JP3990202B2 - Internal heat exchange distillation column - Google Patents
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Description
【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、複数の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、各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、各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(特開平8−66601号(特許第2694425号))。
【0004】
この内部熱交換型蒸留塔は、図5に示すように、本体胴1と、本体胴1内に挿入された複数の管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、各管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。
【0005】
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、上側管板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。
【0006】
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、下側管板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。
【0007】
ところで、このような内部熱交換型蒸留塔においては、濃縮部あるいは回収部を構成する、管内側及び管外側の蒸留部における気液接触の状態が、蒸留作用に大きな影響を与えるため、例えば、図5の内部熱交換型蒸留塔のように、管外に充填物を充填して回収部(充填塔)としているような場合において、気液の流れに偏りがあると、目標とするような蒸留効果を得ることができなくなる。
すなわち、充填塔の塔頂で充填層上面に表面積当たり均等に散布された液は、引力により充填物表面を流下し、塔底に供給された蒸気は、塔頂・塔底間の圧力差を推進力として充填物間の隙間を上昇し、充填塔内で液と蒸気が接触することによって蒸留が行われるが、充填塔における気液の流れについてみると、通常、上昇蒸気は下降液量の少ないところに流れ、下降液は上昇蒸気量の少ないところに流れる傾向があるため、少しの偏流が加速度的に大きな偏流を引き起こすことになる。したがって、下降液量と上昇蒸気量の割合の位置的な偏りが、塔頂から塔底にむかって増大し、結果として、設計どおりの気液接触効果、すなわち蒸留性能を得ることができなくなる。
【0008】
そこで、従来の充填塔では、必ず所定の充填層高さ毎に(塔径にもよるが、一般的には2〜5m毎に)、充填層を区切り、この区切り部分に充填層受け、集液具、液体分散具などを配設し、設計どおりの気液接触効果が得られるようにしている。しかしながら、このような構成とした場合、設備構造が複雑になるだけでなく、充填層受け、集液具、液体分散具などの配設されるスペースは、蒸留作用を行う蒸留部としては機能しないことから、蒸留塔の高さがその分だけ高くなり、設備の大型化及びコストの増大を招くという問題点がある。
【0009】
また、管外に充填物を充填して充填塔とした場合、管外の水平断面形状は複雑で、気液接触状態の偏りが生じやすく、上述の充填塔の問題(気液接触状態の偏りによる問題)はより顕著となり、水平断面上の単位面積当たりの気液接触状態を均一にすることはますます困難になる傾向がある。
【0010】
本発明は、上記問題点を解決するものであり、コストの増大を招くことなく、蒸留部における気液接触状態に偏りが少なく、目標とする蒸留性能を発揮させることが可能な内部熱交換型蒸留塔を提供することを目的とする。
【0011】
【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、
複数の管を両端管板によって本体胴と連結することにより、本体胴の内部において各管の管内と管外が隔離され、かつ、管内及び管外のそれぞれが気液の出入口を備えた構造とし、
少なくとも各管の周囲に充填物を配設するとともに、
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、各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)充填物が配設される前記管外側の空間を、区画壁により各管の周囲毎に分割するとともに、
(b)区画壁により分割された各領域(区画領域)の水平断面形状がそれぞれ同一形状になるようにしたこと
を特徴としている。
【0012】
管外側の空間を、区画壁により各管の周囲毎に分割するとともに、区画壁により分割された各領域(区画領域)の水平断面形状が同一形状となるようにした場合、下降液及び上昇蒸気の水平方向の流れが区画壁により遮断され、管外を流下する液の流れる範囲は各区画領域内に限定されるとともに、上昇蒸気が各区画領域を流下する均一な液量の下降液を抵抗として、各区画領域毎に上昇することになるため、充填物が充填された管外の下部より、各管1本当たりについて均一な量の蒸気が各区画領域、すなわち、各管1本毎の管の周囲に供給されることになる。
【0013】
したがって、各区画領域を通過する気液量は同一(一定)となり、目標とする設計通りの気液接触を充填物が充填された管外(各区画領域)で行わせて、所望の蒸留性能を発揮させることが可能になる。
また、各区画領域の水平断面積は十分に小さくすることができるので、塔頂・塔底間の途中で集液・再分布を行うことを不要にして、装置の複雑化を招くことを回避することができる。
