JPWO2006022208A1 - 多重構造型内部熱交換型蒸留塔 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも最外部熱交換部、中間部、および最内部熱交換部で構成される多重円筒構造を有し；該最内部熱交換部が該中間部と隔離され；該最外部熱交換部もまた該中間部と隔離され；該最外部熱交換部と該最内部熱交換部とが少なくとも２つの連通口で連通し；該連通口の少なくとも１つを該最内部熱交換部から該最外部熱交換部への蒸気の入口とし、そして他の連通口を該最外部熱交換部から該最内部熱交換部への蒸気の出口とした場合に、該蒸気が該入口から該出口に向かって一方向のみに移動し得るように構成された流路が該最外部熱交換部内に形成され；そして、該最外部熱交換部および該最内部熱交換部と、該中間部とのいずれか一方が濃縮部であり、他方が回収部であるように構成された、多重構造型内部熱交換型蒸留塔を提供する。本発明の蒸留塔は、伝熱効率に優れている。

Description

本発明は、多重構造型内部熱交換型蒸留塔に関する。

石油化学分野を始めとする多くの分野で蒸留操作が行われている。より精度の高い蒸留を行うために、多段の蒸留塔が利用されている。しかし、多段の蒸留塔で蒸留する場合、エネルギーロスが多いという問題がある。そこで、エネルギーを効率よく利用するために、内部熱交換型の蒸留塔が提案されている。例えば、特開平８−１３１７０４号公報には、円筒状の本体内部に単管を挿入し、単管の内側を濃縮部とし、そして外側を回収部とする同心二重構造の内部熱交換型蒸留塔が開示されている。この同心二重構造の内部熱交換型蒸留塔では、単管が複数のブロックに分割され、上下方向に複数のブロックを積み重ねた多段構造を形成している。１つのブロックの回収部は隣接するブロックの回収部と連通管で連結され、濃縮部の熱は、単管の管壁および連通管の管壁を介して回収部へと伝えられる。
国際公開第２００４／２６０２号パンフレットには、伝熱効率に優れ、トレイの洗浄が容易にでき、定期検査におけるメンテナンスも容易である内部熱交換型蒸留塔が記載されている。この蒸留塔は、回収部と濃縮部とが開閉可能に構成され、回収部と接する濃縮部の面に回収部内に突設する伝熱手段を設けて、濃縮部の熱をこの伝熱手段に伝熱する構成を有している。この蒸留装置の伝熱効率は、特開平８−１３１７０４号公報に開示された装置よりも高いが、まだ改良の余地がある。

本発明は、エネルギーの利用率（伝熱効率）にさらに優れた内部熱交換型蒸留塔を提供することにある。
本発明は、少なくとも最外部熱交換部、中間部、および最内部熱交換部で構成される多重構造を有し；該最内部熱交換部が該中間部と隔離され；該最外部熱交換部もまた該中間部と隔離され；該最外部熱交換部と該最内部熱交換部とが少なくとも２つの連通口で連通し；該連通口の少なくとも１つを該最内部熱交換部から該最外部熱交換部への蒸気の入口とし、そして他の連通口を該最外部熱交換部から該最内部熱交換部への蒸気の出口とした場合に、該蒸気が該入口から該出口に向かって一方向のみに移動し得るように構成された流路が該最外部熱交換部内に形成され；そして、該最外部熱交換部および該最内部熱交換部と、該中間部とのいずれか一方が濃縮部であり、他方が回収部であるように構成された、多重構造型内部熱交換型蒸留塔を提供する。
好ましい実施態様においては、上記最外部熱交換部は、相互に独立しかつ上下に配置されている複数の最外部熱交換室から構成され；該複数の最外部熱交換室のそれぞれは、上記最内部熱交換部と少なくとも２つの連通口で連通し；そして、該複数の最外部熱交換室のそれぞれにおいて、上記流路が形成されている。
