JP2001137605A

JP2001137605A - 内部熱交換型蒸留塔

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Publication number: JP2001137605A
Application number: JP32771299A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Aso; 一正阿曽; Toshinari Nakanishi; 俊成中西; Hideo Noda; 秀夫野田; Takao Nakamura; 隆夫中村
Original assignee: Kansai Chemical Engineering Co Ltd; Kimura Chemical Plants Co Ltd; Maruzen Petrochemical Co Ltd
Current assignee: Kansai Chemical Engineering Co Ltd; Kimura Chemical Plants Co Ltd; Maruzen Petrochemical Co Ltd
Priority date: 1999-11-18
Filing date: 1999-11-18
Publication date: 2001-05-22
Anticipated expiration: 2019-11-18
Also published as: JP3236845B2

Abstract

(57)【要約】【課題】濃縮部を充填塔方式とした場合において、蒸
留塔内における濃縮部側から回収部側への熱移動、及び
濃縮部における流下液と上昇蒸気との気液接触を効率よ
く行わせて、省エネルギー効果を向上させる。【解決手段】濃縮部となる領域（管２５の管内４）に
充填された規則充填物２１の外周部に、高さ方向（軸方
向）に所定の配設ピッチＰ３で、複数のメッシュ帯状体
３２が周方向に巻き付けれ、さらに、各メッシュ帯状体
３２の上に、薄板帯状体２２が周方向に巻き付けられて
るとともに、薄板帯状体２２の長手方向に沿った両側部
のうちの上側（塔頂側）の側部２３に、周方向に１５mm
以下の配設ピッチＰ１で、複数の切り込み２６が形成さ
れ、かつ、薄板帯状体２２の切り込み２６が形成された
方の側部が、管壁２５ａに当接するように折り曲げられ
た構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低圧塔と高圧塔を
備え、高圧塔（濃縮部）側から、低圧塔（回収部）側に
熱移動させることにより両者の間で熱交換を行う内部熱
交換型蒸留塔に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】省エネ
ルギー性に優れた蒸留塔として、低圧塔と高圧塔とを備
え、両者の間で熱交換を行うように構成され、他との熱
の授受を必要としない内部熱交換型の蒸留塔が知られて
いる。この内部熱交換型蒸留塔は、蒸留操作の省エネル
ギー化を進める見地からすれば、省エネルギーに最も忠
実な理論であることは、原理的にも当然であり、また、
学問上からも認められているところである。

【０００３】また、内部熱交換型蒸留塔として、複数管
（場合によっては単管）を両端管板によって本体胴と連
結させることにより、本体胴の内部において、複数管の
管内と管外が隔離された構造とし、管内及び管外のそれ
ぞれに気液の出入口を設け、管内側と管外側の操作圧力
に差をつけることにより操作温度を異ならせ、複数管の
管壁を伝熱面として、高圧側から低圧側に熱移動させる
ことにより、高圧側を濃縮部、低圧側を回収部として一
つの蒸留塔を構成するようにした構造が提案されている
（特許第２６９４４２５号）。なお、この内部熱交換型
蒸留塔は、図７(ａ)及び(ｂ)に示すような構造を有して
いる。

【０００４】すなわち、この内部熱交換型蒸留塔は、本
体胴１と、本体胴１内に挿入された複数管（管）２５を
両端管板（上側管板（塔頂側管板）３ａ及び下側管板
（塔底側管板）３ｂ）によって本体胴１と連結させるこ
とにより形成されている。そして、複数管２５の管内４
と管外５は互いに隔離された構造を有している。

【０００５】また、管内４及び管外５には、それぞれ充
填物が充填されている。そして、管内４が高圧側の濃縮
部、管外５が低圧側の回収部となっている（ただし、管
内４を低圧側の回収部、管外５を高圧側の濃縮部とする
ことも可能である）。

【０００６】また、本体胴１の上部には、管外（回収
部）５に液を供給するための回収部液入口６、管外（回
収部）５からの蒸気を抜き出す回収部蒸気出口７が配設
されており、塔頂側管板３ａより上側の、管内（濃縮
部）４と連通する端室１４ａには、管内（濃縮部）４に
液を供給するための濃縮部液入口８が配設され、また、
管内（濃縮部）４からの蒸気を抜き出す濃縮部蒸気出口
９が配設されている。

【０００７】一方、本体胴１の下部には、管外（回収
部）５に蒸気を供給するための回収部蒸気入口１０、管
外（回収部）５からの液を抜き出す回収部液出口１１が
配設されており、塔底側管板３ｂより下側の、管内（濃
縮部）４と連通する端室１４ｂには、管内（濃縮部）４
に蒸気を供給するための濃縮部蒸気入口１２が配設さ
れ、また、管内（濃縮部）４からの液を抜き出す濃縮部
液出口１３が配設されている。このようにして、複数管
２５の管壁を伝熱面とし、管内（高圧側）４を濃縮部、
管外（低圧側）５を回収部とする一つの蒸留塔（内部熱
交換型蒸留塔）が形成されている。

