JP2022128038A - Distillation device including distillation tower - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蒸留塔を備えた蒸留装置に関し、より詳しくは蒸留塔と、蒸留塔の塔底部に貯留される貯留液を加熱するリボイラーとを備えた蒸留装置に関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distillation apparatus provided with a distillation column, and more particularly to a distillation apparatus provided with a distillation column and a reboiler for heating a liquid stored at the bottom of the distillation column.
蒸留塔を備えた蒸留装置としては、蒸留塔の塔底部に貯留される貯留液を取り出してリボイラーでその大部分を蒸発させて蒸留塔内の分留蒸気にするようにした装置が一般的に知られている(以下の特許文献1参照)。 As a distillation apparatus equipped with a distillation column, there is generally a device in which the liquid stored at the bottom of the distillation column is taken out and most of it is evaporated in a reboiler to be fractionated vapor in the distillation column. known (see Patent Document 1 below).
上記従来例のような蒸留装置では、リボイラー(ないしリボイラーとして使用される蒸発器)において、濃縮液の溶剤濃度を上昇させていくにつれ、沸点が上昇していき、一定以上に上昇すると、このリボイラーが圧力容器に該当することとなる。そうすると、法定点検が必要になったり、圧力容器を製造するのに認可工場が必要になったりすることとなる。そこで、リボイラーが圧力容器に該当しないよう、系内の圧力を下げる方法も考えられる。ところが、このような方法によると、蒸気の比容積(m3/kg)が大きくなって蒸留塔における蒸気の流速が上がるので、蒸留塔の径(胴径)が大きくなり、そのぶんイニシャルコストが増大するという問題があった。 In a distillation apparatus such as the above conventional example, as the solvent concentration of the concentrated liquid is increased in the reboiler (or the evaporator used as the reboiler), the boiling point increases, and when it rises above a certain level, this reboiler corresponds to a pressure vessel. Then, legal inspection becomes necessary, or an approved factory is required to manufacture the pressure vessel. Therefore, it is conceivable to reduce the pressure in the system so that the reboiler does not correspond to the pressure vessel. However, according to such a method, the specific volume (m 3 /kg) of steam increases and the flow velocity of steam in the distillation column increases, so the diameter (barrel diameter) of the distillation column increases, and the initial cost increases accordingly. I had a problem with the increase.
本願発明は、上記課題に鑑みて考え出されたものであり、その目的は、リボイラーが圧力容器に該当することがなく、蒸留塔のサイズが大きくなることもない蒸留装置を提供することである。 The present invention has been devised in view of the above problems, and its object is to provide a distillation apparatus in which the reboiler does not correspond to the pressure vessel and the size of the distillation column does not increase. .
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明に係る蒸留塔を備えた蒸留装置は、蒸留塔と、前記蒸留塔の塔底部に貯留される貯留液を加熱蒸発させるリボイラーと、前記リボイラーで発生した蒸気を圧縮して前記蒸留塔へ送る第一蒸気圧縮装置と、を備えていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a distillation apparatus equipped with a distillation column according to the first aspect of the invention comprises a distillation column, a reboiler for heating and evaporating a liquid stored in the bottom of the distillation column, and the reboiler and a first vapor compression device for compressing the vapor generated in and sending it to the distillation column.
上記構成によれば、リボイラーで発生した蒸気を第一蒸気圧縮装置で圧縮することにより、リボイラーの圧力(および循環液温度)を下げることができ、したがってリボイラーが圧力容器に該当しないようにすることができる。また、リボイラーの圧力を下げることができるため、リボイラーの耐圧設計の条件を下げることができる(例えば、リボイラーの板厚等を小さくできる等)ので、リボイラー自体のコストダウンが可能となるという利点も得られる。
また、第一蒸気圧縮装置で圧縮することにより、蒸気の比容積が増大するのを抑制することができるため、蒸留塔における蒸気の流速が上がるのを抑制することができるので、蒸留塔の径(胴径)が大きくなることもなく、従ってコストの増大も抑制することができる。
According to the above configuration, by compressing the steam generated in the reboiler with the first steam compression device, the pressure of the reboiler (and the temperature of the circulating fluid) can be lowered, so that the reboiler does not correspond to the pressure vessel. can be done. In addition, since the pressure of the reboiler can be lowered, the pressure resistance design conditions of the reboiler can be lowered (for example, the plate thickness of the reboiler can be reduced, etc.), so there is the advantage that the cost of the reboiler itself can be reduced. can get.
In addition, by compressing with the first vapor compression device, it is possible to suppress an increase in the specific volume of the vapor, so it is possible to suppress an increase in the flow velocity of the vapor in the distillation column. (Body diameter) does not increase, and therefore an increase in cost can be suppressed.
請求項2記載の発明に係る蒸留塔を備えた蒸留装置は、請求項1に記載の発明に係る蒸留塔を備えた蒸留装置であって、前記貯留液を前記リボイラーに供給する貯留液供給管路を備えていることを特徴とする。
A distillation apparatus equipped with the distillation column according to the invention of
請求項3記載の発明に係る蒸留塔を備えた蒸留装置は、請求項1または2に記載の発明に係る蒸留塔を備えた蒸留装置であって、前記蒸留塔の塔頂部から供給される蒸気を圧縮昇温しリボイラーの加熱源とする第二蒸気圧縮装置を備えていることを特徴とする。
A distillation apparatus comprising the distillation column according to the invention of
上記構成によれば、蒸留塔の塔頂部から供給される蒸気をリボイラーの加熱源として再利用する構成とすることができ、そのぶん蒸留装置の省エネルギー化を図ることができる。 According to the above configuration, the vapor supplied from the top of the distillation column can be reused as a heating source for the reboiler, and the energy saving of the distillation apparatus can be achieved accordingly.
