CN103357189B - 热交换型蒸馏装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热交换型蒸馏装置，具备：高压塔；低压塔，其通过将具有板式塔部或填充塔部的部位以及浓缩部相当部分合并而成，浓缩部相当部分在浓缩部内相当于比位于最下部的热交换部靠下侧的部位且以与回收部连续的方式位于低压塔内的回收部的顶部上方；第一配管，其经由将积存在高压塔塔底部的液体向浓缩部相当部分压力输送的机构，使高压塔的塔底部与浓缩部相当部分连通；热交换器；第二配管，其使浓缩部相当部分与低压塔的下部内的热交换器连通；压缩器，其将来自浓缩部相当部分的蒸气压缩而向低压塔的下部内的热交换器输送；第三配管，其将经过了低压塔的下部内的热交换器的流体导入高压塔的塔底部。通过这样的装置结构能够进一步实现节能化。

Description

热交换型蒸馏装置

技术领域

本发明涉及一种用于实施广泛应用于诸多工业流程中的蒸馏操作的蒸馏装置，尤其涉及一种热交换型蒸馏装置。

背景技术

蒸馏分离操作被普遍广泛地应用于工业流程，但也是能量消耗非常大的单元操作。因此在产业界中正在进行能够减少能量消耗的蒸馏装置的研究。在这样的研究中，作为节能性优异的蒸馏装置，正在进行内部热交换型蒸馏塔(Heat Integrated DistillationColumn，以下称为HIDiC)的开发。

该HIDiC的基本系统如图1所示，具有将浓缩部(高压部)和回收部(低压部)分离排列的结构。并且，为了使浓缩部的操作温度高于回收部的操作温度，而使浓缩部的操作压力高于回收部的操作压力。由此，若在两者间存在热交换面，则从浓缩部向回收部产生热移动，因此能够减小重沸器的热输入量。而且由于浓缩部的热量向回收部移动，因此能够减小冷凝器的除热量。因此，成为能量效率极高的蒸馏装置。

为了实现这种HIDiC的实用化，提出了多种双重管结构的蒸馏装置，该双重管结构由形成浓缩部的内管与形成回收部的外管构成(例如参照专利文献1)。这样的结构由于从浓缩部(内管)向回收部(外管)产生热移动，因此能够减小重沸器中的热输入量和冷凝器中的除热量。

然而，如专利文献1：日本特开2004-16928号公报公开那样，浓缩部和回收部以双重管结构构筑的热交换型蒸馏装置存在如下的1)～6)的课题。

1)无法进行产物的侧馏(side cut)。侧馏是指将得到最终馏出产物之前的蒸馏流程过程中的产物抽出作为中间分馏产物的情况。

在专利文献1记载的蒸馏装置中，将双重管结构的管单元组以彼此相接的方式配置。而且，向外管及内管填充规则填充物。因此，无法以从各管单元的内管取出中间分馏产物的方式形成配管，其结果是无法实现侧馏。

2)无法进行原料供给段(送料段)的优化。这是因为，在由双重管结构构筑的浓缩部和回收部中，各自的填充量相同，无法自由地设定浓缩部和回收部的段数。

3)无法对应于供给的原料而改变供给位置。这是因为如上述2)所述那样无法自由地设定送料段位置的结构的缘故。

4)无法应对多元送料(多个原料流的接受)。这是因为如上述1)所述那样无法向双重管的途中供给原料的结构的缘故。

5)装置的维护困难。如上述1)所述那样，由于使用了规则填充物的管单元彼此相邻而密集，因此无法完全地接近所希望的管单元，从而无法进行它们的维护。

6)使用了双重管的浓缩部与回收部之间的热交换量相对于传热面积没有设计上的自由度，仅依赖于蒸馏塔的温度分布，在装置设计中热交换量的设计上的自由度小。

在总传热系数为U，传热面积为A，浓缩部与回收部之间的温度差为ΔT时，浓缩部与回收部之间的热交换量Q由Q＝U×A×ΔT表示。在使用了双重管结构的HIDiC中，内管壁面成为传热面积。该传热面积是根据双重管的形状决定的固定值。关于总传热系数，是根据传热结构及进行热交换的流体物性而决定的固定值。因此，从上述的热交换量算出式可知，设计时的热交换量只能根据因浓缩部和回收部的操作压力而变化的浓缩部与回收部之间的温度差进行变更。

