JPH0634801Y2

JPH0634801Y2 - 蒸留装置

Info

Publication number: JPH0634801Y2
Application number: JP232789U
Authority: JP
Inventors: 康夫田中
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1989-01-12
Filing date: 1989-01-12
Publication date: 1994-09-14
Anticipated expiration: 2004-01-12
Also published as: JPH0295501U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は蒸留塔の高圧塔と低圧塔との間で所謂内部熱交
換を行なわせるようにした蒸留装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来、棚段塔式の蒸留塔を備えた蒸留装置の一例とし
て、第６図に示すように蒸留塔の高圧塔Ａと低圧塔Ｂを
それぞれ互いに独立した棚段塔に構成するとともに、こ
れらを圧縮機C1を備えた加圧管路Ｃ、および減圧弁D1を
備えた減圧管路Ｄによって接続し、高圧塔Ａの操作圧
力、温度を低圧塔Ｂのそれよりも高くした状態で、高圧
Ａと低圧Ｂとの間で熱交換（内部熱交換）を行なわせる
ようにしたものが公知となっている。

このように内部熱交換作用を行なわせることにより、低
圧塔では加熱による液の蒸発、高圧塔では熱を奪われる
ことによる蒸気の凝縮が助長されるため、蒸留塔全体の
熱効率が向上し、省エネルギーとなる。

〔考案が解決しようとする課題〕

この場合、従来においては、上記内部熱交換の具体的方
式として、並列した低圧塔と高圧塔とに跨って熱交換用
のヒートパイプを架け渡すか、あるは高圧塔から抽出し
た蒸気を、低圧塔の棚段に設けた熱交換機に通して凝縮
させポンプで高圧塔に戻すというような特別な媒体を介
した間接的に熱交換方式をとっているため、媒体として
のヒートパイプやポンプ、配管等の付属設備、それに各
棚段上に熱交換器が必要となる。このため、熱交換のた
めの構造が大がかりで複雑となる欠点があった。

そこで本考案は、蒸留塔における高圧塔と低圧塔との間
の熱交換のための特別な媒体が不要となり、熱交換構造
を簡略化しうる蒸留装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本考案は、底部に導入された蒸気を上昇させながらその
高沸点成分を凝縮させる高圧塔と、頂部に導入された液
を下降させながらその低沸点成分を蒸発させる低圧塔と
を備え、これら両塔の間で熱交換を行うように構成され
た蒸留装置において、上記低圧塔と高圧塔が、いずれか
一方が内塔、他方が外塔となるように同心配置されて、
高圧塔と低圧塔が伝熱壁を介して接する二重塔構造の蒸
留塔が構成され、かつ、上記低圧塔内に、棚段上の液を
下の棚段に導く液ガイド部が設けられ、この液ガイド部
は、液を上記伝熱壁に沿って流下させる流下部と、この
流下部の下端から立上がって液を溢流させる溢流部とか
らなるものである。

また、本考案は、上記構成を基本として、高圧塔内に、
高圧塔内蒸気を伝熱壁に向けてガイドする蒸気ガイド部
材が設けられたものである。

〔作用〕

この構成により、高圧塔の熱が低圧塔に直接伝えられる
ため、熱交換のための特別な媒体が一切不要となり、熱
交換構造が簡単となる。しかも、低圧塔内の液が、液ガ
イド部により高圧塔との伝熱壁に沿って、かつＵ字形の
長い流路をオーバーフロー式に流下させるため、熱交換
効率が非常に良いものとなる。

また、これに加えて、高圧塔に蒸気ガイド部材を設ける
ことにより、高圧塔内の蒸気が伝熱壁側に集められるた
め、熱交換効率が一層良いものとなる。

〔実施例〕

本考案の実施例を第１図乃至第５図によって説明する。

第１図にこの実施例装置の基本構成を示している。同図
において、１は高圧塔、２は低圧塔で、これらはそれぞ
れ円筒周壁11,21の内側に上下多数の棚段12…,22…が水
平に取付けられた棚段塔構造に構成されている。

この場合、低圧塔２の円筒周壁21が高圧塔１の円筒周壁
11よりも大径に形成されるとともに、低圧塔２の棚段22
…がリング状に形成され、この低圧塔２の内側に高圧塔
１が同心配置されることにより、高圧塔１が内塔、低圧
塔２が外塔となった二重塔構造の蒸留塔が構成されてい
る。

棚段12,22は、たとえば第４図に示すように多数の蒸気
孔12a.22aを有する多孔状板状に形成されるが、第１図
〜第３図においてはこの蒸気孔12a,22aの図示を省略し
ている。