【０００８】ところで、上述の内部熱交換型蒸留塔にお
いては、濃縮部４側から回収部５側への熱移動、及び濃
縮部における流下液と上昇蒸気との気液接触を十分に行
わせることが極めて重要であるが、例えば、濃縮部を充
填塔方式にした場合、管壁２５ａ（管２５の内壁）に移
行し、管壁２５ａを流下する液の量が無視できない量と
なって流下液の厚みが大きくなり、伝熱抵抗が増大した
り、充填物の表面を流下する液量が減少して気液接触効
率が低下したりして、満足のゆくほど十分な熱移動や気
液接触が行われない場合がある。

【０００９】本発明は、上記問題点を解決するものであ
り、濃縮部を充填塔方式にした場合において、蒸留塔内
における濃縮部側から回収部側への熱移動及び濃縮部に
おける流下液と上昇蒸気との気液接触を効率よく行わせ
ることが可能で、省エネルギー効果を向上させることが
可能な内部熱交換型蒸留塔を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の内部熱交換型蒸留塔は、単管又は複数管を
両端管板によって本体胴と連結させることにより、本体
胴の内部において、単管又は複数管の管内と管外が隔離
された構造とし、管内及び管外のそれぞれに気液の出入
口を設け、管内側と管外側の操作圧力に差をつけること
により操作温度を異ならせ、単管又は複数管の管壁を伝
熱面として、高圧側から低圧側に熱移動させることによ
り、高圧側が濃縮部、低圧側が回収部として機能するよ
うに構成された内部熱交換型蒸留塔であって、濃縮部と
なる領域（管内又は管外）に規則充填物が充填され、前
記規則充填物の外周部には、高さ方向（軸方向）に所定
の配設ピッチで、複数のメッシュ帯状体が周方向に巻き
付けられ、かつ、各メッシュ帯状体の上には、薄板帯状
体が周方向に巻き付けられているとともに、前記薄板帯
状体の長手方向に沿った両側部のうちの上側の側部に
は、周方向に１５mm以下の配設ピッチで、複数の切り込
みが形成され、かつ、前記薄板帯状体の前記切り込みが
形成された方の側部が、少なくともその一部が前記濃縮
部となる領域を規定する管壁に当接するように折り曲げ
られていることを特徴としている。

【００１１】なお、本発明において、メッシュ帯状体と
は、例えば、金網や樹脂製の網状材料などを用いて形成
した帯状体を意味するものであり、種々の材料からなる
ものを用いることが可能である。

【００１２】上述のように、濃縮部となる領域（ここで
は、管内が濃縮部である場合を例にとって説明する）に
充填される規則充填物の外周部に、複数のメッシュ帯状
体が、高さ方向（軸方向）に所定の配設ピッチとなるよ
うに、周方向に巻き付けられ、かつ、各メッシュ帯状体
の上に、薄板帯状体が周方向に巻き付けられているとと
もに、薄板帯状体の長手方向に沿った両側部のうちの上
側（塔頂側）の側部に、周方向に１５mm以下の配設ピッ
チで、複数の切り込みが形成され、かつ、薄板帯状体の
切り込みが形成された方の側部が、前記濃縮部となる領
域を規定する管壁（管の内壁）に当接するように折り曲
げられた構成とすることにより、管壁を流下する液が、
薄板帯状体の折り曲げた部分（折り曲げ部）を介して効
率よく管壁から剥離され、薄板帯状体側に移行するとと
もに、薄板帯状体に移行した液が、薄板帯状体と充填物
との間に配設され、多数箇所において、薄板帯状体及び
充填物と接触するメッシュ帯状体を介して、充填物側に
導かれることになる。したがって、管壁に沿って流下す
る液量を減少させ、流下液の厚みを薄くして、伝熱抵抗
を小さくするとともに、充填物の表面を流下する液量と
して、十分な気液接触を行わせるのに必要な液量を確保
して、蒸留効率を向上させることが可能になる。

