JPH0661404B2

JPH0661404B2 - 蒸留器及び蒸留方法

Info

Publication number: JPH0661404B2
Application number: JP50342786A
Authority: JP
Inventors: ジョンモース
Original assignee: ブリティッシュ・テクノロジー・グループ・リミテッド
Priority date: 1986-06-12
Filing date: 1986-06-12
Publication date: 1994-08-17
Anticipated expiration: 2009-08-17
Also published as: JPS63503440A; EP0268583A1; WO1987007524A1; EP0268583B1; DE3668789D1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、蒸留器または蒸留装置と、蒸留方法に関する
ものである。

蒸留器は、液体混合物を沸騰させて全体的にあるいは部
分的に２つまたはそれ以上の成分に分け、蒸気を液化
し、またはそれら２つの操作の中間にある気体と液体の
流れを拮抗的に流通させるのに使用することができる。
蒸留器におけるそのような形態での作用は良く知られて
いることであり、それは一般には蒸気と液体の流れが拮
抗的に動いて接し、気体と液体が拡散する過程で気体−
液体に跨る相の成分が交換される時に成分が相当量ある
いは一部分分離することによるものである。

従来の蒸留器は、高い固定された蒸留塔で構成されるの
が普通であった。これらには、塔を上昇する蒸気と塔を
下降する液化された液体との間の蒸気−液体の接触を助
長するよう設計されたパッキングが含まれる。塔には無
数の水平トレーかプレートが二者択一的に備えられてお
り、そのトレーまたはプレートには、いわゆるバルブキ
ャップあるいはそれと類似の仕組のものが、トレーかプ
レートの上にある液体と塔を通過する蒸気の間でうまく
蒸気−液体の接触が起るよう助長する設計で取付けられ
ている。特に分散させる成分がそれぞれ近似の沸点をも
つ場合は、非常に高い（時には５０ｍを越すものもあ
る）塔か、多数の低めの塔を使用しなければならないこ
ともある。このことは、スペースが不足していたり、高
い塔を使用することが不可能な場所，例えば沖合いの油
井掘削装置などでは問題を生じる。

薄膜蒸発熱交換器で遠心力を使うことは、ＵＳ−Ａ−２
４０８６３９，ＵＳ−Ａ−３０９２１８０，ＵＳ−Ａ−
３９２１７０９，ＵＳ−Ａ−４０１７３５４，ＵＳ−Ａ
−４１５３５００，ＵＳ−Ａ−４１６７４５４，ＵＳ−
Ａ−４１９９３９８などの先行技術における多くの資料
中に発表されている。このほか蒸気再圧縮蒸発器におけ
る遠心力の使用も提案されており、この方面の引例には
ＵＳ−Ａ−２７３４０２３，ＵＳ−Ａ−３２０００５
１，ＵＳ−Ａ−３７２５２０９などがある。回転部分を
もつ充填精油塔は、ＵＳ−Ａ−１０３４７５７に詳述さ
れている。遠心力を使用するアイソトープの分散はＧＢ
−Ａ−９０７６５７に発表されている。遠心力を使用す
る熱交換器は、ＵＳ−Ａ−２７２１７３０によって教示
されている。回転流体処理装置用シール設計は、ＵＳ−
Ａ−４４９５０３５に詳述されている。

ＵＳ−Ａ−２６０６１４４は、高真空多段蒸留の方法と
装置を教示しており、そこでは、蒸留される液体は垂直
の円筒ケーシングに供給される。ケーシングには、その
軸線に沿って配列されている一連の定置の錐台部の内部
で高速度で回転させることのできるローターが含まれ
る。その液体を気化させるためには、例えば電気で過熱
する部分などを使って熱が定置の錐台部へ供給される
が、冷却媒体も中空のローターへ送られ、その外表面が
連絡液化面となる。この配置においては、それぞれの分
留とそれに続く液化の過程に対して外側での過熱と冷却
が必要になる。加える蒸留に幾つかの段階がある場合
は、相対的に高めのローターを使用しなければならな
い。従って装置は、複雑でそれなりに大きなものとな
る；つまりそれぞれの蒸留段階で気化に使用されるエネ
ルギーが冷却媒体中に廃棄されるものであるから、操作
は相関的に効率の悪いものとなる。

２界接触領域部分をもつローターを含む蒸留器における
蒸留を効果的にすることは、それまで考えられてきた。
その部分は１５００ｍ^-1以上の接触領域区をもち、液体
透過性があり、蒸気と液体の相に曲りくねった通路を提
供する小孔をもっている。ローターは、それぞれの相に
それらが接触領域部分を通過する時に少なくとも３００
ｍｓｅｃ^-2の加速がかけられるよう高速度で回転してい
る。そのような蒸留器がＵＳ−Ａ−４２８３２５５に詳
述されている。しかしこれは、小滴−蒸気の交換機構に
よって起る蒸気−液体の接触と交換の操作によるもので
ある。さらに接触領域部分は、そこを通る多数の小通路
をもつもので、蒸留される液体が微粒物質やろう質の成
分あるいは固体成分など例えば原油を含む場合に、詰り
やすい。