請求項4記載の発明に係る蒸留塔を備えた蒸留装置は、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の発明に係る蒸留塔を備えた蒸留装置であって、前記リボイラーは、少なくとも、供給される貯留液を蒸発濃縮する一次濃縮部と、前記一次濃縮部で濃縮された貯留液を更に蒸発濃縮する二次濃縮部とを備えていることを特徴とする。
A distillation apparatus comprising a distillation column according to the invention of
上記構成においては、一次濃縮部で濃縮された貯留液は低濃度(沸点が低い)であり、二次濃縮部で濃縮された貯留液は高濃度(沸点が高い)となる。そのため、リボイラーが1つのみの構成(リボイラーが分割されていない構成)に比べて、一次濃縮部では低濃度で処理することができ、処理する液の沸点が下がるため、リボイラーの有効伝熱温度差が大きくとれ、また伝熱係数も良くなるので、リボイラーの伝熱面積の大型化を抑制することができる。また、低濃度の蒸発蒸気が蒸留塔に供給されることから、蒸留塔への蒸気中溶剤濃度が小さくなり、還流比を小さくできる。また、蒸留塔サイズを小さく見直すことも可能となる。なお、還流水は蒸留装置内で再度蒸発することになるため、蒸発負荷になる。そのため、リボイラーが1つのみの構成に比べて本構成では蒸発負荷を小さくでき、消費動力を小さくできる。(特開2017-192868号公報参照) In the above configuration, the reservoir liquid concentrated in the primary concentration section has a low concentration (low boiling point), and the reservoir liquid concentrated in the secondary concentration section has a high concentration (high boiling point). Therefore, compared to a configuration with only one reboiler (a configuration in which the reboiler is not divided), a lower concentration can be processed in the primary concentration section, and the boiling point of the liquid to be processed is lowered, so the effective heat transfer temperature of the reboiler is Since a large difference can be obtained and the heat transfer coefficient is improved, an increase in the heat transfer area of the reboiler can be suppressed. In addition, since low-concentration evaporated vapor is supplied to the distillation column, the solvent concentration in the vapor to the distillation column becomes small, and the reflux ratio can be reduced. Also, it becomes possible to reconsider the size of the distillation column to be smaller. In addition, since the reflux water is evaporated again in the distillation apparatus, it becomes an evaporation load. Therefore, compared with a configuration having only one reboiler, this configuration can reduce the evaporation load and power consumption. (See JP-A-2017-192868)
請求項5記載の発明に係る蒸留塔を備えた蒸留装置は、請求項4に記載の発明に係る蒸留塔を備えた蒸留装置であって、前記第一蒸気圧縮装置は、前記リボイラーの二次濃縮部で発生した蒸気を圧縮して前記蒸留塔へ送るように構成されていることを特徴とする。
A distillation apparatus equipped with the distillation column according to the invention of claim 5 is a distillation apparatus equipped with the distillation column according to the invention of
リボイラーが一次濃縮部と二次濃縮部とを備えている構成の場合、特に、上述の通り二次濃縮部で濃縮された貯留液が高濃度(沸点が高い)となることから、二次濃縮部で発生した蒸気を、本発明に係る第一蒸気圧縮装置で圧縮するようにすれば、リボイラーが1つのみの構成の場合よりも、本発明の効果がいっそう発揮されることとなる。 In the case where the reboiler has a configuration in which the primary concentration section and the secondary concentration section are provided, the concentration of the retained liquid concentrated in the secondary concentration section is particularly high (high boiling point) as described above. By compressing the steam generated in the first steam compression device according to the present invention, the effect of the present invention can be exhibited even more than in the case of the configuration having only one reboiler.
請求項6記載の発明に係る蒸留塔を備えた蒸留装置は、請求項4または5に記載の発明に係る蒸留塔を備えた蒸留装置であって、前記リボイラーは1つの水平管式蒸発缶であって、この水平管式蒸発缶を仕切り板によって2分割し、この2分割された蒸発缶の各分割部分を前記一次濃縮部と前記二次濃縮部として構成し、前記一次濃縮部及び前記二次濃縮部は、前記蒸留塔の塔頂部から供給される蒸気が通過する伝熱管群と、前記貯留液を前記伝熱管群の外表面に向けて散布する散布器とを備え、前記一次濃縮部及び前記二次濃縮部の一方の側面には、前記蒸留塔の塔頂部から供給される蒸気が導入される入口側の共通ヘッダーが前記各伝熱管群の一方の端部を外囲して設けられており、前記一次濃縮部及び前記二次濃縮部の他方の側面には、前記入口側の共通ヘッダーから導入された蒸気が前記伝熱管群を通過する際に伝熱管群の外表面に散布された貯留液と熱交換されて生成された凝縮液が貯留される出口側の共通ヘッダーが、前記各伝熱管群の他方の端部を外囲して設けられていることを特徴とする。
A distillation apparatus equipped with the distillation column according to the invention of claim 6 is a distillation apparatus equipped with the distillation column according to the invention of
上記構成によれば、1つの蒸発缶を2分割する構成を用いることができ、2つの蒸発缶を用いる構成に比べて装置の小型化やコストの低減を図ることができる。 According to the above configuration, it is possible to use a configuration in which one evaporator is divided into two, and it is possible to reduce the size and cost of the device compared to a configuration using two evaporators.
請求項7記載の発明に係る蒸留塔を備えた蒸留装置は、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の発明に係る蒸留塔を備えた蒸留装置であって、前記リボイラーに供給された蒸気が熱交換されて生成された凝縮水を、還流水として前記蒸留塔の塔頂部に戻すように構成されていることを特徴とする。 A distillation apparatus comprising a distillation column according to the invention of claim 7 is a distillation apparatus comprising the distillation column according to any one of claims 1 to 6, wherein and condensed water generated by heat exchange of the steam thus generated is returned to the top of the distillation column as reflux water.
