JP2002177701A - Batch packed distillation method and batch packed distillation equipment - Google Patents

Batch packed distillation method and batch packed distillation equipment

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JP2002177701A
JP2002177701A JP2000375189A JP2000375189A JP2002177701A JP 2002177701 A JP2002177701 A JP 2002177701A JP 2000375189 A JP2000375189 A JP 2000375189A JP 2000375189 A JP2000375189 A JP 2000375189A JP 2002177701 A JP2002177701 A JP 2002177701A
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distillation
batch
theoretical
reflux
packed distillation
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JP2000375189A
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Japanese (ja)
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Tetsuo Fujii
哲郎 藤井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a batch packed distillation method which is capable of making best possible use of the performance of batch packed distillation equipment by changing a reflux ratio so as to maintain the instantaneous minimum theoretical steps always constant from the beginning to the end of batch packed distillation and is capable of improving a recovery rate by efficiently effecting the batch packed distillation of a distillation stock solution under conditions under which separation performance is optimized without requiring enormous repetitive calculations and the batch packed distillation equipment for the same. SOLUTION: The batch packed distillation method of separating the distillation stock solution containing a light key component of a low boiling point and a heavy key component of a high boiling point to a distillate and a residue respectively at prescribed recovering rates while performing a reflux operation by using a batch packed distillation column comprises using the batch packed distillation column having theoretical steps N greater than the minimum theoretical steps Sm-1 defined by (mathematical expression 1) and performing the distillation by regulating the reflux ratio in the reflux operation to make the instantaneous minimum theoretical steps SM defined by (mathematical expression 2) coincident with the minimum theoretical steps Sm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、分離効率に優れた
回分充填蒸留方法及び回分充填蒸留装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a batch packing distillation method and a batch packing distillation apparatus having excellent separation efficiency.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、回分充填蒸留がファインスペシャ
リティーケミカルの分野で多く用いられており、ファイ
ンスペシャリティーケミカルでは、高価な高純度の物質
を高収率で回収することが要求されている。しかし、回
分充填蒸留操作は、過去の経験に基づいて行われてお
り、かなりの量の高価な製品が、回収されずにロスして
いる場合があり、効率よく操作できる回分充填蒸留技術
が求められている。従来から回分充填蒸留塔を用いた蒸
留操作では、回分充填蒸留塔に還流させる還流液と回分
充填蒸留塔から取り出す留出液との還流比を、トライア
ルアンドエラー等による経験的な方法で予め設定し、こ
の還流比を一定に維持させる還流比一定操作方法が採ら
れている。このような還流比一定操作方法に基づいた回
分充填蒸留においては、蒸留の初期と後期とでは蒸気成
分が大きく変化するために経済的な最適条件とは、かけ
離れた条件となる場合があり、文献1(Sundara
m.S,and Evans.L.B,: Ind.
Eng. Chem. Res. 32,p511(1
993))に示されるように回分充填蒸留の設計および
操作に対するシステマティックな方法論が要望されてい
る。
2. Description of the Related Art In recent years, batch filling distillation has been widely used in the field of fine specialty chemicals, and fine specialty chemicals are required to recover expensive and highly pure substances in high yields. However, the batch filling distillation operation is performed based on past experience, and a considerable amount of expensive products may be lost without being collected. Have been. Conventionally, in a distillation operation using a batch packed distillation column, the reflux ratio between the reflux liquid refluxed to the batch packed distillation column and the distillate removed from the batch packed distillation column is preset by an empirical method such as trial and error. However, a constant reflux ratio operation method for maintaining the reflux ratio constant is employed. In batch-packing distillation based on such a constant reflux ratio operation method, the economical optimal conditions may be far from economically optimal conditions because the vapor component greatly changes between the initial stage and the latter stage of the distillation. 1 (Sundara
m. S, and Evans. L. B ,: Ind.
Eng. Chem. Res. 32, p511 (1
There is a need for a systematic methodology for the design and operation of batch packed distillation as shown in 993)).

【0003】即ち、還流比一定操作方法は操作が簡単で
あり、安定した操作ができる等の長所があるが、回分充
填蒸留操作では蒸留が進むにつれ、低沸点成分が減少し
ていくためこの分離に必要な還流比は増加する。したが
って、還流比一定操作では、最初は必要以上の還流比で
操作されるが、蒸留の終点に近づくと低沸点成分の釜残
液濃度が低くなって、還流比が最小還流比以下となるピ
ンチポイントの状態となり分離操作を有効に行うことが
困難になる。また、還流比一定操作方法で必要成分の回
収率を増加させようとすると、これを所定純度で得るの
に必要な還流比が増加し、加熱のための所要蒸気量が多
くなって生産能力が急激に低下する。従って、経済的に
考えると1バッチ当たりの回収率を多く取ることができ
ない場合が多い。このように還流比を適切に設定しない
と有効成分の回収率が低下するので、効率よく運転操作
を行うためには、釜残組成における低沸点成分の減少に
応じて適切に還流比を増加させることが必要である。
[0003] That is, the method of operating at a constant reflux ratio has advantages such as easy operation and stable operation. However, in the batch filling distillation operation, as the low boiling point component decreases as the distillation proceeds, this separation is difficult. The required reflux ratio increases. Therefore, in the constant reflux ratio operation, the reflux ratio is initially operated more than necessary, but as the end point of the distillation is approached, the concentration of the low-boiling component in the bottom liquid decreases, and the reflux ratio becomes less than the minimum reflux ratio. The state becomes a point, and it becomes difficult to effectively perform the separating operation. In addition, if an attempt is made to increase the recovery rate of the required components by a constant reflux ratio operation method, the reflux ratio required to obtain the same with a predetermined purity increases, the amount of steam required for heating increases, and the production capacity increases. It drops sharply. Therefore, it is often not possible to obtain a large recovery rate per batch from an economic viewpoint. If the reflux ratio is not appropriately set, the recovery rate of the active ingredient is reduced. Therefore, in order to operate efficiently, the reflux ratio is appropriately increased according to the decrease in the low boiling components in the bottom composition. It is necessary.

【0004】一方、回分充填蒸留における最適な還流比
を求める方法としては、ポントリャギン(Pontry
agin)の最適化手法等を用いたオプチマルフラック
スポリシー(Optimal Reflux Poli
cy)の適用例が、文献2(Sandaram.S a
nd Evans.L.B : Ind. Eng.)
や文献3(森本、鈴木:化学工学論文集25,No3,
p411(1999))等に開示されている。
On the other hand, as a method for obtaining an optimum reflux ratio in batch packed distillation, Pontryagin (Pontryagin) is used.
Optimal Flux Policy (Optimal Flux Poli) using an optimization method of Agin
cy) is described in Reference 2 (Sandaram. Sa).
nd Evans. L. B: Ind. Eng. )
And Reference 3 (Morimoto, Suzuki: Chemical Engineering Transactions 25, No3,
p411 (1999)).

【0005】また、回分充填蒸留塔における還流比の制
御に関して、例えば特公平4−51201号公報(以下
イ号公報という)に、塔底及び塔中部分の蒸気の温度及
び圧力を検出する検出手段と、検出された温度及び圧力
に基づいて塔底及び塔中の蒸気組成を計算する組成計算
手段と、この計算結果及び設定塔頂蒸気組成とに基づい
て設定理論段数となる還流比を計算する還流比計算手段
と、これに応じて還流量を制御する流量制御弁と、塔頂
の蒸気の温度及び圧力を検出する第2の検出手段と、こ
の検出値に基づいて計算された塔頂蒸気組成と設定組成
との差に対応して理論段数を再設定する補正手段とから
なる回分蒸留用制御装置が記載されている。
Regarding the control of the reflux ratio in a batch packed distillation column, for example, Japanese Patent Publication No. 4-51201 (hereinafter referred to as "A") discloses a detecting means for detecting the temperature and pressure of steam at the bottom and inside of the column. And a composition calculating means for calculating the vapor composition in the bottom and in the column based on the detected temperature and pressure, and calculating a reflux ratio which is a set theoretical plate number based on the calculation result and the set top vapor composition. Reflux ratio calculating means, a flow control valve for controlling the amount of reflux in accordance therewith, second detecting means for detecting the temperature and pressure of the steam at the top, and overhead steam calculated based on the detected value A control device for batch distillation comprising a correction means for resetting the number of theoretical plates according to the difference between the composition and the set composition is described.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の還流比を変化させる回分充填蒸留方法及び装置で
は、以下のような課題を有していた。 (a)一般に採用されている還流比一定操作法では、ピ
ンチポイントが存在するため、高理論段数回分蒸留塔の
分離性能を有効に活用することはでき難いという課題が
あった。 (b)低還流比で操作する場合は、高理論段数の蒸留塔
を使用しても、ピンチポイントになり、蒸留塔の段数が
有効に働かないため分離性能が発揮されない。また最初
から高還流比で高理論段数の蒸留塔を使用すると多大の
蒸留時間を必要とし、省エネルギー性に欠けると共に、
原価が高くなるという課題を有していた。 (c)前記文献2、文献3等に示される還流比を最適化
手法に基づいて数学的に求める方法では、予め多数の設
定条件値の入力を必要とし、しかも複雑な計算を繰り返
すので、最適条件を求めるため一般のコンピュータでは
多くの時間が消費され、計算速度を速めるようにすれ
ば、大型コンピュータを要し、実際の蒸留操作に適用す
ることが困難であるという課題があった。 (d)イ号公報に示される還流比の制御装置は、塔頂の
温度及び圧力を検出し、この検出値に応じて理論段数の
再設定を行って還流比を変化させるので、設定理論段数
が変動して、理論段数が一定となる適正条件の下で効率
的に蒸留原液の回分充填蒸留を行うことが困難である。
このため、所定量の留出液を得るのに要する蒸留時間が
長くなり、生産性に劣りかつ生産コストが高くなる等の
経済性が低下するという課題があった。 (e)また、イ号公報によれば、蒸留塔各部の蒸気の温
度や圧力を検出して蒸気組成を計算し、この蒸気組成値
に基づいて留出液や還流液等の量を間接的に推算するの
で測定のタイムラグや誤差を生じ、その分ライトキー成
分の収率が低下し易く、また、留出液や還流液の絶対量
を逐時確実に把握して回分充填蒸留の制御を行うことが
困難であり、回分充填蒸留の操作性が悪いという課題が
あった。
However, the conventional batch-packing distillation method and apparatus for changing the reflux ratio have the following problems. (A) In the generally employed operation method with a constant reflux ratio, there is a problem that it is difficult to effectively utilize the separation performance of the distillation column for several high theoretical stages because of the presence of a pinch point. (B) In the case of operating at a low reflux ratio, even if a distillation column having a high theoretical number of plates is used, it becomes a pinch point, and the separation performance is not exhibited because the number of stages of the distillation column does not work effectively. Also, if a distillation column with a high reflux ratio and a high number of theoretical plates is used from the beginning, a large amount of distillation time is required, and energy saving is lacking.
There was a problem that the cost would be high. (C) The method of mathematically obtaining the reflux ratio shown in the above-mentioned Documents 2 and 3 based on an optimization method requires inputting a large number of set condition values in advance, and furthermore, complicated calculations are repeated. A general computer consumes a lot of time to find the conditions, and if the calculation speed is increased, a large computer is required, and it is difficult to apply the method to an actual distillation operation. (D) The reflux ratio control device disclosed in the publication No. A detects the temperature and pressure at the top of the column and resets the theoretical plate number in accordance with the detected values to change the reflux ratio. Fluctuates, and it is difficult to efficiently perform batch packed distillation of the distillation stock under appropriate conditions where the number of theoretical plates is constant.
For this reason, there has been a problem that the distillation time required to obtain a predetermined amount of distillate is long, and the productivity is inferior and the production cost is high, and the economic efficiency is reduced. (E) Further, according to the publication No. A, the vapor composition is calculated by detecting the temperature and pressure of the vapor in each part of the distillation column, and the amounts of the distillate and the reflux liquid are indirectly calculated based on the vapor composition value. As a result, measurement time lags and errors occur, and the yield of light key components tends to decrease accordingly.Also, the absolute amount of distillate or reflux liquid is reliably grasped every time to control batch filling distillation. However, there is a problem that the operability of batch filling distillation is poor.

【0007】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたもので、鋭意研究の結果、比揮発度の小さい、
分離の困難な蒸留原液より、高理論段数の回分充填蒸留
塔を使用し、蒸留塔の持っている分離性能を有効に活用
し、効率よく高純度の製品を高収率で回収することがで
きることを見い出し完成したものである。本発明は、瞬
間最小理論ステップ数を回分充填蒸留の開始から終了ま
で常に一定に維持するように還流比を変化させ、回分充
填蒸留装置の性能を最大限活用することができ、膨大な
繰り返し計算を必要とせず、回分充填蒸留を効率的かつ
経済的に行うことができる回分充填蒸留方法を提供する
と共に、極めて効率よく分離性能が適正化される条件の
下で蒸留原液の回分充填蒸留を行うことができ、回分充
填蒸留塔の制御に必要な留出液や還流液の絶対量を確実
に把握して回分充填蒸留の制御を適切に行って回収率を
向上させることができる回分充填蒸留装置を提供するこ
とを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and as a result of intensive studies, it has been found that the relative volatility is small.
Using a batch packed distillation column with a high number of theoretical plates from a distillation stock solution that is difficult to separate, effectively utilizing the separation performance of the distillation column, and efficiently collecting high-purity products in high yield. It was found and completed. The present invention changes the reflux ratio so that the instantaneous minimum theoretical number of steps is always kept constant from the start to the end of batch-packing distillation, thereby making the most of the performance of the batch-packing distillation apparatus, and performing enormous repetitive calculations. The present invention provides a batch-packing distillation method capable of performing batch-packing distillation efficiently and economically without the need for a batch-packing distillation, and performs a batch-packing distillation of a distillation stock solution under conditions where the separation performance is optimized extremely efficiently. A batch-packing distillation apparatus capable of accurately grasping the absolute amounts of distillate and reflux liquid necessary for controlling the batch-packing distillation column and appropriately controlling the batch-packing distillation to improve the recovery rate. The purpose is to provide.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は以下の構成を有している。本発明の請求項1
に記載の回分充填蒸留方法は、低沸点のライトキー成分
と高沸点のヘビーキー成分とを含む蒸留原液を回分充填
蒸留塔を用いて還流操作を行いながらそれぞれ所定の回
収率で留出液と釜残液とに分離する回分充填蒸留方法で
あって、(数式1)で定義される最小理論ステップ数S
m−1より多い理論段数Nを有する回分充填蒸留塔を用
いると共に、前記還流操作における還流比を調整して、
(数式2)で定義される瞬間最小理論ステップ数SM
最小理論ステップ数Smに一致させて蒸留するように構
成されている。 Sm=ln(ln(1−η1)/ln(1−η2))/lnα ---- (数式1) (式中、η1はライトキー成分の留出液への回収率、η2
はヘビーキー成分の留出液への回収率、αはヘビーキー
成分に対するライトキー成分の比揮発度を表す。) SM=ln((xD1/xD2)/(xB1/xB2))/lnα ----(数式2) (式中、xD1はライトキー成分の瞬間留出組成、xD2
はヘビーキー成分の瞬間留出組成、xB1はライトキー
成分の瞬間釜残組成、xB2はヘビーキー成分の瞬間釜
残組成を表す。) この構成によって、以下の作用が得られる。 (a)比揮発度の小さい、分離の困難な蒸留原液より、
高理論段数の回分充填蒸留塔を使用し、蒸留塔の持って
いる分離性能を有効に活用し、効率よく高純度の製品を
高収率で回収することができ、低原価で製品を得ること
ができる。 (b)操作のメカニズムが明確であり、蒸留途中の組成
変化を計算により逐次把握することができるため、操作
中の変動に対し還流比を調整するだけで適切に対応する
ことができる。 (c)還流比を調整することによって(数式2)で定義
される瞬間最小理論ステップ数SMを常時、(数式1)
で定義される最小理論ステップ数Smに一致させ、即
ち、理論段数一定の全還流蒸留に相当する回分充填蒸留
の状態を維持するようにしているので、各理論段におけ
る各成分間の平衡関係が適正に保たれて蒸留原液の回分
充填蒸留を効率的に行うことができる。 (d)回分充填蒸留の開始から終了までにおける還流比
の操作パターンを、この間の瞬間最小理論ステップ数S
Mが所定値となるように予め定めておき、このパターン
に従って回分充填蒸留操作を行うことができるので、蒸
留原液等の温度や圧力等を直接測定することなく回分充
填蒸留の操作を適切かつ確実に行って、所定回収率と所
定純度を有する留出液や釜残液を得ることができる。 (e)瞬間最小理論ステップ数SMに対してその目標値
となる最小理論ステップ数Smを定めるだけで、これに
対応する還流比を設定できるので、多数の設定条件の入
力や複雑な計算の反復を必要とせず、分離条件が最適化
される条件の下で蒸留原液の回分充填蒸留を効率的かつ
経済的に行うことができる。 (f)最小理論ステップ数Smが、η1、η2、αの3変
数だけで設定されるので、複雑な反復計算を要すること
なく簡単に目標値を設定して、これに従って還流比の調
整を効率的に行うことができる。 (g)回分充填蒸留塔が最小理論ステップ数Smから1
を減算した値、即ち、最小理論段数Nmよりも多い理論
段数Nを有するので、回分充填蒸留塔における還流比制
御の操作を余裕をもって、しかも確実に行うことがで
き、回分充填蒸留の生産性を高めることができる。 (h)最小理論ステップ数Sm−1よりも多い理論段数
Nを有した回分充填蒸留塔を用いるので、安定した操作
条件を容易に確保できると共に、ゆとりを持った条件で
操作でき、所望の分離を効率的に行うことができる。 (i)理論段数N=50、仕込組成xF=0.5、比揮
発度α=1.273、平均留出組成xDav=0.99
5、回収率η=0.90の場合、今回開発した新しい回
分蒸留方法は、従来の還流比一定操作に対して、約1/
2の蒸留時間でよく、著しく生産性を高めることができ
る。
In order to achieve the above object, the present invention has the following arrangement. Claim 1 of the present invention
The batch filling distillation method described in the above, a distillation stock solution containing a low boiling point light key component and a high boiling point heavy key component is subjected to a reflux operation using a batch packed distillation column, while distillate and kettle at a predetermined recovery rate respectively A batch packed distillation method for separating into a residual liquid, wherein the minimum number of theoretical steps S defined by (Equation 1)
While using a batch packed distillation column having a theoretical plate number N greater than m- 1, and adjusting the reflux ratio in the reflux operation,
Distillation is performed so that the instantaneous minimum theoretical step number S M defined by (Equation 2) matches the minimum theoretical step number S m . S m = ln (ln (1 -η1) / ln (1-η2)) / lnα ---- ( Equation 1) (wherein, .eta.1 the recovery of the distillate right key components, .eta.2
Represents the recovery rate of the heavy key component in the distillate, and α represents the relative volatility of the light key component to the heavy key component. ) S M = ln ((xD1 / xD2) / (xB1 / xB2)) / lnα (Formula 2) where xD1 is the instantaneous distilling composition of the light key component, xD2
Represents the instantaneous distillation composition of the heavy key component, xB1 represents the instantaneous residue composition of the light key component, and xB2 represents the instantaneous residue composition of the heavy key component. With this configuration, the following operation is obtained. (A) From a distillation stock solution having a small specific volatility and difficult to separate,
Using a batch packed distillation column with a high number of theoretical plates, making effective use of the separation performance of the distillation column, efficiently recovering high-purity products in high yields and obtaining products at low cost Can be. (B) The mechanism of the operation is clear, and the composition change during the distillation can be sequentially grasped by calculation. Therefore, it is possible to appropriately cope with the fluctuation during the operation only by adjusting the reflux ratio. (C) by adjusting the reflux ratio (Equation 2) is the instantaneous constantly minimum theoretical number of steps S M as defined in (Equation 1)
In to match the minimum theoretical number of steps S m which is defined, i.e., since in order to maintain the state of the batch packed distillation corresponding to the number of theoretical plates constant total reflux distillation, the equilibrium relationship between the components in each theoretical plate Is properly maintained, and the batch filling distillation of the distillation stock solution can be efficiently performed. (D) The operation pattern of the reflux ratio from the start to the end of batch-packing distillation is defined as the instantaneous minimum theoretical step number S during this period.
Batch filling distillation operation can be performed according to this pattern in advance so that M becomes a predetermined value, so that batch filling distillation operation can be performed appropriately and reliably without directly measuring the temperature, pressure, etc. of the distillation stock solution. To obtain a distillate having a predetermined recovery rate and a predetermined purity or a bottom liquid. (E) The reflux ratio can be set corresponding to the instantaneous minimum theoretical step number S M simply by determining the minimum theoretical step number S m that is the target value. , And batch batch distillation of the distillation stock solution can be performed efficiently and economically under conditions where the separation conditions are optimized. (F) the minimum theoretical number of steps S m is, .eta.1, .eta.2, because it is set only 3 variables alpha, the set easily target value without requiring complicated iterative calculations, adjusted reflux ratio accordingly It can be done efficiently. (G) The batch packed distillation column is increased from the minimum theoretical step number Sm to 1
The subtracted value, i.e., because it has a large number of theoretical plates N than the minimum number of theoretical plates N m, times with a margin operations reflux ratio control in packed distillation column, and reliably can be performed, the batch packed distillation productivity Can be increased. (H) Since a batch packed distillation column having a theoretical plate number N larger than the minimum theoretical step number S m -1 is used, stable operating conditions can be easily secured, and the operation can be performed under a condition having a sufficient space. Separation can be performed efficiently. (I) Number of theoretical plates N = 50, charge composition xF = 0.5, specific volatility α = 1.273, average distillate composition xDav = 0.99
5. When the recovery η = 0.90, the newly developed batch distillation method is about 1 /
A distillation time of 2 is sufficient, and productivity can be significantly increased.