【００１３】すなわち、薄板帯状体はスクレーパーのよ
うに作用して、管壁を流下する液を剥離、除去し、薄板
帯状体側に移行させる（ただし、管壁を濡らすのに必要
な液量は確保される）能力が大きいが、充填物（例えば
薄板製規則充填物）の外周面の形状とはなじみにくく、
接触箇所が少ないため、管壁から剥離、除去した液を充
填物側に導く能力は必ずしも十分ではない。また、薄板
帯状体に移行した液が充填物に移行せずに、薄板帯状体
の下端にまで達し、そこで、充填物表面を上昇する蒸気
の管壁側への流れ（充填物表面を上昇する蒸気の一部
は、表面温度が該蒸気より低く、蒸気の凝縮が生じる管
壁側に流れることになる）により、液滴がちぎられて飛
沫となり、再び管壁に戻ってしまうというようなおそれ
もある。一方、メッシュ帯状体は、スクレーパーのよう
には機能しないが、充填物（例えば薄板製規則充填物）
の外周面の形状となじみやすく、多数箇所で充填物と接
触するため、液を充填物側に導く能力が高い。また、薄
板帯状体ともなじみやすく、多数箇所で薄板帯状体と接
触する。したがって、本発明のように、薄板帯状体とメ
ッシュ帯状体を組み合わせて用いることにより、管壁か
ら効率よく液を剥離、除去するとともに、液を充填物側
に効率よく移行させることが可能になる。

【００１４】なお、上でも述べたように、管壁の表面温
度は、濃縮部を上昇する上昇蒸気よりも低く、蒸気は、
管壁の表面（冷却面）に接して凝縮し、その部分の圧力
が他の部分よりも低くなり、上昇蒸気が管壁近傍を流れ
やすくなる傾向があり、これによって、濃縮部を上昇蒸
気が均一に流れることになり、濃縮部における気液接触
効率を向上させることが可能になる。

【００１５】このように、本発明においては、薄板帯状
体とメッシュ帯状体を組みあせて用いているので、管壁
を流下する液を、薄板帯状体により剥離し、メッシュ帯
状体を介して、効率よく規則充填物側に導くことが可能
になる。その結果、管壁に沿って流下する液量を減少させ、流下液の厚み
を薄くして、伝熱抵抗を小さくする、充填物の表面を流下する液量を多くして気液接触効率
を向上させる、濃縮部を上昇蒸気が均一に流れるようにして、濃縮部
における気液接触効率を向上させるという内部熱交換型蒸留塔にとって極めて有意義な作用
を奏させることが可能になる。

【００１６】なお、従来の蒸留塔などに用いられる規則
充填物においても、蒸留塔の塔径が大きくなると、複数
個の規則充填物を束ねて、蒸留塔の形状に対応する所定
の形状にまとめるために、薄板帯状体を巻き付けること
は行われており、また、薄板帯状体の塔頂側の側部に複
数の切り込みを設けることも行われているが、それを内
部熱交換型蒸留塔に用い、上述の，，のそれぞれ
の作用を十分に奏させることを意図するものではない。
すなわち、内部熱交換型蒸留塔では、濃縮部の管壁を介
して回収部と熱交換が行われ、濃縮部側の管壁には、多
量の凝縮液（還流液）が生成するため、特に、上述の
及びの作用効果が得られるような構成を実現すること
が、内部熱交換型蒸留塔を実用化するための必須の要件
となるが、従来の規則充填物においては、上述の及び
の作用効果を十分に奏するような構成を有するものは
提案されていない。

【００１７】なお、切り込みの周方向への配設ピッチを
１５mm以下としたのは、内部熱交換型蒸留塔において
は、管（単管または複数管）の径が通常３００mm程度と
小さく、例えば、図８に示すように、薄板帯状体２２の
切り込み２６の配設ピッチＰ１が３０mm以上になると、
折り曲げ部（切り込み形成部）２８の、管壁２５ａと当
接する箇所（角部）２８ａが少なくなり、管壁２５ａを
流下する液を規則充填物２１側に導く効率が低下するこ
とによる。

【００１８】また、請求項２の内部熱交換型蒸留塔は、
前記メッシュ帯状体及び前記薄板帯状体の高さ方向の配
設ピッチが５０mm以下であることを特徴としている。

【００１９】メッシュ帯状体及び薄板帯状体の高さ方向
の配設ピッチを５０mm以下とすることにより、管壁を流
下する液を、高さ方向に複数配設された薄板帯状体及び
メッシュ帯状体を介して繰り返し規則充填物側に導き、
管壁に沿って流下する液量を確実に減少させ、流下液の
厚みを薄くして、伝熱抵抗を小さくするとともに、充填
物の表面を流下する液量を多くして気液接触効率を向上
させることが可能になる。また、濃縮部を上昇する上昇
蒸気が均一に濃縮部を上昇できるようにして、濃縮部に
おける気液接触効率を向上させることが可能になる。

【００２０】また、請求項３の内部熱交換型蒸留塔は、
前記薄板帯状体の切り込みの、前記薄板帯状体の上側の
側部から、先端までの距離（上側の側部からの垂直距
離）が１５mm以下であり、かつ、薄板帯状体の全幅が３
０mm以下であることを特徴としている。