本発明によれば、リボイラーが圧力容器に該当しないようにすることができる。また、蒸留塔のサイズが大きくなることもなく、従ってコストの増大も抑制することができる。 According to the present invention, the reboiler can be prevented from being a pressure vessel. In addition, the size of the distillation column does not increase, so an increase in cost can be suppressed.
以下、本発明を実施の形態に基づいて詳述する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments. It should be noted that the present invention is not limited to the following embodiments.
(実施の形態1)
図1は実施の形態1に係る蒸留装置1の全体構成図である。本実施の形態1では、蒸留装置1として、水より沸点が高い高沸点有機溶剤含有排水を蒸留処理し、回収液と処理水とに分離する用途に使用される蒸留装置を挙げて説明する。水より沸点が高い高沸点有機溶剤としては、例えば、NMP(N-メチル-2-ピロリドン)、DMSO(ジメチルスルホキシド)、エチレングリコールまたはジエチレングリコール、高沸点アルコール系洗浄剤(界面活性剤を含む)などが挙げられる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a distillation apparatus 1 according to Embodiment 1. FIG. In the first embodiment, as the distillation apparatus 1, a distillation apparatus used for distilling waste water containing a high boiling point organic solvent having a boiling point higher than that of water and separating it into a recovered liquid and treated water will be described. Examples of high-boiling organic solvents having a boiling point higher than that of water include NMP (N-methyl-2-pyrrolidone), DMSO (dimethylsulfoxide), ethylene glycol or diethylene glycol, and high-boiling alcohol-based detergents (including surfactants). is mentioned.
蒸留装置1は、蒸留塔2と、蒸留塔2の塔底部に貯留される貯留液を加熱蒸発させるリボイラー3と、リボイラー3で発生した蒸気を圧縮して蒸留塔2へ送る第一蒸気圧縮装置4とを備える。本実施の形態1では、第一蒸気圧縮装置4は1つの蒸気圧縮機で構成されている。蒸留塔2には、多段のものを用いてもよく、また、これに限定されず、多段でないものを用いてもよい。即ち、蒸留塔2には、棚段塔や充填塔を用いることができる。
The distillation apparatus 1 includes a
リボイラー(蒸発器)3は、水平管型の蒸発缶10からなり、散布器11及び間接式加熱器12を備えている。なお、蒸発缶10は、水平管型に限らず、例えば薄膜流下(縦チューブ)式等の蒸発缶を用いてもよい。
A reboiler (evaporator) 3 is composed of a horizontal
間接式加熱器12は、1または複数の水平伝熱管からなる伝熱管群13と、左右一対のヘッダー14、15を備えている。また、蒸発缶10の底部は処理液が貯留される貯留部となっている。なお、原液は原液供給管22を通って蒸発缶10の底部に供給される。
The
蒸発缶10は、原液又は濃縮液の循環流路h1(管70と管71で構成)を有する。循環流路h1には、循環ポンプP1及び散布器11が配置されている。循環ポンプP1は、蒸留塔2の塔底部に接続されている。循環ポンプP1は、管70を通して、蒸留塔2の塔底部に貯留する原液(原液が濃縮された濃縮液を含む)を散布器11に移送することができるように形成されている。換言すれば、管70が、蒸留塔2の塔底部に貯留する貯留液をリボイラー3に供給する貯留液供給管路となっている。なお、管70は途中で分岐した分岐管83を有しており、原液が濃縮された濃縮液の一部が回収されて、分岐管83を通して、回収液として系外に排出され得るようになっている。散布器11は、原液(原液が濃縮された濃縮液を含む)を伝熱管群13の上方から伝熱管群13に向けて散布するように形成されている。また、蒸発缶10の底部は蒸留塔2の塔底部に管71を介して接続されており、貯留液は蒸発缶10の底部を介して蒸留塔2の塔底部に戻され、貯留室44に貯留されるようになっている。
The
また、加熱器12におけるヘッダー14の底部は、管74を介して蒸留塔2の上部に設けられている散布器20に接続されている。管74にはポンプP2が配置されており、ポンプP2の駆動によりヘッダー14内に貯留されている凝縮水は還流水として散布器20から散布されるようになっている。管74は途中で分岐した分岐管75を有しており、ヘッダー14内に貯留されている凝縮水の一部は分岐管75を介して外部に排出されるようになっている。
Also, the bottom of the
蒸留塔2の塔頂部は管79を介して加熱器12のヘッダー15に接続されており、蒸留塔2の塔頂部から供給される蒸気がヘッダー15に導入されるようになっている。
The top of the
