JP2014509250A - 構造化されたパッキングを使用する熱交換型蒸留塔 - Google Patents

Abstract

混合流体中の成分を分離させるための熱交換型蒸留塔。この熱交換型蒸留塔には、ストリッピング部分（Ｓ）と、精留部分（Ｒ）と、これらストリッピング部分と精留部分との間にあるコンプレッサ（２）とが設けられている。更に、前記ストリッピング部分（Ｓ）と前記精留部分（Ｒ）との間で熱を伝達するための熱交換アセンブリと、前記熱交換型蒸留塔内での凝縮及び蒸発のための物質移動アセンブリとが、設けられている。前記ストリッピング部分（Ｓ）、前記精留部分（Ｒ）、もしくはこれらストリッピング部分（Ｓ）と前記精留部分（Ｒ）とは、近接したチャンネルアセンブリ（６）によって形成されているチャンネルを有しており、各チャンネルアセンブリは、熱交換型蒸留の構造部分と、前記熱交換アセンブリと前記物質移動アセンブリとの機能部分とを形成している。プレート（８）と、２つ以上の波形状のプレートの形態の構造化されたパッキングとが、設けられている。
【選択図】４ａ

Description

本発明は、混合流体中の成分を分離させるための熱交換型蒸留塔に関わり、この熱交換型蒸留塔は、ストリッピング部分と、精留部分と、これらストリッピング部分と精留部分との間にあるコンプレッサと、これらストリッピング部分と精留部分との間で熱を伝達するための熱交換アセンブリと、前記熱交換型蒸留塔内での凝縮及び蒸発のための物質移動アセンブリとを有している。

特許文献１が、混合流体のストリッピングと精留とのための熱交換型蒸留塔を開示している。ストリッピング部分と精留部分とが、複数のチャンネルを有しており、前記ストリッピング部分のためのチャンネルと前記精留部分のためのチャンネルとは、交互に設けられている。これらチャンネルは、熱交換機能を与える複数の近接したプレートによって、形成されている。湾曲したフィンが、前記近接したプレートの内側に設けられており、前記精留部分でこの上に凝縮液を生成し、前記ストリッピング部分に蒸気を生じさせ、前記チャンネルの底部に凝縮液を集め、そして前記チャンネルの上流部に蒸気を集める。

特許文献２が、中間にパッキングを有する一組の壁を含む液体蒸気接触装置を開示している。前記パッキングは、波形状の接触部材が垂直に並んだ形態である（この波の方向は、図２ｂに示されているように垂直方向に交互であり得る）。組み立てられた装置では、一つの層の波形状の部材１２の間に、１つのプレート８が常に設けられている。これは、コンパートメント間の熱伝達が検討されていないため、熱交換型蒸留塔ではない。

特許文献３が、改良された表面を有するリボイラコンデンサを開示している。この文書に関する従来技術として、プレートフィン形式の蒸留塔の種類の装置について、説明される。この特定の発明は、前記装置の内面の更なる変更に関わる。これは、分離が検討されていないので、熱交換型蒸留塔ではない。いくつかの前記チャンネルは、水平であり、明らかに熱伝達のみを目的としている。

特許文献４が、単一の波形状のシートＦが２つの近接した壁４、５間に設けられている円筒形の熱交換装置を開示している。これは、分離が検討されていないので、熱交換型蒸留塔ではない。

WO03/011418 US5,718,127 US4,715,431 JP-55-012348 US7,678,237

本発明は、特に改良された物質移動力を有する、より有効な熱交換型蒸留塔を提供することを目的とする。

本発明に従えば、上に記載の序文に従った熱交換型蒸留塔が、提供され、ストリッピング部分、精留部分、もしくは前記ストリッピング部分と前記精留部分との両方が、２つ以上の近接したチャンネルアセンブリによって形成されているチャンネルを有しており、各チャンネルアセンブリは、前記熱交換型蒸留塔の構造部分と、熱交換アセンブリ及び物質移動アセンブリの機能部分とを形成しており、前記チャンネルアセンブリは、プレートと、波の方向を有する２つ以上の波形状のプレートの形態の構造化されたパッキングとを有しており、前記チャンネル中の前記２つ以上の波形状のプレートは、互いに向かい合っており、これら向かい合っている波形状のプレートの波の方向は、互いに交差している。

