JP3001559B1 - 内部熱交換型蒸留塔 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 重量の大きい管を確実に支持して、管の下端
部を塔底側管板に取り付けることが可能な接続構造を備
えた内部熱交換型蒸留塔を提供する。 【解決手段】 管２５の塔底側管板３ｂへの接続構造
を、(ａ)塔底側管板３ｂの貫通穴２１に、塔底側管板３
ｂとの当たり面２３を備えた第１接続用管台２２が、下
端部が塔底側管板３ｂの下面側から突出するように上面
側から挿入され、かつ、(ｂ)第１接続用管台２２の下端
部外周側に、第２接続用管台２６がはめ込まれ、(ｃ)塔
底側管板３ｂの下面側で、第１接続用管台２２と第２接
続用管台２６とが溶接され、かつ、第２接続用管台２６
が塔底側管板３ｂに溶接されている構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低圧塔と高圧塔を
備え、高圧塔（濃縮部）側から、低圧塔（回収部）側に
熱移動させることにより両者の間で熱交換を行う内部熱
交換型蒸留塔に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】省エネ
ルギー性に優れた蒸留塔として、低圧塔と高圧塔とを備
え、両者の間で熱交換を行うように構成され、他との熱
の授受を必要としない内部熱交換型の蒸留塔が知られて
いる。この内部熱交換型蒸留塔は、蒸留操作の省エネル
ギー化を進める見地からすれば、省エネルギーに最も忠
実な理論であることは、原理的にも当然であり、また、
学問上からも認められているところである。

【０００３】また、内部熱交換型蒸留塔として、複数管
（場合によっては単管）を両端管板によって本体胴と連
結させることにより、本体胴の内部において、複数管の
管内と管外が隔離された構造とし、管内及び管外のそれ
ぞれに気液の出入口を設け、管内側と管外側の操作圧力
に差をつけることにより操作温度を異ならせ、複数管の
管壁を伝熱面として、高圧側から低圧側に熱移動させる
ことにより、高圧側を濃縮部、低圧側を回収部として一
つの蒸留塔を構成するようにした構造が提案されている
（特許第２６９４４２５号）。この内部熱交換型蒸留塔
は、図１(ａ)及び(ｂ)に示すような構造を有している。

【０００４】すなわち、この内部熱交換型蒸留塔は、本
体胴１と、本体胴１内に挿入された複数管（管）２５を
両端管板（上側管板（塔頂側管板）３ａ及び下側管板
（塔底側管板）３ｂ）によって本体胴１と連結させるこ
とにより形成されている。そして、複数管２５の管内４
と管外５は互いに隔離された構造を有しており、管内４
が高圧側の濃縮部となり、管外５が低圧側の回収部とな
るように構成されている。ただし、管内４を低圧側の回
収部、管外５を高圧側の濃縮部とすることも可能であ
る。

【０００５】以下、管内４が高圧側の濃縮部、管外が低
圧側の回収部である場合について説明を行う。

【０００６】管内（濃縮部）４及び管外（回収部）５に
は、それぞれ充填物が充填されている。また、本体胴１
の上部には、管外（回収部）５に液を供給するための回
収部液入口６、管外（回収部）５からの蒸気を抜き出す
回収部蒸気出口７が配設されており、塔頂側管板３ａよ
り上側の、管内（濃縮部）４と連通する端室１４ａに
は、管内（濃縮部）４に液を供給するための濃縮部液入
口８が配設され、また、管内（濃縮部）４からの蒸気を
抜き出す濃縮部蒸気出口９が配設されている。

【０００７】一方、本体胴１の下部には、管外（回収
部）５に蒸気を供給するための回収部蒸気入口１０、管
外（回収部）５からの液を抜き出す回収部液出口１１が
配設されており、塔底側管板３ｂより下側の、管内（濃
縮部）４と連通する端室１４ｂには、管内（濃縮部）４
に蒸気を供給するための濃縮部蒸気入口１２が配設さ
れ、また、管内（濃縮部）４からの液を抜き出す濃縮部
液出口１３が配設されている。

【０００８】ところで、上述のような、いわゆるシェル
・アンド・チューブ型の内部熱交換型蒸留塔は、一般的
に用いられているシェル・アンド・チューブ型の熱交換
器と同様の構造を有しているが、熱交換器の場合には、
通常、管（チューブ）として、長さが６ｍ程度のものが
用いられることが多い。これに対して、内部熱交換型蒸
留塔では、管（チューブ）２５として、長さが１０ｍ以
上になるものが用いられる場合が多い。しかも、管２５
内には、蒸留部構成物（ここでは充填物であり、その他
にも棚段などが用いられる場合がある）が組み込まれる
ことになる。