【0009】ここで、回分充填蒸留塔の理論段数Nは、
充填物の性能を示すHETP(理論段1段あたりの充填
高さ)の値と充填高さより決定される。分離に必要な理
論ステップ数(=理論段数N+1)は、最小理論ステッ
プ数S mの1.3倍〜2.7倍の経済的に適切な範囲で
選定することが望ましい。ここで、ライトキー成分とヘ
ビーキー成分は、前記文献1(p.512)の式(1)
で定義されるような分離目的の成分を意味している。多
成分系等の場合、蒸留原液における分離を目的とした低
沸点の成分とこれより沸点が高い成分であり、2成分系
の場合には、それぞれ低沸点成分と高沸点成分とに対応
している。還流比は、回分充填蒸留塔の上部に設けられ
た凝縮器(コンデンサ)からの凝縮液を回分充填蒸留塔
に還流させる還流液と回分充填蒸留塔から取り出す留出
液とに分配する還流機構を操作することによって、任意
の値に設定することができる。
Here, the theoretical number N of batch packed distillation columns is as follows:
HETP (filling per theoretical plate)
Height) and the filling height. Necessary for separation
The number of theoretical steps (= the number of theoretical stages N + 1) is
Number S m1.3 to 2.7 times the economically appropriate range
It is desirable to select. Here, the light key component and
The beak component is calculated by the formula (1) in the aforementioned reference 1 (p. 512).
Means the components for separation purposes as defined in Many
In the case of component systems, low
A component with a boiling point and a component with a higher boiling point
Corresponds to low-boiling components and high-boiling components, respectively.
are doing. The reflux ratio is provided at the top of the batch packed distillation column.
Packed distillation column with condensate from the condenser
Reflux and reflux distillation from batch packed distillation tower
By operating the reflux mechanism that distributes liquid and
Can be set to the value of

【0010】(数式2)は、フェンスケ(Fensk
e)の式として知られている関係式であり、蒸留中にお
ける瞬間釜残組成と瞬間留出組成の関係を規定してお
り、これによって回分充填蒸留操作の開始から終了まで
の各時点における蒸留原液の分離性能を評価することが
できる。(数式1)は、(数式2)で求められる瞬間最
小理論ステップ数SMを操作した場合において、蒸留開
始から蒸留終点までの回収率を積分することによって求
められた最小理論ステップ数Smを規定する式である。
即ち、フェンスケの式より、回分充填蒸留の計算式であ
るレーリー(Rayleigh)式を用いて積分するこ
とにより求めることができる。この(数式1)は文献
(小島、青山:化学工学,23,No6,p21(19
59))に最小理論段数の計算式として導かれている。
(数式1)で定義される最小理論ステップ数Smは、前
記瞬間最小理論ステップ数SMの目標値となる定数であ
り、瞬間最小理論ステップ数SMをこの目標値に合致す
るように還流比を制御することにより、比揮発度がほぼ
一定とみなせる成分を有して所定の成分構成を有する蒸
留原液を、回分充填蒸留の終点においてそれぞれ所定の
回収率と純度を有した留出液と釜残液とに最も経済的か
つ効率的に分離することができる。
[0010] (Equation 2) is expressed by Fenske
e) is a relational equation known as the equation of (e), which defines the relationship between the instantaneous bottom composition and the instantaneous distillate composition during the distillation, whereby the distillation at each time point from the start to the end of the batch filling distillation operation is defined. The separation performance of the stock solution can be evaluated. (Equation 1) is calculated by integrating the minimum theoretical step number S m obtained by integrating the recovery rate from the start of distillation to the end point of distillation when the instantaneous minimum theoretical step number S M obtained by (Equation 2) is operated. This is a prescribed expression.
That is, it can be obtained by integrating from the Fenske equation using the Rayleigh equation which is a calculation equation for batch filling distillation. This (Formula 1) is described in the literature (Kojima, Aoyama: Chemical Engineering, 23, No. 6, p21 (19)
59)) is derived as a formula for calculating the minimum theoretical plate number.
Minimum theoretical number of steps S m which is defined by (Equation 1), the constants as a target value of the instantaneous minimum theoretical number of steps S M, refluxed for minimum theoretical number of steps S M instantaneously to meet the target value By controlling the ratio, the distillation stock solution having a component that can be regarded as being substantially constant with a specific volatility and having a predetermined component composition, and a distillate having a predetermined recovery rate and purity at the end point of the batch filling distillation, respectively. It can be most economically and efficiently separated from the bottom liquid.

【0011】請求項2に記載の回分充填蒸留方法は、低
沸点のライトキー成分と高沸点のヘビーキー成分とを含
む蒸留原液を回分充填蒸留塔を用いて還流操作を行いな
がらそれぞれ所定の回収率で留出液と釜残液とに分離す
る回分充填蒸留方法であって、請求項1に記載された回
分充填蒸留方法における最小理論ステップ数Sm−1よ
り多い理論段数Nを有する回分充填蒸留塔を用いると共
に、前記還流操作における還流比を、請求項1に記載さ
れた回分充填蒸留方法における瞬間最小理論ステップ数
Mを最小理論ステップ数Smに維持させるのに必要な還
流比以上の値の範囲に設定して蒸留するように構成され
ている。この構成によって、以下の作用を有する。 (a)蒸留状態を表すための瞬間最小理論ステップ数S
Mを(数式2)によって規定すると共に、その目標値と
なる最小理論ステップ数Smを、所定の成分構成を有す
る蒸留原液を、回分充填蒸留の終点においてそれぞれ所
定の回収率と純度を有した留出液と釜残液とに最も効率
的に分離することができる(数式1)で設定しているの
で、これを用いて還流比を所定の範囲に調整して、分離
性能を適正化できる条件の下で回分充填蒸留操作を適切
かつ効率的に行うことができる。 (b)瞬間最小理論ステップ数SMを最小理論ステップ
数Smに維持させるのに必要な還流比以上の範囲に、実
際の還流比を設定するので、十分な余裕を持って還流比
を制御することができる。 (c)予め必要な適正還流比の変化パターンを定めてお
き、この適正還流比以上の範囲で還流比を段階的に変化
させることもできるので、ピンチポイントの発生を回避
できると共に、還流比の操作を容易に行うことができ
る。 (d)還流比一定操作を組み入れることにより、還流比
を連続的に変化させる場合と比較して、蒸留時間は少し
長くなるが、操作の容易な、安定した操作が可能とな
る。
[0011] In the batch packed distillation method according to the present invention, the distillation stock solution containing a low boiling point light key component and a high boiling point heavy key component is subjected to a reflux operation using a batch packed distillation column at a predetermined recovery rate. A batch packed distillation method for separating into a distillate and a bottom residue in the batch packed distillation method having a theoretical plate number N larger than the minimum theoretical step number S m -1 in the batch packed distillation method according to claim 1. A column is used, and the reflux ratio in the reflux operation is not less than the reflux ratio necessary to maintain the instantaneous minimum theoretical step number S M in the batch packed distillation method according to claim 1 at the minimum theoretical step number S m . It is configured to distill at a set value. This configuration has the following operation. (A) The instantaneous minimum theoretical step number S for representing the distillation state
Together defined by the M (Equation 2), that the target minimum theoretical number of steps value to become S m, a distillation stock solution having a predetermined component configuration, having a respective predetermined recovery and purity at the end of the batch packed distillation Since the distillate and the bottom liquid can be most efficiently separated (formula 1), the reflux ratio can be adjusted to a predetermined range by using this to optimize the separation performance. The batch filling distillation operation can be appropriately and efficiently performed under the conditions. (B) Since the actual reflux ratio is set within a range not less than the reflux ratio required to maintain the instantaneous minimum theoretical step number S M at the minimum theoretical step number S m , the reflux ratio is controlled with a sufficient margin. can do. (C) Since a necessary change pattern of the appropriate reflux ratio can be determined in advance and the reflux ratio can be changed stepwise within a range not less than the appropriate reflux ratio, the occurrence of a pinch point can be avoided and the reflux ratio can be reduced. The operation can be easily performed. (D) By incorporating the constant reflux ratio operation, the distillation time is slightly longer than in the case where the reflux ratio is continuously changed, but the operation is easy and stable operation is possible.

【0012】請求項3に記載の回分充填蒸留方法は、請
求項1又は2に記載の発明において、前記回分充填蒸留
塔の理論ステップ数Sが、1.3Sm≦S≦2.7Sm
条件を充たすように制御されて構成されている。この構
成により請求項1又は2で得られる作用の他に次の作用
が得られる。 (a)回分充填蒸留塔の理論段数Nに蒸留釜の段数1を
加えた理論ステップ数Sが最小理論ステップ数Smに対
して特定範囲に限定されるので、さらに効率よく回分充
填蒸留操作を行えると共に、回収率を向上させることが
できる。 (b)S/Smが適切な範囲に選ばれるため、回収率の
よい、経済的な回分充填蒸留操作を行うことができる。 (c)S/Smが適切な範囲に選ばれるため、経済的に
適切な、回分充填蒸留塔を設計することができる。ここ
で、理論ステップ数Sが最小理論ステップ数Smに対し
てその1.3倍より少ないと、還流比を変化させて瞬間
最小理論ステップ数SMを制御するのに必要な余裕が少
なくなって回分充填蒸留塔の制御操作が困難になる傾向
にあるので好ましくない。逆に理論ステップ数Sが最小
理論ステップ数Smに対してその2.7倍を超えると、
理論段数Nを高くするのに必要な設備費用が増加する
上、それ程蒸留原液の分離性能を向上させることができ
ないので好ましくない。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the batch packed distillation method according to the first or second aspect, wherein the number S of theoretical steps of the batch packed distillation column is 1.3 S m ≦ S ≦ 2.7 S m . It is configured to be controlled so as to satisfy the conditions. With this configuration, the following operation can be obtained in addition to the operation obtained in claim 1 or 2. Since the theoretical number of steps S plus number 1 of the distillation kettle theoretical plate number N of (a) batch packed distillation column is limited to a specific range for the minimum theoretical step number S m, more efficiently batch packed distillation operation And the recovery rate can be improved. (B) Since S / S m is selected in an appropriate range, an economical batch-packing distillation operation with a good recovery rate can be performed. (C) Since S / S m is selected in an appropriate range, an economically appropriate batch packed distillation column can be designed. Here, the theoretical number of steps S is less than the 1.3 times the minimum theoretical step number S m, is less margin necessary to control the instantaneous minimum theoretical number of steps S M by varying the reflux ratio This is not preferable because the control operation of the batch packed distillation column tends to be difficult. Conversely, when the theoretical number of steps S exceeds the 2.7 times the minimum theoretical step number S m,
It is not preferable because the equipment cost required to increase the number N of theoretical plates increases, and the separation performance of the distillation stock solution cannot be improved so much.

【0013】請求項4に記載の回分充填蒸留装置は、
(a)低沸点のライトキー成分と高沸点のヘビーキー成
分とを含む蒸留原液が仕込まれる蒸留釜と、(b)前記
蒸留釜の蒸留原液を循環加熱するリボイラーと、(c)
前記リボイラーで加熱され発生した蒸気が通過され充填
物が配置された回分充填蒸留塔と、(d)前記回分充填
蒸留塔の頂部から留出した留分を凝縮させるコンデンサ
と、(e)前記コンデンサで凝縮され留出液受器に取り
出される留出液と前記回分充填蒸留塔に戻される還流液
とを所定の還流比に分配する制御弁を有する還流機構
と、(f)前記蒸留釜及び前記留出液受器に設けられた
液面レベルを検知する液面計及び/又はその重量を検知
する重量計と、(g)前記還流機構を操作して回分充填
蒸留中における分離性能の大きさを表す瞬間最小理論ス
テップ数SMが所定の目標値になるように前記還流比を
調整すると共に、前記液面計又は前記重量計で取得され
るデータを予め設定した目標データと比較して回分充填
蒸留の監視及び前記還流機構の制御を行う制御部とを備
えて構成されている。この構成によって、以下の作用が
得られる。 (a)比揮発度の小さい、分離困難な蒸留原液より、高
理論段数の回分充填蒸留塔を使用し、蒸留塔の持ってい
る分離性能を有効に活用し、効率よく高純度の製品を高
収率で回収することが可能で、省エネルギー性、生産性
に優れる。 (b)瞬間最小理論ステップ数が所定の目標値になるよ
うに回分充填蒸留中の還流比を調整する制御部を備えて
いるので、理論段数一定の全還流蒸留に相当する回分充
填蒸留の状態を維持することができ、蒸留原液の回分充
填蒸留を効率的に行える。 (c)液面計又は重量計で取得されるデータを予め設定
した目標データと比較して回分充填蒸留操作の監視を行
う制御部を備えているので、蒸留原液の温度や圧力を直
接測定することなく回分充填蒸留の操作を適切かつ確実
に監視して、所定回収率と所定純度を有した留出液や釜
残液を得ることができる。 (d)瞬間最小理論ステップ数SMの目標値(最小理論
ステップ数Sm)を定めるだけで、これに対応する還流
比を設定できるので、多数の設定条件の入力や複雑な計
算の反復を必要とせず、理論段数が一定となる適正条件
の下で蒸留原液の回分充填蒸留を効率的かつ経済的に行
うことができる。 (e)回分充填蒸留塔内に規則性充填物を充填した場
合、これら規則性充填物同士で形成される空隙の部分を
蒸気と還流液の流れる流路として安定かつ均一に確保す
ることで各段に滞留する液量(ホールドアップ)を少な
くして、気液平衡関係を適切に維持させることができる
と共に、ホールドアップがないものとして仮定した結果
を適用でき、計算を単純化することができる。
[0013] The batch-packed distillation apparatus according to claim 4 comprises:
(A) a distillation still into which a stock solution containing a low-boiling light key component and a high-boiling heavy key component is charged; (b) a reboiler for circulating and heating the distillation stock in the still;
A batch packed distillation column in which the steam generated by heating by the reboiler is passed and a packing is disposed, (d) a condenser for condensing a fraction distilled from the top of the batch packed distillation column, and (e) the condenser A reflux mechanism having a control valve for distributing the distillate condensed in the distillate discharged to the distillate receiver and the reflux liquid returned to the batch packed distillation column at a predetermined reflux ratio; A liquid level meter provided in the distillate receiver for detecting the liquid level and / or a weight meter for detecting the weight thereof; and (g) the magnitude of the separation performance during batch packed distillation by operating the reflux mechanism. And the reflux ratio is adjusted so that the instantaneous minimum theoretical step number S M becomes a predetermined target value, and data obtained by the liquid level meter or the weighing scale is compared with target data set in advance to perform batch measurement. Monitoring of packed distillation and said It is constituted by a control unit for controlling the flow mechanism. With this configuration, the following operation is obtained. (A) Using a batch packed distillation column with a high number of theoretical plates from a distillation stock solution having a small specific volatility and difficult to separate, effectively utilizing the separation performance of the distillation column to efficiently produce high-purity products. It can be recovered in a yield, and is excellent in energy saving and productivity. (B) Since there is provided a control unit for adjusting the reflux ratio during batch packed distillation so that the instantaneous minimum theoretical step number becomes a predetermined target value, the state of batch packed distillation corresponding to total reflux distillation with a fixed number of theoretical stages , And the batch filling distillation of the distillation stock solution can be efficiently performed. (C) Since the control unit for monitoring the batch filling distillation operation by comparing the data acquired by the liquid level meter or the weighing scale with the preset target data is provided, the temperature and pressure of the undistilled solution are directly measured. It is possible to monitor the operation of batch-packing distillation appropriately and reliably without obtaining a distillate or a bottom residue having a predetermined recovery rate and a predetermined purity. (D) The reflux ratio can be set corresponding to the target value (minimum theoretical step number S m ) of the instantaneous minimum theoretical step number S M by simply determining the target value. It is possible to efficiently and economically perform batch-packed distillation of the distillation stock under the appropriate conditions under which the number of theoretical plates is constant. (E) In the case where the batch packing distillation column is filled with the regular packing, each of the voids formed by the regular packings is stably and uniformly secured as a flow path for the vapor and the reflux liquid by each of them. The amount of liquid (hold-up) staying in the stage can be reduced to maintain the gas-liquid equilibrium relationship properly, and the result can be applied assuming that there is no hold-up, and the calculation can be simplified. .