作为能够解决上述课题的热交换型蒸馏装置，本申请人提出了专利文献2：日本专利第4803470号的装置的方案。

图2表示专利文献2公开的蒸馏装置的第一例。该蒸馏装置具备：浓缩塔1；配置在比浓缩塔1高的位置上的回收塔2；使回收塔的塔顶部2c与浓缩塔的塔底部1a连通的第一配管23；对来自回收塔的塔顶部2c的蒸气进行压缩而向浓缩塔的塔底部1a输送的压缩器4。而且，蒸馏装置还具备：配置在浓缩塔1的规定的段上的管束型的热交换器8；配置在回收塔2的规定的段上，从该规定的段将一部分的液体向塔外部抽出的抽液部2d；将来自抽液部2d的液体向热交换器8导入的第二配管24；将经由第二配管24向热交换器8导入之后从热交换器8流出的流体向抽液部2d的正下方的段导入的第三配管25。

在这样的图2的结构中，利用第二配管24使液体从回收塔2向浓缩塔1的热交换器8流动，利用热交换器8夺取浓缩塔1内的蒸气的热量，通过第三配管25能够使该热量从浓缩塔1向回收塔2移动。而且，液体因重力而从回收塔2向浓缩塔1流动，由此，热交换器8内的流体被从浓缩塔1向回收塔2压出。即，本方式的结构成为热虹吸方式，因此在从浓缩塔1向铅垂方向上侧的回收塔2的送液中不需要泵等压力输送机构。

进而，图3示出在专利文献2中公开的蒸馏装置的第二例。该蒸馏装置具备：浓缩塔1、配置在比浓缩塔1高的位置上的回收塔2、使回收塔的塔顶部2c与浓缩塔的塔底部1a连通的第一配管23、将来自回收塔的塔顶部2c的蒸气压缩而向浓缩塔的塔底部1a输送的压缩器4。进而，蒸馏装置还具备：设置在回收塔2的规定的段上而积存从上流下的液体的积液部2e、配置在积液部2e内的热交换器8、设置在浓缩塔1的规定的位置上且将上下的段完全分隔的分隔板16、将分隔板16的下侧的蒸气向热交换器8导入的第二配管29、将经由第二配管29向热交换器8导入后从热交换器8流出的流体向分隔板16的上侧导入的第三配管30。

在这样的图3的结构中，能够通过第二配管29将浓缩塔1内的蒸气向塔外抽出，并将该蒸气导入回收塔2内的热交换器8，从而能够使浓缩塔1的热量向回收塔2移动。此外，浓缩塔1内的高压蒸气朝向回收塔2中的热交换器8而在第二配管29中上升，由此，在热交换器8内一部分或全部冷凝的流体从回收塔2被向塔外的第三配管30压出。由此，该结构在从回收塔2向铅垂方向下侧的浓缩塔1的液体输送中不需要泵等压力输送机构。

上述的图2及图3的装置结构与在一个塔中以原料供给位置为边界上侧为浓缩部而下侧为回收部的非内部热交换型的普通的蒸馏装置相比，能够减小安装在浓缩塔1的塔顶部的冷凝器7的除热量，此外，也能够减小安装在回收塔2的塔底部的重沸器3的热输入量。其结果是，能够提供能量效率高的蒸馏装置。

此外，由于能够使用与普通的蒸馏装置相同的板式(棚段)塔部或填充塔部来构成浓缩塔1、回收塔2，因此在侧馏、多元送料的实施中无需对装置进行特别的改进即能够应对，并且容易进行装置的维护。此外，依据同样的理由，在浓缩塔、回收塔的段数的设定中存在自由度，也能够进行原料供给段的优化。

此外，由于传热面积成为设计的自由度，因此能够不依赖塔内温度差地决定热交换量。

如以上那样，根据专利文献2记载的装置例(图2及图3)，能量效率优异，能够容易地应对侧馏的实施或送料段位置的设定，装置的维护也容易。而且，本发明的装置成为设计的自由度增加的装置结构，因此容易由使用者一方所接受。

然而，本申请发明者们对于图2及图3所示的蒸馏装置，以能量效率的进一步提高以及由使用者一方更容易接受的结构为目标，在各蒸馏装置例中存在需要克服的以下的课题。

即，在图2所示的蒸馏装置中采用如下的方法。利用塔外的配管24将回收塔2的任意段中的液体的一部分或全部抽出，向设置在浓缩塔1的任意段上的管束型热交换器8供给，在此进行热交换。然后，从回收塔2抽出的液体通过温度更高的浓缩塔1的蒸气而使一部分或全部气化，并在热虹吸效应下经由塔外的配管25在不利用泵等施加来自外部的能量的情况下返回至回收塔2的上述的液体抽出位置的正下方。从而进行上述的流体的循环。

在这种方法中，为了进行基于热虹吸效果的流体的循环而在管束型热交换器8的供给侧(塔外的配管24)需要液压差(水位差)。即，当配管24、25的沿着铅垂方向延伸的部分相应于从回收塔2抽出液体的液体抽出位置X与浓缩塔1的热交换器设置位置Y之间的距离(高度)变长时，进行热交换的流体的压力损失增加，因此，为了克服该压力损失使流体循环，而以热交换器8的入口位置(与热交换器8连接的配管24的端部)为基准的液压差也增大。然而，在热交换器8的管内，由于该液压差的增加，压力升高进而使沸点上升，因此与该沸点上升相应地，热交换器8中的导管内侧与导管外侧(壳)的实际的温度差变小。为了对之进行填补而需要增大浓缩塔1的压力，即需要提高压缩器4的压缩比来提升浓缩塔1内的温度。由此，在节能性的观点上还存在应改善的课题。

