KR20170119301A

KR20170119301A - 증류탑을 구비한 증류 장치

Info

Publication number: KR20170119301A
Application number: KR1020170049581A
Authority: KR
Inventors: 마스오 유아사; 가즈히코 이시다; 유키노리 기히라; 요시히로 후지와라; 다다시 노미; 미키히데 기시; 아키요시 오다
Original assignee: 가부시키가이샤 사사꾸라; 니폰 리파인 가부시키가이샤
Priority date: 2016-04-18
Filing date: 2017-04-18
Publication date: 2017-10-26
Also published as: KR102308392B1; JP2017192868A; JP6668154B2

Abstract

[과제] 용제(溶劑) 농도가 상승해도, 압축 장치의 소비 동력의 증대를 막아 에너지 절약화를 도모함과 아울러, 증발기의 전열 면적의 컴팩트화에 의해 증발기의 대형화를 억제한 증류탑을 구비한 증류 장치를 제공한다.
[수단] 증류 장치(1)는, 증류탑(선반탑이나 충전탑)(2)과, 리보일러(3)와, 증류탑(2)의 탑 꼭대기부로부터 공급되는 증기를 압축 승온하여 리보일러(3)의 가열원으로 하는 증기 압축기(4)를 구비한다. 리보일러(3)에 공급된 증기가 열교환되어 생성된 응축수를, 환류수로서 증류탑(2)의 탑 꼭대기부로 되돌리도록 구성되어 있다. 리보일러(3)는, 공급되는 저류액을 증발 농축하는 제1 증발 보일러(10A)와, 제1 증발 보일러(10A)에서 농축된 저류액을 더욱 증발 농축하는 제2 증발 보일러(10B)를 구비하고 있다.

Description

증류탑을 구비한 증류 장치{Distillation apparatus including distillation column}

본 발명은, 증류탑을 구비한 증류 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 증류탑과 증류탑의 탑 저부에 저류(貯留)되는 저류액을 가열하는 리보일러(reboiler)와, 증류탑의 탑 꼭대기부로부터 공급되는 증기를 압축 승온하여 리보일러의 가열원으로 하는 압축 장치를 구비한 에너지 절약형의 증류 장치에 관한 것이다.

증류탑을 구비한 증류 장치에서는, 에너지 절약화를 도모하기 위해서, 히트(heat) 펌프로서 기능하는 증기 압축 장치를 마련하고, 증류탑으로부터의 증기를 압축 승온하여 리보일러의 가열원으로 하는 구성의 에너지 절약형의 증류 장치가 알려져 있다(이하의 특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1 : 일본특허공개 평5－237302호 공보

상기 종래예와 같은 증류 장치에서는, 리보일러로서 사용되는 증발기는 1개이며, 용제(溶劑) 농도가 상승하면, 비점(沸点)이 상승해 버린다. 그 때문에, 효율적으로 증류를 행하려고 하면, 증발기의 전열(傳熱) 면적을 크게 할 필요가 있다. 증발기의 전열 면적을 크게 하면, 증발기의 대형화를 초래하게 된다.

그래서, 용제 농도가 상승해도, 증발기의 대형화를 억제한 증류 장치가 원해지고 있었다.

본원 발명은, 상기 과제를 감안하여 생각해 내어진 것이며, 그 목적은, 용제 농도가 상승해도, 증발기의 대형화를 억제할 수 있는 증류 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서 청구항 1에 기재된 발명은, 증류탑과, 증류탑의 탑 저부에 저류(貯留)되는 저류액을 가열 증발시키는 리보일러(reboiler)와, 증류탑의 탑 꼭대기부로부터 공급되는 증기를 압축 승온하여 리보일러의 가열원으로 하는 압축 장치를 구비하며, 상기 리보일러에 공급된 증기가 열교환되어 생성된 응축수를, 환류수(還流水)로서 증류탑의 탑 꼭대기부로 되돌리도록 구성된 증류 장치로서, 상기 리보일러는, 적어도, 공급되는 저류액을 증발 농축하는 1차 농축부와,상기 1차 농축부에서 농축된 저류액을 더욱 증발 농축하는 2차 농축부를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 종래예와 같은 1개의 리보일러(리보일러가 분할되어 있지 않은 구성)에서 농축된 저류액은 고농도(비점이 높음)가 되는 것이지만, 본 발명에서는, 1차 농축부에서 농축된 저류액은 저농도(비점이 낮음)이고, 2차 농축부에서 농축된 저류액은 고농도(비점이 높음)가 된다. 그 때문에, 본 발명은, 종래예에 비해, 1차 농축부에서는 저농도로 처리할 수 있고, 처리하는 액체의 비점이 떨어지기 때문에, 리보일러의 유효 전열(傳熱) 온도차를 크게 취하고, 또 전열 계수도 좋게 되므로, 리보일러의 전열 면적의 대형화를 억제할 수 있다.

또, 저농도의 증발 증기가 증류탑에 공급되기 때문에, 증류탑으로의 증기 중 용제(溶劑) 농도가 작게 되어, 환류비(還流比)를 작게 할 수 있다. 또, 증류탑 사이즈를 작게 재검토하는 것도 가능해진다. 또, 환류수는 증류 장치 내에서 재차 증발하게 되기 때문에, 증발 부하가 된다. 그 때문에, 종래예에 비해 본 발명에서는 증발 부하를 작게 할 수 있어, 소비 동력을 작게 할 수 있다.