【0014】ここで、コンデンサは、ノックバック式の
コンデンサ等を適用できる。蒸留塔の外部に設置される
通常のコンデンサを使用する場合、凝縮液が沸点以下に
過冷却されるため充填塔を効率よく操作することができ
ない。この場合には還流ラインにプレヒータを設け、沸
点付近まで加熱することにより、蒸留塔の塔頂に設置さ
れるノックバック式と同等な効果をうることができる。
リボイラーは、沸点上昇が問題となる真空蒸留を行う以
外は、通常使用される形式の、満液式の外部循環式のも
の、ジャケット式のもの、サーモサイホンリボイラー、
ケトル式リボイラーなどを使用することができる。ジャ
ケット式のリボイラーの場合、液面が減少していくと伝
熱面積が不足し蒸発速度が低下する欠点があるが、蒸発
量一定に保って操作する蒸留法では、外部循環式のリボ
イラーが有効である。回分充填蒸留では、真空蒸留操作
が必要となる場合が多く、液膜流下式リボイラーはこの
ような真空蒸留の場合にも適用できる。還流機構は、コ
ンデンサから排出される凝縮液等を所定の還流比で還流
液と留出液とに分配するもので、流量の制御弁を複数有
する配管系統から構成され、これらの制御弁の動きが制
御部を介して制御されるようになっている。
Here, a knock-back type capacitor or the like can be used as the capacitor. When a normal condenser installed outside the distillation column is used, the packed column cannot be operated efficiently because the condensate is supercooled below the boiling point. In this case, by providing a preheater in the reflux line and heating it to near the boiling point, an effect equivalent to a knockback type installed at the top of the distillation column can be obtained.
The reboiler is of the type normally used, except for performing vacuum distillation in which the rise in boiling point is a problem, a liquid-filled external circulation type, a jacket type, a thermosiphon reboiler,
A kettle-type reboiler or the like can be used. In the case of a jacket type reboiler, if the liquid level decreases, the heat transfer area becomes insufficient and the evaporation rate decreases.However, in a distillation method that operates with a constant evaporation amount, an external circulation type reboiler is effective. It is. Batch distillation often requires a vacuum distillation operation, and a liquid film falling reboiler can be applied to such a vacuum distillation. The reflux mechanism distributes the condensed liquid discharged from the condenser and the like to the reflux liquid and the distillate at a predetermined reflux ratio, and is composed of a piping system having a plurality of control valves for the flow rate. Are controlled via the control unit.

【0015】留出液受器及び蒸留釜に設けられる液面計
は、その液面レベル(液量)を正確に把握するために設
けられたもので、液面に浮かべたフロートの位置を検出
するフロート式や、外部側面に設置したU字管で液面レ
ベルを検出する方式あるいは液面から反射される音波等
により液面までの距離を検出する音波式のもの等を用い
ることができる。留出液受器及び蒸留釜に設けられる重
量計は、ロードセルを用いるもの等を適用することがで
きる。蒸留釜や留出液受器の液量を把握するため、液面
計又は重量計を設置することが有効である。制御部は、
コンピュータやシーケンサ等からなる還流機構を操作す
るための装置であり、回分充填蒸留における瞬間最小理
論ステップ数SMが所定の目標値(最小理論ステップ数
m)に維持されるような還流比の変化パターンを予め
求めておき、この変化パターンに従って、還流比を制御
することができる。また、液面計又は重量計で取得され
るデータを、予め設定してある液面レベル変化や重量変
化の目標データと比較して回分充填蒸留操作の監視を行
うようにプログラムされている。
The liquid level gauges provided on the distillate receiver and the distillation still are provided for accurately grasping the liquid level (liquid amount), and detect the position of the float floating on the liquid surface. A float type, a method of detecting the liquid level with a U-shaped tube installed on the outer side surface, or a sound wave type of detecting the distance to the liquid surface by sound waves reflected from the liquid surface can be used. As a weighing device provided in the distillate receiver and the distillation still, one using a load cell or the like can be applied. It is effective to install a liquid level gauge or a weighing scale in order to grasp the amount of liquid in the still and the distillate receiver. The control unit is
A device for operating the recirculation system comprising a computer and a sequencer or the like, batch filling minimum theoretical number of steps S M moment in the distillation of the by such a reflux ratio maintained at a predetermined target value (minimum theoretical number of steps S m) A change pattern can be obtained in advance, and the reflux ratio can be controlled according to the change pattern. The program is programmed to compare the data acquired by the liquid level meter or the weighing scale with preset target data of the liquid level change and the weight change to monitor the batch filling distillation operation.

【0016】請求項5に記載の回分充填蒸留装置は、請
求項4に記載の回分充填蒸留装置において、前記回分充
填蒸留塔の理論段数Nに蒸留釜の段数1を加えた理論ス
テップ数Sが、請求項1に記載された回分充填蒸留方法
における最小理論ステップ数をSmとした場合に、前記
ステップ数Sが1.3Sm≦S≦2.7Smの条件を充た
すように制御する制御部を備えて構成されている。この
構成によって、請求項4に記載の作用に加えて以下の作
用を有する。 (a)回分充填蒸留塔の理論段数Nに蒸留釜の段数1を
加えた理論ステップ数Sが最小理論ステップ数Smに対
して特定範囲に限定されるので、さらに効率よく回分充
填蒸留操作を行うことができると共に、回収率を向上さ
せることができる。 (b)S/Smが適切な範囲に選ばれるため、回収率の
よい、経済的な、回分充填蒸留操作を行うことができ
る。 (c)S/Smが適切な範囲に選ばれるため、経済的に
適切な、回分充填蒸留塔を設計することができる。ここ
で、理論ステップ数Sが最小理論ステップ数Smに対し
てその1.3倍より少ないと、還流比を変化させて回分
充填蒸留の操作を制御するのに必要な余裕が少なく回分
充填蒸留塔の制御操作が困難になる傾向にあるので好ま
しくない。逆に理論ステップ数Sが最小理論ステップ数
mに対してその2.7倍を超えると、理論段数Nを高
くするのに必要な設備費用が増加する上、それ程蒸留原
液の分離性能を向上させることができないので好ましく
ない。
In the batch packed distillation apparatus according to a fifth aspect, in the batch packed distillation apparatus according to the fourth aspect, the number of theoretical steps S obtained by adding 1 to the number of theoretical plates in the batch packed distillation column and 1 to the number of distillation tanks is obtained. , when the minimum theoretical number of steps in has been batch packed distillation method according to claim 1 and a S m, the number of steps S is controlled to satisfy the condition of 1.3S m ≦ S ≦ 2.7S m control Unit. With this configuration, the following operation is obtained in addition to the operation described in claim 4. Since the theoretical number of steps S plus number 1 of the distillation kettle theoretical plate number N of (a) batch packed distillation column is limited to a specific range for the minimum theoretical step number S m, more efficiently batch packed distillation operation And the recovery rate can be improved. (B) Since S / Sm is selected in an appropriate range, an economical batch-packing distillation operation with good recovery can be performed. (C) Since S / S m is selected in an appropriate range, an economically appropriate batch packed distillation column can be designed. Here, the theoretical number of steps S is less than the 1.3 times the minimum theoretical step number S m, afford less batch filling required to control the operation of the change is allowed by batch packed distillation reflux ratio distilling It is not preferable because the control operation of the tower tends to be difficult. Improve the contrary the theory step number S is greater than the 2.7 times the minimum theoretical step number S m, on equipment cost required to increase the number of theoretical plates N increases, the separation performance of less distillation stock solution It is not preferable because it cannot be performed.

【0017】請求項6に記載の回分充填蒸留装置は、請
求項4又は5に記載の発明において、前記回分充填蒸留
塔が金属板、金網型、グリッド型のいずれか1以上から
なる規則充填物を塔内に備えて構成されている。この構
成によって、請求項6の効果に加えて以下の作用を有す
る。 (a)回分充填蒸留塔内に規則充填物が充填されている
ので、規則充填物間や規則充填物に形成された細孔や窪
み等に蒸気や還流液の流れる流路を形成して、安定的か
つ均一な物質移動を回分充填蒸留塔内に確保することが
できる。 (b)回分充填蒸留塔の各段に蓄積、滞留される液量
(ホールドアップ)を少なくして、気液平衡関係を効果
的に維持させることができる。 (c)ホールドアップがないものとして仮定した結果を
適用することができ、計算を簡単に行うことができる。 (d)不規則充填物を用いた場合に比べて、気液接触効
率がよいため、回分充填蒸留塔の有効高さを少なくし
て、高効率で低コストの回分充填蒸留塔を設計できる。 (e)規則充填物や規則充填物間に還流液が溜まること
が少ないので、還流液の塔内滞留時間を短くできる。こ
こで規則充填物は、例えばステンレス、チタン、ジルコ
ニウム、ニッケル、等の金属やこれらの合金を素材とし
たもので、多数の細孔を形成したシートタイプ金属板型
のものや、金属の細線を網状に編んで形成したメッシュ
タイプの金属板型、グリッドタイプ等である。これら規
則充填物は回分充填蒸留塔内に積層させた状態で用いら
れる。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the batch packed distillation apparatus according to the fourth or fifth aspect, wherein the batch packed distillation column comprises at least one of a metal plate, a wire mesh type, and a grid type. Is provided in the tower. This configuration has the following effect in addition to the effect of the sixth aspect. (A) Since the batch packing distillation column is filled with the structured packing, a flow path for vapor or reflux liquid is formed between the structured packings or in pores or depressions formed in the structured packing, Stable and uniform mass transfer can be ensured in the batch packed distillation column. (B) The amount of liquid accumulated and retained in each stage of the batch packed distillation column (hold-up) can be reduced, and the gas-liquid equilibrium relationship can be effectively maintained. (C) The result assuming that there is no hold-up can be applied, and the calculation can be performed easily. (D) Since the gas-liquid contacting efficiency is better than the case where the random packing is used, the effective height of the batch packed distillation column can be reduced, and a batch packed distillation column with high efficiency and low cost can be designed. (E) Since the reflux liquid is less likely to accumulate between the structured packing and the structured packing, the residence time of the reflux liquid in the column can be shortened. Here, the ordered packing is made of a metal such as stainless steel, titanium, zirconium, nickel, or an alloy thereof, or a sheet-type metal plate type having a large number of pores, or a thin metal wire. A mesh type metal plate type or a grid type formed by knitting in a net shape. These structured packings are used in a state of being stacked in a batch packed distillation column.

【0018】請求項7に記載の回分充填蒸留装置は、請
求項4乃至6のいずれか1項に記載の回分充填蒸留装置
において、前記コンデンサがノックバック式コンデンサ
であるように構成されている。この構成によって、請求
項4乃至6のいずれか1項の効果に加えて以下の作用を
有する。 (a)ノックバック式のコンデンサを有するので、低温
の凝縮液を入口蒸気と直接熱交換させるため伝熱効率が
よく、沸点に近い還流温度を確保することができる。 (b)ノックバック式コンデンサは蒸留塔の塔頂に設置
されるため、還流ポンプを使用することなく、重力を利
用して還流操作を行うことができる。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a batch-packing distillation apparatus according to any one of the fourth to sixth aspects, wherein the condenser is a knock-back type condenser. With this configuration, the following operation is obtained in addition to the effect of any one of the fourth to sixth aspects. (A) Since a low-temperature condensate is directly heat-exchanged with inlet steam because of having a knock-back type condenser, heat transfer efficiency is good and a reflux temperature close to the boiling point can be secured. (B) Since the knockback type condenser is installed at the top of the distillation column, the reflux operation can be performed by using gravity without using a reflux pump.

【0019】請求項8に記載の回分充填蒸留装置は、請
求項4乃至7のいずれか1項に記載の発明において、前
記リボイラーが外部循環の液膜流下式で形成されて構成
されている。この構成によって、請求項4乃至7のいず
れか1項の効果に加えて以下の作用を有する。 (a)蒸気量を一定に保って操作する蒸留に最適であ
り、特に真空蒸留操作が必要とされる場合の多い回分充
填蒸留に適している。
The batch filling distillation apparatus according to claim 8 is the invention according to any one of claims 4 to 7, wherein the reboiler is formed by an external circulation liquid film flow-down system. With this configuration, the following operation is obtained in addition to the effect of any one of the fourth to seventh aspects. (A) It is most suitable for distillation in which the operation is performed while keeping the vapor amount constant, and is particularly suitable for batch packed distillation in which vacuum distillation is often required.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】(実施の形態1)以下本発明の一
実施の形態を図面を参照しながら説明する。本実施の形
態1の回分充填蒸留方法及び回分充填蒸留装置は蒸留塔
の性能を最大限発揮させて還流操作を行うというリフラ
ックスポリシーの考え方に基づいたものであり、前記文
献2や文献3で示される最適化手法とは、適用する理論
式や装置形態、実施条件等の点で異なっている。即ち、
実施の形態1の回分充填蒸留方法は、その回分充填蒸留
操作において、回分充填蒸留塔の性能を常に効率よく維
持する方法を探索して、最小理論ステップ数を規定し、
蒸留における分離性能(xD1/xD2)/(xB1/x
B2)の大きさを示す瞬間最小理論ステップ数SM( S
M=ln((xD1/xD2)/(xB1/xB2))/l
nα、ここで、xD1はライトキー成分の瞬間留出組
成、xD2はヘビーキー成分の瞬間留出組成、xB1はラ
イトキー成分の瞬間釜残組成、xB2はヘビーキー成分
の瞬間釜残組成を表す。)を、この最小理論ステップ数
mに一致するように還流比Rを変化させたものであ
る。なお、最小理論段数NmはNm=Sm−1で与えられ
る。
(Embodiment 1) An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The batch-packing distillation method and the batch-packing distillation apparatus of the first embodiment are based on the idea of the reflux policy of performing the reflux operation while maximizing the performance of the distillation column. The optimization method shown is different in the applied theoretical formula, device form, implementation conditions, and the like. That is,
The batch packed distillation method according to the first embodiment seeks a method for always maintaining the efficiency of the batch packed distillation column efficiently in the batch packed distillation operation, and defines the minimum theoretical number of steps.
Separation performance in distillation (xD1 / xD2) / (xB1 / x
B2) The instantaneous minimum theoretical step number S M (S
M = ln ((xD1 / xD2) / (xB1 / xB2)) / l
nα, where xD1 represents the instantaneous distillation composition of the light key component, xD2 represents the instantaneous distillation composition of the heavy key component, xB1 represents the instantaneous residue composition of the light key component, and xB2 represents the instantaneous residue composition of the heavy key component. ), And those obtained by changing the reflux ratio R to match the minimum theoretical number of steps S m. Note that the minimum theoretical stage number N m is given by N m = S m −1.

【0021】従来、文献4(Robinson,C.
S.and Gilliland,E.R.:"Ele
ments of Fractional Disti
llation",p376(1950))や、文献5
(平田光穂、頼実正弘編:「蒸留工学ハンドブック」p
214,朝倉書店(1966))に示されるように、理
論段数一定の全還流蒸留における理想的な状態を、回分
充填蒸留で実現することは不可能とされていた。本実施
の形態1の方法は、この理論段数一定の全還流蒸留に相
当する理想的な状態を常に維持するように還流比を変化
させた回分充填蒸留法である。
Conventionally, reference 4 (Robinson, C .;
S. and Gilliland, E .; R. : "Ele
Ments of Fractional Disti
lation ", p376 (1950)) and Reference 5
(Mitsuho Hirata, Masahiro Yorimi: "Distillation Engineering Handbook" p
214, Asakura Shoten (1966)), it has been considered impossible to realize an ideal state in total reflux distillation with a fixed number of theoretical plates by batch packed distillation. The method of the first embodiment is a batch-packing distillation method in which the reflux ratio is changed so as to always maintain an ideal state corresponding to the total reflux distillation at a constant theoretical plate number.

【0022】図1は実施の形態1の回分充填蒸留方法を
適用する回分充填蒸留装置の構成図である。図1におい
て、10は実施の形態1の回分充填蒸留方法を適用する
回分充填蒸留装置、11は低沸点のライトキー成分と高
沸点のヘビーキー成分を含む蒸留原液が入れられる蒸留
釜、12は蒸留釜の上部に配置され蒸留釜11からの蒸
気が下部から供給されると共に内部に保持する規則充填
物等で凝縮した液が蒸留釜11に戻される回分充填蒸留
塔、13は回分充填蒸留塔12の上部に配置されたノッ
クバック式コンデンサ、14はノックバック式コンデン
サ13で冷却された凝縮液を分配して回分充填蒸留塔1
2に還流させるための配管上に設けられた還流液の制御
弁、15はコンデンサ13の凝縮液の一部を留出液とし
て取り出すための配管上に設けられた留出液の制御弁、
16は留出液の制御弁15を介して留出液が供給される
留出液受器、17は蒸留釜11内の蒸留原液を加熱蒸気
を用いて加熱するための液膜流下式リボイラー、18は
液膜流下式リボイラー17及び蒸発釜11間で蒸留原液
を循環させるための循環ポンプ、19はノックバック式
コンデンサ13からの過剰ガスを冷却して外部に排出す
るためのベントコンデンサ、20は蒸発釜11及び留出
液受器16内の液面レベルを検出するための液面計、2
1は蒸発釜11及び留出液受器16の重量を検出するた
めの重量計、22はシートタイプの規則充填物の充填層
である。
FIG. 1 is a block diagram of a batch packed distillation apparatus to which the batch packed distillation method of the first embodiment is applied. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a batch-packing distillation apparatus to which the batch-packing distillation method of the first embodiment is applied, 11 denotes a distillation still into which a distilling solution containing a low-boiling light key component and a high-boiling heavy key component is put, and 12 denotes a distillation. A batch packed distillation column, which is disposed at the top of the kettle and is supplied with vapor from the distillation pot 11 from the bottom and which is condensed by regular packing and the like held inside, is returned to the distillation pot 11. Is a knock-back type condenser disposed at the upper part of the batch distillation distillation column 1 for distributing the condensate cooled by the knock-back type condenser 13.
A control valve for a reflux liquid provided on a pipe for refluxing to 2, a control valve for a distillate provided on a pipe for removing a part of the condensate of the condenser 13 as a distillate;
16 is a distillate receiver to which distillate is supplied via a distillate control valve 15; 17 is a liquid film falling reboiler for heating the distillation stock solution in the distillation still 11 using heated steam; Reference numeral 18 denotes a circulation pump for circulating the undistilled solution between the liquid film falling reboiler 17 and the evaporator 11, 19 a vent condenser for cooling excess gas from the knockback condenser 13 and discharging the gas to the outside, and 20 a condenser. A liquid level meter for detecting the liquid level in the evaporator 11 and the distillate receiver 16;
Reference numeral 1 denotes a weighing scale for detecting the weight of the evaporator 11 and the distillate receiver 16, and reference numeral 22 denotes a packed bed of sheet-type regular packing.

【0023】本実施の形態1の回分充填蒸留装置10
は、主要構成として、1)規則充填物が充填され所定の
理論段数を具備した回分充填蒸留塔12と、2)ノック
バック式コンデンサ13と、3)液膜流下式リボイラー
17と、4)蒸留釜11及び留出液受器16の液量を検
出する液面計20又は重量計21と、5)制御部とを備
えており、これらの主要構成1)〜5)は以下のような
特徴を有している。
The batch filling distillation apparatus 10 according to the first embodiment
The main constituents are: 1) a batch packed distillation column 12 filled with an ordered packing and having a predetermined number of theoretical plates, 2) a knockback condenser 13, 3) a liquid film falling reboiler 17, and 4) distillation. It has a liquid level meter 20 or a weighing scale 21 for detecting the liquid volume of the kettle 11 and the distillate receiver 16, and 5) a control unit. have.

