JPS6327506A - 水蒸気蒸留における熱回収方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は水蒸気蒸留における熱回収方法に間し、詳しく
はポリマー溶液から水蒸気蒸留によってポリマーを回収
する工程において、水蒸気蒸留槽頂部から得られる溶媒
蒸気と水蒸気との混合蒸気の熱エネルギーを効率的に回
収する方法に関する。

（従来の技術） トルエン、ヘキサンなどの疎水性溶媒中で溶液重合して
得られるポリブタジェン、ポリイソプレンなどのポリマ
ー溶液から、これら′ポリマーを分離するには水蒸気蒸
留が用いられることはよく知られているところである。

この水蒸気蒸留は低い温度で溶媒の分離が可能であるこ
とからポリマーを高温に曝さずにすむこと、ポリマー溶
液が高粘度溶液であっても水蒸気蒸留槽内ではスラリー
となり撹拌が容易であることなどの利点があるが、ポリ
マー中に溶媒が含まれているため溶媒の分離効率が悪く
、溶媒を単独で蒸発させるに必要な熱エネルギー相当量
よりもはるかに多量の水蒸気を供給しなくてはならず、
また水とポリマーが直接接触するため水分除去を後工程
で行わなければならないなどの欠点がある。特に、この
水蒸気蒸留における多量の水蒸気の消費はエネルギー節
約上無視できないものである。

上記水蒸気蒸留において使用する水蒸気の熱エネルギー
は殆ど全てが水蒸気蒸留槽頂部からの溶媒蒸気と水蒸気
との混合蒸気熱として排出されるが、従来、この混合蒸
気は水冷コンデンサーで液化されて溶媒が回収されるだ
けで、この混合蒸気の熱エネルギーの回収は行われてい
ながった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、ポリマー溶液からのポリマーの水蒸気蒸留に
よる分離、回収に際して、従来、そのまま捨てられてい
た水蒸気蒸留槽頂部からの混合蒸気の熱エネルギーを回
収してプロセスの省エネルギー化を図ることを目的とす
るものである。

（問題点を解決するための手段） 上記目的は、前記混合蒸気を水蒸気発生用温水またはリ
ボイラー加熱用温水と直接接触熱交換させることにより
達成できることを知り、この知見に基づいて本発明を完
成するに至った。

即ち、本発明は、溶液重合によって得られたポリマー溶
液を水蒸気と共に水蒸気蒸留槽に導入して水蒸気蒸留を
行い、溶媒を水蒸気と共に槽頂部から、またポリマース
ラリーを槽底部からそれぞれ取り出すポリマーの回収工
程において、槽頂部から得られる溶媒蒸気と水蒸気との
混合蒸、気を水蒸気発生用温水またはリボイラー加熱用
温水と直接接触熱交換させて混合蒸気の熱エネルギーを
回収することを特徴とする水蒸気蒸留における熱回収方
法に関する。

以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は前記混合蒸気と水蒸気発生用温水との直接接触
熱交換によって熱回収を図る本発明方法の一臭施悪様を
示す系統図であり、第２図は前記混合蒸気とリボイラー
加熱用温水との直接接触熱交換によって熱回収を図る本
発明方法の一案施悪様を示す系統図である。

第１図に示す方法においては、先ず水蒸気蒸留用温水を
ライン３がら、ポリマー溶液をライン４から、また水蒸
気をライン７から水蒸気蒸留槽１に導入して水蒸気蒸留
を行い、ポリマースラリーをライン９から、また分屋し
た溶媒蒸気と水蒸気との混合蒸気をライン５がちそれぞ
れ取り出す。

水蒸気蒸留槽１から取り出したポリマースラリーをライ
ン９から、また水蒸気をライン８がら水蒸気蒸留槽２に
導入して水蒸気蒸留を行い１、溶媒蒸気と水蒸気との混
合蒸気をライン６がら、また溶媒を殆ど分離したポリマ
ースラリーをライン２４から取り出す、このポリマース
ラリーは仕上工程（図示してない）へ送り、ここでポリ
マーと温水とに分離される。なお、水蒸気蒸留に使用す
る水蒸気蒸留槽の設置数は、仕込みポリマー溶液の種類
、分離精製の程度などによって異なるが、２基の蒸留槽
を使用するのが一般的である。

