JPH0236561Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は減圧下で運転される蒸留装置に関し、
詳しくは減圧蒸留塔底部から取り出した液を送り
込んで再加熱した後再び蒸留塔に戻すようにした
リボイラーを有する減圧蒸留装置に関する。

この種の減圧蒸留装置のリボイラーシステムは
図に示す如く構成され、減圧蒸留塔底部１の液は
リボイラー（再沸器）２にポンプ３を用いて供給
され、液は伝熱管６内を上昇する間に該伝熱管６
外側空間に供給された水蒸気、ホツトオイル等の
熱媒体と熱交換して加熱蒸発されて減圧蒸留塔底
部１に戻される。

かかるリボイラーシステムにおいて、一般に減
圧蒸留塔底部１の液は沸点近くに達しているがリ
ボイラー２内では液のヘツド圧とポンピング圧力
並びに配管及び伝熱管等における摩擦損失によつ
て圧力が高められて沸点が上昇するために、液の
温度を沸点にまで加熱するための顕熱帯が存在す
る。図では液面７下の伝熱部分が顕熱帯である。
リボイラー２が減圧下で運転される場合には液の
ヘツド及び圧力損失の影響が顕著であり、前記顕
熱帯が長くなる。

顕熱帯は蒸発帯に比べると伝熱係数が小さいの
が普通であり、この部分の長い減圧下運転のリボ
イラーは伝熱効果が小さい。特に、ポンプ３を用
いずに伝熱管６内の沸騰液によるサーモサイフオ
ン効果を利用して液を自然循環させるようにした
ものは、液が例えばレイノルズ数3000以下或いは
4200以下の層流域または遷移域にて運転される場
合があり、このような運転下では上述の液の圧力
損失の影響がより顕著であることも手伝つて伝熱
係数がより小さくなつてさらに伝熱効果が劣り勝
ちである。

このため、従来熱交換面積及び循環液量の大き
な伝熱管６が必要であり、リボイラー２自体が大
型になり、ポンプ３を使用する場合でもポンプ容
量を大きくしなければならない等設置費や運転費
が嵩むという欠点があつた。

さらに、減圧下で運転される蒸留塔において
は、蒸留塔にもれ込んだ空気及び該蒸留塔に供給
されるフイード（原料）流体に溶存している非凝
縮性気体を系外に排気するための真空装置が設け
られている。この真空装置の能力は、もれ込み空
気量やフイード流体中の溶存非凝縮性気体量を的
確に把握することが不可能なため、実際に必要と
される敗気量よりも排気能力が過大であるのが普
通であり、この能力と実際の必要排気量の差を何
らかの手段で調整しないと、蒸留塔の圧力が下が
りすぎ、蒸留塔の頂塔凝縮器で十分に塔頂蒸気の
凝縮が行なえなくなる等の問題が生ずる。

そこで、本考案は以上のような従来の実情に鑑
み、リボイラー上流の被加熱流体通路内に難凝縮
性または非凝縮性気体を混入することによりリボ
イラー内の被加熱流体の分圧を下げ、それによつ
て被加熱流体の沸点を下げ、上記顕熱帯の長さを
縮めると共に乱流を生ぜしめて伝熱管における伝
熱係数を高め、さらにリボイラーから加熱された
被加熱流体を上記難凝縮性または非凝縮性の気体
と共に減圧蒸留塔に戻すことによつて減圧蒸留塔
の各蒸留段における蒸発成分の分圧を下げて蒸留
温度を下げ、その結果蒸留系における比揮発度を
大きくし、蒸留塔の精留度を上げたり、蒸留塔全
体の必要熱量を小さく出来る等の蒸留操作を容易
となすと共に、減圧蒸留塔の圧力調整を行ない得
る上記従来の欠点を解消した減圧蒸留装置を提供
するものである。