前記チャンネルアセンブリは、前記ストリッピング部分、前記精留部分、もしくはこれら両方のためのフローチャンネルを形成している。前記チャンネルアセンブリは、前記熱交換型蒸留塔（ＨＩＤｉＣ）の構造部分であるので、例えば、平行に配置された、もしくは重ねて断面された複数のチャンネルアセンブリの組み合わせによって、ＨＩＤｉＣ全体を容易に且つ有効に形成することが可能である。前記チャンネルアセンブリはまた、前記熱交換アセンブリと前記物質移動アセンブリとの両方の機能部分を同時に形成し、ＨＩＤｉＣの形成をより有効にする。このような構造化されたパッキングは、加工産業でよく知られている。結果として設けられるチャンネルアセンブリは、熱伝達力と物質移動力との間に良好なバランス与える。１つのチャンネルが、２つの近接したチャンネルアセンブリ間に形成され、このような近接したチャンネルアセンブリは、鏡面対称である。このことによって、前記波形状のプレートは、複数の接触点を形成することが可能となり、このことによって、凝縮液が、前記チャンネルの一方の側から他方の側に流れることが可能となり、この結果、物質移動の効率が高められる。更なる実施形態では、接触シートが、２つの近接したチャンネルアセンブリの間に、例えば有孔プレートもしくはワイヤーメッシュ（ガーゼ）の形態で、設けられており、接触ブリッジが形成され得る。

一実施形態では、前記チャンネルアセンブリは、金属（例えばスチール）のような熱伝達材料によって形成されている構成部材を有しており、このような構成部材の１つが、前記２つ以上の波形状のプレートであり、前記材料の表面での凝縮を可能にするか、前記材料の表面からの蒸発を可能にするように、形成されている。かくして、この材料は、前記ＨＩＤｉＣの両機能のために、使用され得る。

前記チャンネルアセンブリは、更なる実施形態では、１５００ｋｇ／ｍ^３未満、例えば１０００ｋｇ／ｍ^３の密度もしくは重量を有している。更なる例では、前記密度は、例えば、３００乃至５００ｋｇ／ｍ^３の範囲である。この密度は、前記チャンネルアセンブリの構造によって可能となり、従来のシステムと比較して非常に軽い。

前記構造化されたパッキングは、更なる実施形態では、前記熱交換型蒸留塔の長手方向に沿って配置されている少なくとも２つの一連の波形状のプレートを有している。

後に続く波形状のプレートは、異なる波の方向を有している。このことによって、凝縮液のための細長い通路が設けられ、また、蒸発及び物質移動のための良好な接触可能性を与える。かくして、前記ＨＩＤｉＣの前記チャンネルアセンブリの機能が、高められる。一実施形態では、前記異なる波の方向は、前記長手方向に対して左右対称である。更なる実施形態では、前記長手方向に対して、１５°より大きい角度で傾斜している。更に、前記構造化されたパッキングは、複数の凹み、例えばくぼみ、もしくは小さな溝が設けられている材料から成り得、このような凹みが、前記構造化されたパッキングの有効な表面を拡張する。

複数のチャンネルアセンブリは、更なる実施形態では、プロセスのための高い能力を与えるために、前記熱交換型蒸留塔の長手方向に沿って、平行に配置されるように設けられている。

更なる実施形態では、前記ストリッピング部分と精留部分との一方は、同心に配置されている複数の（例えば円筒形状の）チャンネルアセンブリを有し、前記複数の円筒形状のチャンネルアセンブリ間の空間が、前記ストリッピング部分と前記精留部分とのもう一方を形成している。加工プラントの構成部材の円筒形状の実施形態は、定期的に使用され、形成されたチャンネル全体にわたって、より均一な加工環境を与える。

更なる実施形態の前記熱交換型蒸留塔は、前記精留部分と前記ストリッピング部分とを囲んでいる外周ハウジングを有している。この外周ハウジングは、矩形断面の実施形態と円形断面の実施形態との両方で、前記ストリッピング部分と前記精留部分とを、周囲の環境から適切に密封し得る。

図１は、熱交換型蒸留塔の概略的な図である。 図２ａは、本発明の一実施形態に係るチャンネルアセンブリの正面図である。 図２ｂは、図２ａのチャンネルアセンブリの断面図である。 図３は、本発明の更なる実施形態に係るチャンネルアセンブリの正面図である。 図４ａは、ＨＩＤｉＣのためのチャンネルを形成している複数のチャンネルアセンブリの断面図である。 図４ｂは、図４ａの別の例の、ＨＩＤｉＣのためのチャンネルの断面図である。 図５は、ＨＩＤｉＣのためのチャンネルを形成するための複数のチャンネルアセンブリの別の組み合わせを示す図である。 図６は、ＨＥＴＰ（理論段相当高さ）が、従来の（プレートフィン）形式のＨＩＤｉＣと、本発明の一実施形態に係るプレートパッキング形式のＨＩＤｉＣとの両方のための平均のＦファクターを関数として座標に示されたグラフを示す図である。 図７は、圧力低下が、本発明に係るＨＩＤｉＣのいくつかの実施形態に関するＦファクターを関数として座標に示されたグラフを示す図である。

