WO2006022208A1 - 多重構造型内部熱交換型蒸留塔 - Google Patents

多重構造型内部熱交換型蒸留塔 Download PDF

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WO2006022208A1
WO2006022208A1 PCT/JP2005/015175 JP2005015175W WO2006022208A1 WO 2006022208 A1 WO2006022208 A1 WO 2006022208A1 JP 2005015175 W JP2005015175 W JP 2005015175W WO 2006022208 A1 WO2006022208 A1 WO 2006022208A1
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WO
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heat exchange
section
outermost
steam
innermost
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PCT/JP2005/015175
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Hideo Noda
Hiroshi Yamaji
Nobuyuki Kuratani
Kunio Kataoka
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Kansai Chemical Engineering Co., Ltd.
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D3/00Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/16Fractionating columns in which vapour bubbles through liquid
    • B01D3/166Heating and/or cooling of plates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D3/00Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
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    • B01DSEPARATION
    • B01D3/00Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/14Fractional distillation or use of a fractionation or rectification column
    • B01D3/26Fractionating columns in which vapour and liquid flow past each other, or in which the fluid is sprayed into the vapour, or in which a two-phase mixture is passed in one direction

Definitions

  • the present invention relates to a multi-structure internal heat exchange distillation column.
  • Distillation operations are carried out in many fields including the petrochemical field.
  • a multi-stage distillation column is used for more accurate distillation.
  • energy loss is large.
  • an internal heat exchange type distillation column has been proposed.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-133 17 04 a single tube is inserted into a cylindrical main body, a concentric double structure with a concentrating portion inside the single tube and a collecting portion outside.
  • An internal heat exchange distillation column is disclosed.
  • a single pipe is divided into a plurality of blocks, and a multistage structure is formed in which a plurality of blocks are stacked in the vertical direction.
  • the recovery part of one block is connected to the recovery part of the adjacent block by a communication pipe, and the heat of the concentrating part is transferred to the recovery part through the wall of the single pipe and the wall of the communication pipe.
  • An object of the present invention is to provide an internal heat exchange type distillation column which is further excellent in energy utilization rate (heat transfer efficiency).
  • the present invention has a multiple structure composed of at least an outermost heat exchange part, an intermediate part, and an innermost heat exchange part; the innermost heat exchange part is isolated from the intermediate part; the outermost heat exchange part The outermost heat exchanging portion and the innermost heat exchanging portion communicate with each other through at least two communicating ports; and at least one of the communicating ports from the innermost heat exchanging portion.
  • the steam is an inlet to the outermost heat exchange section and the other communication port is an outlet of the steam from the outermost heat exchange section to the innermost heat exchange section, the steam passes from the inlet to the outlet.
  • a flow path configured to move only in one direction toward the outer surface is formed in the outermost heat exchange section; and the outermost heat exchange section and the innermost heat exchange section, and the intermediate section One of these is a concentrating part and the other is a recovery part.
  • the outermost heat exchange section is composed of a plurality of outermost heat exchange chambers that are mutually independent and arranged one above the other; each of the plurality of outermost heat exchange chambers is The flow path is formed in each of the plurality of outermost heat exchange chambers.
  • the outermost heat exchange part and the innermost heat exchange part are concentration parts, and the intermediate part is a recovery part.
  • the multi-structure internal heat exchange distillation column of the present invention has a multi-cylindrical structure, a serpentine structure, or a plate structure.
  • the innermost heat exchange part and the intermediate part are filled with a filler.
  • the innermost heat exchange part and the intermediate part are Ray is provided.
  • a tray is provided in the innermost heat exchange part, and the intermediate part is filled with a filler.
  • the innermost heat exchange part is filled with a filler, and a tray is provided in the intermediate part.
  • the outermost heat exchange section and the innermost heat exchange section communicate with each other, so that heat is transferred from both the side surface of the intermediate portion and the outer surface. . Furthermore, since the steam can flow in one direction from the inlet to the outlet along the flow path formed in the outermost heat exchange section, the steam surely flows toward the outlet without stagnating. Therefore, energy loss is reduced by setting either the outermost heat exchange part, the innermost heat exchange part, or the intermediate part as the high pressure side (high temperature side) and the other as the low pressure side (low temperature side). Is provided with an internal heat exchange distillation column with good heat transfer efficiency.
  • FIG. 1 is a schematic top sectional view of a multi-cylindrical internal heat exchange distillation column of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing an example of the shape of the flow path in the outermost heat exchange section.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the outermost heat exchange chamber.
  • FIG. 4 is a front sectional view of a triple structure type internal heat exchange distillation column of one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a front sectional view of a triple structure type internal heat exchange distillation column of another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of an operating state in which toluene and benzene are separated using the triple structure type internal heat exchange distillation column of the present invention.
  • BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The multi-structure internal heat exchange distillation column of the present invention has a multi-structure composed of at least an outermost heat exchange section, an intermediate section, and an innermost heat exchange section.
  • the innermost heat exchanging part is separated from the intermediate part and the outermost heat exchanging part is also separated from the intermediate part.
  • the innermost heat exchanging part and the outermost heat exchanging part are separated from each other by at least two. It has a structure that communicates with the communication port.
  • At least one of the communication ports serves as a steam inlet from the innermost heat exchange unit to the outermost heat exchange unit, and the other communication port serves as a steam outlet from the outermost heat exchange unit to the innermost heat exchange unit.
  • a flow path configured to allow steam to move in only one direction from the inlet to the outlet is formed in the outermost heat exchange section. Then, any one of the outermost heat exchange part, the innermost heat exchange part, and the intermediate part is a concentrating part, and the other is a recovery part.
  • FIG. 1A is a top sectional view of an internal heat exchange distillation column 1 having a triple cylindrical structure according to an embodiment of the present invention.
  • This triple-structured internal heat exchange distillation column 1 is composed of an innermost heat exchange part 2, an intermediate part 3, an outermost heat exchange part 4 and an outer jacket 6, and an innermost heat exchange part 2 and an intermediate part 3, and The intermediate part 3 and the outermost heat exchange part 4 are isolated from each other.
  • the innermost heat exchange unit 2 and the outermost heat exchange unit 4 communicate with each other through at least two communication ports 7.
  • FIG. 1A is a top sectional view of an internal heat exchange distillation column 1 having a triple cylindrical structure according to an embodiment of the present invention.
  • This triple-structured internal heat exchange distillation column 1 is composed of an innermost heat exchange part 2, an intermediate part 3, an outermost heat exchange part 4 and an outer jacket 6, and an innermost heat exchange part 2 and an intermediate part 3, and
  • the intermediate part 3 and the outermost heat exchange part 4 are isolated from each other.
  • FIG. 1B is a top cross-sectional view of a quadruple cylindrical internal heat exchange distillation column 10 according to another embodiment of the present invention.
  • This distillation column 10 has an outermost part 5 between the outermost heat exchange part 4 and the mantle 6 of the triple cylindrical structure type inner heat exchange type distillation tower 1 of FIG. 1A.
  • This outermost part 5 is isolated from the outermost heat exchange part 4.
  • a part such as a second intermediate part and a second heat exchange part may be provided between the intermediate part 3 and the outermost heat exchange part 4 shown in FIG. ,.
  • FIG. 1C is a top sectional view of an internal heat exchange distillation column 110 having a plate structure according to another embodiment of the present invention.
  • the outermost heat exchange section of this distillation column 1 1 0 4 Is arranged inside the intermediate part 3 and has a plate structure.
  • the innermost heat exchange part 2 and the outermost heat exchange part 4 communicate with each other through at least two communication ports 7.
  • the plate structure is installed radially. The arrangement direction and number of plates may be determined according to the operating conditions.
  • FIG. 1D is a top cross-sectional view of an internal heat exchange distillation tower having a serpentine tube structure according to another embodiment of the present invention.
  • the outermost heat exchange section 4 of the distillation column 120 is disposed inside the intermediate section 3 and has a serpentine structure.
  • the innermost heat exchange unit 2 and the outermost heat exchange unit 4 are connected via at least two communication ports 7.
  • the serpentine tube structure is arranged concentrically with the innermost heat exchange section 2. The direction and length of the serpentine tube may be determined according to the operating conditions.
  • a flow path configured so that steam can move in only one direction from the inlet to the outlet is formed.
  • the steam is introduced into the outermost heat exchange part 4 from at least one communication port 7 which is an inlet of the steam, It is configured to return to the innermost heat exchanging unit 2 from another communication port 7 which is an outlet of steam through a flow path provided in the outermost heat exchanging unit 4.
  • the communication ports 7 may be provided close to each other or may be provided apart from each other, but are preferably provided apart from each other.
  • the steam flow path in the outermost heat exchange section 4 is configured so that the steam always flows and there is no stagnation part. That is, the steam enters from the steam inlet 71 and flows only in the direction of the steam outlet 72.
  • a specific example of the flow path of the outermost heat exchange section 4 of the multi-structure distillation column will be described.
  • the flow path of the outermost heat exchanging section 4 having the structure of FIG. 1A is formed in a circumferential shape with a baffle plate, arranged in close contact with the inner wall and the outer wall, and partitioned by a partition plate 73.
