JP6612999B1 - 蒸留装置 - Google Patents
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Abstract
Description
高沸点成分と低沸点成分とを含有する液の蒸留を行い、前記低沸点成分を主成分とする第3塔頂ベーパと、前記低沸点成分よりも前記高沸点成分を高い割合で含有する第3塔底液に分離する第3蒸留塔であって、下記塔頂コンデンサにおける凝縮液の一部が還流液として塔頂に還流されるように構成された第3蒸留塔と、
前記第3蒸留塔が備える第3リボイラであって、前記高沸点成分と前記低沸点成分とを含有する原料液の一部と、当該第3リボイラにおいて蒸発させた後の液と、前記第3塔底液との混合液を加熱して蒸発させたベーパを前記第3蒸留塔の塔底に供給する第3リボイラと、
前記第3蒸留塔の塔頂から取り出される前記低沸点成分を主成分とする前記第3塔頂ベーパを塔頂コンデンサ用循環冷却水により冷却して凝縮させた、前記低沸点成分を主成分とする凝縮液のうちの一部が前記第3蒸留塔に還流され、前記第3蒸留塔に還流される前記一部を除いた残部が留出液として回収されるように構成された塔頂コンデンサと、
前記塔頂コンデンサにおいて前記第3塔頂ベーパの冷却に用いられて昇温した前記塔頂コンデンサ用循環冷却水の一部から熱回収を行うとともに、回収した熱を電力により温度レベルを上げて前記第3リボイラに第3リボイラ用高温水として供給するように構成された第3ヒートポンプと、
前記第3リボイラにおいて蒸発させた後の液と、前記第3塔底液との混合液の一部が塔頂から供給され、かつ、下記第2リボイラにおいて蒸発したベーパが塔底から供給されることにより蒸留が行われて、塔頂から第2塔頂ベーパが取り出され、塔底から第2塔底液が取り出されるとともに、前記第2塔頂ベーパが前記第3蒸留塔の塔底に供給されるように構成された第2蒸留塔と、
前記第2蒸留塔が備える第2リボイラであって、前記原料液のうちの、前記第3リボイラに供給された一部を除いた残部と、当該第2リボイラにおいて蒸発させた後の液と、前記第2塔底液との混合液を加熱して蒸発させたベーパを前記第2蒸留塔の塔底に供給する第2リボイラと、
前記塔頂コンデンサにおいて前記第3塔頂ベーパの冷却に用いられて昇温した前記塔頂コンデンサ用循環冷却水のうち、前記第3ヒートポンプに送られた一部と下記第1ヒートポンプに送られる他の一部とを除いた残部から熱回収を行うとともに、回収した熱を電力により温度レベルを上げて前記第2リボイラに第2リボイラ用高温水として供給するように構成された第2ヒートポンプと、
前記第2リボイラにおいて蒸発させた後の液と、前記第2塔底液との混合液の一部が塔頂から供給され、かつ、下記第1リボイラにおいて蒸発したベーパが塔底から供給されることにより、塔頂から取り出される第1塔頂ベーパと、塔底から取り出される、前記低沸点成分をほとんど含まない第1塔底液とに分離されるとともに、前記第1塔頂ベーパが前記第2蒸留塔の塔底に供給されるように構成された第1蒸留塔と、
前記第1塔底液を循環させて加熱・蒸発させ、前記第1蒸留塔の塔底に供給する第1リボイラと、
前記塔頂コンデンサにおいて前記第3塔頂ベーパの冷却に用いられて昇温した前記塔頂コンデンサ用循環冷却水のうち、前記第3ヒートポンプに送られた一部と前記第2ヒートポンプに送られた他の一部を除いた残部から熱回収を行うとともに、回収した熱を電力により温度レベルを上げて前記第1リボイラに第1リボイラ用高温水として供給するように構成された第1ヒートポンプと、
前記第3ヒートポンプで温度レベルを上げて前記第3リボイラに供給される前記第3リボイラ用高温水の温度が、前記塔頂コンデンサにおいて前記第3塔頂ベーパの冷却に用いられて昇温した前記塔頂コンデンサ用循環冷却水の温度よりも15℃以上40℃以下の範囲で高く、前記第2ヒートポンプで温度レベルを上げて前記第2リボイラに供給される前記第2リボイラ用高温水の温度が、前記塔頂コンデンサにおいて前記第3塔頂ベーパの冷却に用いられて昇温した前記塔頂コンデンサ用循環冷却水の温度よりも25℃以上50℃以下の範囲で高く、前記第1ヒートポンプで温度レベルを上げて前記第1リボイラに供給される前記第1リボイラ用高温水の温度が、前記塔頂コンデンサにおいて前記第3塔頂ベーパの冷却に用いられて昇温した前記塔頂コンデンサ用循環冷却水の温度よりも30℃以上60℃以下の範囲で高いという条件が満たされる操作圧となるように、前記塔頂コンデンサを経て真空吸引し、系内を減圧にする真空ポンプと
を備え、
前記第3ヒートポンプおよび前記第2ヒートポンプのCOPの値が、それぞれ、前記第1ヒートポンプのCOPの値より0.5以上大きくなるように構成されていること
を特徴としている。
通常、蒸留塔では、蒸留の対象となる液体の組成と操作圧力が決定されると、固有の物性値により塔頂と塔底の温度が定まる。