本発明は、添付の図面を参照して、例となる複数の実施形態を使用して、以下に詳細に説明される。

長年にわたって、多くの省エネ蒸留技術が、開発されている。従来の蒸留塔では、リボイラに供給されコンデンサに抽出されたエネルギーが、損失する。１９８０年代に導入された蒸気再圧縮塔（ＶＲＣ）では、リボイラのための加熱媒体として使用され得るように蒸気の上部の温度を上げるために、コンプレッサが、ヒートポンプとして使用されている。省エネルギー率が５０乃至８０％であるが、最高温度上昇が、３０℃に、即ち従来の設置された蒸留塔の約１５％に、経済的に制限されている。

流体中の２つの成分を分離させるための方法が、図１に図式的に示されている。分離される混合物（流体）が、ライン１で、ストリッピング部分Ｓに供給される。気体の生成物が、ラインを通ってコンプレッサ２に供給され、精留部分Ｒに供給される。この精留部分Ｒで生成された液体生成物（凝縮液）が、ライン１に戻される。前記精留部分Ｒの上部から出る蒸気が、外部のコンデンサ３に供給される。ストリッピング部分Ｓで生成された流体（凝縮液）が、底部にある出口からリボイラ４に供給され、そして、底部の（アウトプット）生成物として、部分的に排出される。前記精留部分Ｒから前記ストリッピング部分Ｓへの熱伝達が、矢印５によって示されている。この熱伝達を可能な限り能率的に生じさせることが重要であることが、理解される。本発明の実施形態に従えば、これは、前記ストリッピング部分Ｓと前記精留部分Ｒとの間の直接の熱伝達によって、果たされる。このような分離方法を利用するシステムは、本分野で、熱交換型蒸留塔（ＨＩＤｉＣ）として知られている。

熱交換型蒸留塔（ＨＩＤｉＣ）では、コンプレッサ全体にわたる温度上昇は、前記蒸留塔全体にわたる温度差の値の、たった半分である。かくして、ＨＩＤｉＣのための圧縮力は、ＶＲＣのための圧縮力の、代表的には５０％である。

従来のいわゆるコンセントリックトレーＨＩＤｉＣ（例えば特許文献５参照）が、複雑且つ高価な内部構造を有しており、従って、２０乃至４５℃の範囲の温度上昇でＶＲＣより経済的に優れているだけである。このような塔は、熱伝達によって、一般に制限されている。

例えば特許文献１に記載されているような熱交換型蒸留塔のプレートフィン構成（ＰＦ−ＨＩＤｉＣ）もまた、知られている。この形式のＨＩＤｉＣは、以下のことを含むがこれらに限定されないいくつかの欠点を有している。ＰＦ−ＨＩＤｉＣは、低い液体ホールドアップ（a low liquid holdup）と不均衡配分に対する高い感度とをもたらす直線状に開口したチャンネルによって、良好な分離特性を有していない。ＰＦ−ＨＩＤｉＣは、分配器のための多くの労力を要する多数の平行なチャンネルを有している。各ＰＦ−ＨＩＤｉＣは、重く、従って高価である。ＰＦ−ＨＩＤｉＣは、製造が難しく、小型のモジュールでのみ形成され得るが、小型のモジュールは、大量の蒸留プロセスのための必要な容量を有していない。ＰＦ−ＨＩＤｉＣの多くは、蒸留塔の多くと相性の悪い材料であるアルミニウムによって、形成されている。

本発明の実施形態は、下記のように、ミクロ構造のセパレータとして作用する熱交換型蒸留塔（ＨＩＤｉＣ）に関わる。これは、構造化されたパッキングに関わる有効な物質移動（分離）（mass transfer（separation））特性と周知の熱交換の実施の有効な熱伝達特性とを組み合わせたものである。