청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 증류탑을 구비한 증류 장치로서, 상기 압축 장치는 1개의 압축기로 구성되어 있고, 상기 압축기에서 압축된 증기를 상기 1차 농축부 및 2차 농축부에 각각 도입하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 2에 기재된 증류탑을 구비한 증류 장치로서, 상기 리보일러는 1개의 수평관식 증발 보일러로서, 이 수평관식 증발 보일러를 칸막이에 의해서 2분할하고, 이 2분할된 증발 보일러의 각 분할 부분을 상기 1차 농축부와 상기 2차 농축부로서 구성하며, 상기 1차 농축부 및 상기 2차 농축부는, 상기 압축기에서 압축된 증기가 통과하는 전열관군(傳熱管群)과, 상기 저류액을 상기 전열관군의 외표면을 향해서 산포(散布)하는 산포기를 구비하며, 상기 1차 농축부 및 상기 2차 농축부의 일방의 측면에는, 상기 압축기에서 압축된 증기가 도입되는 입구측의 공통 헤더가 상기 각 전열관군의 일방의 단부를 외측에서 둘러싸서 마련되어 있고, 상기 1차 농축부 및 상기 2차 농축부의 타방의 측면에는, 상기 입구측의 공통 헤더로부터 도입된 증기가 상기 전열관군을 통과할 때에 전열관군의 외표면에 산포된 저류액과 열교환되어 생성된 응축액이 저류되는 출구측의 공통 헤더가, 상기 각 전열관군의 타방의 단부를 외측에서 둘러싸서 마련되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 1개의 증발 보일러를 2분할하는 구성을 이용할 수 있어, 2개의 증발 보일러를 이용하는 실시 형태 1에 비해 장치의 소형화나 코스트의 저감을 도모할 수 있다.

청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 증류탑을 구비한 증류 장치로서, 상기 압축 장치는, 적어도, 상기 증류탑의 탑 꼭대기부로부터 공급되는 증기를 압축하는 1차 압축기와, 상기 1차 압축기에서 압축된 증기를 더욱 압축하는 2차 압축기를 구비하며, 상기 2차 압축기에서 압축된 증기를 상기 2차 농축부에 도입함과 아울러, 상기 1차 압축기에서 압축된 증기를 분기하여 상기 1차 농축부에 도입하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 2차 농축부에서 가열 증발되는 저류액은, 1차 농축부에서 가열 증발되는 저류액보다도 농도가 높고, 이 때문에 비점 상승이 크기 때문에, 1차 농축부에 공급하는 증기의 온도보다도, 2차 농축부에 공급하는 증기의 온도를 높게 할 필요가 있다. 그래서, 2차 농축부에 공급되는 증기만을 2차 압축기에 의해 더욱 압축하여 승온시키는 것에 의해, 1차 농축부 및 2차 농축부의 각 저류액 농도에 따른 필요 최소한의 에너지로, 각각 저류액의 증발 농축을 행하는 것이 가능하므로, 에너지 절약화를 도모할 수 있다.

예를 들면, 1차 농축부에서 필요하게 되는 증기량을 W1, 2차 농축부에서 필요하게 되는 증기량을 W2로 한 경우, 종래예와 같은 1개의 리보일러(리보일러가 분할되어 있지 않은 구성)를 사용하는 구성에서는, 증기 전량(W1＋W2)을 2단 압축할 필요가 있다. 이것에 대해서, 본 발명에서는 2단 압축하는 증기량은 W2만으로 충분하다. 따라서, 본 발명은 종래예에 비해 에너지 절약화를 도모할 수 있다.

청구항 5에 기재된 발명은, 증류탑의 탑 저부에 저류되는 저류액을 리보일러에 의해 가열 증발시키는 증발 스텝과, 증류탑의 탑 꼭대기부로부터 공급되는 증기를 압축 장치에 의해 압축하고, 상기 리보일러에 가열원으로서 공급하는 압축 스텝과, 상기 리보일러에 공급된 증기가 열교환되어 생성된 응축수를 환류수로서 증류탑의 탑 꼭대기부로 되돌리는 환류수 공급 스텝을 구비한 증류 방법으로서, 상기 증발 스텝은, 적어도, 공급되는 저류액을 증발 농축하는 1차 농축 스텝과, 상기 1차 농축 스텝에서 농축된 저류액을 더욱 증발 농축하는 2차 농축 스텝을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 리보일러의 전열 면적을 작게 할 수 있고, 또, 환류비를 작게 할 수 있다. 게다가, 증류탑 사이즈를 작게 재검토하는 것도 가능해진다.

본 발명에 의하면, 용제 농도가 상승해도, 증발기의 전열 면적의 컴팩트화에 의해 증발기의 대형화를 억제할 수 있다.

도 1은 실시 형태 1에 관한 증류 장치의 전체 구성도.
도 2는 실시 형태 2에 관한 증류 장치의 전체 구성도.
도 3은 실시 형태 3에 관한 증류 장치의 전체 구성도.
도 4는 실시 형태 4에 관한 증류 장치의 전체 구성도.
도 5는 실시 형태 4에 관한 증류 장치의 제1 증발 보일러(10A)에서 행하여지는 고농도 발생 증기와 저농도 순환액과의 기액(氣液) 접촉 상태를 나타내는 모식도.
도 6은 공통 헤더를 구비한 증발기를 사용하는 증류 장치의 전체 구성도.
도 7은 공통 헤더를 구비한 증발기의 사시도.
도 8은 공통 헤더를 구비한 증발기의 정면도.
도 9는 다른 변형예에 관한 증류 장치의 전체 구성도.
도 10은 종래예에 관한 증류 장치의 전체 구성도.