これによって本発明は、上述のＵＳ特許の蒸留器のよう
に閉塞を起さず、高い分離効率をもつコンパクト型の蒸
留器の改良形を提供することを目的とするものである。

本発明によれば、軽い成分と重い成分を含む２種以上の
成分からなる液体混合物を多段逆流蒸留によって軽い成
分と重い成分に効率よく分離し、ハウンジグと、ハウジ
ング中に回転式に取付けられている中空のローターと、
ハウジングの軸の回りにローターを回転させる手段を含
む蒸留器において、ローターにはその外周に一つまたは
それ以上の液体の出口があり、液体が遠心力で放射状に
外に向って移動し、かつ蒸気がその液体の移動方向に逆
流し、ローターとの関係では放射状に内に向って移動す
るためにローター内に入り組んだ通路を設けるように、
熱伝導性物質でできた複数の同心の薄膜体が、そのロー
ターの中空内部に取付けられており、これに加えて蒸留
される液体を気化する気化手段と、液体を前記ローター
の中空内部の放射形の内側の部分に導入する液体導入手
段と、軽い成分の中に増加した蒸気を移動させるために
前記ローターの中空内部の放射形と内側の成分に通ずる
蒸気排出手段と、重い成分の中に増加した液体をハウジ
ングから移動させる液体排出手段も設けられており、使
用時には、上記ローター内の遠心力で前記の入り組んだ
通路を蒸気は放射状に内側へ向けて液体は放射状に外へ
向けてと互いに逆方向へ流れるように制御され、分留は
ローター内で複数の段階で行われ、少なくともその一部
は前記の薄膜体の放射形の外側の面の上にある蒸気の液
化と、前記の薄膜体の放射形の内側の面の上にある液体
の気化によって起り、上記放射形の外側の面の上にある
蒸気の前記の液化に由来する液化熱は、前記の気化のた
めにその放射形の内側の面のところに気化熱を供給でき
るように、その放射形の外側の面から前記薄膜体を介し
て前述のその放射形の内側の面へと誘導されるよう組立
てられていることを特徴とする蒸留器が提供される。

ローターは、できればほぼ垂直な軸線の回りを回転する
ように定められていることが望ましい。典型例をいう
と、ローターの直径は約０．３ｍから約３ｍ，ロータの
直径に対する軸の長さの比は大体１：２から１：２０位
となる。

発明の一実施例では、薄膜体は、前記ローター内部に取
付けた同心の錐台部分をもつものがある。そうした薄膜
は、同心の錐台部分がその先細り方向を交互に逆方向に
向かうように配置されている２セットの錐台部分をもつ
ことがある。これは、できればそれぞれの同心錐台部分
の軸とそのジェネレーターとの間の角度が大体同じであ
ること望ましい。典型例をいうと、この角度は約１５゜
から約６０゜の間，例えば約４５゜である。一つの配置
中には、一方のプレートセットがローターの頂部に取付
けられているなら、もう一方のセットはローターの基底
部に取付けられる。

薄膜体は、上記ローター内部に取付けられている同心の
穴あき部分を二者択一的に含むことがある。この配置で
は、穴あき部分はローターの頂部プレートから底部プレ
ートへ伸びている。この穴あき部分は、できれば周辺部
にうねをもつ形に作られていることが望ましい。

また本発明は、薄膜体を上記ローター内部に取付けられ
ている同心の円筒部分という形で使用することを意図し
ている。そのような部分は、１セットがローター頂部に
固定されているなら、もう１セットはローターの基底部
に固定されているような二者択一的な２セットに配置さ
れている。

薄膜体は、熱伝導性のある物質でできており、典型例と
しては金属やステンレスのような合金，鋼鉄，銅などが
ある。薄膜体の厚さは、操作状態の下で必要な硬さを提
供できる位はなければならないが、１つの面から別の面
へ高い温度が流れる位薄くなければならない。できれば
薄膜体は、ステンレス製なら厚さ約１ｍｍ以下，鋼鉄製
なら約２ｍｍ以下，銅製なら約５ｍｍ以下であることが
望ましい。

また蒸留器には、放射形の最も外側に近い薄膜体に隣接
する環状のボイラー手段と、放射形の最も内側に近い薄
膜体に隣接する環状の液化手段と、ボイラー手段に加熱
媒体を供給する手段と、前記液化手段に冷却液を供給す
る手段とが含まれる。

できれば、ローターの回りに放射方向に大部分の蒸気お
よび／または液体が流れるのを防止するために、ロータ
ーの上方の面と下方の面のそれぞれとハウジングとの間
に迷走路密封手段が設けられることが望ましい。

できれば薄膜体は、１つの薄膜体から次の薄膜体への圧
力下降が過度にならないようローター内部に配置されて
いることが望ましい。典型例をいうと、１気圧あるいは
１気圧近くでの蒸留器の操作には、１つの薄膜体から次
の薄膜体への圧力下降は１０^-3気圧から０．２気圧位の
範囲に収まることが望ましい。それぞれの薄膜体での圧
力下降は、全ての薄膜体に関して同じであっても１つ１
つ違っていてもよい。

