液體濃縮系統及液體濃縮方法

2023-07-14 08:34:31

專利名稱：液體濃縮系統及液體濃縮方法
技術領域：
本發明涉及使液體從液面蒸發而濃縮的液體濃縮系統及液體濃縮 方法，特別涉及適合在減壓下濃縮的液體濃縮系統及液體濃縮方法。
背景技術：
專利文獻1公開了已往的液體濃縮方法之一例。在該公報記載的 減壓蒸發濃縮裝置中，為了使被處理液中的被揮發成分不混入蒸發冷 凝水中，在產生被處理液蒸汽的蒸發沸騰罐部的上方，相鄰地設置了 冷卻冷凝室部，該冷卻冷凝室部使從蒸發沸騰罐部供給的蒸汽冷卻/ 冷凝。另外，在蒸發麵的上方，設置了把從被處理液的蒸發麵蒸發的
被處理液蒸汽導向冷卻冷凝室部上部的蒸汽通路；在冷卻冷凝室部內， 設置了使被處理液的蒸汽在蒸汽通路的周圍冷凝的冷卻蛇管。另外， 為了使蒸發沸騰罐部的液體或固體不到達冷卻冷凝室部，在蒸汽通路 上設置了霧沫除去機構。
專利文獻2公開了已往的液體濃縮方法之另一例。該公報記載的 濃縮裝置，為了加大濃縮倍率，採用了旋轉蒸發器，備有加熱機構和 減壓機構。蒸發器將試料水蒸發濃縮，利用蒸發器的減壓，供水機構 將試料水供給到蒸發器。蒸發器內的試料水由重量測定機構測定。把 冷卻水供給到蒸發器的冷凝部，冷凝機構將蒸發的試料水的水蒸汽冷 卻。
專利文獻1:日本特開2004-344700號公報 專利文獻2:日本特開平5-273196號爿>才艮

發明內容
在濃縮液體時，要求能提高加熱效率和縮短濃縮時間。在上述專 利文獻l記載的減壓濃縮裝置中，為了產生被處理液的蒸汽，在蒸發 沸騰罐部配置了加熱器。因此，在收容加熱器的蒸發沸騰罐部的壁面附近，可能會產生溫度比周圍高的區域、即熱點。如果形成熱點，就 不能將蒸發沸騰罐部內均勻加熱，加熱效率降低。
另外，為了用加熱器等將蒸發沸騰罐部均勻加熱，最好減小蒸發 沸騰罐部的容積。減小了蒸發沸騰罐部的容積時，被處理液蒸發所需 的氣液界面的面積就減小。結果，蒸發量降低，濃縮所需的時間增加。
為了增大氣液界面的面積，例如如專利文獻2記載的那樣，採用 旋轉蒸發器。在旋轉蒸發器中，使燒瓶旋轉，將被處理液呈薄液膜狀 地附著在燒瓶的內壁面上。然後，將附著的液膜加熱蒸發。由於燒瓶 旋轉，所以加熱方法複雜，即使形成了均勻的薄膜面也不容易形成均 勻的溫度場。因此，不容易提高加熱效率。
本發明是鑑於上述現有技術中的問題而作出的，其目的是在液體 濃縮系統中，能比已往更穩定地進行液體濃縮。另外，切實地將蒸汽 和濃縮液分離。
為了實現上述目的，本發明的特徵是液體濃縮系統，其具有在減 壓環境中使處理對象液體的揮發成分蒸發而將液體濃縮的液體濃縮 器，其特徵在於，上述液體濃縮器，具有在內周側形成了朝上下方向 延伸的多個槽的帶槽管、與該帶槽管大致同心地配置在帶槽管外周面 側的外管、配置在帶槽管內周側的大致中心部並把供給到帶槽管內部 的處理對象液體的揮發成分導向外部的部件；在上述帶槽管與外管之 間，形成了與帶槽管內部隔離的空間；在上述液體濃縮器上，附設著 把熱水供給到上述空間的機構、和將上述帶槽管內周側的處理空間減 壓的真空排氣機構；在上述熱水供給機構上，設有測定向帶管槽供給 的熱水溫度的機構；在上述液體濃縮器上，設有計測帶槽管的內部壓 力的機構、處理對象液體的濃縮成分流過的部件、以及設在該部件間 的流量調節閥。
