JPH0251663B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の利用分野」 この発明は、化学工業、特にフアインケミカル
工業における化学工学的操作に使用する多塔式充
填塔に関する。

「従来技術」 従来、蒸留分離の際に使用されている蒸留塔に
は、その内容物から分類すると、たな段塔および
充填塔に類別されるが、夫々の塔に用いられるた
な段および充填物の形式に幾多の種類があるけれ
ども、各蒸留塔の使用区分は一般的に処理能力、
圧力損失、操作範囲、使用流体、材質、コスト等
によつて決定される。夫々の特徴を要説すれば、
前者のたな段塔は、圧力損失が大であるが操作範
囲が広くて処理量の大小に拘らずに使用できる
が、理論段数一段当り通常25〜100センチメート
ルの高さを必要とし、そのコストの面から処理量
の大きいプラントに使用される。一方、後者の充
填塔は、圧力損失が小さく、しかも構造が簡単で
あるために、コストは低廉であるが、大形になる
と液〜蒸気の分布が偏よるために効率が低下して
コストがかさむので、通常比較的小さい、塔径が
70〜80センチメートル以下の小形のプラントに有
利であり、さらに小形になるほど効率が良くなる
とされている。また、前記両塔を機能的面から見
ると、たな段塔は、一般的にたな段上に一定量の
液を保有して蒸気、または液を分散させて気液接
触を行なわせる機構であるために処理量の大小に
応じて対応自在であるが、一方充填塔は、塔頂に
液を供給して充填物の上から流下させ、塔底から
蒸気を上昇させることによつて充填物の表面を通
じて気液接触を行なわせる機構であるので、塔径
が大になるにしたがつて気液の分布が偏よる、す
なわち液が塔壁に、蒸気は塔軸心に集るために効
率が低下することになり、大形プラントには不適
であるとされ、そのために塔径に応じた充填物の
大きさ（通常は塔径の10分の１程度の大きさが適
当とされている）を選定し、かつ充填物層の中核
に液の集散液を配設したりする対策が構じられる
が、充分な良結果を得られていない。

「発明の背景」 化学工業界における最近のすう勢は設備の大形
化による大量生産の時代から製品の高収率、高純
度化、省エネルギ化等に移行しつつあり、特にフ
アインケミカル分野においては少量生産での利点
を発揮するために、反応操作における製品の高収
率、および分離操作における製品の高純度および
省エネルギが要望されており、この発明はこの要
望に応じてなされたものである。つぎに、その原
理について述べると、充填塔の塔径が数センチメ
ートルの小形の充填塔においては、表面積が非常
に大きくなる小形の充填物を使用でき、かつ壁面
積の影響も加わるから、気液接触を充分に行なわ
せることが可能であるので、高効率の充填塔が得
られ、さらに近時の小塔径用の充填物の開発によ
つて、H.E.T.P.（Height Equivalent to ａ
Theoreti cal Plate）（精留効果をあらわす理論
段数一段と同じ精留効果をもつ充填塔の高さ）１
センチメートル程度の優れた充填物が入手できる
から、これを使用することによつて、この発明を
実現させようとするものであり、いま大気圧での
塔径寸法、H.E.T.P.および処理量の関係を次表
で示すと、なお前記H.E.T.P.は、塔径、充填物
の形式、大きさ、層高さ、取扱い流体、操作圧、
液ガス比等によつて異なるので正確な比較は困難
ではあるが、 塔径cm H.E.T.P.cm 処理量１／Ｈ ２〜５ 1.5〜３ 0.5〜８ 38 20〜40 300〜900 56〜92 46〜76 4000〜6000 である。前記表から、充填塔式の小径塔は、塔断
面積当りの処理量は小さいけれども、H.E.T.P.
も小さく、したがつて、理論段数の多い塔の場合
に極めて有利であることが知られる。例えば、理
論段数が70段とすれば、前記表から、塔径が２〜
５センチメートルの充填層高は105〜210センチメ
ートル、また塔径が38センチメートルの場合は
1400〜2800センチメートル、さらに塔径が56〜92
センチメートルの場合が3220〜5320センチメート
ルとなるので、小径塔を多数縦設した多塔式充填
塔が格段に有利である。