好ましい実施態様においては、上記最外部熱交換部および上記最内部熱交換部が濃縮部であり、そして上記中間部が回収部である。
より好ましい実施態様においては、本発明の多重構造型内部熱交換型蒸留塔は、多重円筒構造、蛇管構造、あるいはプレート構造を有している。
より好ましい実施態様においては、上記最内部熱交換部および中間部に充填物が充填されている。
より好ましい実施態様においては、上記最内部熱交換部および中間部にトレイが設けられている。
より好ましい実施態様においては、上記最内部熱交換部にトレイを設け、上記中間部に充填物が充填されている。
より好ましい実施態様においては、上記最内部熱交換部に充填物が充填され、上記中間部にトレイが設けられている。
本発明の多重構造型内部熱交換型蒸留塔は、最外部熱交換部と最内部熱交換部とが連通しているため、中間部の内側面および外側面の両面から熱伝達が行われる。さらに、最外部熱交換部に形成されている流路に沿って、蒸気の入口から出口への一方向の流れができるため、蒸気が淀むことなく確実に出口に向かって流れる。そのため、最外部熱交換部および最内部熱交換部と、中間部とのいずれか一方を高圧側（高温側）とし、他方を低圧側（低温側）とすることにより、エネルギーロスが少なく、非常に伝熱効率のよい内部熱交換型蒸留塔が提供される。

図１は、本発明の多重円筒型内部熱交換型蒸留塔の上面断面模式図である。
図２は、最外部熱交換部内の流路の形状の例を示す部分断面図である。
図３は、最外部熱交換室の構造を示す模式断面図である。
図４は、本発明の一実施態様の三重構造型内部熱交換型蒸留塔の正面断面図である。
図５は、本発明の別の実施態様の三重構造型内部熱交換型蒸留塔の正面断面図である。
図６は、本発明の三重構造型内部熱交換型蒸留塔を用いて、トルエンとベンゼンとを分離する運転状況の一例を示す図である。

本発明の多重構造型内部熱交換型蒸留塔は、少なくとも最外部熱交換部、中間部、および最内部熱交換部で構成されている多重構造を有している。そして、最内部熱交換部が中間部と、および最外部熱交換部も中間部とそれぞれ隔離されており、最内部熱交換部と最外部熱交換部とは、少なくとも２つの連通口で連通した構造を有する。この連通口の少なくとも１つを最内部熱交換部から最外部熱交換部への蒸気の入口とし、そして他の連通口を最外部熱交換部から最内部熱交換部への蒸気の出口とした場合に、蒸気が入口から出口に向かって一方向のみに移動し得るように構成された流路が最外部熱交換部内に形成されている。そして、最外部熱交換部および最内部熱交換部と、中間部とのいずれか一方が濃縮部であり、他方が回収部であるように構成されている。
本発明の多重構造型蒸留塔は、多重円筒構造あるいはプレート構造であり得、これらを図面に基づいて説明する。図１Ａは、本発明の一実施態様である三重円筒構造の内部熱交換型蒸留塔１の上面断面図である。この三重構造型内部熱交換型蒸留塔１は、最内部熱交換部２、中間部３、最外部熱交換部４、および外套６から構成され、最内部熱交換部２と中間部３、および中間部３と最外部熱交換部４とは、それぞれ隔離されている。最内部熱交換部２と最外部熱交換部４とは、少なくとも２つの連通口７を介して連通している。
図１Ｂは、本発明の他の実施態様である四重円筒構造の内部熱交換型蒸留塔１０の上面断面図である。この蒸留塔１０は、図１Ａの三重円筒構造型内部熱交換型蒸留塔１の最外部熱交換部４と外套６との間に最外部５を有している。この最外部５は最外部熱交換部４とは隔離されている。さらに、図１Ａまたは図１Ｂに示す中間部３と最外部熱交換部４との間に、第２中間部、第２熱交換部などの部位を設けて、さらなる多重構造としてもよい。