以下、本考案の一実施例を図に基づいて説明す
る。

図は本考案に係る塔頂圧力が大気圧未満の圧力
で炭化水素等を処理する減圧蒸留装置を示し、１
は減圧蒸留塔底部で、内部には被加熱液である塔
底液が入つている。２は該減圧蒸留塔底部１と並
設されたリボイラーで、筒状の縦型シエル２Ａと
上・下両端の仕切壁２ａとによつて、中間部分に
仕切空間Ａが形成されている。６は仕切空間Ａの
縦方向に複数配列された縦型伝熱管で、夫々両端
開口部が前記上・下の仕切壁２ａに貫通支持され
てリボイラー２本体のチユーブ側空間Ｂ，Ｃに連
通するように取り付けられている。８及び９はシ
エル２Ａ側壁上・下部に夫々設けられた水蒸気、
ホツトオイル等の熱媒体入口及び出口、１２は減
圧蒸留塔底部１底壁の液出口１ａからリボイラー
２本体底壁の液入口２ｂに向かうように配管され
た供給路としての液供給管、３は該液供給管１２
に介装されたポンプ、１４はリボイラー２本体上
部側壁の液及び蒸気の出口１２ｃから減圧蒸留塔
底部１側壁の液及び蒸気の入口１ｂに向うように
配管された流路としての管である。

そして、１３は減圧蒸留装置の運転圧力、温度
下では凝縮せず、かつ、液と不利益な反応を起さ
ない窒素ガスや炭酸ガスなどの非凝縮性気体を、
ポンプ３下流側の液供給管１２Ｂ内に混入するた
めの気体供給装置で、１３Ａは図示しない気体導
入源から導びかれて、液供給管１２Ｂに接続され
た気体供給通路としての気体供給管、１２Ａはポ
ンプ３上流側の液供給管、１０は気体供給量の調
節を行う調節弁であり、１１は流量計で、夫々気
体供給管１３Ａに介装連結されている。

かかる構成において、減圧蒸留塔底部１内の液
はポンプ３の作動により液出口１ａから液供給管
１２を介して液入口２ｂに至りリボイラー２下部
のチユーブ側空間Ｃに供給され、ここから液は各
伝熱管６に入つてこの中を上昇する間に、シエル
側空間Ａに循環供給される熱媒体と熱交換されて
加熱蒸発し、リボイラー２上部のチユーブ側空間
Ｂから管１４を介して再び減圧蒸留塔底部１に戻
され、このような循環が繰り返しなされる。

ここで、気体供給管１３Ａを介して窒素等非凝
縮性気体を調節弁１０によつて流量を調整しなが
ら所定量づつ液供給管１２Ｂに注入すると、この
気体は液に混入してチユーブ側空間Ｃに入り、小
さな気泡となり液との比重差によつて該液よりも
大きい速度で伝熱管６内を上昇する。

この時、伝熱管６内部においては、リボイラー
２本体上部側壁の液及び蒸気の出口２Ｃから減圧
蒸留塔底部１側壁の液及び蒸気の入口１ｂに向か
つて管１４が接続されている関係から、混入され
た気体量に応じて下式に従つて被加熱流体の分圧
が低下する。

P_V＝π×y_V／y_V＋y_N 但し、P_V：蒸発成分の分圧（mmＨｇ） π：全体の圧力（mmＨｇ） y_V：蒸発ガス量（Kg／mol／ｈ） y_N：非凝縮性気体混入量（Kg／mol／ｈ） 即ち、蒸発成分の蒸気圧が蒸発成分の分圧P_V
と等しくなる温度が蒸発温度（沸点）T_Vである
ので非凝縮性気体混入量y_Nが増大すると蒸発成分
の分圧P_Vが減少し蒸発温度T_Vを低くなる。また
気泡周囲の液は気泡の上昇によつて撹拌され、こ
の現象が伝熱管６の管壁付近で起こつて該管壁付
近が乱流となる。

この結果、次式の伝熱管６における伝熱係数Ｕ
（Kcal／m²ｈ℃）及び熱媒体と蒸発温度T_Vとの差
ΔT（℃）が増大し、リボイラー２において極め
て効率の良い熱交換が行えるわけである。

Ｑ＝UAΔT 但し、Ｑ：伝熱熱量（Kcal／ｈ Ａ：伝熱面積（m²） 伝熱管６を上昇した非凝縮性気体は、加熱され
て蒸発した被加熱流体と共に管１４を介して減圧
蒸留塔底部１に入る。この非凝縮性気体は、図示
しないトレイを通つて塔頂に至る間に、前述した
式によつて各蒸留段における蒸発成分の分圧を下
げ蒸発温度を下げるので、その結果蒸留系におけ
る比揮発度を大きくし蒸留成分の分離を容易にす
るので、蒸留塔の精留度を上がたり、蒸留塔の段
数を少なくしたり、さらには蒸留の必要熱量を小
さくできる等の蒸留操作を容易となすと共に減圧
蒸留塔の減圧度を調節する。