水蒸気蒸留槽１および２の頂部から取り出した溶媒蒸気
と水蒸気との混合蒸気はライン１１を経て直接接触熱交
換器１０に導入し、ここでフラッシュ禮１４底部からラ
イン１５を経て導入された水蒸気発生用温水と直接接触
熱交換させる０本発明にいう「直接接Ａ！！！熱交換」
とは、液体中に蒸気を直接吹き込んで、蒸気の一部また
は全部を凝繍させて熱交換を行うことを意味する。なお
、この直接接触熱交換器１０に導入する混合蒸気は水蒸
気蒸留ＭＪ１および２からの混合物に限られるものでは
なく、場合によっては水蒸気蒸留槽１または２から取り
出した混合蒸気だけであってもよい。

直接接触熱交換器ＩＯにおいて、ライン１５がら導入さ
れた水蒸気発生用温水は混合蒸気との直接接触熱交換に
よって昇温され、熱交換によって混合蒸気から凝縮した
温水と共に（以下、これら温水を昇温温水と総称する）
ライン１３を経てフラッシュ槽１４に送られる。フラッ
シュ槽１４においては、導入した昇温温水をフラッシュ
して水蒸気を発生させる。即ち、この方法における水蒸
気発生用温水とはフラッシュ槽１４がら直接接触熱交換
器１０に導入して、最終的に水蒸気を発生させるための
温水を意味する。

直接接触熱交換器１０における未凝縮の蒸気はライン１
２を経てコンデンサー２３に導入し、冷却水２０．２２
で凝縮させ、凝縮液はライン２１から取り出す。

一方、フラッシュ槽１４で得られた水蒸気はフラッシュ
Ｐａ１４上部から取り出し、ライン１６を経て他の装置
（図示してない）の熱源として使用し、またライン１７
を経て圧縮器１８に導入し、ここで昇圧してライン１９
から、ライン７、および８に導入して、それぞれ水蒸気
蒸留槽１および２に供給する。勿論、昇圧水蒸気は水蒸
気蒸留槽１あるいは２のみに供給してもよい。

上記温水と混合蒸気との直接接触熱交換によって熱回収
３行うことが本発明の特徴である。温水と混合蒸気との
熱交換には、例えばシェルアンドチューブ型熱交換器を
用いた間接熱交換方式も考えられるが、温水と混合蒸気
との温度差は高々ｌ〇−１５℃と低く、この程度の低い
温度差を利用して効率よく熱交換するためには、接触面
積を広くする必要があり、このため大型間接熱交換器を
設置しなければならず、建設費、敷地面頂の増加などに
よって、混合蒸気の熱エネルギー回収のメリットが失わ
れてしまう、この問題が混合蒸気の熱エネルギーの回収
が従来行われなかった理由の一つである０本発明は、こ
の同居を直接接触熱交換方式を採用することによって解
決したのである。なお、上記のように温水と混合蒸気と
の温度差が小さいのは、水蒸気効率がよく、またポリマ
ーが曝される温度が低くなるという理由から、水蒸気２
蒸留槽の圧力は低い程望ましいのに対し、温水が高く昇
温されれば、高い圧力のフラッシュ水蒸気が得られて、
その用途が拡大し、また所定の圧力の水蒸気を得るに温
水の循環量が少なくて済み、あるいは熱回収設備が小さ
くて済むという理由から混合蒸気の圧力は高く、凝縮温
度が高い程望ましいという、相反する要求の折り合える
経済的接点は、通常、狭い範囲に限られるからである。