なお、本発明の内部熱交換型蒸留塔において、管外に配設される好適な充填物としては、層状構造を有し、各層状部材が略縦向きになるように配設される規則充填物などが例示されるが、その他の種々の充填物を用いることが可能である。また、本発明の内部熱交換型蒸留塔においては、管内に充填物を充填した構造とすることも可能であり、また、充填物を充填しない構造とすることも可能である。また、管内に充填物を充填する場合の好適な充填物としては、層状構造を有し、各層状部材が略縦向きになるように配設される規則充填物などが例示されるが、これ以外の充填物を用いることも可能である。
【0014】
また、請求項2の内部熱交換型蒸留塔は、前記区画壁により分割された各領域(区画領域)の水平断面形状が、正六角形、十二角形、及び円形のいずれかであることを特徴としている。
【0015】
区画壁により分割された各区画領域の水平断面形状を正六角形、十二角形、及び円形のいずれかとすることにより、気液接触状態に偏りが生じにくい平面形状を有する管外領域を形成することが可能になるとともに、管外のスペースを有効に利用することが可能になり、本発明を実効あらしめることが可能になる。
【0016】
また、請求項3の内部熱交換型蒸留塔は、前記本体胴の内壁と、前記複数の管のうちの最外側に位置する管の周囲を仕切る区画壁との間に形成される空間を蒸留部としないことを特徴としている。
【0017】
本体胴の内壁と、最外側の管の周囲の管外側空間を仕切る区画壁との間に形成される空間を蒸留部としないようにすることにより、気液接触状態に偏りが生じにくい平面形状を有する管外領域を容易に形成することが可能になり、本発明をさらに実効あらしめることができる。
なお、この場合、本体胴の内壁と、最外側に位置する管の周囲を仕切る区画壁との間に形成される空間は蒸留部とならないので、設備がいくらか大型化することになるが、最外側に位置する管の周囲を仕切る区画壁との間に形成される空間の水平断面積は本体胴の水平断面積に比べて小さく、実用上問題となるほどの設備の大型化を招くことはない。
【0018】
また、請求項4の内部熱交換型蒸留塔は、前記区画壁により分割された各領域(区画領域)の水平断面形状が、十二角形又は円形である場合において、互いに隣り合う3本の管の区画壁により形成される、管を包囲しない空間を蒸留部としないことを特徴としている。
【0019】
区画領域の水平断面形状が、十二角形又は円形である場合において、互いに隣り合う3本の管の区画壁により形成される、管を包囲しない空間を蒸留部としないようにすることにより、水平断面形状が、十二角形又は円形である区画領域を形成して、気液接触状態に偏りが生じにくくすることが可能になる。
なお、互いに隣り合う3本の管の周囲の区画壁によって形成される管を包囲しない空間は蒸留部とならないので、設備がいくらか大型化することになるが、管を包囲しない空間の水平断面積は本体胴の水平断面積に比べて小さく、実用上問題となるほどの設備の大型化を招くことはない。
【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。
【0021】
[実施形態1]
図1は本発明の一実施形態にかかる内部熱交換型蒸留塔の主要部の構成を模式的に示す正面断面図、図2は平面断面図である。
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の管25を上側管板3a及び下側管板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、各管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。
【0022】
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、上側管板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。
【0023】
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、下側管板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。
【0024】
そして、この実施形態の内部熱交換型蒸留塔においては、図2に示すように、管25の周囲の空間である管外(管外側の空間)5が、区画壁15により、各管25の周囲毎に分割されている。そして、区画壁15により分割された各領域(区画領域)16の水平断面形状がそれぞれ正六角形の同一形状になるように構成されている。なお、ここで区画領域16の形状とは、区画壁15に囲まれた、管外5、管25及び管内4を含む領域の形状をいう。
また、この内部熱交換型蒸留塔においては、管内4及び区画領域16(管外5)には充填物(規則充填物)4a,5aが充填されている。
【0025】
また、本体胴1の内壁と、最外側の管25の周囲に配設された区画壁15(15a)との間に形成される空間(外周領域)17には気液が供給されないように(すなわち、蒸留部として機能しないように)構成されている。
【0026】
このように構成された内部熱交換型蒸留塔においては、管外(管外側の空間)5を、各管25の周囲毎に分割する区画壁15を設けるとともに、区画壁15により分割された各領域(区画領域)16の水平断面形状がいずれも正六角形で同一の形状となるようにしているので、下降液及び上昇蒸気の水平方向の流れが区画壁により遮断され、充填物が配設された管外5を流下する液の流れる範囲が各区画領域16内に限定されるとともに、上昇蒸気が各区画領域16を流下する均一な液量の下降液を抵抗として、各区画領域16毎に上昇することになるため、管外5(すなわち各区画領域16)の下部より、各管25の1本当たりについて均一な量の蒸気が各管25の周囲の区画領域16に供給されることになる。
【0027】
したがって、充填塔である各区画領域16を通過する気液量は、各区画領域16間で一定となり、管外5(区画領域16)において目標とする設計通りの気液接触を行わせることが可能になり、所望の蒸留性能を得ることができるようになる。
また、各区画領域16の水平断面積は十分に小さいので、塔頂・塔底間の途中で集液・再分布を行うことが不要になり、装置の複雑化を招くことを回避することができる。
【0028】
[実施形態2]
図3は本発明の他の実施形態(実施形態2)にかかる内部熱交換型蒸留塔の内部構造を示す平面断面図である。なお、図3において、図2と同一符号を付した部分は同一又は相当する部分を示している。