ついで、蒸留においては必要とする還流量に見
合つた蒸気の受入れが要求され、特に精密蒸留に
おいては還流量が多くてその製品コストに及ぼす
影響が大きいが、この発明によると前述の通りに
小塔径充填塔を用いるので、H.E.T.P.が1.5〜３
センチメートルと小さく、したがつて精密蒸留に
おいて、その理論段設を増すことにより、塔高に
あまり影響することなく、最小還流比に近い還流
比（通常は2.0程度であるが1.2〜1.5になる）で同
一の精留結果が得られ、そのためにほぼ還流比率
に応じた熱量の節約ができ、また一段当りの圧力
損失が通常の５分の１〜10分の１と小さいので、
塔底液の沸点上昇が少なくて加熱熱量を減少でき
るとともに、この発明に係る塔を二塔以上設置す
る場合には、夫々の塔の操作圧を変えることによ
つて第一塔の塔頂蒸気を第二塔の加熱に再利用、
いわゆる多重効用することができて、大幅に熱量
の節減が可能となつて省エネルギを実現できる。

「発明の概要」 この発明は、前述した原理に基いてなされたも
ので、上部に還流液を均等に配分流下させるとと
もに製品蒸気を導出させる液分配室を、下部に液
または蒸気状原料を受入して蒸気化させた原料蒸
気を均等に配分上昇させる蒸気分配室を夫々配設
した長筒状のカラム内に充填物を充填させてある
多数の管状の小塔径充填塔を縦設させ、該充填塔
各管の上部を前記液分配室内に、下部を前記蒸気
分配室内に夫々開放させることによつて従来充填
塔の欠点を除去した多塔式充填塔を提供すること
を目的としている。

「発明の実施例」 つぎに、この発明の実施例を図面によつて説明
すれば、第１図において、この発明に係る多塔式
充填塔２２は、第２図に図示する円形状横切断面
２３、あるいはた第３図に図示する四角形状横切
断面２４をもつ長筒状のカラム１の上部に液分配
室２を、下部に蒸気分配室３を緊締着してなり、
前記カラムと両分配室間には夫々エンドプレート
７を配設して仕切るとともに、該エンドプレート
間に多数の管状の小塔径充填塔４を十分垂直に縦
設させてその各管上部は液分配室２内に、下部は
蒸気分配室３内に夫々開放させ、また内底部には
充填物受け６を配設し、内部には充填物５を夫々
必要高さで均等に充填させている。前記液分配室
は仕切板１１によつて上下に上室２５および下室
２６の二室に分隔し、上室２５内の下方には外部
から還流液２７を導入して該上室内に均等に分散
させる多数の細孔をもつ上部デイストリビユタ８
を、該デイストリビユタと仕切板１１との間には
前記還流液を均等に配分流下させる多数の細孔を
穿設してある下部デイストリビユタ１０を夫々配
設させるとともに、前記仕切板を貫通して上端を
上室５内に開放し、液分散板２１を装着してある
下端を前記小塔径充填塔の各管内に正しく同心に
緩るく挿入し、かつ垂直に縦設させて液流下管９
を固設し、なお該流下管の上端は正確に水平に製
作して設置するものとし、したがつて、前記仕切
板上に貯留した還流液２７は前記流下管を経て小
塔径充填塔４に均等に分散配分して供給れる。ま
た、前記液分配室の下室２６の周辺に該室に連通
して蒸気出口分配箱１２を配設し、該分配箱の所
要部に製品蒸気２８を導出する蒸気出口ノズル１
３を配備してあり、したがつて、前記小塔径充填
塔を後述するように上昇してくる蒸気が前記出口
ノズルから系内蒸気の短絡がなされずに導出され
る。