另一方面，在图3所示的蒸馏装置中采用以下所述的方法。在浓缩塔1的任意的段设置有将塔内上下完全分隔的分隔板16，通过配管29将从分隔板16的下方上来的全部的蒸气抽出至塔外，并向设置在回收塔2的任意的段上的管束型的热交换器8供给，在此进行热交换。然后，在热交换器8中一部分或全部冷凝后的流体在重力的作用下经由塔外的配管30向浓缩塔1内的分隔板16的上部流动，冷凝后的液体能够经由其它的配管31而向分隔板16的下方移动。进行这样的流体的循环。

由于设想通过这样的方法能够将浓缩塔1内的全部的蒸气抽出至塔外，因此成为在浓缩塔1内设置分隔板16并进一步经由塔外的配管31及控制阀17使从回收塔2输送至分隔板16上的冷凝液向分隔板16的下侧空间移动这样的复杂的结构。因此，在结构及制造成本的观点方面存在需要改善的课题。

进而，为了通过在分隔板16的上下产生压力损失而获得通过热交换器8的导管的流体的驱动力，需要使塔底部1a的压力比浓缩部1的塔顶部1c的压力大该分隔板16的上下的压力损失量。由此，需要将压缩器4的出口侧压力升高该塔底部1a侧的压力的提升量(即增大压缩比)。因此，在节能性的观点上存在可改善的课题。

为了解决上述的图2和图3的装置结构例的两方中的课题，本发明人等着眼于以下的实际情况。

在HIDiC的实用化中，当对在回收部与浓缩部之间进行侧热交换的段彼此进行了最适当的选定时，存在浓缩部的最下段不用于与回收部的热交换的情况。表示这种情况的HIDiC的示意性的结构的图为图4，表示这种情况的HIDiC的实施方式例的图是图5、图6。特别是，图5表示将图2的装置的热移动系统适用于图4的示意性结构，图6表示将图3的装置的热移动系统适用于图4的示意性结构。

参照图4～图6的结构可知，浓缩部下部1d的单段或多个段完全不参与热交换的情况很多。这种情况不仅限于板段，在填充层中也同样。在这样的结构中，温度最高的浓缩部下部1d未被有效利用于热交换。

若如图4～图6所示为浓缩部下部1d未使用于与回收部的热交换的结构，则不需要将压缩器4的出口配管与浓缩塔的塔底部1a(浓缩部最下部)连接。在浓缩部中的位于最下方的热交换部(紧靠浓缩部下部1d的上方的热交换部)上连接压缩器4的出口配管4a(参照图4～图6中的由虚线所示的连接状态)则更不会浪费热量。但是，当将压缩器4的出口配管4a不是与浓缩部最下部直接连接，而是与浓缩部中的位于最下方的热交换部直接连接时，由于在比其靠下方的浓缩部下部1d不存在气体，因此，将气液平衡作为分离原理的蒸馏操作不成立。故无法实现采用这种连接方法的装置。

为此，本申请发明者等考虑例如如图4所示，将与浓缩部下部1d相当的部位(图4中由虚线表示的部位)2g移动配置到回收塔上部的上方(换言之，即原料供给段2f的上方)。这样配置，流体的流动本身没有任何变化，而且若将浓缩部下部1d的段配置在原料供给段2f的上方，则能够使与浓缩部下部相当的部位2g在比浓缩塔1的压力低的回收塔2的压力下运转。其结果是，该部位2g的相对挥发度变大，能够减少原本进行分离操作所必要的能量(热量)本身。

此外，在如图4～图6中的虚线那样在紧靠浓缩部下部1d的上方的位置连接压缩器4的出口配管4a的情况下，来自压缩器4的出口配管4a的蒸气向浓缩塔1内供给，热量由此向回收塔2的下部的热交换部2h移动，并再次向连接有出口配管4a的浓缩塔1的位置返回。若这样，则本申请发明人等认为，无需特意将压缩器4的出口配管4a与浓缩塔1连接，而是使其与回收塔2的下部的热交换部2h直接连接，并且在此将热交换后的流体导入至浓缩塔1的装置结构更为良好。