更に本発明は、以下のことからなることを特徴とする，
液体混合物を軽い成分と重い成分に分けるための蒸留方
法を提供する； (a) 中空のローターがその軸の回りを回転できるように
組立てられ、かつその中空内部に熱伝導性のある物質で
できた複数の同心の薄膜体を取付けて、液体は前記ロー
ターとの関連において放射形の外側へ、蒸気は放射形の
内側へ移動するようにローター内部に入り組んだ通路を
設けており、中空のローターの中側の放射形の内側の部
分に液体混合物を供給する； (b) 上記ローターがその軸の回りを回転する； (c) 上記ローターの中空部分の放射形の外側の部分で蒸
気を生ずる； (d) 液体を前記の迷走する通路に沿って上記ローターと
の関連において放射形の外側へ向けて移動させ、上記薄
膜体の放射形の内側の面の上で気化させる； (e) 蒸気を上記の迷走する通路に沿って上記ローターと
の関連において放射形の内側へ向けて移動させ、上記薄
膜体の放射形の外側の面の上で液化させる； (f) 液化熱を上記薄膜体の放射形の外側の表面から薄膜
体を介して導入し、そこに連絡している薄膜体の放射形
の内面で(d) の段階のための気化熱を生じさせる； (g) 一種あるいは多種の軽い成分に富む蒸気をローター
の放射形の内側のところで上記ローター内部から外へ出
す； (h) (g) の段階の蒸気を取戻す； (i) 一種あるいは多種の重い成分に富む液体をローター
の外周部のところで上記ローター内部から外へ出す； (j) (i) の段階の液体を取戻す。

本発明の蒸留器は、気体と液体の相向う流れの間にある
成分の交換は実質的には密な接触と拡散によって起るの
ではなく、不浸透性で熱伝導性のある薄膜またはプレー
ト上の蒸気の流れからの成分の液化と分離薄膜の反対側
の上の液体の流れからの成分の液化によって起るという
点で、従来の蒸留方法とは本質的に操作が違う。この方
法は、各段階で気化された成分と液化された成分を蒸気
と液体の相対する主流に混入させながら幾つかの逆流段
階中で繰返される。成分の分離には、蒸気と液体の流れ
が密に接触して逆流している区域では従来の拡散方法に
よって蒸留器の中で起るものもあるが、これは同時発生
のものであって、蒸留器の操作に相対的に小さな助力と
なるものではあるが、成分分離の主要機構には加えられ
ない。

蒸留器の分離と処理の能力は、液化する蒸気と気化する
液体の温度差の関数になり、次に液化する蒸気から気化
する液体までの総括伝熱係数になる分離薄膜またはプレ
ートを通る熱流動によって直接的に決まる。適正な高熱
流動は、プレートを包含する蒸留決本体を迅速に回転さ
せ、それによって高い遠心力を生じさせることで、また
高度に熱伝導性のある物質の比較的薄い板で分離薄膜ま
たはプレートを作ることで得られる。1,400,000Kcal/m²
℃を越すに十分な高い総括伝熱係数が、遠心力の効果で
液化する蒸気と気化する液体に対して得られることがあ
ることは、一般的に知られている（例えばK.C.D.Hickma
n によるIndustrial and Engineering Chemistry(195
7),49,786頁中の記載参照）。

本発明が明確に理解され、速やかに効果を発揮できるよ
う、その望ましい実施例の幾つかを、添付の図面を参照
しながら例として、これから説明する。

第１図は、本発明によって構成された蒸留器の一部にお
ける縦断面図である；第２図は、第１図の蒸留器のローターの一部における縦
断面の拡大図である；第３図は、全還流下で操作されている第１図，第２図の
蒸留器の工程図である；第４図は、混合原料を、絶えず揮発性の高い成分中に多
いものと揮発性の低い成分中に多いものの２つの産物に
分ける操作を行っている本発明による蒸留器の工程図で
ある；第５図は、連続操作状況下にある従来の蒸留器の工程図
である；第６図は、第１図〜第３図の蒸留器のローターの新部に
おけるもう１つの縦断面図である；第７図は、第１図〜第３図の蒸留器の操作図でプレート
一枚一枚の解析グラフを示す図である；第８図及び第９図は、それぞれ低率液化と高率液化にお
ける第１図〜第３図の蒸留器の作用を示す図である；第１０図は、蒸留器の修正形の縦断面図である；第１１図は、本発明の３番目の実施例の一部における縦
断面図である；第１２図は、第１１図の蒸留器のローター内に取付けら
れた穴あきプレートの一枚の拡大透視図である。