本発明の一実施形態では、熱交換型蒸留塔（ＨＩＤｉＣ）は、混合流体中の成分を分離するために設けられている。ＨＩＤｉＣは、図１の概略図で示されているように、ストリッピング部分Ｓと、精留部分Ｒと、これらストリッピング部分Ｓと精留部分Ｒとの間のコンプレッサ２とを有している。熱交換アセンブリが、図１に矢印５によって示されている、前記ストリッピング部分Ｓと前記精留部分Ｒとの間の熱伝達のために、設けられている。前記ストリッピング部分Ｓ、もしくは前記精留部分Ｒ、もしくはこれらストリッピング部分Ｓと精留部分Ｒとの両方は、チャンネルアセンブリ６を有している。このチャンネルアセンブリ６は、熱交換型蒸留塔の構造部分と、前記熱交換アセンブリと物質移動アセンブリとの機能部分とを形成しており、前記ストリッピング部分Ｓ中での蒸発と、前記精留部分Ｒ中での凝縮とを発生させる。

言い換えると、チャンネルアセンブリ６は、前記ストリッピング部分Ｓと前記精留部分Ｒとの間の分離を例えば果たすことによってＨＩＤｉＣ全体のための構造部材を形成し、同時に、熱伝達機能と物質移動機能とを含むＨＩＤｉＣの種々の機能を果たす。

このような構造及び機能部分を前記チャンネルアセンブリ６で組み合わせることによって、よりエネルギー効率が良く且つコスト効率が良いＨＩＤｉＣが、設けられ得る。

前記ＨＩＤｉＣには、図１を参照して説明されるように混合流体の流れを得るように、コレクタ、分配機、インプット／アウトプットコネクタ、バルブなどが、更に設けられている。

一実施形態では、前記チャンネルアセンブリ６は、金属材料のような熱伝達材料から成る複数の構成部材を有し、このような構成部材のうちの１つが、前記チャンネルアセンブリ６が設けられているＨＩＤｉＣの部分に依存して、前記材料の表面での凝縮、及び／もしくは、前記材料の表面からの蒸発を可能にするように形成されたチャンネル部分である。かくして、前記チャンネルアセンブリ６は、前記ＨＩＤｉＣ中の熱伝達（図１の矢印５）と物質の分離との両方の機能を有する。例えばスチールを材料として使用することによって、スチールは動作中にＨＩＤｉＣ中の物質に対して多くの場合良好に耐えるので、ＰＦ−ＨＩＤｉＣシステムにしばしば使用される例えばアルミニウムのように、更なる効果を与える。

更なる実施形態では、前記チャンネルアセンブリ６は、１５００ｋｇ／ｍ^３未満、例えば１０００ｋｇ／ｍ^３未満の密度もしくは質量を有し、即ち２０００乃至４０００ｋｇ／ｍ^３のオーダーの密度を有する周知のプレートフィン形式のＨＩＤｉＣよりずっと低い。

本発明に係るＨＩＤｉＣの典型的な例では、３００乃至５００ｋｇ／ｍ^３の重量が、使用されている。

一組の更なる実施形態では、チャンネルアセンブリが、プレートと、構造化されたパッキング（プレートパッキングＨＩＤｉＣ、即ちＰＰ−ＨＩＤｉＣ）との組み合わせを有している。このような構成部材の組み合わせが、前述のように、構造及び機能部分を形成する。

図２ａは、本発明の実施形態に使用されるような構造化されたパッキングの一部である、波形状のプレートもしくはシート７の正面図である。前記構造化されたパッキングは、例えば１乃至３ｃｍのオーダーのｃｗの波形の幅を有する波形状の（金属）プレート７によって、形成されている。波の方向が、前記波形状のプレート７の側面に対して所定の角度を有している。

図２ｂは、チャンネルアセンブリ６の断面図であり、代表的に０．５乃至２ｃｍのオーダーの前記波形状のプレート７の高さｃｈを示している。前記波形状のプレート７は、方向付けのようなプレートを有しており、波形状のプレート７と平行なプレート８と組み合わされている。この断面図で判るように、上方から見た前記チャンネルアセンブリ６は、前記構造化されたパッキングの材料（特に交差した波の方向を有する、１つ、２つ、もしくはより多くの、平行に方向付けされた波形状のプレート７の一組）を常に有し、これらは、物質移動の機能性のために大きな表面を形成するように、ＨＩＤｉＣに使用され得る。図２ｂに示されているような前記チャンネルアセンブリ６のうち２つは、平行に配置され得、前記波形状のプレート７を有する両側面が、前記ストリッピング部分Ｓ、精留部分Ｒ、もしくはこれら両方のためのフローチャンネルを形成するために、互いに向かい合っている。可能な限り多くの物質移動力を得るために、近接したプレート７の波の方向は、互いに交差している。