【００２１】薄板帯状体の切り込みの、薄板帯状体の上
側の側部から、先端までの距離（上側の側部からの垂直
距離）を１５mm以下とし、かつ、薄板帯状体の全幅を３
０mm以下とすることにより、切り込み形成部を折り曲げ
て管壁に当接させることを可能にしつつ、薄板帯状体の
全幅を小さく抑えることが担保され、複数の薄板帯状体
を密なピッチで配設することが可能になって、本発明を
さらに実効あらしめることができるようになる。

【００２２】また、請求項４の内部熱交換型蒸留塔は、
前記メッシュ帯状体の下端部が、少なくともその一部が
前記濃縮部となる領域を規定する管壁とは逆側（充填物
側）に折り曲げられていることを特徴としている。

【００２３】メッシュ帯状体の下端部を、少なくともそ
の一部が前記濃縮部となる領域を規定する管壁とは逆側
（充填物側）に折り曲げることにより、液をさらに充填
物側に移行させやすくなり、本発明をさらに実効あらし
めることができる。

【００２４】また、請求項５の内部熱交換型蒸留塔は、
前記単管又は複数管の管内を濃縮部とし、管外を回収部
としたことを特徴としている。

【００２５】管内を濃縮部とすることにより、通常は円
筒状である管内の形状に対応した規則充填物を用いて本
発明を構成することが可能になり、実用性を有する実際
的な内部熱交換型蒸留塔を提供することが可能になる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示し
て、その特徴とするところを詳しく説明する。図１は本
発明の一実施形態にかかる内部熱交換型蒸留塔の要部を
示す正面断面図、図２は内部熱交換型蒸留塔の要部を示
す平面断面図である。なお、この内部熱交換型蒸留塔の
全体構成（基本構成）は、従来の技術及び発明が解決し
ようとする課題の欄で示した図７(ａ)及び(ｂ)の内部熱
交換型蒸留塔と同様であることから、ここでは、その説
明を簡略化又は省略し、本発明の特徴部分について詳し
く説明する。

【００２７】この実施形態の内部熱交換型蒸留塔は、図
７(ａ)，(ｂ)に示すように、高圧側の管内４が濃縮部、
低圧側の管外５が回収部となり、管内（濃縮部）４から
管外（回収部）５に熱が移動するように構成されてい
る。

【００２８】なお、この実施形態の内部熱交換型蒸留塔
においては、特に図示していないが、複数管（管）２５
は、高さ方向の所定の位置で、所望の伝熱面積が確保さ
れるように、下部から上部に行くにつれて断面積（すな
わち径）が段階的に小さくなるように、異なる径の管を
接続することにより形成されている。

【００２９】そして、この実施形態の内部熱交換型蒸留
塔においては、複数管２５の管内（濃縮部）４及び管外
（回収部）５のそれぞれに規則充填物が充填されてい
る。なお、規則充填物としては、波板状に加工した金属
薄板や、凹凸加工を施した金属薄板を互いに密着しない
ように多数枚積み重ねることにより形成したものや、金
網のようなメッシュ材料を用いたものなど、種々のもの
を用いることが可能であるが、この実施形態では、波板
状に加工した金属薄板を互いに密着しないように重ねた
（金属薄板の重なり方向が内部熱交換型蒸留塔の径方向
となる用に重ねられている）規則充填物を用いている。

【００３０】また、管内４及び管外５の少なくともいず
れか一方に不規則充填物を充填することも可能である。
また、規則充填物及び不規則充填物の種類には特に制約
はなく、種々の充填物を用いることが可能である。

【００３１】また、この実施形態では、直径が約２８０
０mmの本体胴１の内部に、管（複数管）２５として直径
（内径）が約３００mmの管が所定本数配設されており、
図１及び図２に示すように、管２５の内部（管内）４に
充填された略円柱状の規則充填物２１の外周部には、金
網製の複数のメッシュ帯状体３２が、高さ方向（軸方
向）に、所定の配設ピッチＰ３（この実施形態では、Ｐ
３＝４２mm）で周方向に巻き付けられており、さらに、
各メッシュ帯状体３２の上には、金属薄板からなる複数
の薄板帯状体２２が巻き付けられている。なお、この薄
板帯状体２２の配設ピッチＰ２は４２mmである。

【００３２】なお、この実施形態では、規則充填物２１
の外周部に、メッシュ帯状体３２を巻き付け、さらにそ
の上に薄板帯状体２２を巻き付けた状態で、薄板帯状体
２２上から、溶接により薄板帯状体２２を規則充填物２
１に接続することにより、メッシュ帯状体３２及び薄板
帯状体２２が規則充填物２１に取り付けられている。

