JPH11314003A - 蒸留装置及び蒸留方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】多数の計装品を配設する必要をなくし、複雑な
制御を行う必要をなくす。 【解決手段】塔本体と、第１室１４Ａ〜１６Ａ及び第２
室１４Ｂ〜１６Ｂを形成する中仕切り２２〜２４と、塔
本体内に少なくとも第１〜第３の成分を含有する原液Ｍ
を供給するフィードノズル４１と、上方に濃縮部ＡＲ１
を、下方に回収部ＡＲ２を備えた第１の蒸留部２５と、
少なくとも一部が前記塔本体の塔頂と隣接させて配設さ
れ、上方に濃縮部ＡＲ３を、下方に回収部ＡＲ４を備え
た第２の蒸留部２６と、少なくとも一部が前記塔本体の
塔底と隣接させて配設され、上方に濃縮部ＡＲ５を、下
方に回収部ＡＲ６を備えた第３の蒸留部２７と、第１〜
第３の成分を排出する第１〜第３の排出手段とを有す
る。前記中仕切り２２〜２４は偏心させられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蒸留装置及び蒸留
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数の蒸留塔を組み合わせ、複数
の成分を含有する原液から各成分を蒸留によって分離さ
せて製品を得る場合、前記各蒸留塔を別々に建設する
と、占有面積が大きくなってしまう。また、側塔方式の
蒸留装置においては、各蒸留塔内の圧力を調整するため
に各蒸留塔間における蒸気の分配を制御する必要がある
ので、各蒸留塔を安定させて運転することができない。

【０００３】そこで、外筒内に内筒を配設し、該内筒内
に原液を供給して蒸留を行うようにしたペトリューク式
の蒸留塔を使用する蒸留装置が提供されている。ところ
が、この場合、内筒を外筒に対して支持したり、外筒を
貫通させてラインを配設したり、内筒にフィードノズル
を取り付けたりすることが困難であり、蒸留装置のコス
トが高くなってしまう。また、ラインと外筒との間、及
びフィードノズルと内筒との間を十分にシールすること
ができないので、前記蒸留塔における蒸留の効率が低く
なってしまう。

【０００４】そして、内筒と外筒とが同心的に配設さ
れ、回収部及び濃縮部が環状体構造になるので、前記回
収部及び濃縮部に配設されるトレイを製造するのが困難
になる。そこで、内部を平板状の中仕切りによって区画
した蒸留装置が提供されている（米国特許第４２３０５
３３号明細書参照）。

【０００５】この場合、該蒸留装置は、入口管を介して
原液が供給され、前記入口管より上方に形成された濃縮
部、及び前記入口管より下方に形成された回収部を備え
た第１の蒸留部と、該第１の蒸留部の上端に接続され、
該上端より上方に形成された濃縮部、及び前記上端より
下方に形成され、かつ、前記第１の蒸留部の濃縮部と中
仕切りを介して隣接する回収部を備えた第２の蒸留部
と、前記第１の蒸留部の下端に接続され、該下端より上
方に形成され、かつ、前記第１の蒸留部の回収部と中仕
切りを介して隣接する濃縮部、及び前記下端より下方に
形成された回収部を備えた第３の蒸留部とを有する。

【０００６】したがって、蒸留装置のコストを低くする
ことができ、蒸留の効率を高くすることができ、充填
（てん）物エレメントを容易に製造することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の蒸留装置においては、上方から下降してきた液体を
第１の蒸留部の濃縮部及び第２の蒸留部の回収部に適正
に分配するために、第２の蒸留部の濃縮部から第１の蒸
留部の濃縮部に供給される液体の流量をアナライザ、流
量コントローラ及び流量制御弁によって調整する必要が
あるだけでなく、第２の蒸留部の濃縮部から第２の蒸留
部の回収部に供給される液体の流量をレベルセンサ、流
量コントローラ及び流量制御弁によって調整する必要が
ある。

【０００８】また、上方から下降してきた液体を第１の
蒸留部の回収部及び第３の蒸留部の濃縮部に適正に分配
するために、第１の蒸留部に供給される原液の流量を流
量コントローラ及び流量制御弁によって調整する必要が
あるだけでなく、第１、第２の蒸留部間から排出される
製品の量をレベルセンサ、流量コントローラ及び流量制
御弁によって調整する必要がある。

【０００９】そして、下方から上昇してきた蒸気を第１
の蒸留部の回収部及び第３の蒸留部の濃縮部に適正に分
配するために、第３の蒸留部の回収部から第１の蒸留部
の回収部に供給される蒸気の流量をアナライザ及び流量
制御弁によって調整する必要があるだけでなく、第３の
蒸留部の回収部から第３の蒸留部の濃縮部に供給される
蒸気の流量をアナライザ及び流量制御弁によって調整す
る必要がある。

【００１０】このように、液体及び蒸気を適正に分配す
るために、アナライザ、流量コントローラ、流量制御
弁、レベルセンサ等の多数の計装品を配設する必要があ
るだけでなく、各計装品を操作して複雑な制御を行う必
要があるので、蒸留装置が大型化してしまうだけでな
く、蒸留装置のコストが高くなってしまう。本発明は、
前記従来の蒸留装置の問題点を解決して、多数の計装品
を配設する必要がなく、複雑な制御を行う必要がなく、
小型化することができ、コストを低くすることができる
蒸留装置及び蒸留方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明の蒸
留装置においては、塔本体と、該塔本体内を分割し、互
いに隣接する第１室及び第２室を形成する中仕切りと、
前記塔本体内に少なくとも第１〜第３の成分を含有する
原液を供給するフィードノズルと、上方に濃縮部を、下
方に回収部を備えた第１の蒸留部と、少なくとも一部が
前記塔本体の塔頂と隣接させて配設され、上方に濃縮部
を、下方に回収部を備えた第２の蒸留部と、少なくとも
一部が前記塔本体の塔底と隣接させて配設され、上方に
濃縮部を、下方に回収部を備えた第３の蒸留部と、前記
第１の成分を排出する第１の排出手段と、前記第２の成
分を排出する第２の排出手段と、前記第３の成分を排出
する第３の排出手段とを有する。