蒸発缶10の上部(下流側)は、管72を介して第一蒸気圧縮装置4の入口側に接続され、第一蒸気圧縮装置4の出口側は管84を介して蒸留塔2の塔底部に接続されており、伝熱管群13の外側で薄膜蒸発した蒸気が、第一蒸気圧縮装置4で圧縮されて蒸留塔2の塔底部に供給されるようになっている。ここで、第一蒸気圧縮装置4としては、ターボ形蒸気圧縮機、ルーツ形蒸気圧縮機、あるいはその他の蒸気圧縮機のいずれであってもよい。
The upper portion (downstream side) of the
次いで、上記構成の蒸留装置1の処理動作について説明する。循環ポンプP1の駆動により、塔底部の貯留室44に貯留される循環液(原液及び濃縮水を含む)は管70を通って散布器11に供給され、散布器11から伝熱管群13に向かって散布される。散布器11にて散布された循環液は、伝熱管群13の表面で薄膜蒸発し、蒸気が発生する。この蒸気は、第一蒸気圧縮装置4で圧縮されて蒸留塔2の塔底部に供給され、蒸留塔2内を上昇する。
Next, the processing operation of the distillation apparatus 1 having the above configuration will be described. By driving the circulating pump P1, the circulating liquid (including the undiluted liquid and the concentrated water) stored in the
一方、ヘッダー14内に貯留されている凝縮水は、ポンプP2の駆動により還流水として散布器20から散布され、蒸留塔2内を流下する。そして、蒸留塔2内部の各段において、蒸留塔2内を上昇する蒸気と蒸留塔2内を流下する処理水(凝縮水)とが気液接触することにより、沸点の異なった成分が分離し、塔底部には高沸点成分の濃縮された液が流下し貯留室44に貯留され、塔頂部からは殆どが低沸点成分から成る蒸気が取り出される。塔頂部から取り出された蒸気はヘッダー15に送られる。
On the other hand, the condensed water stored in the
ヘッダー15に進入した蒸気は、伝熱管群13の内側に導かれ、伝熱管群13の外側に散布された循環液を薄膜蒸発させる。薄膜蒸発により発生した蒸気は第一蒸気圧縮装置4で圧縮されてから再び蒸留塔2の塔底部に供給され蒸留塔2内を上昇し、塔頂部から蒸留塔2内を下降する処理水(凝縮水)と気液接触が行われ、この結果、下降液中の高沸点成分濃度は増加し、上昇蒸気中の高沸点成分濃度は減少する。一方、薄膜蒸発しなかった残余の循環液は、蒸発缶10の底部から管71を介して蒸留塔2の塔底部に供給され、塔底部の貯留室44に貯留される。そして、このような一連の処理が繰り返し行われることにより、循環液は濃縮される。
The steam entering the
本実施の形態1によれば、リボイラー3で発生した蒸気を第一蒸気圧縮装置4で圧縮するので、リボイラー3の圧力を下げることができる。従って、リボイラー3が圧力容器に該当しないようにすることができる構成となっている。また、リボイラー3の圧力を下げることができるため、リボイラー3の耐圧設計の条件を下げることができる(例えば、リボイラー3の板厚等を小さくできる等)ので、リボイラー3自体のコストダウンが可能となるという利点も得られる構成となっている。
According to Embodiment 1, since the steam generated in the
また、第一蒸気圧縮装置4で圧縮することにより、蒸気の比容積を小さくできるため、蒸留塔2における蒸気の流速が上がるのを抑制することができるので、蒸留塔2の径(胴径)が大きくなることもなく、従ってコストの増大も抑制されている。
In addition, since the specific volume of the vapor can be reduced by compressing it with the first
以下、本発明の他の実施の形態について、具体的構成を説明する。なお、以下の説明および図面において、上記実施の形態1において説明した部位ないし部材と同様の部位ないし部材には、同一の参照符号を付し、その説明は、必要な場合を除いて基本的に省略する。 Specific configurations of other embodiments of the present invention will be described below. In the following description and drawings, the same reference numerals are given to the same parts or members as the parts or members described in the first embodiment, and the description thereof is basically omitted unless necessary. omitted.
(実施の形態2)
図2は実施の形態2に係る蒸留装置1Lの全体構成図である。上記実施の形態1では、リボイラー3が1つの蒸発缶10から構成されていたが、本実施の形態2では、リボイラー3Lが2分割され、第1蒸発缶(一次濃縮部に相当)10Aと第2蒸発缶(二次濃縮部に相当)10Bを備えると共に、第2蒸発缶10Bで蒸発濃縮される貯留液濃度が、第1蒸発缶10Aで蒸発濃縮される貯留液濃度よりも高くなるように構成されている。即ち、蒸発濃縮処理される貯留液の濃度差に応じて蒸発濃縮部の分担を分け、低濃度の場合は第1蒸発缶10Aが処理し、高濃度の場合は第2蒸発缶10Bが処理するように構成されている。具体的には、原液は、第1蒸発缶(一次濃縮部に相当)10Aに投入される。一方、第2蒸発缶(二次濃縮部に相当)10Bには、第1蒸発缶10Aで濃縮された液が投入される。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is an overall configuration diagram of a