まず第１図〜第３図を参照すると、本発明によって構成
された蒸留器の第１型は円筒形のローター１を含み、ロ
ーターの軸長はその半径に比してかなり小さく、ロータ
ー内には一連の同心の錐台薄膜またはプレート２，３が
取付けられている。第１図から明らかなように、逆方向
に先細りの形になっている２セットのプレート２，３が
ある。ローター１はハウジング４内に取付けられ、モー
ター５によってその軸回りを高速度（例：約３００〜５
０００ｒｐｍ）で回転できる。プレート２はローター１
の上壁６に固定され、またプレート３も同様にローター
１の下部壁７に固定されている。ローター１の外壁９に
は、一連の孔８が蒸気の進入と液体の退出用に形成され
ている。蒸気は雑木取入れ口10によって再沸器（図示せ
ず）からハウジング４へ供給され、液体は液体出口11に
よってハウジング４から再沸器へと戻ることができる。
蒸気と液体は、蒸留器の動作においてはローター１を介
して放射状に互いに逆方向に進み、液体が外方向に動く
なら、蒸気は放射状に内方向に動く。典型例をいうと、
液体と蒸気は、ローター１の回転によって少なくとも３
００ｍｓｅｃ^-2の加速を受ける。プレート２，３は、蒸
気がローター１の軸に向けて放射状に進むとき蒸気の迷
走路となり、液体がローター１の回転で起る遠心力によ
って放射状に外方向に移動するとき液体の迷走路とな
る。蒸気は、孔12と蒸気出口管13によってローター１の
内部から外へ出て液化装置（図示せず）へと進む。液体
の退流は、液体取入れ管14と孔12によって液化装置から
戻る。

シャフト15にはシール部16,17 が備えられ、ハウジング
４の対応部と相関的に働く。迷走路シール18と19も、蒸
気の少なくとも大部分をローター１の周囲というよりむ
しろローター１を貫いて流すよう強いるために、ロータ
ー１とハウジング４の間に備えられている。

第２図には、ローター１の一部が拡大された形で示され
ている。図示された通りプレートＮは、図にあるプレー
ト２の放射状の１番奥の部分であり、この回転中心線は
第２図の右方外側へ延びている。作動時は放射状にロー
ター１の内方向へ進む蒸気は、クーラープレートＮと接
触することになり、そのうちの一部は凝縮されて液化す
る。この液体が遠心力の作用でプレートＮの表面に沿っ
て進み、最後のプレートの放射状の外縁から放散されて
プレートＭに当たる。

液体ｂの液化によって放出された潜熱は、プレートＮを
介して誘導され、プレートＮの反対側を流れるそれより
低温の液体の一部を気化させる。

それぞれのプレートでの連続的な液化と気化の実質的な
効果は、プレートＮの縁を通る蒸気ｄが、プレートＭの
縁を通る蒸気より揮発しやすい成分を多く含んでいるこ
とである。またプレートＭの縁を離れる液体ｇは、プレ
ートＮの縁を離れる液体ｅより揮発しやすい成分が少な
い。この変換の蒸留器全体を通しての総合的累積効果
は、部分的にせよ多少なりとも混合物の精留が起り、蒸
留器のローター１の放射状の内側部分にある揮発成分の
濃度が、ローターの周囲の揮発成分より実質上高いとい
う点である。

第２図は、第１図及び第２図の操作を全体的な退流の中
で図示したものである。液体は、ハウンジング４から管
11を通ってボイラー20へと進み、管10を通ってハウジン
グ４へ戻る。ハウジング４を出て管13へ入る蒸気はコン
デンサー21へ進み、そこで液化された蒸気は管14へと再
循環する。

蒸留器の連続操作に違った沸点をもつ２つの成分からな
る混合物を十分に分離する効果を上げさせる１つの可能
な体系が、第４図に示されている。この特殊な体系中に
おいて２つのローター101 と102 は、第１図，第２図の
蒸留器のローター１とそれぞれ構造が似ており、多数の
同心円錐プレート103,104 を含み、モーター150 に取付
けられているシャフト105 上にどちらも取付けられ、蒸
気と液体の拮抗的な流れにおいて連続的に操作される。
実効面では２つのローター101,102 は、第５図に示され
ている従来の蒸留器の上部，下部として働く。ローター
101 と102 は、ハウジング108 のコンパートメント106
と107 の中にそれぞれ回転できるように取付けられて封
じられており、２つのコンパートメント106 と107 は、
部材109 によって互いに隔離されている。供給液体混合
物は、成分ｘとｙからなり、管110 を通って下部ロータ
ー102 の中央へと供給され、ローター102 への管111 を
通ってローター101 の外周から流出する液体も供給され
る。ローター102 の中央からは、液体が同心のプレート
を次々外へ向かってローター102 の外周へ進み、その
後、孔151 と管113 を通って再沸器112 へと行く。再沸
器112 に供給される液体の流れの一部は気化された後、
管114 を通って蒸留器の下部のローター102 の外周へと
戻る。この蒸気は孔151 を通ってローター102 の外周へ
入り、それから２つのセットのプレート103 と104 の上
を通ってローター102 の中心へと向かう。蒸気はロータ
ー102 を出て孔152 を抜け、そこから部材109 の間隙15
3 を経由して上部ローター101 のハウジング106 へと入
って行く。蒸気は外周孔154 を通って上部ローター101
の内空に入り、プレート103 と104 の上を通って外周か
らローター101 の中央へと進む。蒸気は孔155 を通って
上部ローター101 を出る。迷走路シール156 と157 は、
ローター101 と102 の回りの蒸気の洩れが最小に抑えら
れ希望の蒸気流通パターンが達成されるのを確実にする
ために備えられている。成分ｙに富む重い方の産物は、
管115 中で再生される。蒸気は、管116 を通ってロータ
ー101 の中央を離れると凝縮されてコンデンサー117 で
液化される。凝縮物の一部は、管117 を通ってローター
101 の中央へ戻り、また別の一部は、管119 を通って成
分ｘに富む軽い方の産物となって蒸留器を出て行く。