이하, 본 발명을 실시 형태에 근거하여 상술한다. 또, 본 발명은, 이하의 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.

(실시 형태 1)

도 1은 실시 형태 1에 관한 증류 장치의 전체 구성도이다. 본 실시 형태 1에서는, 증류 장치로서, 물보다 비점(沸点)이 높은 고비점 유기 용제(溶劑) 함유 배수(排水)를 증류 처리하고, 회수액과 처리수로 분리하는 용도로 사용되는 증류 장치를 들어 설명한다. 물보다 비점이 높은 고비점 유기 용제로서는, 예를 들면, NMP(N－메틸-2－피롤리돈(Pyrrolidon)), DMSO(디메틸 술폭시드(dimethyl sulfoxide)), 에틸렌 글리콜 또는 디에틸렌 글리콜, 고비점 알코올계 세정제(계면 활성제를 포함함) 등을 들 수 있다.

증류 장치(1)는, 증류탑(2)과, 증류탑(2)의 탑 저부에 저류되는 저류액을 가열하는 리보일러(reboiler)(3)와, 증류탑(2)의 탑 꼭대기부로부터 공급되는 증기를 압축 승온하여 리보일러(3)의 가열원으로 하는 히트(heat) 펌프로서의 압축 장치(R)를 구비한다. 본 실시 형태 1에서는, 압축 장치(R)는 1개의 증기 압축기(4)로 구성되어 있다. 증류탑(2)에는, 다단(多段)의 것을 이용해도 좋으며, 또한, 이것으로 한정되지 않고, 다단이 아닌 것을 이용해도 괜찮다. 즉, 증류탑(2)에는, 선반탑이나 충전탑을 이용할 수 있다.

여기서, 본 실시 형태 1에 관한 증류 장치(1)의 특징의 개략을 설명하면, 리보일러(3)는, 2분할되며, 제1 증발 보일러(1차 농축부에 상당)(10A)와 제2 증발 보일러(2차 농축부에 상당)(10B)를 구비함과 아울러, 제2 증발 보일러(10B)에서 증발 농축되는 저류액 농도가, 제1 증발 보일러(10A)에서 증발 농축되는 저류액 농도보다도 높게 되도록 구성되어 있는 것이다. 즉, 증발 농축 처리되는 저류액의 농도차에 따라 증발 농축부의 분담을 나누어, 저농도의 경우는 제1 증발 보일러(10A)가 처리하고, 고농도의 경우는 제2 증발 보일러(10B)가 처리하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 원액은, 제1 증발 보일러(1차 농축부에 상당)(10A)에 투입된다. 한편, 제2 증발 보일러(2차 농축부에 상당)(10B)에는, 제1 증발 보일러(10A)에서 농축된 액체가 투입된다.

이와 같이 리보일러(3)를 분할하는 구성에 의해서, 단일의 경우(분할하지 않은 종래예에 상당)에 비해 비점(沸点)이 떨어지는 분(分)만큼 유효 전열(傳熱) 온도차를 크게 취할 수 있고, 또 전열효율도 좋게 되므로, 리보일러(증발기)의 전열 면적을 작게 할 수 있어, 전열 면적의 컴팩트화를 도모할 수 있다.

이하, 상기의 특징적 구성을 포함하여, 증류 장치(1)의 구체적 구성을 설명한다.

제1 증발 보일러(10A)와 제2 증발 보일러(10B)는, 모두 수평관형(水平管型) 증발 보일러로서 동일한 구성으로 이루어지며, 산포기(11A, 11B), 및 간접식 가열기(12A, 12B)를 구비하고 있다. 또, 제1 증발 보일러(10A)와 제2 증발 보일러(10B)는, 수평관형에 한정하지 않고, 예를 들면 박막류하(薄膜流下)(세로 튜브)식 등의 증발 보일러를 이용해도 괜찮다.

간접식 가열기(12A, 12B)는, 하나 또는 복수의 수평 전열관으로 이루어지는 전열관군(傳熱管群)(13A, 13B)과, 좌우 한 쌍의 헤더(14A, 15A；14B, 15B)를 구비하고 있다. 또, 증발 보일러(10A, 10B)의 저부는 처리액이 저류되는 저류부로 되어 있다. 또, 원액은 원액 공급관(22)을 통해 제1 증발 보일러(10A)의 저부에 공급된다.

제1 증발 보일러(10A)는, 원액 또는 농축액의 순환 유로(h1)(관(70)과 관(71)으로 구성)를 가진다. 순환 유로(h1)에는, 순환 펌프(P1) 및 산포기(11A)가 배치되어 있다. 순환 펌프(P1)는, 증류탑(2)의 탑 저부에 접속되어 있다. 순환 펌프(P1)는, 관(70)을 통하여, 증류탑(2)의 탑 저부에 저류하는 원액(원액이 농축된 농축액을 포함함)을 산포기(11A)에 이송할 수 있도록 형성되어 있다. 산포기(11A)는, 원액(원액이 농축된 농축액을 포함함)을 전열관군(13A)의 상부로부터 전열관군(13A)을 향해서 산포하도록 형성되어 있다. 또, 제1 증발 보일러(10A)의 저부는 증류탑(2)의 탑 저부에 관(71)을 통해서 접속되어 있고, 저류액은 제1 증발 보일러(10A)의 저부를 매개로 하여 증류탑(2)의 탑 저부로 되돌려지고, 저류실(44)에 저류되도록 되어 있다. 또, 제1 증발 보일러(10A)의 상부는 관(72)을 매개로 하여 증류탑(2)의 탑 저부에 접속되어 있고, 전열관군(13A)의 외측에서 박막 증발한 증기가 증류탑(2)의 탑 저부에 공급되도록 되어 있다. 또, 관(70)은 도중에서 분기(分岐)한 분기관(73)을 가지고 있으며, 증류탑(2)의 탑 저부로부터 원액이 농축된 농축액을, 분기관(73)을 통해 제2 증발 보일러(10B)의 저부에 공급할 수 있도록 되어 있다.