【００１２】そして、前記中仕切りは偏心させられ、第
１室の断面積と第２室の断面積とが異なる。本発明の他
の蒸留装置においては、さらに、前記第１の蒸留部は前
記塔本体の中央に配設される。本発明の更に他の蒸留装
置においては、さらに、前記フィードノズルは第１の蒸
留部内に原液を供給する。

【００１３】本発明の更に他の蒸留装置においては、さ
らに、前記フィードノズルは、前記第１の蒸留部におけ
る濃縮部と回収部との間に配設される。本発明の更に他
の蒸留装置においては、さらに、少なくとも前記第１の
蒸留部における濃縮部及び回収部に、それぞれ充填物が
独立させて配設される。本発明の更に他の蒸留装置にお
いては、さらに、前記各充填物は互いに種類が同じであ
る。

【００１４】本発明の更に他の蒸留装置においては、さ
らに、前記各充填物は互いに種類が異なる。本発明の蒸
留方法においては、上方に濃縮部を、下方に回収部を備
えた第１の蒸留部、少なくとも一部が塔頂と隣接させて
配設され、上方に濃縮部を、下方に回収部を備えた第２
の蒸留部、少なくとも一部が塔底と隣接させて配設さ
れ、上方に濃縮部を、下方に回収部を備えた第３の蒸留
部、及び第１室の断面積と第２室の断面積とを異ならせ
るために偏心させて配設された中仕切りを備える塔本体
内に、少なくとも第１〜第３の成分を含有する原液を供
給し、前記第２の蒸留部の上端に接続された凝縮器によ
って所定の成分の蒸気を凝縮し、前記第３の蒸留部の下
端に接続された蒸発器によって所定の成分の液体を蒸発
させ、前記第２の蒸留部の上端において第１の成分に富
んだ液体を、前記第３の蒸留部の下端において第３の成
分に富んだ液体を、前記中仕切りが配設された部分にお
いて第２の成分に富んだ液体を得る。

【００１５】本発明の他の蒸留方法においては、さら
に、前記第１の成分は第２の成分より、該第２の成分は
第３の成分より沸点が低い。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の
第１の実施の形態における結合型蒸留塔の概念図、図２
は本発明の第１の実施の形態における蒸留装置の概念図
である。図において、１０は結合型蒸留塔であり、該結
合型蒸留塔１０は、第１セクション１１、第２セクショ
ン１２、第３セクション１３、第４セクション１４、第
５セクション１５、第６セクション１６、第７セクショ
ン１７、第８セクション１８及び第９セクション１９か
ら成る。

【００１７】そして、前記結合型蒸留塔１０の塔本体
は、前記第４セクション１４、第５セクション１５及び
第６セクション１６において、それぞれ平板状の中仕切
り２２〜２４によって第１室１４Ａ〜１６Ａと第２室１
４Ｂ〜１６Ｂとに区分され、第１室１４Ａ〜１６Ａと第
２室１４Ｂ〜１６Ｂとは互いに隣接させられる。また、
前記第１室１４Ａ〜１６Ａによって第１の蒸留部２５
が、前記第１セクション１１、第２セクション１２、第
３セクション１３及び第２室１４Ｂによって第２の蒸留
部２６が、前記第２室１５Ｂ、１６Ｂ、第７セクション
１７、第８セクション１８及び第９セクション１９によ
って第３の蒸留部２７がそれぞれ形成される。

【００１８】なお、前記中仕切り２２〜２４を断熱材に
よって形成したり、中仕切り２２〜２４の内部を真空に
したりして、中仕切り２２〜２４を断熱構造にすること
もできる。この場合、第１室１４Ａと第２室１４Ｂとの
間、第１室１５Ａと第２室１５Ｂとの間、及び第１室１
６Ａと第２室１６Ｂとの間の熱伝達をそれぞれ少なくす
ることができるので、蒸留の効率を高くすることができ
る。

【００１９】そして、結合型蒸留塔１０のほぼ中央に前
記第５セクション１５が配設され、第１室１５Ａにフィ
ードノズル４１が、前記中仕切り２２〜２４が配設され
た部分の第２室１５Ｂにサイドカットノズル４２がそれ
ぞれ形成される。また、結合型蒸留塔１０の塔頂に前記
第１セクション１１が配設され、該第１セクション１１
に、凝縮器８１に接続させて蒸気出口４３及び還流液入
口４４がそれぞれ形成される。さらに、結合型蒸留塔１
０の塔底に第９セクション１９が配設され、該第９セク
ション１９に、蒸発器８２に接続させて缶出液出口４５
及び蒸気入口４６がそれぞれ形成される。なお、前記蒸
気出口４３によって第１の排出手段が、サイドカットノ
ズル４２によって第２の排出手段が、缶出液出口４５に
よって第３の排出手段がそれぞれ構成される。

【００２０】前記構成の結合型蒸留塔１０において、成
分Ａ〜Ｃを含有する混合物が原液Ｍとして前記フィード
ノズル４１に供給される。なお、成分Ａは成分Ｂより、
該成分Ｂは成分Ｃより沸点が低い。そして、成分Ａ〜Ｃ
によって第１〜第３の成分が構成され、前記結合型蒸留
塔１０、前記凝縮器８１、蒸発器８２等によって蒸留装
置が構成される。