図１Ｃは、本発明の他の実施態様であるプレート構造を有する内部熱交換型蒸留塔１１０の上面断面図である。この蒸留塔１１０の最外部熱交換部４は、中間部３の内部に配置され、プレート構造を有している。最内部熱交換部２と最外部熱交換部４とは、少なくとも２つの連通口７を介して連通している。図１Ｃにおいては、プレート構造は、放射状に設置されている。プレート構造を配置する方向、枚数などは、運転条件により決定すればよい。
図１Ｄは、本発明の他の実施態様である蛇管構造を有する内部熱交換型蒸留塔の上面断面図である。この蒸留塔１２０の最外部熱交換部４は、中間部３の内部に配置され、蛇管構造を有している。最内部熱交換部２と最外部熱交換部４とは、少なくとも２つ連通口７を介して連結している。図１Ｄにおいては、蛇管構造は最内部熱交換部２と同心円状に配置されている。蛇管を配置する方向、長さなどは、運転条件により、決定すればよい。
上記図１Ａ〜Ｄの最外部熱交換部４内には、蒸気が入口から出口に向かって一方向のみに移動し得るように構成された流路が形成されている。最内部熱交換部２および最外部熱交換部４を濃縮部として用いる場合、流路は、蒸気が、蒸気の入口である少なくとも１つの連通口７から最外部熱交換部４に導入され、最外部熱交換部４に設けられた流路を通って、蒸気の出口である別の連通口７から最内部熱交換部２に戻るように構成される。
上記のように、連通口７は少なくとも２つあればよい。連通口７は近接して設けてもよく、離れて設けてもよいが、離して設けた方が好ましい。いずれの場合においても、最外部熱交換部４内の蒸気の流路は、蒸気が常に流れ、停滞する部分がないように構成される。すなわち、蒸気が蒸気入口７１から入り、蒸気出口７２の方向のみに流れるように構成されている。多重構造型蒸留塔の最外部熱交換部４の流路の具体的一例を説明する。図１Ａの構造を有する最外部熱交換部４の流路は、邪魔板で円周状に形成され、内壁と外壁とに密着して配置され、仕切板７３で仕切られている。最下部から入った蒸気は、円周上を流れ、仕切板７３まで到達し、そして上昇して、次の邪魔板の間を最初の方向とは逆方向に流れて、入口側の仕切板７３まで戻ってくる。戻ってきた蒸気は、再び上昇し、次の邪魔板の間を円周上に流れて、反対側の仕切板７３で流れの方向を反転させる。これを繰り返しながら、蒸気は最後に蒸気出口７２から出ていく。この流路をらせん状に形成すると、蒸気の流れがスムーズになる。
図２Ａ〜Ｃは、このように構成された流路を示す模式部分断面図である。図２Ａおよび図２Ｂは、連通口７が近接して配置されている場合の図１Ａのｉ−ｉ断面図およびｉｉ−ｉｉ断面図である。図２Ａの最外部熱交換部４では、蒸気は蒸気入口７１から入り、手前側に流れて仕切板７３に当って、すぐ上の流路に沿っており返し、再度仕切板７３に当って次の流路に移動する構成になっている。図２Ｂは、仕切板７３に当った蒸気が上昇して一つ上の流路に流れることを示す図である。そして、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、蒸気は、最終的に一番上の流路から下ってきて、蒸気出口７２から、最内部熱交換部２に戻る。
図２Ｃは、連通口７が隔離して配置されている場合の図１Ａのｉｉ−ｉｉ断面図である。上記図２Ａおよび図２Ｂとは、蒸気が最外部熱交換部４の上部に設けられた蒸気出口７２から出ていくように構成された点が異なり、蒸気の流れは、図２Ａおよび図２Ｂの場合と同じである。
図２Ｄは、図１Ｃのプレート構造を有する多重構造型蒸留塔のｉｉｉ−ｉｉｉ断面図であり、最外部熱交換部４の流路を示す模式図である。プレート内には、邪魔板で流路が形成されている。この流路は、蒸気が一方向のみに移動するように、形成されている。
