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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024092165
(43)【公開日】2024-07-08
(54)【発明の名称】水酸化ナトリウム水溶液の蒸発濃縮装置
(51)【国際特許分類】
C01D 1/04 20060101AFI20240701BHJP
B01D 1/26 20060101ALI20240701BHJP
B01D 1/28 20060101ALI20240701BHJP
【ＦＩ】
C01D1/04
B01D1/26 Z
B01D1/28
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022207910
(22)【出願日】2022-12-26
(71)【出願人】
【識別番号】390036663
【氏名又は名称】木村化工機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100132241
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 博史
(74)【代理人】
【識別番号】100183265
【弁理士】
【氏名又は名称】中谷 剣一
(72)【発明者】
【氏名】立野 隆彦
(72)【発明者】
【氏名】竹森 勇
【テーマコード（参考）】
4D076
【Ｆターム（参考）】
4D076AA16
4D076AA24
4D076BA35
4D076CD33
4D076DA02
4D076DA25
4D076DA35
4D076EA02Z
4D076EA03X
4D076EA04Z
4D076EA12Z
4D076EA14X
4D076EA20Z
4D076FA34
4D076HA20
4D076JA04
(57)【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
【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。
（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。
【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。
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。
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。
【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】
【特許文献1】特開２０１４－１８１１３９号公報
【特許文献2】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】
水酸化ナトリウムは、水溶液のＢＰＲ（沸点上昇）が高くなるという特徴的な物性を有しており、水酸化ナトリウム４８ｗｔ％水溶液のＢＰＲは４５℃に達する。
【0012】
このような水酸化ナトリウムの蒸発濃縮装置には、多重効用方式の蒸発濃縮装置が広く採用されているが、蒸発濃縮の対象であるＮａＯＨ水溶液は、上述のようにＢＰＲが高いため、多重効用の効用数はほぼ３重効用が限界となっている。
【0013】
さらに、３重効用方式の蒸発濃縮装置の理論ＣＯＰ（Coefficient Of Performance）（成績係数）は３であるが、実際の蒸発濃縮装置ではＣＯＰが２．１６程度となっており、省エネルギーの見地から改善の余地があるのが実情である。
【0014】
また、水酸化ナトリウムは腐食性が強いため、蒸発濃縮装置の構成材料として高価なニッケルが広く用いられており、材料コストを抑えるためには、装置をできるだけ小さくすることが必要になる。そこで、ヒーターにおける加熱側と被加熱側の温度差を大きくとり、伝熱面積を小さくする（すなわち、装置を小型化する）ことができるように、加熱源として、化石燃料を用いたボイラで発生させた、約１ＭＰａＧの高温、高圧の水蒸気を用いることが行われている。
【0015】
しかしながら、上述のように、水酸化ナトリウム水溶液のＢＰＲが大きいため、蒸発濃縮装置において加熱側と被加熱側の温度差を大きくしようとすると、それだけ高温、高圧の水蒸気が必要になり、加熱側と被加熱側の温度差を大きくするのにも制約がある。
【0016】
また、国内で一般的に用いられている水酸化ナトリウム水溶液の蒸発濃縮装置における蒸発量は、通常５ｔ／ｈｒから２０ｔ／ｈｒ程度であり、このような大型の蒸発濃縮装置が各地で数多く稼働している。そのため、ボイラ蒸気を大量に使用している水酸化ナトリウム水溶液の蒸発濃縮装置のＣＯ2排出量を削減することが、温室効果ガスの発生の抑制の見地からのみでなく、省エネルギーの見地からも喫緊の課題となっている。