従来、直接接触熱交換方式が検討の対象にならなかった
のは、特にフラッシュ槽１４で得られた水蒸気を昇圧し
て水蒸気蒸留槽１および／または２に供給する場合、水
蒸気中に少量でも溶媒が歿存し、これが水蒸気蒸留槽に
同伴されると槽内藍にポリマーが付着しやすくなり、こ
の付着ポリマーが蒸留効率を悪化させ、またＭ離してポ
ンプの閉塞を起こして、運転を不可能にするなどのトラ
ブルを発生させると考えられていなからである。

勿論、この混入溶媒をデカンタ−を設置して分離するこ
とも可能であるが、その設置にともなう建設費の増加な
どによって、熱回収のメリッ、トが失われてしまう０本
発明は、上記直接接触熱交換方式における問題を、直接
接触熱交換器１０における直接接触熱交換を混合蒸気中
の溶媒蒸気が凝縮しない程度に行うことにより、換言す
れば混合蒸気中の水蒸気だけを凝縮させる範囲内にとど
めることにより解決しなのである。

このためには、混合蒸気中の水蒸気のモル分率が溶媒と
水との共沸組成における水のモル分率よりも大きい範囲
内で水蒸気を凝縮させればよい。

具体的には、ライン１１を経て直接接触熱交換器１０に
導入される混合蒸気の組成および流量を熱収支と物質収
支から計算し、この混合蒸気の温度、組成および流量に
基づいて、溶媒のｇ縮が起こらないようにライン１５を
経てフラッシュ槽１４から導入する水蒸気発生用温水の
温度および流量を決定してやればよい。

次に、第２図に示す方法に説明するが、第１図における
と同一要素は同一符号にて表示した。水蒸気蒸留用温水
をライン３から、ポリマー溶液をライン４から、また水
蒸気をライン７がら、水蒸気蒸留槽１に導入し、水蒸気
蒸留して分離した溶媒蒸気と水蒸気との混合蒸気をライ
ン５から、またポリマースラリーをライン９からそれぞ
れ取り出す、このポリマースラリーは、次の水蒸気蒸留
槽２に導入して、ライン゛８から導入した水蒸気によっ
て水蒸気蒸留を行い、溶媒蒸気と水蒸気との混合蒸気を
ライン６から、また溶媒を殆ど分離したポリマースラリ
ーをライン２４がらそれぞれ取り出す、このポリマース
ラリーは仕上工程（図示してない）に導入して、ここで
ポリマーと温水とに分離される。なお、この方法で使用
する水蒸気蒸留槽の設置数は、前記第１図に示した方法
と同様。

通常、２基である。

水蒸気蒸留槽１および２からそれぞれライン５および６
を経て取り出した混合蒸気をライン１１を経て直接接触
熱交換器１ｏに導入する。

直接接触熱交換器１０には、更に他の蒸留塔２５のリボ
イラー２６の加熱に使用する温水をライン２７を経て、
必要に応じてライン２９がら−部をバイパスしたのち、
ライン２８から導入して、ライン１１から導入した混合
蒸気と直接接触熱交換させる。この熱交換によって得ら
れた昇温温水をライン１３から取り出し、その一部をラ
イン３０を経てリボイラー２６に循環する。即ち、−こ
の方法におけるリポリラー加熱用温水とは、他の蒸留塔
のリボイラーの加熱源として循環使用する温水と忘味す
る。

直接接触熱交換器１０における未凝縮蒸気をライン１２
から取り出し、コンデンサー２３に導入する。このコン
デンサー２３では、混合蒸気を冷却水２０．２２で冷却
し、′ａａ液をライン２１から取り出す。

この方法においても、第１図に示す方法と同様に、直接
接触熱交換器１０における直接接触熱交換は、混合蒸気
中の水蒸気のモル分率が溶媒と水との共沸組成における
水のモル分率よりも大きい範囲内で水蒸気を凝縮させる
のが好ましい。

本発明におけるポリマー溶液の具体例としては、トルエ
ン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサンなどの疎水性
溶媒中で溶液重合して得られるポリブタジェンゴム、ポ
リイソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレン
ブタジェンゴムなどを挙げることができるが、本発明は
これらに限定されるものではない。

