JP6668154B2 - 蒸留塔を備えた蒸留装置 - Google Patents

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、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圧縮装置を備えた省エネルギー型の蒸留装置に関するものである。

蒸留塔を備えた蒸留装置では、省エネルギー化を図るために、ヒートポンプとして機能する蒸気圧縮装置を設け、蒸留塔からの蒸気を圧縮昇温しリボイラーの加熱源とする構成の省エネルギー型の蒸留装置が知られている（以下の特許文献１参照）。

特開平５−２３７３０２号公報

上記従来例のような蒸留装置においては、リボイラーとして使用される蒸発器は１つであり、溶剤濃度が上昇すると、沸点が上昇してしまう。そのため、効率的に蒸留を行おうとすれば、蒸発器の伝熱面積を大きくする必要がある。蒸発器の伝熱面積を大きくすると、蒸発器の大型化を招くことになる。
そこで、溶剤濃度が上昇しても、蒸発器の大型化を抑制した蒸留装置が所望されていた。

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、溶剤濃度が上昇しても、蒸発器の大型化を抑制することができる蒸留装置を提供することである。

上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、蒸留塔と、蒸留塔の塔底部に貯留される貯留液を加熱蒸発させるリボイラーと、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圧縮装置とを備え、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蒸留塔の塔頂部に戻すように構成され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。

上記構成によれば、従来例のような１つのリボイラー（リボイラーが分割されていない構成）で濃縮された貯留液は高濃度（沸点が高い）となるのが、本発明では、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、本発明は、従来例に比べて、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、従来例に比べて本発明では蒸発負荷を小さくでき、消費動力を小さくできる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の蒸留塔を備えた蒸留装置であって、前記圧縮装置は１つの圧縮機で構成されており、前記圧縮機で圧縮された蒸気を前記一次濃縮部及び二次濃縮部にそれぞれ導入するように構成されたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の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、前記圧縮機で圧縮された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、前記圧縮機で圧縮された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。

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実施の形態１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。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の蒸留塔を備えた蒸留装置であって、前記圧縮装置は、少なくとも、前記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、前記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、前記二次圧縮機で圧縮された蒸気を前記二次濃縮部に導入すると共に、前記一次圧縮機で圧縮された蒸気を分岐して前記一次濃縮部に導入するように構成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、二次濃縮部で加熱蒸発される貯留液は、一次濃縮部で加熱蒸発される貯留液よりも濃度が高く、このために沸点上昇が大きいことから、一次濃縮部に供給する蒸気の温度よりも、二次濃縮部に供給する蒸気の温度を高くする必要がある。そこで、二次濃縮部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、一次濃縮部及び二次濃縮部の各貯留液濃度に応じた必要最小限のエネルギーで、それぞれ貯留液の蒸発濃縮を行うことができるので、省エネルギー化を図ることができる。
例えば、一次濃縮部で必要される蒸気量をＷ１、二次濃縮部で必要される蒸気量をＷ２とした場合、従来例のような１つのリボイラー（リボイラーが分割されていない構成）を使用する構成では、蒸気全量（Ｗ１＋Ｗ２）を２段圧縮する必要がある。これに対して、本発明では２段圧縮する蒸気量はＷ２のみでよい。従って、本発明は従来例に比べて省エネルギー化を図ることができる。

請求項５記載の発明は、蒸留塔の塔底部に貯留される貯留液をリボイラーで加熱蒸発させる蒸発ステップと、蒸留塔の塔頂部から供給される蒸気を圧縮装置で圧縮し、前記リボイラーに加熱源として供給する圧縮ステップと、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蒸留塔の塔頂部に戻す還流水供給ステップとを備えた蒸留方法であって、前記蒸発ステップは、少なくとも、供給される貯留液を蒸発濃縮する一次濃縮ステップと、前記一次濃縮ステップで濃縮された貯留液を更に蒸発濃縮する二次濃縮ステップとを備えていることを特徴とする。

上記構成によれば、リボイラーの伝熱面積を小さくでき、また、還流比を小さくできる。さらに、蒸留塔サイズを小さく見直すことも可能となる。

本発明によれば、溶剤濃度が上昇しても、蒸発器の伝熱面積のコンパクト化により蒸発器の大型化を抑制することができる。

実施の形態１に係る蒸留装置の全体構成図。 実施の形態２に係る蒸留装置の全体構成図。 実施の形態３に係る蒸留装置の全体構成図。 実施の形態４に係る蒸留装置の全体構成図。 実施の形態４に係る蒸留装置の第１蒸発缶１０Ａにおいて行われる高濃度発生蒸気と低濃度循環液との気液接触状態を示す模式図。 共通ヘッダーを備えた蒸発器を使用する蒸留装置の全体構成図。 共通ヘッダーを備えた蒸発器の斜視図。 共通ヘッダーを備えた蒸発器の正面図。 他の変形例に係る蒸留装置の全体構成図。 従来例に係る蒸留装置の全体構成図。

