と、該蒸留器内で生じた蒸気を吸引するアスピレータ又はエゼクタと、該アスピレータ又はエゼクタの流出水が流入するタンクと、該タンク内の水を前記アスピレータ又はエゼクタの作動流体流入部に送水する経路と、該経路に設けられた冷却用の熱交換器とを有する蒸留装置。

［２］ 前記タンク内の水、又はタンクとアスピレータもしくはエゼクタとの間を循環する水の水質測定手段と、該水質測定手段で測定された水質が規定値を超えた場合に該水の一部を排出する排出手段を備えた［１］の蒸留装置。

［３］ 前記水は酸の水溶液であり、前記水質は電気伝導度又は比抵抗である［２］の蒸留装置。

［４］ 前記熱交換器は高耐食性金属製である［１］～［３］のいずれかの蒸留装置。

［５］ 前記蒸留器は、膜式蒸留器である［１］～［４］のいずれかの蒸留装置。

［６］ 前記タンクに水を補給する手段を有する［１］～［５］のいずれかの蒸留装置。

本発明の蒸留装置では、蒸留器内で生じた蒸気をアスピレータ又はエゼクタで吸引する。このアスピレータ又はエゼクタの流出水中に蒸気が溶解するため、蒸気が酸性ガスを含む場合であっても、該流出水中の酸濃度は低いものとなる。そのため、この流出水をタンクからアスピレータ又はエゼクタに作動流体として送水する経路に設けられた熱交換器を金属製のものとしても、長期にわたって腐食することが防止される。この金属製の熱交換器は、熱交換特性が良好であり、合成樹脂製の熱交換器に比べて著しく小型である。

本発明の一態様では、作動流体としての水の酸濃度が所定値よりも高くなったときには、該水の一部を排出し、新しい水を追加する。

実施の形態に係る蒸留装置の構成図である。 従来例に係る蒸留装置の構成図である。

以下、図１を参照して実施の形態について説明する。

この実施の形態では、膜モジュール１０の２次側１７を吸引するための配管６の末端がアスピレータ５０の吸引部に接続されている。アスピレータ５０の作動流体流入口へは凝縮水タンク９内の水が、ポンプ５１、配管５２、金属製熱交換器７の被冷却側流路、配管５４を介して導入される。アスピレータ５０の流出水は配管５５を介して凝縮水タンク９に戻る。

凝縮水タンク９へは補給水ライン５６を介して補給水が導入可能とされている。蒸留装置の運転開始に先立って、補給水ライン５６から凝縮水タンク９に所定量の水を供給して貯めておく。

配管５２からは配管５７が分岐しており、該配管５７に弁５８が設けられている。凝縮水タンク９に設けられた電気伝導度計５９で検出される電気伝導度が所定値よりも高くなったときには、弁５８が開とされ、凝縮水の一部が系外に排出され、代りに補給水が補給水ライン５６から供給される。

給水タンク１内の水が塩酸、フッ酸などの揮発性酸性ガスの水溶液である場合、ポンプ５１を作動させてアスピレータ５０に通水することにより生じた負圧によって膜モジュール１０の２次側１７から配管６へ酸性ガスが吸引される。この酸性ガスは、アスピレータ５０内を流れる水に溶け込み、揮発性酸性ガスの水溶液として凝縮水タンク９に流入する。

凝縮水タンク９内の水溶液の酸濃度が次第に高くなるので、規定濃度よりも高くなったときには、前述の通り、弁５８を開として高濃度酸水溶液を配管５７から系外に排出し、代りに補給水ライン５６から補給水を凝縮水タンク９に導入する。

この実施の形態では、熱交換器７の被冷却側流路には、凝縮水タンク９内の該規定濃度以下の酸水溶液が流れるので、熱交換器７として金属製のものを用いても長期にわたって腐食することなく、安定した運転を行うことができる。

熱交換器７を構成するための金属としては、チタン、チタン合金やハステロイなどの高耐食性金属又は合金が好適である。

なお、チタン、ハステロイＣ及びポリテトラフルオロエチレンの熱伝導率の一例を次に示す。

チタン：２１．９ｗ／（ｍ・ｋ）
ハステロイＣ：１１．１ｗ／（ｍ・ｋ）
ポリテトラフルオロエチレン：０．２４ｗ／（ｍ・ｋ）
このように、チタンやハステロイの熱伝導率はポリテトラフルオロエチレンに比べて著しく高いので、熱交換器７として熱交換面積の小さい、小型のものを用いることが可能となる。

図１の蒸留装置のその他の構成は図２と同一であり、同一符号は同一部分を示している。なお、図１ではアスピレータが用いられているが、エゼクタを用いてもよい。

この蒸留装置においても、給水タンク１内の原料水が給水タンク１からポンプ２及び配管３を介して熱交換器４に送液され、該熱交換器４で加熱された後、膜モジュール１０に送水され、膜蒸留処理され、給水タンク１に戻る。

上記実施の形態は本発明の一例であり、本発明は上記以外の形態とされてもよい。例えば、上記実施の形態では電気伝導度計が用いられているが、比抵抗計、ｐＨ計など水中の酸濃度を検出できる各種センサを用いることができる。

また、上記実施の形態では電気伝導度計は凝縮水タンク９に設けられているが、配管５２，５４など他の部位に設置されてもよい。

上記実施の形態では膜モジュール１０と給水タンク１とを有した膜式蒸留器が設置されているが、これ以外の蒸留器を用いてもよい。

１ 給水タンク
４，７ 熱交換器
９ 凝縮水タンク
１９ ヒートポンプシステム
２０ ヒートポンプ
２１ 蒸発器
２２ 圧縮機
２３ 凝縮器
２４ 膨張弁
３０ 温水タンク
４０ 冷水タンク
５０ アスピレータ
５９ 電気伝導度計

Claims (2)

1. 揮発性酸性ガスの水溶液よりなる、蒸留処理される液が導入される膜式蒸留器と、
   該蒸留器内で生じた蒸気を吸引するアスピレータ又はエゼクタと、
   該アスピレータ又はエゼクタの流出水が流入するタンクと、
   該タンク内の水を前記アスピレータ又はエゼクタの作動流体流入部に送水する経路と、
   該経路に設けられた冷却用の、チタン、チタン合金又はハステロイ製の熱交換器と、
   前記タンク内の水、又はタンクとアスピレータもしくはエゼクタとの間を循環する水の水質測定手段と、
   該水質測定手段で測定された水質が規定値を超えた場合に該水の一部を排出する排出手段と
   を有し、
   前記水質は電気伝導度又は比抵抗である蒸留装置。
2. 前記タンクに水を補給する手段を有する請求項１の蒸留装置。

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