JPS60168501A - 蒸留装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、省エネルギー型蒸留装置に関する。

従来の省エネルギー型蒸留装置の一つである自己蒸気圧
縮法では、塔頂蒸気を直接圧縮し、これを塔底リボイラ
ーの熱源として使用し、熱の有効利用をはかっていた。

この方式では、被処理物そのものが圧縮される為、高温
となり、被処理物の変質が起こり、また被処理物によっ
ては、爆発の可能性も高まる。この様な被処理物にはヒ
ートポンプ方式により、被処理物の温度圧力条件を同一
のままで、省エネをはかる方式が採用されつつある。し
かしながら、このヒートポンプ方式も従来方法では、ヒ
ートポンプ系内での冷媒の劣化、あるいは、冷媒自体の
毒性・危険性・腐蝕性が問題２なる。又、高圧下で運転
する為、冷媒が蒸留被処理物中へ漏洩することがあり、
この冷媒の混入が製品によっては致命的な欠陥となる。

冷媒の補充・修理時の回収・再充填も厄介な作業であり
、冷媒自体も安価ではない。

ヒートポンプ故障の場合、蒸留運転を続行させる為、別
途リボイラー及び凝縮器が必要であり、装置及び運転操
作が複雑であった。又、ヒートポンプ自体の効率化・経
済性を主とする為、装置のコンパクト化が企られ、蒸発
器及び凝縮器はほぼ同一のレベルにあった。この為、蒸
留被処理液側にポンプの設置が必要となり、液のリーク
，液によっては火災の可能性もある。

上記の欠点を改善すべき種々検討した結果、冷媒として
水を用いる改良型ヒートポンプを開発しこれを組み込ん
だ蒸留装置を試作、検討したところ系内圧力が大気圧以
下の場合でも運転可能であることが見い出された。

水を冷媒として用いる為、低・中温域での運転では、ヒ
ートポンプの圧縮機の吸入・吐出側の両方、又は吸入側
のみを大気圧以下にする必要がある。この場合、ヒート
ポンプ系内に外部から空気が混入することは避けられな
い。これに対しては、ヒートポンプに真空発生装置を組
み込み、不凝縮ガスを吸引排出し、系の真空度を維持さ
せる。

抽気によって減少した水は、給水装置より補給する。圧
縮機軸封部のシールには水、もしくは水蒸気を用いる。

この水もしくは水蒸気は、ヒートポンプ系内に流入する
。この量が抽気により、系外に出る水より多い場合は、
系内の水を排水装置により排出する。この排水装置を作
動させる水面は、給水装置を作動させる水面より高めと
する必要がある。

ヒートポンプの蒸発器（蒸留コンデンサー）は、蒸留の
還流液が自重で塔頂部へ戻せる様に塔の上に置き、又凝
縮器（蒸留リボイラー）は、サーモサイホンにより蒸留
塔底部液が自然循環できるように塔の下に置く。凝縮器
（蒸留リボイラー）で凝縮した水は、通常のメカニカル
シールポンプで蒸発器（蒸留コンデンサー）に送り込む
。ポンプより水がリークしても周囲に危害を及ぼす心配
はなく、父系内にシール水が流入しても、排水装置によ
り所定の水量が保たれるので問題はない。

ヒートポンプの定期修理、故障に備えて、蒸発器（蒸留
コンデンサー）には冷却水ラインを、凝縮器（蒸留リボ
イラー）には蒸気ラインを接続させ、弁を切り替えるこ
とにより、そのまま蒸留運転の続行が可能となり、蒸留
運転停止の損失を未然に肪ぐことができる。

本発明の改良型ピー１小ンプを組込んだ蒸留装置は、蒸
留塔と改良型ヒートポンプとから成りたっている。改良
型ヒートポンプは、従来からのヒートポンプ構成要素で
ある蒸発器・圧縮器・凝縮器・減圧弁にくわえて、真空
発生装置、給水装置、排水装置とから成りたっている。

真空発生装置は、ヒートポンプ系内に洩れ込んでくる不
凝縮ガスを系外に排水するものであり、給水装置はヒー
トポンプ系内水量の減少分を外部から系内に補給するも
のであり、又排水装置はヒートポンプ系内水量の増加分
を系外に排水するものである。

本発明は、以下の様な利点を有している。

水を冷媒とする改良型ヒートポンプを、蒸留装置に組み
込むことにより、大巾な省エネルギー、コストダウンに
なる。エネルギーベースで従来の約１７１０、コストは
約１７４になる。

■　水冷媒の特質として、分解が無く、変質の恐れがな
いで通常１０〜１００℃の範囲で使用可能である。又必
要に応じて加圧することにより２００℃又はそれ以上で
も可能である。