在后详细说明基于上述考虑的装置结构，图5的装置结构成为图7的装置结构，图6的装置结构成为图8的装置结构。根据图7、图8的装置结构，在低压塔和高压塔的各几个段彼此间进行热交换的多个热移动系统中的、设置在低压塔下部与高压塔下部之间的1个热移动系统中，如图7、图8所示那样直接向低压塔下部的热交换器8输送来自压缩器4的高压蒸气，将该热交换器8中向低压塔下部赋予了热量的该高压蒸气导入浓缩塔1内。在该热移动系统中，解决了图2的装置结构的课题和图3的装置结构的课题这两方。其理由如下。

即，在图2及图5的装置例中，为了在浓缩部与回收部之间进行热交换而使用基于热虹吸效应的流体的循环，但为了实现该流体循环，在管束型热交换器8的供给侧(塔外的配管24)需要液位差(水位差)，存在损害节能性的课题。但是，图7的装置结构由于在一部分的热移动系统中不需要液位差，因此可以预见节能性的改善。

另一方面，在图3的装置例中，向浓缩塔1供给的高压蒸气通过塔外的配管29向回收塔2内移动，在回收塔2内的积液部2e的热交换器8中一部分或全部冷凝后的流体通过其它的配管30返回浓缩塔1。为此，需要通过分隔板16将浓缩塔1内完全分隔，在分隔板16的下侧空间连接配管29，在分隔板16的上侧空间连接配管30，并将分隔板16的下侧空间的压力设定得较高。这样的压力差的设定存在损害节能性的课题，但图8的装置结构由于在一部分热移动系统中不需要压力差，因此能够预见节能性的改善。

发明内容

本发明的目的在于解决上述那样的图2和图3的装置结构例这两方中的课题，实现进一步的节能化。

基于本发明的一种方案的热交换型蒸馏装置具备：

高压塔，其在具有作为浓缩部而被利用的板式塔部或填充塔部的部位中相当于比位于最下部的热交换部靠上的部位；

低压塔，其从所述高压塔观察时配置在上方，通过将具有作为回收部而被利用的板式塔部或填充塔部的部位以及浓缩部相当部分合并而成，所述浓缩部相当部分在所述浓缩部内相当于比位于最下部的所述热交换部靠下侧的部位。

并且，该浓缩部相当部分以与回收部连续的方式位于低压塔内的回收部的顶部的上方。

进而，在上述的方案中，还具备：

第一配管，其经由将积存在高压塔的塔底部的液体向低压塔内的浓缩部相当部分压力输送的机构，使高压塔的塔底部与低压塔内的浓缩部相当部分连通；

热交换器，其配置在低压塔的下部内的段(可以是最下段，也可以不是最下段)中；

第二配管，其使浓缩部相当部分与低压塔的下部内的所述热交换器连通；

压缩器，其设置于第二配管，将来自浓缩部相当部分的蒸气压缩而向低压塔的下部内的所述热交换器输送；

第三配管，其将经过了低压塔的下部内的热交换器的流体导入高压塔的塔底部。

在这样的方案中，通过将利用压缩器产生的高温蒸气向设置在低压塔的下部(但是，不局限于最下段)的热交换器导入，并将经过了该热交换器的流体向高压塔的下部导入，由此对低压塔的下部(但是，不局限于最下段)施加热量，并且能够将应向高压塔的最下部导入的流体冷却。如此，使用了第二、第三配管及低压塔内的热交换器的热移动系统(侧热交换部)如同在高压塔的最下部的段中设置有侧式冷凝器且在低压塔的下部的段(不局限于最下部)中设置有侧式重沸器的结构。由此，与不具备上述的热移动系统的蒸馏装置相比，能够减小冷凝器的除热量，也能够减小重沸器的热输入量。

尤其是，使在低压塔下部与高压塔下部之间能够进行热交换的上述的热移动系统向设于低压塔中的热交换器直接导入来自压缩器的高压蒸气，由此构成将通过该热交换器冷凝后的流体送入高压塔内的结构。即，为不需要图2的装置例那样的液位差(水位差)或图3的装置例那样的压力损失的结构。由此，与不需要液位差和压力损失相应地，节能性得以改善。此外，能够使与浓缩部下部相当的部位(浓缩部相当部分)在比高压塔的压力低的低压塔的压力下进行运转，因此与图4～图6的结构相比，能够使浓缩部相当部分的相对挥发度变大，降低原本进行分离操作所需要的能量(热量)本身。

根据以上的情况，能够提供能量效率极高的蒸馏装置。

此外，由于浓缩部、回收部或高压塔、低压塔使用与普通的蒸馏装置同样的板式塔部或填充塔部构成，因此无需对装置进行特别的改进即可应对侧馏、多元送料的实施，并且还能够容易进行装置的维护。此外，根据同样的理由，在浓缩部、回收部的段数的设定中存在自由度，也能够进行原料供给段的最佳化。

进而，由于传热面积成为设计的自由度，因此能够不依赖于塔内温度差而决定热交换量。

由此，根据本发明，能量效率优越，能够容易地应对侧馏的实施、馈送料段位置的设定，且容易进行装置的维护。此外，本发明的装置为增加了设计自由度的装置结构，因此容易被用户侧接受。