【００３３】また、この実施形態において、薄板帯状体
２２は、厚みが０．１mmの金属製（ステンレス製）の薄
板を加工することにより形成されており、図３に示すよ
うに、幅（全幅）Ｗが約２２mmで、長手方向に沿った両
側部２３，２４のうち、上側の側部２３には、周方向に
所定の配設ピッチＰ１（この実施形態ではＰ１＝７mm）
で、複数の切り込み２６が形成されている。

【００３４】また、切り込み２６は、薄板帯状体２２の
長手方向に直交する方向に形成されており、その長さＬ
１（すなわち、切り込み２６の、薄板帯状体２２の上側
の側部２３から、先端までの距離（上側の側部２３から
の垂直距離）に等しい）は１０mmであり、切り込みの形
成されていない部分２７の幅方向の距離Ｌ２は１２mmと
なっている。すなわち、この薄板帯状体２２において
は、Ｌ１（１０mm）＋Ｌ２（１２mm）＝Ｗ（２２mm）と
なっている。

【００３５】そして、薄板帯状体２２の切り込み２６が
形成された側部２３側の部分（切り込み形成部）２８
は、図１に示すように、濃縮部となる領域を規定する管
壁（すなわち、管２５の内壁）２５ａに当接するように
外側に折り曲げられている。

【００３６】また、薄板帯状体２２の切り込み形成部
（折り曲げ部）２８は、規則充填物２１に巻き付けた状
態（すなわち、管内４に挿入する前の状態）では、略直
角に外側に折り曲げられ、管内４に挿入されることによ
り、切り込み形成部（折り曲げ部）２８の先端が管壁２
５ａに当接して、図１に示すように、曲折角度θが約４
５゜程度になるよう構成されている。

【００３７】また、メッシュ帯状体３２は、目の粗さが
４０メッシュ程度の目の細かい金網を、図４に示すよう
に、幅Ｗｍが１２mmとなるように切断することにより形
成されている。なお、メッシュ帯状体３２の幅Ｗｍは、
薄板帯状体２２の切り込み２６の形成されていない部分
２７の幅方向の距離Ｌ２と略同一となっている。

【００３８】上述のように、規則充填物２１の外周に、
メッシュ帯状体３２を巻き付け、さらにその上に薄板帯
状体２２を巻き付けた構成を有するこの実施形態の内部
熱交換型蒸留塔においては、図２に示すように、薄板帯
状体２２の、折り曲げられた切り込み形成部（折り曲げ
部）２８の先端側両端部（角部）２８ａのみが管壁２５
ａに当接することになるが、切り込み２６が周方向に小
さい配設ピッチＰ１（７mmピッチ）で形成されており、
かつ、薄板帯状体２２及びメッシュ帯状体３２が高さ方
向に小さい配設ピッチ（薄板帯状体２２の配設ピッチＰ
２＝４２mm，メッシュ帯状体３２の配設ピッチＰ３＝４
２mm）で配設されているため、管壁２５ａを流下する液
が、薄板帯状体２２の多数箇所（各折り曲げ部２８の各
両端部２８ａ）から、薄板帯状体２２に移行し、メッシ
ュ帯状体３２を経て規則充填物２１側に効率よく導かれ
ることになる。

【００３９】したがって、管壁２５ａに沿って流下する
液量を減少させ、流下液の厚みを薄くして、伝熱抵抗を
小さくするとともに、規則充填物２１を構成する薄板の
表面を流下する液量を多くして気液接触効率を向上させ
ることが可能になり、さらに、規則充填物２１側から、
管壁２５ａに流れる上昇蒸気の通路の抵抗を、上昇蒸気
量を十分に確保することが可能な状態に保つことが可能
になる。

【００４０】なお、この実施形態では、上述のように、
全幅Ｗが２２mmと小さい薄板帯状体２２と、全幅Ｗｍが
１２mmと小さいメッシュ帯状体３２が用いられているた
め、薄板帯状体２２とメッシュ帯状体３２を小さい配設
ピッチで多数取り付けることが可能になり、本発明の実
効が担保されるように構成されている。

【００４１】［性能試験］上記実施形態の構成を備えた
内部熱交換型蒸留塔の性能を確認するために、上述のよ
うな構成の薄板帯状体及びメッシュ帯状体を用いた規則
充填物を濃縮部である管内に充填した内部熱交換型蒸留
塔（実施例）と、特に上述のような構成の薄板帯状体及
びメッシュ帯状体を用いていない通常の規則充填物を充
填した内部熱交換型蒸留塔（比較例）について性能試験
を行い、本発明の内部熱交換型蒸留塔の性能を確認し
た。