또, 가열기(12A)에서의 헤더(14A)의 저부는, 관(74)을 매개로 하여 증류탑(2)의 상부에 마련되어 있는 산포기(20)에 접속되어 있다. 관(74)에는 펌프(P2)가 배치되어 있고, 펌프(P2)의 구동에 의해 헤더(14A) 내에 저류되어 있는 응축수는 환류수(還流水)로서 산포기(20)로부터 산포되도록 되어 있다. 관(74)은 도중에서 분기한 분기관(75)을 가지고 있고, 헤더(14A) 내에 저류되어 있는 응축수의 일부는 분기관(75)을 매개로 하여 외부로 배출되도록 되어 있다.

또, 제2 증발 보일러(10B)는, 원액 또는 농축액의 순환 유로(h2)를 가진다. 순환 유로(h2)에는, 순환 펌프(P3) 및 산포기(11B)가 배치되어 있다. 순환 펌프(P3)는, 제2 증발 보일러(10B)의 저부에 접속되어 있다. 순환 펌프(P3)는, 순환 유로(h2)를 통해, 제2 증발 보일러(10B)의 저부에 저류하는 저류액(원액이 농축된 농축액)을 산포기(11B)에 이송할 수 있도록 형성되어 있다. 산포기(11B)는, 저류액(원액이 농축된 농축액)을 전열관군(13B)의 상부로부터 전열관군(13B)을 향해서 산포하도록 형성되어 있다. 또, 제2 증발 보일러(10B)의 상부는 관(76)을 매개로 하여 증류탑(2)의 탑 저부에 접속되어 있고, 전열관군(13B)의 외측에서 박막 증발한 증기가 증류탑(2)의 탑 저부에 공급되도록 되어 있다.

또, 헤더(14B)의 저부는 관(77)을 매개로 하여 헤더(15A)의 저부와 접속되어 있고, 헤더(14B) 내에 저류되어 있는 응축수는, 헤더(15A), 전열관군(13A)을 통해, 헤더(14A)에 공급되어 저류되도록 되어 있다. 또, 순환 유로(h2)는 도중에서 분기한 분기관(78)을 가지고 있고, 순환 펌프(P3)는, 원액이 농축된 농축액의 일부를 회수하여, 분기관(78)을 통해, 회수액으로서 계(系) 외로 배출할 수 있도록 되어 있다.

증류탑(2)의 탑 꼭대기부는 관(79)을 매개로 하여 증기 압축기(4)의 입구측에 접속되고, 증기 압축기(4)의 출구측은 관(80)을 매개로 하여 가열기(12A)의 헤더(15A)에 접속되어 있다. 관(80)은 도중에서 분기한 분기관(81)을 구비하고 있고, 증기 압축기(4)의 출구측은, 분기관(31)에 의해서 가열기(12B)의 헤더(15B)에도 접속되어 있다. 여기서, 증기 압축기(4)는 터보형 증기 압축기, 루트(root)형 증기 압축기, 혹은 그 외의 증기 압축기 중 어느 하나라도 괜찮다.

다음으로, 상기 구성의 증류 장치(1)의 처리 동작에 대해 설명한다. 순환 펌프(P1)의 구동에 의해, 탑 저부의 저류실(44)에 저류되는 순환액(원액 및 농축수를 포함함)은 관(70)을 통해 산포기(11A)에 공급되고, 산포기(11A)로부터 전열관군(13A)을 향해 산포된다. 산포기(11A)에서 산포된 순환액은, 전열관군(13A)의 표면에서 박막 증발하여, 증기가 발생한다. 이 증기는 증류탑(2)의 탑 저부에 공급되어, 증류탑(2) 내를 상승시킨다.

한편, 헤더(14A) 내에 저류되어 있는 응축수는, 펌프(P2)의 구동에 의해 환류수로서 산포기(20)로부터 산포되어, 증류탑(2) 내를 흘러 내려간다. 그리고, 증류탑(2) 내부의 각 단(段)에서, 증류탑(2) 내를 상승하는 증기와 증류탑(2) 내를 흘러 내려가는 처리수(응축수)가 기액(氣液) 접촉하는 것에 의해, 비점이 다른 성분이 분리되어, 탑 저부에는 고비점 성분이 농축된 액체가 흘러내림 저류실(44)에 저류되고, 탑 꼭대기부로부터는 대부분이 저비점 성분으로 이루어지는 증기가 취출된다.

탑 꼭대기부로부터 취출된 증기는 증기 압축기(4)로 안내된다. 증기 압축기(4)에서는, 공급된 증기를 압축 승온하여, 리보일러(3)의 열원으로 한다. 즉, 증기 압축기(4)로 안내된 증기는, 증기 압축기(4)에서 단열 압축되어 온도 및 압력이 상승한 후에 헤더(15A, 15B)로 보내어진다.