  • FIG. 2A to 2C are schematic partial cross-sectional views showing the flow path configured as described above.
  • FIG. 2A and FIG. 2B are the i-i cross-sectional view and the i i — ii cross-sectional view of FIG. 1A when the communication port 7 is arranged close to each other.
  • the steam enters the steam inlet 71, and flows to the near side, hits the partition plate 73, returns along the flow path immediately above, and again the partition plate. 7 It is configured to move to the next flow path upon hitting 3.
  • FIG. 2B is a diagram showing that the steam hitting the partition plate 73 rises and flows to the upper channel. Then, as shown in FIGS. 2A and 2B, the steam finally descends from the uppermost flow path and returns to the innermost heat exchange section 2 from the steam outlet 72.
  • FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line ii-ii of FIG. 1A when the communication port 7 is arranged separately.
  • 2A and 2B above differ in that the steam flows out from the steam outlet 72 provided at the top of the outermost heat exchange section 4, and the steam flow is as shown in FIG. 2A. And the same as in Figure 2B.
  • FIG. 2D is a cross-sectional view of the multi-structure distillation column having the plate structure of FIG. 1C, and is a schematic diagram showing the flow path of the outermost heat exchange section 4.
  • a flow path is formed in the plate by a baffle plate. This flow path is formed so that the steam moves in only one direction.
  • FIG. 2E is a schematic diagram showing a steam flow path when a serpentine tube structure is used as the outermost heat exchange section 4.
  • a pressure difference is generated by the tray 21 located between the steam inlet 7 1 and the steam outlet 7 2, and the steam enters from the steam inlet 7 1 and moves upward in one direction along the serpentine tube. It is configured to flow and exit from the steam outlet 7 2.
  • the steam flow path of the outermost heat exchange section 4 is configured such that steam entering from the steam inlet 71 moves only in one direction toward the steam outlet 72. ing. When distilling, vapors of components (substances) with different boiling points of 2 or more flow in the distillation column.
  • the shape of the flow path is not particularly limited.
  • the flow path may be formed in a spiral shape using a baffle plate, a pipe having a semicircular cross section, or the like. By arranging such a spiral flow path, steam can move smoothly along the inner wall of the outermost heat exchange section 4.
  • the condensing part is pressurized to a temperature higher than that of the recovery part.
  • the amount of energy saved is the difference in the amount of heat obtained by subtracting the amount of heat used for pressurization from the amount of heat transferred from the concentration unit to the recovery unit.
  • the outermost heat exchange section 4 is composed of a plurality of outermost heat exchangers that are independent of each other and arranged vertically.
  • the partial heat exchange chamber 4a is preferably configured.
  • Each of the plurality of outermost heat exchange chambers 4 a communicates with the innermost heat exchange section 2 through at least two communication ports 7.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the outermost heat exchange chamber 4a.
  • the communication port 7 has steam inlets 7 1 (communication ports 7 1) and steam outlets 7 2 (communication ports 7 2) at the upper and lower portions of each outermost heat conversion chamber 4 a. Is provided.
  • FIG. 3 shows an i_i cross-sectional view when the outermost heat exchange section 4 of FIG. 1A is divided into a plurality of outermost heat exchange chambers 4a.
  • the flow path in FIG. 3 is formed circumferentially with a baffle plate as in FIG. 1A, arranged in close contact with the inner wall and the outer wall, and partitioned by a partition plate 73. As described in FIG.
  • the steam enters from the steam inlet 71 (lower communication port), flows from the steam inlet 71 to the near side, and hits the partition plate 73.
  • the steam hitting the partition plate 7 3 rises and flows along the upper channel, hits the partition plate 73 again, and moves to the next channel. While repeating this process, the steam exits from the steam outlet 7 2 to the innermost heat exchange section 2.
  • a pipe with a semicircular cross section, a coil, and the like are appropriately arranged so that the steam moves spirally along the inner wall of the outermost heat exchange section 4. It may be.
  • the condensate will return to the bottom of the concentrating section. Therefore, there is no reflux to each part, so the reflux ratio may be insufficient. In this case, distillation is possible if sufficient reflux is performed at the top of the concentrating section. However, energy is required for returning the liquid by external reflux.
  • the steam introduced into the outermost heat exchange chamber 4a depends on the height direction of the concentrating section. Concentration distribution is formed and condensed by heat exchange. The condensed liquid returns from the communication port 7 1 to the innermost heat exchange section 2, This liquid becomes a reflux liquid having an appropriate concentration.
  • the lowest temperature in the concentrating section is the highest, so if the outermost heat exchange section 4 is not separated, the temperature difference between the recovery section and concentrating section at the top of the tower is large. Therefore, operation is easier if the outermost heat exchanger 4 is not separated.