(a)第3蒸留塔3における、塔頂コンデンサ21で用いられて昇温した塔頂コンデンサ用循環冷却水(昇温冷却水)(39℃)と、昇温した塔頂コンデンサ用循環冷却水からヒートポンプで回収した熱により昇温させた、第3蒸留塔に対応する第3リボイラに供給されるリボイラ用高温水(65℃)との温度差を26℃(65℃−39℃=26℃)と最も小さくして、第3ヒートポンプHP3のCOPを最も大きくする(COP=6.8)ことが可能になるとともに、
(b)第2蒸留塔2についても、上述の温度差(73℃−39℃=34℃)を、第1蒸留塔1における温度差(85℃−39℃=46℃)より小さくすることが可能になり、第2ヒートポンプHP2のCOP(=5.6)を、第1蒸留塔1における第1ヒートポンプHP1のCOP(=3.7)より大きくすることが可能になる。
(1)第3蒸留塔3における上記温度差を最も小さくし、
(2)第2蒸留塔2における上記温度差を第3蒸留塔3における上記温度差より大きく、かつ、第1蒸留塔1における上記温度差よりも小さくするためには、
低沸点成分の濃度(高沸点成分と低沸点成分の割合)を適切な濃度(中間濃度)に調整することが必要になる。そのため、本実施形態においては、原料液の、第3リボイラ13と、第2リボイラ12への供給割合を適切に制御することにより、適切な割合で供給するようにしている。
(1)ヒートポンプを用いずに蒸気を熱エネルギーとして用いた従来の蒸気式の蒸留装置と、
(2)本発明のように蒸留塔を3塔に分けずに1塔式として、蒸留塔の塔頂ベーパからヒートポンプを用いて熱回収を行うようにした蒸留装置(この場合のヒートポンプのCOPは約3.7)と、
(3)蒸留塔を3塔に分けた、上記実施形態にかかる蒸留装置100と、
のそれぞれのエネルギー消費量を示す。
原料液供給量:10000kg/hr(メタノール濃度50wt%)
回収液 :5025kg/hr (メタノール99.5wt%)
年間稼働時間:8000時間
電力12円/kW
蒸気:5000円/1000kg
2 第2蒸留塔
3 第3蒸留塔
11 第1リボイラ
12 第2リボイラ
13 第3リボイラ
21 塔頂コンデンサ
31 真空ポンプ
32 吸引ライン
41 予熱器
51 冷却塔
54 冷却水循環ポンプ
61 第1循環ポンプ
62 第2循環ポンプ
63 第3循環ポンプ
64 還流ポンプ
71 第1温水循環ポンプ
72 第2温水循環ポンプ
73 第3温水循環ポンプ
81 第1冷水循環ポンプ
82 第1冷水循環ポンプ
83 第1冷水循環ポンプ
100 蒸留装置
HP1 第1ヒートポンプ
HP2 第2ヒートポンプ
HP3 第3ヒートポンプ
Claims (10)
- 高沸点成分と低沸点成分とを含有する液の蒸留を行い、前記低沸点成分を主成分とする第3塔頂ベーパと、前記低沸点成分よりも前記高沸点成分を高い割合で含有する第3塔底液に分離する第3蒸留塔であって、下記塔頂コンデンサにおける凝縮液の一部が還流液として塔頂に還流されるように構成された第3蒸留塔と、
前記第3蒸留塔が備える第3リボイラであって、前記高沸点成分と前記低沸点成分とを含有する原料液の一部と、当該第3リボイラにおいて蒸発させた後の液と、前記第3塔底液との混合液を加熱して蒸発させたベーパを、前記第3蒸留塔の塔底に供給する第3リボイラと、
前記第3蒸留塔の塔頂から取り出される前記低沸点成分を主成分とする前記第3塔頂ベーパを塔頂コンデンサ用循環冷却水により冷却して凝縮させた、前記低沸点成分を主成分とする凝縮液のうちの一部が前記第3蒸留塔に還流され、前記第3蒸留塔に還流される前記一部を除いた残部が留出液として回収されるように構成された塔頂コンデンサと、
前記塔頂コンデンサにおいて前記第3塔頂ベーパの冷却に用いられて昇温した前記塔頂コンデンサ用循環冷却水の一部から熱回収を行うとともに、回収した熱を電力により温度レベルを上げて前記第3リボイラに第3リボイラ用高温水として供給するように構成された第3ヒートポンプと、
前記第3リボイラにおいて蒸発させた後の液と、前記第3塔底液との混合液の一部が塔頂から供給され、かつ、下記第2リボイラにおいて蒸発したベーパが塔底から供給されることにより蒸留が行われて、塔頂から第2塔頂ベーパが取り出され、塔底から第2塔底液が取り出されるとともに、前記第2塔頂ベーパが前記第3蒸留塔の塔底に供給されるように構成された第2蒸留塔と、
前記第2蒸留塔が備える第2リボイラであって、前記原料液のうちの、前記第3リボイラに供給された一部を除いた残部と、当該第2リボイラにおいて蒸発させた後の液と、前記第2塔底液との混合液を加熱して蒸発させたベーパを、前記第2蒸留塔の塔底に供給する第2リボイラと、
前記塔頂コンデンサにおいて前記第3塔頂ベーパの冷却に用いられて昇温した前記塔頂コンデンサ用循環冷却水のうち、前記第3ヒートポンプに送られた一部と下記第1ヒートポンプに送られる他の一部とを除いた残部から熱回収を行うとともに、回収した熱を電力により温度レベルを上げて前記第2リボイラに第2リボイラ用高温水として供給するように構成された第2ヒートポンプと、