【0017】
本発明は、特許文献１の蒸発濃縮装置のように、蒸発器にプレート型熱交換器を用いることを必ずしも必要とせず、また、特許文献２の蒸発濃縮装置のような第１のヒートポンプと第２のヒートポンプを組み合わせて用いた構成を必要とせずに、水酸化ナトリウム水溶液を効率よく蒸発濃縮することが可能で、省エネルギー性に優れ、ＣＯ2排出量を抑えることが可能な水酸化ナトリウム水溶液の蒸発濃縮装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0018】
上記課題を解決するため、本発明の水酸化ナトリウム水溶液の蒸発濃縮装置は、
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
を特徴としている。
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
を特徴としている。
【0019】
本発明の蒸発濃縮装置においては、前記供給液が最初に供給される段の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段の蒸発濃縮部に加熱源として供給されるように構成してもよい。
【0020】
本発明の蒸発濃縮装置においては、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た構成とすることが好ましい。
【0021】
また、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構成とすることも可能である。
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構成とすることも可能である。
【0022】
また、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てもよい。
【0023】
また、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が好ましい。
【0024】
また、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が好ましい。
【0025】
また、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することも可能である。
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することも可能である。
【発明の効果】
【0026】
本発明の水酸化ナトリウム水溶液の蒸発濃縮装置は、供給液を段階的に濃縮する複数段の蒸発濃縮部と、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、複数段の蒸発濃縮部のそれぞれが備える圧縮機と、水酸化ナトリウムの濃度が最も高くなる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、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、熱回収熱交換器にて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蒸気発生部に加熱源として供給するヒートポンプと、蒸気発生部から供給される水蒸気を、供給液が最初に供給される蒸発濃縮部が備える初段側の圧縮機に供給するための初段側供給路と、複数段の蒸発濃縮部のうち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、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後段側の圧縮機に供給するための後段側供給路とを備え、かつ、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ので、圧縮機にかかる負荷を抑制して、省エネルギー性を向上させることが可能になる。
【0027】
すなわち、供給液（水酸化ナトリウム水溶液）を所定の濃度にまで濃縮する蒸発濃縮部を複数段に分割して、段階的に濃縮することにより、各段における水酸化ナトリウム濃度の上昇によるＢＰＲの上昇を抑制するようにしているので、例えば、一段で所定の濃度にまで濃縮する場合に比べて、圧縮機で消費されるエネルギーを低減することが可能になる。
【0028】
また、上述のように、熱回収熱交換器で濃縮液から熱を回収し、ヒートポンプで温度レベルを上げて蒸気発生部の加熱源として用い、発生した蒸気を供給液が最初に供給される段の蒸発濃縮部で用いるようにしているので、熱エネルギーを無駄なく利用することが可能になる。