図２Ｅは、最外部熱交換部４として蛇管構造を用いる場合の、蒸気の流路を示す模式図である。この図２Ｅでは、蒸気入口７１と蒸気出口７２との間に配置したトレイ２１によって圧力差を生じさせ、蒸気が蒸気入口７１から入って、蛇管に沿って上方の一方向に流れ、蒸気出口７２から出ていくように構成されている。
図２Ａ〜Ｅに示すように、最外部熱交換部４の蒸気の流路は、蒸気入口７１から入った蒸気が蒸気出口７２に向かって一方向のみに移動するように構成されている。蒸留する場合、蒸留塔内には２以上の沸点が異なる成分（物質）の蒸気が流れている。最外部熱交換部４内に流路が設けられていない場合、蒸気の流れが停滞すると、沸点の高い成分は凝縮して液状になり、液は流路の内壁に沿って下方に流れるが、沸点の低い成分の流れは停滞し、熱交換が起らなくなる。しかし、本発明では、最外部熱交換部４に入った蒸気が出口まで確実に流れ出るため、熱交換が行われ得る。
本発明において、流路の形状は、特に制限されない。例えば、流路が、邪魔板、断面半円形のパイプなどを用いて、らせん状に形成されてもよい。このようならせん状の流路を配置することによって、蒸気が最外部熱交換部４の内壁に沿ってスムーズに移動できる。
上記構成において、最外部熱交換部４および最内部熱交換部２と、中間部３（および最外部５）とのいずれか一方を濃縮部とし、他方を回収部とするように設定することにより、多重構造型内部熱交換型蒸留塔として使用され得る。図１Ｂの四重円筒構造型内部熱交換型蒸留塔１０の最外部５および中間部３を濃縮部とする場合、最外部５と中間部３とは連通していることが好ましい。
この多重構造型内部熱交換型蒸留塔においては、濃縮部を加圧して回収部の温度より高い温度とする。この時、濃縮部から回収部に移動した熱量から、加圧に使用された熱量を差引いた熱量の差が、省エネルギーの量となる。最外部熱交換部４を設けることにより、中間部３（回収部）は最内部熱交換部２と最外部熱交換部４とで挟まれて、両側から加熱されることになる。伝熱面積が十分大きくとれるため、加圧に使用される熱量が少なくなり、省エネルギー効果は大きくなる。
最外部熱交換部４は、相互に独立しかつ上下に配置されている複数の最外部熱交換室４ａから構成されていることが好ましい。これらの複数の最外部熱交換室４ａはそれぞれ、最内部熱交換部２と少なくとも２つの連通口７で連通している。図３は、最外部熱交換室４ａの構造を示す模式断面図である。図３においては、連通口７は、各最外部熱交換室４ａの上部および下部の２箇所に蒸気入口７１（連通口７１）および蒸気出口７２（連通口７２）として設けられている。最外部熱交換室４ａには、最内部熱交換部２の蒸気がこの連通口７１を介して最外部熱交換室４ａに入り、蒸気の連通口７２を介して最内部熱交換部２に戻る一方向の流路が形成されている。図３は、図１Ａの最外部熱交換部４が複数の最外部熱交換室４ａに分割された場合のｉ−ｉ断面図を表す。この図３における流路は、図１Ａと同様、邪魔板で円周状に形成され、内壁と外壁とに密着して配置され、仕切板７３で仕切られている。上記図２で説明したように、蒸気は蒸気入口７１（下部の連通口）から入り、蒸気入口７１から手前側に流れて仕切板７３に当る。仕切板７３に当った蒸気は上昇してすぐ上の流路に沿って流れ、再度仕切板７３に当り、次の流路に移動する。これを繰返しながら、最後に蒸気出口７２から最内部熱交換部２へ出て行く。上述のように、邪魔板の代わりに、断面半円形のパイプ、コイルなどを適切に配置して、蒸気が最外部熱交換部４の内壁に沿ってらせん状に移動するように構成されていてもよい。
