JPH0236562Y2 - - 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
第１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本体のシエル側にポ
ンプ３を用いて供給され、液はシエル２Ａ内を上
昇する間にリボイラー２本体のチユーブ側から伝
熱管６内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、リボイラー内の被加熱流体に難凝縮性または
非凝縮性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
を上記難凝縮性又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、本考案の実施例を第１図〜第４図に基づ
いて説明する。

第１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
部分にシエル内空間Ａが形成されている。６はシ
エル内空間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はリボイラー２本体のチユーブ側空
間Ｂ，Ｃに夫々連通するように設けられた水蒸
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からシエル
２Ａの側壁下部の液入口２ｂに向かうように配管
された液供給管、３は該液供給管１２に介装され
たポンプ、２０はシエル２Ａ側壁上部の液及び蒸
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に向うように配管された管であ
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、リボ
イラー２内の伝熱管６外側のシエル内空間Ａ下部
に導く気体供給装置で、１３Ａは図示しない気体
導入源から導かれて、気体入口管２ｄを介してシ
エル２Ａ側壁下部に接続された気体供給管、１０
は気体供給量の調節を行う調節弁、１１は流量計
で、夫々気体供給管１３Ａに介装連結されてい
る。

１５は前記シエル内空間Ａ下部に導入された気
体をここから前記各伝熱管６の管壁に沿う方向に
案内すべく均一に分散させる気体分散装置で、本
実施例においては、第２図Ａ，Ｂに示す如く各伝
熱管６下端部が間隙をもつて貫通される気体案内
孔１４Ａを設けた気体分散板１４を、シエル内空
間Ａ下部を仕切るように配設した構成にする。

そして、第４図に示すように、シエル２Ａ側壁
上部の出口２ｃには上面開放の箱形の気泡受け１
７が設けられている。

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に至りシエル２Ａ内に供
給され、ここから液が上昇して移動する間に、伝
熱管６内を上から下へ流通する熱媒体と熱交換さ
れて加熱蒸発し、シエル２Ａ内上部から管２０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に導かれた窒素等非
凝縮性気体を調節弁１０によつて流量を調整しな
がら所定量づつ入口管２ｄを介して気体分散板１
４によつて仕切られたシエル内空間Ａ下部に供給
すると、この気体は小さな気泡になつて気体分散
板１４の気体案内孔１４Ａに均一に行き亘り、該
孔１４Ａと伝熱管６外周との間の隙間から、該伝
熱管６の管壁に沿つて流れる。この気泡は液との
比重差によつて該液よりも大きい速度でシエル２
Ａ内を上昇する。この時、シエル内空間Ａにおい
ては、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） シエル２Ａ内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２０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。

尚、シエル２Ａ側壁上部に設けられた気泡受け
１７により気泡を効果的に出口２Ｃに導くことが
でき、シエル２Ａ内上部に気泡が溜まるのを防止
することができる。

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を使用せずに伝熱管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出来る。

更に、上記構成によれば、シエル内空間Ａ下部
に導いた気体を気体分散板１４によつて各伝熱管
６方向に均一に行き亘らせて、該伝熱管６の管壁
に沿つて効率良く上昇するようにしたから、気体
を単にシエル２Ａ内に導いただけの構成のように
気体が一部の伝熱管６に片寄つて流れることがな
く、各伝熱管６に対してその伝熱効果を均等に高
めることが出来る効果がある。又、その構成も気
体供給管１３Ａをシエル２Ａに接続配管すると共
にシエル２Ａ内に気体分散板１４を内設しただけ
であるから、既設の熱交換器にも容易に適用でき
る利点がある。

次に、第３図Ａ，Ｂは本考案の他の実施例を示
すもので、気体分散板１４によつて仕切られたシ
エル内空間Ａ下部に、結束された複数本の伝熱管
６の周りに気体を噴き出す気体分散装置としての
散気管１６を配設したものであり、このように構
成することによつて気体を各伝熱管６に均一に行
き亘らせる効果が増大する。

この散気管１６は図のようにリング状に形成さ
れた管の内周側にリング中心に向けて開口された
ノズル１６Ａを設けた構造である。

更に、本実施例において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、リボイラ
ー内の被加熱流体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、リボイラー内の顕熱帯の長さを縮めると
共に、該気体の気泡による撹拌で伝熱管付近の液
が乱流となり、伝装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入つた
該気体により、蒸留成分系における比揮発度を大
きくしたり、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あるい
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減圧蒸留塔
の減圧度を調整することができるので、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、更には蒸留成分の分離を
容易にすることができる。

特に、本考案においては、非凝縮性気体又は難
凝縮性気体をシエル内空間下部から伝熱管の管壁
に沿う方向に案内すべく分散させる気体分散装置
を備えたから、一部の伝熱管に片寄ることなく気
体を供給できて各伝熱管に対して均一にその伝熱
効果を高めることができ、また、気泡受けにより
シエル内に導入された気体による浮上気泡を被加
熱流体流出口に効果的に案内できるので、シエル
内上部に気泡が溜まるのを防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る減圧蒸留装置の第１の実
施例を示す概略図、第２図は同上実施例における
リボイラーを説明する図で、Ａは下部縦断面図、
ＢはＡのＣ−Ｃ矢視断面図、第３図は減圧蒸留装
置の第２の実施例におけるリボイラーを説明する
図で、Ａは下部縦断面図、ＢはＡのＣ−Ｃ矢視断
面図、第４図は前記第１実施例のシエル上部の気
体泡受け構造を示す縦断面図である。 １……減圧蒸留塔底部、２……リボイラー、２
Ａ……シエル、２Ｃ……出口、６……伝熱管、１
２……液供給管、１３……気体供給装置、１４…
…気体分散板、１５……気体分散装置、１６……
散気管、１７……気泡受け、２０……管、Ａ……
シエル内空間。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) シエル内部に縦型伝熱管を備え、該伝熱管外
   側のシエル内空間を上昇して流通する被加熱流
   体と前記伝熱管を流通する熱媒体との間で熱交
   換させるリボイラーにより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
   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の
   伝熱管外側のシエル内空間に流体を供給する供
   給路と、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
   に混入させるためにリボイラー内の伝熱管外側
   のシエル内空間下部に導く気体供給装置と、前
   記気体をシエル内空間下部から伝熱管の管壁に
   沿う方向に案内すべく分散させて供給する気体
   分散装置と、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、前記伝熱管外側のシエル内空間
   上部に該シエル内空間に導入された前記気体に
   よる浮上気泡を受けて被加熱流体流出口に案内
   する気泡受けと、を備えた構成であることを特
   徴とする減圧蒸留装置。 (2) 気体分散装置は、縦型伝熱管下端部が間隙を
   もつて貫通される気体案内孔を有した分散板を
   シエル内空間下部を仕切るように配設した構成
   である実用新案登録請求の範囲第１項記載の減
   圧蒸留装置。 (3) 分散板によつて仕切られたシエル内空間下部
   に、気体を伝熱管周りに向けて噴き出す気体分
   散装置としての散気管を備えてなる実用新案登
   録請求の範囲第２項記載の減圧蒸留装置。 (4) 気体供給装置は、気体供給量の調整を行なう
   調節弁が気体供給通路に設けられてなる実用新
   案登録請求の範囲第１項記載の減圧蒸留装置。