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。
（実施の形態１）
図１は実施の形態１に係る蒸留装置の全体構成図である。本実施の形態１では、蒸留装置として、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。

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するリボイラー３と、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３の加熱源とするヒートポンプとしての圧縮装置Ｒとを備える。本実施の形態１では、圧縮装置Ｒは１つの蒸気圧縮機４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。
ここで、本実施の形態１に係る蒸留装置１の特徴の概略を説明すれば、リボイラー３は、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ことである。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。
このようにリボイラー３を分割する構成によって、単一の場合（分割しない従来例に相当）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。
以下、上記の特徴的構成を含めて、蒸留装置１の具体的構成を説明する。

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、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。
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。

第１蒸発缶１０Ａ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１１Ａ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１１Ａに移送することができるように形成されている。散布器１１Ａは、原液（原液が濃縮された濃縮液を含む）を伝熱管群１３Ａの上方から伝熱管群１３Ａに向けて散布するように形成されている。また、第１蒸発缶１０Ａ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、貯留液は第１蒸発缶１０Ａ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。また、第１蒸発缶１０Ａの上部は管７２を介して蒸留塔２の塔底部に接続されており、伝熱管群１３Ａの外側で薄膜蒸発した蒸気が蒸留塔２の塔底部に供給されるようになっている。なお、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。

また、加熱器１２Ａにおけるヘッダー１４Ａ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１４Ａ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１４Ａ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。

また、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。また、第２蒸発缶１０Ｂの上部は管７６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蒸留塔２の塔底部に供給されるようになっている。

なお、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。

蒸留塔２の塔頂部は管７９を介して蒸気圧縮機４の入口側に接続され、蒸気圧縮機４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、蒸気圧縮機４の出口側は、分岐管３１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、蒸気圧縮機４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。

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１１Ａに供給され、散布器１１Ａから伝熱管群１３Ａに向かって散布される。散布器１１Ａにて散布された循環液は、伝熱管群１３Ａの表面で薄膜蒸発し、蒸気が発生する。この蒸気は蒸留塔２の塔底部に供給され、蒸留塔２内を上昇する。

一方、ヘッダー１４Ａ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蒸気圧縮機４に導かれる。蒸気圧縮機４では、供給された蒸気を圧縮昇温し、リボイラー３の熱源とする。即ち、蒸気圧縮機４に導かれた蒸気は、蒸気圧縮機４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。

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、第１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。

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、蒸気圧縮機４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。

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。

このようにして、本実施の形態では、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、本実施の形態は、従来例に比べて、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。

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。

（実施の形態２）
図２は実施の形態２に係る蒸留装置の全体構成図である。上記実施の形態１では、圧縮装置は１つの圧縮機４で構成されており、圧縮機４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、本実施の形態では、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４Ａと、一次圧縮機４Ａで圧縮された蒸気を更に圧縮する二次圧縮機４Ｂとを備え、二次圧縮機４Ｂで圧縮された蒸気を分岐して管４０Ｂを介して第２蒸発缶１０Ｂに導入すると共に、一次圧縮機４Ａで圧縮された蒸気を分岐して管４０Ａを介して第１蒸発缶１０Ａに導入するように構成されている。

本実施の形態２に係る蒸留装置の動作は、一次圧縮機４Ａで圧縮された蒸気を二次圧縮機４Ｂ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１に係る蒸留装置の動作と同様である。

上記の如く、第２蒸発缶１０Ｂに供給される蒸気のみを二次圧縮機４Ｂ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。

例えば、第１蒸発缶１０Ａで必要される蒸気量をＷ１、第２蒸発缶１０Ｂで必要される蒸気量をＷ２とした場合、従来例のような１つのリボイラー（リボイラーが分割されていない構成）を使用する構成では、蒸気全量（Ｗ１＋Ｗ２）を２段圧縮する必要がある。これに対して、実施の形態では２段圧縮する蒸気量はＷ２のみでよい。従って、本発明は従来例に比べて省エネルギー化を図ることができる。