【0029】
その結果、全体としての省エネルギー性に優れた蒸発濃縮装置を実現することが可能になる。
【0030】
本発明の蒸発濃縮装置において、供給液が最初に供給される段の蒸発濃縮部で加熱源として用いられ、凝縮したドレンを蒸気発生部に戻し、発生した水蒸気を供給液が最初に供給される段の蒸発濃縮部に加熱源として供給するようにした場合、供給液が最初に供給される段の蒸発濃縮部で凝縮したドレンを再利用することが可能になるとともに、通常は、常温より高い温度となるドレンを用いることにより、蒸気発生部における省エネルギーを図ることが可能になる。
【0031】
本発明の蒸発濃縮装置においては、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た構成とすることが好ましい。
【0032】
なお、本発明の蒸発濃縮装置は、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り、水酸化ナトリウム水溶液の、ＮａＯＨ濃度の上昇によるＢＰＲの上昇に対応して、蒸発濃縮部を複数段に分割し、ＮａＯＨ濃度の最適化、すなわち、ＢＰＲの過度の増大の抑制を図ったＭＶＲ式の蒸発濃縮装置である。したがって、理論的には、蒸発濃縮部を細かく分割し、蒸発濃縮部の数を増やすほど省エネルギー効果を図ることができるが、通常は、２段以上４段以下の範囲で分割することで、省エネルギー効果と設備コストの負荷とをバランスさせることができる。なお、蒸発濃縮部を、２段あるいは３段に分割することがより望ましい。
【0033】
また、既存の水酸化ナトリウムの蒸発濃縮装置を改造することによっても本発明の構成を備えた蒸発濃縮装置とすることができるが、既設装置を本発明の蒸発濃縮装置に改造する場合には、既存の設備が例えば２重効用あるいは３重効用のものであれば、そのまま蒸発濃縮部が２分割あるいは３分割された構成を維持することができる。
【0034】
しかし、既存設備において、蒸発濃縮部を構成する熱交換器の伝熱面積が小さく、圧縮機のヘッドを必要以上に高く設定することが必要になる場合には、適切な伝熱面積を有する熱交換器に更新することが望ましい。
【0035】
また、複数段の蒸発濃縮部として、供給液が最初に供給される段の第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第２蒸発濃縮部の２つの蒸発濃縮部を備え、圧縮機として、蒸気発生部から供給される水蒸気と、第１蒸発濃縮部で発生した水蒸気とを断熱圧縮して、第１蒸発濃縮部に加熱源として供給する第１圧縮機と、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、第１蒸発濃縮部で加熱に使用されなかった水蒸気と、第２蒸発濃縮部で発生した水蒸気とを断熱圧縮して、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構成とした場合、設備コストの増大を抑制しつつ、省エネルギー効率の高い蒸発濃縮装置を実現することが可能になる。
【0036】
また、第１蒸発濃縮部で加熱源として用いられ、凝縮したドレンが蒸気発生部に戻され、蒸気発生部で発生した水蒸気が第１蒸発濃縮部に加熱源として供給されるように構成した場合、第１蒸発濃縮部で凝縮したドレンを再利用することが可能になるとともに、通常は、常温より高い温度となるドレンを用いることにより、蒸気発生部における省エネルギーを図ることが可能になる。
【0037】
また、蒸気発生部と第１蒸発濃縮部を大気圧より低い圧力で操作し、第２蒸発濃縮部を大気圧より高い圧力で操作するようにした場合、熱回収熱交換器で回収した熱の温度レベルを上げるためのヒートポンプの負荷を抑制するとともに、第１圧縮機および第２圧縮機の負荷を抑制することが可能になり、省エネルギー効果をさらに向上させることができる。
【0038】
また、水酸化ナトリウムの濃度が低くＢＰＲが小さい第１蒸発濃縮部は大気圧より低い圧力で操作し、水酸化ナトリウムの濃度が高くＢＰＲが大きい第２蒸発濃縮部は大気圧より高い圧力で操作するようにした場合、第１圧縮機の吸込み圧力を大気圧より低い圧力とし、第２圧縮機の吸込み圧力を大気圧より高い圧力として操作することが可能になり、第１圧縮機および第２圧縮機の負荷を抑えることが可能になる。
【0039】
また、上述のように、第１予熱器～第４予熱器を備えた構成とすることにより、さらに熱エネルギーを効率よく回収して、省エネルギー効果を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0040】
【図1】本発明の一実施形態（実施形態１）にかかる水酸化ナトリウム水溶液の蒸発濃縮装置の構成を示すフローシートである。
【発明を実施するための形態】
【0041】