【００４２】(1)充填高さ１ｍ当たりの理論段数（ＮＴ
ＳＭ）比較例及び実施例の内部熱交換型蒸留塔について、Ｆ-f
actor［(ｍ／ｓ)×(kg／ｍ^３)^０．５］と、充填高さ１
ｍ当たりの理論段数ＮＴＳＭ（管内側）［stage／ｍ］
の関係を調べた。ただし、実施例の内部熱交換型蒸留塔
の、濃縮部の規則充填物２１の充填高さは１．９ｍ、薄
板帯状体２２の配設ピッチＰ２は４２mm、メッシュ帯状
体３２の配設ピッチＰ３も４２mmである。なお、Ｆ-fac
torは、上昇蒸気の負荷を表す係数であり、下記の式で
表される。Ｆ-factor＝(蒸気の流速［ｍ／ｓ］)×(蒸気密度［kg／
ｍ^３］)^０．５

【００４３】この試験においては、比較例の内部熱交換
型蒸留塔の場合、充填高さ１ｍ当たりの理論段数ＮＴＳ
Ｍが約２．５程度であったが、実施例の内部熱交換型蒸
留塔の場合、ＮＴＳＭが約３．２〜３．７と比較例の場
合のＮＴＳＭ（約２．５）よりも高く、蒸留分離能力が
向上していることが確認された。

【００４４】これは、実施例の内部熱交換型蒸留塔にお
いては、上述のように構成された薄板帯状体及びメッシ
ュ帯状体が用いられていることから、還流液の相当量
（適量）が規則充填物側に戻るため、管壁を流下する液
量が過多となることが抑制され、蒸留分離能力が向上し
たものと考えられる。なお、比較例の場合、還流液の相
当量が規則充填物側に戻らず、管壁を流下するため、実
施例の内部熱交換型蒸留塔よりも蒸留分離能力が低下し
ているものと考えられる。

【００４５】また、実施例の内部熱交換型蒸留塔におい
ては、内部熱交換をさせたときと、内部熱交換をさせな
いときとで、蒸留分離能力（ＮＴＳＭ）に差が認められ
なかった。

【００４６】(2)内部熱交換性能（Ｕ）上記のＦ-factorを求めた場合と同じ構成の内部熱交換
型蒸留塔ついて、濃縮部の流下液量と内部熱交換性能Ｕ
［Ｗ／ｍ^２Ｋ］の関係を調べた。なお、この試験におい
ては、濃縮部と回収部の温度差ΔＴを１０℃とした。

【００４７】この試験において、比較例の内部熱交換型
蒸留塔の場合、濃縮部の塔頂の還流量が増加すると、内
部熱交換性能Ｕが低下する傾向が認められた。これは、
管壁を流下する液膜の厚みが大きくなり、伝熱抵抗が増
大することによるものと考えられる。

【００４８】これに対し、実施例の内部熱交換型蒸留塔
の場合、濃縮部側の運転状況を、全還流の場合、製品を
所定の割合で取り出す場合と、種々変化させても、回収
部側の運転状況が同じであれば、内部熱交換性能Ｕの値
がほぼ一定していることが確認された。

【００４９】また、内部熱交換性能Ｕの値を大きくする
には、濃縮部側（凝縮側）と回収部側の伝熱抵抗を小さ
くすればよいことがわかっているが、本発明は、そのう
ち濃縮部側（凝縮側）の伝熱抵抗を小さくするのに大い
に貢献するものである。

【００５０】なお、上記実施形態では、メッシュ帯状体
３２が平坦な帯状である場合を例にとって説明したが、
図５に示すように、メッシュ帯状体３２の下端部３２ａ
を、濃縮部となる領域を規定する管壁２５ａとは逆側、
すなわち、規則充填物２１側に折り曲げた構成とするこ
とにより、液をさらに効率よく規則充填物２１側に移行
させることが可能になり、本発明をより実効あらしめる
ことができる。なお、図５において、図１と同一符号を
付した部分は、図１と同一又は相当部分を示している。
なお、メッシュ帯状体３２の下端部３２ａを折り曲げる
場合、例えば、図６に示すように、メッシュ帯状体３２
に下端側から幅方向に所定の長さＬ３の切り込み３３
を、所定の配設ピッチＰ４で形成し、折り曲げ加工をす
ることにより、容易に、下端部３２ａが規則充填物２１
側に折り曲げられた構造とすることができる。なお、本
発明において、上記の切り込み３３の長さＬ３及び切り
込み３３の配設ピッチＰ４には、特別の制約はないが、
通常は、Ｌ３及びＰ４を８mm以下にすることが望まし
い。