【００２１】また、前記第１の蒸留部２５内において前
記フィードノズル４１より上方に配設された第１室１４
Ａによって濃縮部ＡＲ１が、フィードノズル４１より下
方に配設された第１室１６Ａによって回収部ＡＲ２がそ
れぞれ形成される。そして、前記第２の蒸留部２６内に
おいて前記第１の蒸留部２５の上端に接続され、該上端
より上方に配設された第２セクション１２によって濃縮
部ＡＲ３が、前記第１の蒸留部２５の上端より下方にお
いて、前記濃縮部ＡＲ１と隣接させて配設された第２室
１４Ｂによって回収部ＡＲ４がそれぞれ形成される。さ
らに、前記第３の蒸留部２７内において前記第１の蒸留
部２５の下端に接続され、該下端より上方において、前
記回収部ＡＲ２と隣接させて配設された第２室１６Ｂに
よって濃縮部ＡＲ５が、前記第１の蒸留部２５の下端よ
り下方に配設された第８セクション１８によって回収部
ＡＲ６がそれぞれ形成される。

【００２２】このようにして、第１の蒸留部２５の上端
が第２の蒸留部２６の中央に、第１の蒸留部２５の下端
が第３の蒸留部２７の中央にそれぞれ接続される。そし
て、前記構成の蒸留装置による蒸留方法において、フィ
ードノズル４１から供給された原液Ｍが前記回収部ＡＲ
２を下降させられ、その間に、上方になるに従って成分
Ａ及びＢに富んだ蒸気が、下方になるに従って成分Ｂ及
びＣに富んだ液体が発生させられ、第１の蒸留部２５の
下端から第３の蒸留部２７に成分Ｂ及びＣに富んだ液体
が供給される。

【００２３】さらに、該成分Ｂ及びＣに富んだ液体は、
第３の蒸留部２７内において加熱され蒸発させられて成
分Ｂ及びＣに富んだ蒸気になり、前記回収部ＡＲ２内を
上昇する間に、原液Ｍと接触し、該原液Ｍから成分Ａ及
びＢに富んだ蒸気を発生させる。続いて、前記成分Ａ及
びＢに富んだ蒸気は、濃縮部ＡＲ１内を上昇し、前記第
１の蒸留部２５の上端から第２の蒸留部２６に供給され
る。さらに、前記成分Ａ及びＢに富んだ蒸気は、第２の
蒸留部２６内において冷却されて凝縮され、成分Ａ及び
Ｂに富んだ液体になる。

【００２４】そして、該成分Ａ及びＢに富んだ液体の一
部は、濃縮部ＡＲ１に還流され、該濃縮部ＡＲ１内を上
昇する成分Ａ及びＢに富んだ蒸気と接触させられる。こ
のようにして、第１の蒸留部２５の上端から第２の蒸留
部２６に成分Ａ及びＢに富んだ蒸気を供給することがで
きる。前記回収部ＡＲ６においては、成分Ｂ及びＣに富
んだ液体が下降し、上方において成分Ｂに富んだ蒸気
を、下方になるに従って成分Ｃに富んだ液体をそれぞれ
発生させる。したがって、成分Ｃに富んだ液体は缶出液
として缶出液出口４５から排出される。

【００２５】また、前記缶出液出口４５から排出された
成分Ｃに富んだ液体の一部は蒸発器８２に送られ、該蒸
発器８２によって加熱され蒸発させられて成分Ｃに富ん
だ蒸気になる。該成分Ｃに富んだ蒸気は、蒸気入口４６
から第９セクション１９に供給され、該第９セクション
１９内及び前記回収部ＡＲ６内を上昇する間に、成分Ｂ
及びＣに富んだ液体と接触し、該成分Ｂ及びＣに富んだ
液体から成分Ｂに富んだ蒸気を発生させる。

【００２６】続いて、該成分Ｂに富んだ蒸気の一部は、
濃縮部ＡＲ５内を上昇し、第３の蒸留部２７の上端にお
いて第２の蒸留部２６からの成分Ｂに富んだ液体と接触
し、成分Ｂに富んだ液体になる。このようにして、前記
第３の蒸留部２７の上端において得られた成分Ｂに富ん
だ液体は、サイドカット液、すなわち、製品としてサイ
ドカットノズル４２から排出される。

【００２７】一方、前記第２の蒸留部２６の回収部ＡＲ
４においては成分Ａ及びＢに富んだ液体が下降し、上方
において成分Ａに富んだ蒸気を、下方になるに従って成
分Ｂに富んだ液体をそれぞれ発生させる。このようにし
て、前記第２の蒸留部２６の下端において得られた成分
Ｂに富んだ液体は、製品としてサイドカットノズル４２
から排出される。

【００２８】続いて、前記成分Ａに富んだ蒸気は、濃縮
部ＡＲ３内を上昇して前記蒸気出口４３から排出されて
前記凝縮器８１に送られ、該凝縮器８１によって凝縮さ
れて成分Ａに富んだ液体になる。このようにして、成分
Ａ及びＢに富んだ蒸気は、前記第２の蒸留部２６によっ
て成分Ａに富んだ蒸気と成分Ｂに富んだ液体とに分離さ
せられ、成分Ａに富んだ蒸気は塔頂から排出され、前記
凝縮器８１によって凝縮されて成分Ａに富んだ液体にな
り、成分Ｂに富んだ液体は製品としてサイドカットノズ
ル４２から排出される。また、成分Ｂ及びＣに富んだ液
体は、前記第３の蒸留部２７によって成分Ｂに富んだ液
体と成分Ｃに富んだ液体とに分離させられ、成分Ｂに富
んだ液体は製品としてサイドカットノズル４２から排出
され、成分Ｃに富んだ液体は塔底から排出される。