在該特徵中，最好設有輸入壓力計測機構和溫度測定機構的輸出、 控制流量調節閥的控制裝置。
為了實現上述目的，本發明的另一特徵是液體濃縮方法，使用液 體濃縮器，在減壓環境下使處理對象液體的揮發成分蒸發，將液體濃
縮，其特徵在於，從外管的下部，把熱水供給到形成於上述液體濃縮 器的外管與帶槽管之間的空間內，然後從上部排出，用熱水循環裝置 使該熱水循環，根據該循環熱水的計測溫度，調節形成在上述液體濃 縮器所具有的帶槽管內周側的處理空間的壓力。
在該特徵中，最好在上述液體濃縮器上附設流量調節閥，通過調 節該流量調節閥的開度來控制處理空間的壓力，使供給到帶槽管的處 理液體的液面不沸騰地蒸發。另外，最好在上述液體濃縮器上附設真 空排氣機構，用該真空排氣機構把上述處理空間的壓力形成為減壓環 境。
根據本發明，在液體濃縮系統中，由於可調節使濃縮對象液體蒸 發的容器內的壓力，所以，可以在大氣壓的沸點以下將液體濃縮，可 防止液體從加熱面飛散。結果，可穩定地將液體濃縮，同時可切實地 將蒸汽與濃縮液分離。


圖l是本發明液體濃縮器的一實施例的框圖。
圖2是圖1所示液體濃縮器的外觀立體圖。
圖3是圖2所示液體濃縮器的A-A方向剖面圖。
具體實施例方式
下面，參照

本發明液體濃縮器的一實施例。在圖1中， 用框圖表示採用液體濃縮器1的液體濃縮系統100。在本實施例記載 的液體濃縮系統100中，將液體濃縮器l內減壓，把處理液體導入該 已減壓的環境內。然後，將處理液體加熱，使揮發成分蒸發，將處理 液體濃縮。
具體地說，把收容在原料缸90內的處理液體通過配管導入液體濃 縮器1內。在配管的途中安裝著原料調節閥91，該原料調節閥91用 於調節導入液體濃縮器1的液體的供給流量。在液體濃縮器1內，從 處理液體中蒸發揮發性成分，將液體濃縮。為了加熱液體濃縮器l內 部的處理液體，在液體濃縮器1上安裝著備有溫度調節功能的熱水循 環裝置92。熱水循環裝置92把熱水供給到液體濃縮器1內部的、與
被供給處理液體的部分隔離的部分。另外，熱水用溫度傳感器83檢測 向液體濃縮器1供給的熱水溫度，輸入到控制熱水量的控制裝置50。
如圖2的立體圖所示，液體濃縮器1是在管狀外管IO上用螺釘安 裝著上蓋11和下蓋12而密閉的圓筒形。該液體濃縮器1垂直地設置。 在外管10的側部且下部，安裝著作為熱水入口的熱水供給管13;在 外管IO的側部且上部，安裝著作為熱水出口的熱水排出管14。
從熱水循環裝置92供給的熱水，將液體濃縮器l內加熱了後，返 回熱水循環裝置92。在上蓋11上安裝著原料供給管15。從原料缸90 供給的液體食用醋，從原料供給管15導入液體濃縮器1內。在下蓋 12上安裝著蒸汽排出管16和濃縮液排出管17。在液體濃縮器l內被 分離的蒸汽和濃縮液，經過這些排出管16、 17被導向下遊側。在各管 15~17、 19的前端形成了管用凸緣19，可容易地與其它機器連接和脫 開。
在蒸汽排出管16上連接著熱交換器93，該熱交換器93把從液體 濃縮器l排出的揮發性成分的蒸汽冷卻到露點以下，使其液化。在連 接液體濃縮器1和熱交換器93的配管16上，安裝著測定液體濃縮器 1內的壓力的壓力計(真空計)85、和控制液體濃縮器1內的壓力的 壓力調節閥86。壓力計85的輸出被輸入給控制裝置50,控制裝置50 反饋控制壓力調節閥86的開度。
