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公開番号2024092165
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-08
出願番号2022207910
出願日2022-12-26
発明の名称水酸化ナトリウム水溶液の蒸発濃縮装置
出願人木村化工機株式会社
代理人個人,個人
主分類C01D 1/04 20060101AFI20240701BHJP(無機化学)
要約【課題】省エネルギー性に優れ、CO₂排出量の少ない蒸発濃縮装置を提供する。
【解決手段】複数段(2段)の蒸発濃縮部1、2と、各蒸発濃縮部で発生した水蒸気を断熱圧縮して各蒸発濃縮部の加熱源とする圧縮機11、12と、最終濃縮液から熱を回収する熱回収熱交換器4と、供給液が最初に供給される段の蒸発濃縮部1の加熱源となる水蒸気を発生させる蒸気発生部3と、熱回収熱交換器にて回収した熱を、電力により温度レベルを上げて蒸気発生部に加熱源として供給するヒートポンプ5と、蒸気発生部からの水蒸気を、初段側の蒸発濃縮部が備える圧縮機11に供給するための初段側供給路6と、前の段の蒸発濃縮部1で凝縮しなかった水蒸気を、次の段の圧縮機12に供給するための後段側供給路7とを備え、複数段の蒸発濃縮部が備える各圧縮機における、断熱圧縮後の水蒸気温度が、断熱圧縮前の水蒸気温度よりも、20℃以上60℃以下の範囲で高くなるように構成する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ＮａＯＨ濃度が２６～３２ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液である供給液を蒸発濃縮して、ＮａＯＨ濃度が４８～５０ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液である濃縮液を得るための蒸発濃縮装置であって、
（ａ）前記供給液を蒸発させて段階的に濃縮する複数段の蒸発濃縮部と、
（ｂ）前記複数段の蒸発濃縮部のそれぞれが備える圧縮機であって、前記複数段の蒸発濃縮部のそれぞれで発生した水蒸気を断熱圧縮することで昇温した圧縮水蒸気を当該蒸発濃縮部の加熱源として供給するように構成された圧縮機と、
（ｃ）前記複数段の蒸発濃縮部のうち、水酸化ナトリウムの濃度が最も高くなる最終段の蒸発濃縮部で濃縮された濃縮液が有する熱を回収する熱回収熱交換器と、
（ｄ）前記複数段の蒸発濃縮部のうち、前記供給液が最初に供給される段の蒸発濃縮部の加熱源となる水蒸気を発生させる蒸気発生部と、
（ｅ）前記熱回収熱交換器にて前記濃縮液から回収した熱を、電力により温度レベルを上げて、前記蒸気発生部に加熱源として供給するように構成されたヒートポンプと、
（ｆ）前記蒸気発生部から供給される水蒸気を、前記供給液が最初に供給される段の蒸発濃縮部が備える圧縮機に供給するための初段側供給路と、
（ｇ）前記複数段の蒸発濃縮部のうちの前の段の蒸発濃縮部に加熱源として供給された水蒸気のうち、当該前の段の蒸発濃縮部の加熱に使用されなかった水蒸気を、次の段の蒸発濃縮部が備える圧縮機である後段側圧縮機に供給するための後段側供給路と、
を備え、
（ｈ）前記複数段の蒸発濃縮部が備える各圧縮機における、断熱圧縮後の水蒸気温度が、断熱圧縮前の水蒸気温度よりも、２０℃以上６０℃以下の範囲で高くなるように構成されていること
を特徴とする蒸発濃縮装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記供給液が最初に供給される蒸発濃縮部で加熱源として用いられ、凝縮したドレンが前記蒸気発生部に戻され、前記蒸気発生部で発生した水蒸気が前記供給液が最初に供給される蒸発濃縮部に加熱源として供給されるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の蒸発濃縮装置。
【請求項３】
前記複数段の蒸発濃縮部として、２段以上４段以下の蒸発濃縮部を備えていることを特徴とする請求項１記載の蒸発濃縮装置。
【請求項４】
前記複数段の蒸発濃縮部として、前記供給液が最初に供給される段の蒸発濃縮部である第１蒸発濃縮部と、蒸発濃縮後の水酸化ナトリウムの濃度が最も高くなる最終段の蒸発濃縮部である第２蒸発濃縮部の２つの蒸発濃縮部を備えているとともに、
前記圧縮機として、前記蒸気発生部から供給される水蒸気と、前記第１蒸発濃縮部で発生した水蒸気とを断熱圧縮して、前記第１蒸発濃縮部に加熱源として供給する第１圧縮機と、前記第１蒸発濃縮部に加熱源として供給された水蒸気のうち、前記第１蒸発濃縮部で加熱に使用されなかった水蒸気と、前記第２蒸発濃縮部で発生した水蒸気とを断熱圧縮して、前記第２蒸発濃縮部に供給する第２圧縮機の２つの圧縮機を備えていること
を特徴とする請求項１記載の蒸発濃縮装置。
【請求項５】
前記第１蒸発濃縮部で加熱源として用いられ、凝縮したドレンが前記蒸気発生部に戻され、前記蒸気発生部で発生した水蒸気が前記第１蒸発濃縮部に加熱源として供給されるように構成されていることを特徴とする請求項４記載の蒸発濃縮装置。
【請求項６】
前記蒸気発生部と前記第１蒸発濃縮部が大気圧より低い圧力で操作され、前記第２蒸発濃縮部が大気圧より高い圧力で操作されるように構成されていることを特徴とする請求項４記載の蒸発濃縮装置。
