JP2003164702A - 複数の揮発成分を有する混合溶液の蒸溜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 混合溶液から沸点の異なる複数の揮発成分を
蒸溜にて分離する場合に、装置の大幅な小型化と、設置
に要する床面積の縮小と、低価格化を図る。 【解決手段】 蒸発缶１の内部に水平又は略水平の伝熱
管を多数本備えた伝熱管群２，３，４を、上下方向に多
段状に並べて配設して、その最上段の伝熱管群２におけ
る各伝熱管の表面に複数の揮発成分を含む混合溶液を散
布する一方、加熱用流体を、最下段の伝熱管群４におけ
る各伝熱管内を流したのちその上の段の伝熱管群におけ
る各伝熱管内を流すというように、下段の伝熱管群から
上段の伝熱管群に順次流すように構成し、前記蒸発缶１
に、蒸気抽出口２５・・２９の複数個を、上下方向に適
宜間隔で設け、この各蒸気抽出口からの蒸気を、その各
蒸気抽出口の各々について単独の凝縮器３０に導入して
凝縮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の揮発成分を
有する混合溶液において、その各揮発成分を、当該各揮
発成分ごとに分離して取り出すようにした蒸溜装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、混合溶液中に溶解している揮発
成分を分離して取り出すには、この混合溶液を、これに
溶解している揮発成分の沸点温度に加熱して沸騰し、こ
の発生する蒸気を凝縮するという蒸溜が採用されている
ことは周知の通りであり、この蒸溜を連続して実行する
装置は、混合溶液を間接的に加熱する加熱器と、加熱し
た混合溶液を揮発成分の沸点温度で沸騰する蒸発缶と、
この蒸発缶で発生した蒸気に対する凝縮器とよって構成
され、これを、連続式の単蒸溜装置と称している。

【０００３】しかし、この連続式の単蒸溜装置において
は、一台の装置において一つの種類の揮発成分しか分離
することができない。

【０００４】そこで、沸点が異なる複数の揮発成分が溶
解している混合溶液において、この混合溶液から、各揮
発成分を、当該各揮発成分ごとに分離して取り出すに
は、前記した構成の単蒸溜装置を複数台使用して、各単
蒸溜装置における沸騰温度を、各揮発成分ごとに沸点に
設定し、混合溶液を、第１の単蒸溜装置で蒸溜すること
によって、各揮発成分のうち低沸点の揮発成分を分離
し、次いで、第２の単蒸溜装置で蒸溜することによっ
て、各揮発成分のうち中沸点の揮発成分を分離し、そし
て、第３の単蒸溜装置で蒸溜することによって、各揮発
成分のうち高沸点の揮発成分を分離するというようにし
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように、
加熱器と、蒸発缶と、凝縮器とか成る単蒸溜装置を、混
合溶液に含まれる複数の揮発成分に応じて複数台設置す
ることは、全体の装置が著しく大型化するばかりか、著
しく高価になるのであり、しかも、設置するための広い
床面積を必要するという問題があった。

【０００６】本発明は、これらの問題を解消した蒸溜装
置を提供することを技術的課題とするものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この技術的課題を達成
するため本発明の請求項１は、「密閉した蒸発缶内に、
内部に加熱用流体が流れる水平又は略水平の伝熱管の多
数本を備えた伝熱管群を、上下方向に多段状に並べて配
設し、前記蒸発缶の上部に、蒸溜する目的の混合溶液を
前記各伝熱管群のうち最上段の伝熱管群における各伝熱
管の表面に散布するようにした散布手段を設ける一方、
加熱用流体を、前記各伝熱管群のうち最下段の伝熱管群
における各伝熱管内を流したのちその上の段の伝熱管群
における各伝熱管内に流すというように、下段の伝熱管
群から上段の伝熱管群に順次流すように構成し、前記蒸
発缶に、蒸気抽出口の複数個を、上下方向に適宜間隔で
設け、この各蒸気抽出口からの蒸気を、その各蒸気抽出
口の各々について単独の凝縮器に導入する。」ことを特
徴としている。

【０００８】また、本発明の請求項２は、「前記請求項
１の記載において、前記蒸発缶内に、当該蒸発缶内を前
記各蒸気抽出口ごとの蒸発室に区画する仕切り板を設け
た。」ことを特徴としている。

【０００９】更にまた、本発明の請求項３は、「前記請
求項１又は２の記載において、前記伝熱管群の間の部位
に、上段の伝熱管群から流下する混合溶液を下段の伝熱
管群における各伝熱管の表面に散布するようにした散布
手段を設けた。」ことを特徴としている。