以下に本発明の実施形態を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。
【0042】
＜実施形態１＞
本実施形態にかかる水酸化ナトリウム水溶液の蒸発濃縮装置は、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る。
本実施形態にかかる水酸化ナトリウム水溶液の蒸発濃縮装置は、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る。
【0043】
図１に示すように、本実施形態にかかる水酸化ナトリウムの蒸発濃縮装置１００は、水酸化ナトリウム水溶液（供給液）を段階的に製品の濃度にまで蒸発濃縮するための複数段の蒸発濃縮部を備えている。
なお、本実施形態では、複数の蒸発濃縮部として、２段の蒸発濃縮部、すなわち、前の段（初段）の蒸発濃縮部である第１蒸発濃縮部１と、次の段（最終段）の蒸発濃縮部である第２蒸発濃縮部２とを備えた構成とされている。
なお、本実施形態では、複数の蒸発濃縮部として、２段の蒸発濃縮部、すなわち、前の段（初段）の蒸発濃縮部である第１蒸発濃縮部１と、次の段（最終段）の蒸発濃縮部である第２蒸発濃縮部２とを備えた構成とされている。
【0044】
具体的に説明すると、第１蒸発濃縮部１は、例えば、ＮａＯＨ濃度が２８ｗｔ％の供給液が供給され、ＮａＯＨ濃度が３７．４６ｗｔ％（中間濃度）になるまで蒸発濃縮が行われる段の蒸発濃縮部である。
【0045】
第２蒸発濃縮部２は、第１蒸発濃縮部１で濃縮されたＮａＯＨ濃度が３７．４６ｗｔ％の第１濃縮液（中間濃縮液）が供給され、ＮａＯＨ濃度が製品濃度である４８ｗｔ％になるまで蒸発濃縮が行われる段の蒸発濃縮部である。
【0046】
すなわち、本実施形態では、第１蒸発濃縮部１が、本発明における「供給液が最初に供給される段の蒸発濃縮部」となり、第２蒸発濃縮部２が、本発明における「水酸化ナトリウムの濃度が最も高くなる段の蒸発濃縮部」となる。
【0047】
また、本実施形態にかかる蒸発濃縮装置１００において、第１蒸発濃縮部１は、当該第１蒸発濃縮部１で発生した水蒸気を断熱圧縮して昇温させ、当該第１蒸発濃縮部１の加熱源として供給するように構成された第１圧縮機１１を備えている。
【0048】
さらに、第２蒸発濃縮部２は、当該第２蒸発濃縮部２で発生した水蒸気を断熱圧縮して昇温させ、当該第２蒸発濃縮部２の加熱源として供給するように構成された第２圧縮機１２を備えている。
【0049】
なお、本実施形態では、第１圧縮機１１として、大風量に対応しやすい遠心ファン式の圧縮機を用い、第２圧縮機１２として、圧縮比が高い場合にも適用可能なスクリュ式の圧縮機を用いている。
【0050】
また、蒸発濃縮装置１００は、ＮａＯＨ濃度が２８ｗｔ％の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１の加熱源となる水蒸気を発生させる蒸気発生部３を備えている。
【0051】
なお、本実施形態では、第１蒸発濃縮部１で加熱源として用いられ、凝縮したドレンが蒸気発生部３に戻されるように構成されている。このように構成することで、第１蒸発濃縮部１で凝縮した、通常は、常温より高い温度となるドレンを、蒸気発生部３で発生させる水蒸気の原料として再利用することが可能になり、省エネルギーを図るとともに、省資源にも資することができる。
【0052】
また、蒸発濃縮装置１００は、ＮａＯＨ濃度が最も高くなる段の蒸発濃縮部である第２蒸発濃縮部２で濃縮された第２濃縮液が有する熱を回収する熱回収熱交換器４と、熱回収熱交換器４にて第２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、蒸気発生部３に加熱源として供給するように構成された熱回収用のヒートポンプ５を備えている。
【0053】
また、蒸発濃縮装置１００は、蒸気発生部３から供給される水蒸気を、第１蒸発濃縮部１が備える初段側の圧縮機（第１圧縮機）１１に供給するための初段側供給路（第１供給路）６を備えており、第１供給路６は、第１蒸発濃縮部１で発生した水蒸気を第１圧縮機１１に供給するための第１供給ライン２６に接続されている。
また、蒸発濃縮装置１００は、第１蒸発濃縮部１に加熱源として供給された水蒸気（すなわち、蒸気発生部３で発生した水蒸気と、第１蒸発濃縮部１で発生した水蒸気とを第１圧縮機１１で圧縮した圧縮蒸気）のうち、第１蒸発濃縮部１の加熱に使用されなかった水蒸気を圧縮機（第２圧縮機）１２に供給するための後段側供給路（第２供給路）７を備えており、第２供給路７は、第２蒸発濃縮部２で発生した水蒸気を第２圧縮機１２に供給するための第２供給ライン２７に接続されている。