このようにリボイラー3Lを分割する構成によって、単一の場合(分割しない場合)に比べて沸点が下がる分だけ有効伝熱温度差が大きくとれ、また伝熱効率も良くなるので、リボイラー(蒸発器)の伝熱面積を小さくでき、伝熱面積のコンパクト化を図ることができる。
By dividing the
第1蒸発缶10Aと第2蒸発缶10Bは、いずれも水平管型蒸発缶であって同様の構成からなり、第1蒸発缶10Aは、上記実施の形態1に係る蒸発缶10と同様の構成となっている。このため、以下の説明において、基本的に第2蒸発缶10Bを中心に説明する。また、第1蒸発缶10Aと第2蒸発缶10Bとにおいて、対応する部位ないし部材には、同一の数字にAおよびBを付して参照符号とする。
The
第1蒸発缶10Aと第2蒸発缶10Bは、散布器11A,11B、及び間接式加熱器12A,12Bを備えている。なお、第1蒸発缶10Aと第2蒸発缶10Bとしても、水平管型に限らず、例えば薄膜流下(縦チューブ)式等の蒸発缶を用いてもよい。
The
間接式加熱器12A,12Bは、1または複数の水平伝熱管からなる伝熱管群13A,13Bと、左右一対のヘッダー14A,15A;14B,15Bを備えている。また、蒸発缶10A,10Bの底部は処理液が貯留される貯留部となっている。なお、原液は原液供給管22を通って第1蒸発缶10Aの底部に供給される。
The
第2蒸発缶10Bは、原液又は濃縮液の循環流路h2を有する。循環流路h2には、循環ポンプP3及び散布器11Bが配置されている。循環ポンプP3は、第2蒸発缶10Bの底部に接続されている。循環ポンプP3は、循環流路h2を通して、第2蒸発缶10Bの底部に貯留する貯留液(原液が濃縮された濃縮液)を散布器11Bに移送することができるように形成されている。散布器11Bは、貯留液(原液が濃縮された濃縮液)を伝熱管群13Bの上方から伝熱管群13Bに向けて散布するように形成されている。
The
なお、第1蒸発缶10Aの循環流路h1における管70は途中で分岐した分岐管73を有しており、蒸留塔2の塔底部から原液が濃縮された濃縮液を、分岐管73を通して第2蒸発缶10Bの底部に供給できるようになっている。換言すれば、分岐管73も、管70と同様に、蒸留塔2の塔底部に貯留する貯留液をリボイラー3Lに供給する貯留液供給管路となっている。
In addition, the
第2蒸発缶10Bの上部は、管76を介して第一蒸気圧縮装置41の入口側に接続され、第一蒸気圧縮装置41の出口側は管85を介して蒸留塔2の塔底部に接続されており、伝熱管群13Bの外側で薄膜蒸発した蒸気が、第一蒸気圧縮装置41で圧縮されて蒸留塔2の塔底部に供給されるようになっている。ここで、第一蒸気圧縮装置41としては、ターボ形蒸気圧縮機、ルーツ形蒸気圧縮機、あるいはその他の蒸気圧縮機のいずれであってもよい。
The upper part of the
ヘッダー14Bの底部は管77を介してヘッダー15Aの底部と接続されており、ヘッダー14B内に貯留されている凝縮水は、ヘッダー15A、伝熱管群13Aを通って、ヘッダー14Aに供給されて貯留されるようになっている。また、循環流路h2は途中で分岐した分岐管78を有しており、循環ポンプP3は、原液が濃縮された濃縮液の一部を回収して、分岐管78を通して、回収液として系外に排出することができるようになっている。
The bottom of the
蒸留塔2の塔頂部は管79を介して第二蒸気圧縮装置42の入口側に接続され、第二蒸気圧縮装置42の出口側は管80を介して加熱器12Aのヘッダー15Aに接続されている。管80は途中で分岐した分岐管81を備えており、第二蒸気圧縮装置42の出口側は、分岐管81によって加熱器12Bのヘッダー15Bにも接続されている。ここで、第二蒸気圧縮装置42はターボ形蒸気圧縮機、ルーツ形蒸気圧縮機、あるいはその他の蒸気圧縮機のいずれであってもよい。
The top of the
次いで、本実施の形態2に係る蒸留装置1Lの処理動作について説明する。第1蒸発缶10Aの処理動作は、上記実施の形態1に係る蒸発缶10の処理動作と同様であり、このため説明は省略する。
Next, the processing operation of the
蒸留塔2の塔頂部から取り出された蒸気は第二蒸気圧縮装置42に導かれる。第二蒸気圧縮装置42では、供給された蒸気を圧縮昇温し、リボイラー3Lの熱源とする。即ち、第二蒸気圧縮装置42に導かれた蒸気は、第二蒸気圧縮装置42にて断熱圧縮されて温度及び圧力が上昇した後にヘッダー15A,15Bに送られる。
Vapor extracted from the top of the
ヘッダー15Aに進入した蒸気は、伝熱管群13Aの内側に導かれ、伝熱管群13Aの外側に散布された循環液を薄膜蒸発させる。薄膜蒸発により発生した蒸気は再び蒸留塔2の塔底部に供給され蒸留塔2内を上昇し、塔頂部から蒸留塔2内を下降する処理水(凝縮水)と気液接触が行われ、この結果、下降液中の高沸点成分濃度は増加し、上昇蒸気中の高沸点成分濃度は減少する。一方、薄膜蒸発しなかった残余の循環液は、蒸発缶10Aの底部から管71を介して蒸留塔2の塔底部に供給され、塔底部の貯留室44に貯留される。そして、このような一連の処理が繰り返し行われることにより、循環液は濃縮され、この濃縮された濃縮液を、分岐管73を通して第2蒸発缶10Bの底部に供給される。
The steam entering the
第2蒸発缶10Bでは、循環ポンプP3の駆動により、第2蒸発缶10Bの底部に貯留する循環液(原液が濃縮された濃縮液)を、循環流路h2を通して散布器11Bに供給され、散布器11Bから伝熱管群13Bに向かって散布される。一方、第二蒸気圧縮装置42で圧縮された蒸気は、ヘッダー15Bに進入し、伝熱管群13Bの内側に導かれる。これにより、散布器11Bにて散布された循環液は、伝熱管群13Bの表面で薄膜蒸発し、蒸気が発生する。この蒸気は第一蒸気圧縮装置41で圧縮されてから蒸留塔2の塔底部に供給され、蒸留塔2内を上昇する。一方、薄膜蒸発しなかった残余の循環液は、再び循環流路h2を通って散布器11Bから散布され、薄膜蒸発により蒸気を発生させる。このような一連の処理が繰り返し行われることにより、循環液は濃縮され、管78から回収液(濃縮液)として系外に排出される。
In the