【００１０】

【発明の作用・効果】この構成において、蒸溜する目的
の混合溶液は、各伝熱管群のうち最上段の伝熱管群にお
ける各伝熱管の表面に散布され、次いで、次に下段の伝
熱管群における伝熱管の表面に散布されるというよう
に、各段の伝熱管群における伝熱管の表面に接触するこ
とにより、各伝熱管内を流れる加熱用流体にて加熱され
て沸騰する。

【００１１】この場合において、加熱用流体は、下段の
伝熱管群から上段の伝熱管群への順番に流れることによ
り、各伝熱管群における各伝熱管の表面温度は、最下段
の伝熱管群において最も高く、最上段の伝熱管群におい
て最も低いというように、上段の伝熱管群に行くにつれ
て次第に低くなっており、しかも、各伝熱管群において
も、上方の伝熱管ほど表面温度が低くなっているから、
前記混合溶液は、上段の伝熱管群においては、低い温度
で沸騰し、この沸騰温度は下段の伝熱管群に行くにつれ
て次第に高くなる。

【００１２】この沸騰により、各伝熱管群のうち上段の
伝熱管群においては、沸点の低い揮発成分を含む蒸気
が、下段の伝熱管群においては、これよりも上段の伝熱
管群において沸点の低い揮発成分が揮発することによ
り、沸点の高い揮発成分を含む蒸気が発生することにな
るから、蒸発缶において発生する蒸気を、上下方向に適
宜間隔で設けた各蒸気抽出口から抽出して、この各蒸気
抽出口の各々について単独の凝縮器に導いて凝縮するこ
とにより、混合溶液から沸点の異なる複数の揮発成分を
別々にして分離できる。

【００１３】このように本発明は、混合溶液から沸点の
異なる複数の揮発成分を蒸溜にて分離することを、一つ
の蒸発缶内に、伝熱管群を上下方向に多段状に設けるこ
とで達成するものであることにより、従来のように、加
熱器と蒸発缶とから成る単蒸溜装置を複数台設置する場
合に比べて、装置を大幅に小型化できるとともに、設置
に要する床面積を大幅に縮小でき、しかも、装置の価格
を大幅に低減できる効果を有する。

【００１４】また、請求項２に記載した構成によると、
各蒸気抽出口から抽出する蒸気に、これよりも上段の伝
熱管群において発生する沸点の低い揮発成分を含む蒸
気、又は、これよりも下段の伝熱管群において発生する
沸点の高い揮発成分を含む蒸気が混じることを、仕切り
板にて低減できるから、凝縮して取り出した各揮発成分
における純度の向上を図ることができる。

【００１５】更にまた、請求項３に記載した構成による
と、伝熱管群の間に設けた散布手段にて、各伝熱管群に
おける各伝熱管の表面の略全体にわたって混合溶液を略
均等に接触することができるから、熱効率を向上できる
とともに、各伝熱管の表面にスケールが発生することを
確実に低減できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
１及び図２の図面について説明する。

【００１７】この図において、符号１は、上下方向に長
い密閉構造にして、図示しない真空ポンプ等にて大気圧
以下の減圧に保持した蒸発缶を示し、この蒸発缶１内に
は、水平又は略水平の伝熱管２ａの多数本を縦長の矩形
状に配設して成る第１伝熱管群２と、同じく水平又は略
水平の伝熱管３ａの多数本を縦長の矩形状に配設して成
る第２伝熱管群３と、同じく水平又は略水平の伝熱管４
ａの多数本を縦長の矩形状に配設して成る第３伝熱管群
４とが、上下多段状に配設されている。

【００１８】前記蒸発缶１における左右両側面には、前
記各伝熱管群２，３，４における各伝熱管２ａ，３ａ，
４ａの両端が連通・開口する密閉型のヘッダー室５，６
が設けられている。

【００１９】一方、前記蒸発缶１内のうち前記第１伝熱
管群２の上方には、入り口７より供給された混合溶液
を、前記第１伝熱管群２における各伝熱管２ａの表面の
全体に対して略均一に散布するようにした孔あき板又は
スプレーノズル等の散布手段８が設けられ、また、前記
第１伝熱管群２とその下段の前記第２伝熱管群３との間
の部位、及び前記第２伝熱管群３とその下段の前記第３
伝熱管群４との間の部位には、上段の伝熱管群から流下
する混合溶液を、下段における伝熱管群における各伝熱
管３ａ，４ａの表面の全体に対して略均一に散布するよ
うにした孔あき板又はスプレーノズル等の散布手段９，
１０が設けられている。

【００２０】前記蒸発缶１の底部には、混合溶液の出口
１１が設けられ、この出口１１から排出される混合溶液
の一部は、循環ポンプ１２にて、前記入り口７に戻する
ように循環される。