このような蒸留器のローター101,102 の連続的操作は、
第５図に示されるようにそれぞれ従来の垂直バルブキャ
ップまたはシーブトレイまたは充填塔の部分151 と152
の操作に類似するもので、第５図では類似の流れと成分
に、対象をわかりやすくするために第４図で使用したも
のと同じ参照番号を付してある。

表現をやさしくするために第４図の再沸器とコンデンサ
ーは、別のユニットとして図示されている。しかしでき
れば、これらは第１０図に示されているように蒸留器の
ローターの中に小さく纏まった形で収められていること
が望ましい。プレート103,104 上に高い伝熱係数を生じ
る遠心力は、蒸留器のボイラーとコンデンサーのユニッ
トに対しても高い伝熱係数と高い能力を与える。

第１図〜第３図の蒸留器の操作とその分留あるいは分離
能力，そして特別の応用目的のために最大限に利用され
なければならない構成部分とを更に十分に説明するため
に、それぞれのプレートで得られる分留の蒸留器全体で
得られる分留に対する割合を決定する蒸留器の操作の分
析を、これから行う；第６図は本発明に従って構成された蒸留器の１つの形式
の一部の単純化した横断面図である。これはローターの
中心線から外方向に数えて（ｎ−１）番目，ｎ番目，
（ｎ＋１）番目のプレート，即ちローターの頂部のプレ
ートｔと、基底部プレートｂの間に取付けられているプ
レートＰn-1 ，Ｐｎ，Ｐn+1 の一部を示している。図に
描かれているようにローターの中心線は、第６図の右手
外側へ延びている。蒸留の計算で普通に使用される単純
化仮定がここで使用される，すなわち等モル潜熱，定モ
ル溢液，定モル蒸気流通である。第６図〜第９図では次
の用語が使用されている。

Ｓ＝供給比モル／時間Ｔ＝蒸留液モル／時間Ｗ＝残留液モル／時間Ｖ＝モル／時間プレート一枚当りの通過蒸気Ｏ＝モル／時間プレート一枚当りの通過液体Ｒ＝退流比＝Ｏ／Ｔｖ＝モル／時間プレート一枚当りの気化蒸気ｏ＝モル／時間プレート一枚当りの凝縮液体ｘ＝液中主要成分のモル分留ｙ＝蒸気中主要成分のモル分留ｙ^※＝ｘの組成の液体と釣合う蒸気の組成ｘ^※＝ｙの組成の蒸気と釣合う液体の組成ｙ′＝ｙ^※の組成ｖモルとｙの組成Ｖモルからなる蒸気
の組成これによりプレート一枚当りの金属上での熱平衡を考え
ると、ｏ＝ｖとなる。

次にＰn-1 ，Ｐｎ，Ｐn+1 を通る蒸気Ｖと液体Ｏを従来
の器によるものと同様に集合平衡させると、Ｏ／Ｖとし
て操作ラインの勾配が得られる。操作ラインは、それぞ
れのプレートの組成ｘｎの蒸気と組成ｙｎの液体に対す
る値があてはまるラインである。蒸気液体平衡のグラフ
と、蒸留器の操作ラインは第７図に示されており、それ
らは点Ｈ，Ｆ，Ｂを通り、かつそれらと対応する点Ｋ，
Ａ，Ｇを通る線となっている。分析を簡易化するため
に、それぞれのプレート上で凝縮される蒸気の分留は、
蒸留器全体を通じて一定，すなわちｖ／Ｖ＝定数すなわ
ち，ｒと仮定されている。

第７図において点Ａは、プレートｎを通る蒸気と液体の
組成を表わす。プレートｎから蒸発して行く蒸気は、そ
れが気化した元の液体と釣合っているのであるから、点
Ｂはこの蒸気にｙ^※ｎの組成を与える，すなわちＢは座
標ｘｎ，ｙ^※ｎをもつ。

蒸気Ｖとが混ざってＶ＋ｖモルとなるとき集合平衡は、（Ｖ＋ｖ）ｙ′ｎ＝ｖｙ^※ｎ＋Ｖｙｎまたはとなる。

これにより第７図の点Ｃは、ＡＣ／ＣＢ＝ｖ／Ｖ＝ｒな
らば座標ｘｎ，ｙ′ｎをもつ。

蒸気がプレートＰｎからプレートＰn-1 へ行くときＶモ
ルの蒸気が変化し、Ｖモルは残る。この蒸気から液化し
た液体は残る蒸気と釣合う。集合平衡を計算すると；（Ｖ＋ｖ）ｙ′ｎ＝ｖｙ^※ｎ＋Ｖｙｎまたはとなる。