前記第2リボイラにおいて蒸発させた後の液と、前記第2塔底液との混合液の一部が塔頂から供給され、かつ、下記第1リボイラにおいて蒸発したベーパが塔底から供給されることにより、塔頂から取り出される第1塔頂ベーパと、塔底から取り出される、前記低沸点成分をほとんど含まない第1塔底液とに分離されるとともに、前記第1塔頂ベーパが前記第2蒸留塔の塔底に供給されるように構成された第1蒸留塔と、
前記第1塔底液を循環させて加熱・蒸発させ、前記第1蒸留塔の塔底に供給する第1リボイラと、
前記塔頂コンデンサにおいて前記第3塔頂ベーパの冷却に用いられて昇温した前記塔頂コンデンサ用循環冷却水のうち、前記第3ヒートポンプに送られた一部と前記第2ヒートポンプに送られた他の一部を除いた残部から熱回収を行うとともに、回収した熱を電力により温度レベルを上げて前記第1リボイラに第1リボイラ用高温水として供給するように構成された第1ヒートポンプと、
前記第3ヒートポンプで温度レベルを上げて前記第3リボイラに供給される前記第3リボイラ用高温水の温度が、前記塔頂コンデンサにおいて前記第3塔頂ベーパの冷却に用いられて昇温した前記塔頂コンデンサ用循環冷却水の温度よりも15℃以上40℃以下の範囲で高く、前記第2ヒートポンプで温度レベルを上げて前記第2リボイラに供給される前記第2リボイラ用高温水の温度が、前記塔頂コンデンサにおいて前記第3塔頂ベーパの冷却に用いられて昇温した前記塔頂コンデンサ用循環冷却水の温度よりも25℃以上50℃以下の範囲で高く、前記第1ヒートポンプで温度レベルを上げて前記第1リボイラに供給される前記第1リボイラ用高温水の温度が、前記塔頂コンデンサにおいて前記第3塔頂ベーパの冷却に用いられて昇温した前記塔頂コンデンサ用循環冷却水の温度よりも30℃以上60℃以下の範囲で高いという条件が満たされる操作圧となるように、前記塔頂コンデンサを経て真空吸引し、系内を減圧にする真空ポンプと
を備え、
前記第3ヒートポンプおよび前記第2ヒートポンプのCOPの値が、それぞれ、前記第1ヒートポンプのCOPの値より0.5以上大きくなるように構成されていること
を特徴とする蒸留装置。 - 前記第3ヒートポンプおよび前記第2ヒートポンプのCOPの値が、それぞれ、前記第1ヒートポンプのCOPの値より1.0以上大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項1記載の蒸留装置。
- 前記第3ヒートポンプおよび前記第2ヒートポンプとして、COPの値が4.0以上8.0以下のヒートポンプが用いられるように構成されていることを特徴とする請求項1または2記載の蒸留装置。
- 前記第3蒸留塔および前記第2蒸留塔の塔径よりも前記第1蒸留塔の塔径の方が小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の蒸留装置。
- 前記原料液が、前記低沸点成分を30wt%〜70wt%の範囲で含有し、前記高沸点成分を70wt%〜30wt%の範囲で含有していることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の蒸留装置。
- 前記原料液の前記第3リボイラと前記第2リボイラへの供給割合を制御することにより、前記第3蒸留塔と前記第2蒸留塔における低沸点成分と高沸点成分の割合を調整する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1〜5のいずれかに記載の蒸留装置。
- 前記原料液のうち、前記第3リボイラに供給される前記原料液の割合が、全原料液の45wt%〜90wt%、前記第2リボイラに供給される前記原料液の割合が、全原料液から前記第3リボイラに供給される前記原料液を除いた残部となるように構成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の蒸留装置。
- 前記低沸点成分が有機溶剤であり、前記高沸点成分が水であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の蒸留装置。
- 前記低沸点成分と前記高沸点成分が、いずれも有機溶剤であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の蒸留装置。
- 前記原料液における低沸点成分がメタノール、高沸点成分が水であり、前記メタノールと前記水とをそれぞれ50wt%ずつ含有している場合において、前記第3リボイラに供給される前記原料液の割合が、全原料液の60wt%〜80wt%、前記第2リボイラに供給される前記原料液の割合が、全原料液から前記第3リボイラに供給される前記原料液を除いた残部となるように構成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の蒸留装置。
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