【００２９】そして、成分Ａの蒸留の効率を高くするた
めに、前記成分Ａに富んだ液体は、還流液入口４４から
濃縮部ＡＲ３に還流され、該濃縮部ＡＲ３内を上昇する
成分Ａ及びＢに富んだ蒸気と接触させられる。なお、前
記各濃縮部ＡＲ１、ＡＲ３、ＡＲ５及び各回収部ＡＲ
２、ＡＲ４、ＡＲ６は、一つの節から成る充填物によっ
て形成されるようになっているが、蒸留しようとする各
成分間の比揮発度によっては、蒸留に必要な理論段数を
確保するために、使用される充填物の特性に対応させて
複数の節から成る充填物によって形成することもでき
る。また、各節間にディストリビュータを配設すること
もできる。さらに、フィードノズル４１及びサイドカッ
トノズル４２を必ずしも同じ高さに配設する必要はな
い。

【００３０】このようにして、複数の蒸留塔を使用する
ことなく、原液Ｍを各成分に分離させることができる。
また、複数の蒸留塔において加熱及び冷却をそれぞれ繰
り返す必要がないので、凝縮器、蒸発器、ポンプ等の計
装品を多数配設する必要がなくなる。したがって、占有
面積を小さくすることができるだけでなく、ユーティリ
ティの使用量及び消費エネルギーを少なくすることがで
き、蒸留装置のコストを低くすることができる。

【００３１】なお、前記結合型蒸留塔１０は、全体とし
て約３０〜１００段の理論段数を有し、第４セクション
１４及び第６セクション１６にそれぞれ５〜３０段程度
を当てるようにするのが好ましい。ところで、第３セク
ション１３にコレクタ５４及びチャンネル型のディスト
リビュータ６１が配設され、前記コレクタ５４によって
集められた液体は、前記ディストリビュータ６１によっ
て所定の分配比率で第４セクション１４の第１室１４Ａ
と第２室１４Ｂとに異なる量ずつ分配される。

【００３２】また、第５セクション１５の第１室１５Ａ
におけるフィードノズル４１の直上にはコレクタ６２
が、直下にチューブラ型のディストリビュータ６３が配
設され、前記コレクタ６２によって集められた液体は、
前記フィードノズル４１を介して供給された原液Ｍと共
に、ディストリビュータ６３によって第６セクション１
６の第１室１６Ａに供給される。

【００３３】一方、第５セクション１５の第２室１５Ｂ
におけるサイドカットノズル４２の直上にはチムニーハ
ット型のコレクタ６５が、直下にチューブラ型のディス
トリビュータ６６が配設され、前記コレクタ６５によっ
て集められた液体は、製品として前記サイドカットノズ
ル４２から排出されるとともに、ディストリビュータ６
６によって第６セクション１６の第２室１６Ｂに供給さ
れる。

【００３４】さらに、第７セクション１７には、コレク
タ６７及びチューブラ型のディストリビュータ６８が配
設され、第６セクション１６から下降してきた液体は、
前記コレクタ６７によって集められた後、ディストリビ
ュータ６８によって前記第８セクション１８に供給され
る。ところで、本実施の形態においては、上方、すなわ
ち、第２セクション１２から第３セクション１３に下降
してきた液体を、第４セクション１４の第１室１４Ａ及
び第２室１４Ｂに分配するようになっているが、分配比
率は原液Ｍの成分の種類、原液Ｍの成分の組成、結合型
蒸留塔１０の理論段数、製品に要求される純度（品質）
等の蒸留条件に基づいてあらかじめ設定される。

【００３５】そのために、前記ディストリビュータ６１
は、液体を中仕切り２２に対して直角の方向に分配する
図示されない分配部を備え、該分配部によって前記第１
室１４Ａの上方（以下「第１室上方部」という。）に供
給される液体の量と、前記第２室１４Ｂの上方（以下
「第２室上方部」という。）に供給される液体の量とを
異ならせるようになっている。

【００３６】なお、前記製品がサイドカットノズル４２
から排出されるので、第１室上方部に供給される液体の
量より第２室上方部に供給される液体の量が多くされ
る。また、蒸留装置において２種類以上の製品を得るた
めに、蒸留条件を変更する必要がある場合には、蒸留条
件に対応させて前記分配比率を変更する必要がある。そ
こで、前記分配部を複数配設し、各分配部ごとに前記分
配比率を異ならせるようにしている。そのために、前記
第２セクション１２から下降してきた液体は、コレクタ
５４によって集められ、切換弁８３、８４を介して選択
的にディストリビュータ６１に供給される。例えば、純
度が９９．９８〔重量％〕の製品を得る場合、分配比率
は４：６にされ、純度が９９．９９９〔重量％〕の製品
を得る場合、分配比率は２：８にされる。また、負荷率
は５０〜１００〔％〕に変更される。

【００３７】このように、分配部を配設するだけで最適
な分配比率で液体を分配することができるので、液体を
分配するためのアナライザ、流量コントローラ、流量制
御弁、レベルセンサ等の多数の計装品を配設する必要が
ないだけでなく、各計装品を操作して複雑な制御を行う
必要がない。したがって、蒸留装置を小型化することが
できるだけでなく、蒸留装置のコストを低くすることが
できる。

【００３８】ところで、結合型蒸留塔１０を設計するに
当たり、各室内の単位高さ当たりの平衡理論段数ＮＴＳ
Ｍ〔段／ｍ〕、一理論段当たりの充填高さＨＥＴＰ〔ｍ
ｍ〕、Ｆファクタｆ〔（ｍ／ｓ）／√（ｋｇ／
ｍ³ ）〕、室内の単位高さ当たりの圧力損失ΔＰ〔ｍｍ
Ｈｇ／ｍ〕を決定する必要がある。なお、前記Ｆファク
タｆは、蒸気の圧力を考慮に入れた実質速度を表すパラ
メータであり、空塔速度をｕとし、蒸気密度をρ〔ｋｇ
／ｍ³ 〕としたとき、 ｆ＝ｕ√（ρ） である。ここで、蒸気密度ρは、圧力をＰ〔ｍｍＨｇ〕
とし、温度をＴ〔°Ｋ〕とし、モル数をＭとしたとき、 ρ＝２７３．２・Ｐ・Ｍ／２２．４１×７６０・Ｔ ＝Ｐ・Ｍ／（６２．３６）・Ｔ である。