另外，根据本发明，能够解决图2和图3的装置结构例的两方中的课题，并进一步实现节能化。

附图说明

图1是表示HIDiC的基本结构的图；

图2是表示相关的先行技术的专利文献2中公开的蒸馏装置的一个例子的简要结构图；

图3是表示相关的先行技术的专利文献2中公开的蒸馏装置的另一示例的简要结构图；

图4是为了说明本申请发明的研究细节而示出的装置示意图；

图5是表示根据图4的示意性结构而实施了图2的装置结构的方式的图；

图6是表示根据图4的示意性结构而实施了图3的装置结构的方式的图；

图7是本发明的一实施方式的热交换型蒸馏装置的整体结构图；

图8是本发明的另一实施方式的热交换型蒸馏装置的整体结构图；

图9是表示配置在图7、图8的低压塔内的管束型热交换器的周边结构的图；

图10是配置在图7、图8的高压塔内的抽液部的结构图；

图11是表示配置在图7、图8的高压塔内的管束型热交换器的周边结构的图。

[符号说明]

1 浓缩塔(在图7、8的方式中称为高压塔。)

1a 塔底部

1b 板式塔部(或填充塔部)

1c 塔顶部

1d 浓缩塔下部

2 回收塔(在图7、8的方式中称为低压塔。)

2a 塔底部

2b 板式塔部(或填充塔部)

2c 塔顶部

2d 抽液部

2e 积液部

2f 原料供给段

2g 浓缩部相当部分

3 加热器(重沸器)

4 压缩器

4a 出口配管

5 搁板

6 压力输送机构

7 冷凝器(condenser)

8 管束型热交换器

9 积液用托盘

10、12、14 液体

11、13、18 蒸气(vapor)

15 积液用搁板

16 分隔板

21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31 配管

X 从回收塔抽出液体的液体抽出位置

Y 浓缩塔的热交换器设置位置

具体实施方式

本发明的热交换型蒸馏装置的基本特征在于，分别设置：使沿铅垂方向延伸的作为回收部利用的部位以及浓缩部相当部位合并而成的塔体(低压塔)、由沿铅垂方向延伸的浓缩部中的除了上述的浓缩部相当部位的部位构成的塔体(高压塔)，并使低压塔在从高压塔观察时配置在上方，所述浓缩部相当部位相当于设置在浓缩部的比侧热交换部中的最下段的部位靠下侧的部位。需要说明的是，非内部热交换型的普通的蒸馏装置由沿铅垂方向构建的塔构成，所述塔由塔底部、板式塔部(或填充塔部)、塔顶部构成，在板式塔部(或填充塔部)中，以原料供给位置为边界，上侧为浓缩部，下侧为回收部，与本发明的热交换型蒸馏装置完全不同。特别是，以下所说明的方式使用了本申请人已经提交的图2及图3的蒸馏装置这两结构。因此，对于与图2及图3所示的构成要素相同的部分使用相同的附图标记来说明本发明的实施方式例。

图7表示本发明的一实施方式的热交换型蒸馏装置的整体结构图。本实施方式的热交换型蒸馏装置具有：高压塔1，其是浓缩部中的除了与比在最下部进行侧热交换的部位更靠下侧的段相当的部位的、剩余的部位；低压塔2，其通过将从高压塔1观察时配置在上方的全部回收部和上述的浓缩部下部合并构成。高压塔1包括塔底部1a、板式塔部(或填充塔部)1b、塔顶部1c。低压塔2包括塔底部2a、板式塔部(或填充塔部)2b、塔顶部2c、后述的浓缩部下部2g。

进而，如在发明内容中使用图4和图5说明那样，本实施方式的高压塔1与从图5的浓缩塔1切去浓缩部下部1d而剩下的部位(浓缩部上部)相当，与该切去的浓缩部下部1d相当的部位(以下，称为浓缩部相当部分2g。)配置在低压塔2的回收部顶部2c的上方。在如上述能够将低压塔上部作为浓缩部相当部分2g使用的结构中，能够使浓缩部相当部分2g在比图5的浓缩塔1的压力低的低压塔2的压力下运转。因此，浓缩部相当部分2g的相对挥发度变大，能够减少原本进行分离操作所必要的能量(热量)本身。

板式塔部1b、2b是在塔内设置了几个水平的搁板(托盘)的类型的塔。将各个搁板间的空间称为段。在各段中促进气液接触并进行物质移动的结果是，将富含挥发性较高的成分的气相向上方的段传送，使富含挥发性较低的成分的液相向下方的段流落，再与新的液相或气相进行气液接触并进行物质移动。这样的话，越靠塔的上部的段越富含挥发性高的成分，越靠下部的段越富含挥发性低的成分，由此进行蒸馏操作。