冷卻水被供給到熱交換器93，與揮發性成分的蒸汽進行熱交換。 冷卻水從具有泵等驅動源的冷卻水循環裝置94供給。在熱交換器93 熱交換後液化了的揮發性成分，由配管16b導引到蒸發液缸95，儲存 在蒸發液缸95內。
另一方面，濃縮液流過的配管17與濃縮液缸101連接著，去除了 揮發性成分的濃縮液儲存在濃縮液缸101內。在連接濃縮液缸101和 液體濃縮器1的配管即濃縮液管線上，設有調節該濃縮液管線的壓力 損失、防止蒸汽逆流到濃縮液管線的2個濃縮管線調節閥96。濃縮管 線調節閥96由控制裝置50控制。
在通常的濃縮動作中，將設在下側的濃縮管線調節閥96關閉，將
設在上側的濃縮管線調節閥96打開。在該狀態開始濃縮動作時，濃縮 液積存在下側調節閥96的上方。在上下調節閥96、 96之間，安裝著 液面傳感器97。
當液面傳感器97檢測到濃縮液在下側調節閥96之上積存了預定 量時，控制裝置50將上側的調節閥96關閉，將下側的調節閥96打開。 這樣，積存在下側調節岡96上方的濃縮液被排出到濃縮液缸101。積 存在下側調節閥96上方的濃縮液排出後，將下側的調節閥96關閉， 將上側的調節閥96打開，繼續濃縮。這樣，可防止或減少蒸汽混入濃 縮液側，可使濃縮率穩定。
儲存濃縮液的濃縮液缸101和蒸發液缸95通過配管與真空泵98 連接。真空泵98從下遊側把從原料缸90到蒸發液缸95及濃縮液缸 101的連通路減壓。這樣，被處理液體、其揮發成分以及揮發成分的 冷凝液即蒸發液、不揮發成分即濃縮液液體移動。與此同時，形成了 減壓環境即真空環境。
下面，說明該構造的液體濃縮系統100的詳細動作。作為濃縮對 象的液體，例如是食用醋。下面，以食用醋為例進行說明。儲存在原 料缸90內的食用醋，藉助真空泵98產生的負壓，從原料缸90朝液體 濃縮器1移動。這時，控制裝置50適度地調節原料調節閥91的開度。 這樣，得到合適的液體食用醋流量。另外，如果僅靠真空泵98產生的 負壓不能得到所需流量時，可使用管泵等的輔助送液機構。
真空泵98產生的壓力(負壓)由壓力調節閥86調節，液體濃縮 器1的內部被減壓至預定的壓力。熱水循環裝置92供給的熱水，設定 為比壓力調節閥86所調節壓力下的沸點低的溫度。熱水循環裝置92 把低於沸點的熱水供給液體濃縮器，該供給的熱水把導入液體濃縮器 1內的食用醋間接地加熱。結果，液體中的揮發性成分不沸騰，可在 IOO匸以下的溫度蒸發。
之所以要用100。C以下的溫度加熱液體將其濃縮，是基於以下的 原因。根據液體的種類，存在在高溫下加熱時原料會變性的情況。另 外，為了用高溫加熱，需要高的熱能。為了避免這些問題，在本實施
例中，用真空泵98從液體濃縮系統100的出口側將液體濃縮系統100 內排氣，將液體濃縮器l減壓，使導入到液體濃縮器1內的液體的沸 點降低。另外，在本實施例中，加熱液體濃縮器1的加熱源是使用熱 水，但是，需要更高的熱能時，也可以使用高溫蒸汽或減壓的低溫蒸 汽來代替熱水。
在液體濃縮器l內，蒸發了的揮發成分和液體狀的濃縮液分離。 下面，用圖3所示的液體濃縮器1的縱斷面圖，說明該狀況。液體濃 縮器1具有圓筒形的外管10、和與外管呈同心狀地配置在該外管10 內的帶槽管18。在帶槽管18的內周面側，沿圓周方向配置著多個淺 槽，該槽朝上下方向延伸。