なお、一方、ヘッダー14B内に貯留されている凝縮水は、管77、ヘッダー15Aを通ってヘッダー14Aに導かれ、ポンプP2の駆動により還流水として散布器20から散布され、蒸留塔2内を流下する。
On the other hand, the condensed water stored in the
このようにして、本実施の形態2では、第1蒸発缶10Aで濃縮された貯留液は低濃度(沸点が低い)であり、第2蒸発缶10Bで濃縮された貯留液は高濃度(沸点が高い)となる。そのため、本実施の形態2は、リボイラーが1つのみの構成(リボイラーが分割されていない構成)に比べて、第1蒸発缶(一次濃縮部に相当)10Aでは低濃度で処理することができ、処理する液の沸点が下がるため、リボイラーの有効伝熱温度差が大きくとれ、また伝熱係数も良くなるので、リボイラーの伝熱面積の大型化を抑制することができる。
Thus, in the second embodiment, the concentration of the stored liquid concentrated in the
また、低濃度の蒸発蒸気が蒸留塔2に供給されることから、還流比を小さくできる。なお、還流水は蒸留装置内で再度蒸発することになるため、蒸発負荷になる。そのため、蒸発負荷を小さくでき、消費動力を小さくできる。
In addition, since low-concentration vapor is supplied to the
また、本実施の形態2に係る蒸留装置1Lは、蒸留塔2の塔頂部から供給される蒸気を圧縮昇温しリボイラー3Lの加熱源とする第二蒸気圧縮装置42を備えているので、当該蒸気をリボイラー3Lの加熱源として再利用することができ、そのぶん蒸留装置1Lが省エネルギー化されている。
In addition, the
また、特に、上述の通り二次濃縮部に相当する第2蒸発缶10Bで濃縮された貯留液が高濃度(沸点が高い)となり、この第2蒸発缶10Bの上部に第一蒸気圧縮装置41を接続していることから、リボイラーで発生した蒸気を第一蒸気圧縮装置41で圧縮するという本発明の特徴による効果がいっそう発揮される構成となっている。
In particular, as described above, the stored liquid concentrated in the
即ち、本実施の形態2に係る蒸留装置1Lの構成において、仮に比較のための一例(比較例)として、第一蒸気圧縮装置41を設けない構成とし、図2に示すように、蒸留塔2における圧力(真空度)をV2、第1蒸発缶10Aにおける圧力をV10A、第2蒸発缶10Bにおける圧力をV10B、第1蒸発缶10Aにおける循環液温度をT10A、第2蒸発缶10Bにおける循環液温度をT10Bとした場合を想定すると、以下のようになる。本比較例に係る蒸留装置で一連の処理を繰り返して循環液(濃縮液)を濃縮し溶剤濃度を上昇させていくと、第1蒸発缶10Aにおける循環液温度は低温(例えばT10A=87.0℃)に留まるが、これに対し、第2蒸発缶10Bにおいては、沸点が上昇していき、一定以上(例えばT10B=100℃)まで上昇すると、第2蒸発缶10Bが圧力容器に該当することとなる。そこで、第2蒸発缶10Bが圧力容器に該当しないよう、系内の圧力(真空度)を下げる方法も考えられる。本比較例の場合であれば、V2、V10A、V10B等として測定される系内の圧力(真空度)を例えば(V2=V10A=V10B=)57.8kPaから47.4kPaに下げることにより、第2蒸発缶10Bが圧力容器に該当しないようにすることができる。ところが、このような方法によると、蒸気の比容積(m3/kg)が大きくなる。本比較例の場合、仮に蒸留塔2を通過する蒸気量が1kg/hとした場合、57.8kPaを比容積に換算すると2.83m3/kgとなるが、これを圧力容器に該当しない47.4kPaまで下げると、比容積が2.83m3/kgから3.41m3/kgに増えてしまう。その結果、蒸留塔2における蒸気の流速が上がるので、蒸留塔2の径(胴径)が大きくなり、そのぶんイニシャルコストが増大することとなる。
That is, in the configuration of the
これに対し、本実施の形態2に係る蒸留装置1Lにおいては、第2蒸発缶10Bの上部に第一蒸気圧縮装置41を接続し、第2蒸発缶10Bで発生した蒸気を、第一蒸気圧縮装置41で圧縮する構成としているので、第2蒸発缶10Bの圧力V10B(および循環液温度T10B)のみを例えば47.4kPa(95.0℃)まで下げて、これにより第2蒸発缶10Bを圧力容器に該当しないようにすることができ、その一方、第一蒸気圧縮装置41の出口側における圧力V41は例えば元の系内の圧力に等しい(V2=V10A=)57.8kPaまで上げることもできるので、蒸気の比容積を増大させることもなく、従って蒸留塔2の径(胴径)が大きくなることもない。
On the other hand, in the
(実施の形態3)
図3は実施の形態3に係る蒸留装置1Mの全体構成図、図4は実施の形態3に係る蒸留装置1Mの斜視図、図5は実施の形態3に係る蒸留装置1Mの正面図である。なお、図3は図4の矢印Aの方向から見た蒸発器を模式的に描いている。一方、図5は、図4の矢印Bの方向から見た蒸発器を模式的に描いている。即ち、図3と図5のいずれにも、蒸発器(蒸発缶)が模式的に描かれているが、図解の容易化を図るため、それぞれの図面において蒸発器の見る方向を代えて描いている。また、図5においては蒸発器に関する配管は省略して描いている。以下、図3~図5を参照して概略を説明する。
(Embodiment 3)
3 is an overall configuration diagram of a