헤더(15A)에 진입한 증기는, 전열관군(13A)의 내측으로 안내되고, 전열관군(13A)의 외측에 산포된 순환액을 박막 증발시킨다. 박막 증발에 의해 발생한 증기는 다시 증류탑(2)의 탑 저부에 공급되어 증류탑(2) 내를 상승하고, 탑 꼭대기부로부터 증류탑(2) 내를 하강하는 처리수(응축수)와 기액 접촉이 행하여지며, 이 결과, 하강액(下降液) 중의 고비점 성분 농도는 증가하고, 상승 증기 중의 고비점 성분 농도는 감소한다. 한편, 박막 증발하지 않았던 잔여의 순환액은, 제1 증발 보일러(10A)의 저부로부터 관(71)을 매개로 하여 증류탑(2)의 탑 저부에 공급되어, 탑 저부의 저류실(44)에 저류된다. 그리고, 이러한 일련의 처리가 반복하여 행하여지는 것에 의해, 순환액은 농축되고, 이 농축된 농축액을, 분기관(73)을 통해 제2 증발 보일러(10B)의 저부에 공급된다.

제2 증발 보일러(10B)에서는, 순환 펌프(P3)의 구동에 의해, 제2 증발 보일러(10B)의 저부에 저류하는 순환액(원액이 농축된 농축액)이, 순환 유로(h2)를 통해 산포기(11B)에 공급되고, 산포기(11B)로부터 전열관군(13B)을 향해 산포된다. 한편, 증기 압축기(4)에서 압축된 증기는, 헤더(15B)에 진입하고, 전열관군(13B)의 내측으로 안내된다. 이것에 의해, 산포기(11B)에서 산포된 순환액은, 전열관군(13B)의 표면에서 박막 증발하여, 증기가 발생한다. 이 증기는 증류탑(2)의 탑 저부에 공급되어, 증류탑(2) 내를 상승시킨다. 한편, 박막 증발하지 않았던 잔여의 순환액은, 다시 순환 유로(h2)를 통해 산포기(11B)로부터 산포되어, 박막 증발에 의해 증기를 발생시킨다. 이러한 일련의 처리가 반복하여 행하여지는 것에 의해, 순환액은 농축되어, 관(78)으로부터 회수액(농축액)으로서 계(系) 외로 배출된다.

또, 한편, 헤더(14B) 내에 저류되어 있는 응축수는, 관(77), 헤더(15A)를 통해 헤더(14A)로 안내되고, 펌프(P2)의 구동에 의해 환류수로서 산포기(20)로부터 산포되어, 증류탑(2) 내를 흘러 내려간다.

이와 같이 하여, 본 실시 형태에서는, 제1 증발 보일러(10A)에서 농축된 저류액은 저농도(비점이 낮음)이고, 제2 증발 보일러(10B)에서 농축된 저류액은 고농도(비점이 높음)가 된다. 그 때문에, 본 실시 형태는, 종래예에 비해, 제1 증발 보일러(1차 농축부에 상당)(10A)에서는 저농도로 처리할 수 있어, 처리할 액체의 비점이 떨어지기 때문에, 리보일러의 유효 전열 온도차를 크게 취할 수 있고, 또 전열 계수도 좋게 되므로, 리보일러의 전열 면적의 대형화를 억제할 수 있다.

또, 저농도의 증발 증기가 증류탑(2)에 공급되기 때문에, 환류비(還流比)를 작게 할 수 있다. 또, 환류수는 증류 장치 내에서 재차 증발하게 되기 때문에, 증발 부하가 된다. 그 때문에, 증발 부하를 작게 할 수 있어, 소비 동력을 작게 할 수 있다.

(실시 형태 2)

도 2는 실시 형태 2에 관한 증류 장치의 전체 구성도이다. 상기 실시 형태 1에서는, 압축 장치는 1개의 압축기(4)로 구성되어 있으며, 압축기(4)에서 압축된 증기를 제1 증발 보일러(10A) 및 제2 증발 보일러(10B)에 각각 도입하도록 구성되어 있었지만, 본 실시 형태에서는, 증류탑의 탑 꼭대기부로부터 공급되는 증기를 압축하는 1차 압축기(4A)와, 1차 압축기(4A)에서 압축된 증기를 더욱 압축하는 2차 압축기(4B)를 구비하며, 2차 압축기(4B)에서 압축된 증기를 분기하여 관(40B)을 매개로 하여 제2 증발 보일러(10B)에 도입함과 아울러, 1차 압축기(4A)에서 압축된 증기를 분기하여 관(40A)을 매개로 하여 제1 증발 보일러(10A)에 도입하도록 구성되어 있다.

본 실시 형태 2에 관한 증류 장치의 동작은, 1차 압축기(4A)에서 압축된 증기를 2차 압축기(4B)에서 더 압축하고, 이 압축 증기를 제2 증발 보일러(10B)에 도입하도록 하는 것을 제외하고는, 상기 실시 형태 1에 관한 증류 장치의 동작과 동일하다.

상기와 같이, 제2 증발 보일러(10B)에 공급되는 증기만을 2차 압축기(4B)에 의해 더 압축하여 승온하는 것에 의해, 제1 증발 보일러(10A) 및 제2 증발 보일러(10B)의 각 저류액 농도에 따른 필요 최소한의 열량으로, 각각 저류액의 증발 농축을 행할 수 있으므로, 소비 동력이 저감되어, 에너지 절약화를 달성할 수 있다.