一実施形態では、前記チャンネルアセンブリ６は、例えば、前記熱交換型蒸留塔の長手方向に沿って配置されている一連の、少なくとも２つの波形状の（例えば金属の）プレート７の形態である構造化されたパッキングを有している。これら波形状のプレートは、異なる波の方向を有している。このことによって、ＨＩＤｉＣの有効なチャンネルの長さが長くなり、このことによって、通常より短い長さの蒸留塔を提供することが可能となる。

このような実施形態の一例が、図３に示されており、この例では、（双方向の矢印によって示されている）ＨＩＤｉＣの長手方向に４つの波形状のプレートを有するモジュールが、設けられている。第１の波形状のプレート７ａは、ＨＩＤｉＣの長手方向に対して角度θで傾斜した波の方向を有している。次の波形状のプレート７ｂは、角度−θで傾斜した波の方向を有している。

図３に示されている実施形態では、異なる波の方向が、前記長手方向に対して対称である。結果として、あまり複雑でないコレクションもしくは再分配装置が、前記チャンネルアセンブリの両側で必要とされ、流体の流れが、前記チャンネルアセンブリ６の全面にわたって分配され得る。特別な実施形態では、前記波形の方向は、６０°より小さく、１５°より大きい角度θ、例えば３０°で、前記長手方向に対して傾斜されている。

図４ａに示されている上面図では、前記チャンネルアセンブリ６が、前記ストリッピング部分Ｓ、もしくは精留部分Ｒのための完全なチャンネルを形成するために使用され得ることが、示されている。示されている実施形態では、図４ａに示されているように２つの近接したチャンネルアセンブリ６が、単一のチャンネルを形成するように（側方のプレート１１、１２と）組み合わされている。２つのチャンネルが、図４ａに示されているが、より多くのチャンネルアセンブリ６が、ＨＩＤｉＣの処理能力を高めるために複数のチャンネルを設けるように、使用され得る。かくして、各チャンネルが、２つ以上の構造化されたパッキングによって（前記チャンネルの上面もしくは断面から判るように、）形成され、これらパッキングの各々は、一組の近接した、鏡面対称の波形状のプレート７によって形成されており、互いに近接して配置されており、２つのプレート８は、前記２つの波形状のプレート７の外側で、チャンネルのための構造部分を形成している。

別の方法として、チャンネルアセンブリ６が、プレート８を有するように設けられ得、構造化されたパッキングが、２つ以上の近接した波形状のプレート７を有している。

このようなチャンネルアセンブリ６は、前記ストリッピング部分Ｓ、精留部分Ｒ、もしくはストリッピング部分Ｓと精留部分Ｒとの両方のためのチャンネルを形成するように、横に並べられ得る。このような場合、１つのプレート８が、前記近接したチャンネルを分けるように、設けられている。代わって、２つの近接したプレート８が、図４ａの実施形態に示されているように、使用され得る。

一実施形態では、前記波形状のプレート７が、鏡面対称であり、即ち、向かい合っている前記波形状のプレート７の波の方向が、互いに交差している。このことによって、前記ストリッピング部分Ｓもしくは精留部分Ｒ中の流体の流れに接するように、前記波形状のプレート７の材料の表面を増やすために、有効な方法が提供され、このことによって、物質移動効率が高められる。

更に、このことによって、前記波形状のプレート７の１つで凝縮された流体が前記他の波形状のプレート７の表面全体にわたって交差することを可能にする、複数の接触点１８（図４ａ参照）が設けられる。図４ｂの実施形態に示されているように、この効果は、接触シート１９を使用して、高められ得る。この接触シート１９は、金属プレート、ワイヤーメッシュなどであり得る。この接触シート１９は、更に、前記２つの近接したチャンネルのアセンブリ６の組み合わせの構造的な安定性を高める。

更なる実施形態では、前記構造的なパッキングは、（例えば、くぼみもしくは溝の形態の）複数の凹みを有する材料から成り、これによって、前記チャンネルアセンブリでの凝縮及び蒸留機能のために有効な表面が、拡大される。この効果が、前記材料の穿孔を使用して、更に高められ得る。例として、Sulzer Chemtechから商業的に入手可能な前記構造化されたパッキングのために使用される波形状の材料が、この実施形態に使用され得る。

上記の実施形態では、前記チャンネルアセンブリ６は、前記ＨＩＤｉＣのストリッピング及び精留チャンネルの有効な密封を与える外周ハウジングの中に、配置され得る。前記外周ハウジングは、矩形であり得るが、円形もしくは他の形状でも設けられ得る。円形の形状は、プロセスの状態がより良好に制御され得るという効果を有する。