【００５１】なお、上記実施形態では、管内が濃縮部、
管外が回収部である場合を例にとって説明したが、管外
を濃縮部、管内を回収部とする内部熱交換型蒸留塔にも
本発明を適用することが可能である。

【００５２】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、発明の要旨の範囲
内において、種々の応用、変形を加えることが可能であ
る。

【００５３】

【発明の効果】上述のように、本発明（請求項１）の内
部熱交換型蒸留塔は、濃縮部となる領域（ここでは、管
内が濃縮部である場合を例にとって説明する）に充填さ
れる規則充填物の外周部に、複数のメッシュ帯状体が、
高さ方向（軸方向）に所定の配設ピッチとなるように、
周方向に巻き付けられ、かつ、各メッシュ帯状体の上
に、薄板帯状体が周方向に巻き付けられているととも
に、薄板帯状体の長手方向に沿った両側部のうちの上側
（塔頂側）の側部に、周方向に１５mm以下の配設ピッチ
で、複数の切り込みが形成され、かつ、薄板帯状体の切
り込みが形成された方の側部が、前記濃縮部となる領域
を規定する管壁（管の内壁）に当接するように折り曲げ
られた構成を有しているので、管壁を流下する液が、薄
板帯状体の折り曲げた部分（折り曲げ部）を介して効率
よく管壁から剥離され、薄板帯状体側に移行するととも
に、薄板帯状体に移行した液が、薄板帯状体と充填物と
の間に配設され、多数箇所において、薄板帯状体及び充
填物と接触するメッシュ帯状体を介して、充填物側に導
かれることになる。したがって、管壁に沿って流下する
液量を減少させ、流下液の厚みを薄くして、伝熱抵抗を
小さくするとともに、充填物の表面を流下する液量とし
て、十分な気液接触を行わせるのに必要な液量を確保し
て、蒸留効率を向上させることが可能になる。

【００５４】また、請求項２の内部熱交換型蒸留塔のよ
うに、メッシュ帯状体及び薄板帯状体の高さ方向の配設
ピッチを５０mm以下とした場合、管壁を流下する液を、
高さ方向に複数配設された薄板帯状体及びメッシュ帯状
体を介して繰り返し規則充填物側に導き、管壁に沿って
流下する液量を確実に減少させ、流下液の厚みを薄くし
て、伝熱抵抗を小さくするとともに、充填物の表面を流
下する液量を多くして気液接触効率を向上させることが
可能になる。また、濃縮部を上昇する上昇蒸気が均一に
濃縮部を上昇できるようにして、濃縮部における気液接
触効率を向上させることが可能になり、本発明を実効あ
らしめることができる。

【００５５】また、請求項３の内部熱交換型蒸留塔のよ
うに、切り込みの、薄板帯状体の上側の側部から、先端
までの距離（上側の側部からの垂直距離）を１５mm以下
とし、かつ、薄板帯状体の全幅を３０mm以下とした場
合、切り込み形成部を折り曲げて管壁に当接させること
を可能にしつつ、薄板帯状体の全幅を小さく抑えること
が担保され、複数の薄板帯状体を密なピッチで配設する
ことが可能になって、本発明をさらに実効あらしめるこ
とができる。

【００５６】また、請求項４の内部熱交換型蒸留塔のよ
うに、メッシュ帯状体の下端部を、少なくともその一部
が前記濃縮部となる領域を規定する管壁とは逆側（充填
物側）に折り曲げるようにした場合、液をさらに充填物
側に移行させやすくなり、本発明をさらに実効あらしめ
ることができる。

【００５７】また、請求項５の内部熱交換型蒸留塔のよ
うに、管内を濃縮部とすることにより、通常は円筒状で
ある管内の形状に対応した規則充填物を用いて本発明を
構成することが可能になり、実用性を有する実際的な内
部熱交換型蒸留塔を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる内部熱交換型蒸留
塔の要部を示す正面断面図である。