예를 들면, 제1 증발 보일러(10A)에서 필요하게 되는 증기량을 W1, 제2 증발 보일러(10B)에서 필요하게 되는 증기량을 W2로 한 경우, 종래예와 같은 1개의 리보일러(리보일러가 분할되어 있지 않은 구성)를 사용하는 구성에는, 증기 전량(W1＋W2)을 2단 압축할 필요가 있다. 이것에 대해서, 실시 형태에서는 2단 압축하는 증기량은 W2만으로도 충분하다. 따라서, 본 발명은 종래예에 비해 에너지 절약화를 도모할 수 있다.

(실시 형태 3)

도 3은 실시 형태 3에 관한 증류 장치의 전체 구성도이다. 본 실시 형태 3에서는, 리보일러는 3분할되며, 제1 증발 보일러(10A), 제2 증발 보일러(10B), 및 제3 증발 보일러(10C)를 구비한다. 게다가, 증류탑(2)의 탑 꼭대기부로부터 공급되는 증기를 압축하는 1차 압축기(4A)와, 1차 압축기(4A)에서 압축된 증기를 더욱 압축하는 2차 압축기(4B)와, 2차 압축기(4B)에서 압축된 증기를 더욱 압축하는 3차 압축기(4C)를 구비하며, 3차 압축기(4C)에서 압축된 증기를 관(40C)을 매개로 하여 제3 증발 보일러(10C)에 도입함과 아울러, 2차 압축기(4B)에서 압축된 증기를 분기하여 관(40B)을 매개로 하여 제2 증발 보일러(10B)에 도입하고, 1차 압축기(4A)에서 압축된 증기를 분기하여 관(40A)을 매개로 하여 제1 증발 보일러(10A)에 도입하도록 구성되어 있다. 또, 제2 증발 보일러(10B)의 주변의 배관 상태는, 실시 형태 1에서의 제2 증발 보일러(10B)의 주변의 배관 상태와 기본적으로는 동일하다.

리보일러를 2분할하는 구성의 경우에서의 저류액의 비점이 더욱 상승하는 경우는, 본 실시 형태와 같이 리보일러를 3분할 또는 그 이상으로 분할하는 구성으로 하는 것에 의해, 에너지 절약화가 달성된다.

(실시 형태 4)

도 4는 실시 형태 4에 관한 증류 장치의 전체 구성도이다. 상기 실시 형태 1, 2에서는, 제2 증발 보일러(10B)에서의 전열관군(13B)의 외측에서 박막 증발한 증기는 증류탑(2)의 탑 저부에 공급되도록 되어 있었지만, 본 실시 형태 4에서는 관(82)을 매개로 하여 제1 증발 보일러(10A)의 저부에 공급하도록 구성되어 있다. 이러한 구성에 의해, 제1 증발 보일러(10A)에서, 도 5에 나타내는 바와 같이, 저부에 공급되는 고농도 발생 증기(E)와, 산포기(11A)로부터 산포되는 저농도 순환액(F)이 기액 접촉하여, 저농도 순환액(F)이 증발하여 저농도 발생 증기가 생성되어 증발 농축이 행하여진다. 관(72)으로부터는, 저농도 발생 증기와 기액 접촉 후의 고농도 발생 증기가 유출되어, 증류탑(2)의 탑 저부에 공급되도록 되어 있다. 이와 같이 본 실시 형태 4에서는, 제2 증발 보일러(10B)에서 생성된 고농도 발생 증기를, 제1 증발 보일러(10A)에서 저농도 순환액(F)과 기액 접촉시키는 것에 의해, 고농도 발생 증기 중의 용제 농도를 저하시켜 증류탑으로의 증기 중 용제 농도를 낮게 할 수 있다.

또, 이러한 구성은, 리보일러를 3개 이상으로 분할한 3개 이상의 증발 보일러를 구비한 증류 장치에도 적용할 수 있다.

(그 외의 사항)

(1) 상기 실시 형태 1에서는, 2개의 증발 보일러를 구비하고 있었지만, 실시 형태 2, 3에 준한 3개 이상의 증발 보일러로 구성해도 괜찮다.

(2) 상기 실시 형태 1에서는, 증발 보일러(10A, 10B)는 좌우 한 쌍의 헤더(14A, 15A；14B, 15B)를 구비하고 있었지만, 도 6~도 8에 나타내는 바와 같이 공통 헤더(14, 15)를 구비한 구성이라도 좋다. 여기서, 도 6은 공통 헤더를 구비한 증발기를 사용하는 증류 장치의 전체 구성도, 도 7은 공통 헤더를 구비한 증발기의 사시도, 도 8은 공통 헤더를 구비한 증발기의 정면도이다. 또, 도 6은 도 7의 화살표 A의 방향으로부터 본 증발기를 모식적으로 도시하고 있다. 한편, 도 1은, 도 7의 화살표 B의 방향으로부터 본 증발기를 모식적으로 도시하고 있다. 즉, 도 6과 도 1 모두, 증발기(증발 보일러)가 모식적으로 도시되어 있지만, 도해(圖解)의 용이화를 도모하기 위해, 각각의 도면에서 증발기의 보는 방향을 바꾸어 도시하고 있다. 또, 도 8에서는 증발기에 관한 배관은 생략하여 도시하고 있다. 이하, 도 6~도 8을 참조하여 개략을 설명한다. 증발기(증발 보일러)(100)는 칸막이(101)에 의해서 저농도 증발부(102A)(1차 농축부, 제1 증발 보일러(10A)에 상당)와 고농도 증발부(102B)(2차 농축부, 제2 증발 보일러(10B)에 상당)로 2분할되어 있다. 저농도 증발부(102A)와 고농도 증발부(102B)의 일방의 측면에는 공통 헤더(14)가 마련되고, 저농도 증발부(102A)와 고농도 증발부(102B)의 타방의 측면에는 공통 헤더(15)가 마련되어 있다. 공통 헤더(14)는, 가열 증기가 공급되는 입구측의 공통 헤더이며, 공통 헤더(15)는, 가열 증기가 전열관군을 통과할 때에 전열관군의 외측에 산포된 순환액과 열교환되어 생성된 응축액이 저류되는 출구측의 공통 헤더이다. 또, 도 6, 도 7에서 80A는 압축기(4)로부터의 가열 증기를 공통 헤더(14)로 안내하는 관이며, 도 1의 관(80, 81)을 대신하여 이용되어 있다.