こうして第７図の点Ｄは、ＤＦ／ＤＥ＝ｖ／Ｖ＝ｒなら
ば座標ｘ^※n-1 ，ｙn-1 をもつ。

これらのことからｘ軸に平行な線分ＦＧは、操作ライン
上に座標ｘn-1 ，ｙn-1 をもつ点Ｃを与える。

そのため点ＡからＣ，Ｄ，Ｆ，Ｇと移動することで、我
々は一枚のプトを操作ラインの上で上って行くことにな
る。

もしグラフに２本のライン，すなわちａ／ｂ＝ｖ／Ｖの
ライン１とｃ／ｄ＝ｖ／Ｖのライン２のような第７図中
のライン１とライン２がある場合、点ＣとＤを前もって
決めるときに大幅に簡易化される。この方法により、一
連のプレートは従来の蒸留器でMcCabe-Thiele のグラフ
を使って得られたのと殆ど同じ簡易さで作図が大いに進
められる。この手順は第８図，第９図に図示されてい
る。

第８図は、比ｖ／Ｖに対する低い値，すなわち各プレー
トＰ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，Ｐ_４，Ｐ_５上で比較的低い部分液
化と部分気化を行うこのタイプの蒸留器の操作を示して
いる。この図ではａ／ｂ＝ｖ／Ｖかつｃ／ｄ＝ｖ／Ｖで
ある。

第９図は、比ｖ／Ｖに対して高い値，すなわち各プレー
トＰ_１，Ｐ_２，Ｐ_３上で比較的高い部分液化と部分気化
を行う操作を示している。ここでもａ／ｂ＝ｖ／Ｖかつ
ｃ／ｄ＝ｖ／Ｖである。第８図と第９図を検討すると、
ｖ／Ｖが高い値のときは特殊な分離に要求される比較的
少数のプレートで非常に高いプレート効果があることを
意味するのがわかる。しかしそれぞれのプレートの大き
さは、結構大きなものになる。いかなる特殊なケースに
対しても、ｖ／Ｖに対する最大値は存在しなければなら
ない。

第７図では、グラフ中の点Ｈにおける温度がＴ（ｘ
^※ｎ，ｙｎ）で、点Ｂにおける温度が（ｘｎ，ｙ^※ｎ）
の時はプレートＰｎでの温度差はＴ（ｘ^※ｎ，ｙｎ）−
Ｔ（ｘｎ，ｙ^※ｎ）となる。この温度差は、各プレート
の２つの面にそれぞれ液化と気化を起させる推進力であ
る。大体の装置でこの温度差は、蒸気相の圧力が蒸留器
全体を通じて大体一定している場合はほんの２〜３℃で
ある。それぞれのプレートに要求される表面積とそのた
めに要求される蒸留器の全体積は、得られた高伝熱係数
と温度差と比ｖ／Ｖによって決まる。高伝熱係数は、高
い生産能力をもつ小さな体積の蒸留器を必要とする時に
は必須ものである。

各プレートＰｎ上の温度差とそこでの熱の流れとプレー
トの精留能力は、各プレートの間の間隔を限定し、それ
によってプレートからプレートへの蒸気中の圧力降下を
増すことで増加することができる。

プレートと蒸留器の構成は多種可能で、現実に応用でき
るという方面から望ましい形は決まってくるが、それら
の全てが必然的にあるいは大部分は高い伝熱係数と熱流
を生じさせる遠心力の効果によって、蒸気と気体の相対
する漸次の液化と気化という新しい原則に基づいて操作
が決まるものである。蒸留器の種々の形態を簡易化した
可能な、しかしこれだけとは限らない幾つかの例が、第
１０図，第１１図，第１２図に示されている。

第１０図は、モーター（図示せず）によって回転するシ
ャフト202 の上に取付けられたローター201 をもつ蒸留
器を示している。ローター201 は頂部プレート203 と基
底部プレート204 からなり、これらのプレート上にはそ
れぞれ一連の同心の錐台プレート205,206 が取付けられ
ている。またこのアセンブリは、外周プレート207 に囲
まれている。１セットのプレート205 の一番奥のプレー
ト209 の中の環状スペース208 はボイラーとして使用さ
れており、加熱は、蒸気を通路210 経由でシャフト202
と放射状に延びる管211 を通過させて供給することで効
果を上げている。復水は、放射状管212 とシャフト202
中の通路213 を通ってもとに戻る。蒸気は、蒸気取入れ
口214 と蒸気箱215 経由で通路210 に供給される。蒸気
箱215 には、蒸気の漏れを最小限に抑えるためシャフト
202 に対して適当なシールが取付けてある。復水は通路
213 から復水採集箱216 に戻るが、この採集箱にもシャ
フト202 に対して適当にシールが施されており、復水は
その後、蒸留器を出てライン217 へ入る。１セットのプ
レート205 の１番奥のプレート219 の中でシャフト202
をすぐ囲んでいる環状スペース218 は、コンデンサーを
形成している。ライン220 からの冷却水は、適正に封じ
られた室221 とシャフト202 中の通路222 を通ってコン
デンサー218 へと進み、通路223 と封じられた室224 と
出口ライン225 を通って戻ってくる。