能够置换为板式塔部的填充塔部是向中空的塔内放入某些填充物，并在其表面进行气液接触的类型的塔。通过与板式塔部相同的机构，越靠塔的上部越富含挥发性高的成分，越靠下部越富含挥发性低的成分，由此进行蒸馏操作。需要说明的是，在图7中，虽然板式塔部1b、2b(或填充塔部)的内部描绘成空白，但实际上采用上述那样的结构。

进而，对高压塔1及低压塔2分别进行独立的详细说明。首先说明低压塔2。

在低压塔2的塔底部2a的外侧配设有被称为重沸器的加热器3，配管21从塔底部2a的空间下部经由加热器3向塔底部2a的空间上部设置。由此，在低压塔2的板式塔部2b(或填充塔部)流下的液体积存于塔底部2a，该液体的一部分通过加热器3被加热而成为蒸气并向塔顶上升。此外，通过配管22能够从塔底部2a的最底部得到富含挥发性低的成分的残液。

低压塔2内的回收部顶部2c为供给原料的位置，在该部位设有原料供给段2f。如上所述，在低压塔2内的回收部的上方(即原料供给段2f的上方)配置有浓缩部相当部分2g。浓缩部相当部分2g和低压塔2内的回收部塔顶部2c以内部相通的方式连续。在本实施方式中，将原料供给位置作为低压塔2内的回收部塔顶部2c，但原料供给位置如果需要应对原料组成的变化，则也可以是板式塔部2b(或填充塔部)的任意的段。此外，在存在多种原料的情况下，原料供给位置也可以为低压塔2内的回收部顶部2c及其以外的任意的段(也包括高压塔1的段)。

低压塔2的板式塔部2b(或填充塔部)在规定的段中具有抽液部2d。抽液部2d处于位于比后述的积液部2e靠上侧的位置的段中。如图9所示，抽液部2d将从上流下的液体10积存在积液用搁板5，并将液体10的一部分向低压塔2的外部抽出。在抽液部2d上连接有使液体10的一部分朝向高压塔1的配管24。此外，来自高压塔1侧的配管25贯通低压塔2的外壁而插入紧靠抽液部2d的下方的段中。从插入紧靠抽液部2d的下方的段中的配管25如后述那样导入混合有蒸气11和液体12的流体，蒸气11上升，液体12下落。

此外，低压塔2的最接近塔底部2a的板式塔部2b(或填充塔部)具有积液部2e。积液部2e在积液用搁板15上积存规定量的从上流下的液体10，并使从积液用搁板15溢出的液体向下方落下。以管束型热交换器8的导管浸渍于积存在积液部2e的液体中的方式在积液部2e内配置管束型热交换器8(参照图11)。管束型热交换器8的U形管中的平行的导管部分8a、8b沿着积液用搁板15配置。

在该平行的导管部分中的上侧的导管部分8b上连接有与压缩器4的出口连接的配管4a(参照图7)。在下侧的导管部分8a上连接有从低压塔2向高压塔1的塔底部1a输送流体的配管30(参照图7)。此外，在压缩器4的入口经由配管23连接有配置在低压塔2之上的浓缩部相当部分2g。

在此，对积液部2e中的热交换器8的作用进行说明。

在上述的蒸馏装置中，原料液从低压塔2内的回收部顶部2c(原料供给段2f)通过板段或填充层流下。该液体10(参照图11)积存在设置于任意的段中的积液用搁板15上的积液部2e。由于在积液部2e内配置有管束型热交换器8的U形管，因此该U形管浸渍在液体10中。在该状态下，通过压缩器4形成的高温蒸气经由配管4导入积液部2e中的热交换器8的上侧的导管部分8b。此时，与供高温蒸气移动的导管部分8b、8a的外壁相接触的液体10的一部分被加热并成为蒸气18而上升(参照图11)。需要说明的是，未成为蒸气而剩下的液体越过出口堰堤而流下。此外，从配管4a向低压塔2内的热交换器8导入的高温蒸气随着从上侧的导管部分8b在下侧的导管部分8a中移动，一部分或全部冷凝而从气相变成液相。通过该冷凝形成的液体和未冷凝的蒸气通过塔外的配管30而输送至高压塔1的塔底部1a(参照图7)。

进一步说明高压塔1。

配管26的一端与高压塔1的塔底部1a的最底部连接，该配管26的另一端与配置在低压塔2内的回收部顶部2c(原料供给段2f)的上方的浓缩部相当部分2g连接。为了使积存在高压塔1的塔底部1a的液体向浓缩部相当部分2g回流，需要在配管26的中途设置送出泵6。