上記実施の形態2では、蒸発缶10A,10Bは左右一対のヘッダー14A,15A;14B,15Bを備えていたが、図3~図5に示す蒸留装置1Mのように共通ヘッダー14C,15Cを備えた構成であってもよい。蒸発器(蒸発缶)100は仕切り板101によって低濃度蒸発部102A(一次濃縮部、第1蒸発缶10Aに相当)と高濃度蒸発部102B(二次濃縮部、第2蒸発缶10Bに相当)とに2分割されている。低濃度蒸発部102Aと高濃度蒸発部102Bの一方の側面には共通ヘッダー14Cが設けられ、低濃度蒸発部102Aと高濃度蒸発部102Bの他方の側面には共通ヘッダー15Cが設けられている。共通ヘッダー14Cは、加熱蒸気が供給される入口側の共通ヘッダーであり、共通ヘッダー15Cは、加熱蒸気が伝熱管群を通過する際に伝熱管群の外側に散布された循環液と熱交換されて生成された凝縮液が貯留される出口側の共通ヘッダーである。なお、図3、図4において80Aは第二蒸気圧縮装置42からの加熱蒸気を共通ヘッダー14Cに導く管であり、図2の管80,81に代えて用いられている。
In the second embodiment, the
本実施の形態3に係る蒸留装置1Mにおいては、図3に示すように、上記実施の形態2に係る蒸留装置1Lの場合と同様に、二次濃縮部(高濃度蒸発部102B)の上部が、管76を介して第一蒸気圧縮装置41の入口側に接続され、第一蒸気圧縮装置41の出口側は管85を介して蒸留塔2の塔底部に接続されており、また、蒸留塔2の塔頂部は管79を介して第二蒸気圧縮装置42の入口側に接続され、第二蒸気圧縮装置42の出口側は管80Aを介して共通ヘッダー14Cに接続されている。
In the
このように、図3~図5に示す蒸留装置1Mでは、1つの蒸発器を2分割する構成を用いることができ、2つの蒸発器を用いる実施の形態2に比べて装置の小型化やコストの低減を図ることができる。
In this way, in the
なお、1つの蒸発器を2分割すると共に、ヘッダーも2分割するように構成すれば、例えば、後にも例示するように、第二蒸気圧縮装置として一次圧縮機と二次圧縮機を使用し、蒸発缶10Aには一次圧縮機からの圧縮蒸気を、蒸発缶10Bには二次圧縮機からの圧縮蒸気(一次圧縮機からの圧縮蒸気を更に圧縮した蒸気)を供給する構成の蒸留装置にも適用することが可能である。
If one evaporator is divided into two and the header is also divided into two, for example, as will be exemplified later, a primary compressor and a secondary compressor are used as the second vapor compression device, In a distillation apparatus configured to supply compressed vapor from the primary compressor to the
(その他の事項)
(1)上記実施の形態2では、第二蒸気圧縮装置42は1つの圧縮機で構成されており、第二蒸気圧縮装置42で圧縮された蒸気を第1蒸発缶10A及び第2蒸発缶10Bにそれぞれ導入するように構成されていたが、例えば上記実施の形態3でも言及したように、第二蒸気圧縮装置として、蒸留塔の塔頂部から供給される蒸気を圧縮する一次圧縮機と、一次圧縮機で圧縮された蒸気を更に圧縮する二次圧縮機とを備え、二次圧縮機で圧縮された蒸気を分岐して管を介して第2蒸発缶10Bに導入すると共に、一次圧縮機で圧縮された蒸気を分岐して管を介して第1蒸発缶10Aに導入するように構成されていてもよい。この構成の場合、蒸留装置の動作は、一次圧縮機で圧縮された蒸気を二次圧縮機で更に圧縮し、この圧縮蒸気を第2蒸発缶10Bに導入するようにすることを除いては、上記実施の形態2に係る蒸留装置1Lの動作と同様である。このように、第2蒸発缶10Bに供給される蒸気のみを二次圧縮機により更に圧縮して昇温することにより、第1蒸発缶10A及び第2蒸発缶10Bの各貯留液濃度に応じた必要最小限の熱量で、それぞれ貯留液の蒸発濃縮を行うことができるので、消費動力が低減され、省エネルギー化を達成することができる。
(Other Matters)
(1) In the second embodiment, the second
(2)上記実施の形態1では1つの蒸発缶を、上記実施の形態2では2つの蒸発缶を、それぞれ備えていたが、3以上の蒸発缶で構成してもよい。 (2) Although one evaporator is provided in the first embodiment and two evaporators are provided in the second embodiment, three or more evaporators may be provided.
さらには、例えば、リボイラーが3分割されて第1蒸発缶、第2蒸発缶および第3蒸発缶を備える場合に、蒸留塔2の塔頂部から供給される蒸気を圧縮する一次圧縮機と、一次圧縮機で圧縮された蒸気を更に圧縮する二次圧縮機と、二次圧縮機で圧縮された蒸気を更に圧縮する三次圧縮機とを備え、三次圧縮機で圧縮された蒸気を管を介して第3蒸発缶に導入すると共に、二次圧縮機で圧縮された蒸気を分岐して管を介して第2蒸発缶に導入し、一次圧縮機で圧縮された蒸気を分岐して管を介して第1蒸発缶に導入するように構成されていてもよい。
Furthermore, for example, when the reboiler is divided into three and includes a first evaporator, a second evaporator, and a third evaporator, a primary compressor for compressing the vapor supplied from the top of the
なお上記構成の場合、第一蒸気圧縮装置は、第1蒸発缶、第2蒸発缶および第3蒸発缶のいずれに設けてもよいが、第3蒸発缶に設けることが特に望ましい。 In the case of the above configuration, the first vapor compression device may be provided in any one of the first, second and third evaporators, but is particularly preferably provided in the third evaporator.