【0024】1)回分充填蒸留塔 回分充填蒸留塔12の理論段数は、蒸留塔の充填高さH
と充填物の性能を示すHETP(理論段1段当たりの充
填高さ)により決定される。回分充填蒸留塔12は、そ
の内部に多数の細孔が形成されたメッシュタイプの規則
充填物や、リング状や円筒状等の形状の不規則充填物が
配置され、充填物間の間隙や細孔を通って、蒸留釜の蒸
気や還流液が熱移動や物質移動するようになっている。
回分充填蒸留操作を行う場合、ホールドアップの影響が
あると、回分充填蒸留の挙動が複雑になり、複雑な計算
法を用いて挙動を把握する必要がある。ホールドアップ
が少ない場合には、ホールドアップなしの仮定をおいて
計算した結果と厳密解は、ほとんど一致することが文献
6(長浜邦雄監修:高純度化技術体系「第二巻分離技
術」p194、フジテクノシステム(1997))等で
知られている。ホールドアップが少なくなるような高性
能の規則充填物を充填した回分充填蒸留塔を使用するこ
とにより、鋭意検討の結果、ホールドアップを無視し、
比揮発度が一定、上昇蒸気流量が一定の3つの仮定をお
いて基本条件を容易に算出することができるという知見
を得た。また、規則充填物を用いた場合は、不規則充填
物を用いた場合に比べて、気液接触効率をよくできるの
で回分充填蒸留塔の有効高さを少なくして、高効率で低
コストの回分充填蒸留塔を設計することができ、装置を
コンパクト化し、省熱エネルギー化を行うことができる
ことが分かった。さらに、高段数が必要とされる条件に
対しても、高性能の充填物を採用することで回分充填蒸
留塔の充填高さを低く設定できるので、その実施が可能
となる。回分充填蒸留塔12の理論段数Nはその設備仕
様等から定められ固有の値であり、蒸留原液や目的とす
る回収率等で定められる最小理論ステップ数Sm−1よ
りも十分大きな段数のものが使用される。これによっ
て、回分充填蒸留塔12における還流比制御の操作を余
裕をもって、しかも確実に行うことができる。
1) Batch packed distillation column Batch packed distillation column 12 has a theoretical plate number of packed column height H
And HETP (filling height per theoretical plate) indicating the performance of the packing. The batch packed distillation column 12 is provided with a mesh-type regular packing having a large number of pores formed therein and an irregular packing having a ring shape or a cylindrical shape. Through the holes, the steam and reflux liquid in the still are transferred by heat or mass.
In the case of performing batch filling distillation operation, if there is an influence of hold-up, the behavior of batch filling distillation becomes complicated, and it is necessary to grasp the behavior using a complicated calculation method. When the hold-up is small, the result calculated on the assumption that there is no hold-up and the exact solution almost agree with each other in Reference 6 (supervised by Kunio Nagahama: High Purification Technology System "Vol.2 Separation Technology" p194, Fuji Techno System (1997)). By using a batch packed distillation column packed with a high-performance structured packing that reduces the hold-up, as a result of intensive studies, the hold-up was ignored,
It has been found that the basic conditions can be easily calculated on the assumption that the relative volatility is constant and the rising steam flow rate is constant. In addition, in the case of using the structured packing, the gas-liquid contact efficiency can be improved as compared with the case of using the random packing. It has been found that a batch packed distillation column can be designed, the apparatus can be made compact, and heat energy can be saved. Furthermore, even under the condition where a high number of stages is required, the packing height of the batch packed distillation column can be set low by adopting a high-performance packing, so that the implementation becomes possible. The theoretical plate number N of the batch packed distillation column 12 is a unique value determined from the equipment specifications and the like, and is a number of plates sufficiently larger than the minimum theoretical step number S m -1 determined by the distillation stock solution and the target recovery rate. Is used. As a result, the operation of controlling the reflux ratio in the batch packed distillation column 12 can be performed with sufficient margin and reliably.

【0025】2)ノックバック式コンデンサ ノックバック式コンデンサ13は、回分充填蒸留塔12
の塔頂部から排出される蒸留原液の蒸気を伝熱管表面で
凝縮させ、その凝縮液を入口蒸気と交流接触させるコン
デンサである。これによって、過冷却された凝縮液を高
温の入口蒸気と熱移動、熱交換させ、凝縮液の温度を沸
点付近に維持することができる。また、ホールドアップ
の少ない規則充填物で充填された回分充填蒸留塔12と
ノックバック式コンデンサ13とを併用することによ
り、拡散流速の不均一化による分離性能の低下を抑制し
ながら沸点に近い温度で還流操作を行うことができる。
ホールドアップの少ない規則充填物を用いた回分充填塔
の場合、還流液の温度が、沸点よりも低いと沸騰させる
までの充分な滞在時間がとれないため、塔内の拡散流速
が不均一となり分離性能が低下する。しかし、伝熱管表
面で凝縮した液が、上昇する入口蒸気と直接交流接触し
て落下するノックバック形式のコンデンサを設置すれ
ば、沸点に近い温度で還流操作を行うことができる。
2) Knockback type condenser The knockback type condenser 13 is a batch packed distillation column 12.
Is a condenser that condenses the vapor of the undistilled liquid discharged from the top of the column on the surface of the heat transfer tube, and brings the condensate into AC contact with the inlet vapor. This allows the supercooled condensate to undergo heat transfer and heat exchange with the high-temperature inlet vapor, thereby maintaining the temperature of the condensate near the boiling point. Further, by using the batch packed distillation column 12 filled with the ordered packing with little hold-up and the knock-back type condenser 13 at a temperature close to the boiling point while suppressing a decrease in separation performance due to uneven diffusion flow rate. To perform a reflux operation.
In the case of a batch packed column using ordered packing with little hold-up, if the temperature of the reflux liquid is lower than the boiling point, sufficient residence time until boiling can not be obtained, so the diffusion flow rate in the column becomes uneven and separation occurs. Performance decreases. However, if a knock-back type condenser in which the liquid condensed on the surface of the heat transfer tube falls directly in contact with the rising inlet steam and falls, the reflux operation can be performed at a temperature close to the boiling point.

【0026】3)液膜流下式リボイラー 液膜流下式リボイラー17は、蒸留釜の上部に設置され
た縦型の多数の伝熱管を内蔵した多管式熱交換器と、循
環液を多管式熱交換器の上部に供給する循環ポンプと、
伝熱管の表面を重力により液膜状に流下する循環液を蒸
発させるためのスチームを伝熱管に供給するためのスチ
ーム配管とを有して構成されている。ジャケット式のリ
ボイラーでは、液面が減少していくと伝熱面積が不足し
蒸発速度が低下する欠点があるが、蒸発量を一定に保っ
て操作する蒸留の際には、外部循環式の液膜流下式リボ
イラー17はこのような欠点がないので有効である。ま
た、回分充填蒸留では真空蒸留操作が必要となる場合が
多く、液膜流下式リボイラーは真空蒸留の場合にも広い
蒸発面を有し好都合である。
3) Liquid film falling type reboiler The liquid film falling type reboiler 17 is a multi-tube heat exchanger having a number of vertical heat transfer tubes built in the upper part of the still and a multi-tube heat exchanger. A circulating pump for supplying to the upper part of the heat exchanger;
A steam pipe for supplying steam to the heat transfer tube for evaporating the circulating liquid flowing down in the form of a liquid film by gravity on the surface of the heat transfer tube is provided. The jacket type reboiler has the disadvantage that the heat transfer area becomes insufficient and the evaporation rate decreases as the liquid level decreases.However, during distillation in which the evaporation amount is kept constant, the external circulation type liquid is used. The membrane falling reboiler 17 is effective because it does not have such disadvantages. In addition, a batch distillation often requires a vacuum distillation operation, and a liquid film falling reboiler has a wide evaporation surface even in the case of vacuum distillation, which is advantageous.

【0027】4)液面計又は重量計 蒸発釜11及び留出液受器16に設けられた液面計20
又は重量計21は、蒸留釜11や留出液受器16の液量
をリアルタイムで取得することのできる装置であり、こ
の液量のデータが他の各部の熱、圧力、温度、流量等と
共に制御部に入力される。
4) Level gauge or weighing gauge Level gauge 20 provided in the evaporator 11 and the distillate receiver 16
Alternatively, the weighing scale 21 is a device capable of acquiring the liquid volume of the distillation still 11 and the distillate receiver 16 in real time, and the data of the liquid volume is obtained together with the heat, pressure, temperature, flow rate, etc. of other parts. Input to the control unit.

【0028】5)制御部 還流液の制御弁14及び留出液の制御弁15が、図示し
ない制御部を介してそれぞれの開度が制御され、これに
よって還流比Rを所定の値に設定することができる。目
的濃度の留出液を所定の回収率で得るためには、予め全
還流の操作を行って上昇蒸発流量を一定とした後、蒸留
時間に対して理論的に求められる留出液量を算出して、
留出液受器16の液量を理論値又はそれ以下に維持する
ように、蒸留途中の還流比の変化を管理することが必要
である。このとき、液面計20や重量計21を用いるこ
とで回分充填蒸留過程での各液量を直接的に把握し、こ
の管理や制御を的確に行うことができる。制御部は、こ
れらの値を予め計算した目標データと比較して回分充填
蒸留操作の監視を行うことができると共に、予め所定の
回収率の留出液が効率的に得られるように設定された還
流比の変化バターンに従って、還流液の制御弁14及び
留出液の制御弁15を含む還流機構を制御するようにな
っている。
5) Control Unit The opening of each of the reflux liquid control valve 14 and the distillate control valve 15 is controlled via a control unit (not shown), whereby the reflux ratio R is set to a predetermined value. be able to. In order to obtain a distillate of the target concentration at a predetermined recovery rate, after performing a total reflux operation in advance to make the rising evaporation flow rate constant, calculate the distillate amount theoretically required with respect to the distillation time. do it,
It is necessary to control the change in the reflux ratio during the distillation so as to maintain the liquid amount in the distillate receiver 16 at or below the theoretical value. At this time, by using the liquid level meter 20 and the weighing scale 21, each liquid amount in the batch filling distillation process can be directly grasped, and this management and control can be performed accurately. The control unit can monitor the batch filling distillation operation by comparing these values with target data calculated in advance, and is set in advance so that a distillate having a predetermined recovery rate can be efficiently obtained. According to the change pattern of the reflux ratio, the reflux mechanism including the reflux control valve 14 and the distillate control valve 15 is controlled.

【0029】次に、本実施の形態1の回分充填蒸留方法
における還流比の設定方法について説明する。回分充填
蒸留における瞬間最小理論ステップ数SMを所定値に保
つための還流比を求めるには、1)逐次段計算法と、
2)ショートカット法とで新たな論理式を作成し、最適
還流比を簡単に求めるようにした。以下これらの方法に
ついて説明する。
Next, a method of setting the reflux ratio in the batch filling distillation method according to the first embodiment will be described. In order to calculate the reflux ratio for keeping the instantaneous minimum theoretical step number S M in the batch packed distillation at a predetermined value, 1) a sequential stage calculation method,
2) A new logical expression was created using the shortcut method, and the optimum reflux ratio was easily obtained. Hereinafter, these methods will be described.

【0030】1)逐次段計算法 逐次段計算法は、蒸留開始より蒸留終点までの各釜残組
成に対して、理論ステップ数Sと最小理論ステップ数S
mを同時に満足させる還流比Rを求める方法である。こ
こでは、液のエンタルピーと蒸発潜熱が成分によらず一
定とするマッケーブ・シール(McCabe−Thie
le)法の仮定に基づいて操作線を定め、この操作線上
を階段状に逐次計算して理論ステップ数を求める。逐次
段計算法は、物質収支より導かれる操作線の式と平衡関
係の式を用いて逐次計算を行う計算方法であり、各段の
気液組成を正確に得られる特徴を有している。即ち、瞬
間最小理論ステップ数SMを最小理論ステップ数Smに一
致させる還流比は以下の手順〜により求められる。 まず、ライトキー成分及びヘビーキー成分の留出液へ
のそれぞれの回収率η1、η2、ヘビーキー成分に対す
るライトキー成分の比揮発度αの値を(数式1)に代入
して最小理論ステップ数Smを求める。 実際の分離に使用する蒸留塔の理論段数Nを選定す
る。理論段数NはSm−1より多い理論段数Nを設定す
る。すでに分離に使用する理論段数N(N>Sm−1)
を持った蒸留塔が決まっている場合は、理論ステップ数
SをS=N+1として求める。工場に多くの回分充填蒸
留塔があり、適切な蒸留塔を選ぶ場合には、理論ステッ
プ数Sと最小理論ステップ数Smとの比(S/Sm)が
1.3≦S/Sm≦2.7の範囲の蒸留塔を選定する。
新しく適切な蒸留塔を設計する場合には、後述する図1
3で説明するように最適な理論ステップ数SはS/Sm=
2付近にあるため、設置条件に制約がない場合にはS/
m=2で設計する事を推奨する。ここでは、説明のた
め理論ステップ数S(=N+1)をSm×2の値とす
る。理論段数Nは理論ステップ数Sから1を減算した値
(S−1)となる。 瞬間釜残組成xBに対して、(数式2)の瞬間最小理
論ステップ数SMに(数式1)の最小理論ステップ数Sm
の値を代入して、α、xB、Smより瞬間留出組成xD
を求める。求めた留出組成xDより釜残組成xBまで
還流比を変えて逐次段計算を行い、で設定した理論段
数Nに1を加算した理論ステップ数SがSm×2と一致
するような還流比を求める。この還流比が瞬間釜残組成
xBに対する還流比である。
1) Sequential-stage calculation method In the sequential-stage calculation method, the number of theoretical steps S and the minimum number of theoretical steps S are calculated for each residue composition from the start of distillation to the end point of distillation.
This is a method for obtaining a reflux ratio R that satisfies m simultaneously. Here, a McCabe-Thie (McCabe-Thie) in which the enthalpy and latent heat of vaporization of the liquid are constant regardless of the components.
le) An operation line is determined based on the assumption of the method, and the number of theoretical steps is obtained by sequentially calculating the operation line in a stepwise manner. The sequential stage calculation method is a calculation method in which a sequential calculation is performed using an equation of an operation line derived from a material balance and an equation of an equilibrium relationship, and has a feature that a gas-liquid composition of each stage can be accurately obtained. That is, the reflux ratio that makes the instantaneous minimum theoretical step number S M equal to the minimum theoretical step number S m is obtained by the following procedures (1) to (4). First, the recovery ratios η1 and η2 of the light key component and the heavy key component in the distillate and the value of the relative volatility α of the light key component with respect to the heavy key component are substituted into (Equation 1) to obtain the minimum theoretical step number S m. Ask for. The number N of theoretical plates of the distillation column used for actual separation is selected. The theoretical plate number N sets a theoretical plate number N larger than S m −1. Number of theoretical plates N already used for separation (N> S m -1)
Is determined, the theoretical step number S is determined as S = N + 1. There are many times packed distillation column to the factory, when choosing a suitable distillation column, the ratio between the theoretical number of steps S and minimum theoretical number of steps S m (S / S m) is 1.3 ≦ S / S m Select a distillation column in the range of ≦ 2.7.
When designing a new suitable distillation column, the following FIG.
As described in 3, the optimal number of theoretical steps S is S / S m =
2 and when there is no restriction on the installation conditions, S /
It is recommended to design with S m = 2. Here, for the sake of explanation, the number of theoretical steps S (= N + 1) is a value of S m × 2. The number N of theoretical stages is a value (S-1) obtained by subtracting 1 from the number S of theoretical steps. For the instantaneous pot remaining composition xB, the instantaneous minimum theoretical step number S M of (Equation 2) is replaced by the minimum theoretical step number S m of (Equation 1).
By substituting the values, alpha, xB, instantaneous distillate composition xD from S m
Ask for. From the calculated distillate composition xD to the remaining tank composition xB
The recirculation ratio is changed to calculate successive stages, and a recirculation ratio is calculated such that the number of theoretical steps S obtained by adding 1 to the number N of theoretical stages set in the step is equal to S m × 2. This reflux ratio is the reflux ratio with respect to the instant kettle composition xB.

【0031】2)ショートカット法 ショートカット法は、フェンスケ(Fenske)の
式、ギリランド(Gilliland)の相関式、アン
ダーウッド(Underwood)の式の3式を用いて
還流比を求める計算方法である。ここでは、蒸留開始よ
り蒸留終点までの各釜残組成に対して、理論ステップ数
Sと最小理論ステップ数Smとが3式を同時に満足する
ような還流比を、逐次段計算を行うことなくショートカ
ットして、多くのケースの逐次段計算結果より統計的に
求められたギリランドの相関式を使用して求める。具体
的には条件に適合する還流比は以下の手順〜で求め
ることができる。 即ち、このショートカット法では、(数式1)より最
小理論ステップ数Smを算出する。次に、Sm−1より多
い値に設定した理論段数Nより理論ステップ数S(=N
+1)を算出する。 次に、最小還流比Rm、最小理論ステップ数Smと、実
際に操作されている回分充填蒸留塔に用いられている還
流比Rとの間に成立するギリランドの相関式を用いて、
即ち、統計的に求められた(R−Rm)/(R+1)と
(S−Sm)/(S+1)との相関関係式から、(S−
m)/(S+1)に対応する(R−Rm)/(R+1)
の値を求める。ここでは、逐次段計算を行うことなく、
理論ステップ数S、最小理論ステップ数Sm、還流比
R、最小還流比Rmの関係を規定したギリランドの相関
式を適用している。 還流比Rは、アンダーウッドの式により最小還流比R
mを求めることで決定される。最小還流比Rmはアンダー
ウッドの式に,瞬間留出組成xDと瞬間釜残組成xBの
値を代入して最小還流比Rmが求められる。ここで、ア
ンダーウッドの式は成分揮発度一定、濃縮部における気
液等モル流れの仮定のもとで導出された塔内組成分布の
解析表現式から、分離仕様と段数無限大を指定した最小
還流状態における還流比を計算する式であり、具体的に
はR m+1=Σαi・xDi/(αi−λk)のように
表記される。ただし、記号Σはi=1〜kに亘る総和を
表し、αは任意の基準成分に対する比揮発度、λkは変
数zに関わる方程式(Σ(αi・zi/(αi−λ))
=1−q、但しΣはi=1から全成分数に亘る総和、q
は原料の熱的条件で決まる定数を表す。)の根の中でα
h(高沸点成分)<λk<αl(低沸点成分)の関係を
満足するものである。ここで、Rは還流比、Rmは最小
還流比、Sはステップ数、Smは最小ステップ数であ
る。
2) Shortcut method The shortcut method is a method of Fenske.
Equation, Gillian's correlation equation, Anne
Using the three equations of the Underwood equation
This is a calculation method for obtaining the reflux ratio. Here, we'll start the distillation
Number of theoretical steps for each pot residue composition up to the end of distillation
S and minimum number of theoretical steps SmSatisfy the three equations at the same time
Such a reflux ratio can be short-circuited without performing successive-stage calculations.
Statistically more than in many cases
It is obtained by using the obtained Gililand correlation equation. Concrete
In general, the reflux ratio that meets the conditions is determined by the following procedure
Can be That is, in this shortcut method,
Number of small theoretical steps SmIs calculated. Next, SmMore than -1
The number of theoretical steps N (= N
+1) is calculated. Next, the minimum reflux ratio Rm, Minimum number of theoretical steps SmAnd the real
Used in a batch packed distillation column
Using the Gililand's correlation formula that holds between the flow ratio R,
That is, (R−R) obtained statisticallym) / (R + 1)
(SSm) / (S + 1), the expression (S−
Sm) / (S + 1)m) / (R + 1)
Find the value of Here, without performing the sequential calculation,
Number of theoretical steps S, minimum number of theoretical steps Sm, Reflux ratio
R, minimum reflux ratio RmGililand correlation that defines the relationship
The formula is applied. The reflux ratio R is calculated by the minimum reflux ratio R according to the underwood equation.
mIs determined. Minimum reflux ratio RmIs under
In the Wood's equation, the instantaneous distillate composition xD and instantaneous pot remaining composition xB
By substituting the value, the minimum reflux ratio RmIs required. Where
The formula of Underwood is constant component volatility,
Of the composition distribution in the column derived under the assumption of equimolar liquid flow
From the analysis expression, specify the minimum specification for separation specifications and infinite number of stages.
This is a formula for calculating a reflux ratio in a reflux state, and specifically,
Is R m+ 1 = Σαi · xDi / (αi-λk)
Notation. Where the symbol Σ represents the sum over i = 1 to k
Where α is the relative volatility for any reference component and λk is the
Equation relating to the number z (Σ (αi · zi / (αi−λ))
= 1-q, where Σ is the sum over i = 1 to the total number of components, q
Represents a constant determined by the thermal conditions of the raw material. Α in the root of
h (high boiling point component) <λk <αl (low boiling point component)
I am satisfied. Where R is the reflux ratio, RmIs the smallest
Reflux ratio, S is the number of steps, SmIs the minimum number of steps
You.