前記の蒸気分配室３の下方には原料２９を液ま
たは蒸気の状態で供給するフイードノズル１４を
固設し、またその上側周辺に該室に連通する蒸気
入口分配箱１６を配設させて前記分配箱の所要部
には図示しないレボイラからのレボイラ蒸気３０
を導入する蒸気入口ノズル１５を配備してあり、
したがつて、該蒸気は前記入口分配箱の内側に配
設した連通小孔を経て蒸気分配室３内に均等に配
分されて供給されるが、該分配室を充分に広く形
成させるとともに、前記小塔径充填塔に下部管３
１を附設し、または図示しない多孔板邪魔板を配
置させることにより、前記レボイラ蒸気を分散、
緩衝を行なわせて前記各小塔径充填塔に均等に配
分させることができ、上昇して落下する滴との間
に充分に気液接触を行なわせられる。また、前記
分配室の下方には液出口ノズル１７を設置し、前
記小塔径充填塔から気液接触後に落下して底部に
貯留した液を該出口ノズルを経て塔外に排出させ
るが、該排出液の一部を鑵液３２として系外に排
出させ、他の一部はレボイラに導入して再加熱し
て蒸気化し、これを再び前記蒸気入口ノズルから
蒸気分配室３内に流入させて小塔径充填塔４内で
気液接触を行なわせる。なお、１８は蒸気分配室
３の下部に配設したドレン抜、１９はカラム３内
の保温のために真空とするベント抜、また２０は
液分配室２の上部に配設したベント抜であつて、
ともに運転開始前後に使用する。

したがつて、この発明によれば、上部の液分配
室２の上室２５内に導入される還流液２７は上部
デイストリビユタ８から均等に分散々布されて下
部デイストリビユタ１０の多数の細孔を経て仕切
板１１上に貯留してから該流下管内に流入するの
で、各流下管には均等に配分されることになり、
そのため該流下管からの還流液２７はまた各小塔
径充填塔４内に夫々均等に配分供給され、つぎに
下部の蒸気分配室３に供給した液または蒸気状の
原料２９はレボイラ蒸気３０を受入して前記分配
室内に配分された該蒸気によつて蒸気化されて小
塔径充填塔４の夫々に均等に上昇送入されること
になり、前記各小塔径充填塔内において内部の充
填物を介して気液接触が行なわれるが、前記充填
塔の各々が一塔で使用するときと同じ効率で気液
接触を行なわせることができる。このようにして
気液接触がなされてから、液分配室２の下室２６
内に上昇流入してくる上昇蒸気は蒸気出口ノズル
から製品蒸気２８となつて導出される。前述した
ように、この発明は、多数の性能の高い小塔径充
填塔を各々個有の性能を充分に確保しながら一つ
の大形充填塔としての機能をもたせることができ
る。

ついで、上述の実施例の原理を二段に適用した
原料中の各成分を高純度、高収率に精密分離させ
ることが要求される回収段を必要とする場合の実
施例について述べると、第４図において、前述実
施例に記載したと同様な上室２５と下室２６から
形成させてある液分配室２の下部に上側カラム３
３を配設して内部に充填物５を充填した多数の小
塔径充填塔４を縦設させてある濃縮部３４、およ
び前記上側カラムの下方に原料分配室３５を配設
してその下側に下部に蒸気分配室３６を締結して
ある下側カラム３７を配設して内部に充填物５を
充填した多数の小塔径充填塔４を縦設させた回収
部３８の両部からなる多塔式充填塔３７であつ
て、これらをさらに詳説すれば、前記濃縮部の液
分配室２はその底部に配置して上側カラム３３と
分隔したエンドプレート７と還流液２７を送入し
て分散々布させる上部デイストリビユタ８を環設
してある頂部との間を仕切板１１で上室２５およ
び下室２６に形成させるとともに、前記上室の仕
切板上方に還流液２７を均等に配分流下させる下
部デイストリビユタ１０を配設し、下室２６内に
は前記仕切板を貫通して上端を前記上室内に開放
し、液分散板２１を装着してある下端を前記小塔
径充填塔の各管内に同心に緩るく挿入した液流下
管９を固設するとともに、該下室周辺に室内に連
通する蒸気出口分配箱１２を配設してその所要部
に配備した蒸気出口ノズル１３から濃縮した製品
蒸気２８を導出自在にしている。また、上側カラ
ム３３の底部のエンドプレート７と下側カラム３
７の上部のエンドプレート７との間の原料分配室
３５は仕切板１１で上室４０および下室４１に分
隔し、前記上室の上方には原料２９を流入させて
室内に均等に分散々布するフイードノズル１４を
環設させるとともに、下方には下部デイストリビ
ユタ１０を配設させ、さらに仕切板１１に下室４
１に連通するコレクタ４２を上室内の下部デイス
トリビユタ１０上方に突出するように配設させて
濃縮部から落下する液を集め、また前記下室内に
は仕切板１１を貫通して前述の濃縮部３４におけ
ると同様に液流下管９を配設して下端を下側カラ
ム３７の小塔径充填塔４に係合させ、またさらに
該下側カラムの下部に配設した蒸気分配室３６に
は該室内に連通する蒸気入口ノズル１５からレボ
イラ蒸気３０を受入して配分する蒸気入口分配箱
１６を附設するとともに、下方に液出口ノズル１
７を設置してこの回収部３８の小塔径充填塔４か
ら気液接触後に落下して底部に貯留した液を鑵液
３２として排出させ、ついで該液をレボイラにて
再加熱して前記レボイラ蒸気にして回収させるよ
うにしている。