【００２１】また、前記両ヘッダー室５，６のうち一方
のヘッダー室５の下部には、ボイラーからの水蒸気等の
加熱用流体の入り口１３が、他方のヘッダー室６の上部
には、前記加熱用流体の出口１４が各々設けられ、且
つ、一方のヘッダー室５内には、前記第３伝熱管群４と
第１伝熱管群２及び第２伝熱管群３とを区画する仕切り
板１５を、他方の一方のヘッダー室５内には、前記第１
伝熱管群２と第２伝熱管群３及び第３伝熱管群４とを区
画する仕切り板１６を各々設けて、前記入り口１３より
流入した加熱用流体が、最下段に位置する第３伝熱管群
４における各伝熱管４ａ内を流れたのち、他方のヘッダ
ー室６を経て、これより上段の位置する第２伝熱管群３
における各伝熱管３ａ内を流れ、次いで、一方のヘッダ
ー室５を経て、最上段に位置する第１伝熱管群２におけ
る各伝熱管２ａ内を流れるように構成する。

【００２２】なお、前記した両ヘッダー室５，６内にお
ける仕切り板１５，１６には、凝縮水を下方に流下する
ようにしたサイホン管１７，１８が設けられ、また、前
記両ヘッダー室５，６の底部には、凝縮水の出口１９，
２０が設けられている。

【００２３】そして、前記蒸発缶１内に、上下方向に適
宜間隔で仕切り板２１，２２，２３，２４を設けること
により、当該蒸発缶１内を上から順番に五つの蒸発室、
つまり、第１蒸発室１ａ、第２蒸発室１ｂ、第３蒸発室
１ｃ、第４蒸発室１ｄ及び第５蒸発室１ｅに区画して、
この各蒸発室１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅの各々に、
蒸気抽出口２５，２６，２７，２８，２９を設ける。

【００２４】なお，本実施の形態の場合、前記仕切り板
２１，２２，２３，２４及び各蒸気抽出口２５，２６，
２７，２８，２９を、各伝熱管群２，３，４の左右両側
に設けた構成にしているが、各伝熱管群２，３，４の片
側にのみ設けた構成にしても良い。

【００２５】一方、符号３０は、冷却水等を冷却源とす
る間接熱交換式の凝縮器を示し、この凝縮器３０を、五
つの凝縮室、つまり、第１凝縮室３０ａ、第２凝縮室３
０ｂ、第３凝縮室３０ｃ、第４凝縮室３０ｄ及び第５凝
縮室３０ｅに区画して、第１凝縮室３０ａに前記第１蒸
発室１ａにおける蒸気抽出口２５からの蒸気ダクト３１
を、第２凝縮室３０ｂに前記第２蒸発室１ｂにおける蒸
気抽出口２６からの蒸気ダクト３２を、第３凝縮室３０
ｃに前記第３蒸発室１ｃにおける蒸気抽出口２７からの
蒸気ダクト３３を、第４凝縮室３０ｄに前記第４蒸発室
１ｄにおける蒸気抽出口２８からの蒸気ダクト３４を、
そして、第５凝縮室３０ｅに前記第５蒸発室１ｅにおけ
る蒸気抽出口２９からの蒸気ダクト３５を各々接続す
る。

【００２６】この構成において、蒸溜する目的の混合溶
液は、各伝熱管群２，３，４のうち最上段の第１伝熱管
群２における各伝熱管２ａの表面に散布手段８にて略均
一に散布され、この各伝熱管２ａの表面を伝って流下し
たのち、これより下段に位置する第２伝熱管群３におけ
る各伝熱管３ａの表面に散布手段９にて略均一に散布さ
れ、この各伝熱管３ａの表面を伝って流下し、そして、
これより下段に位置する第３伝熱管群４における各伝熱
管４ａの表面に散布手段１０にて略均一に散布され、こ
の各伝熱管３ａの表面を伝って流下するといように、各
伝熱管群２，３，４における各伝熱管２ａ，３ａ，４ａ
の表面に接触することにより、各伝熱管２ａ，３ａ，４
ａ内を流れる加熱用流体にて加熱されて沸騰する。

【００２７】この場合において、加熱用流体は、先ず、
最下段の第３伝熱管群４における各伝熱管４ａ内を流
れ、次いで、これよりも上段の第２伝熱管群３における
各伝熱管３ａ内を流れ、そして最上端の第１伝熱管群２
における各伝熱管２ａ内を流れるというように下段の伝
熱管群から上段の伝熱管群への順番に流れることによ
り、各伝熱管群２，３，４における各伝熱管の表面温度
は、最下段の伝熱管群４において最も高く、最上段の伝
熱管群２において最も低いというように、上段の伝熱管
群に行くにつれて次第に低くなっており、しかも、各伝
熱管群２，３，４においても、上方の伝熱管ほど表面温
度が低くなっているから、蒸発缶１の上部における散布
手段８から散布された混合溶液は、最上段の第１伝熱管
群２においては、低い温度で沸騰し、この沸騰温度は、
下段の第２伝熱管群３及び最下段の第３伝熱管群４に行
くにつれて次第に高くなる。