【0032】文献7(Logsdon,J.S,Diw
ekar,U.M and Biegler,L.T:
Trans IChemE,68,p434(199
0)))に示される還流比を求める方法は、ショートカ
ットを用いた最適化手法の計算法であるが、本実施の形
態とは異なりコストデータ等の多数の条件設定が必要で
あり、利益関数(目的関数)を最大にするために膨大な
計算が必要となる。これに対して本実施の形態では、分
離条件より求められる最小理論ステップ数Smを一定に
保つという明確なリフラックスポリシーに基づく方法で
あり、計算手順を単純化でき、さらに迅速かつ的確に計
算を行うことができる。ショートカット法を用いた最適
化の文献7に示されている最適蒸留時間(実際の消費時
間で表された最適蒸留時間)と、本実施の形態のショー
トカット法で求めた蒸留時間はよく一致している。な
お、ショートカット法は、蒸留原液が多成分の場合にも
使用可能である。すなわち、多成分の蒸留原液中のライ
トキー成分を主留分として分離する場合にも適用でき、
ギリランドの相関、アンダーウッドの式より還流比を求
めることができる。
Reference 7 (Logsdon, J.S., Diw
ekar, U.S.A. M and Biegler, L .; T:
Trans IChemE, 68, p434 (199
The method of obtaining the reflux ratio shown in 0))) is a calculation method of an optimization method using a shortcut, but unlike this embodiment, it requires a large number of conditions such as cost data to be set, and the profit function An enormous amount of calculation is required to maximize the (objective function). On the other hand, in the present embodiment, the method is based on a clear reflux policy of keeping the minimum number of theoretical steps S m obtained from the separation condition constant, and the calculation procedure can be simplified, and the calculation can be performed quickly and accurately. It can be performed. The optimal distillation time (optimal distillation time expressed by the actual consumption time) shown in Reference 7 of the optimization using the shortcut method and the distillation time obtained by the shortcut method of the present embodiment are in good agreement. I have. Note that the shortcut method can be used even when the distillation stock solution has multiple components. That is, the present invention can be applied to a case where a light key component in a multicomponent distillation stock solution is separated as a main fraction,
The reflux ratio can be determined from the Gililand correlation and the Underwood equation.

【0033】3)逐次段計算法とショートカット法によ
る結果の比較 文献8(Kerkhof,L.H.J and Vis
sers,H.J.M:ChemEng.Sci,3
3,p961(1978))の逐次段計算法を用いた例
における蒸留時間が3.35Hrであるのに対し、ショ
ートカット法を用いた文献7の蒸留時間は、3.63H
rとなっている。本実施の形態におけるショートカット
法で求めた値は3.61Hrである。このようにショー
トカット法の方が、逐次段計算法よりも還流比がやや大
きい値となり蒸留時間も長くなる。従って、最短の蒸留
時間を追求するのか、少し余裕を持った蒸留操作を考え
るのか等の目的に応じてショートカット法と逐次段計算
法とを使い分けることが望ましい。
3) Comparison of the results by the sequential calculation method and the shortcut method Reference 8 (Kerkhof, LHJ and Vis)
sers, H .; J. M: ChemEng. Sci, 3
3, p961 (1978)), while the distillation time in the example using the sequential calculation method is 3.35 Hr, whereas the distillation time in Reference 7 using the shortcut method is 3.63 Hr.
r. The value obtained by the shortcut method in the present embodiment is 3.61Hr. Thus, the short-cut method has a slightly higher reflux ratio and a longer distillation time than the sequential-stage calculation method. Therefore, it is desirable to selectively use the shortcut method and the sequential calculation method according to the purpose of pursuing the shortest distillation time or considering a distillation operation with a margin.

【0034】以下、前記回分充填蒸留装置10に適用す
る本実施の形態の回分充填蒸留方法について説明する。
まず、蒸留釜11にライトキー成分とヘビーキー成分を
所定量含む蒸留原液を仕込み、液膜流下式リボイラー1
7及び循環ポンプ18を作動させて、蒸留原液を所定時
間加熱し、定常化させ、回分充填蒸留塔12の塔径に対
する適切な上昇蒸気流量を設定し、上昇蒸気流量が一定
となる定常状態を維持させる。次に、蒸留時間、留出率
に対応して還流比Rを制御部を用いて所定のパターンで
変化させて、ノックバック式コンデンサ13からライト
キー成分を主成分として含む留出液を留出液受器16
に、ヘビーキー成分を主成分として含む釜残液を蒸発釜
11にそれぞれ回収する回分充填蒸留の操作を行う。
Hereinafter, a batch filling distillation method of the present embodiment applied to the batch filling distillation apparatus 10 will be described.
First, a distillation stock solution containing predetermined amounts of a light key component and a heavy key component is charged into a still 11, and the liquid film falling reboiler 1 is charged.
7 and the circulation pump 18 are operated to heat the distillation stock solution for a predetermined period of time, to make it steady, to set an appropriate rising steam flow rate for the column diameter of the batch packed distillation column 12, and to set a steady state in which the rising steam flow rate becomes constant. Let it be maintained. Next, the distillate containing the light key component as a main component is distilled from the knock-back type condenser 13 by changing the reflux ratio R in a predetermined pattern using the control unit in accordance with the distillation time and the distillation rate. Liquid receiver 16
Next, a batch filling distillation operation of recovering the bottom liquid containing a heavy key component as a main component in the evaporating tank 11 is performed.

【0035】なお、回分充填蒸留方法による結果を評価
するに際して、回分充填蒸留の最適化方法が記載された
代表的な前記の文献8を参照した。ここで表1は文献8
におけるケース1〜ケース24及び実施の形態における
分離条件の例を示すデータであり、表2はこの分離条件
に対応するTinτ0(最適蒸留時間T(単位:Hr)
とτ0(単位:Hr)との比)及びSm、S/Smのデー
タを示している。最適蒸留時間TはT=全蒸気量/上昇
蒸気流量として定義される時間値(単位:Hr)であ
り、τ0は蒸留釜へ入れられた蒸留原液の仕込量を回分
充填蒸留塔内を上昇する蒸気の上昇蒸気流量で除算した
時間値(単位:Hr)である。表1及び表2に示される
逐次段計算法を適用した文献8のケース24における分
離条件に基づいて、本実施の形態の回分充填蒸留法にお
ける所要蒸気量(留出開始点より蒸留終点までの全蒸気
量Aと蒸発釜への蒸留原液の仕込量Bとの比A/B)を
求めた。そして、所要蒸気量、即ちTinτ0とポント
リャギンの最大原理を用いて最適化された文献値8のT
inτ0とを比較した。また、それぞれ分離条件の異な
る表1のその他のケース1〜ケース23について検討し
た結果についても説明する。
In evaluating the results of the batch-packing distillation method, reference was made to the aforementioned reference 8 which describes a method for optimizing batch-packing distillation. Here, Table 1 shows Reference 8.
Are data showing examples of separation conditions in Cases 1 to 24 and the embodiment. Table 2 shows Tinτ0 (optimum distillation time T (unit: Hr)
And τ0 (unit: Hr) and data of S m and S / S m . The optimum distillation time T is a time value (unit: Hr) defined as T = total vapor amount / rising vapor flow rate, and τ0 is the amount of the undistilled stock solution put into the distillation still ascending in the batch packed distillation column. It is a time value (unit: Hr) divided by the rising steam flow rate of steam. Based on the separation conditions in Case 24 of Document 8 to which the sequential calculation method shown in Tables 1 and 2 was applied, the required steam amount (from the distillation start point to the distillation end point) in the batch packed distillation method of the present embodiment. The ratio (A / B) of the total vapor amount A to the charged amount B of the undistilled solution in the evaporator was determined. Then, the required steam amount, that is, T of the literature value 8 optimized by using Tinτ0 and Pontryagin's maximum principle
inτ0. In addition, results of studies on other cases 1 to 23 of Table 1 having different separation conditions will be described.

【0036】[0036]

【表1】 [Table 1]

【0037】[0037]

【表2】 [Table 2]

【0038】表1及び表2のケース24における回分充
填蒸留の分離条件は、理論ステップ数S=21、比蒸発
度α=1.3、仕込み組成xF=0.5、平均留出組成
xDav=0.98,ライトキー成分の回収率η1=
0.7281、仕込量100kmol、上昇蒸気流量1
20kmol/Hr、ヘビーキー成分の回収率η2=η
1×(xF/(1−xF))×((1−xDav)/x
Dav)=0.01486、最小理論ステップ数Sm
ln(ln(1−0.7281)/ln(1−0.01
486))/ln1.3=17.01である。
The separation conditions for batch packed distillation in Case 24 in Tables 1 and 2 are as follows: number of theoretical steps S = 21, specific evaporation degree α = 1.3, charge composition xF = 0.5, average distillate composition xDav = 0.98, light key component recovery rate η1 =
0.7281, charge amount 100 kmol, rising steam flow rate 1
20 kmol / Hr, recovery rate of heavy key component η2 = η
1 × (xF / (1-xF)) × ((1-xDav) / x
Dav) = 0.01486, minimum number of theoretical steps S m =
ln (ln (1-0.7281) / ln (1-0.01
486)) / ln1.3 = 17.01.

【0039】本実施の形態1ではこの文献8と同一の前
記分離条件に設定し、全還流操作を行って定常状態に達
した後における回分充填蒸留の開始から終了まで時間を
10区画に分割して行った。そして、(数式1)を適用
して、互いの比揮発度がαであるライトキー成分とヘビ
ーキー成分をそれぞれ回収率η1、η2で得るための最小
理論ステップ数Smを17.01に設定する。次に、
(数式2)で定義される瞬間最小理論ステップ数S
Mが、この目標値となる最小理論ステップ数Sm((1
7.01)になるように区間毎の、ライトキー成分及び
ヘビーキー成分の瞬間釜残組成xBより、前記マッケー
ブ・シールの逐次計算法を用いて還流比、瞬間留出組成
を求めた。この値を基にして、各区間の数値積分を行
い、留出率、所用蒸気量、蒸留時間を求め、この結果を
表3に示した。なお、表3には、釜残組成(単位:無次
元)、還流比(単位:無次元)、留出率(単位:無次
元)、所要蒸気量(単位:無次元)、蒸留時間(単位:
Hr)、xD(単位:無次元)、SM(単位:無次元)
を列挙している。図2は本実施の形態の回分充填蒸留法
方で求められた還流比変化(実線)と、文献8に示され
ている還流比変化(破線)との比較を示している。
In the first embodiment, the same separation conditions as those in Reference 8 are set, and the time from the start to the end of batch-packing distillation after reaching the steady state by performing the total reflux operation is divided into 10 sections. I went. Then, set by applying Equation 1, right key component and Hebiki component respectively recovery η1 mutual relative volatility is alpha, the minimum theoretical step number S m to obtain at η2 to 17.01 . next,
Instantaneous minimum theoretical step number S defined by (Equation 2)
M is the minimum theoretical step number S m ((1
7.01), the reflux ratio and the instantaneous distillate composition were determined from the instant kettle composition xB of the light key component and the heavy key component in each section by using the successive calculation method of McCabe Seal. Based on this value, numerical integration of each section was performed, and the distillation rate, the required steam amount, and the distillation time were determined. The results are shown in Table 3. Table 3 shows the bottom composition (unit: dimensionless), reflux ratio (unit: dimensionless), distillation rate (unit: dimensionless), required steam amount (unit: dimensionless), and distillation time (unit). :
Hr), xD (unit: dimensionless), S M (unit: dimensionless)
Are listed. FIG. 2 shows a comparison between the change in the reflux ratio (solid line) obtained by the batch filling distillation method of the present embodiment and the change in the reflux ratio (broken line) shown in Reference 8.

【0040】[0040]

【表3】 [Table 3]

【0041】実施の形態1の回分充填蒸留方法は、文献
8に記載されているような理論段数を実質的に変化させ
る従来の方法とは、瞬間最小理論ステップ数SMを最適
値に一定に保持させる点で異なっている。本実施の形態
では、釜残組成のライトキー成分濃度が高い蒸留初期に
おいても最小理論ステップ数Smが一定になるように分
離効率のよい操作をするため、 還流比も大きく、分離
目的の平均留出組成よりもはるかに高濃度の留出組成が
得られる。従って留出液受器に高濃度の留出液が蓄積さ
れるため蒸留途中の少しの変動にも対処できる。また最
小理論ステップ数Smを一定になるように操作するため
運転条件の変化が少なく 最適化手法と比べて還流比の
変化が小さく、回分充填蒸留塔の運転操作が容易になる
という利点を有している。これに対し最適化手法では蒸
留初期においても最適値を志向するため、還流比が少な
く、出来るだけ平均留出組成に近い条件が志向される。
従って変動には弱い操作となる傾向にある。即ち、文献
8の還流比は評価関数を最大にするように数学的に求め
られた最適値であり、本実施の形態1の還流比は、瞬間
最小理論ステップ数SMを所定のパターンに保持させる
ようにして求められたものである。図2に示される還流
比と蒸留時間との関係から分かるように、本実施例の場
合(実線)の方が文献8の場合(破線)よりも蒸留時間
の変化に対する還流比の変化率(傾きの大きさ)が少な
く、安定した操作が得られる。
The method of batch packed distillation first embodiment, the constant number of theoretical plates, such as are described in the literature 8 and the conventional method that substantially changes, the optimum value the minimum theoretical number of steps S M moment They differ in that they are retained. In the present embodiment, since the operation with good separation efficiency is performed so that the minimum number of theoretical steps Sm is constant even in the initial stage of distillation in which the concentration of the light key component in the bottom composition is high, the reflux ratio is large and the average for the purpose of separation is large. A much higher concentration of distillate composition is obtained than the distillate composition. Therefore, since a high concentration of distillate is accumulated in the distillate receiver, it is possible to cope with slight fluctuations during the distillation. In addition, since the operation is performed so that the minimum theoretical number of steps Sm is constant, there is an advantage that the change in operating conditions is small, the change in the reflux ratio is small compared to the optimization method, and the operation of the batch packed distillation column becomes easy. are doing. On the other hand, in the optimization method, the optimum value is aimed at even at the beginning of distillation, so that the reflux ratio is small and the conditions as close as possible to the average distillate composition are aimed.
Therefore, the operation tends to be weak against the fluctuation. That is, the reflux ratio in Reference 8 is an optimal value mathematically obtained so as to maximize the evaluation function, and the reflux ratio in the first embodiment holds the instantaneous minimum theoretical step number SM in a predetermined pattern. It was asked to do so. As can be seen from the relationship between the reflux ratio and the distillation time shown in FIG. 2, the rate of change (gradient) of the reflux ratio with respect to the change of the distillation time in the case of this example (solid line) is greater than that in the case of Reference 8 (dashed line). ) And stable operation can be obtained.

【0042】本実施の形態1の回分充填蒸留方法におけ
る最適蒸留時間Tは8.60Hrであり、文献8におけ
るTinτ0で表された最適蒸留時間:8.52Hrと
非常に近い値であることがわかる。なお、τ0は蒸留釜
へ入れられた蒸留原液の仕込量を回分充填蒸留塔内を上
昇する蒸気の上昇蒸気流量で除算した時間値(単位:H
r)であり、最適蒸留時間TはT=全蒸気量/上昇蒸気
流量として定義される時間値(単位:Hr)である。上
昇蒸気流量は単位時間当たりに蒸発釜から回分充填蒸留
塔に供給される蒸気の流量(単位:mol/Hr)であ
り、全蒸気量は蒸留開始より蒸留終点までの前後操作を
除く全蒸発量(単位:mol)である。また、全蒸気量
と仕込量との比として表される所要蒸気量は最適蒸留時
間Tとのτ0との比(T/τ0)に等しい無次元の値で
ある。文献8における表1のケース1〜23における最
適蒸留時間Tとτ0との比であるTinτ0(=T/τ
0)でも、ほぼ同等の値が得られている。図3は表1及
び表2に示すケース1〜24について、同じ分離条件に
対して、本実施の形態1で求めた最適蒸留時間と文献8
の最適蒸留時間(実際に消費した最適時間をτ0で除し
た値)との相関を示している。なお、以下の説明におい
て最適蒸留時間は、必要に応じて実際に消費した最適
時間、又は実際に消費した最適時間とτ0との比率
(最適バッチ時間)のいずれかの意味を含むものとして
用いている。このようにコストデータを用いて、難解な
数学を駆使し複雑な多くの試行計算を行って求められた
文献8の最適蒸留時間と、瞬間最小理論ステップ数SM
を最小理論ステップ数Smに合致させて回分充填蒸留を
行うという明確なリフラックスポリシーにより容易に求
められる本実施の形態の最適蒸留時間とは、非常によい
一致を示していることがわかる。本実施の形態では、蒸
留原液の全還流操作を行って回分充填蒸留塔12を定常
状態に保持した後、以上のようにして求められた還流比
の変化パターンに基づいて回分充填蒸留装置10におけ
る還流比を操作して、ライトキー成分とヘビーキー成分
との分離性能の大きさを表す瞬間最小理論ステップ数S
Mを、所定の回収率が得られる最小理論ステップ数Sm
一致させて蒸留を行うようにしている。
The optimum distillation time T in the batch packed distillation method of the first embodiment is 8.60 Hr, which is very close to the optimum distillation time: 8.52 Hr represented by Tinτ0 in Reference 8. . Here, τ0 is a time value (unit: H) obtained by dividing the charged amount of the undiluted distillation solution into the distillation still by the rising steam flow rate of the steam rising in the batch packed distillation column.
r), and the optimum distillation time T is a time value (unit: Hr) defined as T = total steam amount / rising steam flow rate. The ascending steam flow rate is the flow rate (unit: mol / Hr) of steam supplied from the evaporator to the batch packed distillation column per unit time, and the total steam amount is the total evaporation amount from the start of distillation to the end point of distillation excluding the operation before and after the distillation. (Unit: mol). The required amount of steam expressed as a ratio between the total amount of steam and the charged amount is a dimensionless value equal to the ratio of the optimum distillation time T to τ0 (T / τ0). Tinτ0 (= T / τ) which is the ratio of the optimal distillation time T to τ0 in Cases 1 to 23 of Table 1 in Reference 8.
In the case of 0), almost the same value is obtained. FIG. 3 shows the optimum distillation time obtained in Embodiment 1 and the reference 8 for Cases 1 to 24 shown in Tables 1 and 2 under the same separation conditions.
And the optimum distillation time (value obtained by dividing the actually consumed optimum time by τ0). In the following description, the optimum distillation time is used as including any meaning of the optimum time actually consumed as needed or the ratio of the actually consumed optimum time to τ0 (optimum batch time). I have. As described above, the optimal distillation time of Reference 8 and the instantaneous minimum theoretical number of steps S M obtained by performing many complicated trial calculations by making use of esoteric mathematics using cost data.
The minimum theoretical number of steps S optimum distillation time of the present embodiment to be easily determined by distinct reflux policy of performing batch packed distillation made to match the m and it is seen that shows a very good match. In the present embodiment, after performing the total reflux operation of the distillation stock solution and maintaining the batch packed distillation column 12 in a steady state, the batch packed distillation apparatus 10 in the batch packed distillation apparatus 10 is based on the change pattern of the reflux ratio determined as described above. By controlling the reflux ratio, the instantaneous minimum theoretical step number S representing the magnitude of the separation performance between the light key component and the heavy key component
The M, are to perform the distillation to match the minimum theoretical number of steps S m of a predetermined recovery rate is obtained.

