自己熱再生に基づく省エネルギーな海水淡水化プロセス実現のための基礎研究

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エネルギー消費量が少なく、濃縮海水が生じない革新的な海水淡水化プロセスを実現するために、自己熱再生に基づく流動層蒸発器を利用した新たなプロセスを提案した。本プロセスでは海水は顕熱交換器で予熱されたのち、スケールが析出しない回収率(供給する海水のうち淡水として取り出す割合)まで濃縮プロセスで処理される。残渣であるブラインは流動層蒸発器を用いた乾燥プロセスで処理される。先行研究から、流動層蒸発器に海水を供給すると層内の流動状態が変化して層底部に凝集体が堆積し、非流動化が生じる可能性が高くなることが報告されている。非流動化が生じると伝熱速度、スケール抑制効果が低下し、流動層を蒸発器として利用することが困難になる。そこで、省エネルギーで濃縮海水が生じない革新的な海水淡水化プロセスを実現するために、流動層蒸発器で実験を行い、層内温度、海水供給速度が流動状態に与える影響について検討を行った。同時にこれらが流動状態に与える影響を明らかにするために流動状態のモデル化を行った。本モデルは実験結果とよく一致し、層内の流動挙動を説明できることを確認した。さらに、構築したモデルとエクセルギー解析を用いて、提案したプロセスの省エネルギー化について検討を行うとともに、プロセスシミュレーターを用いて提案したプロセス全体のエネルギー消費量を試算した。その結果、提案したプロセスのエネルギー消費量は既存の蒸発法と比べて70～80%程度削減できることを明らかにした。海水淡水化プロセスでは、蒸発法だけでなく逆浸透膜法など様々な方法が提案されており、プロセスごとに製造した淡水の塩分濃度や、回収率、前処理の負荷、エネルギー消費量などが異なる。そこで、エネルギー消費量だけでなくそれ以外の特徴についても検討を行い提案したプロセスとの比較を行った。