(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
濃縮部として利用される棚段塔部或いは充填塔部を有する濃縮塔と、
前記濃縮塔から見て上方に配置され、回収部として利用される棚段塔部或いは充填塔部を有する回収塔と、
前記回収塔の塔頂部と前記濃縮塔の塔底部を連通させる第一の配管と、
前記第一の配管に設置され、前記回収塔の塔頂部からの蒸気を圧縮して前記濃縮塔の塔底部に送るコンプレッサーと、
前記回収塔の所定の段に設けられ、上から流下してきた液を溜める液溜め部と、
前記回収塔の前記液溜め部内に配置された熱交換器と、
前記濃縮塔内の蒸気を前記回収塔の前記熱交換器へ導入する第二の配管と、
前記回収塔の前記熱交換器から流出する流体を前記濃縮塔に導入する第三の配管と、
を備えた熱交換型蒸留装置において、
前記第三の配管の下流側には、前記濃縮塔内の圧力よりも低い圧力を有するラインが連結されており、
前記第三の配管を通って前記濃縮塔内に向かう第一の流れを、前記第三の配管から分岐して前記ラインに向かう第二の流れに切り換え可能となっており、
前記濃縮塔内に挿入された前記第三の配管の端部内が液で封じられているか否かを監視する監視手段をさらに備え、該端部内が液で封じられていないことが前記監視手段により検出されたときに、前記第一の流れを前記第二の流れに切り換えることを特徴とする熱交換型蒸留装置。
【請求項２】
前記監視手段で監視される前記液の状態に応じて前記第一の流れを前記第二の流れに切り換えるための弁機構を有する請求項１に記載の熱交換型蒸留装置。
【請求項３】
前記回収塔の塔頂部に、及び／又は、前記棚段塔部或いは充填塔部の所定の段に原料を供給する原料供給配管をさらに備えた、請求項１または２に記載の熱交換型蒸留装置。
【請求項４】
前記濃縮塔の塔底部に溜まった液を前記原料供給配管へ圧送するためのポンプ及び配管をさらに備えた、請求項３に記載の熱交換型蒸留装置。
【請求項５】
前記回収塔の塔底部は該塔底部内の液を加熱するリボイラーを備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の熱交換型蒸留装置。
【請求項６】
前記濃縮塔の塔頂部は該塔頂部内の蒸気を冷却するコンデンサーを備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換型蒸留装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多くの工業プロセスで広く適用される蒸留操作を実施するための蒸留装置であって、特に熱交換型蒸留装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸留分離操作は、工業プロセス全般で広く適用されているが、消費エネルギーが非常に大きい単位操作でもある。そのため産業界では消費エネルギーを低減できる蒸留装置の研究がなされてきた。こうした研究において、省エネルギー性に優れた蒸留装置として内部熱交換型蒸留塔（Heat Integrated Distillation Column、以下、HIDiC と称す。）の開発が行われている。
【０００３】
このHIDiCの基本的なシステムは図１に示すように、濃縮部（高圧部）と回収部（低圧部）を分離して並べた構造を有している。そして、濃縮部の操作温度が回収部の操作温度よりも高くなるように、濃縮部の操作圧力を回収部の操作圧力よりも高くする。このことによって、両者間に熱交換面があれば濃縮部から回収部に熱移動が生じるため、リボイラーにおける入熱量を小さくできる。また濃縮部の熱は回収部へ移動するため、コンデンサーにおける除熱量も小さくできる。したがって、エネルギー効率が極めて高い蒸留装置となる。
【０００４】
このようなHIDiCを実用化するために、二重管構造、すなわち濃縮部を形成する内管と回収部を形成する外管とからなる二重管構造の蒸留装置が数多く提案されている（例えば特許文献１参照）。こうした構成は濃縮部（内管）から回収部（外管）へ熱移動が生じるため、リボイラーにおける入熱量とコンデンサーにおける除熱量を小さくできるとされている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示されるように濃縮部と回収部が二重管構造で構築された熱交換型蒸留装置は、次の１）〜６）のような課題があった。
【０００６】
１）製品のサイドカットを行なうことが出来ない。サイドカットとは、最終の留出製品を得るまでの蒸留プロセスの途中のものを中間留分製品として抽出することをいう。
【０００７】
特許文献１に記載の蒸留装置では二重管構造のチューブユニット群が互いに接するように配置されている。その上、外管および内管には規則充填物が充填されている。このため、各チューブユニットの内管から中間留分製品を取り出せるように配管を形成することが出来ず、結果、サイドカットが出来ない。
【０００８】
２）原料供給段（フィード段）の最適化を行うことが出来ない。二重管構造で構築された濃縮部と回収部ではそれぞれの充填高が同じになってしまい、濃縮部と回収部の段数を自由に設定できないからである。
【０００９】
３）供給する原料に応じて供給位置を変えられない。上記２）で述べたようにフィード段位置を自由に設定できない構造だからである。
【００１０】