また、蒸発濃縮装置１００は、第１蒸発濃縮部１に加熱源として供給された水蒸気（すなわち、蒸気発生部３で発生した水蒸気と、第１蒸発濃縮部１で発生した水蒸気とを第１圧縮機１１で圧縮した圧縮蒸気）のうち、第１蒸発濃縮部１の加熱に使用されなかった水蒸気を圧縮機（第２圧縮機）１２に供給するための後段側供給路（第２供給路）７を備えており、第２供給路７は、第２蒸発濃縮部２で発生した水蒸気を第２圧縮機１２に供給するための第２供給ライン２７に接続されている。
【0054】
したがって、第１圧縮機１１には、第１蒸発濃縮部１で蒸発した水蒸気と、蒸気発生部３で発生した水蒸気とが供給されることになる。
【0055】
また、第２圧縮機１２には、第２蒸発濃縮部２で蒸発した水蒸気と、第１蒸発濃縮部１に加熱源として供給された水蒸気のうち第１蒸発濃縮部１で加熱に使用されなかった（凝縮しなかった）水蒸気とが供給されることになる。
【0056】
そして、本実施形態にかかる蒸発濃縮装置１００においては、第１蒸発濃縮部１が備える第１圧縮機１１、および、第２蒸発濃縮部２が備える第２圧縮機１２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。
【0057】
具体的には、後述するように、断熱圧縮前の水蒸気温度が８６．５℃、第１圧縮機１１における断熱圧縮後の水蒸気温度が１２０℃となるように構成されており、第１圧縮機で断熱圧縮することにより、断熱圧縮後の水蒸気温度（１２０℃）が、断熱圧縮前の水蒸気温度（８６．５℃）よりも、３３．５℃高くなるように構成されている。
【0058】
また、後述するように、第２圧縮機１２では、断熱圧縮前の水蒸気温度が１２０℃、断熱圧縮後の水蒸気温度が１７０℃となるように構成されており、第２圧縮機で断熱圧縮することにより、断熱圧縮後の水蒸気温度（１７０℃）が、断熱圧縮前の水蒸気温度（１２０℃）よりも、５０℃高くなるように構成されている。
【0059】
また、本実施形態にかかる蒸発濃縮装置１００は、蒸気発生部３と第１蒸発濃縮部１が大気圧より低い圧力で操作され、第２蒸発濃縮部２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。
【0060】
なお、第１蒸発濃縮部１には、真空吸引ライン２２が接続されており、真空吸引手段（真空ポンプ）２１によって吸引することにより系内を所定の減圧状態とすることができるように構成されている。
【0061】
すなわち、真空吸引ライン２２には、コンデンサ２３、圧力制御弁２４が配設されているとともに、第１蒸発濃縮部１で発生した水蒸気を第１圧縮機１１に供給するための第１供給ライン２６には、圧力指示調節計（ＰＩＣ）２５が接続されており、圧力制御弁２４とＰＩＣ２５とが連携して、系内の圧力を調整することができるように構成されている。
【0062】
本実施形態においては、第１圧縮機１の吸込み圧力が大気圧より低い圧力となり、第２圧縮機２の吸込み圧力が大気圧より高い圧力となるように構成されている。
【0063】
また、本実施形態にかかる蒸発濃縮装置１００は、さらに、第１蒸発濃縮部１における第１濃縮液の循環などに用いられる第１ポンプ４１、第２蒸発濃縮部２における第２濃縮液の循環などに用いられる第２ポンプ４２、蒸気発生部において水の循環などに用いられる蒸気発生部用ポンプ４３を備えている。
【0064】
本実施形態にかかる蒸発濃縮装置１００は、上述のように構成されており、第１蒸発濃縮部１が備える第１圧縮機１１における、断熱圧縮後の水蒸気温度（１２０℃）が、断熱圧縮前の水蒸気温度（８６．５℃）よりも３３．５℃高く、第２蒸発濃縮部２が備える第２圧縮機１２における、断熱圧縮後の水蒸気温度（１７０℃）が、断熱圧縮前の水蒸気温度（１２０℃）より５０℃高くなるように構成されており、第１圧縮機１１および第２圧縮機１２における断熱圧縮による昇温幅が２０℃以上６０℃以下の範囲に収まるように構成されていることから、圧縮機にかかる負荷を抑制して、省エネルギー性に優れ、ＣＯ2排出量の少ない水酸化ナトリウム水溶液の蒸発濃縮装置を実現することができる。
【0065】
また、本実施形態にかかる蒸発濃縮装置１００においては、蒸気発生部３と第１蒸発濃縮部１が大気圧より低い圧力で操作され、第２蒸発濃縮部２が大気圧より高い圧力で操作され、第１圧縮機の吸込み圧力が大気圧より低く、第２圧縮機の吸込み圧力が大気圧より高くなるように構成されていることから、第１圧縮機１１および第２圧縮機１２における断熱圧縮による昇温幅を、上述のように圧縮機への負荷が小さく、ＣＯ2排出量の少ない、２０℃以上６０℃以下の範囲とすることができる。
【0066】
なお、本発明の蒸発濃縮装置において、蒸発濃縮部を、第１蒸発濃縮部１と第２蒸発濃縮部の２つに分割する場合、通常は、
（ａ）第１蒸発濃縮部１では、ＮａＯＨ濃度が２６～３２ｗｔ％の供給液を、ＮａＯＨ濃度が３３～４０ｗｔ％の中間濃度にまで濃縮するとともに、第１圧縮機１１の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２３～３０℃の範囲で高くなるように構成し、