外管10和帶槽管18，由圖未示的O形環20密封，在它們之間形 成了與帶槽管18的內周面側隔離的空間。在帶槽管18內周面側的大 致中央部，從下蓋12 —側起，往上依次配置著蒸汽排出管16、濃縮 液收集塊體32、和蒸汽收集塊體31。蒸汽收集塊體31的前端部與上 蓋ll之間有間隔。外管10、帶槽管18和濃縮液收集塊體32,形成為 三重管構造。
在與外管10的上端部連接的上蓋11的下面側，形成了把從原料 供給管15供給的液體食用醋導向帶槽管18內周面側的流路。蒸汽收 集塊體31的下部形成為圓錐狀。濃縮液收集塊體32形成為中央部凹 陷的盤狀。在蒸汽收集塊體31的圓錐部的下面與濃縮液收集塊體32 的盤狀部的上面之間，形成了傾斜的流路，這樣，在液體濃縮器l內 部被濃縮的濃縮液可從濃縮液排出管17順暢地排出。
從原料缸90供給並經過形成在上蓋11下面側的流路的液體，朝 周方向均勻地供給到帶槽管18上端部附近的內周面側。由於在帶槽管 18的內周面側形成了多個深度為數mm左右的淺槽，所以，供給到帶 槽管18的液體沿槽表面流下。
從熱水循環裝置92供給的熱水，如圖3中虛線箭頭所示，循環地 供給到帶槽管18的背面側即外周面側，所以，在帶槽管18中流下的 液體被熱水間接加熱。這裡，熱水從外管10的下部導入液體濃縮器1， 然後從外管IO的上部排出，形成熱水的循環路。之所以這樣地循環，
是為了把與流下的液體食用醋進行的熱交換形成為對流型、提高熱交
換率，以及使熱水均勻地穿過帶槽管18背後的空間。
被熱水大致均勻加熱了的帶槽管18，將作為濃縮對象的液體加 熱。這時，由於帶槽管18的內部空間被真空泵98減壓，所以液體的 沸點降低，可以用低溫使濃縮對象液體蒸發。這裡，在帶槽管18中流 下的液體，由於槽的存在，與帶槽管18的接觸表面積增大，更加促進 蒸發。
從帶槽管18表面蒸發的揮發成分的蒸汽，如圖3中波浪線所示， 在帶槽管18內部上升後，受到上蓋11部阻礙而下降，流入配置在帶 槽管18內大致中央部的蒸汽收集塊體31內部的流路，繼續下降。然 後，從蒸汽排出管16流出液體濃縮器1外。
從蒸汽排出管16流出到液體濃縮器1外的氣化的揮發性成分，朝 熱交換器93移動。在熱交換器93內，與冷卻水進行熱交換後冷卻了 的揮發性成分，冷凝成為液體，被導入蒸發液缸95儲存起來。不揮發 性的濃縮液，從濃縮液排出管17導向濃縮液缸101，儲存在濃縮液缸 101內。這時，將濃縮管線調節閥96開閉成預定的開度，使得濃縮液 流動的管線的阻力比蒸汽流動的管線大。這樣，防止濃縮液從濃縮液 管線朝蒸汽流動的管線逆流，可切實地實現氣液分離。
在上述實施例中，是說明從原液中取出特定的揮發性成分、將其 濃縮的例子。但是，被濃縮的液體，也可以是沸點不同的若干種液體 混合的混合液。在這種情況下，沸點低的液體相當於上述實施例中的 揮發性成分，沸點高的液體相當於上述實施例中的非揮發性成分。另 外，長時間連續運轉時，也可以在原料缸90的上遊i殳置補充原液的管 線80，在濃縮液缸101的下遊設置液體取出用管線81，在蒸發液缸 95的下遊設置液體取出用管線82,適當地補充和排出液體。
根據上述本實施例，液體濃縮器l沒有可動部，是在液體濃縮中、 液體濃縮器1內部的部件不動的靜態構造，所以，可防止因可動部引 起的故障等，提高可靠性。另外，由於能自動地調節蒸發空間內的真