上記のような前記チャンネルアセンブリ６のすべての実施形態に対して、前記ストリッピング部分Ｓ、精留部分Ｒ、もしくは両方のためのチャンネルを形成することが、可能である。更なる実施形態では、複数のチャンネルアセンブリ６が、前記熱交換型蒸留塔の長手方向に沿って平行に配置されるように設けられている。このことによって、特定の適用のために、ＨＩＤｉＣの能力が、所望のレベルに高められる。また、実験室の試験でのバージョンから、ＨＩＤｉＣの原寸大の製品のバージョンまでの拡大が、容易に果たされる。

更なる実施形態では、前記複数のチャンネルアセンブリ６の近接したものが、鏡面対称であり、このことによって、前記ストリッピング部分Ｓ、精留部分Ｒ、もしくは両方のための所望のパターンのチャンネルを形成する。

前記ＨＩＤｉＣの別の実施形態では、前記チャンネルアセンブリ６が、図５の実施形態に示されているように、同心且つ環状のチャンネルパターンを形成するように、使用されている。この実施形態のＨＩＤｉＣは、前記精留部分Ｒと前記ストリッピング部分Ｓとを覆っている（例えば樽やドラム缶のような形態で、一点鎖線によって示されている）外周ハウジング１７を有している。前記ストリッピング部分Ｓは、この外周ハウジング１７内に同軸に配置されている、複数の円筒形状のチャンネルアセンブリ６を有しており、前記精留部分Ｒは、前記複数の円筒形状のチャンネルアセンブリ６間の空間によって、形成されている。

前記ＨＩＤｉＣでは、前記ストリッピング部分Ｓと精留部分Ｒとに流れる混合流体の合成物が、流れ方向で変化する。蒸気の容量の変化に特に適応するように、前記ストリッピング部分Ｓと前記精留部分Ｒとの両方の断面積が、前記混合流体の流れ方向に沿って変化する。言い換えると、前記複数のチャンネルアセンブリ６の幅が、前記熱交換型蒸留塔の長手方向に沿って、変化する。例えば、前記ＨＩＤｉＣは、それぞれの幅が徐々にもしくは段階的に増減しているストリッピング部分Ｓと精留部分Ｒとを、有している。段階的な増減を使用すると、前記ＨＩＤｉＣは、上記の実施形態を参照して説明されるように、前記チャンネルアセンブリ６（の組み合わせ）の種々の段階によって構成され得る。構造化されたパッキングの層の数によって、前記幅が、増減し得る。

上記の実施形態を参照して説明されるチャンネルアセンブリ６の各々（もしくはチャンネルアセンブリ６の組み合わせ）が、単一のプロセス層を形成し得る。前記ＨＩＤｉＣの全体は、互いに平行なこのようなプロセス層の多くを有し得る。また、各プロセス層のディメンションが、ＨＩＤｉＣを拡大するために、増加され得る。例えば、試験環境では、前記プロセス層は、１ｍの高さと２０ｃｍの幅であり、熱交換プレートとの距離が、１５ｍｍであり、５０ｋｇ／ｈの容量と５ｋＷの熱伝達力とを与える。産業上の利用では、例えば、２００ｃｍの幅の１００のプロセス層に、１５ｍｍの同じ熱交換プレートの距離を与えることによって、１０００倍高い容量を有し得る。良好な分離を果たすために、例えば５乃至１０ｍの全高が選択され、（塔には一定の直径を与えながら、）前記ストリッピング部分Ｓは、上向きの方向に、大きくなる断面を有し、前記精留部分Ｒは、上向きの方向に、小さくなる断面を有している。そして、前記熱伝達力が、５乃至１０ＭＷのオーダーである。

上述の実施形態は、構造化されたＨＩＤｉＣ（Ｓ−ＨＩＤｉＣ）と称され得るＨＩＤｉＣの１つの形式を与える。このＳ−ＨＩＤｉＣは、プレートフィン熱交換部材の優れた熱伝達特性と、構造化されたパッキングの分離能力とを組み合わせる。これは、塔の大きさと動作コストとを減じる熱交換型蒸留技術の更なる改良である。この改良は、前記プレートフィンＨＩＤｉＣの制限された物質移動特性を解決し、前記ＨＩＤｉＣの端部で、分配機とコレクタとの構成を、単純化する。