（ｂ）第２蒸発濃縮部２では、上述のような中間濃度（３３～４０ｗｔ％）にまで濃縮された第１濃縮液（中間濃縮液）を、ＮａＯＨ濃度が４８～５０ｗｔ％の製品濃度にまで濃縮するとともに、第２圧縮機１２の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４３～５０℃の範囲で高くなるように構成することが好ましい。
（ａ）第１蒸発濃縮部１では、ＮａＯＨ濃度が２６～３２ｗｔ％の供給液を、ＮａＯＨ濃度が３３～４０ｗｔ％の中間濃度にまで濃縮するとともに、第１圧縮機１１の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２３～３０℃の範囲で高くなるように構成し、
（ｂ）第２蒸発濃縮部２では、上述のような中間濃度（３３～４０ｗｔ％）にまで濃縮された第１濃縮液（中間濃縮液）を、ＮａＯＨ濃度が４８～５０ｗｔ％の製品濃度にまで濃縮するとともに、第２圧縮機１２の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４３～５０℃の範囲で高くなるように構成することが好ましい。
【0067】
また、本実施形態にかかる蒸発濃縮装置１００は、図１に示すように、第１蒸発濃縮部１に供給される供給液と、第２蒸発濃縮部２で濃縮された第２濃縮液との熱交換を行う第１予熱器３１と、第１蒸発濃縮部１に供給される供給液と、第１圧縮機１１から加熱源として第１蒸発濃縮部１に供給された水蒸気が凝縮したドレンと第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３２と、第１蒸発濃縮部１からの第１濃縮液と、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３３と、第１濃縮液と、第２圧縮機１２から加熱源として第２蒸発濃縮部２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３４と、を備えている。
【0068】
そして、第１予熱器３１および第２予熱器３２で予熱された供給液が第１蒸発濃縮部１に供給され、第３予熱器３３および第４予熱器３４で予熱された第１濃縮液が第２蒸発濃縮部２に供給されるように構成されている。
【0069】
本実施形態にかかる蒸発濃縮装置１００は、上述のように、第１予熱器３１、第２予熱器３２、第３予熱器３３、および第４予熱器３４を備えているため、熱エネルギーを効率よく回収して、省エネルギー効果、ＣＯ2排出量削減効果をさらに向上させることができる。
【0070】
次に、図１を参照しつつ、本発明の実施形態にかかる蒸発濃縮装置１００の設計条件などについてさらに詳しく説明する。
【0071】
［供給液と濃縮液の条件］
本実施形態では、第１蒸発濃縮部１に供給される供給液（原料液）、および、第２蒸発濃縮部２から回収される濃縮液（製品）の条件は以下の通りである。
（ａ）供給液
・供給液（原料液）の第１蒸発濃縮部への供給量:１５０００ｋｇ／ｈｒ
・供給液（原料液）のＮａＯＨ濃度：２８ｗｔ％
なお、供給液（原料液）は食塩（ＮａＣｌ）の電解装置から供給される、ＮａＯＨ濃度が２８ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液である。
（ｂ）濃縮液
・濃縮液（製品）の回収量：８７５０ｋｇ／ｈｒ
・濃縮液（製品）のＮａＯＨ濃度：４８ｗｔ％
・全蒸発量：６２５０ｋｇ／ｈｒ
濃縮液は、製品として出荷される、ＮａＯＨ濃度が４８ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液である。
本実施形態では、第１蒸発濃縮部１に供給される供給液（原料液）、および、第２蒸発濃縮部２から回収される濃縮液（製品）の条件は以下の通りである。
（ａ）供給液
・供給液（原料液）の第１蒸発濃縮部への供給量:１５０００ｋｇ／ｈｒ
・供給液（原料液）のＮａＯＨ濃度：２８ｗｔ％
なお、供給液（原料液）は食塩（ＮａＣｌ）の電解装置から供給される、ＮａＯＨ濃度が２８ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液である。
（ｂ）濃縮液
・濃縮液（製品）の回収量：８７５０ｋｇ／ｈｒ
・濃縮液（製品）のＮａＯＨ濃度：４８ｗｔ％
・全蒸発量：６２５０ｋｇ／ｈｒ
濃縮液は、製品として出荷される、ＮａＯＨ濃度が４８ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液である。
【0072】
［第１蒸発濃縮部の条件］
・供給液（ＮａＯＨ濃度：２８ｗｔ％）を、中間濃度であるＮａＯＨ：３７．４６ｗｔ％にまで濃縮する。
・供給液量：１５０００ｋｇ／ｈｒ
・蒸発量：３７９０ｋｇ／ｈｒ