【００３９】ところで、充填物が配設された室内におい
て液体を下降させ、かつ、蒸気を上昇させようとすると
きに、室内を下降する液体によって蒸気の流れに圧力損
失が発生する。本実施の形態においては、前記ディスト
リビュータ６１が、前記第１室上方部に供給される液体
の量と第２室上方部に供給される液体の量とを異ならせ
るようにしているので、前記第１室１４Ａ及び第２室１
４Ｂを下降する液体の流量、すなわち、降下液量は互い
に異なる。その結果、第１室１４Ａ及び第２室１４Ｂの
圧力損失が互いに異なり、第１室１４Ａ及び第２室１４
Ｂを上昇する蒸気の量、すなわち、上昇蒸気量が互いに
異なってしまう。

【００４０】そこで、降下液量が互いに異なっても圧力
損失が等しくなるように、Ｆファクタｆを設定するよう
にしている。図３は本発明の第１の実施の形態における
圧力損失のシミュレーションを行った結果を示す図であ
る。この場合、下記の条件でシミュレーションを行っ
た。

【００４１】 下降材料：酢酸エチル（ＭＷ＝８８．１） 操作圧力：常圧（７６０〔ｍｍＨｇ〕） 操作温度：７６〔℃〕 蒸気の密度：３．０７８５〔ｋｇ／ｍ³ 〕 液体の密度：９００〔ｋｇ／ｍ³ 〕 表面強力：２０〔ｄｙｎ／ｃｍ〕 充填物Ａの種類：ＢＸパッキング（商品名：住友重機械
工業株式会社製） 降下液量：５、１０、１５、２０、２５、３０〔ｍ³ ／
ｍ² ｈｒ〕 Ｆファクタｆ〔（ｍ／ｓ）√（ｋｇ／ｍ³ ）〕と単位断
面積当たりの上昇蒸気流量〔ｋｇ／ｍ² ｈｒ〕との関
係： ０．５ ３２００ １．０ ６３００ １．５ ９５００ ２．０ １２６００ ２．５ １５８００ このように、充填物ＡとしてＢＸパッキングを使用し、
Ｆファクタｆを０．５〜２．５に変化させたとき、図か
ら分かるように、Ｆファクタｆが０．５〜１．５の場合
には、降下液量が変化しても圧力損失がほとんど変化し
ないことが分かる。

【００４２】そこで、本実施の形態においては、第２セ
クション１２、第４セクション１４、第６セクション１
６及び第８セクション１８の充填物ＡとしてＢＸパッキ
ングを使用し、Ｆファクタｆを１．０〜１．５にするよ
うにしている。したがって、第２セクション１２、第４
セクション１４、第６セクション１６及び第８セクショ
ン１８における圧力損失がほぼ一定になるので、第１室
１４Ａ、１６Ａにおいて発生する圧力損失と第２室１４
Ｂ、１６Ｂにおいて発生する圧力損失とが等しくなる。
その結果、上昇する蒸気に対して下降する液体の影響が
及ばないので、蒸気は均等に分配されて上昇する。な
お、Ｆファクタｆを０．５〜１．０にすることもできる
が、その場合、実質速度が低くなる分だけ室の断面積が
大きくなる。

【００４３】しかも、蒸気を分配するために多数の計装
品を配設する必要がないだけでなく、各計装品を操作し
て複雑な制御を行う必要がない。したがって、蒸留装置
を小型化することができるだけでなく、蒸留装置のコス
トを低くすることができる。また、結合型蒸留塔１０内
の液体の下降、及び蒸気の上昇を円滑化することができ
るので、各室内の充填物Ａにおいてチャンネリング（液
切れ）現象が発生するのを防止することができるだけで
なく、マルディストリビューション（不均一な液体の分
散）が発生するのを防止することができる。

【００４４】ところで、前記結合型蒸留塔１０において
は、第４セクション１４、第５セクション１５、第６セ
クション１６に中仕切り２２〜２４が配設されているの
で、第１室１４Ａと第２室１４Ｂとの間、及び第１室１
６Ａと第２室１６Ｂとの間において圧力損失に差が生じ
やすい。そこで、結合型蒸留塔１０の設計によって、第
１室１４Ａと第２室１４Ｂとの間、及び第１室１６Ａと
第２室１６Ｂとの間において圧力損失に差が生じるのを
防止するようにした本発明の第２の実施の形態について
説明する。

【００４５】図４は本発明の第２の実施の形態における
結合型蒸留塔の特性を示す図、図５は本発明の第２の実
施の形態における充填物特性を示す図である。この場
合、第２セクション１２、第４セクション１４の第１室
１４Ａ及び第２室１４Ｂ、並びに第６セクション１６の
第１室１６Ａ及び第２室１６Ｂに充填物ＡとしてＢＸパ
ッキングを使用し、第８セクション１８に充填物Ｂとし
てメラパック３５０Ｙ（商品名：住友重機械工業株式会
社製）を使用した。