最外部熱交換部４が１区分のみの場合（区分されていない場合）、濃縮部の一番下に凝縮液が戻ることになる。したがって、各部への還流がないことになるので、還流比が不足する場合がある。この場合、濃縮部の塔頂に十分な還流を行うようにすれば、蒸留は可能である。しかし、外部還流で液を戻す分だけ、エネルギーが必要になる。これに対して、最外部熱交換部４を複数の最外部熱交換室４ａに区分することにより、最外部熱交換室４ａに導入される蒸気は、濃縮部の高さ方向に応じた濃度分布を形成し、熱交換によって凝縮される。凝縮された液は、連通口７１から最内部熱交換部２に戻り、この液が適正な濃度の還流液となる。そのため、エネルギーのロスがなく、蒸留ができる。一般に蒸留塔においては、濃縮部の一番下の温度が一番高温となるため、最外部熱交換部４を区分しない場合は、塔頂における回収部と濃縮部との温度差が大きい。そのため、最外部熱交換部４を区分しない方が運転は楽になる。しかし、省エネルギーの程度を考慮すると、最外部熱交換部４を複数の最外部熱交換室４ａに区分することが好ましい。どちらを採用するかは、蒸留塔の大きさ、蒸留するものの性質などを考慮して決定すればよい。
最外部熱交換室４ａの数（最外部熱交換部４の分割数）は、特に制限はない。分割数を多くすると、蒸留塔の構造が複雑になるので、省エネルギーの程度を考慮して、適切な数を決定すればよい。

本発明を、以下の実施例による具体的な実施態様によってより詳細に説明する。本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではなく、当業者が理解し得る程度の任意の変更・改変も本発明に包含される。
（実施例１）
本発明の多重構造型内部熱交換型蒸留塔について、三重構造型内部熱交換型蒸留塔を例として説明する。図４は、三重構造型内部熱交換型蒸留塔（以下、単に蒸留塔という）１００の正面断面図である。蒸留塔１００は、最内部熱交換部２、中間部３、および最外部熱交換部４から構成されており、最内部熱交換部２は中間部３と、および中間部３は最外部熱交換部４と、それぞれ隔離されており、中間部３は、その外側面が最外部熱交換部４と接し、その内側面が最内部熱交換部２とそれぞれ接している。最外部熱交換部４は、下部連通口７１および上部連通口７２で最内部熱交換部２と連通している。そのため、最内部熱交換部２および最外部熱交換部４を高圧側（高温側）とし、中間部３を低圧側（低温側）とすることにより、あるいは最内部熱交換部２および最外部熱交換部４を低圧側（低温側）とし、中間部３を高圧側（高温側）とすることにより、高圧側（高温側）から低圧側（低温側）に中間部３の側面を介して熱移動させることができる。
以下、本発明の多重構造型内部熱交換型蒸留塔において、最内部熱交換部２および最外部熱交換部４を高圧側（高温側、すなわち濃縮部）とし、中間部３を低圧側（低温側、すなわち回収部）とした場合について説明する。図４において矢印は、蒸気の流れを示す。蒸留塔１００の最内部熱交換部２の下部には、濃縮部蒸気入口８１が備えられ、最内部熱交換部２の塔頂には濃縮部蒸気出口８２が備えられている。そして、最内部熱交換部２の塔頂付近には、濃縮部液入口８３が備えられ、最内部熱交換部２の低部には濃縮部液出口８４が備えられている。中間部３の下部には回収部蒸気入口９１が備えられ、中間部３の上部には回収部蒸気出口９２が備えられている。中間部３の上部には、回収部蒸気出口９２のやや下部に回収部液入口９３が設けられ、中間部３の最下部には、回収部液出口９４が設けられている。
濃縮部蒸気入口８１から供給された蒸気は、最内部熱交換部２内を上方に移動し、中間部３に伝熱すると、液となって最内部熱交換部２の内壁に沿って下降し、下部より上昇してくる蒸気と気液接触しながら蒸留が行われる。蒸気は、濃縮部蒸気出口８２から回収され、一方、液は最内部熱交換部２の下部に集まる。