上記の本発明の実施形態を参照して説明されるように、前記Ｓ−ＨＩＤｉＣは、前記構造化されたパッキングに関連した有効な物質移動（分離）特性と、プレートフィン熱交換部材の有効な熱伝達特性とを組み合わせているミクロ構造のセパレータである。熱交換機能に焦点を当てている前記プレートフィンＨＩＤｉＣに対して、Ｓ−ＨＩＤｉＣでは、分離（物質移動）に焦点を当てている。これは、実験的に示されたように、ファクターを制限する機能である。図６は、プレートフィン形式のＨＩＤｉＣとプレートパッキング形式のＨＩＤｉＣとの両方に関する平均のＦファクターの関数として、ＨＥＴＰが示されているグラフを示している。ＨＥＴＰは、前記プレートパッキング形式のＨＩＤｉＣに対して明らかに低く、改良された分離機能を示している。より小型のＨＥＴＰが、蒸留塔にとって望ましい。

Ｓ−ＨＩＤｉＣの前記チャンネルアセンブリ６は、熱伝達と、分離と、低い圧力低下とに対して信頼でき、１乃至３Ｐａ^１／２のオーダーで、Ｆファクターと対応する蒸発速度を取扱い、条件を満たした２のターンダウン比を有し得るべきである。Ｓ−ＨＩＤｉＣの前記チャンネルアセンブリ６に関わる良好な分離及び（再）分配機能によって、ＰＦ−ＨＩＤｉＣと比較してより良好な機能が与えられ、かくして、塔の高さが更に減じられる。

（プレート熱交換部材にとって以前は代表的であった）高い特定の熱伝達領域と低い圧力低下とを有する低コストのＳ−ＨＩＤｉＣは、低い最少達成温度と、かくして更なる省エネルギーをもたらし、温度適用範囲を拡大する。ケーススタディでは、トレーＨＩＤｉＣ’ｓ（例えば、特許文献５参照）と比較して圧力低下が非常に低く、この結果として、圧縮力はより低くなり、このことは、エチル・ベンゼン／スチレンのような減圧蒸留プロセスに対して特に有効である。図７では、Ｓ−ＨＩＤｉＣ中の種々の状態に関するFファクターを関数とした、圧力低下のグラフが示されている。これは、低い圧力低下が達成可能であることを、明らかに示している。プレートパッキングＨＩＤｉＣ中の熱伝達率が、同じディメンションを有し同じ状態で動作されているプレートフィンＨＩＤｉＣ中の熱伝達率より代表的に２５％高い。

Ｓ−ＨＩＤｉＣは、この適用範囲で、同心のトレーＨＩＤｉＣより効率が良いだけでなく、６０乃至７５％の省エネルギーが、２０乃至６０℃の温度の上昇範囲で可能となることが、予期される。

Ｓ−ＨＩＤｉＣに関する明確な最低目標は、
ＨＥＴＰ＝０．３ｍ（分離）、
最高条件のＦファクター＝２Ｐａ^０．５（容量（capacity））、
熱伝達＝２００Ｗ／ｍ^２／Ｋ、
圧力低下＝１ｍｂａｒ／ｓｔａｇｅ、
ターンダウン比＝２（可撓性）、
従来の構造化されたパッキング塔と比較可能な出資コスト。

本発明の実施形態に係るＳ−ＨＩＤｉＣは、２０乃至６０℃の温度上昇を伴う塔に関する６０乃至７５％の省エネルギーをもたらす。このＳ−ＨＩＤｉＣは、ＰＦ−ＨＩＤｉＣと比較して改良された分離効率を有しており、このことによって、塔がより短く、かくして出資コストが低くなる。更に、圧力低下が収まり、これによって圧縮コストが低くなる。前記Ｓ−ＨＩＤｉＣは、前記同心トレーＨＩＤｉＣと比較して、装置が小型になり、内部の複雑さが緩和される。 結果として全分離コストの減少が、２０乃至６０℃の温度上昇まで経済的な適用範囲を拡大する。

本発明の実施形態に係るＨＩＤｉＣは、例えば、種々の物質に対する全プロセスの一部として、使用される。例えば、互いに近い沸点を有する炭化水素を分離するために使用され得る。以下のリストに記されている他の物質もまた処理され得、Ｓ−ＨＩＤｉＣの実施形態が、全プロセスの多数時間に適用され得る。ＭＤＩ（ジフェニルメタン・ジイソシアネート）、エチレンオキシド、無水フタル酸、ブテン−１、シクロヘキサノン、イソプロパノール、オクソアルコール、ブタジエン、酸化プロピレン／スチレン（ＰＯ／ＳＭ）、カプロラクタム、アルキル化（リファイナリー）、ベンゼン、ビスフェノールＡ、スチレン、酸化プロピレン／t-ブチルアルコール、（ＰＯ／ＴＢＡ）、ガソリン／ｐｙｇａｓ水素。