（実施の形態３）
図３は実施の形態３に係る蒸留装置の全体構成図である。本実施の形態３では、リボイラーは３分割され、第１蒸発缶１０Ａ、第２蒸発缶１０Ｂ、及び第３蒸発缶１０Ｃを備える。更に、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４Ａと、一次圧縮機４Ａで圧縮された蒸気を更に圧縮する二次圧縮機４Ｂと、二次圧縮機４Ｂで圧縮された蒸気を更に圧縮する三次圧縮機４Ｃとを備え、三次圧縮機４Ｃで圧縮された蒸気を管４０Ｃを介して第３蒸発缶１０Ｃに導入すると共に、二次圧縮機４Ｂで圧縮された蒸気を分岐して管４０Ｂを介して第２蒸発缶１０Ｂに導入し、一次圧縮機４Ａで圧縮された蒸気を分岐して管４０Ａを介して第１蒸発缶１０Ａに導入するように構成されている。なお、第２蒸発缶１０Ｂの周辺の配管状態は、実施の形態１における第２蒸発缶１０Ｂの周辺の配管状態と基本的には同様である。

リボイラーを２分割する構成の場合における貯留液の沸点が更に上昇するような場合は、本実施の形態のようにリボイラーを３分割又はそれ以上に分割する構成とすることにより、省エネルギー化が達成される。

（実施の形態４）
図４は実施の形態４に係る蒸留装置の全体構成図である。上記実施の形態１、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、本実施の形態４では管８２を介して第１蒸発缶１０Ａの底部に供給するように構成されている。このような構成により、第１蒸発缶１０Ａにおいて、図５に示すように、底部に供給される高濃度発生蒸気Ｅと、散布器１１Ａから散布される低濃度循環液Ｆとが気液接触して、低濃度循環液Ｆ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ようになっている。このように本実施の形態４では、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Ｆ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。
なお、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。

（その他の事項）
（１）上記実施の形態１では、２つの蒸発缶を備えていたが、実施の形態２，３に則した３以上の蒸発缶で構成してもよい。

（２）上記実施の形態１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６〜図８に示すように共通ヘッダー１４，１５を備えた構成であってもよい。ここで、図６は共通ヘッダーを備えた蒸発器を使用する蒸留装置の全体構成図、図７は共通ヘッダーを備えた蒸発器の斜視図、図８は共通ヘッダーを備えた蒸発器の正面図である。なお、図６は図７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１は、図７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６と図１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８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６〜図８を参照して概略を説明する。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１４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１５が設けられている。共通ヘッダー１４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１５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６、図７において８０Ａは圧縮機４からの加熱蒸気を共通ヘッダー１４に導く管であり、図１の管８０，８１に代えて用いられている。
このように、図６〜図８に示す蒸留装置では、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１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。
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、実施の形態２のような一次圧縮機４Ａと二次圧縮機４Ｂを使用し、蒸発缶１０Ａには一次圧縮機４Ａからの圧縮蒸気を、蒸発缶１０Ｂには二次圧縮機４Ｂからの圧縮蒸気（一次圧縮機４Ａ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。

（３）上記実施の形態２では、圧縮装置を２つの圧縮機４Ａ，４Ｂで構成すると共に、それら２つの圧縮機４Ａ，４Ｂを直列接続するように構成したけれども、図９に示すように２つの圧縮機４Ｄ，４Ｅを並列接続するように構成してもよい。図９を参照して概略を説明すると、蒸留塔２の塔頂部は圧縮機４Ｄを介して第１蒸発缶１０Ａに接続されており、蒸留塔２の塔頂部は圧縮機４Ｅを介して第２蒸発缶１０Ｂに接続されている。このような構成により、蒸留塔２の塔頂部から取り出された蒸気は、圧縮機４Ｄ，４Ｅにそれぞれ個別に供給され、圧縮機４Ｄ，４Ｅで圧縮昇温される。そして、圧縮機４Ｄからの加熱蒸気は第１蒸発缶１０Ａに供給され、圧縮機４Ｅからの加熱蒸気は第２蒸発缶１０Ｂに供給される。このように、直列接続の場合には２段圧縮が行われるが、並列接続の場合は１段圧縮のみであるので、直列接続の場合に比べて並列接続の場合の方が消費動力は大きいという欠点は存在する。しかし、並列接続の場合であっても、少なくともリボイラーは分割されているので、リボイラーが分割されていない従来例に比べれば、省エネルギー化が図れるという利点を有している。

（４）上記実施の形態１−４では、原液は低濃度リボイラーに投入されたが、本発明はこれに限定されるものではなく、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。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

本願発明者は、図１０に示すリボイラーが分割されていない通常の蒸留装置（以下、従来例蒸留装置Ｙと称する）と、リボイラーが２分割された実施の形態２の蒸留装置（以下、本発明蒸留装置Ｘと称する）とについて、以下の条件下で還流比、蒸発缶の伝熱面積、圧縮機の消費動力を算出したので、その結果を表１に示す。