一方、蒸気の一部は下部蒸気入口７１から最外部熱交換部４内に入り、上方に移動し、蒸気出口７２から最内部熱交換部２に戻る。最外部熱交換部４内を流れる蒸気も、中間部３に伝熱すると液となり、上昇してくる蒸気と気液接触しながら最外部熱交換部４の内壁に沿って下降し、下部の連通口７１から最内部熱交換部２内に戻り、最内部熱交換部２の下部に集められる。最内部熱交換部２の下部に集められた液は、濃縮部液出口８４から抜き出される。
中間部３においては、中間部３の下部に設けられた回収部蒸気入口９１から蒸気が供給され、供給された蒸気は、回収部液入口９３から供給され、下降する液と気液接触しながら、蒸留される。蒸気は上方に向かい、回収部蒸気出口９２から回収される。液は、中間部３の下方に集められ、回収部液出口９４から抜き出される。
この過程において、中間部３の内側面は最内部熱交換部２から、外側面は最外部熱交換部４から、それぞれ伝熱されるため、伝熱効率は極めて高く、効率よく蒸留が行われる。
蒸気入口７１から最外部熱交換部４に入った蒸気が一方向に流れて蒸気出口７２から出て行くように、および熱伝達の効率を考慮して、最内部熱交換部２には、例えば、図２に示すような邪魔板を設けて流路を形成してもよい。あるいは、断面半円形のパイプをらせん状に溶接して、蒸気の流路としてもよい。
蒸留における分離精度および省エネルギー効果をより高めるために、蒸留塔の最内部熱交換部２および／または中間部３に充填物またはトレイを設けることが好ましい。最内部熱交換部２および中間部３の両方とも、充填物またはトレイが設けられていることが好ましい。充填物またはトレイの配置に特に制限はなく、例えば、最内部熱交換部２にトレイを設け、中間部３に充填物を充填するか、最内部熱交換部２に充填物を充填し、中間部３にトレイを設けるようにすることも好ましい。
充填物としては、当業者が通常使用する充填物、すなわち規則充填物および不規則充填物が用いられる。
トレイとしては、当業者が通常使用するトレイが用いられる。トレイは、トレイ全体が多孔性、一部（例えば、篩部分）のみが多孔性、または全体が非多孔性のいずれであってもよい。トレイは無堰のトレイでもよく、有堰のトレイであってもよい。あるいはこれらを組合せて用いてもよい。このようなトレイとしては、例えば、リフトトレイ、パルプトレイ、シーブトレイ、キャップトレイなどが挙げられる。
充填物またはトレイを設けない場合は、最内部熱交換部２の濃縮部蒸気は、圧力損失が小さいため、最外部熱交換部４に入りにくい。そのため、例えば、図４に示すように蒸気入口７１付近に流路形成部材８５を設け、強制的に蒸気を最外部熱交換部４に導入することが好ましい。
（実施例２）
本発明の他の実施態様である三重構造型内部熱交換型蒸留塔を、図５に基づいて説明する。図５は、三重構造型内部熱交換型蒸留塔（以下、単に蒸留塔という）２００の正面断面図である。蒸留塔２００は、最内部熱交換部２および最外部熱交換部４を濃縮部とし、中間部３を回収部とする。そして、図５の蒸留塔の最内部熱交換部２には、トレイ２１が設けられている。また、図５において、図４と同じ符号は、図４と同じ機能を有する構成を意味する。
図５に示すように、蒸留塔２００の最外部熱交換部４は、それぞれ独立しかつ上下に分割された複数の最外部熱交換室４ａから構成されている。最外部熱交換室４ａは、それぞれ２箇所の連通口７１および７２を介して、最内部熱交換部２と連通している。この連通によって、最外部熱交換室４ａは濃縮部として機能できる。
図５において、最内部熱交換部２の下部に設けられた濃縮部蒸気入口８１から最内部熱交換部２に導入された蒸気は、最内部熱交換部２の内壁を上昇し、その間に中間部３に伝熱する。伝熱により、蒸気は液化し、最内部熱交換部２の内壁に沿って下降し、下部より上昇してくる蒸気と気液接触しながら蒸留が行われる。