したがつて、前記濃縮部および回収部をもつこ
の発明に係る多塔充填塔３９においては、前述の
実施例における小塔径充填塔４の作用と同様な作
用をその回収部３８および濃縮部３４にて行なわ
れることは詳述するまでもない。

「発明の効果」 上述したように、この発明は、液分配室からの
還流液が各小塔径充填塔に均等に配分するととも
に、蒸気分配室から蒸気が前記充填塔に均等に配
分されるので、各塔において均等に充分な気液接
触を行なわせることができ、しかも各小塔径充填
塔は各々個有の高性能を発揮しながら、一つの大
形充填塔として作動し得るから、大形プラントに
適用できるなど、産業上の利用価値は極めて高
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例を示す縦断側面
図、第２図は、前図におけるカラム部の円形状横
断平面図、第３図は、同じく四角形状横断平面
図、第４図は、濃縮部および回収部を備えたこの
発明の他の実施例の縦断側面図である。 １……カラム、２……液分配室、３……蒸気分
配室、４……小塔径充填塔、５……充填物、７…
…エンドプレート、８……上部デイストリビユ
タ、９……液流下管、１０……下部デイストリビ
ユタ、１１……仕切板、２２……この発明に係る
多塔式充填塔、２５……上室、２６……下室、２
７……還流液、２８……製品蒸気、２９……原
料、３０……レボイラ蒸気、３２……鑵液、３３
……上側カラム、３４……濃縮部、３５……原料
分配室、３６……蒸気分配室、３７……下側カラ
ム、３８……回収部、３９……濃縮部および回収
部からなる多塔式充填塔、４０……上室、４１…
…下室、４２……コレクタ。なお、各図中、同一
符号は同一または相当部分を示すものとする。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上部に還流液を均等に配分流下させるととも
   に製品蒸気を導出させる液分配室を、下部に液ま
   たは蒸気状原料を受入して蒸気化させた原料蒸気
   およびレボイラよりの蒸気を均等に配分上昇させ
   る蒸気分配室を夫々配設し、前記両室間に内部に
   充填物を充填させてある多数の管状の小塔径充填
   塔を縦設させた長筒状のカラムを設置するととも
   に、前記液分配室を上および下室に分隔する仕切
   板を貫通して上端を上室内に開放し、下端を前記
   小塔径充填塔の各管内に同心に緩るく押入させた
   液流下管を固設し、該小塔径充填塔の各管の下部
   を前記蒸気分配室内に開放させたことを特徴とす
   る多塔式充填塔。 ２ 上部に還流液を均等に配分流下させる上室お
   よび製品蒸気を導出させる下室からなる液分配室
   を設け、その下部に充填物を充填させてある多数
   の管状の小塔径充填塔を縦設させた上側カラムを
   配設させるとともに、前記上および下室を分隔す
   る仕切板を貫通して上端を上室に開放し、下端を
   前記小塔径充填塔の各管内に同心に緩るく挿入し
   た液流下管を固設させた濃縮部と、前記した上側
   カラムの下方には、原料液を受入して均等に分
   散々布させる上室および濃縮部から落下する液を
   集めるとともに回収蒸気を上昇させるコレクタを
   突設した下室からなる原料分配室を設け、その下
   部に充填物を充填させてある多数の管状の小塔径
   充填塔を縦設させた下側カラムを配設させるとと
   もに、前記上および下室を分隔する仕切板を貫通
   して前記濃縮部におけると同様の液流下管を固設
   させ、さらに前記下側カラムの下方に該カラムの
   小塔径充填塔から気液接触後に落下して貯留する
   鑵液を再加熱させて得たレボイラ蒸気を受入する
   蒸気分配室を配置した回収部からなることを特徴
   とする多塔式充填塔。