本発明における直接接触熱交換に使用する熱交換器の種
類には、特に制限はなく、液柱式凝縮器、液膜式凝縮器
、充填式凝縮など一般にバロメトリックコンデンサ−と
呼ばれる熱交換器を使用することができる。

なお、本発明の方法においては、必要なパラメータの計
算および決定をコンピュータを利用して容易に実施する
ことができる。

（実施例） 以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。

実施例１ この実施例においては、溶媒としてトルエンを使用して
一ブタジェンの溶液重合を行い、得られたポリブタジェ
ン溶液（ポリブタジェン濃度、１８重量％）から水蒸気
蒸留によってポリブタジェンポリマーを分離する際に、
第１図に示す方法によって混合蒸気の熱エネルギーの回
収を行った。

温水４８ｔ／ｈ、ポリマー溶液２５ｔ／ｈおよび水蒸気
１３ｔ／ｈをそれぞれライン３．４および７から水蒸気
蒸留槽１に導入して、水蒸気蒸留を行い、トルエン蒸気
と水蒸気との混合蒸気３０，６ｔ／ｈを槽頂部からライ
ン５を経て取り出し、一方槽底部からはポリマースラリ
ー５５．４ｔ／ｈとライン９を経て取り出した。

このポリマースラリー５５．４ｔ／ｈを水蒸気蒸留槽２
に導入し、ライン８から供給した水蒸気２　ｔ／ｈによ
って水蒸気蒸留を行い、溶媒をほぼ完全に除去したポリ
マースラリー５６．２ｔ／ｈはライン２４から取り出し
、仕上工程に送ってポリマーを回収した。水蒸気蒸留塔
２の頂部からはトルエン蒸気と水蒸気との混合蒸気１．
２ｔ／ｈが排出され、この混合蒸気を水蒸気蒸留槽１か
らの混合蒸気３０．６ｔ／ｈとともに１１０℃の混合蒸
気（操作圧力、２．０気圧）としてライン１１を経て直
接接触熱交換器１０に導入した。

直接接触熱交換器１０では、その上部に・フラッシュ槽
１４からの１００℃の温水１００　ｔ／ｈをライン１５
を経て導入して上記ライン１１からの１１０℃の混合蒸
気と直接接触熱交換させた。３００℃の温水はこの直接
接触熱交換によって混合蒸気の直接接触熱交換器１０の
入口温度にほぼ等しい１１０℃となった。なお、この直
接接触熱交換においては、混合蒸気のうち水蒸気のみが
凝縮し、トルエンのＨａは起こらなかった。

１１０°Ｃに昇温した温水は、水蒸気２ｔ／’ｈを吸収
して１０２ｔ／ｈとなるが、この温水をライン１３から
フラッシュ槽１４に導入して、ここでフラッシュした。

その結果、水蒸気２ｔ、／ｈが発生し、温水は１００℃
となった。この発生水蒸気のうち１　ｔ／ｈはライン１
６から取り出し、そのまま他の装置の熱源として利用し
た。一方、ライン１７からの水蒸気１　ｔ／ｈを圧縮器
１８に導入して、昇圧してライン７および８を経て、そ
れぞれ水蒸気蒸留槽１及び２に供給した。