空壓和蒸發麵的溫度，所以，濃縮對象液體即使是在高溫下可能變性 的物質等，也可以在不變性的溫度條件下進行濃縮。另外，在上述實
施例中，把液體濃縮器1內的壓力和循環熱水的溫度輸入控制裝置50， 控制壓力調節閥86。但是也可以不採用控制裝置50,而是人工地調節 壓力調節閥86。這樣，在濃縮對象液體是特定物質、濃縮條件大致預 先清楚的情形下是有效的，由於不需要高價的控制裝置，所以成本低。
權利要求
1.一種液體濃縮系統，具有在減壓環境中使處理對象液體的揮發成分蒸發而將液體濃縮的液體濃縮器，其特徵在於，上述液體濃縮器，具有在內周側形成了朝上下方向延伸的多個槽的帶槽管、與該帶槽管大致同心地配置在帶槽管外周面側的外管、配置在帶槽管內周側的大致中心部並把供給到帶槽管內部的處理對象液體的揮發成分導向外部的部件；在上述帶槽管與外管之間，形成了與帶槽管內部隔離的空間；在上述液體濃縮器上，附設著把熱水供給到上述空間的機構、和將上述帶槽管內周側的處理空間減壓的真空排氣機構；在上述熱水供給機構上，設有測定向帶管槽供給的熱水溫度的機構；在上述液體濃縮器上，設有計測帶槽管的內部壓力的機構、處理對象液體的濃縮成分流過的部件、以及設在該部件間的流量調節閥。
2. 如權利要求1所述的液體濃縮系統，其特徵在於，設有輸入上 述壓力計測機構和溫度測定機構的輸出、控制上述流量調節閥的控制裝置。
3. —種液體濃縮方法，使用液體濃縮器，在減壓環境下使處理對 象液體的揮發成分蒸發，將液體濃縮，其特徵在於，從外管的下部把 熱水供給到形成於上述液體濃縮器的外管與帶槽管之間的空間內，然 後從上部排出，用熱水循環裝置使該熱水循環，根據該循環熱水的計 測溫度，調節形成在上述液體濃縮器所具有的帶槽管內周側的處理空 間的壓力。
4. 如權利要求3所述的液體濃縮方法，其特徵在於，在上述液體 濃縮器上附設著流量調節閥，通過調節該流量調節閥的開度，控制處 理空間的壓力，使供給到帶槽管的處理液體的液面不沸騰地蒸發。
5. 如權利要求4所述的液體濃縮方法，其特徵在於，在上述液體 濃縮器上附設著真空排氣機構，用該真空排氣機構把上述處理空間的 壓力形成為減壓環境。
全文摘要
在液體濃縮系統中，穩定地濃縮液體，並切實地分離蒸汽和濃縮液。液體濃縮系統(100)備有液體濃縮器(1)。液體濃縮器具有帶槽管(18)、配置在該帶槽管外周面側的外管(10)、配置在帶槽管內周側的大致中心部並將供給到帶槽管內部的處理對象液體的揮發成分導向外部的部件(31、32、16)。在帶槽管與外管之間，形成了與帶槽管內部隔離的空間，把熱水供給到該空間。帶槽管內周側的處理空間被真空排氣機構(98)減壓。在供給熱水的熱水供給機構上，設置了測定向帶槽管供給的熱水溫度的機構(83)。在液體濃縮器上，設置了計測帶槽管內部壓力的機構(86)、處理對象液體的濃縮成分流過的部件(17)、以及夾在該部件間的流量調節閥(96)。
文檔編號B01D1/00GK101347682SQ20081010054
公開日2009年1月21日 申請日期2008年5月20日 優先權日2007年5月23日
發明者伊東禪, 沼尻文晶, 津留英一, 遠藤喜重 申請人:株式會社日立工業設備技術