また、第１図において、３は高圧塔１の塔頂から出てく
る蒸気を凝縮させるコンデンサ、４は低圧塔塔底部の液
体を加熱蒸発させるリボイラーである。

一方、低圧塔２の塔頂部と高圧１の塔底部とは、加圧手
段としての圧縮機51を備えた加圧管路５により、また高
圧塔１の塔底部と低圧塔２の塔頂部とは減圧手段として
の減圧弁61を備えた減圧管路６によりそれぞれ接続さ
れ、低圧塔２の塔頂部から出てくる蒸気が加圧されて高
圧塔１の塔頂部に送り込まれるとともに、高圧塔１の塔
底部に溜まる液が減圧されて低圧塔２に戻されるように
なっている。

この蒸発装置における内部熱交換構造を第２図乃至第５
図によって説明する。

第１実施例（第２図乃至第４図参照）高圧塔１と低圧塔２とが同心配置されたこの蒸留装置に
おいては、高圧塔周壁11が内部熱交換のための伝熱壁と
なる。

この高圧塔周壁（以下、伝熱壁という）11の外周、すな
わち低圧塔２内に、内側および外側両ガイド筒71,72が
同心配置に設けられている。

内側ガイト筒71は、上端が上段棚段22を貫通して少し上
方に突出する状態で、また外側ガイド筒72は上端が上段
棚段22の下方に位置し、下端が内側ガイド筒71よりも下
方で伝熱壁11に接する状態で、それぞれ低圧塔２内に取
付けられ、これらにより、上段棚段22上の液を伝熱壁11
に沿って下段棚段22に向けて真直ぐに流下させる流下部
73と、この流下部73の下端から立上がって液を溢流させ
る溢流部74とからなる二重構造の液ガイド部７が構成さ
れている。

なお、第２図中、72aは外側ガイド筒72の下端において
周方向複数個所に設けられた取付脚で、この取付脚72a
を介して同ガイド筒72が下段棚段22上に取付けられる。
また、第2,3図において、８は高圧塔１内の液を棚段11
…間で順次流下させるためのダウンパイプである。

つぎに作用を説明する。

まず、基本的な蒸留作用を説明すると、原料流体は、低
圧塔２の塔頂部（高圧塔１の塔底部でもよい）に供給さ
れてここで蒸気と液とに分かれ、蒸気は上昇し、液は下
降する。

低圧塔２の塔底まで下降した液はリボイラー４で加熱さ
れ、沸騰蒸発する。この蒸気は、低圧塔２内を上昇し、
上記原料から分かれた蒸気とともに加圧管路５により加
圧されて高圧塔１の塔底部に送り込まれる。この加圧操
作により、高圧塔１の操作圧力、温度が低圧塔２のそれ
よりも高くなる。

高圧塔１に入った蒸気は、高圧塔１内を上昇した後、コ
ンデンサ３で凝縮され、一部が還流液として高圧塔１に
戻され、他は塔頂製品として取出される。

この還流液と、高圧塔１内を上昇する蒸気との気液接触
により、液相中の低沸点成分が気相に、気相中の高沸点
成分が液相にそれぞれ移り、この物質移動の繰返しによ
って気相中の低沸点成分、および液相中の高沸点成分が
それぞれ次第に濃度を増す。

高圧塔１の塔底部に溜まる液は減圧管路６により減圧さ
れて低圧塔２の塔頂に戻され、この液と、低圧塔２内を
上昇する蒸気の気液接触が行なわれる。

こうして、原料が低沸点成分と高沸点成分とに分離さ
れ、低沸点成分が塔頂製品、高沸点成分が塔底製品とし
てそれぞれ抜き出される。

このような蒸留作用中、高圧塔１の熱が伝熱壁11から低
圧塔２に伝えられ、これにより低圧塔２が加熱されると
同時に、高圧塔１の熱が奪われる。

この熱交換作用を詳述すると、低圧塔２内の液は、液ガ
イド部７を通って棚段22…間を流下する。

この場合、 I.液ガイド部７が伝熱壁11の外周面に設けられ、液が伝
熱壁11に沿って流下するため、この液への伝熱作用が直
接行なわれること、 II.液ガイド部７がＵ字管構造となっているため、この
液ガウイド部７の流路長が長く、それだけ伝熱壁11から
受ける熱量が大きいこと、により、たとえば液をダウンパイプでストレートに流下
させる場合と比較して、伝熱効率（熱交換効率）が遥か
に良いものとなる。

この熱交換作用になり、高圧塔１においては上昇する蒸
気の一部（伝熱壁11に沿って上昇する蒸気）が凝縮、低
圧塔２においては第２図および第４図の破線で示すよう
に液ガイド部７内の液の一部が蒸発して、両塔1,2での
分離作用が助長され、蒸留塔全体の熱効率が大幅に向上
することとなる。

第２実施例（第５図参照）第１実施例との相違点のみを説明すると、この第２実施
例においては、高圧塔１内における伝熱壁11の内周部に
上下多数の蒸気ガイド板９…が全周に亘って設けられ、
この蒸気ガイド板９…により、第５図破線で示すように
高圧塔１内の蒸気が伝熱壁11に向かってガイドされるよ
うに構成されている。