(3)上記実施の形態1~3では、第一蒸気圧縮装置4、41が1つの蒸気圧縮機で構成されていたが、2つ以上の蒸気圧縮機で構成されていてもよく、またこの場合、これら複数の蒸気圧縮機を直列に接続しても並列に接続してもよい。なお、このような構成は第二蒸気圧縮装置の場合も同様である。
(3) In Embodiments 1 to 3 above, the first
(4)上記実施の形態1では、第一蒸気圧縮装置4を設けて第二蒸気圧縮装置は設けず、上記実施の形態2および3では、第一蒸気圧縮装置41および第二蒸気圧縮装置42のいずれも設けていたが、例えば、上記実施の形態1で第二蒸気圧縮装置を設けてもよい。
(4) In Embodiment 1, the first
(5)上記実施の形態2および3では、二次濃縮部に相当する第2蒸発缶10Bおよび高濃度蒸発部102Bの上部にそれぞれ第一蒸気圧縮装置41を設けていたが、これとあわせて、一次濃縮部の上部に第一蒸気圧縮装置を設けてもよい。
(5) In
(6)上記実施の形態2では、第2蒸発缶10Bにおける伝熱管群13Bの外側で薄膜蒸発した蒸気は蒸留塔2の塔底部に供給されるようになっていたが、例えば図6に示す蒸留装置1Nのように、第1蒸発缶10Aの底部に供給するように構成されていてもよい。このような構成により、第1蒸発缶10Aにおいて、底部に供給される高濃度発生蒸気と、散布器11Aから散布される低濃度循環液とが気液接触して、低濃度循環液が蒸発して低濃度発生蒸気が生成され蒸発濃縮が行われる。管72からは、低濃度発生蒸気と気液接触後の高濃度発生蒸気とが流出し、蒸留塔2の塔底部に供給される。このように、第2蒸発缶10Bで生成された高濃度発生蒸気を、第1蒸発缶10Aにおいて低濃度循環液と気液接触させることにより、高濃度発生蒸気中の溶剤濃度を低下させ蒸留塔への蒸気中溶剤濃度を低くすることができる。
(6) In the second embodiment, the steam that has been thin film evaporated outside the heat
なお、この例に係る蒸留装置1Nにおいては、上記実施の形態2に係る蒸留装置1Lと同様に、蒸留塔2の塔頂部は管79を介して第二蒸気圧縮装置42の入口側に接続され、第二蒸気圧縮装置42の出口側は管80を介して加熱器12Aのヘッダー15Aに接続されているが、一方、第2蒸発缶10Bの上部は、管82を介して第一蒸気圧縮装置401の入口側に接続され、第一蒸気圧縮装置401の出口側は管86を介して第1蒸発缶10Aの底部に接続されている。第1蒸発缶10Aの底部に供給される高濃度発生蒸気は、上述の通り低濃度循環液と気液接触した後、管72を介して蒸留塔2の塔底部に供給される。即ち、第2蒸発缶10Bにおける伝熱管群13Bの外側で薄膜蒸発した蒸気が、第一蒸気圧縮装置401で圧縮され、管86、第1蒸発缶10Aならびに管72を介して、蒸留塔2の塔底部に供給されるようになっている。
また、このような構成は、リボイラーを3以上に分割した3以上の蒸発缶を備えた蒸留装置にも適用できる。
In addition, in the
Moreover, such a configuration can also be applied to a distillation apparatus having three or more evaporators obtained by dividing a reboiler into three or more.
(7)上記実施の形態1では、原液はリボイラーに投入され、上記実施の形態2では低濃度リボイラーに投入されたが、原液を蒸留塔の塔底部、蒸留塔の塔中段部、及び蒸留塔の塔頂部のいずれかに供給するようにしてもよい。
(7) In the above Embodiment 1, the stock solution was put into the reboiler, and in the
本発明は、蒸留塔と、蒸留塔の塔底部に貯留される貯留液を加熱するリボイラーとを備えた蒸留装置に適用することが可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to a distillation apparatus that includes a distillation column and a reboiler that heats a liquid stored in the bottom of the distillation column.
1:蒸留装置
2:蒸留塔
3:リボイラー(水平管式熱交換器)
4、41:第一蒸気圧縮装置
42:第二蒸気圧縮装置
1: distillation apparatus 2: distillation column 3: reboiler (horizontal tube heat exchanger)
4, 41: First vapor compression device 42: Second vapor compression device
Claims (7)
前記蒸留塔の塔底部に貯留される貯留液を加熱蒸発させるリボイラーと、
前記リボイラーで発生した蒸気を圧縮して前記蒸留塔へ送る第一蒸気圧縮装置と、
を備えていることを特徴とする蒸留塔を備えた蒸留装置。 a distillation column;
a reboiler for heating and evaporating a liquid stored in the bottom of the distillation column;
a first vapor compression device for compressing the vapor generated in the reboiler and sending it to the distillation column;
A distillation apparatus comprising a distillation column, comprising:
前記一次濃縮部及び前記二次濃縮部は、前記蒸留塔の塔頂部から供給される蒸気が通過する伝熱管群と、前記貯留液を前記伝熱管群の外表面に向けて散布する散布器とを備え、
前記一次濃縮部及び前記二次濃縮部の一方の側面には、前記蒸留塔の塔頂部から供給される蒸気が導入される入口側の共通ヘッダーが前記各伝熱管群の一方の端部を外囲して設けられており、前記一次濃縮部及び前記二次濃縮部の他方の側面には、前記入口側の共通ヘッダーから導入された蒸気が前記伝熱管群を通過する際に伝熱管群の外表面に散布された貯留液と熱交換されて生成された凝縮液が貯留される出口側の共通ヘッダーが、前記各伝熱管群の他方の端部を外囲して設けられている請求項4または5に記載の蒸留塔を備えた蒸留装置。 The reboiler is a single horizontal tube type evaporator, and the horizontal tube type evaporator is divided into two by a partition plate, and the two divided parts of the evaporator are divided into the primary concentration section and the secondary concentration section. configured as
The primary enrichment section and the secondary enrichment section include a group of heat transfer tubes through which steam supplied from the top of the distillation column passes, and a spreader that spreads the stored liquid toward the outer surface of the group of heat transfer tubes. with
On one side of the primary enrichment section and the secondary enrichment section, a common header on the inlet side into which steam supplied from the top of the distillation column is introduced extends one end of each of the heat transfer tube groups. On the other side of the primary enrichment section and the secondary enrichment section, the steam introduced from the common header on the inlet side passes through the heat transfer tube group. 3. An outlet-side common header for storing condensed liquid generated by exchanging heat with the stored liquid sprayed on the outer surface is provided so as to surround the other end of each of the heat transfer tube groups. A distillation apparatus comprising the distillation column according to 4 or 5.
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