直接接触熱交換器１０での未凝縮蒸気２９．９ｔ／ｈは
。

その上部からライン１２から取り出し、コンデンサー２
３に導入し、ここで冷却水によって凝縮され、凝縮液と
してライン２１から排出した。

上記結果から明らかなように本発明方法による熱回収に
よって水蒸気２　ｔ／ｈに相当する熱エネルーギーが回
収された。

実施例２ 実施例１で使用したと同じポリブタジェンの１８重量％
のトルエン溶液を使用し、第２図に示す方法によって混
合蒸気の熱エネルギーの回収を行った。

水蒸気蒸留用温水４８ｔ／ｈをライン３から、ポリマー
溶液２５ｔ／Ｉｌをライン４から、また水蒸気１３　ｔ
／ｈをライン７から水蒸気蒸留槽１に導入して、水蒸気
蒸留を行い、トルエン蒸気と水蒸気とかうなる混合蒸気
３０．６ｔ／ｈを槽頂部から取り出し、一方槽底部から
はポリマースラリー５５．４ｔ／ｈを取り出した。この
ポリマースラリー５５．４ｔ／ｈを水蒸気蒸留槽２に導
入して、ライン８から供給した水蒸気２　ｔ／ｈによっ
て水蒸気蒸留を行い、トルエンをほぼ完全に分離したポ
リマースラリー５６．２ｔ／ｈを槽底部からライン２．
４を経て取り出し、一方混合蒸気１．２ｔ／ｈを槽頂部
からライン６を経て取り出した。

水蒸気蒸留槽１および２がらの混合蒸気３１，８ｔ／ｈ
を直接接触熱交換器１０に導入した。この直接接触熱交
換器１０に、蒸留塔２５のリボシー２６加熱用循環温水
（９５℃＞　１００ｔ／ｈをライン２８から導入して、
混合蒸気と直接接触熱交換を行なった。温度１１０℃の
昇温温水１０２．８ｔ／ｈがライン１３から得られ、こ
れをライン２つからバイパスした循環温水１５ｔ／ｈと
三方弁で混合し、温度を正確に一定値１０８℃に制御し
た。なお、この直接接触熱交換に際、しては、実施例１
と同条に、トルエンの凝縮は起こらなかった。

この昇温温水１１７．８ｔ／ｈのうち水蒸気凝縮により
増加した２、８ｔ／ｈをライン３１から系外に排出し、
残りの昇温温水１１５　ｔ／ｈをライン３０′！：経て
リボイラー２６に循環した。

直接接触熱交換器１０の頂部からライン１２を経て取り
出した未凝縮蒸気２９．０ｔ／ｈをコンデンサー２３に
送り、ここで冷却水で冷却して液化した。

液化物はライン２１から取り出した。

上記結果から明らかなように、本発明方法による熱回収
によって、他の蒸留塔のリボイラー加熱用に１０８°Ｃ
の循環温水１１５ｔ／ｈが確保できた。。

（発明の効果） 本発明によれば、ポリマー溶液からのポリマーの水蒸気
蒸留による分離、回収に際し、従来そのまま捨てられて
いた蒸留槽頂部からの溶媒蒸気と水蒸気との混合蒸気の
熱エネルギーが効率的に回収され、熱エネルギーの有効
利用が達成される。

例えば、この熱回収によって水蒸気蒸留に使用する水蒸
気を発生できるし、また系外の蒸留塔用リボイラーの加
熱源としての温水を確保することができ、特に蒸留塔が
遠くに離れている場合、設備費が安くつき、また安全性
が高くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は前記混合蒸気を水蒸気発生用温水と直接接触熱
交換させて、混合蒸気の熱エネルギーを回収する本発明
方法の一実施態様を示す系統図であり、第２図は前記混
合蒸気を他の蒸留塔のリボイラー加熱用循環温水と直接
接触熱交換させて混合蒸気の熱エネルギーを回収する方
法の一実施態様を示す系統図である。 １．２１．水蒸気蒸留槽、１００．直接接触熱交換器、
１４１．フラッシュ槽、１８１．圧縮器、２３０．コン
デンサー、２５０．蒸留塔、２６．。 リボイラー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶液重合によって得られたポリマー溶液を水蒸気
   と共に水蒸気蒸留槽に導入して水蒸気蒸留を行い、溶媒
   を水蒸気と共に槽頂部から、またポリマースラリーを槽
   底部からそれぞれ取り出すポリマーの回収工程において
   、槽頂部から得られる溶媒蒸気と水蒸気との混合蒸気を
   水蒸気発生用温水またはリボイラー加熱用温水と直接接
   触熱交換させて混合蒸気の熱エネルギーを回収すること
   を特徴とする水蒸気蒸留における熱回収方法。