  • the number of outermost heat exchange chambers 4a (the number of divisions of outermost heat exchange section 4) is not particularly limited. Increasing the number of divisions complicates the structure of the distillation tower, so the appropriate number should be determined in consideration of the degree of energy saving.
  • FIG. 4 is a front sectional view of a triple structure type internal heat exchange distillation column (hereinafter simply referred to as a distillation column) 100.
  • the distillation tower 100 is composed of an innermost heat exchange section 2, an intermediate section 3, and an outermost heat exchange section 4.
  • the innermost heat exchange section 2 is an intermediate section 3, and the intermediate section 3 is an outermost section.
  • Each of the intermediate parts 3 is in contact with the outermost heat exchange part 4 and its inner side is in contact with the innermost heat exchange part 2.
  • the outermost heat exchange section 4 communicates with the innermost heat exchange section 2 through the lower communication port 71 and the upper communication port 72.
  • the innermost heat exchange part 2 and the outermost heat exchange part 4 to the high pressure side (high temperature side) and the intermediate part 3 to the low pressure side (low temperature side), or the innermost heat exchange part 2 and the outermost heat exchange part
  • the heat exchange part 4 By setting the heat exchange part 4 to the low pressure side (low temperature side) and the intermediate part 3 to the high pressure side (high temperature side), the side of the intermediate part 3 passes from the high pressure side (high temperature side) to the low pressure side (low temperature side). Heat transfer.
  • the innermost heat exchanging part 2 and the outermost heat exchanging part 4 are set to the high pressure side (high temperature side, that is, the concentrating part), and the intermediate part 3 is set to the low pressure side (low temperature). Side, that is, the recovery unit).
  • the arrows in Fig. 4 indicate the steam flow.
  • the lower part of the innermost heat exchange section 2 of the distillation column 100 is provided with a condensing part steam inlet 81, and the upper part of the innermost heat exchange part 2 is provided with a condensing part steam outlet 82.
  • a concentrating part liquid inlet 83 is provided near the top of the innermost heat exchanging part 2, and a concentrating part liquid outlet 84 is provided in the lower part of the innermost heat exchanging part 2.
  • a recovery unit steam outlet 9 1 is provided at the lower part of the intermediate part 3, and a recovery part steam outlet 92 is provided at the upper part of the intermediate part 3.
  • a recovery part liquid inlet 93 is provided slightly below the recovery part steam outlet 92, and in the lowermost part of the intermediate part 3, a recovery part liquid outlet 94 is provided.
  • the steam supplied from the condensing unit steam inlet 8 1 moves upward in the innermost heat exchanging part 2 and transfers to the intermediate part 3 to become a liquid along the inner wall of the innermost heat exchanging part 2. Distillation is carried out while coming into contact with the vapor that descends and rises from below.
  • the steam is recovered from the concentrating section steam outlet 82, while the liquid collects at the bottom of the innermost heat exchange section 2.
  • a part of the steam enters the outermost heat exchange section 4 from the lower steam inlet 71, moves upward, and returns to the innermost heat exchange section 2 from the steam outlet 72.
  • the steam flowing in the outermost heat exchanging section 4 also becomes liquid when transferring heat to the intermediate section 3, and descends along the inner wall of the outermost heat exchanging section 4 in gas-liquid contact with the rising steam and communicates with the lower part. It returns to the innermost heat exchanging part 2 from the port 7 1 and is collected in the lower part of the innermost heat exchanging part 2. Most The liquid collected in the lower part of the internal heat exchange part 2 is extracted from the concentrating part liquid outlet 84.
  • the inner side surface of the intermediate part 3 is transferred from the innermost heat exchanging part 2 and the outer side face is transferred from the outermost heat exchanging part 4, so that the heat transfer efficiency is extremely high and distillation is performed efficiently.
  • a flow path may be formed by providing a baffle plate as shown in FIG.
  • a steam passage may be formed by welding a pipe having a semicircular cross section in a spiral shape.
  • both the innermost heat exchange part 2 and the intermediate part 3 are preferably provided with packings or trays.
  • packings or trays There is no particular restriction on the arrangement of the packing or tray.
  • a tray is provided in the innermost heat exchanging part 2 and the filling is filled in the intermediate part 3, or the innermost heat exchanging part 2 is filled with a filling, It is also preferable to provide a tray in the intermediate part 3.
  • packings usually used by those skilled in the art that is, regular packing and irregular packing are used.
  • a tray usually used by those skilled in the art is used.
  • the tray is porous throughout the tray, only a portion (eg, the sieve portion) is porous, or the entire tray Any of non-porous may be sufficient.