参照番号226 はローター201 とそのハウジング227 の間
にある迷走路シールを示す。更にシール228 と229 がシ
ャフト202 とハウジング227 の間に備えられる。

供給液体混合物は、ライン230 と孔231 を通ってロータ
ー201 の内部へ供給され、一方、軽揮発性の蒸気産物
は、ライン232 を通って戻ってくる。液体は外周孔233
経由でローター201 を出、集積された重い揮発しにくい
液体産物はライン234 中に戻る。

第１１図，第１２図の蒸留器は、ローター301 （第１１
図中に見える唯一の部分）は頂部プレート302 ，基底部
プレート303 と、複数の波形で小孔のあるプレート305
を搭載する外周プレート304 とから成る。このアセンブ
リは、モーター（図示せず）によって回転するようにシ
ャフト306 上に取付けられている。液状の退流物質は、
取入口307 と、漏れを最小限に抑えるためにシャフト30
6 に対し適性にシールを施された取入箱306 と、シャフ
ト306 中の通路309 を経由してコンデンサー（図示せ
ず）から蒸流器中に入る。

ボイラー（図示せず）からの蒸気は、蒸気取入れ口310
経由で蒸留器に入る。蒸留器のハウジング中に集まった
液体は、ライン312 経由でボイラーに戻される。迷走路
シール313 は、少なくとも蒸気の大部分を外周プレート
304 中の打ち抜き穴314 経由でローター中に放射状に内
方向へ通す。蒸気は、シャフト306 の方向に放射状に内
方向に流れ、プレート305 中の打ち抜き穴315 （典型的
なものは直径が約５ｍｍから約３０ｍｍ）の中を通る。
液体は、遠心力の影響で放射状に外方向へ流れて、プレ
ート305 中の打ち抜き穴315 の中を通ってローター301
を孔304 経由で出る。蒸気は、管317 経由でローター内
部の一箇所に集められ、蒸留器をライン318 経由で出て
コンデンサー（図示せず）に行く。参照番号319 と320
はシャフトのシールを示す。

従来の固定垂直充填塔やプレート塔の蒸留器，またその
他の回転式充填蒸留器やプレート蒸留器と比較して、蒸
気と液体の接触拮抗流の幾つかの原則で作動する本発明
の蒸留器の利点の幾つかは、下に挙げられているが、こ
れらの利点に限定されるものではない。

1）ごく小さな纏まって重量の軽いユニットが設計で
き、他の装置に比して特殊な役目に使うことができる。

2）蒸留器内の僅かな接触時間で、温度下降を最小限に
とどめたまま温度感受性物質の分留と分離を容易にす
る。

3）蒸留器の内部構造が、迅速な操作中止と清浄または
整備を可能にし、また迅速な操作開始と中止によって様
々な生産要求を助成する。

4）蒸留器のプレートの構造が、パッキングを十分に湿
らせるための十分な液体流通率とパッキング全体を均質
に湿らせ続ける流体再分配システムによって操作効果の
決まる精留のための拡散過程と、密接な蒸気−液体接触
に依存する充填塔あるいは蒸留器と違って、蒸気と液体
の処理量の広い幅での効果的な操作を可能にする。

5）蒸留器の内部構造と遠心力の効果が、蒸留器に、細
かい微粒子状のあるいはろう質の固体を含む供給液体，
あるいは粘性の液体を使用しても、殆ど詰りもせず固着
もせずにかなりの長時間作動することを可能にする。