【請求項７】
前記第１圧縮機の吸込み圧力が大気圧より低い圧力であり、前記第２圧縮機の吸込み圧力が大気圧より高い圧力であることを特徴とする請求項６記載の蒸発濃縮装置。
【請求項８】
前記供給液と、前記第２蒸発濃縮部で濃縮された第２濃縮液との熱交換を行う第１予熱器と、
前記供給液と、前記第１圧縮機から加熱源として前記第１蒸発濃縮部に供給された水蒸気が凝縮したドレンと前記第２圧縮機から加熱源として前記第２蒸発濃縮部に供給された水蒸気が凝縮したドレンの混合体との熱交換を行う第２予熱器と、
前記第１蒸発濃縮部において蒸発濃縮された濃縮液である第１濃縮液と、前記第２蒸発濃縮部で濃縮された第２濃縮液との熱交換を行う第３予熱器と、
前記第１濃縮液と、前記第２圧縮機から加熱源として前記第２蒸発濃縮部に供給された水蒸気が凝縮したドレンとの熱交換を行う第４予熱器と、
を備え、
前記第１予熱器および前記第２予熱器で予熱された前記供給液が前記第１蒸発濃縮部に供給され、
前記第３予熱器および前記第４予熱器で予熱された前記第１濃縮液が前記第２蒸発濃縮部に供給されるように構成されていること
を特徴とする請求項４～７のいずれかに記載の蒸発濃縮装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、水酸化ナトリウム水溶液の蒸発濃縮装置に関し、詳しくは、水酸化ナトリウム水溶液の蒸発濃縮装置の省エネルギー性を向上させるための技術に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
水酸化ナトリウムは、食塩（ＮａＣｌ）を電解し、水酸化ナトリウム濃度が約３０ｗｔ％の水溶液を得た後、水酸化ナトリウム濃度が４８ｗｔ％程度になるまで蒸発濃縮して製品として出荷されている。
【０００３】
そして、水酸化ナトリウム水溶液の蒸発濃縮装置として、特許文献１には、水酸化ナトリウム水溶液を加熱して水を蒸発させる蒸発器と、該蒸発器において加熱濃縮された濃縮液と蒸発水蒸気（ベーパ）を分離させる気液分離器とを備えた苛性ソーダ水溶液蒸発濃縮設備において、プレート型熱交換器を蒸発器に用いることを特徴とする水酸化ナトリウム水溶液の多重効用蒸発濃縮設備が開示されている。
【０００４】
そして、この蒸発濃縮装置によれば、蒸発器に用いられているプレート型熱交換器の伝熱面での熱効率が高いため、蒸発濃縮設備を小型化することができ、水酸化ナトリウム水溶液を効率的に蒸発濃縮することができるとされている。
【０００５】
また、特許文献２には、第１効用蒸発濃縮部から最終効用蒸発濃縮部までの複数の蒸発濃縮部を備えた多重効用式蒸発濃縮部と、予備蒸発濃縮部と、蒸発水蒸気を循環冷却水と熱交換させて凝縮させる最終効用蒸発濃縮部用コンデンサと、予備蒸発濃縮部における蒸発水蒸気を循環冷却水と熱交換させて凝縮させる予備蒸発濃縮部用コンデンサと、最終効用蒸発濃縮部用コンデンサで用いられ、蒸発水蒸気の凝縮熱により昇温した循環冷却水から回収した熱を、電力により温度レベルを上げて予備蒸発濃縮部に高温水として供給するように構成された第１のヒートポンプと、予備蒸発濃縮部用コンデンサで用いられ、蒸発水蒸気の凝縮熱により昇温した循環冷却水から回収した熱を、電力により温度レベルを上げて、第１効用蒸発濃縮部で用いられた加熱用水蒸気のドレンの加熱に用いてドレンを蒸発させ、ドレンの蒸発水蒸気を圧縮して第１効用蒸発濃縮部に供給するように構成された第２のヒートポンプとを備えた水酸化ナトリウムの蒸発濃縮装置が開示されている。
【０００６】
そして、特許文献２の蒸発濃縮装置によれば、上述のように第１のヒートポンプと第２のヒートポンプとを用いて、２段階で熱を回収するシステムを構成しているので、従来の蒸発濃縮設備に比べて効率よく水酸化ナトリウム水溶液を濃縮することが可能になるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１４－１８１１３９号公報
特開２０１９－８９６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の蒸発濃縮装置の場合、蒸発器に用いられているプレート型熱交換器の伝熱面での熱効率を向上させることにより、装置の小型化を図っているにすぎず、得られる省エネルギー効果にも限界があり、さらなる省エネルギー化の要請に十分に応えることができないのが実情である。
【０００９】
また、特許文献２の蒸発濃縮装置の場合、最終効用蒸発濃縮部用コンデンサで用いられて昇温した循環冷却水や、予備蒸発濃縮部用コンデンサで用いられて蒸発水蒸気の凝縮熱により昇温した循環冷却水が有する熱（顕熱）を回収するために、第１および第２のヒートポンプを用いて省エネルギーを図っており、大きな省エネルギー効果を得ることを可能にしているが、さらなる省エネルギー効果の改善や、構成の自由度の向上などが求められているのが実情である。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するものであるが、ここで、上述した点と一部重なる部分もあるが、本発明が解決しようとしている課題について詳しく説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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