  • the tray may be a tray without a weir or a tray with a weir. Or you may use combining these. Examples of such a tray include a lift tray, a pulp tray, a sheave tray, and a cap tray.
  • FIG. 5 is a front sectional view of a triple structure type internal heat exchange distillation column (hereinafter simply referred to as a distillation column) 200.
  • a distillation column In the distillation tower 200, the innermost heat exchange part 2 and the outermost heat exchange part 4 are used as a concentrating part, and the intermediate part 3 is used as a collecting part.
  • the innermost heat exchanger 2 of the distillation column in Fig. 5 is provided with a tray 21.
  • the same reference numerals as those in FIG. 4 mean structures having the same functions as those in FIG. As shown in FIG.
  • the outermost heat exchange section 4 of the distillation column 200 is composed of a plurality of outermost heat exchange chambers 4a that are independent and divided into upper and lower parts.
  • the outermost heat exchange chamber 4 a communicates with the innermost heat exchange section 2 through two communication ports 7 1 and 7 2, respectively. By this communication, the outermost heat exchange chamber 4a can function as a concentration section.
  • the steam introduced into the innermost heat exchanging part 2 from the condensing part steam inlet 8 1 provided at the lower part of the innermost heat exchanging part 2 ascends the inner wall of the innermost heat exchanging part 2, Heat is transferred to the middle part 3.
  • Steam is liquefied by heat transfer, descends along the inner wall of the innermost heat exchanger 2 and is distilled while making vapor-liquid contact with the steam rising from the bottom.
  • the steam enters each outermost heat exchange section 4a from each of the steam inlets 71 provided below the plurality of outermost heat exchange sections 4a.
  • the steam flows in one direction along the flow path formed in the outermost heat exchange part 4a, and the innermost heat exchange part from the steam outlet 72 provided above each outermost heat exchange part 4a. It is configured to return to 2.
  • the steam liquefies while transferring heat to the intermediate part 3, and the liquid comes into contact with the steam while returning to the steam inlet 71 along the formed flow path, and distillation is performed.
  • the steam that has returned from the outermost heat exchange section 4 a to the innermost heat exchange section 2 is finally recovered from the condensing section steam outlet 82 at the top of the innermost heat exchange section 2.
  • the liquid returns from the communication port (steam inlet) 71 to the innermost heat exchange section 2 and is extracted from the concentrated section liquid outlet 84 provided at the lower part of the innermost heat exchange section 2.
  • the steam introduced into the outermost heat exchange chamber 4a is higher than the concentration section.
  • a density distribution corresponding to the vertical direction is formed.
  • the liquid condensed in each section is returned to the concentration section of the section as a reflux liquid, so that the distillation is sufficiently performed.
  • reflux is insufficient, distillation cannot be performed and concentration cannot be performed.
  • the amount of reflux from the outside can be reduced, and energy corresponding to the reduced amount can be saved. That is, energy is saved by exchanging heat internally.
  • the distillation column of the present invention is a distillation column that can approach an ideal operation in which the distillation column can be operated only by internal heat exchange.
  • a tray 21 is provided in the innermost heat exchange section 2 and / or the intermediate section 3.
  • tray 2 1 or packing
  • steam inlet 7 1 and steam outlet A pressure difference is generated between the two and the steam, and the flow of steam into the outermost heat exchange section 4 (outermost heat exchange chamber 4a) becomes smoother, and the distillation efficiency is improved.
  • the flow path forming member 85 may be provided near (slightly above) the steam inlet 71 in the innermost heat exchange section 2.
  • a tray is arranged in the innermost heat exchange part 2, it may be installed between the steam inlet 71 and the steam outlet 72.
  • the packing When the packing is arranged, it may be arranged at the position of the steam inlet 7 1 or the steam outlet 7 2. If a tray or packing is placed in such a position, the pressure near the steam inlet 7 1 of the outermost heat exchange section 4 a is higher than the pressure near the steam outlet 72 because of pressure loss. High, it is easy for steam to flow into the outermost heat exchange section 4a. However, in order to prevent the steam from drifting, the steam flow path in the outermost heat exchange section 4a is made one flow path, and the steam entering from the steam inlet 71 stays in the outermost heat exchange section 4a. Without leaving the steam outlet 7 2, the steam flows in one direction, so that there is no steam stagnation inside the outermost heat exchange section 4 (outermost heat exchange chamber 4 a).
  • the outermost heat exchanging part 4a may be provided with a plate as shown in FIG. 2 to form a flow path, or the steam is spirally formed on the outermost part.
  • a guide may be provided by a baffle plate or the like so as to go up in the heat exchange part 4a.