この減圧度の調整は、減圧蒸留塔に漏れ込んだ
空気や該蒸留塔に供給されるフイード（原料）流
体に溶存している非凝縮性気体等を系外に排出す
るために設けられた真空装置が、実際の漏れ込み
空気量やフイード流体の溶存非凝縮性気体量等を
的確に把握することが不可能なため、必要とされ
る排気量よりも過大になつているために行なうも
ので、これを前述の非凝縮性気体を供給する気体
供給管１３Ａに設けられた調節弁１０によつて、
リボイラー２を介して減圧蒸留塔に流れる非凝縮
性気体流量を調節することによりなされる。

上記構成によれば、気体供給管１３Ａを減圧蒸
留装置の液供給管１２Ｂに接続配管するだけで目
的を達成することができるから、既設の減圧蒸留
装置にも極めて容易に適用できるという利点があ
る。

なお、上記実施例においては塔底液をポンプ３
を使用してリボイラー２に循環させる例を示した
が、ポンプ３を使用せずり伝熱管６に自然循環さ
せる減圧蒸留装置、例えばレイノルズ数4200以下
好ましくは3000以下の遷移域若しくは層流域でリ
ボイラーが運転されるものに使用すればその効果
を格別に発揮させることができる。更に、本実施
例においては、窒素ガスや炭酸ガスなどの非凝縮
性気体を用いる場合を説明したが、減圧蒸留装置
の運転圧力、温度条件では凝縮せず被加熱流体と
不利益な反応を起さない軟質炭化水素類やスチー
ム等の凝縮しにくい難凝縮性気体でもさしつかえ
ない。

以上説明したように、本考案によれば、減圧蒸
留装置におけるリボイラーに被加熱流体である塔
底液を供給する供給配管途中に難凝縮性または非
凝縮性の気体を混入するようにした簡単な改良に
より、被加熱流体の分圧を下げ、それによつて被
加熱流体の沸点を下げ、リボイラー内の顕熱帯の
長さを縮めると共に、前記気体の気泡による撹拌
で伝熱管付近の液が乱流となり、伝熱管内の被加
熱流体の伝熱係数を増大させることができる。

さらに、リボイラーから減圧蒸留塔内に返送さ
れた前記気体により、各蒸留段の蒸発成分の分圧
を下げて蒸留温度を下げ、蒸留成分系における比
揮発度を大きくし蒸留成分の分離を容易にするこ
とができると共に、減圧蒸留塔の減圧度を調整す
ることができる。

この結果、リボイラーの熱交換性能を大幅に向
上でき、従来のように過大な熱交換面積が不要と
なり、リボイラー自体を小型化できると共に従来
使用していた液循環用のポンプの容量低減或いは
ポンプの削減を図れるので、設備費並びに運転費
の低減が図れ、また、減圧蒸留塔内に流入した難
凝縮性または非凝縮性の気体により蒸留成分の分
離を容易にでき、さらに減圧蒸留塔の減圧度を調
整することができるので、蒸留塔の精留度を上げ
たり、必要蒸留段数を少なくしたり、蒸留塔全体
の必要熱量を小さくしたりでき、さらに、減圧蒸
留装置の減圧度を調整する装置を非常に小さく或
いは削減することができる。しかも、既設の減圧
蒸留装置にも極めて容易な配管作業で気体供給装
置を設けることができるのである。

【図面の簡単な説明】

図は本考案に係る減圧蒸留装置の一実施例を説
明する概略図である。 １……減圧蒸留塔底部、２……リボイラー、２
Ａ……シエル、６……伝熱管、１０……調節弁、
１２，１２Ａ，１２Ｂ……液供給管、１３……気
体供給装置、１３Ａ……気体供給管、１４……
管。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 減圧蒸留塔底部の流体を加熱して少なくともそ
   の一部を蒸発させるリボイラーを有する減圧蒸留
   装置において、前記減圧蒸留塔底部から前記リボ
   イラー内に流体を供給する供給路と、該供給路に
   連通接続し前記減圧蒸留装置の運転圧力、温度下
   では難凝縮性または非凝縮性の気体を前記流体に
   混入させるための気体供給通路を有する気体供給
   装置と、該気体供給通路に設けられ気体供給量の
   調節を行う調節弁と、前記リボイラーにより加熱
   された前記流体を前記気体と共に前記減圧蒸留塔
   に返送する流路と、を備えたことを特徴とする減
   圧蒸留装置。