一方、蒸気は、複数設けられた最外部熱交換部４ａの下方に設けられた各蒸気入口７１から、それぞれの最外部熱交換部４ａ内に入る。蒸気は、最外部熱交換部４ａ内に形成された流路に沿って一方向に流れ、各最外部熱交換部４ａの上方に設けられた蒸気出口７２から最内部熱交換部２に戻るように構成されている。この間、蒸気は中間部３に伝熱しながら液化し、液は形成された流路に沿って、蒸気入口７１の方向に戻りながら蒸気と接触して、蒸留が行われる。
最外部熱交換部４ａから最内部熱交換部２に戻った蒸気は、最終的に最内部熱交換部２の最上部にある濃縮部蒸気出口８２から回収される。一方、液は、連通口（蒸気入口）７１から最内部熱交換部２に戻り、最内部熱交換部２の下部に設けられた濃縮部液出口８４から抜き出される。
このように、最外部熱交換部４を複数の最外部熱交換室４ａに区分し、濃縮部として機能させることにより、最外部熱交換室４ａに導入される蒸気は濃縮部の高さ方向に応じた濃度分布を形成する。各区分で凝縮する液は還流液としてその区分の濃縮部に戻ることにより、十分に蒸留が行われることになる。一方、還流が不足すると蒸留ができず、濃縮ができなくなるため、従来の装置の場合、塔頂のコンデンサーで蒸気を凝縮し、還流する必要がある。この蒸気の凝縮に際し、外部に熱が放出される。そのため、従来の方法では、その分のエネルギーが無駄になる。これに対して、本発明の蒸留塔では、外部からの還流量を減少させることができ、減少した量に相当するエネルギーが節約される。すなわち、内部で熱交換することにより、エネルギーが節約される。本発明の蒸留塔は、内部の熱交換だけで蒸留塔が運転できるという理想的な運転に近づくことができる蒸留塔である。
この実施例２の蒸留塔には、最内部熱交換部２および／または中間部３にトレイ２１が設けられている。トレイ２１の代わりに充填物を設けてもよい。トレイ２１（または充填物）を設けることにより、蒸気入口７１と蒸気出口７２との間で、圧力差が生じ、最外部熱交換部４（最外部熱交換室４ａ）への蒸気の流入がスムーズになり、かつ蒸留効率も向上する。あるいは、最内部熱交換部２内の蒸気入口７１付近（やや上部）に流路形成部材８５を設けてもよい。最内部熱交換部２内にトレイを配置する場合、蒸気入口７１と蒸気出口７２との間に設置してもよい。充填物を配置する場合、蒸気入口７１あるいは蒸気出口７２の位置に配置してもよい。このような位置にトレイもしくは充填物が配置されると、圧力損失のために、最外部熱交換部４ａの蒸気入口７１付近の圧力が、蒸気出口７２付近の圧力よりも高く、蒸気が最外部熱交換部４ａに流入しやすくなる。しかし、蒸気が偏流を起こさないように、最外部熱交換部４ａ内の蒸気の流路を一つの流路とし、蒸気入口７１から入った蒸気が最外部熱交換部４ａに留まることなく蒸気出口７２から出て行くようにすると、蒸気が一方向に流れることにより、最外部熱交換部４（最外部熱交換室４ａ）の内部に蒸気の淀み部がなくなる。さらに、熱伝達の効率を考慮して、最外部熱交換部４ａには、例えば、図２のようなプレートを設けて流路を形成してもよく、あるいは蒸気がらせん状に最外部熱交換部４ａ内を上っていくように、邪魔板などでガイドを設けてもよい。
（実施例３）
本発明の実施例２の実施態様の三重構造型内部熱交換型蒸留塔２００を用いて、ベンゼンおよびトルエンの混合物を蒸留して、トルエンおよびベンゼンを分離する場合の運転状況について、図６に基づいて説明する。図６に示す蒸留塔２００は、濃縮部である最内部熱交換部２および最外部熱交換部４ａと、回収部である中間部３とから構成されている。最内部熱交換部２には、トレイ２１が設けられている。最外部熱交換部４ａ内には、蒸気入口７１から蒸気出口７２にかけて、邪魔板によって、らせん状に一つの流路が形成されている。