更なる適用は、バイオ燃料のためのエタノールの蒸留においてである。

本発明の実施形態は、図に示されているような例としての複数の実施形態を参照して、上に説明されてきた。いくつかの部分もしくは部材の変更、他の方法での実施が、可能であり、添付の請求項で定義されているように、保護の目的で含まれている。

Claims (12)

1. ストリッピング部分（Ｓ）と、精留部分（Ｒ）と、これらストリッピング部分（Ｓ）と精留部分（Ｒ）との間にあるコンプレッサ（２）と、前記ストリッピング部分（Ｓ）と前記精留部分（Ｒ）との間で熱を伝達するための熱交換アセンブリと、中での凝縮と蒸発とのための物質交換アセンブリとを具備する、混合流体中の成分を分離するための熱交換型蒸留塔において、
   前記ストリッピング部分（Ｓ）、前記精留部分（Ｒ）、もしくはこれらストリッピング部分（Ｓ）と精留部分（Ｒ）とは、２つ以上の近接したチャンネルアセンブリ（６）によって形成されているチャンネルを有しており、各チャンネルアセンブリ（６）は、熱交換型蒸留塔の構造部分と、前記熱交換アセンブリと前記物質移動アセンブリとの機能部分とを形成しており、
   前記チャンネルアセンブリ（６）は、プレート（８）と、波の方向を有する２つ以上の波形状のプレート（７）の形態の構造化されたパッキングとを有しており、
   前記チャンネル中の前記２つ以上の波形状のプレート（７）は、互いに向かい合っており、これら向かい合っている波形状のプレート（７）の波の方向は、互いに交差している、熱交換型蒸留塔。
2. 前記チャンネルアセンブリ（６）は、熱伝達材料によって形成されている構成部材を具備し、このような構成部材の１つが、前記２つ以上のプレート（７）であり、前記材料の表面での凝縮を可能にするか、前記材料の表面からの蒸発を可能にするように形成されている、請求項１に記載の熱交換型蒸留塔。
3. 前記チャンネルアセンブリ（６）は、１５００ｋｇ／ｍ^３未満の質量を有している、請求項１又は２に記載の熱交換型蒸留塔。
4. 前記構造化されたパッキングは、前記熱交換型蒸留塔の長手方向に沿って配置されている少なくとも２つの一連の波形状のプレート（７ａ、７ｂ）を有し、波形状のプレート（７ａ、７ｂ）は、異なる波の方向（θ、−θ）を有している、請求項１乃至３のいずれか１に記載の熱交換型蒸留塔。
5. 前記異なる波の方向（θ、−θ）は、前記長手方向に対して対称である、請求項４に記載の熱交換型蒸留塔。
6. 前記方向（θ、−θ）は、前記長手方向に対して、１５°より大きい角度で傾斜している、請求項５に記載の熱交換型蒸留塔。
7. 前記構造化されたパッキング（７）は、複数の凹み及び／もしくは穿孔部が設けられている材料から成る、請求項１乃至６のいずれか１に記載の熱交換型蒸留塔。
8. 接触シート（１９）が、２つの近接したチャンネルアセンブリ（６）の間に設けられている、請求項１乃至７のいずれか１に記載の熱交換型蒸留塔。
9. 複数のチャンネルアセンブリ（６）は、前記熱交換型蒸留塔の長手方向に沿って、平行に配置されるように設けられている、請求項１乃至８のいずれか１に記載の熱交換型蒸留塔。
10. 前記ストリッピング部分（Ｓ）と前記精留部分（Ｒ）との一方は、同心に配置されている複数のチャンネルアセンブリ（６）を有し、前記複数の円筒形状のチャンネルアセンブリ（６）間の空間が、前記ストリッピング部分（Ｓ）と前記精留部分（Ｒ）とのもう一方を形成している、請求項１乃至８のいずれか１に記載の熱交換型蒸留塔。
11. 前記精留部分（Ｒ）と前記ストリッピング部分（Ｓ）とを囲んでいる外周ハウジング（１７）を更に具備する、請求項９又は１０に記載の熱交換型蒸留塔。
12. 前記複数のチャンネルアセンブリ（６）の幅が、前記熱交換型蒸留塔の前記長手方向に沿って変わる、請求項９乃至１１のいずれか１に記載の熱交換型蒸留塔。