  • the distillation column 200 shown in FIG. 6 includes an innermost heat exchange unit 2 and an outermost heat exchange unit 4a that are concentrating units, and an intermediate unit 3 that is a recovery unit.
  • the innermost heat exchange unit 2 is provided with a tray 21.
  • one flow path is formed in a spiral shape by a baffle plate from the steam inlet 71 to the steam outlet 72.
  • the benzene / toluene mixture is supplied from the recovery section liquid inlet 93, which is the raw material inlet, to the intermediate section 3, which is the recovery section.
  • the intermediate part 3 (recovery part) is set to a predetermined temperature and pressure, and the upper part of the intermediate part 3 (recovery part) is set to a temperature near the boiling point of benzene at this pressure, for example.
  • the lower part of the intermediate part 3 (recovery part) is set to a temperature near the boiling point of toluene at this pressure.
  • Part of the recovered toluene is heated by the reboiler 95 and introduced into the intermediate part 3 (recovery part) from the recovery part steam inlet 91 and becomes a heat source for the intermediate part 3 (recovery part).
  • the vapor mainly composed of benzene in the intermediate part 3 (recovery part) is discharged from the recovery part steam outlet 92 and pressurized by the compressor 9 7, and the steam in the innermost heat exchange part 2 (concentration part). It enters the innermost heat exchanging section 2 (concentrating section) through the condensing section steam inlet 81 and becomes a heat source for the innermost heat exchanging section 2 and the outermost heat exchanging section 4a (concentrating section).
  • Inner heat exchange part 2 and outermost heat exchange part 4 a are set at a higher temperature and pressure than in intermediate part 3 (collection part), and innermost heat exchange part 2 and outermost heat
  • the upper part of the exchange part 4a is set, for example, to a temperature near the boiling point of benzene at this pressure, and the lower part is set to a temperature near the boiling point of toluene at this pressure.
  • the benzene vapor is discharged from the condensing unit vapor outlet 82, cooled by the condenser 96, and partly collected.
  • the remaining benzene (liquid) is refluxed from the concentrating section liquid inlet 83 to the innermost heat exchange section 2 (concentrating section).
  • the mixed solvent of benzene and toluene in the innermost heat exchange section 2 accumulates in the lower part of the innermost heat exchange section 2 (concentration section), and is discharged from the concentrating section liquid outlet 8 4 to be collected in the recovery section. It is introduced into the intermediate part 3 (recovery part) through the inlet 93 together with the raw material benzene and toluene mixture. In this way, benzene and toluene are fractionated continuously.
  • the inner side surface and the outer side surface of the intermediate part are in contact with the outermost heat exchange part, so that heat can be transferred very efficiently. It can be used as a distillation column that achieves energy saving and has excellent fractionation efficiency.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

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

明 細 書 多重構造型内部熱交換型蒸留塔 技術分野
本発明は、 多重構造型内部熱交換型蒸留塔に関する。 背景技術
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。 し力 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— 1 3 1 7 0 4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、 上下方向に複数のプロ 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 2 0 0 4 Z 2 6 0 2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、 定期検查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— 1 3 1 7 0 4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。 発明の開示
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っを該 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 ロ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、 中間部の內側面および外側面の两面から熱伝達 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。 図面の簡単な説明
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、 トルエンとべ ンゼンとを分離する運転状況の一例を示す図である。 発明を実施するための最良の形態 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っを最内部熱 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 1 A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 1 B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 1 0の上面断面図である。 この蒸留塔 1 0は、 図 1 A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 1 Aまたは図 1 B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レ、。
図 1 C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 1 1 0の上面断面図である。 この蒸留塔 1 1 0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 レ、る。 図 1 C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 1 D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 1 2 0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 1 D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 1 A〜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つ 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 7 1から 入り、 蒸気出口 7 2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 1 A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 7 3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 7 3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 7 3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 7 3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 7 2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 2 A〜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 2 Aおよび図 2 Bは、 連通口 7が近接して配置されている場合の図 1 Aの i一 i断面図および i i _ i i断面図である。 図 2 Aの最外部熱交換部 4では、 蒸気は蒸気入口 7 1カゝら入り、 手前側に流れて仕切板 7 3に当って、 すぐ上 の流路に沿っており返し、 再度仕切板 7 3に当って次の流路に移動する構成 になっている。 図 2 Bは、 仕切板 7 3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 2 Aおよび図 2 B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 7 2から、 最内部 熱交換部 2に戻る。