【図２】本発明の一実施形態にかかる内部熱交換型蒸留
塔の要部を示す平面断面図である。

【図３】本発明の一実施形態にかかる内部熱交換型蒸留
塔において、濃縮部（管内）に充填された規則充填物の
周囲に巻き付けた薄板帯状体の要部を示す図である。

【図４】本発明の一実施形態にかかる内部熱交換型蒸留
塔において、濃縮部（管内）に充填された規則充填物の
周囲に巻き付けたメッシュ帯状体の要部を示す図であ
る。

【図５】本発明の一実施形態にかかる内部熱交換型蒸留
塔の変形例を示す図である。

【図６】図５に示す内部熱交換型蒸留塔に用いられてい
るメッシュ帯状体の要部を示す図である。

【図７】内部熱交換型蒸留塔の基本構成を示す図であ
り、(ａ)は正面断面図、(ｂ)は(ａ)のｂ−ｂ線断面図で
ある。

【図８】従来の規則充填物に用いられている薄板帯状体
を用いた場合の、薄板帯状体と管壁との接触状態を示す
平面断面図である。

【符号の説明】

１本体胴３ａ上側管板（塔頂側管板）３ｂ下側管板（塔底側管板）４管内（濃縮部）５管外（回収部）６回収部液入口７回収部蒸気出口８濃縮部液入口９濃縮部蒸気出口１０回収部蒸気入口１１回収部液出口１２濃縮部蒸気入口１３濃縮部液出口１４ａ，１４ｂ端室２１規則充填物２２薄板帯状体２３，２４薄板帯状体の両側部２５管（複数管）２５ａ管壁（管の内壁）２６切り込み２７薄板帯状体の切り込みの形成されて
いない部分２８薄板帯状体の切り込み形成部（折り
曲げ部）２８ａ切り込み形成部の先端の両端部（角
部）３２メッシュ帯状体３２ａメッシュ帯状体の下端部３３メッシュ帯状体への切り込みＬ１切り込みの長さ（上側の側部からの
垂直距離）Ｌ２切り込みの形成されていない部分の
幅方向の距離Ｌ３メッシュ帯状体への切り込みの長さＰ１切り込みの周方向への配設ピッチＰ２薄板帯状体の高さ方向への配設ピッ
チＰ３メッシュ帯状体の高さ方向への配設
ピッチＰ４メッシュ帯状体への切り込みの周方
向への配設ピッチＷ薄板帯状体の幅（全幅）Ｗｍメッシュ帯状体の幅（全幅）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者阿曽一正兵庫県尼崎市杭瀬寺島２丁目１番２号木村化工機株式会社内 (72)発明者中西俊成兵庫県尼崎市杭瀬寺島２丁目１番２号木村化工機株式会社内 (72)発明者野田秀夫兵庫県尼崎市南七松町２丁目９番７号関西化学機械製作株式會社内 (72)発明者中村隆夫東京都中央区八丁堀二丁目25番10号丸善石油化学株式会社内Ｆターム(参考） 4D076 AA22 AA24 BB04 BB05 BB06 BB25 BC02 CA11 CC15 CC17 CD22 CD32 DA03 DA21 DA35 DA36 EA12X EA12Y EA14X EA14Y EA15X FA31 FA34 JA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単管又は複数管を両端管板によって本体胴
と連結させることにより、本体胴の内部において、単管
又は複数管の管内と管外が隔離された構造とし、管内及び管外のそれぞれに気液の出入口を設け、管内側と管外側の操作圧力に差をつけることにより操作
温度を異ならせ、単管又は複数管の管壁を伝熱面として、高圧側から低圧
側に熱移動させることにより、高圧側が濃縮部、低圧側
が回収部として機能するように構成された内部熱交換型
蒸留塔であって、濃縮部となる領域（管内又は管外）に規則充填物が充填
され、前記規則充填物の外周部には、高さ方向（軸方向）に所
定の配設ピッチで、複数のメッシュ帯状体が周方向に巻
き付けられ、かつ、各メッシュ帯状体の上には、薄板帯
状体が周方向に巻き付けられているとともに、前記薄板帯状体の長手方向に沿った両側部のうちの上側
の側部には、周方向に１５mm以下の配設ピッチで、複数
の切り込みが形成され、かつ、前記薄板帯状体の前記切り込みが形成された方の側部
が、少なくともその一部が前記濃縮部となる領域を規定
する管壁に当接するように折り曲げられていることを特
徴とする内部熱交換型蒸留塔。
【請求項２】前記メッシュ帯状体及び前記薄板帯状体の
高さ方向の配設ピッチが５０mm以下であることを特徴と
する請求項１記載の内部熱交換型蒸留塔。
【請求項３】前記薄板帯状体の切り込みの、前記薄板帯
状体の上側の側部から、先端までの距離（上側の側部か
らの垂直距離）が１５mm以下であり、かつ、薄板帯状体
の全幅が３０mm以下であることを特徴とする請求項１又
は２記載の内部熱交換型蒸留塔。
【請求項４】前記メッシュ帯状体の下端部が、少なくと
もその一部が前記濃縮部となる領域を規定する管壁とは
逆側（充填物側）に折り曲げられていることを特徴とす
る請求項１〜３のいずれかに記載の内部熱交換型蒸留
塔。
【請求項５】前記単管又は複数管の管内を濃縮部とし、
管外を回収部としたことを特徴とする請求項１〜４のい
ずれかに記載の内部熱交換型蒸留塔。