【0043】[0043]

【実施例】以下に更に具体化した実施例1〜5について
説明する。 (実施例1)実施例1では、逐次段計算法を適用して各
蒸留段階における還流比を求めた。ここでは、互いに異
性体の関係にあるライトキー成分のトランスデカリン
(trans Decalin)とヘビーキー成分のシ
スデカリン(cis Decalin)との50%混合
溶液100kmolを、理論段数Nが50段である回分
充填蒸留塔12の蒸留釜11に仕込み、平均留出組成が
99.5%のトランスデカリンを90%の回収率で回収
したケースについて説明する。ここでは、操作圧力1.
33×104Pa(100torr)、上昇蒸気流量5
0kmol/Hr、比揮発度はα=1.273として、
これらの条件に対応する適切な還流比の変化パターンを
逐次段計算法を適用して求めた。仕込み組成xF=0.
5、平均留出組成xDav=0.995、回収率η1=
0.90より、η2=η1×(xF/(1−xF))×
((1−xDav)/xDav)=0.0045であ
り、最小理論ステップ数Sm=ln(ln(1−0.9
0)/ln(1−0.0045))/ln1.273=
25.83、蒸留終点の釜残組成xE=(1−η1)×
xF/(1−η1×xF/xD)=0.0913であ
り、仕込み組成xF=0.5と目標到達組成xE=0.
0913の間を計算手順の煩雑さを考慮して10分割し
た。なお、この分割数は、必要とする計算精度や計算速
度の程度に応じて適宜適正な値に設定することができ
る。最小理論ステップ数Smが25.83になるよう
に、マッケーブ・シールの逐次計算法を用いて所定の分
割数、ここでは必要な計算精度を考慮して10に分割さ
れた各蒸留段階における還流比、瞬間留出組成を求め
た。この値を基にして、各区間の数値積分を行い、留出
率、所用蒸気量、蒸留時間を求めた。各瞬間組成より算
出される瞬間最小理論ステップ数SM(=ln((xD
/xB)/((1−xD)/(1−xB)))/ln
α)の値を最小理論ステップ数Smに一致させるように
操作した。この結果を表4に示す。最終的な所用蒸気量
は表4に示されるように6.69であった。
EXAMPLES Examples 1 to 5 which are more specific will be described below. (Example 1) In Example 1, the reflux ratio in each distillation stage was determined by applying the sequential calculation method. Here, 100 kmol of a 50% mixed solution of transdecalin (trans Decalin) of a light key component and cis decalin (cis decalin) of a heavy key component, which are in an isomer relationship, is placed in a batch packed distillation column having 50 theoretical plates N. A case in which transdecalin having an average distilling composition of 99.5% was recovered at a recovery rate of 90% will be described. Here, operating pressures 1.
33 × 10 4 Pa (100 torr), rising steam flow rate 5
0 kmol / Hr, specific volatility α = 1.273,
Appropriate change patterns of the reflux ratio corresponding to these conditions were obtained by applying a sequential calculation method. Charged composition xF = 0.
5. Average distillate composition xDav = 0.995, recovery η1 =
From 0.90, η2 = η1 × (xF / (1-xF)) ×
((1-xDav) / xDav ) = a 0.0045, minimum theoretical number of steps S m = ln (ln (1-0.9
0) / ln (1-0.0045)) / ln1.273 =
25.83, Still pot composition at end of distillation xE = (1−η1) ×
xF / (1−η1 × xF / xD) = 0.0913, the charged composition xF = 0.5 and the target attained composition xE = 0.
The area between 0913 and 913 was divided into 10 in consideration of the complexity of the calculation procedure. The number of divisions can be appropriately set to an appropriate value according to the required degree of calculation accuracy and calculation speed. Reflux in each distillation stage divided into a predetermined number of divisions, here 10 in consideration of the required calculation accuracy, using the McCabe-Seal sequential calculation method so that the minimum theoretical step number S m is 25.83. The ratio and the instantaneous distillate composition were determined. Based on this value, numerical integration of each section was performed, and the distillation rate, required steam amount, and distillation time were obtained. The instantaneous minimum theoretical step number S M (= ln ((xD
/ XB) / ((1-xD) / (1-xB))) / ln
The value of alpha) engineered to match the minimum theoretical number of steps S m. Table 4 shows the results. The final required steam volume was 6.69 as shown in Table 4.

【0044】[0044]

【表4】 [Table 4]

【0045】図4は以上のようにして求められた蒸留時
間と還流比の関係を示すグラフであり、図5は蒸留時間
と瞬間留出組成xD、瞬間釜残組成xBの関係を示すグ
ラフである。図4に示されるように、蒸留時間の経過に
従って還流比が増加する。蒸留初期で還流比が約8であ
ったものが、蒸留末期の10〜13時間後には還流比が
約20〜40の範囲に増大していることが分かる。一
方、図5に示されるようにこの蒸留期間において、瞬間
留出組成xDは1〜0.98の範囲で少しずつ減少する
程度であるが、瞬間釜残組成xBは当初0.5であった
ものが約13時間後には0.1以下に大きく減少してい
ることが分かる。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the distillation time and the reflux ratio obtained as described above, and FIG. 5 is a graph showing the relationship between the distillation time and the instantaneous distillate composition xD and the instantaneous residue composition xB. is there. As shown in FIG. 4, the reflux ratio increases as the distillation time elapses. It can be seen that the reflux ratio was about 8 at the beginning of distillation, but increased to about 20 to 40 after 10 to 13 hours at the end of distillation. On the other hand, as shown in FIG. 5, during this distillation period, the instantaneous distillate composition xD slightly decreases in the range of 1 to 0.98, but the instant kettle residual composition xB was initially 0.5. It can be seen that the value of the sample greatly decreased to 0.1 or less after about 13 hours.

【0046】(実施例2)実施例2では、実施例1と同
じ分離条件のデータにショートカット法を適用して適切
な還流比変化を求めた。この結果を表4に示した。実施
例2では所用蒸気量が7.53となって実施例1の6.
69より多い値である。表5はここで得られたデータ
(釜残組成、還流比、留出率、所要蒸気量、蒸留時間、
xD、SM)をまとめたものである。図6はこの蒸留時
間と還流比の関係を示すグラフであり、図7は蒸留時間
と瞬間留出組成xD、瞬間釜残組成xBの関係を示して
おり、表5のデータを基に作成したものである。図6及
び図7から前記図4と図5と同様に蒸留時間の経過に従
う還流比の増加傾向及び、瞬間留出組成xD、瞬間釜残
組成xBの減少傾向が分かる。ここで最終的な所用蒸気
量は表5に示すように7.53であった。
Example 2 In Example 2, an appropriate change in the reflux ratio was determined by applying the shortcut method to the data under the same separation conditions as in Example 1. The results are shown in Table 4. In the second embodiment, the required steam amount is 7.53, which is the same as in the first embodiment.
This is a value greater than 69. Table 5 shows the data obtained here (pot composition, reflux ratio, distillation rate, required steam amount, distillation time,
xD, S M ). FIG. 6 is a graph showing the relationship between the distillation time and the reflux ratio, and FIG. 7 shows the relationship between the distillation time and the instantaneous distillate composition xD and the instant kettle residual composition xB, which were created based on the data in Table 5. Things. 6 and 7, the tendency of the reflux ratio to increase as the distillation time elapses and the tendency to decrease the instantaneous distillate composition xD and the instantaneous vessel residual composition xB with the elapse of the distillation time can be seen from FIGS. 6 and 7. Here, the final required steam amount was 7.53 as shown in Table 5.

【0047】[0047]

【表5】 [Table 5]

【0048】(実施例3)図8は釜残組成xBと還流比
Rとの関係を示すグラフであり、図9は蒸留時間と還流
比との関係を示すグラフである。実施例3では、実施例
1の場合と同じ分離条件で適正還流比の変化パターンを
図8の点線で示すように設定し、実際に操作する還流比
をこの変化パターン以上となる範囲でそれぞれ実線に示
すように段階的に変化させた。これらの詳細データを表
6に示している。即ち、ここでは、実施の形態1で求め
られる還流比(適正還流比)の変化を基にして、この適
正還流比又はそれ以上となる範囲で、還流比一定操作を
段階的に変化させるピースワイズコンスタントリフラッ
クスポリシー(Piecewise Constant
Reflux Policy)の方法を採用してい
る。この図8の点線で示す適正還流比以上となる範囲
で、還流比を段階的に変化させることにより、還流比の
操作を容易に行うことができた。また、図8に対応する
データを蒸留時間と還流比の関係に表示したものが図9
であり、蒸留開始から段階的に還流比を変化させ、約1
4時間後における還流比を約40になるようにしてい
る。なお、実施例3における最終の所用蒸気量は7.1
5で、実施例1の場合の6.69と大差ない値であっ
た。
(Example 3) FIG. 8 is a graph showing the relationship between the bottom composition xB and the reflux ratio R, and FIG. 9 is a graph showing the relationship between the distillation time and the reflux ratio. In the third embodiment, under the same separation conditions as in the first embodiment, the change pattern of the appropriate reflux ratio is set as shown by a dotted line in FIG. As shown in FIG. Table 6 shows these detailed data. That is, here, based on the change in the reflux ratio (appropriate reflux ratio) obtained in the first embodiment, a piecewise operation in which the constant reflux ratio operation is stepwise changed within the range of the appropriate reflux ratio or more. Constant flux policy (Piecewise Constant)
(Reflux Policy). By changing the reflux ratio stepwise within a range that is equal to or more than the appropriate reflux ratio indicated by the dotted line in FIG. 8, the reflux ratio can be easily operated. FIG. 9 shows the data corresponding to FIG. 8 in the relationship between the distillation time and the reflux ratio.
The reflux ratio was changed stepwise from the start of distillation,
After 4 hours, the reflux ratio is set to about 40. The final required steam amount in Example 3 was 7.1.
5, which was not much different from 6.69 in Example 1.

【0049】[0049]

【表6】 [Table 6]

【0050】(実施例4)実施例4は、蒸留原液の組成
がライトキー成分(第1低沸点成分)とヘビーキー成分
(第2低沸点成分)の他に第3低沸点成分を含んだ多成
分系の場合について、その還流比の変化パターンをショ
ートカット法で計算した例である。ここでは、所定の制
約条件の下で回分充填蒸留の生産コストを最小化するよ
うな最適設計、最適操作法の考え方を用いて、廃液の出
ない理想的な多成分系における条件を設定した。図10
は回分充填蒸留のプロセスを示すフロー図である。ここ
では図10のフロー図に示すように、蒸留原液を第一留
分と第二留分とに分けて2段階に取り出す蒸留操作を行
った。以下図10を参照しなが説明する。ライトキー成
分a及び、ヘビーキー成分b、第3成分cのそれぞれの
仕込みモル組成をXa=0.45、Xb=0.35、X
c=0.20に、各比揮発度をαac=2.0、αbc=
1.4、αca=1.0として設定して計算した。回分充
填蒸留される前記各成分a〜cに対応する製品a〜cの
純度のスペックは、売値が2.5$/kmolである製
品aで0.9以上、売値が4.5$/kmolである製
品bで0.85以上、売値が6.5$/kmolである
製品cで0.95以上である。また、蒸留における上昇
蒸気流量を10kmol/Hr、エネルギーコストを1
$/Hr、原料コストをゼロ、廃液コストを−0.1$
/Hrにそれぞれ条件を設定した。
Example 4 In Example 4, the composition of the distillation stock solution contained a third low boiling component in addition to a light key component (first low boiling component) and a heavy key component (second low boiling component). This is an example in which a change pattern of the reflux ratio is calculated by a shortcut method in the case of a component system. Here, the conditions in an ideal multi-component system with no waste liquid are set by using the concept of the optimal design and the optimal operation method that minimizes the production cost of batch-packing distillation under predetermined constraints. FIG.
FIG. 2 is a flow chart showing a batch filling distillation process. Here, as shown in the flow chart of FIG. 10, a distillation operation was performed in which the distillation stock solution was separated into a first fraction and a second fraction and taken out in two stages. This will be described below with reference to FIG. The charged molar compositions of the light key component a, the heavy key component b, and the third component c were Xa = 0.45, Xb = 0.35, X
When c = 0.20, each specific volatility is αac = 2.0, αbc =
The calculation was performed by setting 1.4 and αca = 1.0. The specifications of the purity of the products a to c corresponding to the components ac to be batch-distilled are 0.9 or more for the product a having a selling price of 2.5 値 / kmol and the selling price of 4.5 $ / kmol. Is 0.85 or more for the product b, and 0.95 or more for the product c whose selling price is 6.5 $ / kmol. Further, the rising steam flow rate in the distillation is 10 kmol / Hr, and the energy cost is 1
{/ Hr, raw material cost is zero, waste liquid cost is -0.1}
/ Hr was set for each condition.

【0051】これらのデータをもとにショートカット法
を適用し、第一留分におけるライトキー成分aの回収率
をη1=0.924、ヘビーキー成分bにおける回収率
をη2=0.1247として計算すると、経済的条件を
評価する目的関数を最小化させるような最小理論ステッ
プ数はSm=8.3となる。さらに第二留分における回
収率をそれぞれη2=0.972、η3=0.0878
とすると最小理論ステップ数はSm=10.87とな
る。従って、以上のようにして求めた最小理論ステップ
数Smを目標値として還流比を変化させて各蒸留時間に
おける瞬間最小理論ステップ数SMを維持させることが
できる。
By applying the shortcut method based on these data and calculating the recovery of the light key component a in the first fraction as η1 = 0.924 and the recovery in the heavy key component b as η2 = 0.1247, The minimum number of theoretical steps for minimizing the objective function for evaluating economic conditions is S m = 8.3. Further, the recovery rates of the second fraction were η2 = 0.972 and η3 = 0.0878, respectively.
Then, the minimum theoretical step number is S m = 10.87. Therefore, it is possible to maintain more way the minimum theoretical number of steps S m moments at each distillation time by changing the reflux ratio as a target value of the minimum theoretical number of steps S M obtained.

【0052】なお、前記経済的条件を評価するための目
的関数φの値は、文献2の記述に従って計算できる。例
えば目的関数φは、図10のフロー図中の値等を参照し
て計算すると、φ=0.461(第一留分の留出率)×
2.5(製品aの売値)+0.3494(第二留分の留
出率)×4.5(製品bの売値)+0.1896(釜残
量)×6.5(製品cの売値)−0.39(第一留分の
エネルギーコスト)−0.33(第二留分のエネルギー
コスト)であり、φは3.237$/kmolとなる。
これに対して文献2における計算例では、理論段数Nを
8段として目的関数φの値は、φ=0.7491$/k
molとなっている。以上のことから、本実施例4にお
ける目的関数φの値は文献2のものに比べて高くなり経
済性に優れていることがわかる。
The value of the objective function φ for evaluating the above economic conditions can be calculated according to the description in Reference 2. For example, when the objective function φ is calculated with reference to the values and the like in the flowchart of FIG. 10, φ = 0.461 (distillation rate of the first fraction) ×
2.5 (sales price of product a) + 0.3494 (distillation rate of second fraction) x 4.5 (sale price of product b) + 0.1896 (remaining pot) x 6.5 (sale price of product c) −0.39 (energy cost of the first fraction) −0.33 (energy cost of the second fraction), and φ is 3.237 ° / kmol.
On the other hand, in the calculation example in Literature 2, the value of the objective function φ is φ = 0.749149 / k with the number N of theoretical stages being eight.
mol. From the above, it can be seen that the value of the objective function φ in the fourth embodiment is higher than that of the reference 2 and the economy is excellent.

【0053】なお、分離に使用する回分充填蒸留塔の理
論ステップ数SをS/Sm=2の付近にとってS=22
とした。このときの還流比と留出率との関係を図11
に、瞬間留出組成xDと留出率との関係を図12に示し
た。図11及び図12から明らかなように、留出率が
0.4〜0.5の範囲で還流比と瞬間組成xDの大きな
変動があり、第一留分xD(1)の蒸留終点付近の変化
と第二留分xD(2)の蒸留開始付近の変化の様子を説
明できることがわかる。
The theoretical number of steps S of the batch packed distillation column used for the separation is set at about S / S m = 2 and S = 22.
And The relationship between the reflux ratio and the distillation rate at this time is shown in FIG.
FIG. 12 shows the relationship between the instantaneous distillation composition xD and the distillation rate. As is clear from FIGS. 11 and 12, the reflux ratio and the instantaneous composition xD fluctuate greatly when the distilling rate is in the range of 0.4 to 0.5, and near the distillation end point of the first fraction xD (1). It can be seen that the change and the change near the start of distillation of the second fraction xD (2) can be explained.