この実施形態2の内部熱交換型蒸留塔においては、管25の周囲の空間である管外(管外側の空間)5が、区画壁15により、各管25の周囲毎に分割されているとともに、区画壁15により分割された各領域(区画領域)16の水平断面形状がそれぞれ円形の同一形状になるように構成されている。また、この内部熱交換型蒸留塔においても、管内4及び区画領域16(管外5)には充填物(規則充填物)4a,5aが充填されている。
【0029】
また、本体胴1の内壁と、最外側の管25の周囲に配設された区画壁15(15a)との間に形成される空間(外周領域)17には気液が供給されないように(すなわち、蒸留部として機能しないように)構成されている。
さらに、この実施形態2の内部熱交換型蒸留塔においては、互いに隣り合う3本の管25の周囲の区画壁15により形成される、管25を包囲しない空間18にも気液が供給されないように(すなわち、蒸留部として機能しないように)構成されている。
【0030】
このように構成された実施形態2の内部熱交換型蒸留塔においては、管外(管外側の空間)5を、各管25の周囲毎に分割する区画壁15を設けるとともに、区画壁15により分割された各領域(区画領域)17の水平断面形状がいずれも円形で同一の形状となるようにしているので、上記実施形態1の場合と同様に、下降液及び上昇蒸気の水平方向の流れが区画壁15により遮断され、管外5を流下する液の流れる範囲が各区画領域16内に限定されるとともに、上昇蒸気が各区画領域16を流下する均一な液量の下降液を抵抗として、各区画領域16毎に上昇することになるため、管外5(すなわち各区画領域16)の下部より、各管25の1本当たりについて均一な量の蒸気が各管25の周囲の区画領域16に供給されることになる。
【0031】
したがって、各区画領域16を通過する気液量は、各区画領域16で一定となり、管外5(区画領域16)において目標とする設計通りの気液接触を行わせて、所望の蒸留性能を得ることができる。
さらに、この実施形態2の内部熱交換型蒸留塔においては、各区画領域16が円形であることから、管外における気液接触状態の偏りをさらに確実に抑制することが可能になる。
【0032】
また、この実施形態2の場合も、各区画領域16の水平断面積は十分に小さいので、塔頂・塔底間の途中で集液・再分布を行うことが不要になり、装置の複雑化を招くことを回避することができる。
但し、この実施形態2の場合には、互いに隣り合う3本の管25の周囲の区画壁15によって、管25を包囲しない空間18が形成されることになるが、その水平断面積は本体胴1の水平断面積に比べて小さく、実用上問題となるほどの設備の大型化を招くことはない。
【0033】
[実施形態3]
図4は本発明のさらに他の実施形態(実施形態3)にかかる内部熱交換型蒸留塔の内部構造を示す水平断面図である。なお、図4において、図2,3と同一符号を付した部分は同一又は相当する部分を示している。
この実施形態3の内部熱交換型蒸留塔においては、管25の周囲の空間である管外(管外側の空間)5が、区画壁15により、各管25の周囲毎に分割されているとともに、区画壁15により分割された各領域(区画領域)16の水平断面形状がそれぞれ十二角形の同一形状になるように構成されている。
【0034】
また、本体胴1の内壁と、最外側の管25の周囲の管外側空間5を仕切る区画壁15(15a)との間に形成される空間(外周領域)17には気液が供給されないように(すなわち、蒸留部として機能しないように)構成されている。
さらに、この実施形態3の内部熱交換型蒸留塔においては、互いに隣り合う3本の管25の周囲の区画壁15により形成される、管25を包囲しない三角形の空間18にも気液が供給されないように(すなわち、蒸留部として機能しないように)構成されている。
【0035】
このように構成された内部熱交換型蒸留塔においても、上記実施形態1及び2の内部熱交換型蒸留塔と同様の作用効果を得ることが可能で、管外5(区画領域16)で目標とする設計通りの気液接触を行わせることが可能になり、所望の蒸留性能を得ることができるようになる。
なお、この実施形態3の内部熱交換型蒸留塔においては、各区画領域16が円形に近い十二角形であることから、管外5(区画領域16)における気液接触状態の偏りを効率よく抑制することが可能になる。
また、この実施形態3の場合には、互いに隣り合う3本の管25の周囲の区画壁15によって、管25を包囲しない三角形の空間18が形成されることになるが、その水平断面積は本体胴1の水平断面積に比べて小さく、実用上問題となるほどの設備の大型化を招くことはない。
【0036】
なお、上記実施形態1〜3では、区画領域の形状が正六角形、円形、及び十二角形である場合を例にとって説明したが、区画領域の形状はこれに限られるものではなく、管の配設態様などに応じて、四角形、八角形その他の種々の形状とすることが可能である。
【0037】
また、上記実施形態では、管外が回収部である場合を例にとって説明したが、管内が回収部となるように構成された内部熱交換型蒸留塔にも適用することが可能であり、その場合にも上記実施形態の場合と同様の効果を得ることが可能である。
【0038】
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。
【0039】
【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、管外側の空間を、区画壁により各管の周囲毎に分割するとともに、区画壁により分割された各領域(区画領域)の水平断面形状が同一形状となるようにしているので、下降液及び上昇蒸気の水平方向の流れが区画壁により遮断され、管外を流下する液の流れる範囲は各区画領域内に限定されるとともに、上昇蒸気が各区画領域を流下する均一な液量の下降液を抵抗として、各区画領域毎に上昇することになるため、充填物が充填された管外の下部より、各管1本当たりについて均一な量の蒸気を各区画領域、すなわち、各管1本毎の管の周囲に供給することが可能になる。したがって、各区画領域を通過する気液量を同一(一定)として、各区画領域で、目標とする設計通りの気液接触を行わせて、所望の蒸留性能を発揮させることが可能になる。