【０００９】このように、長さが長く、しかも内部に蒸
留部が組み込まれた管２５は重量が大きく、組立手順な
どを含めて考えた場合、管２５の重量を支えることは、
必ずしも容易ではない。

【００１０】すなわち、上記のシェル・アンド・チュー
ブ型の熱交換器は、それが縦型であっても、通常、製造
工場内では、横にして２枚の管板に設けられた貫通孔
に、すべての管を水平に通し、管の端部を拡管・シール
溶接を行って、熱交換器を完成する。これは、管重量が
それほど大きくなく、設計、製作上、特に問題にならな
いことによる。

【００１１】しかし、内部熱交換型蒸留塔は、省エネル
ギーを主たる目的とするものであることから、大型の蒸
留塔を対象とすることが多く、このような大型の蒸留塔
の場合、塔（本体胴）の据え付けを行ってから、内部に
蒸留部が組み込まれることになる。小型の内部熱交換型
蒸留塔の場合であって、製造工場で組立を行う場合に
も、内部熱交換型蒸留塔としての性能に関し、高い信頼
性を得るために、塔を垂直に立ててから、内部に蒸留部
を組み込む必要がある。

【００１２】ところが、このような垂直組立方式を採用
した場合において、内部に蒸留部が組み込まれた重量の
大きい管をどのように支持するか、さらには、どのよう
にしてその重量を本体胴を介して基礎に伝えるかが、技
術上の問題点となる。

【００１３】本発明は、上記問題点を解決するものであ
り、垂直組立方式を採用した場合において、管の重量を
塔底側管板を介して本体胴に接続することが可能な構造
を備えた内部熱交換型蒸留塔を提供することを目的とす
る。

【００１４】

【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（請求項１）の内部熱交換型蒸留塔は、本体
胴内に配設された単管又は複数管（以下、単に「管」と
いう）を、塔頂側及び塔底側の両端管板によって本体胴
と連結させることにより、本体胴の内部において、管の
内部（管内）と管の外部（管外）が隔離された構造と
し、前記管に気液の出入口を設け、管内側と管外側の操
作圧力に差をつけることにより操作温度を異ならせ、前
記管の管壁を伝熱面として、高圧側から低圧側に熱移動
させることにより、高圧側が濃縮部、低圧側が回収部と
して機能するように構成された内部熱交換型蒸留塔であ
って、(ａ)塔底側管板の、管が取り付けられる貫通孔
に、挿入、配設される接続用の単管であって、中央部内
側に管内充填物を支える受け金具を有し、中央部外側に
管と充填物の重量を塔底側管板に載せる当たり面があ
り、上部は管と溶接接続されている第１接続用管台が、
塔底側管板の上面側から貫通孔に挿入されて、下端部が
塔底側管板の下面側から突出しており、かつ、(ｂ)塔底
側管板の下面側から突出した第１接続用管台の下端部外
周側に、塔底側管板の下面側から第２接続用管台がはめ
込まれているとともに、(ｃ)塔底側管板の下面側におい
て、第１接続用管台と第２接続用管台とが溶接され、か
つ、第２接続用管台が塔底側管板に溶接されていること
を特徴としている。

【００１５】管と塔底側管板の接続構造を、上述の
(ａ)，(ｂ)，(ｃ)の要件を備えた構造とした場合、第１
接続用管台により、管の重量を支えて所定の位置に管を
確実に支持することが可能になり、かつ、第１接続用管
台と管を溶接するとともに、第１接続用管台と第２接続
用管台を溶接し、かつ、第２接続用管台を塔底側管板に
溶接することにより、管を、第１接続用管台及び第２接
続用管台を介して塔底側管板に容易かつ確実に取り付け
ることが可能になる。

【００１６】また、請求項２の内部熱交換型蒸留塔は、
前記第１接続用管台の、塔底側管板の下面からの突出長
さが２０〜１００mmであって、前記第１接続用管台の下
端部と第２接続用管台の下端部が溶接されており、分解
時に溶接部を削り落とすことにより、分解、再組立、及
び再溶接を行うことができるように構成されていること
を特徴としている。

【００１７】第１接続用管台の、塔底側管板の下面から
の突出長さを２０〜１００mmとし、第１接続用管台の下
端部と第２接続用管台の下端部を溶接するようにした場
合、分解時に、この溶接部を削り落とすことにより、容
易に分解することが可能になるとともに、再組立、再溶
接を行うことが可能になり、保守や設計変更などへの対
応性を向上させることが可能になる。