在高压塔1的塔顶部1c的外侧配设有被称为冷凝器的冷凝器7，配管28从塔顶部1c的空间上部向冷凝器7设置。由此，移动至高压塔1的塔顶部1c的蒸气由冷凝器7冷却而成为液体，得到富含挥发性高的成分的馏出液。此外，该液体的一部分根据需要而向塔顶部1c回流。

此外，在比高压塔1的板式塔部1b的连接有配管30的位置靠上侧的段中插入有管束型热交换器8。管束型热交换器8的U形管中的平行的导管部分沿着用于临时积存冷凝后的液体并对上升蒸气进行整流的积液用托盘9配置。该平行的导管部分中的下侧的导管部分8a和与低压塔2的抽液部2d连接的配管24相连。并且，上侧的导管部分8b与插入于紧靠抽液部2d的下方的段中的配管25相连。

在此，对管束型热交换器8的作用进行说明。

在本装置中，从浓缩部相当部分2g排出的蒸气在通过压缩器4升压并升温后通过低压塔2内的热交换器8被一部分或全部冷凝，并向高压塔1的塔底部1a供给。在此供给的流体中的蒸气13(参照图10)在板式塔部1b上升，并与高压塔1内的管束型热交换器8的导管接触。此时，由于通过配管24向热交换器8的下侧的导管部分8a导入低压塔2的任意的段中的液体，因此该导管部分8a内的液体通过蒸气13的热量加热，且与导管部分8a接触的蒸气13的一部分成为液体14而落下。进而，热交换器8的上侧的导管部分8b也通过蒸气13的热量被加热，因此，从配管24导入热交换器8内的液体随着从下侧的导管部分8a在上侧的导管部分8b中移动而变成混合有液相12和气相11的流体。然后，该流体通过塔外的配管25而被导入紧靠低压塔2的抽液部2d的下方的段(参照图7、9)。在这样的流体的循环中，本结构为热虹吸方式，因此不特别需要泵等压力输送机构。

即，从低压塔2的抽液部2d至高压塔1的热交换器8的下侧的导管部分8a通过配管24连接，进而，从高压塔1的热交换器8的上侧的导管部分8b至紧靠回收塔2的抽液部2d的下方的段通过配管25连接，因此，液体在重力的作用下从低压塔2向高压塔1流动，经过高压塔1的热交换器8后的流体通过热虹吸效应从高压塔1向低压塔2循环移动。

上述的实施方式的蒸馏装置发挥以下这样的效果。如上所述，通过压缩器4形成的高温蒸气直接向低压塔2内的热交换器8导入，且经过该热交换器8的流体向高压塔1的下部导入，由此，能够对低压塔2的下部赋予热量并冷却应向高压塔2的下部导入的流体。如此，使用了配管4a、30及低压塔2内的热交换器8的第一热移动系统(侧热交换部)如同在低压塔2的下部的段(可以是最下段，也可以不是最下段)设置有侧式重沸器且在高压塔1的下部的段(最下段)设置有侧式冷凝器这样的结构。由此，与不具备该第一热移动系统的蒸馏装置相比，能够减小高压塔1的冷凝器7的除热量，还能够减小低压塔2的重沸器3的热输入量。

进而，如上所述，通过高压塔1内的热交换器8夺取高压塔1内的蒸气的热量，可以通过配管25使该热量从高压塔1向低压塔2移动。使用了这样的配管24、25及高压塔1内的热交换器8的第二热移动系统(侧热交换部)也如同在比高压塔1的下部靠上方的段设置有侧式冷凝器且在比低压塔2的下部靠上方的段设置有侧式重沸器这样的结构。由此，与不具有该第二热移动系统的蒸馏装置相比，能够减小高压塔1的冷凝器7的除热量，还能够减小低压塔2的重沸器3的热输入量。

尤其是，能够在低压塔的下部与高压塔的下部之间进行热交换的上述第一热移动系统向设置在低压塔2内的积液部2e的热交换器8直接导入来自压缩器4的高压蒸气，由此，成为将通过该热交换器8冷凝后的流体送入高压塔1内的结构(图7)。该结构如发明内容一栏中说明的那样，由于不需要图2的装置例那样的液位差(水位差)，因此相应地能够预见到节能性的改善。即，与在设于蒸馏装置的全部的侧热交换部中采用上述第二热移动系统那样的图5的装置结构相比，节能性得以提高。

进而，根据本实施方式，能够如上述那样使浓缩部相当部分2g在比高压塔1的压力低的低压塔2的压力下进行运转，因此与图5的装置结构相比，能够增大浓缩部相当部分2g的相对挥发度，能够减少原本进行分离操作所必要的能量(热量)本身。

需要说明的是，在图7中，上述热移动系统仅示出2组配设，但也可以设置与例如全部理论段数的10～30％相当的配设组数的热移动系统。当然，热移动系统的设置数、热交换器和配管的配置位置可以根据设计任意确定。