また、各区画領域の水平断面積は十分に小さくすることができるので、塔頂・塔底間の途中で集液・再分布を行うことを不要にして、装置の複雑化を招くことを回避することができる。
【0040】
また、請求項2の内部熱交換型蒸留塔のように、区画壁により分割された各区画領域の水平断面形状を正六角形、十二角形、及び円形のいずれかの形状とした場合、気液接触状態に偏りが生じにくい平面形状を有する管外領域を形成することが可能になるとともに、管外のスペースを有効に利用することが可能になり、本発明を実効あらしめることが可能になる。
【0041】
また、請求項3の内部熱交換型蒸留塔のように、本体胴の内壁と、最外側の管の周囲の管外側空間を仕切る区画壁との間に形成される空間を蒸留部としないようにすることにより、気液接触状態に偏りが生じにくい平面形状を有する管外領域を容易に形成することが可能になり、本発明をさらに実効あらしめることができる。
なお、本体胴の内壁と、最外側に位置する管の周囲を仕切る区画壁との間に形成される空間は蒸留部とならないので、設備がいくらか大型化することになるが、最外側に位置する管の周囲を仕切る区画壁との間に形成される空間の水平断面積は本体胴の水平断面積に比べて小さく、実用上問題となるほどの設備の大型化を招くことはない。
【0042】
また、請求項4の内部熱交換型蒸留塔のように、区画領域の水平断面形状が、十二角形又は円形である場合において、互いに隣り合う3本の管の区画壁により形成される、管を包囲しない空間を蒸留部としないようにすることにより、水平断面形状が、十二角形又は円形である区画領域を形成して、気液接触状態に偏りが生じにくくすることが可能になる。
なお、互いに隣り合う3本の管の周囲の区画壁によって形成される管を包囲しない空間は蒸留部とならないので、設備がいくらか大型化することになるが、管を包囲しない空間の水平断面積は本体胴の水平断面積に比べて小さく、実用上問題となるほどの設備の大型化を招くことはない。
【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の主要部を示す正面断面図である。
【図2】本発明の一実施形態(実施形態1)にかかる内部熱交換型蒸留塔の内部構造を示す平面断面図である。
【図3】本発明の他の実施形態(実施形態2)にかかる内部熱交換型蒸留塔の内部構造を示す平面断面図である。
【図4】本発明のさらに他の実施形態(実施形態3)にかかる内部熱交換型蒸留塔の内部構造を示す平面断面図である。
【図5】本発明が関連する従来の内部熱交換型蒸留塔の構成を示す図である。
【符号の説明】
1 本体胴
3a 上側管板
3b 下側管板
4 管内(濃縮部)
4a 管内に配設された充填物(規則充填物)
5 管外(回収部)
5a 管外に配設された充填物(規則充填物)
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
15 区画壁
15a 最外側の管の周囲の管外側空間を仕切る区画壁
16 区画領域
17 外周領域
18 管を包囲しない空間
25 管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal heat exchange distillation column that includes a low-pressure column and a high-pressure column and performs heat exchange between the high-pressure column (concentration unit) side and the low-pressure column (recovery unit) side.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
As an distillation column that excels in energy conservation, a low-pressure column and a high-pressure column are configured to exchange heat between them, and an internal heat exchange type distillation column that does not require heat exchange with others is known. It has been. From the standpoint of promoting energy saving in distillation operation, this internal heat exchange distillation column is of course the principle that is most faithful to energy saving, and it is recognized from the academic viewpoint. By the way.
[0003]
In addition, as an internal heat exchange type distillation column, a plurality of tubes are connected to the main body cylinder by both end tube plates so that the inside and outside of each pipe are separated from each other inside the main body cylinder. Each is provided with a gas-liquid inlet / outlet, and the operating temperature is varied by making a difference in the operating pressure between the inside and outside of the pipe, and the pipe wall of each pipe is used as a heat transfer surface to transfer heat from the high pressure side to the low pressure side Thus, there has been proposed a structure in which one distillation column is configured with the high-pressure side as the concentrating section and the low-pressure side as the recovery section (Japanese Patent Laid-Open No. 8-66601 (Japanese Patent No. 2694425)).