【００１８】また、請求項３の内部熱交換型蒸留塔は、
前記第１接続用管台の中央部外側に形成された、塔底側
管板の貫通孔の直径よりも大きい直径を有する大径部
と、その下部の前記大径部より直径の小さい小径部との
段部が、前記塔底側管板との当たり面を形成しているこ
とを特徴としている。

【００１９】第１接続用管台の中央部外側に形成され
た、塔底側管板の貫通孔の直径よりも大きい直径を有す
る大径部と、その下部の小径部との段部が、塔底側管板
との当たり面を形成するような構成とした場合、簡単な
構造で、所望の機能を確実に果たすことが可能な第１接
続用管台を得ることが可能になり、本発明を実効あらし
めることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示し
て、その特徴とするところを詳しく説明する。図１(ａ)
は本発明の一実施形態にかかる内部熱交換型蒸留塔を示
す正面断面図、図１(ｂ)はそのｂ−ｂ線断面図であり、
また、図２(ａ)は、図１(ａ)において一点鎖線で囲んだ
部分Ａの構造を示す拡大図であり、図２(ｂ)は底面図で
ある。

【００２１】図１(ａ)及び(ｂ)の内部熱交換型蒸留塔の
構成については、従来の技術及び発明が解決しようとす
る課題の欄ですでに説明されていることから、重複を避
けるため、ここでは内部熱交換型蒸留塔全体の構成につ
いての説明を省略し、本発明の特徴部分について詳しく
説明する。

【００２２】以下、こ実施形態の内部熱交換型蒸留塔の
特徴部分である、複数管（管）２５の下端部の塔底側管
板への接続構造（図１(ａ)の一点鎖線で囲んだ部分Ａ）
について、図２(ａ)，(ｂ)を参照しつつ説明する。

【００２３】この内部熱交換型蒸留塔においては、塔底
側管板３ｂの、管（複数管）２５が取り付けられる（挿
入される）貫通孔２１に、塔底側管板３ｂの上面側から
第１接続用管台２２が、その下端部が塔底側管板３ｂの
下面側から突出するように挿入、配設されている。

【００２４】第１接続用管台２２の中央部外側には、管
２５と管２５の内部の蒸留部（充填物）２７の重量を塔
底側管板３ｂに載せるための当たり面２３が形成されて
いる。また、第１接続用管台２２の内周面には、管２５
の下端部と当接して、管２５の挿入深さを規定するとと
もに、管２５が脱落しないよう保持する内周側ストッパ
２４が形成されている。

【００２５】なお、この実施形態では、第１接続用管台
２２には、当たり面２３を形成するために、塔底側管板
３ｂの貫通孔２１の直径よりも大きい直径を有する大径
部が形成されている。また、内周側ストッパ２４とし
て、他の部分より直径の小さい小径部が形成されてい
る。

【００２６】また、第１接続用管台２２内には蒸留部受
け金具２８が配設されており、管（複数管）２５内に、
規則充填物を充填することにより形成された蒸留部（充
填物）２７が、第１接続用管台２２内に配設された蒸留
部受け金具２８により支持されている。

【００２７】そして、管２５の下端部が、第１接続用管
台２２の内周側ストッパ（段部）２４に当接する位置ま
で挿入された状態で、第１接続用管台２２の上端部が管
２５に溶接されている。

【００２８】また、塔底側管板３ｂの下面側から突出し
た第１接続用管台２２の下端部外周側に、塔底側管板３
ｂの下面側から第２接続用管台２６がはめ込まれている
とともに、塔底側管板３ｂの下面側において、第１接続
用管台２２の下端部と第２接続用管台２６の下端部とが
溶接されているとともに、第２接続用管台２６が塔底側
管板３ｂに溶接されている。

【００２９】なお、この実施形態では、第１接続用管台
２２の、塔底側管板３ｂの下面からの突出長さが２０〜
１００mmとなるように構成されており、分解時には、第
１接続用管台２２と第２接続用管台２６の溶接部（下端
部）２９を削り落とすことにより、管２５と塔底側管板
３ｂを容易に分解することができるとともに、再組立、
再溶接することができるように構成されている。

【００３０】また、この実施形態においては、塔底側管
板３ｂの上面側の、貫通孔２１の周囲には段部２１ａが
形成され、第１接続用管台２２の当たり面２３がこの段
部２１ａの底面に当接するように構成されており、ま
た、塔底側管板３ｂの下面側の、貫通孔２１の周囲には
段部２１ｂが形成され、第２接続用管台２６の上端部が
この段部２１ｂに嵌入するように構成されている。この
ような段部２１ａ及び２１ｂを備えた構成とすることに
より、管２５をさらに確実に所定の位置に保持すること
が可能になり、信頼性を向上させることができる。