【0054】(実施例5)実施例5として、より経済的
な分離操作を行うために必要な回分充填蒸留塔の理論段
数Nの設定条件について探索した。最適な理論段数Nを
持った回分充填蒸留塔を選定するため、実施例1の分離
条件に対して理論段数Nを変化させ、理論ステップ数S
と最小理論ステップ数Smの比率S/Smと所用蒸気量の
関係を求めた。この結果を図13に示す。一般に回分充
填蒸留塔の理論段数Nが多くなると設備費が増加し、少
なくなると変動費が増加する。これらの関係を用いて、
蒸留条件に対して経済的なデータ(設備費、人件費、ユ
ーティリティーコスト、製品コスト、原料コストなど)
をもとに、経済性を検討して蒸留塔を適正に設計するこ
とができる。図13等のデータをもとに種々検討した結
果、S/Smの適切な値の範囲は2.0を中心に1.3
〜2.7範囲にあると見なすことができた。これに対し
て、表1のケース24では、最小理論ステップ数Sm
17.01、理論ステップ数S=21で、S/Sm
1.23となっていて、この値は前記適正範囲(1.3
〜2.7)から外れており、経済的に適切な理論段数が
選ばれていないと考えられる。
Example 5 As Example 5, a search was made for the conditions for setting the number N of theoretical plates of a batch packed distillation column necessary for performing a more economical separation operation. In order to select a batch packed distillation column having the optimum number N of theoretical plates, the number N of theoretical plates was changed with respect to the separation conditions of Example 1 to obtain the number S of theoretical steps.
And the obtained relation minimum theoretical ratio S / S m and Shoyo vapor of step number S m. FIG. 13 shows the result. In general, as the number N of theoretical stages of the batch packed distillation column increases, the equipment cost increases, and as the number decreases, the variable cost increases. Using these relationships,
Economic data on distillation conditions (equipment costs, labor costs, utility costs, product costs, raw material costs, etc.)
Based on this, it is possible to appropriately design the distillation column in consideration of economic efficiency. As a result of various studies based on the data in FIG. 13 and the like, the appropriate value range of S / S m is 1.3 centered on 2.0.
Could be considered to be in the ~ 2.7 range. On the other hand, in case 24 of Table 1, the minimum theoretical step number S m =
17.01, the theoretical step number S = 21, and the S / S m was 1.23. This value was within the appropriate range (1.3
~ 2.7), it is considered that an economically appropriate number of theoretical plates has not been selected.

【0055】(比較例)比較例として回分充填蒸留中に
おける還流比を一定で操作した。ここでは、トランスデ
カリンとシスデカリンの50%混合溶液100kmol
を理論段数が50段である回分充填蒸留塔の蒸発釜に仕
込み、平均留出組成99.5%のトランスデカリンを9
0%回収する目的で蒸留操作を行った。この回分充填蒸
留において、還流比が一定となる操作条件で分離を行う
場合に必要な還流比を求めると、以下に示すようにこの
還流比は31.0となった。ただし操作圧力1.33×
104Pa、上昇蒸気量50kmol/hr、ライトキ
ー成分のヘビーキー成分に対する比揮発度はα=1.2
73とした。仕込み組成xF=0.5、平均留出組成x
Dav=0.995、回収率η1=0.90より、蒸留
終点の釜残組成xEは、xE=(1−η1)×xF/
(1−η1×xF/xD)=0.0913となる。次に
xF=0.5とxE=0.0913の範囲を表7に示す
ように10分割した。
(Comparative Example) As a comparative example, the operation was carried out at a constant reflux ratio during batch packed distillation. Here, 100 kmol of a 50% mixed solution of transdecalin and cisdecalin
Was charged into an evaporator of a batch packed distillation column having 50 theoretical plates, and 9 parts of transdecalin having an average distillate composition of 99.5% was added.
A distillation operation was performed to recover 0%. In this batch packed distillation, when a reflux ratio required for separation under operating conditions under which the reflux ratio was constant was determined, the reflux ratio was 31.0 as shown below. However, operating pressure 1.33x
10 4 Pa, rising steam amount 50 kmol / hr, specific volatility of light key component to heavy key component is α = 1.2
73. Charge composition xF = 0.5, average distillate composition x
From Dav = 0.995 and the recovery η1 = 0.90, the composition xE in the bottom of the distillation at the end point of distillation is xE = (1-η1) x xF /
(1−η1 × xF / xD) = 0.0913. Next, the range of xF = 0.5 and xE = 0.0913 was divided into 10 as shown in Table 7.

【0056】[0056]

【表7】 [Table 7]

【0057】こうして、各釜残組成に対する留出率、蒸
留時間、瞬間留出組成xD、平均留出組成xDav、瞬
間最小理論ステップ数SM(=ln((xD/xB)/
((1−xD)/(1−xB)))/lnα)のデータ
を用いて表7に示すように還流比Rを求めた。表7から
分かるように瞬間最小理論ステップ数SMは、最初は多
い値であるが、蒸留終点付近で急激に低下する。この表
6のデータに基づいて求めた蒸留時間とxD、xBの関
係を図14に示す。図14に示されるように、蒸留時間
の経過と共にxBがなだらかに減少するのに対して、x
Dは約25時間後まではほぼ一定で推移し、25時間を
過ぎた時点で急激に減少していることが分かる。なお所
用蒸気量は、所要蒸気量=留出率×(還流比+1)の関
係を用いて、留出率と還流比の値から計算され、その計
算値は14.48であった。このように比較例の還流比
一定操作における所用蒸気量(14.48)は実施例1
の場合の所要蒸気量(6.69)に比べて14.48/
6.69=2.16倍の量が必要になる。また、蒸留時
間で比較すると、実施例1の場合で13.39時間にな
るのに対し、比較例では実施例1の2倍近い29.23
時間が必要となる。
Thus, the distillation rate, distillation time, instantaneous distillate composition xD, average distillate composition xDav, instantaneous minimum theoretical step number S M (= ln ((xD / xB) /
Using the data of ((1-xD) / (1-xB))) / lnα), the reflux ratio R was determined as shown in Table 7. As can be seen from Table 7, the instantaneous minimum theoretical step number S M is a large value at first, but sharply drops near the distillation end point. FIG. 14 shows the relationship between the distillation time and xD and xB obtained based on the data in Table 6. As shown in FIG. 14, while xB gradually decreases with the elapse of the distillation time, xB
It can be seen that D remains almost constant until about 25 hours later and sharply decreases after 25 hours. The required steam amount was calculated from the value of the distillation ratio and the reflux ratio using the relationship of required steam amount = distillation ratio × (reflux ratio + 1), and the calculated value was 14.48. As described above, the required steam amount (14.48) in the constant reflux ratio operation of the comparative example was the same as in Example 1.
14.48 / compared to the required steam volume (6.69) in the case of
6.69 = 2.16 times the amount is required. In comparison, the distillation time was 13.39 hours in the case of Example 1, whereas the comparative example was 29.23, which was nearly twice as large as that of Example 1.
It takes time.

【0058】実施の形態1の回分充填蒸留装置10に適
用した回分充填蒸留方法は以上のように構成されている
ので以下の作用を有する。 (1)回分充填蒸留中の瞬間最小理論ステップ数SM
一定に保持させるので、ポントリャギンの最大原理を用
いて評価関数を最適化する最適値を用いる方法とほぼ同
等な結果を容易に得ることができる。 (2)実施例4のショートカット法で説明したように、
ライトキー成分を主留分として分離する場合であれば、
この方法は仕込み組成が多成分の場合にも適用できる。 (3)蒸留中の分離性能を表す瞬間最小理論ステップ数
Mを所定の回収率が得られる最小理論ステップ数Sm
一致させて蒸留を行うので、回収率の高い、効率の良い
回分充填蒸留分離が可能となる。 (4)還流比が最小還流比以下となるようなピンチポイ
ントが発生するようなことがなく、1バッチ当たりの回
収率を多く取ることができると共に、所要蒸気量が多く
なって生産速度が急激に低下することがない。 (5)エネルギーロスを抑制して、人件費、設備費を低
減できる。 (6)高価な原料を蒸留するファインケミカルにおいて
は、回収率を多く取ることが要求されるため、本実施の
形態の回分充填蒸留方法がより有効である。 (7)瞬間最小理論ステップ数SMを一定に維持させる
回分充填蒸留法を採用することにより、ピンチポイント
が発生しないように還流比を適切に変化させ高段数の回
分充填蒸留塔の能力を最大限度に引き出して、より効率
の高い蒸留操作が可能となる。 (8)比揮発度が小さく高理論段数を必要とする分離の
困難な異性体等の分離に対しても適切に対応することが
できる。 (9)所要蒸気量とS/Smとの関係を用いて、最適条
件を満たす回分充填蒸留塔を設計することが可能とな
る。 (10)本実施の形態による回分充填蒸留方法を最適還
流操作法とみなし、この還流比操作を行うことを前提に
考えれば、図13に示したようにS/Smに対する所用
蒸気量の関係を算出することができる。こうして経済的
なデータをもとに最適な条件に対応する理論段数Nを求
めることができる。
The batch-packing distillation method applied to the batch-packing distillation apparatus 10 of the first embodiment has the following operation since it is configured as described above. (1) Since the instantaneous minimum theoretical step number S M during batch-packing distillation is kept constant, it is easy to obtain almost the same result as the method using the optimum value that optimizes the evaluation function using Pontryagin's maximum principle. Can be. (2) As described in the shortcut method of the fourth embodiment,
If the light key component is to be separated as the main fraction,
This method can be applied to the case where the charged composition is multi-component. (3) Since distillation is performed by matching the instantaneous minimum theoretical step number S M representing the separation performance during distillation with the minimum theoretical step number S m at which a predetermined recovery rate can be obtained, a high recovery rate and efficient batch filling. Distillation separation becomes possible. (4) There is no occurrence of a pinch point at which the reflux ratio becomes lower than the minimum reflux ratio, so that the recovery rate per batch can be increased, and the required steam amount increases and the production rate increases rapidly. Is not reduced. (5) Energy loss can be suppressed, and personnel and equipment costs can be reduced. (6) In the case of fine chemicals for distilling expensive raw materials, it is required to obtain a large recovery rate. Therefore, the batch filling distillation method of the present embodiment is more effective. (7) By adopting the batch packed distillation method in which the instantaneous minimum theoretical step number S M is kept constant, the reflux ratio is appropriately changed so as not to generate a pinch point, and the capacity of a high number of batch packed distillation columns is maximized. By drawing to the limit, a more efficient distillation operation becomes possible. (8) It is possible to appropriately cope with the separation of isomers or the like which have a small specific volatility and require a high number of theoretical plates and are difficult to separate. (9) It is possible to design a batch packed distillation column that satisfies the optimum conditions by using the relationship between the required steam amount and S / S m . (10) Considering that the batch filling distillation method according to the present embodiment is an optimum reflux operation method and considering that this reflux ratio operation is performed, as shown in FIG. 13, the relationship between the required steam amount and the S / S m as shown in FIG. Can be calculated. Thus, the theoretical plate number N corresponding to the optimum condition can be obtained based on the economic data.

【0059】[0059]

【発明の効果】本発明の請求項1に記載の回分充填蒸留
方法によれば、以下の効果が得られる。 (a)比揮発度の小さい、分離の困難な蒸留原液より、
高理論段数の回分充填蒸留塔を使用し、蒸留塔の持って
いる分離性能を有効に活用し、効率よく高純度の製品を
高収率で回収することができ、低原価で製品を得ること
ができる。 (b)操作のメカニズムが明確であり、蒸留途中の組成
変化を計算により逐次把握することができるため、操作
中の変動に対し還流比を調整するだけで適切に対応する
ことができる。 (c)還流比を調整することによって(数式2)で定義
される瞬間最小理論ステップ数SMを常時、(数式1)
で定義される最小理論ステップ数Smに一致させ、即
ち、理論段数一定の全還流蒸留に相当する回分充填蒸留
の状態を維持するようにしているので、各理論段におけ
る各成分間の平衡関係が適正に保たれて蒸留原液の回分
充填蒸留を効率的に行うことができる。 (d)回分充填蒸留の開始から終了までにおける還流比
の操作パターンを、この間の瞬間最小理論ステップ数S
Mが所定値となるように予め定めておき、このパターン
に従って回分充填蒸留操作を行うことができるので、蒸
留原液等の温度や圧力等を直接測定することなく回分充
填蒸留の操作を適切かつ確実に行って、所定回収率と所
定純度を有する留出液や釜残液を得ることができる。 (e)瞬間最小理論ステップ数SMに対してその目標値
となる最小理論ステップ数Smを定めるだけで、これに
対応する還流比を設定できるので、多数の設定条件の入
力や複雑な計算の反復を必要とせず、分離条件が最適化
される条件の下で蒸留原液の回分充填蒸留を効率的かつ
経済的に行うことができる。 (f)最小理論ステップ数Smが、η1、η2、αの3変
数だけで設定されるので、複雑な反復計算を要すること
なく簡単に目標値を設定して、これに従って還流比の調
整を効率的に行うことができる。 (g)回分充填蒸留塔が最小理論ステップ数Smから1
を減算した値よりも多い理論段数Nを有するので、回分
充填蒸留塔における還流比制御の操作を余裕をもって、
しかも確実に行うことができ、回分充填蒸留の生産性を
高めることができる。 (h))最小理論ステップ数Sm−1よりも多い理論段数
Nを有した回分充填蒸留塔を用いるので、安定した操作
条件を容易に確保できると共に、ゆとりを持った条件で
操作でき、所望の分離を効率的に行うことができる。 (i)理論段数N=50、仕込組成xF=0.5、比揮
発度α=1.273、平均留出組成xDav=0.99
5、回収率η=0.90の場合、今回開発した新しい回
分蒸留方法は、従来の還流比一定操作に対して、約1/
2の蒸留時間でよく、著しく生産性を高めることができ
る。
According to the batch filling distillation method of the present invention, the following effects can be obtained. (A) From a distillation stock solution having a small specific volatility and difficult to separate,
Using a batch packed distillation column with a high number of theoretical plates, making effective use of the separation performance of the distillation column, efficiently recovering high-purity products in high yields and obtaining products at low cost Can be. (B) The mechanism of the operation is clear, and the composition change during the distillation can be sequentially grasped by calculation. Therefore, it is possible to appropriately cope with the fluctuation during the operation only by adjusting the reflux ratio. (C) by adjusting the reflux ratio (Equation 2) is the instantaneous constantly minimum theoretical number of steps S M as defined in (Equation 1)
In to match the minimum theoretical number of steps S m which is defined, i.e., since in order to maintain the state of the batch packed distillation corresponding to the number of theoretical plates constant total reflux distillation, the equilibrium relationship between the components in each theoretical plate Is properly maintained, and the batch filling distillation of the distillation stock solution can be efficiently performed. (D) The operation pattern of the reflux ratio from the start to the end of batch-packing distillation is defined as the instantaneous minimum theoretical step number S during this period.
Batch filling distillation operation can be performed according to this pattern in advance so that M becomes a predetermined value, so that batch filling distillation operation can be performed appropriately and reliably without directly measuring the temperature, pressure, etc. of the distillation stock solution. To obtain a distillate having a predetermined recovery rate and a predetermined purity or a bottom liquid. (E) The reflux ratio can be set corresponding to the instantaneous minimum theoretical step number S M simply by determining the minimum theoretical step number S m that is the target value. , And batch batch distillation of the distillation stock solution can be performed efficiently and economically under conditions where the separation conditions are optimized. (F) the minimum theoretical number of steps S m is, .eta.1, .eta.2, because it is set only 3 variables alpha, the set easily target value without requiring complicated iterative calculations, adjusted reflux ratio accordingly It can be done efficiently. (G) The batch packed distillation column is increased from the minimum theoretical step number Sm to 1
Has a greater number of theoretical stages N than the value obtained by subtracting
In addition, it can be performed reliably, and the productivity of batch packed distillation can be increased. (H) Since a batch packed distillation column having a theoretical plate number N larger than the minimum theoretical step number S m -1 is used, stable operating conditions can be easily ensured, and the operation can be performed under a condition having a sufficient space. Can be efficiently separated. (I) Number of theoretical plates N = 50, charge composition xF = 0.5, specific volatility α = 1.273, average distillate composition xDav = 0.99
5. When the recovery η = 0.90, the newly developed batch distillation method is about 1 /
A distillation time of 2 is sufficient, and productivity can be significantly increased.

【0060】請求項2に記載の回分充填蒸留方法によれ
ば、以下の効果を有する。 (a)瞬間最小理論ステップ数SMを(数式2)によっ
て規定すると共に、その目標値となる最小理論ステップ
数Smを、所定の成分構成を有する蒸留原液を、回分充
填蒸留の終点においてそれぞれ所定の回収率と純度を有
した留出液と釜残液とに最も効率的に分離することがで
きる(数式1)で設定しているので、これを用いて還流
比を所定の範囲に調整して、分離性能を適正化できる条
件の下で回分充填蒸留操作を適切かつ効率的に行うこと
ができる。 (b)瞬間最小理論ステップ数SMを最小理論ステップ
数Smに維持させるのに必要な還流比以上の範囲に、実
際の還流比を設定するので、十分な余裕を持って還流比
を制御することができる。 (c)予め必要な適正還流比の変化パターンを定めてお
き、この適正還流比以上の範囲で還流比を段階的に変化
させることもできるので、ピンチポイントの発生を回避
できると共に、還流比の操作を容易に行うことができ
る。 (d)還流比一定操作を組み入れることにより、還流比
を連続的に変化させる場合と比較して、蒸留時間は少し
長くなるが、操作の容易な、安定した操作が可能とな
る。
According to the batch filling distillation method of the second aspect, the following effects are obtained. (A) The instantaneous minimum theoretical step number S M is defined by (Equation 2), and the minimum theoretical step number S m to be the target value is determined at the end point of the batch filling distillation by using the distillation stock solution having a predetermined component composition. Since the distillate having a predetermined recovery rate and purity and the bottom liquid can be separated most efficiently (formula 1), the reflux ratio is adjusted to a predetermined range using this. As a result, the batch-packing distillation operation can be appropriately and efficiently performed under conditions that can optimize the separation performance. (B) Since the actual reflux ratio is set within a range not less than the reflux ratio required to maintain the instantaneous minimum theoretical step number S M at the minimum theoretical step number S m , the reflux ratio is controlled with a sufficient margin. can do. (C) Since a necessary change pattern of the appropriate reflux ratio can be determined in advance and the reflux ratio can be changed stepwise within a range not less than the appropriate reflux ratio, the occurrence of a pinch point can be avoided and the reflux ratio can be reduced. The operation can be easily performed. (D) By incorporating the constant reflux ratio operation, the distillation time is slightly longer than in the case where the reflux ratio is continuously changed, but the operation is easy and stable operation is possible.

【0061】請求項3に記載の回分充填蒸留方法によれ
ば、この構成により請求項1又は2で得られる効果の他
に次の効果が得られる。 (a)回分充填蒸留塔の理論ステップ数Sが最小理論ス
テップ数Sm−1より多い特定範囲に限定されるので、
さらに効率よく回分充填蒸留操作を行うことができると
共に、回収率を向上させることができる。 (b)S/Smが適切な範囲に選ばれるため、回収率の
よい、経済的な、回分充填蒸留操作を行うことができ
る。 (c)S/Smが適切な範囲に選ばれるため、経済的に
適切な、回分充填蒸留塔を設計することができる。
According to the batch filling distillation method of the third aspect, the following effects can be obtained by this configuration in addition to the effects obtained by the first or second aspect. (A) Since the number of theoretical steps S of the batch packed distillation column is limited to a specific range larger than the minimum number of theoretical steps S m −1,
Furthermore, the batch filling distillation operation can be performed more efficiently, and the recovery rate can be improved. (B) Since S / Sm is selected in an appropriate range, an economical batch-packing distillation operation with good recovery can be performed. (C) Since S / S m is selected in an appropriate range, an economically appropriate batch packed distillation column can be designed.