まず、ベンゼン・トルエン混合物を原料導入口である回収部液入口９３から回収部である中間部３に供給する。中間部３（回収部）は、所定の温度および圧力に設定され、中間部３（回収部）の上部は、例えば、この圧力におけるベンゼンの沸点付近の温度に設定される。中間部３（回収部）の下部は、この圧力におけるトルエンの沸点付近の温度に設定される。これにより、液体のトルエンは、中間部３（回収部）の底部に溜まり、回収部液出口９４から回収される。回収されたトルエンの一部は、リボイラー９５で加熱され、回収部蒸気入口９１から中間部３（回収部）に導入されて、中間部３（回収部）の熱源となる。一方、中間部３（回収部）内のベンゼンを主体とする蒸気は、回収部蒸気出口９２から排出され、コンプレッサー９７で加圧されて、最内部熱交換部２（濃縮部）の濃縮部蒸気入口８１から最内部熱交換部２（濃縮部）の内部に入り、最内部熱交換部２および最外部熱交換部４ａ（濃縮部）の熱源となる。最内部熱交換部２および最外部熱交換部４ａ（濃縮部）内は、中間部３（回収部）内よりも高温および高圧に設定され、最内部熱交換部２および最外部熱交換部４ａ（濃縮部）の上部は、例えば、この圧力におけるベンゼンの沸点付近の温度に設定され、下部はこの圧力におけるトルエンの沸点付近の温度に設定される。これにより、ベンゼンの蒸気は、濃縮部蒸気出口８２から排出され、コンデンサー９６で冷却され、一部は回収される。残りのベンセン（液体）は濃縮部液入口８３から最内部熱交換部２（濃縮部）に還流される。最内部熱交換部２（濃縮部）内のベンゼンとトルエンとの混合溶媒は、最内部熱交換部２（濃縮部）の下部に溜まり、濃縮部液出口８４から排出され、回収部液入口９３を経て、原料のベンゼン・トルエン混合物とともに中間部３（回収部）に導入される。このようにして、ベンゼンおよびトルエンが連続的に分留される。
系が異なる場合、回収部を減圧にして、濃縮部の温度より下げることで、温度差を得ることも可能である。

本発明の多重円筒型内部熱交換型蒸留塔は、中間部の内側面および外側面が最外部熱交換部と接するため、極めて効率的に熱を伝達することができる。そのため、伝熱効率に優れ、省エネルギーが達成されとともに、分留効率に優れた蒸留塔として、利用できる。

Claims (3)

1. 少なくとも最外部熱交換部、中間部、および最内部熱交換部を有し；該最内部熱交換部が該中間部と隔離され；該最外部熱交換部もまた該中間部と隔離され；該最外部熱交換部と該最内部熱交換部とが少なくとも２つの連通口で連通し；該連通口の少なくとも１つを該最内部熱交換部から該最外部熱交換部への蒸気の入口とし、そして他の連通口を該最外部熱交換部から該最内部熱交換部への蒸気の出口とした場合に、該蒸気が該入口から該出口に向かって一方向のみに移動し得るように構成された流路が該最外部熱交換部内に形成され；そして、該最外部熱交換部および該最内部熱交換部と、該中間部とのいずれか一方が濃縮部であり、他方が回収部であるように構成された、多重構造型内部熱交換型蒸留塔。
2. 前記最外部熱交換部が、相互に独立しかつ上下に配置されている複数の最外部熱交換室から構成され；該複数の最外部熱交換室のそれぞれが、前記最内部熱交換部と少なくとも２つの連通口で連通し；そして、該複数の最外部熱交換室のそれぞれにおいて、前記流路が形成されている、請求項１に記載の蒸留塔。
3. 前記最外部熱交換部および前記最内部熱交換部が濃縮部であり、そして前記中間部が回収部である、請求項１または２に記載の蒸留塔。

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