・第１濃縮液（中間濃縮液）（ＮａＯＨ：３７．４６ｗｔ％）の回収量（第２蒸発濃縮部に供給される液量）：１１２１０ｋｇ／ｈｒ
［第２蒸発濃縮部の条件］
・第１濃縮液（中間濃縮液）（ＮａＯＨ濃度３７．４６ｗｔ％）を、製品濃度のＮａＯＨ４８ｗｔ％にまで濃縮する。
・第２蒸発濃縮部への第１濃縮液の供給量：１１２１０ｋｇ／ｈｒ
・蒸発量：２４６０ｋｇ／ｈｒ
・ＮａＯＨ:４８ｗｔ％の第２濃縮液（製品）の回収量：８７５０ｋｇ／ｈｒ
・供給液（ＮａＯＨ濃度：２８ｗｔ％）を、中間濃度であるＮａＯＨ：３７．４６ｗｔ％にまで濃縮する。
・供給液量：１５０００ｋｇ／ｈｒ
・蒸発量：３７９０ｋｇ／ｈｒ
・第１濃縮液（中間濃縮液）（ＮａＯＨ：３７．４６ｗｔ％）の回収量（第２蒸発濃縮部に供給される液量）：１１２１０ｋｇ／ｈｒ
［第２蒸発濃縮部の条件］
・第１濃縮液（中間濃縮液）（ＮａＯＨ濃度３７．４６ｗｔ％）を、製品濃度のＮａＯＨ４８ｗｔ％にまで濃縮する。
・第２蒸発濃縮部への第１濃縮液の供給量：１１２１０ｋｇ／ｈｒ
・蒸発量：２４６０ｋｇ／ｈｒ
・ＮａＯＨ:４８ｗｔ％の第２濃縮液（製品）の回収量：８７５０ｋｇ／ｈｒ
【0073】
［第１圧縮機の条件（仕様）］
・水蒸気量：３７９０ｋｇ／ｈｒ
・第１圧縮機の動力:３８２．９ｋＷ
・断熱圧縮前の水蒸気の温度（吸込温度）:８６．５℃
・断熱圧縮後の水蒸気の温度:１２０℃
・断熱圧縮による温度上昇幅：３３．５℃（１２０℃－８６．５℃）
なお、断熱圧縮による温度上昇幅：３３．５℃は、第１蒸発濃縮部における第１濃縮液（中間濃縮液）（ＮａＯＨ濃度：３７．４６ｗｔ％）のＢＰＲ２８．５℃、第１蒸発濃縮部における熱交換器の温度差５℃を考慮した値である。
２８．５℃＋５℃＝３３．５℃
・水蒸気量：３７９０ｋｇ／ｈｒ
・第１圧縮機の動力:３８２．９ｋＷ
・断熱圧縮前の水蒸気の温度（吸込温度）:８６．５℃
・断熱圧縮後の水蒸気の温度:１２０℃
・断熱圧縮による温度上昇幅：３３．５℃（１２０℃－８６．５℃）
なお、断熱圧縮による温度上昇幅：３３．５℃は、第１蒸発濃縮部における第１濃縮液（中間濃縮液）（ＮａＯＨ濃度：３７．４６ｗｔ％）のＢＰＲ２８．５℃、第１蒸発濃縮部における熱交換器の温度差５℃を考慮した値である。
２８．５℃＋５℃＝３３．５℃
【0074】
［第２圧縮機の条件（仕様）］
・水蒸気量：２４６０ｋｇ／ｈｒ
・第２圧縮機の動力:３４６．９ｋＷ
・断熱圧縮前の水蒸気の温度（吸込温度）:１２０℃
・断熱圧縮後の水蒸気の温度:１７０℃
・断熱圧縮による温度上昇幅：５０℃（１７０℃－１２０℃）
なお、断熱圧縮による温度上昇幅：５０℃は、第２蒸発濃縮部における濃縮液（ＮａＯＨ濃度：４８ｗｔ％）のＢＰＲ４４℃、第２蒸発濃縮部における熱交換器の温度差が６℃を考慮した値である。
４４℃＋６℃＝５０℃
［熱回収用のヒートポンプの条件］
・型式：コベルコ・コンプレッサ株式会社製ＨＲ－９５
・水蒸気量：１３２ｋｇ／ｈｒ
・動力７．３８ｋＷ
・ＣＯＰ：７．５
［装置全体の総合ＣＯＰ］
水の全蒸発量：３７９０ｋｇ＋２４６０ｋｇ＝６２５０ｋｇ
ここで、水の全蒸発量６２５０ｋｇは３９２５ｋＷに相当
全動力＝３８２．９ｋＷ＋３４６．９ｋＷ＋７．３８ｋＷ＝７３７．１８ｋＷ
総合ＣＯＰ＝全蒸発量÷全動力
＝３９２５ｋＷ÷７３７．１８ｋＷ＝５．３２
以上のように、本実施形態にかかる蒸発濃縮装置１００の総合ＣＯＰは５．３２となる。
［ＣＯ2排出量］
ここで、本実施形態にかかる蒸発濃縮装置１００におけるＣＯ2排出量と、従来の蒸気加熱式の多重効用蒸発濃縮装置におけるＣＯ2排出量との比較を行う。
なお、従来技術として、効率が良好であるとされる蒸気加熱式の３重効用蒸発濃縮装置を例にとって説明する。
（１）蒸気加熱式の３重効用蒸発濃縮装置（従来の蒸発濃縮装置）
・水の蒸発量：６２５０ｋｇ／ｈｒ
・ＣＯＰ：２．１６
・蒸気量＝水の蒸発量÷ＣＯＰ（２．１６）
＝６２５０ｋｇ／ｈｒ÷２．１６
＝２８９４ｋｇ／ｈｒ
ここで、蒸気量２８９４ｋｇ／ｈｒは１８１７ｋＷに相当
・年間運転時間：８０００ｈｒ
・ＣＯ2排出係数：０．０００２１６ｔ／ｋＷｈ（温対法の産業用蒸気排出係数）
・ＣＯ2排出量：１８１７ｋＷ×８０００ｈｒ×０．０００２１６ｔ／ｋＷ＝３１４０ｔ／年
（２）本実施形態にかかる蒸発濃縮装置
・水の蒸発量：６２５０ｋｇ／ｈｒ
・ＣＯＰ：５．３２
・電力量：７３７．１８ｋＷｈ
・年間運転時間：８０００ｈｒ
・ＣＯ2排出係数：０．０００３５１ｔ／ｋＷｈ（関西電力２０２０年度実績）
・ＣＯ2排出量：７３７．１８ｋＷ×８０００ｈｒ×０．０００３５１ｔ／ｋＷ＝２０７０ｔ／年
（３）ＣＯ2削減量および削減率
・ＣＯ2削減量
３１４０ｔ／年―２０７０ｔ／年＝１０７０ｔ／年
本実施形態にかかる蒸発濃縮装置の場合、従来の蒸気加熱式の３重効用蒸発濃縮装置に比べて、ＣＯ2の排出量を年間１０７０ｔ削減することができる。
・ＣＯ2削減率