[0004]
As shown in FIG. 5, this internal heat exchange distillation column includes a
[0005]
In addition, a recovery unit
[0006]
On the other hand, a recovery
[0007]
By the way, in such an internal heat exchange type distillation column, since the state of gas-liquid contact in the distillation part inside and outside the pipe constituting the concentrating part or the recovery part greatly affects the distillation action, for example, As in the case of the internal heat exchange distillation column in FIG. 5, in the case where the collection unit (packed column) is filled with a packing outside the tube, and the gas-liquid flow is uneven, the target is The distillation effect cannot be obtained.
That is, the liquid sprayed evenly per surface area on the top of the packed bed at the top of the packed tower flows down the packed surface by attractive force, and the steam supplied to the bottom of the tower creates a pressure difference between the top and bottom of the tower. Distillation is carried out by raising the gap between the packings as a driving force and bringing the liquid and steam into contact with each other in the packed tower. Since there is a tendency to flow to a small place and the descending liquid flows to a place where the amount of the rising steam is small, a slight drift causes a large drift in an accelerated manner. Therefore, the positional deviation of the ratio between the descending liquid amount and the ascending steam amount increases from the tower top to the tower bottom, and as a result, the designed gas-liquid contact effect, that is, the distillation performance cannot be obtained.
[0008]
Therefore, in the conventional packed tower, the packed bed is divided at every predetermined packed bed height (generally depending on the tower diameter, but generally every 2 to 5 m). A liquid tool, a liquid dispersing tool, etc. are arranged so that the gas-liquid contact effect as designed can be obtained. However, in such a configuration, not only the equipment structure is complicated, but also the space in which the packed bed receiver, the liquid collecting tool, the liquid dispersing tool and the like are disposed does not function as a distillation unit that performs a distillation action. For this reason, there is a problem in that the height of the distillation column is increased by that amount, resulting in an increase in equipment size and cost.