なお、従来例蒸留装置Ｙの概要を、図１０を参照して説明する。従来例蒸留装置Ｙは、多段の蒸留塔２と、リボイラー３と、ヒートポンプとしての圧縮装置Ｒとを備える。リボイラー３は１つの蒸発缶１０で構成されている。圧縮装置Ｒは２つの圧縮機４で構成されている。その他の構成で実施の形態２の蒸留装置に対応する部分は同一の参照符号を付す。

［条件］
蒸発缶１０で加熱蒸発される貯留液の濃度： ６０ｗｔ％
蒸発缶１０Ａで加熱蒸発される貯留液の濃度： ３０ｗｔ％
蒸発缶１０Ｂで加熱蒸発される貯留液の濃度： ６０ｗｔ％
ＭＮＰを含有する原液量： ８５００ｋｇ／ｈｒ
原液のＭＮＰ濃度： １６ｗｔ％
濃縮液量： ２２６７ｋｇ／ｈｒ
濃縮液のＭＮＰ濃度： ６０ｗｔ％
凝縮水量： ６２３３ｋｇ／ｈｒ
凝縮水のＭＮＰ濃度： １００ｐｐｍ以下

上記表１において、従来例蒸留装置Ｙの還流比をＡ１、従来例蒸留装置Ｙの伝熱面積をＡ２（ｍ^２）、従来例蒸留装置Ｙの圧縮機の消費動力をＡ３（ｋＷ）とした場合に対する、本発明蒸留装置Ｘの還流比、本発明蒸留装置Ｘの伝熱面積（具体的には、蒸発缶１０Ａの伝熱面積と蒸発缶１０Ｂの伝熱面積の総和）、本発明蒸留装置Ｘの圧縮機の消費動力（具体的には、圧縮機４Ａにおける消費動力と圧縮機４Ｂにおける消費動力の総和）を示している。

(算出結果の検討)
表１より、従来例蒸留装置Ｙの還流比に対する本発明蒸留装置Ｘの還流比は、０．７０３であり、従来例蒸留装置Ｙの伝熱面積に対する本発明蒸留装置Ｘの伝熱面積は、０．６２８であり、従来例蒸留装置Ｙの消費動力に対する本発明蒸留装置Ｘの消費動力は、０．７１３である。このことから、従来例蒸留装置Ｙよりも本発明蒸留装置Ｘの方が、還流比、蒸発缶の伝熱面積、及び圧縮機の消費動力のいずれもが小さくなっていることが認められる。

本発明は、蒸留塔の塔頂部からの蒸気を、蒸気圧縮機を使用してリボイラーの加熱源に再利用する省エネルギー型の蒸留装置に適用することが可能である。

１：蒸留装置 ２：蒸留塔
３：リボイラー（水平管式熱交換器） ４：圧縮機
４Ａ：一次圧縮機 ４Ｂ：二次圧縮機
１０Ａ：第１蒸発缶 １０Ｂ：第２蒸発缶

Claims (5)

1. 蒸留塔と、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、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圧縮装置とを備え、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、還流水として蒸留塔の塔頂部に戻すように構成され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蒸留塔を備えた蒸留装置。
2. 前記圧縮装置は１つの圧縮機で構成されており、前記圧縮機で圧縮された蒸気を前記一次濃縮部及び二次濃縮部にそれぞれ導入するように構成された請求項１記載の蒸留塔を備えた蒸留装置。
3. 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、前記圧縮機で圧縮された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、前記圧縮機で圧縮された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２記載の蒸留塔を備えた蒸留装置。
4. 前記圧縮装置は、少なくとも、前記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、前記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、
   前記二次圧縮機で圧縮された蒸気を前記二次濃縮部に導入すると共に、前記一次圧縮機で圧縮された蒸気を分岐して前記一次濃縮部に導入するように構成されている請求項１記載の蒸留塔を備えた蒸留装置。
5. 蒸留塔の塔底部に貯留される貯留液をリボイラーで加熱蒸発させる蒸発ステップと、蒸留塔の塔頂部から供給される蒸気を圧縮装置で圧縮し、前記リボイラーに加熱源として供給する圧縮ステップと、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蒸留塔の塔頂部に戻す還流水供給ステップとを備えた蒸留方法であって、
   前記蒸発ステップは、少なくとも、供給される貯留液を蒸発濃縮する一次濃縮ステップと、前記一次濃縮ステップで濃縮された貯留液を更に蒸発濃縮する二次濃縮ステップとを備えていることを特徴とする蒸留方法。
   

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