【００３１】次に、上記内部熱交換型蒸留塔の組立方法
について説明する。第２接続用管台２６については、予
め塔底側管板３ｂの下面側の所定の位置にセットし、溶
接しておく。また、蒸留部２７を受ける蒸留部受け金具
２８については、第１接続用管台２２に溶接して取り付
けておく。また、第１接続用管台２２については、管２
５に溶接して取り付けておく。また、蒸留部２７につい
ては、管２５を塔底側管板３ｂに接続する前に、管２５
内に装着しておく。また、塔底側管板３ｂについては、
本体胴１に溶接により取り付ける構造とする。

【００３２】次に上記内部熱交換型蒸留塔の組立工程に
ついてその概要を説明する。 まず、管２５を釣り下げ、垂直に立てた本体胴１（図
１）の塔頂より、管２５を本体胴１内に挿入して、管２
５の下端部（第１接続用管台２２が取り付けられてい
る）を塔底側管板３ｂの貫通孔２１に挿入する。これを
複数の管２５について一本ずつ行う。 それから、管外５側の蒸留部及びその還流分配器を取
り付ける。 次に、塔頂側管板３ａを取り付ける。 すべての組立が終了した後、第１接続用管台２２及び
第２接続用管台２６の下端部をシール溶接する。これに
より、図２に示すような、管２５の塔底側管板３ｂへの
接続構造を有する内部熱交換型蒸留塔（図１）が完成す
る。

【００３３】管２５と塔底側管板３ｂの接続構造を、上
述のような構造とすることにより、第１接続用管台２２
により、管２５の重量を支えて所定の位置に管２５を確
実に配置することが可能になり、かつ、第１接続用管台
２２と管２５を溶接するとともに、第１接続用管台２２
と第２接続用管台２６を溶接し、かつ、第２接続用管台
２６を塔底側管板３ｂに溶接することにより、管２５
を、第１接続用管台２２及び第２接続用管台２６を介し
て塔底側管板３ｂに容易かつ確実に、気密に接続するこ
とが可能になり、シェルアンドチューブ型の内部熱交換
型蒸留塔を効率よく製造することが可能になる。

【００３４】また、上記実施形態では、第１接続用管台
２２の、塔底側管板３ｂの下面からの突出長さを２０〜
１００mmとし、第１接続用管台２２の下端部と第２接続
用管台２６の下端部を溶接するようにしているので、分
解時に溶接部２９をグラインダーなどで削り落とすこと
により、容易に分解することが可能になるとともに、再
組立、再溶接を行うことが可能になり、保守や設計変更
などへの対応性を向上させることができる。

【００３５】また、上記実施形態では、管２５内の蒸留
部２７として規則充填物を用いた場合について説明した
が、不規則充填物を用いる場合にも本発明を適用するこ
とが可能である。ただし、不規則充填物を用いる場合に
は、蒸留部２７と蒸留部受け金具２８の間に、不規則充
填物が通過しない目開きの格子状などの受け皿が必要に
なる。

【００３６】また、上記実施形態では、第１接続用管台
の当たり面が、塔底側管板の貫通孔の直径よりも大きい
直径を有する大径部と小径部との段部である場合を例に
とって説明したが、当たり面の構造として、他の構造を
採用することが可能である。また、内周側ストッパの構
造についても、他の構造を採用することが可能である。

【００３７】また、第２接続用管台の形状、構造につい
ても上記実施形態に限定されるものではなく、他の形
状、構造とすることが可能である。本発明は、さらにそ
の他の点においても上記実施形態に限定されるものでは
なく、発明の要旨の範囲内において、種々の応用、変形
を加えることが可能である。

【００３８】

【発明の効果】上述のように、本発明（請求項１）の内
部熱交換型蒸留塔は、塔底側管板の上面側から配設され
る第１接続用管台と、塔底側管板の下面側から配設され
る第２接続用管台を用い、上述のような接続構造により
管を塔底側管板に接続するようにしているので、管を、
第１接続用管台及び第２接続用管台を介して塔底側管板
に容易かつ確実に接続することが可能になり、効率よく
製造することが可能で信頼性に優れ、かつ、経済性にも
優れたシェルアンドチューブ型の内部熱交換型蒸留塔を
提供することが可能になる。

【００３９】また、請求項２のように、第１接続用管台
の、塔底側管板の下面からの突出長さを２０〜１００mm
とし、第１接続用管台の下端部と第２接続用管台の下端
部を溶接するようにした場合、分解時にこの溶接部を削
り落とすことにより、管と塔底側管板を容易に分解する
ことが可能になるとともに、再組立、再溶接を行うこと
が可能になり、保守や設計変更などへの対応性を向上さ
せて、本発明をより実効あらしめることができる。