[0009]
In addition, when a packed column is packed outside the tube, the horizontal cross-sectional shape outside the tube is complicated, and the gas-liquid contact state is likely to be biased. The problem due to (1) becomes more prominent, and it tends to be more difficult to make the gas-liquid contact state per unit area on the horizontal section uniform.
[0010]
The present invention solves the above-mentioned problems, and there is little bias in the gas-liquid contact state in the distillation section without incurring an increase in cost, and an internal heat exchange type capable of exhibiting the target distillation performance An object is to provide a distillation column.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the internal heat exchange distillation column of the present invention (Claim 1) comprises:
By connecting a plurality of tubes to the main body cylinder with both end tube plates, the inside of the main body is separated from the inside and outside of the pipe, and each of the inside and outside of the pipe has a gas-liquid inlet / outlet. ,
At least around each tube with a filling,
By making the operating temperature different by making a difference in the operating pressure between the inside and outside of the pipe, the pipe wall of each pipe is used as the heat transfer surface, and heat is transferred from the high pressure side to the low pressure side, so that the high pressure side is the concentrating section and the low pressure side is An internal heat exchange distillation column configured to function as a recovery unit,
(a) dividing the space outside the tube in which the filler is disposed for each tube periphery by a partition wall;
(b) Each region (partition region) divided by the partition wall has the same horizontal cross-sectional shape.
[0012]
When the space outside the pipe is divided for each pipe by the partition wall, and the horizontal sectional shape of each region (partition region) divided by the partition wall is the same shape, the descending liquid and the rising steam The horizontal flow of the liquid is blocked by the partition wall, and the range of the liquid flowing down the tube is limited to each partition area, and the rising vapor resists the uniform amount of descending liquid flowing down each partition area. Therefore, a uniform amount of steam is generated for each tube from the lower part outside the tube filled with the filling material, that is, for each tube. It will be supplied around the tube.
[0013]
Therefore, the amount of gas-liquid passing through each compartment is the same (constant), and the desired liquid distillation performance can be achieved by making the gas-liquid contact as planned in the outside of the tube (each compartment) filled with packing. Can be demonstrated.
In addition, since the horizontal cross-sectional area of each section area can be made sufficiently small, it is not necessary to collect and redistribute in the middle between the top and bottom of the tower, thereby avoiding complicating the equipment. can do.
In the internal heat exchange distillation column of the present invention, the preferred packing disposed outside the tube has a layered structure, and regular packing in which each layered member is disposed substantially vertically. Although various things etc. are illustrated, it is possible to use other various filling materials. Further, the internal heat exchange distillation column of the present invention can have a structure in which the packing is filled in the tube, and can also have a structure in which the packing is not filled. In addition, as a suitable filling when filling a tube with a filling material, there is exemplified a regular filling material having a layered structure and arranged so that each layered member is substantially vertically oriented. It is also possible to use other fillers.
[0014]
Further, in the internal heat exchange distillation column according to claim 2, the horizontal sectional shape of each region (compartment region) divided by the partition wall is any one of a regular hexagon, a dodecagon, and a circle. It is said.
[0015]
By forming the horizontal cross-sectional shape of each partition area divided by the partition wall as one of a regular hexagon, a dodecagon, and a circle, an extra-tube region having a planar shape that is less likely to be biased in the gas-liquid contact state is formed. It becomes possible to make effective use of the space outside the tube, and the present invention can be effectively realized.
[0016]
The internal heat exchange distillation column according to claim 3 is a distillation of a space formed between an inner wall of the main body cylinder and a partition wall partitioning the periphery of a tube located on the outermost side of the plurality of tubes. It is characterized by not being part.
[0017]
Planar shape that makes it difficult for the gas-liquid contact state to be biased by avoiding the space formed between the inner wall of the main body cylinder and the partition wall that partitions the outer tube space around the outermost tube as a distillation section It is possible to easily form the outside region of the tube having the above, and the present invention can be further improved.
In this case, the space formed between the inner wall of the main body cylinder and the partition wall that partitions the periphery of the outermost pipe does not serve as a distillation section. The horizontal cross-sectional area of the space formed between the outer wall and the partition wall that divides the periphery of the pipe is smaller than the horizontal cross-sectional area of the main body trunk, and does not lead to an increase in the size of the facility that is problematic in practice. .