１－（２０７０ｔ／３１４０ｔ）×１００＝３４．０７％
このように、本実施形態の蒸発濃縮装置を用いた場合、従来の蒸気加熱式の３重効用蒸発濃縮装置に比べて、ＣＯ2の排出量を３４．０７％削減することが可能になることがわかる。
・水蒸気量：２４６０ｋｇ／ｈｒ
・第２圧縮機の動力:３４６．９ｋＷ
・断熱圧縮前の水蒸気の温度（吸込温度）:１２０℃
・断熱圧縮後の水蒸気の温度:１７０℃
・断熱圧縮による温度上昇幅：５０℃（１７０℃－１２０℃）
なお、断熱圧縮による温度上昇幅：５０℃は、第２蒸発濃縮部における濃縮液（ＮａＯＨ濃度：４８ｗｔ％）のＢＰＲ４４℃、第２蒸発濃縮部における熱交換器の温度差が６℃を考慮した値である。
４４℃＋６℃＝５０℃
［熱回収用のヒートポンプの条件］
・型式：コベルコ・コンプレッサ株式会社製ＨＲ－９５
・水蒸気量：１３２ｋｇ／ｈｒ
・動力７．３８ｋＷ
・ＣＯＰ：７．５
［装置全体の総合ＣＯＰ］
水の全蒸発量：３７９０ｋｇ＋２４６０ｋｇ＝６２５０ｋｇ
ここで、水の全蒸発量６２５０ｋｇは３９２５ｋＷに相当
全動力＝３８２．９ｋＷ＋３４６．９ｋＷ＋７．３８ｋＷ＝７３７．１８ｋＷ
総合ＣＯＰ＝全蒸発量÷全動力
＝３９２５ｋＷ÷７３７．１８ｋＷ＝５．３２
以上のように、本実施形態にかかる蒸発濃縮装置１００の総合ＣＯＰは５．３２となる。
［ＣＯ2排出量］
ここで、本実施形態にかかる蒸発濃縮装置１００におけるＣＯ2排出量と、従来の蒸気加熱式の多重効用蒸発濃縮装置におけるＣＯ2排出量との比較を行う。
なお、従来技術として、効率が良好であるとされる蒸気加熱式の３重効用蒸発濃縮装置を例にとって説明する。
（１）蒸気加熱式の３重効用蒸発濃縮装置（従来の蒸発濃縮装置）
・水の蒸発量：６２５０ｋｇ／ｈｒ
・ＣＯＰ：２．１６
・蒸気量＝水の蒸発量÷ＣＯＰ（２．１６）
＝６２５０ｋｇ／ｈｒ÷２．１６
＝２８９４ｋｇ／ｈｒ
ここで、蒸気量２８９４ｋｇ／ｈｒは１８１７ｋＷに相当
・年間運転時間：８０００ｈｒ
・ＣＯ2排出係数：０．０００２１６ｔ／ｋＷｈ（温対法の産業用蒸気排出係数）
・ＣＯ2排出量：１８１７ｋＷ×８０００ｈｒ×０．０００２１６ｔ／ｋＷ＝３１４０ｔ／年
（２）本実施形態にかかる蒸発濃縮装置
・水の蒸発量：６２５０ｋｇ／ｈｒ
・ＣＯＰ：５．３２
・電力量：７３７．１８ｋＷｈ
・年間運転時間：８０００ｈｒ
・ＣＯ2排出係数：０．０００３５１ｔ／ｋＷｈ（関西電力２０２０年度実績）
・ＣＯ2排出量：７３７．１８ｋＷ×８０００ｈｒ×０．０００３５１ｔ／ｋＷ＝２０７０ｔ／年
（３）ＣＯ2削減量および削減率
・ＣＯ2削減量
３１４０ｔ／年―２０７０ｔ／年＝１０７０ｔ／年
本実施形態にかかる蒸発濃縮装置の場合、従来の蒸気加熱式の３重効用蒸発濃縮装置に比べて、ＣＯ2の排出量を年間１０７０ｔ削減することができる。
・ＣＯ2削減率
１－（２０７０ｔ／３１４０ｔ）×１００＝３４．０７％
このように、本実施形態の蒸発濃縮装置を用いた場合、従来の蒸気加熱式の３重効用蒸発濃縮装置に比べて、ＣＯ2の排出量を３４．０７％削減することが可能になることがわかる。
【0075】
なお、上記実施形態では、第１蒸発濃縮部１と、第２蒸発濃縮部２の２段の蒸発濃縮部を備えた蒸発濃縮装置について説明したが、本発明において、蒸発濃縮部の段数には特別の制約はない。ただし、通常は、２段以上４段以下の範囲で分割することで、省エネルギー効果と設備コストの負荷とをバランスさせることが可能になり、好ましい。
【0076】
本発明は、さらにその他の点においても上記実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲内において、応用、変形を加えることが可能である。
【符号の説明】
【0077】
１００ 水酸化ナトリウム水溶液の蒸発濃縮装置
１ 第１蒸発濃縮部
２ 第２蒸発濃縮部
３ 蒸気発生部
４ 熱回収熱交換器
５ 熱回収用のヒートポンプ
６ 初段側供給路（第１供給路）
７ 後段側供給路（第２供給路）
１１ 第１圧縮機
１２ 第２圧縮機
２１ 真空ポンプ
２２ 真空吸引ライン
２３ コンデンサ
２４ 圧力制御弁
２５ 圧力指示調節計
２６ 第１供給ライン
２７ 第２供給ライン
３１ 第１予熱器
３２ 第２予熱器
３３ 第３予熱器
３４ 第４予熱器
４１ 第１ポンプ
４２ 第２ポンプ
４３ 蒸気発生部用ポンプ
１ 第１蒸発濃縮部
２ 第２蒸発濃縮部
３ 蒸気発生部
４ 熱回収熱交換器
５ 熱回収用のヒートポンプ
６ 初段側供給路（第１供給路）
７ 後段側供給路（第２供給路）
１１ 第１圧縮機
１２ 第２圧縮機
２１ 真空ポンプ
２２ 真空吸引ライン
２３ コンデンサ
２４ 圧力制御弁
２５ 圧力指示調節計
２６ 第１供給ライン
２７ 第２供給ライン
３１ 第１予熱器
３２ 第２予熱器
３３ 第３予熱器
３４ 第４予熱器
４１ 第１ポンプ
４２ 第２ポンプ
４３ 蒸気発生部用ポンプ
【図1】