이와 같이, 도 6~도 8에 나타내는 증류 장치에서는, 1개의 증발기를 2분할하는 구성을 이용할 수 있고, 2개의 증발기를 이용하는 실시 형태 1에 비해 장치의 소형화나 코스트의 저감을 도모할 수 있다.

또, 1개의 증발기를 2분할함과 아울러, 헤더도 2분할하도록 구성하면, 실시 형태 2와 같은 1차 압축기(4A)와 2차 압축기(4B)를 사용하고, 증발 보일러(10A)에는 1차 압축기(4A)로부터의 압축 증기를, 증발 보일러(10B)에는 2차 압축기(4B)로부터의 압축 증기(1차 압축기(4A)로부터의 압축 증기를 더욱 압축한 증기)를 공급하는 구성의 증류 장치에도 적용하는 것이 가능하다.

(3) 상기 실시 형태 2에서는, 압축 장치를 2개의 압축기(4A, 4B)로 구성함과 아울러, 그들 2개의 압축기(4A, 4B)를 직렬 접속하도록 구성했지만, 도 9에 나타내는 바와 같이 2개의 압축기(4D, 4E)를 병렬 접속하도록 구성해도 괜찮다. 도 9를 참조하여 개략을 설명하면, 증류탑(2)의 탑 꼭대기부는 압축기(4D)를 매개로 하여 제1 증발 보일러(10A)에 접속되어 있고, 증류탑(2)의 탑 꼭대기부는 압축기(4E)를 매개로 하여 제2 증발 보일러(10B)에 접속되어 있다. 이러한 구성에 의해, 증류탑(2)의 탑 꼭대기부로부터 취출된 증기는, 압축기(4D, 4E)에 각각 개별로 공급되고, 압축기(4D, 4E)에서 압축 승온된다. 그리고, 압축기(4D)로부터의 가열 증기는 제1 증발 보일러(10A)에 공급되고, 압축기(4E)로부터의 가열 증기는 제2 증발 보일러(10B)에 공급된다. 이와 같이, 직렬 접속의 경우에는 2단 압축이 행하여지지만, 병렬 접속의 경우는 1단 압축만이므로, 직렬 접속의 경우에 비해 병렬 접속의 경우가 소비 동력은 크다고 하는 결점은 존재한다. 그러나, 병렬 접속의 경우라도, 적어도 리보일러는 분할되어 있으므로, 리보일러가 분할되어 있지 않은 종래예에 비하면, 에너지 절약화를 도모할 수 있다고 하는 이점을 가지고 있다.

(4) 상기 실시 형태 1－4에서는, 원액은 저농도 리보일러에 투입되었지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것이 아니라, 증류탑의 탑 저부, 증류탑의 탑 중단부(中段部), 및 증류탑의 탑 꼭대기부 중 어느 하나에 공급하도록 해도 괜찮다.

[실시예]

이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 본 발명은 이하의 실시예에 의해서 조금도 한정되는 것은 아니다.

본원 발명자는, 도 10에 나타내는 리보일러가 분할되어 있지 않은 통상의 증류 장치(이하, '종래예 증류 장치(Y)'라고 칭함)와, 리보일러가 2분할된 실시 형태 2의 증류 장치(이하, '본 발명 증류 장치(X)'라고 칭함)에 대해서, 이하의 조건하에서 환류비, 증발 보일러의 전열 면적, 압축기의 소비 동력을 산출했으므로, 그 결과를 표 1에 나타낸다.

또, 종래예 증류 장치(Y)의 개요를, 도 10을 참조하여 설명한다. 종래예 증류 장치(Y)는, 다단의 증류탑(2)과, 리보일러(3)와, 히트 펌프로서의 압축 장치(R)를 구비한다. 리보일러(3)는 1개의 증발 보일러(10)로 구성되어 있다. 압축 장치(R)는 2개의 압축기(4)로 구성되어 있다. 그 외의 구성에서 실시 형태 2의 증류 장치에 대응하는 부분은 동일한 참조 부호를 붙인다.