■　洩れた場合でも、毒性・危険性・腐蝕性がなく安全
である。

■　冷媒の補給・排出が容易である。

■　冷媒が安価である。

■　冷媒の接液・接ガス部は、ＦＣ，ＳＳ等の安価な材
質を使用できる。

■　圧縮機軸封部に水及び水蒸気を用いることができ、
システムの密閉性を高めることができる。

■　蒸留塔内圧より、ヒートポンプ側の圧力を低くする
運転が可能で、冷媒が蒸留側へリークしない。

■　水・アルコール系の如く、水を含む蒸留系では、た
とえ冷媒が蒸留側へリークしても問題がない。

■　毒性がないので安全・衛生上、食品・医薬品関係の
用途に適している。

■　運転・保全が容易である。

次に第１図に基づいて、含水エタノールに含まれる微量
メタノールの除去を例にとって説明する。

微量メタノールを含む含水エタノールは、蒸留塔１へ入
口１３より供給され、メタノールを除去された含水エタ
ノールが出口１４より排出される。

塔頂蒸気（７８℃）は、蒸発器（蒸留コンデンサー）２
に入り、水に熱を与えて凝縮し、大部分は配管１５を通
り蒸留塔１の塔頂に戻り、一部は配管１６より不良アル
コール液として抜き取られる。

尚、蒸発器（蒸留コンデンサー）２の末端はベントライ
ンを通し、大気開放となっており、塔頂ペーパー圧力は
、はぼ大気圧である。又蒸留塔１の塔底液は配管１７を
通り凝縮器（蒸留リボイラー）９に入り、圧縮昇温され
た水蒸気より熱を受け、自然循環で配管１８を通り、塔
底（８０℃）へ戻る。塔頂ペーパーと塔底温度の温度差
は、塔内圧損分に見合った温度で本装置の場合２〜３℃
である。この昇温は、水を冷媒とするヒートポンプによ
り行われる。

ヒートポンプ系内水の流れは、蒸発器（蒸留コンデンサ
ー）２内でペーパーの熱を受けて蒸発し、デミスタ−５
でミストを除去された後配管１９を通り、圧縮機７に入
り、昇圧、昇温されて配管２０を通り、凝縮器（蒸留リ
ボイラー）９に流れ込み、塔底液に熱を与えて凝縮する
。蒸発器（蒸留コンデンサー）２内の水の蒸発温度（７
１℃）と、凝縮器（蒸留リボイラー）９の水の凝縮温度
の温度（８５℃）差は、本装置の場合１４℃であり、両
温度に対応する圧力は、それぞれ０．３３　ａ　ｔ　ａ
及び０．５９　ａ　ｔ　ａで大気圧以下である。

凝縮器（蒸留リボイラー）９内の凝縮水は、循環ポンプ
１２により配管２１を通り、蒸発器（蒸留コンデンサー
）２へ流れ込む。配管２１には、減圧弁６が取り付けら
れており、必要な圧力差を維持する。配管２１の凝縮器
（蒸留リボイラー）９内吸入管にはフロート弁が取り付
けられており、これにより、凝縮器（蒸留リボイラー）
９内水面は所定の位置に保たれる。ヒートポンプ系内に
混入してくる空気は、凝縮上・部から配管２２を通して
、真空発生装置１１により吸引され、大気中へ放出され
る。配管２２の途中には真空調整弁１０があり、これに
より系内真空度を所定の値に保つ。

不凝縮性ガスとともに水蒸気も分圧相当分が系外に排出
されるので、新たに水の補給が必要となる。

これは給水装置３により行われ、フロート弁にて、蒸発
器（蒸留コンデンサー）２内水面を所定の位置に保つ。

配管２３の圧縮器軸封部のシール用水蒸気ラインより水
蒸気が系内に混入する。この量が排気中の水蒸気より多
い場合は、排水の必要がある。これは排水装置４により
フロート弁を介して、自動的に行う。この装置の末端は
地上まで引き下げ、水封タンク内に入れである。蒸発室
内圧力と大気圧の差圧以上の高さが必要で、不足の時は
引抜ポンプを設置する。排水装置フロート弁の位置は、
給水装置作動面より上に設定しである。

ヒートポンプの負荷調整は、コンプレッサーバイパス弁
８及びインレットベーン開度調整又は、回転数制御によ
り行う。スタート時の加Ｄｉごは、配管２４よりの水蒸
気を用いる。又、この水蒸気気は能力不足時の補助及び
圧縮機故障時の運転にも用いる。配管２４からの水蒸気
のみによる運転の場合は、蒸発器（蒸留コンデンサー）
２には、配管２５より水を通して従来の蒸留コンデンサ
ーとして機能させる。この場合、排水装置４についてい
るバイパスライン配管２６を通して、排温水、を排出さ
せるＬ

【図面の簡単な説明】

第゛１図は本発明の蒸留装置の一例を示す。１は蒸留塔
、２は蒸発器（蒸留コンデンサー）、３は給水装置、４
は排水装置、５はデミスタ−１６は減圧弁、７は圧縮機
、８はコンプレッサーバイパス弁、９は凝縮器（蒸留リ
ボイラー）、ｌＯは真空調整弁、１１は真空発生装置、
１２は循環ポンプ、１３〜２６は配管をそれぞれ示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ■　（イ）給水装置及び排水装置を備えた蒸発器、（ロ
   ）圧縮機及び（ハ）真空発生装置を備えた凝縮器から構
   成される水を冷媒とするヒートポンプと■蒸留塔とから
   構成される装置