6）蒸留器は、船上のような移動したり揺動したりする
環境に取付けられても正常に作動できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軽い成分と重い成分を含む２種以上の成分
からなる液体混合物を多段逆流蒸留によって軽い成分と
重い成分に効率よく分離し、ハウジングと、ハウジング
中に回転式に取付けられている中空のローターと、ハウ
ジングの軸の回りにローターを回転させる手段を含む蒸
留器において、ローター（1;101,102;201;301）にはその外周に一つま
たはそれ以上の液体の出口(8;151,154;233;314) があ
り、液体が遠心力で放射状に外に向って移動し、かつ蒸気が
その液体の移動方向に逆流し、ローターとの関係では放
射状に内に向って移動するためにローター内に入り組ん
だ通路を設けるように、熱伝導性物質でできた複数の同
心の薄膜体(2,3;103,104；205,206;305)が、そのロータ
ーの中空内部に取付けられており、これに加えて蒸留される液体を気化する気化手段(20;11
2;208)と、液体を前記ローターの中空内部の放射形の内
側の部分に導入する液体導入手段(14;118;230;307)と、
軽い成分の中に増加した蒸気を移動させるために前記ロ
ーターの中空内部の放射形の内側の部分に通ずる蒸気排
出手段(13;116;232;318)と、重い成分の中に増加した液
体をハウジングから移動させる液体排出手段(11;113;23
4;312)も設けられており、使用時には、上記ローター内の遠心力で前記の入り組ん
だ通路を蒸気は放射状に内側へ向けて液体は放射状に外
へ向けてと互いに逆方向へ流れるよう制御され、分留は
ローター内で複数の段階で行われ、少なくともその一部
は前記の薄膜体の放射形の外側の面の上にある蒸気の液
化と、前記の薄膜体の放射形の内側の面の上にある液体
の気化によって起り、上記放射形の外側の面の上にある
蒸気の前記の液化に由来する液化熱は、前記の気化のた
めにその放射形の内側の面のところに気化熱を供給でき
るように、その放射形の外側の面から前記薄膜体を介し
て前述のその放射形の内側の面へと誘導されるよう組立
てられていることを特徴とする蒸留器。
【請求項２】前記ローター(1) の直径に対する軸の長さ
の比は、大体１：２から１：２０位となることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の蒸留器。
【請求項３】前記の薄膜体は、前記ローター内部に取付
けた同心の錐台部分(2,3;103,104;205,206) からなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記
載の蒸留器。
【請求項４】前記の薄膜体は、その先細り方向を交互に
逆方向に向かうように配置されている２セットの同心の
錐台部分(2,3；103,104;205,206)からなることを特徴と
する特許請求の範囲第３項に記載の蒸留器。
【請求項５】各錐台部分(2,3;103,104;205,206) の軸と
そのジェネレーターとの間の角度が、互いに連絡してい
く錐台部分の角度とほぼ同じであることを特徴とする特
許請求の範囲第３項または第４項に記載の蒸留器。
【請求項６】各錐台部分の軸とそのジェネレータの間角
度は約１５゜から約６０゜になることを特徴とする特許
請求の範囲第５項に記載の蒸留器。
【請求項７】前記の薄膜体は、上記ローター内部に取付
けられている同心の穴あき部分(305) をもつことを特徴
とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載の蒸留
器。
【請求項８】前記の穴あき部分は、周辺部にうねをもつ
形に作られていることを特徴とする特許請求の範囲第７
項に記載の蒸留器。
【請求項９】前記の薄膜体は、前記ローター内部に取付
けられている同心の円筒部分をもつことを特徴とする特
許請求の範囲第１項または第２項に記載の蒸留器。
【請求項１０】前記の円筒部分は、１セットがローター
の頂部に固定されているなら、もう１セットはロータの
基底部に固定されているような二者択一的な２セットに
配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第９項
に記載の蒸留器。
【請求項１１】前記の気化手段は、放射形の最も外側に
近い薄膜体(209) に隣接する環状のボイラー手段(208)
をもち、環状の液化手段(218) が放射形の最も内側に近
い薄膜体に隣接するように備えられていることを特徴と
する特許請求の範囲第１項ないし第１０項のいずれか１
項に記載の蒸留器。
【請求項１２】放射方向にローターの回りに大部分の蒸
気および／または液体が流れるのを防止するために、ロ
ーターの上方の面と下方の面のそれぞれとハウジングと
の間に迷走路密封手段(18,19;156,157;226;313) が設け
られていることを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
し第１１項のいずれか１項に記載の蒸留器。
【請求項１３】液体混合物を軽い成分と重い成分に分け
るための多段式逆留流留方法において； (a) 中空のローターがその軸の回りを回転できるように
組立てられ、かつその中空内部に熱伝導性のある物質で
できた複数の同心の薄膜体を取付けて、液体は前記ロー
ターとの関連において放射形の外側へ、蒸気は放射形の
内側へ移動するようにローター内部に入り組んだ通路を
設けており、中空のローターの中側の放射形の内側の部
分に液体混合物を供給し、 (b) 上記ローターがその軸の回りを回転し、 (c) 上記ローターの中空部分の放射形の外側になる部分
で蒸気を生じ、 (d) 液体を前記の迷走する通路に沿って上記ローターと
の関連において放射形の外側へ向けて移動させ、上記薄
膜体の放射形の内側の面の上で気化させ、 (e) 蒸気を上記の迷走する通路に沿って上記ローターと
の関連において放射形の内側へ向けて移動させ、上記薄
膜体の放射形の外側の面の上で液化させ、 (f) (e) で生じた液化熱を上記薄膜体の放射形の外側の
表面から薄膜体を介して導入し、そこに連絡している薄
膜体の放射形の内面で(d) の段階のための気化熱を生じ
させ、 (g) 一種あるいは多種の軽い成分に富む蒸気をローター
の放射形の内側になるところで上記ローター内部から外
へ出し、 (h) (g) の段階の蒸気を取戻し、 (i) 一種あるいは多種の重い成分に富む液体をローター
の外周部のところで上記ローター内部から外へ出し、 (j) (i) の段階の液体を取戻すことからなることを特徴とする蒸留方法。