[0018]
The internal heat exchange distillation column according to
[0019]
In the case where the horizontal sectional shape of the partition region is a dodecagon or a circle, the space formed by the partition walls of three tubes adjacent to each other and not surrounding the tube is not used as a distillation part. It is possible to form a partition region having a dodecagonal shape or a circular shape in cross-section so that the gas-liquid contact state is less likely to be biased.
Note that the space that does not surround the pipes formed by the partition walls around the three adjacent pipes does not become a distillation section, so the equipment will be somewhat larger, but the horizontal cross-sectional area of the space that does not surround the pipes Is smaller than the horizontal cross-sectional area of the main body, and does not lead to an increase in the size of the facility that causes practical problems.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be shown and features thereof will be described in detail.
[0021]
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a front sectional view schematically showing the configuration of the main part of an internal heat exchange distillation column according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan sectional view.
This internal heat exchange distillation column is formed by connecting the
[0022]
In addition, a recovery unit
[0023]
On the other hand, a recovery
[0024]
In the internal heat exchange distillation column of this embodiment, as shown in FIG. 2, the outside of the pipe (space outside the pipe) 5, which is the space around the
Further, in this internal heat exchange type distillation column, the
[0025]
Further, gas / liquid is not supplied to the space (outer peripheral region) 17 formed between the inner wall of the
[0026]
In the internal heat exchange distillation column configured as described above, a
[0027]
Therefore, the amount of gas and liquid that passes through each
In addition, since the horizontal cross-sectional area of each
[0028]
[Embodiment 2]
FIG. 3 is a plan sectional view showing the internal structure of an internal heat exchange distillation column according to another embodiment (Embodiment 2) of the present invention. In FIG. 3, the parts denoted by the same reference numerals as those in FIG. 2 indicate the same or corresponding parts.
In the internal heat exchange distillation column of the second embodiment, the outside of the tube (space outside the tube) 5 that is the space around the
[0029]
Further, gas / liquid is not supplied to the space (outer peripheral region) 17 formed between the inner wall of the
Furthermore, in the internal heat exchange distillation column of the second embodiment, gas and liquid are not supplied to the
[0030]
In the internal heat exchange distillation column of the second embodiment configured as described above, a
[0031]
Therefore, the amount of gas and liquid that passes through each
Further, in the internal heat exchange distillation column of the second embodiment, since each
[0032]
Also in the case of the second embodiment, since the horizontal sectional area of each
However, in the case of the second embodiment, a
[0033]
[Embodiment 3]
FIG. 4 is a horizontal sectional view showing the internal structure of an internal heat exchange distillation column according to still another embodiment (Embodiment 3) of the present invention. In FIG. 4, the parts denoted by the same reference numerals as those in FIGS. 2 and 3 indicate the same or corresponding parts.
In the internal heat exchange distillation column of the third embodiment, the outside of the tube (space outside the tube) 5 that is the space around the
[0034]
In addition, gas and liquid are not supplied to the space (outer peripheral region) 17 formed between the inner wall of the
Furthermore, in the internal heat exchange distillation column of the third embodiment, gas and liquid are also supplied to a
[0035]
Also in the internal heat exchange distillation column configured as described above, it is possible to obtain the same effect as that of the internal heat exchange distillation column in the first and second embodiments, and the target can be obtained in the outside 5 (compartment region 16). It becomes possible to make the gas-liquid contact as designed, and to obtain a desired distillation performance.
In the internal heat exchange distillation column of the third embodiment, each
Further, in the case of the third embodiment, a
[0036]
In the first to third embodiments, the case where the shape of the partition area is a regular hexagon, a circle, and a dodecagon has been described as an example. However, the shape of the partition area is not limited to this, and the arrangement of the tubes is not limited thereto. Depending on the configuration, etc., various shapes such as a quadrangle, an octagon, and the like are possible.
[0037]
In the above embodiment, the case where the outside of the tube is the recovery unit has been described as an example, but the present invention can also be applied to an internal heat exchange distillation column configured so that the inside of the tube becomes the recovery unit. Even in this case, it is possible to obtain the same effect as in the above embodiment.