図 2 Cは、 連通口 7が隔離して配置されている場合の図 1 Aの i i— ii断面 図である。 上記図 2 Aおよび図 2 B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 7 2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 2 Aおよび図 2 Bの場合と同じである。
図 2 Dは、 図 1 Cのプレート構造を有する多重構造型蒸留塔の iii _ ii i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 2 E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 2 Eでは、 蒸気入口 7 1と蒸気出口 7 2との間 に配置したトレイ 2 1によって圧力差を生じさせ、 蒸気が蒸気入口 7 1から 入って、 蛇管に沿って上方の一方向に流れ、 蒸気出口 7 2から出ていくよう に構成されている。 図 2 A〜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 7 1から入った蒸気が蒸気出口 7 2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。 し力、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 1 Bの四重円筒構造型内部熱交換型蒸留塔 1 0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 4 a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 4 a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 4 a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 ¾換室 4 aの上部および下部の 2 箇所に蒸気入口 7 1 (連通口 7 1 ) および蒸気出口 7 2 (連通口 7 2 ) とし て設けられている。 最外部熱交換室 4 aには、 最内部熱交換部 2の蒸気がこ の連通口 7 1を介して最外部熱交換室 4 aに入り、 蒸気の連通口 7 2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 1 A の最外部熱交換部 4が複数の最外部熱交換室 4 a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 1 A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 7 3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 7 1 (下部の連通口) から入り、 蒸気入口 7 1から手前側に流れて仕切板 7 3に当る。 仕切板 7 3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 7 3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 7 2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 ィ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。 し力 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 4 aに区分することにより、 最外部熱交換室 4 a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、 熱交換によつ て凝縮される。 凝縮された液は、 連通口 7 1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 4 a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 4 a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。 実施例
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) 1 0 0の正面断面図である。 蒸留塔 1 0 0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 7 1および上部連通口 7 2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 1 0 0の最内部熱交換部 2の 下部には、 濃縮部蒸気入口 8 1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 8 2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 8 3が備えられ、 最内部熱交換部 2の低部には濃縮部液 出口 8 4が備えられている。 中間部 3の下部には回収部蒸気 口 9 1が備え られ、 中間部 3の上部には回収部蒸気出口 9 2が備えられている。 中間部 3 の上部には、 回収部蒸気出口 9 2のやや下部に回収部液入口 9 3が設けられ、 中間部 3の最下部には、 回収部液出口 9 4が設けられている。
濃縮部蒸気入口 8 1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の内壁に沿つ 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 8 2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 7 1から最外部熱交換部 4内に入り、 上 方に移動し、 蒸気出口 7 2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 7 1 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 8 4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 9 1か ら蒸気が供給され、 供給された蒸気は、 回収部液入口 9 3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 9 2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 9 4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 7 1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 7 2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 Z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。 トレィは、 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。 トレィ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。
充填物またはトレィを設けない場合は、 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 7 1付近に流路形成部材 8 5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) 2 0 0の正面断面図である。 蒸留塔 2 0 0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 2 1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 2 0 0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 4 aから構成されている。 最外 部熱交換室 4 aは、 それぞれ 2箇所の連通口 7 1および 7 2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 4 a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 8 1 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 4 aの下方に設けられた各 蒸気入口 7 1から、 それぞれの最外部熱交換部 4 a内に入る。 蒸気は、 最外 部熱交換部 4 a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 4 aの上方に設けられた蒸気出口 7 2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 7 1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 4 a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 8 2から回収される。 一方、 液 は、 連通口 (蒸気入口) 7 1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 8 4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 4 a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 4 a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 2 1が設けられている。 トレイ 2 1の代わりに充填物を設けてもよレ、。 