【００４６】ここで、前記第１室１４Ａ、１６Ａにおい
て発生する圧力損失をδＰ₁ とし、前記第２室１４Ｂ、
１６Ｂにおいて発生する圧力損失をδＰ₂ とする。ま
た、第１室１４Ａ、１６Ａ及び第２室１４Ｂ、１６Ｂの
各理論段数をＮＴＳ_i （ｉ＝１４Ａ、１６Ａ、１４Ｂ、
１６Ｂ）とし、単位高さ当たりの平衡理論段数をＮＴＳ
Ｍ_i （ｉ＝１４Ａ、１６Ａ、１４Ｂ、１６Ｂ）〔段／
ｍ〕とし、単位高さ当たりの圧力損失をΔＰ_i （ｉ＝１
４Ａ、１６Ａ、１４Ｂ、１６Ｂ）とする。

【００４７】このとき、前記圧力損失δＰ₁ は、 δＰ₁ ＝（ＮＴＳ_14A ／ＮＴＳＭ_14A ）・ΔＰ_14A ＋
（ＮＴＳ_14B ／ＮＴＳＭ_14B ）・ΔＰ_14B であり、前記圧力損失δＰ₂ は、 δＰ₂ ＝（ＮＴＳ_16A ／ＮＴＳＭ_16A ）・ΔＰ_16A ＋
（ＮＴＳ_16B ／ＮＴＳＭ_16B ）・ΔＰ_16B であるので、図４を参照して、各Ｆファクタｆ_i （ｉ＝
１４Ａ、１６Ａ、１４Ｂ、１６Ｂ）を算出し、図５を参
照して、各Ｆファクタｆ_i に対応する単位高さ当たりの
圧力損失ΔＰ_i 、及び単位高さ当たりの平衡理論段数Ｎ
ＴＳＭ_i 〔段／ｍ〕を算出すると、各理論段数ＮＴＳ_i
を所定の値に設定することによって、前記圧力損失δＰ
₁ 、δＰ₂ は、 δＰ₁ ≒δＰ₂ にすることができる。

【００４８】なお、図５においては、各Ｆファクタ
ｆ_i 、各圧力損失ΔＰ_i 及び各平衡理論段数ＮＴＳＭ_i
ごとの値は示されず、範囲で表されている。次に、本発
明の第３の実施の形態について説明する。図６は本発明
の第３の実施の形態における結合型蒸留塔の特性を示す
図、図７は本発明の第３の実施の形態における充填物特
性を示す図である。

【００４９】第２セクション１２及び第８セクション１
８に、充填物Ｃとしてメラパック２５０Ｙ（商品名：住
友重機械工業株式会社製）を使用し、第４セクション１
４の第１室１４Ａ及び第２室１４Ｂ、並びに第６セクシ
ョン１６の第１室１６Ａ及び第２室１６Ｂに充填物Ｄと
してメラパック２５０Ｘ（商品名：住友重機械工業株式
会社製）を使用した。この場合、第２セクション１２及
び第８セクション１８においてメラパック２５０Ｙが使
用されるので、結合型蒸留塔１０（図１）内の液体及び
蒸気の流れを安定させることができた。また、第４セク
ション１４の第１室１４Ａ及び第２室１４Ｂ、並びに第
６セクション１６の第１室１６Ａ及び第２室１６Ｂにメ
ラパック２５０Ｘが使用されるので、上昇蒸気量が多く
ても、圧力損失δＰ₁ 、δＰ₂ に与えられる影響は少な
い。

【００５０】ここで、例えば、各理論段数ＮＴＳ_i を、 ＮＴＳ_14A ＝１４ 〔段〕 ＮＴＳ_14B ＝１３ 〔段〕 ＮＴＳ_16A ＝１２ 〔段〕 ＮＴＳ_16B ＝７ 〔段〕 とすると、第１室１４Ａ、１６Ａにおいて発生する圧力
損失δＰ₁ は、 δＰ₁ ＝（ＮＴＳ_14A ／ＮＴＳＭ_14A ）・ΔＰ_14A ＋（ＮＴＳ_14B ／ＮＴＳ Ｍ_14B ）・ΔＰ_14B ＝（１４／２．２）×０．８＋（１３／２．０）×４．５ ＝３４．３４ 〔ｍｍＨｇ〕 であり、前記第２室１４Ｂ、１６Ｂにおいて発生する圧
力損失δＰ₂ は、 δＰ₂ ＝（ＮＴＳ_16A ／ＮＴＳＭ）・ΔＰ_16A ＋（ＮＴＳ_16B ／ＮＴＳＭ） ・ΔＰ_16B ＝（１２／２．０）×４．０＋（７／２．０）×３．０ ＝３４．５ 〔ｍｍＨｇ〕 である。

【００５１】したがって、前記圧力損失δＰ₁ 、δＰ₂
を δＰ₁ ≒δＰ₂ にすることができる。次に、本発明の第４の実施の形態
について説明する。図８は本発明の第４の実施の形態に
おける結合型蒸留塔の特性を示す図、図９は本発明の第
４の実施の形態における充填物特性を示す図である。

【００５２】この場合、第１室１４Ａ、１６Ａの理論段
数（ＮＴＳ_14A ＋ＮＴＳ_16A ）と第２室１４Ｂ、１６Ｂ
の理論段数（ＮＴＳ_14B ＋ＮＴＳ_16B ）とが異なり、か
つ、上昇蒸気量が互いに異なる場合に有効であり、第２
セクション１２に充填物Ｃが、第１室１４Ａ、１６Ａに
充填物Ｄが、第２室１４Ｂ、１６Ｂに充填物Ａが、第８
セクション１８に充填物Ｂが配設される。

【００５３】その結果、第１室１４Ａ、１６Ａにおいて
発生する圧力損失δＰ₁ 、及び前記第２室１４Ｂ、１６
Ｂにおいて発生する圧力損失δＰ₂ を、 δＰ₁ ≒δＰ₂ にすることができる。次に、各充填物Ａ〜Ｄを選択する
だけでは圧力損失δＰ₁ 、δＰ₂ を等しくすることがで
きない場合に、圧力損失δＰ₁ 、δＰ₂ を等しくするよ
うにした本発明の第５の実施の形態について説明する。