なお、この蒸気ガイド板９…は、蒸気をできるだけ多く
補足して効率良く伝熱壁11に向けてガイドしうるよう
に、その長さが下から上に漸次長く形成されるととも
に、伝熱壁11側に向かって先上がりとなる傾斜姿勢で高
圧塔１内に取付けられている。

このように、高圧塔１内蒸気を積極的に伝熱壁11側に集
める構成とすることにより、高圧塔１内蒸気と低圧塔２
（液ガイド部７）内の液との熱交換効率が一層良いもの
となり、とくに大径の蒸留装置において効果的となる。

ところで、上記両実施例では、液ガイド部７を構成する
内側および外側両ガイド筒71,72を低圧塔２側に取付け
たが、これら両ガイド筒71,72を伝熱壁11の外周面に取
付けてもよい。ただし、両ガイド筒71,72を低圧塔２側
に取付ける上記実施例構成によると、高圧塔１と低圧塔
２の分解が容易となるため、メンテナンス、掃除等の点
で有利となる。

また、液ガイド部７は、上記実施例のように全周一連に
設けるのが望ましいが、周方向に分散して設けてもよ
い。

さらに、上記両実施例では高圧塔１を内塔、低圧塔２を
外塔として二重塔構造の蒸留装置を構成したが、これと
は逆に、高圧塔を外塔、低圧塔を内塔としてもよい。こ
の場合、低圧塔の周壁が伝熱壁となり、この伝熱壁の内
周に液ガイド部を設けることとなる。

一方、上記実施例では低圧塔塔底の原料加熱手段として
リボイラー４を用いた場合を例にとったが、管式加熱炉
等の他の加熱手段を用いてもよい。さらに、加圧管路５
の加圧手段、減圧管路６の減圧手段は上記した圧縮機、
減圧弁以外のものに変更可能である。たとえば、減圧手
段として膨脹タービンを用いることができ、この場合、
この膨脹タービンを加圧手段としての圧縮機と同軸駆動
してもよい。

〔考案の効果〕

上記のように本考案によるときは、低圧塔と、これより
も操作圧力、温度が高い高圧塔を、いずれか一方が内
塔、他方が外塔となるように同心配置して二重塔構造の
蒸留塔を構成し、高圧塔の熱を低圧塔に直接伝達、すな
わち両塔間の熱交換作用を直接行なわせるようにしたか
ら、従来のヒートパイプ等のような特別な熱交換媒体お
よび熱交換器が不要となり、熱交換のための構造が遥か
に簡単となる。このため、設備コストが安くてすむとと
もに、メンテナンス等の面で有利となる。

しかも、低圧塔内の液を、液ガイド部により伝熱壁に沿
って、かつＵ字形の長い流路をオーバーフロー式に流下
させる構成としたから、熱交換効率が非常に良いものと
なる。

また、高圧塔内に、同塔内の蒸気を伝熱壁に向かわせる
蒸気ガイド部材を設けることにより、熱交換効率が一層
良いものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例にかかる蒸留装置の基本構成
図、第２図は本考案の第１実施例にかかる熱交換構造を
示す蒸留塔の一部拡大断面図、第３図は第２図III−III
線断面図、第４図は第２図の一部拡大図、第５図は本考
案の第２実施例にかかる熱交換構造を示す第２図相当
図、第６図は内部熱交換方式をとる蒸留装置のシステム
原理図である。１……高圧塔、２……低圧塔、11……伝熱壁となる高圧
塔の周壁、12,22……棚段、７……液ガイド部、73……
同ガイド部の流下部、74……同溢流部、９……蒸気ガイ
ド板（蒸気ガイド部材）。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】底部に導入された蒸気を上昇させながらそ
の高沸点成分を凝縮させる高圧塔と、頂部に導入された
液を下降させながらその低沸点成分を蒸発させる低圧塔
とを備え、これら両塔の間で熱交換を行うように構成さ
れた蒸留装置において、上記低圧塔と高圧塔が、いずれ
か一方が内塔、他方が外塔となるように同心配置され
て、高圧塔と低圧塔が伝熱壁を介して接する二重塔構造
の蒸留塔が構成され、かつ、上記低圧塔内に、棚段上の
液を下の棚段に導く液ガイド部が設けられ、この液ガイ
ド部は、液を上記伝熱壁に沿って流下させる流下部と、
この流下部の下端から立上がって液を溢流させる溢流部
とからなることを特徴とする蒸留装置。
【請求項２】高圧塔内に、高圧塔内蒸気を伝熱壁に向け
てガイドする蒸気ガイド部材が設けられたことを特徴と
する請求項１記載の蒸留装置。