【００２８】この沸騰により、各伝熱管群２，３，４の
うち最上段の第１伝熱管群２においては、低い沸点の揮
発成分を含む蒸気が、下段の第２伝熱管群３において
は、これよりも上段の第１伝熱管群２において低い沸点
の揮発成分が揮発することにより、次に高い沸点の揮発
成分を含む蒸気が、そして最下段の第３伝熱管群４にお
いては、これよりも上段の第１伝熱管群２及び第２伝熱
管群３において低い沸点の揮発成分及び次に高い沸点の
揮発成分が揮発することにより、更に高い沸点の揮発成
分を含む蒸気が発生することになる。

【００２９】従って、蒸発缶１の各蒸発室１ａ，１ｂ，
１ｃ，１ｄ，１ｅ内における蒸気は、下方の蒸発室に行
くにつれて沸点の高い揮発成分を含むことになるから、
この各蒸発室１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ内における
蒸気を、その各々の蒸気抽出口２５，２６，２７，２
８，２９から凝縮器３０における各凝縮室３０ａ，３０
ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅに導いて凝縮することによ
り、混合溶液から沸点の異なる複数の揮発成分を別々に
して分離できる。

【００３０】この場合において、前記蒸発缶１内を各蒸
発室１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅに区画する仕切り板
２１，２２，２３，２４は、発生した蒸気が隣接の蒸発
室の相互間で互いに混合することを阻止するから、凝縮
して取り出した各揮発成分における純度を向上できる。

【００３１】また、第１伝熱管群２と第２伝熱管群３と
の間に設けた散布手段９、及び第２伝熱管群３と第３伝
熱管群４との間に設けた散布手段１０は、上段の伝熱管
群から流下して来た混合溶液を、下段の伝熱管群におけ
る各伝熱管の表面の略全体にわたって略均等に接触する
と言う作用を行う。

【００３２】なお、前記実施の形態は、各蒸発室１ａ，
１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅにおける蒸気抽出口２５，２
６，２７，２８，２９からの蒸気を、一つの凝縮器３０
において別々に凝縮する場合であったが、本発明は、こ
れに限らず、各蒸気抽出口２５，２６，２７，２８，２
９からの蒸気を、別々の凝縮器にて凝縮するように構成
しても良いことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す縦断正面図である。

【図２】図１のII−II視断面図である。

【符号の説明】

１ 蒸発缶 １ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ 蒸発室 ２ 第１伝熱管群 ３ 第２伝熱管群 ４ 第３伝熱管群 ５，６ ヘッダー室 ７ 混合溶液の入り口 ８，９，１０ 散布手段 １１ 混合溶液の出口 １３ 加熱用流体の入り口 １４ 加熱用流体の出口 ２１，２２，２３，２４ 仕切り板 ２５，２６，２７，２８，２９ 蒸気抽出口 ３０ 凝縮器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】密閉した蒸発缶内に、内部に加熱用流体が
   流れる水平又は略水平の伝熱管の多数本を備えた伝熱管
   群を、上下方向に多段状に並べて配設し、前記蒸発缶の
   上部に、蒸溜する目的の混合溶液を前記各伝熱管群のう
   ち最上段の伝熱管群における各伝熱管の表面に散布する
   ようにした散布手段を設ける一方、加熱用流体を、前記
   各伝熱管群のうち最下段の伝熱管群における各伝熱管内
   を流したのちその上の段の伝熱管群における各伝熱管内
   に流すというように、下段の伝熱管群から上段の伝熱管
   群に順次流すように構成し、前記蒸発缶に、蒸気抽出口
   の複数個を、上下方向に適宜間隔で設け、この各蒸気抽
   出口からの蒸気を、その各蒸気抽出口の各々について単
   独の凝縮器に導入することを特徴とする複数の揮発成分
   を有する混合溶液の蒸溜装置。
2. 【請求項２】前記請求項１の記載において、前記蒸発缶
   内に、当該蒸発缶内を前記各蒸気抽出口ごとの蒸発室に
   区画する仕切り板を設けたことを特徴とする複数の揮発
   成分を有する混合溶液の蒸溜装置。
3. 【請求項３】前記請求項１又は２の記載において、前記
   伝熱管群の間の部位に、上段の伝熱管群から流下する混
   合溶液を下段の伝熱管群における各伝熱管の表面に散布
   するようにした散布手段を設けたことを特徴とする複数
   の揮発成分を有する混合溶液の蒸溜装置。