【００５４】図１０は本発明の第５の実施の形態におけ
る結合型蒸留塔の要部概念図、図１１は本発明の第５の
実施の形態における結合型蒸留塔の要部断面図である。
図において、１１３は第３セクション、１１４Ａ〜１１
６Ａは第１室、１１４Ｂ〜１１６Ｂは第２室、１１７は
第７セクション、１２２〜１２４は中仕切りである。

【００５５】本実施の形態は、結合型蒸留塔における蒸
留条件によって、第１室１１４Ａ、１１６Ａ内の上昇蒸
気量と第２室１１４Ｂ、１１６Ｂ内の上昇蒸気量とが互
いに異なる場合に有効である。そのために、前記中仕切
り１２２〜１２４が偏心させられ、本実施の形態におい
ては、第１室１１４Ａ、１１６Ａの断面積Ｓ１が第２室
１１４Ｂ、１１６Ｂの断面積Ｓ２より小さくされ、 Ｓ１：Ｓ２＝３：７ にされる。

【００５６】ところで、第１室１１４Ａ、１１６Ａ内の
上昇蒸気量をＶ１とし、第２室１１４Ｂ、１１６Ｂ内の
上昇蒸気量をＶ２とし、第１室１１４Ａ、１１６Ａ内の
空塔速度をｕ１とし、第２室１１４Ｂ、１１６Ｂ内の空
塔速度をｕ２とすると、前記空塔速度ｕ１、ｕ２は、 ｕ１＝（Ｖ１／Ｓ１）×３６００ 〔ｍ／ｓ〕 ｕ２＝（Ｖ２／Ｓ２）×３６００ 〔ｍ／ｓ〕 になり、前記断面積Ｓ１、Ｓ２を変更することによっ
て、空塔速度ｕ１、ｕ２を変更し、調和させることがで
きる。

【００５７】その結果、第１室１１４Ａ、１１６ＡのＦ
ファクタｆ_114A、ｆ_116A及び第２室１１４Ｂ、１１６Ｂ
のＦファクタｆ_114B、ｆ_116Bを変更することができ、第
１室１１４Ａ、１１６Ａ内の単位高さ当たりの圧力損失
ΔＰ_114A、ΔＰ_116A及び第２室１１４Ｂ、１１６Ｂ内の
単位高さ当たりの圧力損失ΔＰ_114B、ΔＰ_116Bを変更す
ることができる。

【００５８】そこで、本実施の形態においては、前記断
面積Ｓ１、Ｓ２を異ならせることによって、第１室１１
４Ａ、１１６Ａ内の単位高さ当たりの圧力損失Δ
Ｐ_114A、ΔＰ_116Aと第２室１１４Ｂ、１１６Ｂ内の単位
高さ当たりの圧力損失ΔＰ_114B、ΔＰ_116Bとを等しく
し、圧力損失δＰ₁ 、δＰ₂ を等しくするようにしてい
る。次に、本発明の第６の実施の形態について説明す
る。

【００５９】図１２は本発明の第６の実施の形態におけ
る結合型蒸留塔の要部概念図、図１３は本発明の第６の
実施の形態における結合型蒸留塔の要部断面図である。
図において、２１３は第３セクション、２１４Ａ〜２１
６Ａは第１室、２１４Ｂ〜２１６Ｂは第２室、２１７は
第７セクション、２２２〜２２４は中仕切りである。

【００６０】本実施の形態は、結合型蒸留塔における蒸
留条件によって、第１室２１４Ａ、２１６Ａ内の上昇蒸
気量と第２室２１４Ｂ、２１６Ｂ内の上昇蒸気量とが互
いに異なる場合に有効である。そのために、前記中仕切
り２２２〜２２４が偏心させられ、本実施の形態におい
ては、第１室２１４Ａ、２１６Ａの断面積Ｓ１が第２室
２１４Ｂ、２１６Ｂの断面積Ｓ２より小さくされ、 Ｓ１：Ｓ２＝４：６ にされる。

【００６１】また、第１室２１４Ａ内の充填物高さが第
２室２１４Ｂ内の充填物高さより小さくされ、第１室２
１６Ａ内の充填物高さが第２室２１６Ｂ内の充填物高さ
より大きくされる。前記各実施の形態においては、充填
物としてＢＸパッキング、メラパック２５０Ｘ、メラパ
ック２５０Ｙ、メラパック３５０Ｙが使用されている
が、ＣＹパッキング、メラパック１２５Ｘ、メラパック
１２５Ｙ、メラパック１７０Ｘ、メラパック１７０Ｙ、
メラパック２Ｘ、メラパック２Ｙ、メラパック５００
Ｘ、メラパック５００Ｙ、メラパック７５０Ｙを使用す
ることもできる（いずれも商品名：住友重機械工業株式
会社製）。なお、本発明は前記実施の形態に限定される
ものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させる
ことが可能であり、それらを本発明の範囲から排除する
ものではない。

【００６２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、蒸留装置においては、塔本体と、該塔本体内を分
割し、互いに隣接する第１室及び第２室を形成する中仕
切りと、前記塔本体内に少なくとも第１〜第３の成分を
含有する原液を供給するフィードノズルと、上方に濃縮
部を、下方に回収部を備えた第１の蒸留部と、少なくと
も一部が前記塔本体の塔頂と隣接させて配設され、上方
に濃縮部を、下方に回収部を備えた第２の蒸留部と、少
なくとも一部が前記塔本体の塔底と隣接させて配設さ
れ、上方に濃縮部を、下方に回収部を備えた第３の蒸留
部と、前記第１の成分を排出する第１の排出手段と、前
記第２の成分を排出する第２の排出手段と、前記第３の
成分を排出する第３の排出手段とを有する。

