JP2003210903A - 蒸留方法 - Google Patents

蒸留方法

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JP2003210903A
JP2003210903A JP2002009977A JP2002009977A JP2003210903A JP 2003210903 A JP2003210903 A JP 2003210903A JP 2002009977 A JP2002009977 A JP 2002009977A JP 2002009977 A JP2002009977 A JP 2002009977A JP 2003210903 A JP2003210903 A JP 2003210903A
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Japan
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blade
stirring
distillation
liquid
blades
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JP2002009977A
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Teruhiko Tamura
輝彦 田村
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DIC Corp
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Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
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  • Alcoholic Beverages (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蒸留、濃縮操作を撹拌装置で行う場合でも、
短時間に効率的に行うことができる方法を提供する。 【解決手段】 撹拌翼を有する蒸留装置において、ター
ビン翼あるいはコンケーブ翼のような形状の翼を使用
し、撹拌動力0.2〜0.6kW/m3 とすることによ
り蒸留効率を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、撹拌翼を有する蒸
留装置により、好適に蒸留を行う方法に関する。
【0002】
【従来の技術】化学工業、食品工業、医薬品工業などを
はじめとする多品種少量生産の産業分野において、蒸
留、濃縮操作は極めて重要であり、かつ汎用的な単位操
作である。この蒸留、濃縮等の操作に使用する装置とし
ては、薄膜蒸留装置、フラッシュ蒸留装置、撹拌翼を有
する蒸留装置などが挙げられる。
【0003】薄膜蒸留装置、フラッシュ蒸留装置では蒸
留効率が高いものの、撹拌装置に比べ非常に複雑な構造
をしているのでメンテナンス回数が増し、多品種少量生
産には向いていない。
【0004】そのため撹拌翼を有する撹拌装置を用いて
蒸留、濃縮操作を行うことが汎用的であるが、特に単蒸
留を行う場合には、製品中の溶媒や不純物の量を目標と
する濃度にまで濃縮するのに長時間を要するため、非常
に効率が悪い。
【0005】ところで、流動、分散現象と撹拌操作に関
して、液体中に単に気体を分散させるための撹拌翼とし
てタービン翼の一種であるコンケーブ翼が効果的である
ことが提案されており(Chemical Enginnering,Dec,
1994,97-103)、撹拌動力を上げるにしたがって気体の
分散効果が上がり、ある一定の撹拌動力以上でその状態
が飽和することが述べられている。
【0006】すなわち、ある一定以上に撹拌動力を上げ
さえすれば気体の分散状態が飽和することが示唆されて
おり、これを蒸留や濃縮操作に適用すれば蒸留速度は最
大に保てることが予想される。
【0007】ところが、実際の蒸留、濃縮操作において
はこの予想は当てはまらず、撹拌動力をむやみに上げす
ぎると蒸留速度がかえって大幅に減少してしまうのであ
る。
【0008】これは、液体にわずかな撹拌動力しか与え
ない場合には、沸騰により生成した留出物気泡の流動、
分散が少なく、蒸発作用を促進させるための処理液表面
への気泡の移動が少なくなるために蒸留が進まず、ま
た、過剰な撹拌動力を与えた場合には、気泡の流動、分
散があまりに激しいため、気泡が処理液表面に達する前
に再び液中内に引き戻されてしまうため、結果として蒸
留が進まなくなってしまうと考えられる。
【0009】また、過剰な撹拌動力をタービン翼やコン
ケーブ翼に与えた場合、回転方向に対する翼の裏面側に
生じる負圧のために、発生した気泡が翼の裏面側に集ま
り、数珠繋ぎ状態となって停滞し、液体表面に移動する
ことが困難となるので、さらに蒸留効率を低減すること
にもなるのである。
【0010】つまり、上記文献に記載されたような気液
混合を行うという技術思想が、気泡を効率的に液体中か
ら蒸発させて蒸留を行うという技術思想にそのままでは
当てはまらないのである。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、蒸留、濃縮操作を撹拌装置で行う場合で
も、短時間に効率的に行うことのできる方法を提供する
ことにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明者等が上記課題に
ついて鋭意検討した結果、撹拌翼を有する蒸留装置を用
いて蒸留操作を行う場合に、撹拌翼にタービン翼を使用