[0038]
The present invention is not limited to the above embodiment in other points, and various applications and modifications can be made within the scope of the invention.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, the internal heat exchange distillation column of the present invention (Claim 1) divides the space outside the pipes by the partition walls for each circumference of each pipe, and each region (sections) divided by the partition walls. Since the horizontal cross-sectional shape of the region is the same shape, the horizontal flow of descending liquid and rising vapor is blocked by the partition wall, and the range of the liquid flowing down the tube is limited to each partition region In addition, since the rising steam rises for each partition region using the descending liquid of a uniform liquid amount flowing down each partition region as a resistance, each tube is discharged from the lower part outside the tube filled with the packing. It is possible to supply a uniform amount of steam per tube around each compartment, i.e. around each tube. Therefore, it is possible to achieve the desired distillation performance by making the gas-liquid amount passing through each partition region the same (constant) and making the gas-liquid contact as the target design in each partition region.
In addition, since the horizontal cross-sectional area of each section area can be made sufficiently small, it is not necessary to collect and redistribute in the middle between the top and bottom of the tower, thereby avoiding complicating the equipment. can do.
[0040]
Further, as in the internal heat exchange distillation column according to claim 2, when the horizontal sectional shape of each partition region divided by the partition wall is a regular hexagonal shape, a dodecagonal shape, or a circular shape, It is possible to form a region outside the tube having a planar shape that is less likely to be biased in the contact state, and it is possible to effectively use the space outside the tube, and to effectively present the present invention. .
[0041]
Further, as in the internal heat exchange distillation column of claim 3, the space formed between the inner wall of the main body and the partition wall partitioning the outer tube space around the outermost tube is not used as a distillation part. By doing so, it becomes possible to easily form a region outside the tube having a planar shape in which the gas-liquid contact state is less likely to be biased, and the present invention can be further effectively realized.
Note that the space formed between the inner wall of the main body cylinder and the partition wall that partitions the periphery of the outermost tube does not become a distillation section, so the equipment will be somewhat larger, but it is located on the outermost side. The horizontal cross-sectional area of the space formed between the partition walls that divide the periphery of the pipe is smaller than the horizontal cross-sectional area of the main body cylinder, and the size of the equipment that is practically problematic is not increased.
[0042]
Further, as in the internal heat exchange distillation column according to
Note that the space that does not surround the pipes formed by the partition walls around the three adjacent pipes does not become a distillation section, so the equipment will be somewhat larger, but the horizontal cross-sectional area of the space that does not surround the pipes Is smaller than the horizontal cross-sectional area of the main body, and does not lead to an increase in the size of the facility that causes practical problems.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view showing a main part of an internal heat exchange distillation column according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan sectional view showing the internal structure of the internal heat exchange distillation column according to one embodiment (Embodiment 1) of the present invention.
FIG. 3 is a plan sectional view showing the internal structure of an internal heat exchange distillation column according to another embodiment (Embodiment 2) of the present invention.
FIG. 4 is a plan sectional view showing the internal structure of an internal heat exchange distillation column according to still another embodiment (Embodiment 3) of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of a conventional internal heat exchange distillation column to which the present invention relates.
[Explanation of symbols]
1
4a Filler disposed in the pipe (regular filler)
5 Outside the tube (collection unit)
5a Packing outside the pipe (regular packing)
6 Recovery
Claims (4)
少なくとも各管の周囲に充填物を配設するとともに、
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、各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)充填物が配設される前記管外側の空間を、区画壁により各管の周囲毎に分割するとともに、
(b)区画壁により分割された各領域(区画領域)の水平断面形状がそれぞれ同一形状になるようにしたこと
を特徴とする内部熱交換型蒸留塔。By connecting a plurality of tubes to the main body cylinder with both end tube plates, the inside of the main body is separated from the inside and outside of the pipe, and each of the inside and outside of the pipe has a gas-liquid inlet / outlet. ,
At least around each tube with a filling,
By differentiating the operating pressure between the inside and outside of the pipe, the operating temperature is varied, and the pipe wall of each pipe is used as a heat transfer surface to transfer heat from the high-pressure side to the low-pressure side. An internal heat exchange distillation column configured to function as a recovery unit,
(a) dividing the space outside the tube in which the filler is disposed for each tube periphery by a partition wall;
(b) An internal heat exchange distillation column characterized in that the horizontal sectional shape of each region (compartment region) divided by the partition wall is the same.
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