トレイ 2 1 (または充填物) を設けることにより、 蒸気入口 7 1と蒸気出口 7 2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 4 a ) 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 7 1付近 (やや上部) に流路形成部材 8 5を設け てもよい。 最内部熱交換部 2内にトレィを配置する場合、 蒸気入口 7 1と蒸 気出口 7 2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 7 1 あるいは蒸気出口 7 2の位置に配置してもよい。 このような位置にトレィも 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 4 aの蒸 気入口 7 1付近の圧力が、 蒸気出口 7 2付近の圧力よりも高く、 蒸気が最外 部熱交換部 4 a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 4 a内の蒸気の流路を一つの流路とし、 蒸気入口 7 1か ら入つた蒸気が最外部熱交換部 4 aに留まることなく蒸気出口 7 2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 4 a ) 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 4 a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 4 a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 2 0 0を用 いて、 ベンゼンおよびトルエンの混合物を蒸留して、 トルエンおよびべンゼ 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 2 0 0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 4 a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 2 1が設けられている。 最外部熱交換部 4 a内には、 蒸気入口 7 1か ら蒸気出口 7 2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 9 3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 9 4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 9 5で加熱され、 回収部蒸気入口 9 1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 9 2から排出され、 コンプレッサー 9 7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 8 1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 4 a (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 4 a (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およぴ最外部熱交換部 4 a (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 8 2から排出され、 コンデンサー 9 6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 8 3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 ルェンとの混合溶媒は、 最内部熱交換部 2 (濃縮部) の下部に溜まり、 濃縮 部液出口 8 4から排出され、 回収部液入口 9 3を経て、 原料のベンゼン ' ト ルェ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。 産業上の利用可能性
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

請求の範囲
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、 そして他の連通ロ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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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011043199A1 (ja) * 2009-10-05 2011-04-14 独立行政法人産業技術総合研究所 熱交換型蒸留装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104524800B (zh) * 2014-12-31 2016-06-22 石家庄工大化工设备有限公司 一种具有换热塔板的热耦合喷射并流塔
DE102017106177A1 (de) * 2017-03-22 2018-09-27 Thyssenkrupp Ag Boden für eine Stoffaustauschkolonne

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01179704U (ja) * 1988-06-08 1989-12-25
JPH0295501U (ja) * 1989-01-12 1990-07-30
JPH05220301A (ja) * 1992-02-10 1993-08-31 Kobe Steel Ltd 蒸留装置
JPH08131704A (ja) * 1994-11-11 1996-05-28 Kimura Chem Plants Co Ltd 内部熱交換型蒸留塔
JP2001137606A (ja) * 1999-11-18 2001-05-22 Kimura Chem Plants Co Ltd 内部熱交換型蒸留塔
WO2004002602A1 (ja) * 2002-06-28 2004-01-08 Kansai Chemical Engineering Co., Ltd. 内部熱交換型蒸留塔

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2117337A (en) * 1934-11-03 1938-05-17 Lobl Karel Evaporator
DE2149155A1 (de) * 1971-10-01 1973-04-05 Messer Griesheim Gmbh Rektifizierkolonne
US3844898A (en) * 1973-01-02 1974-10-29 Universal Oil Prod Co Fractionation apparatus having plural, integral and concentric fractionating units
SE7813257L (sv) * 1978-01-04 1979-07-05 Markfort Dieter Sett och anordning for rektifikation
DE3326004A1 (de) * 1983-07-19 1985-02-07 Georg 8311 Baierbach Niedermeier Waermetauscher
US4681661A (en) * 1983-10-14 1987-07-21 Rakesh Govind Dual distillation columns
US4644934A (en) * 1985-05-03 1987-02-24 Kaus David P Solar energy heating system
JPH01179704A (ja) 1988-01-09 1989-07-17 Fujikura Ltd 超電導酸化物単結晶の分離方法
JP2673220B2 (ja) 1988-09-27 1997-11-05 株式会社育良精機製作所 棒材供給機
DE4010151A1 (de) * 1989-03-31 1990-10-04 Hubert Vogt Ringspaltwaermetauscher
EP0726085B1 (en) * 1994-08-29 2002-12-11 Kimura Chemical Plants Co., Ltd. Internal heat exchange type distillation column
US5675054A (en) * 1995-07-17 1997-10-07 Manley; David Low cost thermal coupling in ethylene recovery
AU2265301A (en) * 1999-12-17 2001-06-25 Ohio State University, The Heat engine
US6390185B1 (en) * 2001-03-06 2002-05-21 Richard A. Proeschel Annular flow concentric tube recuperator
EP1332781A1 (en) * 2002-01-25 2003-08-06 Technische Universiteit Delft Heat integrated distillation column
US7610768B2 (en) * 2005-11-09 2009-11-03 Honeywell International Inc. Apparatus and methods for water regeneration from waste

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01179704U (ja) * 1988-06-08 1989-12-25
JPH0295501U (ja) * 1989-01-12 1990-07-30
JPH05220301A (ja) * 1992-02-10 1993-08-31 Kobe Steel Ltd 蒸留装置
JPH08131704A (ja) * 1994-11-11 1996-05-28 Kimura Chem Plants Co Ltd 内部熱交換型蒸留塔
JP2001137606A (ja) * 1999-11-18 2001-05-22 Kimura Chem Plants Co Ltd 内部熱交換型蒸留塔
WO2004002602A1 (ja) * 2002-06-28 2004-01-08 Kansai Chemical Engineering Co., Ltd. 内部熱交換型蒸留塔

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP1800726A4 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011043199A1 (ja) * 2009-10-05 2011-04-14 独立行政法人産業技術総合研究所 熱交換型蒸留装置
KR101235388B1 (ko) 2009-10-05 2013-02-20 토요엔지니어링 카부시키가이샤 열 통합 증류 장치
US8440056B2 (en) 2009-10-05 2013-05-14 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Heat integrated distillation apparatus

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