し、撹拌動力を一定の範囲にした場合に効率的な蒸留を
行える範囲があることを見出し、本発明を完成するに至
った。
【0013】すなわち、本発明は撹拌翼を有する蒸留装
置において、該撹拌翼がタービン翼であり、かつ、撹拌
動力を0.2〜0.6kW/m3 とすることを特徴とす
る蒸留方法を提供するものである。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
を詳細に説明する。撹拌翼を有する蒸留装置の撹拌動力
Pv(kW/m3)は、 Pv=Np・ρ・n3・d5/(1000・V) =2π・n・T/(1000・V) で表され、各記号は Np:動力数 ρ:液体比重(kg/m3 ) n:回転数(s-1) d:翼径(m) V:液体体積(m3 ) T:トルク(N・m) を表すパラメータである。
【0015】上記式から導かれる下式 Np=2π・T/(ρ・n2・d5) からわかるように、動力数Npは撹拌翼固有(撹拌系固
有)のパラメータであり、所定の径を有する撹拌翼を液
体中で回転させたときにどれだけのトルクがかかるかに
より求められるものである。
【0016】つまり、動力数Npの撹拌翼を液体中で回
転させることにより、どれだけのエネルギーが液体に与
えられるかを示す指標が撹拌動力Pvである。
【0017】したがって、撹拌翼を用いて蒸留、濃縮操
作を行う場合には、処理液を混合、撹拌して沸騰させ蒸
留する際に生成する留出物気泡の流動、分散の現象が生
じ、この時の撹拌動力が気泡の発生効率に影響し、処理
液表面から蒸発する留出物気泡の量に大きく影響するの
である。
【0018】撹拌装置に使用される撹拌翼には種々ある
が、通常はその翼径を槽内径の30%〜90%の長さに
することが一般的である。これは翼径があまりに小さい
場合には、十分な流動を得られないために混合不十分と
なり、また翼径があまりに大きい場合には、槽内壁に設
ける邪魔板(バッフル)に接触してしまったり、処理液
の流路を狭めることによって混合が不十分になるためで
ある。
【0019】このような撹拌翼としては一般的に、撹拌
槽1内の液体全体を撹拌するマックスブレンド翼2(図
1)、このマックスブレンド翼よりも小さい断面積であ
る板状の翼としたタービン翼3(図2)、このタービン
翼の板状の翼を凹形状としたコンケーブ翼4(スカバー
翼とも言う:図3)などが挙げられ、上記したように必
要に応じてバッフル5が設けられた撹拌槽1に使用され
る。
【0020】図4は、これら各種撹拌翼を用いて蒸留操
作を行う場合に、気泡が撹拌される状態を示す模式図で
ある。図4(a)はマックスブレンド翼で液体を撹拌し
た場合の気泡の撹拌状態で、蒸留装置の側面図を上図
に、翼の側面から見た翼近傍の気泡の状態を下図に示
す。図4(b)はタービン翼で液体を撹拌した場合の気
泡の撹拌状態で、蒸留装置の側面図を上図に、翼近傍の
斜視図を中図に、翼の側面から見た翼近傍の気泡の状態
を下図に示す。
【0021】通常、タービン翼のような小型撹拌翼は、
翼径の10%〜100%にあたる距離を槽底部からとっ
て、まず、第1段目の撹拌翼を設置し、処理する液体の
液面がこれより高くなる場合には、この第1段目の撹拌
翼設置位置から翼径の10%〜100%に相当する長さ
分を離して2番目を設置、さらに液面が高い場合にはこ
れと同じ考え方で上部方向に多段にしていくのが一般的
であり、この例ではタービン翼は槽の底部近傍と液高さ
のほぼ中央の2段の配置としている。
【0022】図4(c)はタービン翼の一種で回転方向
に対して凹部となる翼を有するいわゆるコンケーブ翼で
液体を撹拌した場合の気泡の撹拌状態で、蒸留装置の側
面図を上図に、翼近傍の斜視図を中図に、翼の側面から
見た翼近傍の気泡の状態を下図に示す。コンケーブ翼の
場合においても、上記タービン翼と同様な方法で多段に
することが可能であり、この例ではコンケーブ翼は槽の
底部近傍と液高さのほぼ中央の2段の配置としている。
【0023】図4(a)のように、槽内の液面近傍にま
で渡るような高さのマックスブレンド翼の場合では、翼
面積が大きいために回転により生じる翼の裏面側の負圧
状態の領域も広くなる。そのため、発生した気泡は負圧
領域に捕獲されて液体表面への移動が困難となる。
【0024】なお、所定値以上の撹拌動力を与えると、
翼面積が液面のほぼ全域に渡っているために負圧状態も
増加してしまい、上述したように液体の渦流による気泡
の引き込みと共に負圧領域における気泡の捕獲割合も大
きくなって蒸留効率が低下することになる。
【0025】これに対して、図4(b)のタービン翼で
は、翼面積が小さいために回転により生じる翼の裏面側
の負圧状態の領域も小さくなり、気泡が負圧領域に捕獲
されることが低減でき、蒸留効率を向上させることがで
きるが、所定値以上の撹拌動力を与えた場合には、やは
り上記したような状態となり蒸留効率が低下する。
【0026】図4(b)のタービン翼は単に板状の形状
であるが、負圧状態を低減させるように回転方向に対し
て凹状となる形状(円柱状パイプを半割にしたような形
状)のコンケーブ翼とした図4(c)では、気泡が捕獲
される割合が低減するために、より蒸留効率を向上させ
ることができる。この凹状の形状は上記例のように断面
半円形状であってもよく、断面半楕円形状であってもよ
く、断面三角形状あるいは断面「コ」字状の形状であっ
てもよい。
【0027】このように液体に対する翼面積を小さくし
たタービン翼、コンケーブ翼を使用することにより蒸留
効率を向上させることができ、これら翼の配置は2枚か
ら6枚の範囲とすることにより好適な気泡の撹拌状態を
確保して蒸留効率を向上させることができるが、これら
撹拌翼を有する撹拌系としての撹拌動力を0.2〜0.