上述的图7的装置对于图5的装置中的、在回收部中配置在位置最下方的侧热交换部与在浓缩部中配置在位置最下方的侧热交换部之间进行热交换的热移动系统采用下述方法，即，将通过压缩器4产生的高温蒸气直接导入低压塔2的回收部下部的热交换器8，并将经过该热交换器8的流体向高压塔1的下部导入。但是，可以将该方法用于图6的装置中的进行在回收部中位于最下方的侧热交换部和在浓缩部中位于最下方的侧热交换部之间的热交换的热移动系统，如此成为图8的装置结构。由于该结构不需要图3的装置例那样的压力损失，因此能够如图7的装置的情况同样地改善节能性。进而，由于能够使浓缩部相当部分2g在比高压塔1的压力低的低压塔2的压力下进行运转，因此能够与图7的装置的情况同样地减少分离操作所需要的能量(热量)本身。

此外，以上例示的本发明的热交换型蒸馏装置使用与普通的蒸馏装置同样的板式塔部或填充塔部而构成，因此无需特别改进装置即可应对侧馏、多元送料的实施，并且能够容易进行装置的维护。另外，基于同样的理由，在高压塔、低压塔的段数的设定中存在自由度，因此能够进行原料供给段的最佳化。即，作为以专利文献1为代表的使用了双重管结构的热交换型蒸馏装置的课题所列举的所述1)～5)由本发明解决。

进而，在上述实施方式(图7、图8)中，由于使用管束型热交换器8作为从高压塔1向低压塔2进行热移动的热移动系统的构成要素，因此根据该热交换器8的导管设计而能自由地改变传热面积A。因此，关于高压1与低压塔2之间的热交换量的决定，不仅高压塔1与低压塔2之间的温度差ΔT，也可以将传热面积A形成为设计上的自由度。根据该情况，使用了所述双重管结构的热交换型蒸馏装置的课题6)由本发明解决。

如以上那样关于本发明的优选的实施方式，例示并说明了几个实施方式，但本申请发明并未限定为这些实施方式，在不脱离其技术思想的范围内当然可以进行各种变更来实施。

在上述的实施方式(图7、图8)中，例示出高压塔1与包括浓缩塔相当部分2g的低压塔2在铅垂方向上上下连结的方式，但本发明不局限于该方式。即，本发明包括高压塔1和包括浓缩塔相当部分2g的低压塔2分别独立构成的方式。

本申请主张以在2012年3月30日申请的日本申请特愿2012-80525为基础的优先权，其公开的全部内容引用于此。

Claims (5)

1.一种热交换型蒸馏装置，其特征在于，具备：

高压塔，其具有作为第一浓缩部而被利用的板式塔部或填充塔部；

低压塔，其从所述高压塔观察时配置在上方，具有作为回收部而被利用的板式塔部或填充塔部、以及作为第二浓缩部而被利用的板式塔部或填充塔部即浓缩部相当部分，且该浓缩部相当部分配置在所述低压塔内的所述回收部的顶部的上方，且与所述回收部以内部相通的方式连续；

第一配管，其经由将积存在所述高压塔的塔底部的液体向所述浓缩部相当部分压力输送的机构，使所述高压塔的塔底部与所述浓缩部相当部分连通；

热交换器，其配置在所述低压塔的下部内的段中；

第二配管，其使所述浓缩部相当部分与所述低压塔的下部内的所述热交换器连通；

压缩器，其设置于所述第二配管，将来自所述浓缩部相当部分的蒸气压缩而向所述低压塔的下部内的所述热交换器输送；

第三配管，其将经过了所述低压塔的下部内的所述热交换器的流体导入所述高压塔的塔底部。

2.根据权利要求1所述的热交换型蒸馏装置，其特征在于，还具备：

第二热交换器，其配置在比连接有所述第三配管的所述高压塔的塔底部靠上方的段中；

抽液部，其配置在比连接有所述第二配管的所述低压塔的下部靠上方的段中，从该段中将一部分液体向塔外部抽出；

第四配管，其将来自所述抽液部的液体向所述第二热交换器导入；

第五配管，其将经由所述第四配管向所述第二热交换器导入后又从该第二热交换器流出的流体向所述低压塔的所述抽液部的正下方的段导入。

3.根据权利要求1所述的热交换型蒸馏装置，其特征在于，

还具备向所述浓缩部相当部分的正下方的所述回收部的所述顶部及/或所述回收部的所述板式塔部或填充塔部的规定的段供给原料的原料供给配管。

4.根据权利要求1所述的热交换型蒸馏装置，其特征在于，

还具备设置在所述低压塔的塔底部的外侧并对该塔底部内的液体进行加热的重沸器。

5.根据权利要求1所述的热交换型蒸馏装置，其特征在于，

还具备设置在所述高压塔的塔顶部的外侧并对该塔顶部内的蒸气进行冷却的冷凝器。