［조건］

증발 보일러(10)에서 가열 증발되는 저류액의 농도：60wt%

증발 보일러(10A)에서 가열 증발되는 저류액의 농도： 30wt%

증발 보일러(10B)에서 가열 증발되는 저류액의 농도：60wt%

MNP를 함유하는 원액량：8500kg/hr

원액의 MNP 농도：16wt%

농축액량：2267kg/hr

농축액의 MNP 농도：60wt%

응축수량：6233kg/hr

응축수의 MNP 농도：100ppm 이하

상기 표 1에서, 종래예 증류 장치(Y)의 환류비를 A1, 종래예 증류 장치(Y)의 전열 면적을 A2(m²), 종래예 증류 장치(Y)의 압축기의 소비 동력을 A3(kW)로 한 경우에 대한, 본 발명 증류 장치(X)의 환류비, 본 발명 증류 장치(X)의 전열 면적(구체적으로는, 증발 보일러(10A)의 전열 면적과 증발 보일러(10B)의 전열 면적의 총합), 본 발명 증류 장치(X)의 압축기의 소비 동력(구체적으로는, 압축기(4A)에서의 소비 동력과 압축기(4B)에서의 소비 동력의 총합)을 나타내고 있다.

(산출 결과의 검토)

표 1로부터, 종래예 증류 장치(Y)의 환류비에 대한 본 발명 증류 장치(X)의 환류비는, 0.703이고, 종래예 증류 장치(Y)의 전열 면적에 대한 본 발명 증류 장치(X)의 전열 면적은, 0.628이며, 종래예 증류 장치(Y)의 소비 동력에 대한 본 발명 증류 장치(X)의 소비 동력은, 0.713이다. 이것으로부터, 종래예 증류 장치(Y) 보다도 본 발명 증류 장치(X)의 쪽이, 환류비, 증발 보일러의 전열 면적, 및 압축기의 소비 동력 모두가 작게 되어 있는 것이 인정된다.

[산업상의 이용 가능성]　

본 발명은, 증류탑의 탑 꼭대기부로부터의 증기를, 증기 압축기를 사용하여 리보일러의 가열원에 재이용하는 에너지 절약형의 증류 장치에 적용하는 것이 가능하다.

1：증류 장치　　　　　　　　　　　　2：증류탑
3：리보일러(수평관식 열교환기) 4：압축기
4A：1차 압축기　　　　　　　　　　 4B：2차 압축기
10A：제1 증발 보일러　　　　　　　 10B：제2 증발 보일러

Claims

증류탑과, 증류탑의 탑 저부에 저류(貯留)되는 저류액을 가열 증발시키는 리보일러(reboiler)와, 증류탑의 탑 꼭대기부로부터 공급되는 증기를 압축 승온하여 리보일러의 가열원으로 하는 압축 장치를 구비하며, 상기 리보일러에 공급된 증기가 열교환되어 생성된 응축수를, 환류수(還流水)로서 증류탑의 탑 꼭대기부로 되돌리도록 구성된 증류 장치로서,
상기 리보일러는, 적어도, 공급되는 저류액을 증발 농축하는 1차 농축부와,상기 1차 농축부에서 농축된 저류액을 더욱 증발 농축하는 2차 농축부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 증류탑을 구비한 증류 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 압축 장치는 1개의 압축기로 구성되어 있고, 상기 압축기에서 압축된 증기를 상기 1차 농축부 및 2차 농축부에 각각 도입하도록 구성된 증류탑을 구비한 증류 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 리보일러는 1개의 수평관식 증발 보일러로서, 상기 수평관식 증발 보일러를 칸막이에 의해서 2분할하고, 이 2분할된 증발 보일러의 각 분할 부분을 상기 1차 농축부와 상기 2차 농축부로서 구성하며,
상기 1차 농축부 및 상기 2차 농축부는, 상기 압축기에서 압축된 증기가 통과하는 전열관군(傳熱管群)과, 상기 저류액을 상기 전열관군의 외표면을 향해서 산포하는 산포기를 구비하며,
상기 1차 농축부 및 상기 2차 농축부의 일방의 측면에는, 상기 압축기에서 압축된 증기가 도입되는 입구측의 공통 헤더가 상기 각 전열관군의 일방의 단부를 외측에서 둘러싸서 마련되어 있고, 상기 1차 농축부 및 상기 2차 농축부의 타방의 측면에는, 상기 입구측의 공통 헤더로부터 도입된 증기가 상기 전열관군을 통과할 때에 전열관군의 외표면에 산포된 저류액과 열교환되어 생성된 응축액이 저류되는 출구측의 공통 헤더가, 상기 각 전열관군의 타방의 단부를 외측에서 둘러싸서 마련되어 있는 증류탑을 구비한 증류 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 압축 장치는, 적어도, 상기 증류탑의 탑 꼭대기부로부터 공급되는 증기를 압축하는 1차 압축기와, 상기 1차 압축기에서 압축된 증기를 더욱 압축하는 2차 압축기를 구비하며,
상기 2차 압축기에서 압축된 증기를 상기 2차 농축부에 도입함과 아울러, 상기 1차 압축기에서 압축된 증기를 분기(分岐)하여 상기 1차 농축부에 도입하도록 구성되어 있는 증류탑을 구비한 증류 장치.
증류탑의 탑 저부에 저류되는 저류액을 리보일러에 의해 가열 증발시키는 증발 스텝과, 증류탑의 탑 꼭대기부로부터 공급되는 증기를 압축 장치에 의해 압축하고, 상기 리보일러에 가열원으로서 공급하는 압축 스텝과, 상기 리보일러에 공급된 증기가 열교환되어 생성된 응축수를 환류수로서 증류탑의 탑 꼭대기부로 되돌리는 환류수 공급 스텝을 구비한 증류 방법으로서,
상기 증발 스텝은, 적어도, 공급되는 저류액을 증발 농축하는 1차 농축 스텝과, 상기 1차 농축 스텝에서 농축된 저류액을 더욱 증발 농축하는 2차 농축 스텝을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 증류 방법.