6kW/m3 とすることが特に効果的なのである。
【0028】さらに、図4(c)の例では円盤板状体に
翼を4枚設けているが、回転軸から直接翼を設けること
でも良く、また、翼径としては槽の内径の約30%以上
であって槽壁部に設けられるバッフルの障害とならない
範囲までの径とすることが好ましい。
【0029】
【実施例】以下、実施例と比較例により、本発明をさら
に詳細に説明する。温度センサー、冷却器、メスシリン
ダーを連結した撹拌槽として、内径130mm、高さ2
25mmのガラス製2リットルフラスコ(幅10mm×
長さ200mmのバッフル4枚付き)を用意した。
【0030】(実施例1)翼部が円盤状ディスクに対し
て回転方向に60度傾斜して配置されており、その大き
さは9mm×12mmで枚数は4枚、翼径d=40mm
のタービン翼を上記撹拌槽に図2のように配置した。
【0031】エポキシ樹脂(大日本インキ化学工業製エ
ピクロンN−680)65質量%のメチルイソブチルケ
トン(MIBK)溶液1650gを室温で上記撹拌槽中
に仕込み、撹拌動力を0.1〜1.0kW/m3 の範囲
で撹拌しながら常圧(101.3kPa)で140℃ま
で昇温つつ蒸留し、つづいて150℃まで昇温しなが
ら、圧力を4kPaまで下げ、MIBK577gを留出
させた。なお、蒸留速度はメスシリンダーを用いて計測
した。このときの蒸留速度を図5に示す。
【0032】(実施例2)タービン翼の代わりに、翼部
が円盤状ディスクに対して回転方向に垂直に配置されて
おり、その大きさは13mm×18mmで枚数は4枚、
翼径d=63mmのコンケーブ翼を上記撹拌槽に図3の
ように配置した以外は、実施例1と同様にして蒸留・濃
縮を行った。このときの蒸留速度を図5に示す。
【0033】(比較例1)タービン翼の代わりに、翼部
の大きさが63mm×124mm、翼径d=63mmの
マックスブレンド翼を上記撹拌槽に図1のように配置し
た以外は、実施例1と同様にして蒸留・濃縮を行った。
このときの蒸留速度を図5に示す。
【0034】図5からわかるように、撹拌動力が0.1
〜0.8kW/m3 の範囲で、タービン翼、コンケーブ
翼による蒸留速度がマックスブレンド翼と比較して1.
1〜1.5倍高い領域(0.2〜0.6kW/m3 の範
囲)があることが確認でき、特に、タービン翼、コンケ
ーブ翼のいずれの翼においても、0.3〜0.5kW/
3 の範囲がマックスブレンド翼に比べて蒸留効率が顕
著に高いことがわかる。
【0035】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、撹拌槽を
用いた蒸留・濃縮操作において、撹拌翼をタービン翼あ
るいはコンケーブ翼のような形状の翼を使用することに
より、蒸留時間の短縮と蒸留効率を大幅に向上させるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】マックスブレンド翼を有する撹拌槽の一例を示
す上面図と側面図。
【図2】タービン翼を有する撹拌槽の一例を示す上面図
と側面図。
【図3】コンケーブ翼を有する撹拌槽の一例を示す上面
図と側面図。
【図4】各種撹拌翼を用いて蒸留操作を行う場合に、気
泡が撹拌される状態を示す模式図。
【図5】撹拌動力に対する蒸留速度を示すグラフ。
【符号の説明】
1 撹拌槽 2 マックスブレンド翼 3 タービン翼 4 コンケーブ翼 5 バッフル

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 撹拌翼を有する蒸留装置において、該撹
    拌翼がタービン翼であり、かつ、撹拌動力を0.2〜
    0.6kW/m3 とすることを特徴とする蒸留方法。
  2. 【請求項2】 該撹拌動力が0.3〜0.5kW/m3
    である請求項1に記載の蒸留方法。
  3. 【請求項3】 該タービン翼がコンケーブ翼である請求
    項1又は2に記載の蒸留方法。
JP2002009977A 2002-01-18 2002-01-18 蒸留方法 Pending JP2003210903A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009280755A (ja) * 2008-05-26 2009-12-03 Msd Corp 石油代替燃料の製造方法及び製造装置
WO2015019914A1 (ja) 2013-08-07 2015-02-12 住友重機械プロセス機器株式会社 撹拌装置
CN111974234A (zh) * 2020-09-01 2020-11-24 西安石大能源股份有限公司 一种旋流式可燃气体控制混匀装置

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