【0062】請求項4に記載の回分充填蒸留装置によれ
ば、以下の効果が得られる。 (a)比揮発度の小さい、分離困難な蒸留原液より、高
理論段数の回分充填蒸留塔を使用し、蒸留塔の持ってい
る分離性能を有効に活用し、効率よく高純度の製品を高
収率で回収することが可能で、省エネルギー性、生産性
に優れる。 (b)瞬間最小理論ステップ数が所定の目標値になるよ
うに回分充填蒸留中の還流比を調整する制御部を備えて
いるので、理論段数一定の全還流蒸留に相当する回分充
填蒸留の状態を維持することができ、蒸留原液の回分充
填蒸留を効率的に行える。 (c)液面計又は重量計で取得されるデータを予め設定
した目標データと比較して回分充填蒸留操作の監視を行
う制御部を備えているので、蒸留原液の温度や圧力を直
接測定することなく回分充填蒸留の操作を適切かつ確実
に監視して、所定回収率と所定純度を有した留出液や釜
残液を得ることができる。 (d)瞬間最小理論ステップ数SMの目標値(最小理論
ステップ数Sm)を定めるだけで、これに対応する還流
比を設定できるので、多数の設定条件の入力や複雑な計
算の反復を必要とせず、理論段数が一定となる適正条件
の下で蒸留原液の回分充填蒸留を効率的かつ経済的に行
うことができる。 (e)回分充填蒸留塔内に規則性充填物を充填した場
合、これら規則性充填物同士で形成される空隙の部分を
蒸気と還流液の流れる流路として安定かつ均一に確保す
ることで各段に滞留する液量(ホールドアップ)を少な
くして、気液平衡関係を適切に維持させることができる
と共に、ホールドアップがないものとして仮定した結果
を適用でき、計算を単純化することができる。
According to the batch filling distillation apparatus of the fourth aspect, the following effects can be obtained. (A) Using a batch packed distillation column with a high number of theoretical plates from a distillation stock solution having a small specific volatility and difficult to separate, effectively utilizing the separation performance of the distillation column to efficiently produce high-purity products. It can be recovered in a yield, and is excellent in energy saving and productivity. (B) Since there is provided a control unit for adjusting the reflux ratio during batch packed distillation so that the instantaneous minimum theoretical step number becomes a predetermined target value, the state of batch packed distillation corresponding to total reflux distillation with a fixed number of theoretical stages , And the batch filling distillation of the distillation stock solution can be efficiently performed. (C) Since the control unit for monitoring the batch filling distillation operation by comparing the data acquired by the liquid level meter or the weighing scale with the preset target data is provided, the temperature and pressure of the undistilled solution are directly measured. It is possible to monitor the operation of batch-packing distillation appropriately and reliably without obtaining a distillate or a bottom residue having a predetermined recovery rate and a predetermined purity. (D) The reflux ratio can be set corresponding to the target value (minimum theoretical step number S m ) of the instantaneous minimum theoretical step number S M by simply determining the target value. It is possible to efficiently and economically perform batch-packed distillation of the distillation stock under the appropriate conditions under which the number of theoretical plates is constant. (E) In the case where the batch packing distillation column is filled with the regular packing, each of the voids formed by the regular packings is stably and uniformly secured as a flow path for the vapor and the reflux liquid by each of them. The amount of liquid (hold-up) staying in the stage can be reduced to maintain the gas-liquid equilibrium relationship properly, and the result can be applied assuming that there is no hold-up, and the calculation can be simplified. .

【0063】請求項5に記載の回分充填蒸留装置によれ
ば、請求項4に記載の効果に加えて以下の効果を有す
る。 (a)回分充填蒸留塔の理論ステップ数Sが最小理論ス
テップ数Smに対して特定範囲に限定されるので、さら
に効率よく回分充填蒸留操作を行うことができると共
に、回収率を向上させることができる。 (b)S/Smが適切な範囲に選ばれるため、回収率の
よい、経済的な、回分充填蒸留操作を行うことができ
る。 (c)S/Smが適切な範囲に選ばれるため、経済的に
適切な、回分充填蒸留塔を設計することができる。
According to the batch packed distillation apparatus of the fifth aspect, the following effect is obtained in addition to the effect of the fourth aspect. Since the theoretical number of steps S of (a) batch packed distillation column is limited to a specific range for the minimum theoretical step number S m, the further it is possible to efficiently perform batch packed distillation operations, enhance the recovery rate Can be. (B) Since S / Sm is selected in an appropriate range, an economical batch-packing distillation operation with good recovery can be performed. (C) Since S / S m is selected in an appropriate range, an economically appropriate batch packed distillation column can be designed.

【0064】請求項6に記載の回分充填蒸留装置によれ
ば、請求項6の効果に加えて以下の効果を有する。 (a)回分充填蒸留塔内に規則充填物が充填されている
ので、規則充填物間や規則充填物に形成された細孔や窪
み等に蒸気や還流液の流れる流路を形成して、安定的か
つ均一な物質移動を回分充填蒸留塔内に確保することが
できる。 (b)回分充填蒸留塔の各段に蓄積、滞留される液量
(ホールドアップ)を少なくして、気液平衡関係を効果
的に維持させることができる。 (c)ホールドアップがないものとして仮定した結果を
適用することができ、計算を簡単に行うことができる。 (d)不規則充填物を用いた場合に比べて、気液接触効
率がよいため、回分充填蒸留塔の有効高さを少なくし
て、高効率で低コストの回分充填蒸留塔を設計できる。 (e)規則充填物や規則充填物間に還流液が溜まること
が少ないので、還流液の塔内滞留時間を短くできる。
According to the batch filling distillation apparatus of the sixth aspect, the following effect is obtained in addition to the effect of the sixth aspect. (A) Since the batch packing distillation column is filled with the structured packing, a flow path for vapor or reflux liquid is formed between the structured packings or in pores or depressions formed in the structured packing, Stable and uniform mass transfer can be ensured in the batch packed distillation column. (B) The amount of liquid accumulated and retained in each stage of the batch packed distillation column (hold-up) can be reduced, and the gas-liquid equilibrium relationship can be effectively maintained. (C) The result assuming that there is no hold-up can be applied, and the calculation can be performed easily. (D) Since the gas-liquid contacting efficiency is better than the case where the random packing is used, the effective height of the batch packed distillation column can be reduced, and a batch packed distillation column with high efficiency and low cost can be designed. (E) Since the reflux liquid is less likely to accumulate between the structured packing and the structured packing, the residence time of the reflux liquid in the column can be shortened.

【0065】請求項7に記載の回分充填蒸留装置によれ
ば、請求項4乃至6のいずれか1項の効果に加えて以下
の効果を有する。 (a)ノックバック式のコンデンサを有するので、低温
の凝縮液を入口蒸気と直接熱交換させるため伝熱効率が
よく、沸点に近い還流温度を確保することができる。 (b)ノックバック式コンデンサは蒸留塔の塔頂に設置
されるため、還流ポンプを使用することなく、重力を利
用して還流操作を行うことができる。
According to the batch filling distillation apparatus of the seventh aspect, the following effect is obtained in addition to the effect of any one of the fourth to sixth aspects. (A) Since a low-temperature condensate is directly heat-exchanged with inlet steam because of having a knock-back type condenser, heat transfer efficiency is good and a reflux temperature close to the boiling point can be secured. (B) Since the knockback type condenser is installed at the top of the distillation column, the reflux operation can be performed by using gravity without using a reflux pump.

【0066】請求項8に記載の回分充填蒸留装置によれ
ば、請求項4乃至7のいずれか1項の効果に加えて以下
の効果を有する。 (a)蒸気量を一定に保って操作する蒸留に最適であ
り、特に真空蒸留操作が必要とされる場合の多い回分充
填蒸留に適している。
According to the batch filling distillation apparatus of the eighth aspect, the following effect is obtained in addition to the effect of any one of the fourth to seventh aspects. (A) It is most suitable for distillation in which the operation is performed while keeping the vapor amount constant, and is particularly suitable for batch packed distillation in which vacuum distillation is often required.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施の形態1の回分充填蒸留方法を適用する回
分充填蒸留装置の構成図
FIG. 1 is a configuration diagram of a batch packed distillation apparatus to which a batch packed distillation method according to a first embodiment is applied.

【図2】最適蒸留時間と文献8の最適蒸留時間との相関
を示すグラフ
FIG. 2 is a graph showing the correlation between the optimum distillation time and the optimum distillation time in Reference 8.

【図3】実施の形態1と文献とにおける最適蒸留時間の
相関を示すグラフ
FIG. 3 is a graph showing the correlation between the optimal distillation time in Embodiment 1 and the literature.

【図4】蒸留時間と還流比の関係を示すグラフFIG. 4 is a graph showing the relationship between distillation time and reflux ratio.

【図5】蒸留時間と瞬間留出組成xD、瞬間釜残組成x
Bとの関係を示すグラフ
FIG. 5: Distillation time, instantaneous distillate composition xD, instantaneous pot remaining composition x
Graph showing the relationship with B

【図6】蒸留時間と還流比の関係を示すグラフFIG. 6 is a graph showing the relationship between distillation time and reflux ratio.

【図7】蒸留時間と瞬間留出組成xD、瞬間釜残組成x
Bとの関係を示すグラフ
FIG. 7: Distillation time, instantaneous distillate composition xD, instantaneous pot remaining composition x
Graph showing the relationship with B

【図8】釜残組成と還流比との関係を示すグラフFIG. 8 is a graph showing the relationship between the bottom composition and the reflux ratio.

【図9】蒸留時間と還流比との関係を示すグラフFIG. 9 is a graph showing the relationship between distillation time and reflux ratio.

【図10】多成分系における回分充填蒸留のプロセスを
示すフロー図
FIG. 10 is a flow diagram illustrating the process of batch packed distillation in a multi-component system.

【図11】還流比と留出率との関係を示すグラフFIG. 11 is a graph showing a relationship between a reflux ratio and a distillation rate.

【図12】瞬間留出組成xDと留出率との関係を示すグ
ラフ
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the instantaneous distillation composition xD and the distillation rate.

【図13】S/Smと所用蒸気量との関係を示すグラフFIG. 13 is a graph showing a relationship between S / S m and a required steam amount.

【図14】蒸留時間とxD、xBとの関係を示すグラフFIG. 14 is a graph showing the relationship between distillation time and xD and xB.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 回分充填蒸留装置 11 蒸留釜 12 回分充填蒸留塔 13 ノックバック式コンデンサ 14 還流液の制御弁 15 留出液の制御弁 16 留出液受器 17 液膜流下式リボイラー 18 循環ポンプ 19 ベントコンデンサ 20 液面計 21 重量計 22 充填層 10 Batch filling distillation apparatus 11 Distillation tank 12 Batch filling distillation column 13 Knockback type condenser 14 Reflux control valve 15 Distillate control valve 16 Distillate receiver 17 Liquid film falling reboiler 18 Circulation pump 19 Vent condenser 20 Level gauge 21 Weight scale 22 Packed bed

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成13年3月29日(2001.3.2
9)
[Submission date] March 29, 2001 (2001.3.2)
9)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】図1[Correction target item name] Fig. 1

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図1】 FIG.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】低沸点のライトキー成分と高沸点のヘビー
キー成分とを含む蒸留原液を回分充填蒸留塔を用いて還
流操作を行いながらそれぞれ所定の回収率で留出液と釜
残液とに分離する回分充填蒸留方法であって、 (数式1)で定義される最小理論ステップ数Sm−1よ
り多い理論段数Nを有する回分充填蒸留塔を用いると共
に、前記還流操作における還流比を調整して、 (数式2)で定義される瞬間最小理論ステップ数SM
最小理論ステップ数Smに一致させて蒸留することを特
徴とする回分充填蒸留方法。 Sm=ln(ln(1−η1)/ln(1−η2))/lnα ---- (数式1) (式中、η1はライトキー成分の留出液への回収率、η2
はヘビーキー成分の留出液への回収率、αはヘビーキー
成分に対するライトキー成分の比揮発度を表す。) SM=ln((xD1/xD2)/(xB1/xB2))/lnα --- (数式2) (式中、xD1はライトキー成分の瞬間留出組成、xD2
はヘビーキー成分の瞬間留出組成、xB1はライトキー
成分の瞬間釜残組成、xB2はヘビーキー成分の瞬間釜
残組成を表す。)
1. A distillation stock solution containing a low-boiling light key component and a high-boiling heavy key component is subjected to a reflux operation using a batch packed distillation column to form a distillate and a bottom residue at a predetermined recovery rate, respectively. A batch packed distillation method for separating, comprising using a batch packed distillation column having a theoretical plate number N larger than the minimum theoretical step number S m -1 defined by (Equation 1), and adjusting a reflux ratio in the reflux operation. Wherein the instantaneous minimum theoretical step number S M defined by (Equation 2) is matched with the minimum theoretical step number S m for distillation. S m = ln (ln (1 -η1) / ln (1-η2)) / lnα ---- ( Equation 1) (wherein, .eta.1 the recovery of the distillate right key components, .eta.2
Represents the recovery rate of the heavy key component in the distillate, and α represents the relative volatility of the light key component to the heavy key component. ) S M = ln ((xD1 / xD2) / (xB1 / xB2)) / lnα (2) where xD1 is the instantaneous distilling composition of the light key component, xD2
Represents the instantaneous distillation composition of the heavy key component, xB1 represents the instantaneous residue composition of the light key component, and xB2 represents the instantaneous residue composition of the heavy key component. )
【請求項2】低沸点のライトキー成分と高沸点のヘビー
キー成分とを含む蒸留原液を回分充填蒸留塔を用いて還
流操作を行いながらそれぞれ所定の回収率で留出液と釜
残液とに分離する回分充填蒸留方法であって、 請求項1に記載された回分充填蒸留方法における最小理
論ステップ数Sm−1より多い理論段数Nを有する回分
充填蒸留塔を用いると共に、前記還流操作における還流
比を、請求項1に記載された回分充填蒸留方法における
瞬間最小理論ステップ数SMを最小理論ステップ数Sm
維持させるのに必要な還流比以上の値の範囲に設定して
蒸留することを特徴とする回分充填蒸留方法。
2. A distillation stock solution containing a low-boiling light key component and a high-boiling heavy key component is subjected to a reflux operation using a batch packed distillation column to form a distillate and a bottom residue at a predetermined recovery rate, respectively. A batch packed distillation method for separating, comprising using a batch packed distillation column having a theoretical plate number N larger than the minimum theoretical step number S m -1 in the batch packed distillation method according to claim 1, and refluxing in the reflux operation. Distilling by setting the ratio in a range of a reflux ratio or more necessary to maintain the instantaneous minimum theoretical step number S M in the batch packed distillation method according to claim 1 at the minimum theoretical step number S m. A batch filling distillation method, characterized in that:
【請求項3】前記回分充填蒸留塔の理論ステップ数S
が、1.3Sm≦S≦2.7Smの条件を充たすように制
御されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の
回分充填蒸留方法。
3. The theoretical number of steps S of said batch packed distillation column
But, 1.3S m ≦ S ≦ 2.7S m batch packed distillation method according to claim 1 or 2, characterized in that it is controlled so as to satisfy the conditions.
【請求項4】(a)低沸点のライトキー成分と高沸点の
ヘビーキー成分とを含む蒸留原液が仕込まれる蒸留釜
と、 (b)前記蒸留釜の蒸留原液を循環加熱するリボイラー
と、 (c)前記リボイラーで加熱され発生した蒸気が通過さ
れ充填物が配置された理論段数Nを有する回分充填蒸留
塔と、 (d)前記回分充填蒸留塔の頂部から留出した留分を凝
縮させるコンデンサと、 (e)前記コンデンサで凝縮され留出液受器に取り出さ
れる留出液と前記回分充填蒸留塔に戻される還流液とを
所定の還流比に分配する制御弁を有する還流機構と、 (f)前記蒸留釜及び前記留出液受器に設けられた液面
レベルを検知する液面計及び/又はその重量を検知する
重量計と、 (g)前記還流機構を操作して請求項1に記載された回
分充填蒸留法における瞬間最小理論ステップ数SMを最
小理論ステップ数Smに一致するように前記還流比を調
整すると共に、前記液面計又は前記重量計で取得される
データを予め設定した目標データと比較して回分充填蒸
留の監視及び前記還流機構の制御を行う制御部と、を備
えていることを特徴とする回分充填蒸留装置。
4. A distillation pot in which a stock solution containing a low-boiling light key component and a high-boiling heavy key component is charged; (b) a reboiler for circulating and heating the distillation stock solution in the distillation pot; A) a batch packed distillation column having a theoretical plate number N in which the steam generated by heating in the reboiler is passed and the packing is arranged; and (d) a condenser for condensing the fraction distilled from the top of the batch packed distillation column. (E) a reflux mechanism having a control valve for distributing the distillate condensed in the condenser and taken out to the distillate receiver and the reflux liquid returned to the batch packed distillation column at a predetermined reflux ratio; A) a level gauge for detecting a liquid level and / or a weight scale for detecting the weight of the liquid level provided in the distillation still and the distillate receiver; and (g) operating the reflux mechanism. In the batch filling distillation method described Between minimum theoretical number of steps S M with adjusting the reflux ratio to match the minimum theoretical number of steps S m, as compared with the target data set with the data acquired in advance by the liquid level meter or the weighing scale A batch packed distillation apparatus, comprising: a control unit that monitors batch packed distillation and controls the reflux mechanism.
【請求項5】前記回分充填蒸留塔の理論段数Nに蒸留釜
の段数1を加えた理論ステップ数Sが、請求項1に記載
された回分充填蒸留方法における最小理論ステップ数を
mとした場合に、前記ステップ数Sが1.3Sm≦S≦
2.7Smの条件を充たすように制御する制御部を備え
ていることを特徴とする請求項4に記載の回分充填蒸留
装置。
5. The theoretical number of steps S plus the number of stages 1 theoretical plates N in the distillation still of the batch packed distillation column, a minimum theoretical number steps in has been batch packed distillation method according to claim 1 and a S m In this case, the number of steps S is 1.3S m ≦ S ≦
Batch packed distillation apparatus according to claim 4, characterized in that it comprises a control unit for controlling so as to satisfy the condition of 2.7 s m.
【請求項6】前記回分充填蒸留塔が金属板、金網型、グ
リッド型のいずれか1以上からなる規則充填物を塔内に
備えていることを特徴とする請求項4又は5に記載の回
分充填蒸留装置。
6. The batch according to claim 4, wherein the batch packed distillation column is provided with an ordered packing composed of at least one of a metal plate, a wire mesh type and a grid type in the column. Packing distillation equipment.
【請求項7】前記コンデンサがノックバック式コンデン
サであることを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1
項に記載の回分充填蒸留装置。
7. The capacitor according to claim 4, wherein said capacitor is a knock-back type capacitor.
Batch distillation apparatus according to Item.
【請求項8】前記リボイラーが外部循環の液膜流下式で
形成されていることを特徴とする請求項4乃至7のいず
れか1項に記載の回分充填蒸留装置。
8. The batch packed distillation apparatus according to claim 4, wherein the reboiler is formed by a liquid film falling type of an external circulation.
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