【００４０】また、請求項３のように、塔底側管板の貫
通孔の直径よりも大きい直径を有する大径部と小径部と
の間の段部が当たり面となるような構成とすることによ
り、簡単な構造で、所望の機能を確実に果たすことが可
能な第１接続用管台を得ることが可能になり、本発明を
実効あらしめることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる内部熱交換型蒸留
塔を示す図であり、(ａ)は正面断面図、(ｂ)は(ａ)のｂ
−ｂ線断面図である。

【図２】本発明の一実施形態にかかる内部熱交換型蒸留
塔の要部の構成を示す図であり、(ａ)は正面断面図、
(ｂ)は底面図である。

【符号の説明】

１ 本体胴 ３ａ 上側管板（塔底側管板） ３ｂ 下側管板（塔底側管板） ４ 管内（濃縮部） ５ 管外（回収部） ６ 回収部液入口 ７ 回収部蒸気出口 ８ 濃縮部液入口 ９ 濃縮部蒸気出口 １０ 回収部蒸気入口 １１ 回収部液出口 １２ 濃縮部蒸気入口 １３ 濃縮部液出口 １４ａ，１４ｂ 端室 ２１ 塔底側管板の貫通孔 ２１ａ 塔底側管板の上面側の貫通孔の周囲
に形成された段部 ２１ｂ 塔底側管板の下面側の貫通孔の周囲
に形成された段部 ２２ 第１接続用管台 ２３ 当たり面 ２４ 内周側ストッパ ２５ 管（複数管） ２６ 第２接続用管台 ２７ 蒸溜部（規則充填物） ２８ 蒸留部受け金具 ２９ 第１接続用管台と第２接続用管台の
溶接部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中西 俊成 兵庫県尼崎市杭瀬寺島２丁目１番２号 木村化工機株式会社内 (72)発明者 野田 秀夫 兵庫県尼崎市南七松町２丁目９番７号 関西化学機械製作株式會社内 (72)発明者 吉田 一史 東京都中央区八丁堀二丁目25番10号 丸 善石油化学株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−66601（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−154301（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭50−151838（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭54−29321（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭59−8725（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭50−28208（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01D 3/00 - 3/42

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】本体胴内に配設された単管又は複数管（以
   下、単に「管」という）を、塔頂側及び塔底側の両端管
   板によって本体胴と連結させることにより、本体胴の内
   部において、管の内部（管内）と管の外部（管外）が隔
   離された構造とし、 前記管に気液の出入口を設け、 管内側と管外側の操作圧力に差をつけることにより操作
   温度を異ならせ、 前記管の管壁を伝熱面として、高圧側から低圧側に熱移
   動させることにより、 高圧側が濃縮部、低圧側が回収部として機能するように
   構成された内部熱交換型蒸留塔であって、 (ａ)塔底側管板の、管が取り付けられる貫通孔に、挿
   入、配設される接続用の単管であって、中央部内側に管
   内充填物を支える受け金具を有し、中央部外側に管と充
   填物の重量を塔底側管板に載せる当たり面があり、上部
   は管と溶接接続されている第１接続用管台が、塔底側管
   板の上面側から貫通孔に挿入されて、下端部が塔底側管
   板の下面側から突出しており、かつ、 (ｂ)塔底側管板の下面側から突出した第１接続用管台の
   下端部外周側に、塔底側管板の下面側から第２接続用管
   台がはめ込まれているとともに、 (ｃ)塔底側管板の下面側において、第１接続用管台と第
   ２接続用管台とが溶接され、かつ、第２接続用管台が塔
   底側管板に溶接されていることを特徴とする内部熱交換
   型蒸留塔。
2. 【請求項２】前記第１接続用管台の、塔底側管板の下面
   からの突出長さが２０〜１００mmであって、 前記第１接続用管台の下端部と第２接続用管台の下端部
   が溶接されており、分解時に溶接部を削り落とすことに
   より、分解、再組立、及び再溶接を行うことができるよ
   うに構成されていることを特徴とする請求項１記載の内
   部熱交換型蒸留塔。
3. 【請求項３】前記第１接続用管台の中央部外側に形成さ
   れた、塔底側管板の貫通孔の直径よりも大きい直径を有
   する大径部と、その下部の前記大径部より直径の小さい
   小径部との段部が、前記塔底側管板との当たり面を形成
   していることを特徴とする請求項１又は２記載の内部熱
   交換型蒸留塔。