【００６３】そして、前記中仕切りは偏心させられ、第
１室の断面積と第２室の断面積とが異なる。この場合、
第１室の断面積と第２室の断面積とを異ならせることに
よって、前記第１室において発生する圧力損失と前記第
２室において発生する圧力損失とを等しくすることがで
きるので、上昇する蒸気に対して下降する液体の影響が
及ばないようにすることができる。したがって、蒸気は
均等に分配されて上昇する。

【００６４】しかも、蒸気を分配するためにアナライ
ザ、流量コントローラ、流量制御弁、レベルセンサ等の
多数の計装品を配設する必要がないだけでなく、各計装
品を操作して複雑な制御を行う必要がない。したがっ
て、蒸留装置を小型化することができるだけでなく、蒸
留装置のコストを低くすることができる。また、結合型
蒸留塔内の液体の下降、及び蒸気の上昇を円滑化するこ
とができるので、各充填物においてチャンネリング現象
が発生するのを防止することができるだけでなく、マル
ディストリビューションが発生するのを防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における結合型蒸留
塔の概念図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態における蒸留装置の
概念図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態における圧力損失の
シミュレーションを行った結果を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態における結合型蒸留
塔の特性を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態における充填物特性
を示す図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態における結合型蒸留
塔の特性を示す図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態における充填物特性
を示す図である。

【図８】本発明の第４の実施の形態における結合型蒸留
塔の特性を示す図である。

【図９】本発明の第４の実施の形態における充填物特性
を示す図である。

【図１０】本発明の第５の実施の形態における結合型蒸
留塔の要部概念図である。

【図１１】本発明の第５の実施の形態における結合型蒸
留塔の要部断面図である。

【図１２】本発明の第６の実施の形態における結合型蒸
留塔の要部概念図である。

【図１３】本発明の第６の実施の形態における結合型蒸
留塔の要部断面図である。

【符号の説明】

２２〜２４、１２２〜１２４、２２２〜２２４ 中仕
切り ２５〜２７ 第１〜第３の蒸留部 ４１ フィードノズル ４２ サイドカットノズル ４３ 蒸気出口 ４５ 缶出液出口 １１４Ａ、１１６Ａ 第１室 １１４Ｂ、１１６Ｂ 第２室 ＡＲ１、ＡＲ３、ＡＲ５ 濃縮部 ＡＲ２、ＡＲ４、ＡＲ６ 回収部

フロントページの続き (72)発明者 岡本 昇 東京都田無市谷戸町二丁目１番１号 住重 東京エンジニアリング株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）塔本体と、（ｂ）該塔本体内を分
   割し、互いに隣接する第１室及び第２室を形成する中仕
   切りと、（ｃ）前記塔本体内に少なくとも第１〜第３の
   成分を含有する原液を供給するフィードノズルと、
   （ｄ）上方に濃縮部を、下方に回収部を備えた第１の蒸
   留部と、（ｅ）少なくとも一部が前記塔本体の塔頂と隣
   接させて配設され、上方に濃縮部を、下方に回収部を備
   えた第２の蒸留部と、（ｆ）少なくとも一部が前記塔本
   体の塔底と隣接させて配設され、上方に濃縮部を、下方
   に回収部を備えた第３の蒸留部と、（ｇ）前記第１の成
   分を排出する第１の排出手段と、（ｈ）前記第２の成分
   を排出する第２の排出手段と、（ｉ）前記第３の成分を
   排出する第３の排出手段とを有するとともに、（ｊ）前
   記中仕切りは偏心させられ、第１室の断面積と第２室の
   断面積とが異なることを特徴とする蒸留装置。
2. 【請求項２】 前記第１の蒸留部は前記塔本体の中央に
   配設される請求項１に記載の蒸留装置。
3. 【請求項３】 前記フィードノズルは第１の蒸留部内に
   原液を供給する請求項１又は２に記載の蒸留装置。
4. 【請求項４】 前記フィードノズルは、前記第１の蒸留
   部における濃縮部と回収部との間に配設される請求項３
   に記載の蒸留装置。
5. 【請求項５】 少なくとも前記第１の蒸留部における濃
   縮部及び回収部に、それぞれ充填物が独立させて配設さ
   れる請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸留装置。
6. 【請求項６】 前記各充填物は互いに種類が同じである
   請求項５に記載の蒸留装置。
7. 【請求項７】 前記各充填物は互いに種類が異なる請求
   項５に記載の蒸留装置。
8. 【請求項８】 （ａ）上方に濃縮部を、下方に回収部を
   備えた第１の蒸留部、少なくとも一部が塔頂と隣接させ
   て配設され、上方に濃縮部を、下方に回収部を備えた第
   ２の蒸留部、少なくとも一部が塔底と隣接させて配設さ
   れ、上方に濃縮部を、下方に回収部を備えた第３の蒸留
   部、及び第１室の断面積と第２室の断面積とを異ならせ
   るために偏心させて配設された中仕切りを備える塔本体
   内に、少なくとも第１〜第３の成分を含有する原液を供
   給し、（ｂ）前記第２の蒸留部の上端に接続された凝縮
   器によって所定の成分の蒸気を凝縮し、（ｃ）前記第３
   の蒸留部の下端に接続された蒸発器によって所定の成分
   の液体を蒸発させ、（ｄ）前記第２の蒸留部の上端にお
   いて第１の成分に富んだ液体を、前記第３の蒸留部の下
   端において第３の成分に富んだ液体を、前記中仕切りが
   配設された部分において第２の成分に富んだ液体を得る
   ことを特徴とする蒸留方法。
9. 【請求項９】 前記第１の成分は第２の成分より、該第
   ２の成分は第３の成分より沸点が低い請求項８に記載の
   蒸留方法。