４）マルチフィード（複数の原料ストリームの受け入れ）に対応できない。上記１）で述べたように二重管の途中に原料を供給することができない構造だからである。
【００１１】
５）装置のメンテナンスが困難である。上記１）で述べたように規則充填物を用いたチューブユニットが互いに隣接して密集している為、所望のチューブユニットへ完全にアクセスすることが出来ず、それらのメンテナンスを行うことが出来ない。
【００１２】
６）二重管を用いた濃縮部と回収部の間の熱交換量は、伝熱面積に対して設計上の自由度がなく蒸留塔の温度分布のみに依存しており、装置設計において熱交換量の設計上の自由度が小さい。
【００１３】
濃縮部と回収部の間での熱交換量Ｑは、総括伝熱係数をＵとし、伝熱面積をＡとし、濃縮部と回収部の間の温度差をΔＴとすると、Ｑ＝Ｕ×Ａ×ΔＴ  で表さ
れる。二重管構造を用いたHIDiCでは内管壁面が伝熱面積となる。この伝熱面積は二重管の形で決まる固定値である。また総括伝熱係数についても、伝熱構造および熱交換を行う流体物性により決まる固定値である。そのため、上記の熱交換量算出式から分かるように、設計時の熱交換量は、濃縮部と回収部の操作圧力によって変化する、濃縮部と回収部の間の温度差によって変更できるだけである。
【００１４】
上述のような課題を解決できる熱交換型蒸留装置として、本出願人は特許文献２を提案している。
【００１５】
図２は特許文献２に開示されている蒸留装置の一例を示している。この蒸留装置は、濃縮塔１と、濃縮塔１よりも高い位置に配置された回収塔２と、回収塔の塔頂部２ｃと濃縮塔の塔底部１ａを連通させる第一の配管２３と、回収塔の塔頂部２ｃからの蒸気を圧縮して濃縮塔の塔底部１ａに送るコンプレッサー４とを備えている。さらに蒸留装置は、回収塔２の所定の段に設けられ、上から流下してきた液を溜める液溜め部２ｅと、液溜め部２ｅ内に配置された熱交換器８と、濃縮塔１の所定の位置に設けられた、上下の段を完全に仕切る仕切板１６と、仕切板１６の下側の蒸気を熱交換器８へ導入する第二の配管２９と、第二の配管２９を経由して熱交換器８へ導入された後に熱交換器８より流出する流体を仕切板１６の上側へ導入する第三の配管３０と、を備えている。
【００１６】
このような構成では、第二の配管２９によって濃縮塔１内の蒸気を塔外に抜き出し、その蒸気を回収塔２内の熱交換器８に導入して、濃縮塔１の熱を回収塔２に移動させることができる。また、濃縮塔１内の高圧蒸気は回収塔２における熱交換器８に向かって第二の配管２９を上昇し、これによって、熱交換器８内で一部、或いは全て凝縮した流体が回収塔２から塔外の第三の配管３０に押し出される。したがって、この構成は回収塔２から鉛直方向下側の濃縮塔１への液送においてポンプなどの圧送手段を必要としない。
【００１７】
さらに、上記の第二の配管２９、第三の配管３０、および熱交換器８を用いて濃縮塔１から回収塔２へ熱移動を行う装置構成は、このような熱移動の構成を備えない蒸留装置と比べて、濃縮塔１の塔頂部に取り付けられるコンデンサー７の除熱量が小さくでき、また、回収塔２の塔底部に取り付けられるリボイラー３の入熱量も小さくできる。結果、エネルギー効率の良い蒸留装置を提供することができる。
【００１８】
また、濃縮塔１や回収塔２を、普通の蒸留装置と同じ棚段塔部或いは充填塔部を用いて構成できるので、サイドカットやマルチフィードの実施において装置を特別に改良することなく対応することが可能で、また装置のメンテナンスも容易に可能である。また同様の理由から、濃縮塔や回収塔の段数の設定には自由度があり、原料供給段の最適化も行える。
【００１９】
さらに、伝熱面積が設計の自由度となるので、塔内温度差に依存しないで熱交換量を決定できる。
【００２０】
以上のように特許文献２記載の装置例（図２）によれば、エネルギー効率が優れ、サイドカットの実施やフィード段位置の設定に対して容易に対応することができ、装置のメンテナンスも容易になる。また、本発明の装置は設計の自由度が増した装置構造となるため、ユーザー側に受け入れられやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開２００４−１６９２８号公報
【特許文献２】特許第４８０３４７０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明者らは、図２に示した蒸留装置に関して、エネルギー効率の更なる向上、並びにユーザー側により受け入れられやすい構造を目指しており、当該蒸留装置には未だ解決すべき課題があると考えた。
【００２３】
つまり、図２に示した蒸留装置では、次のような手法が採用されている。濃縮塔１の任意の段に塔内を上下に完全に仕切る仕切板１６が設置されており、仕切板１６の下から上がってくる全ての蒸気が塔外に配管２９で抜き出され、回収塔２の任意の段に設置されたチューブバンドル型の熱交換器８に供給され、ここで熱交換が行われる。その後、熱交換８において一部又は全部が凝縮された流体が、塔外の配管３０を経由して濃縮塔１内の仕切板１６の上部に重力により流れ、凝縮された液は、別の配管３１を経由して仕切板１６の下へ移動可能になっている。こうした流体の循環が行われている。
【００２４】
このような手法では濃縮塔１内の全ての蒸気を塔外に抜き出すことを想定しているため、濃縮塔１内に仕切板１６を設置すると共に、回収塔２から仕切板１６上に送られてきた凝縮液を更に塔外の配管３１及び制御弁１７を経由して仕切板１６の下側空間へ移動させるという複雑な構造となっていた。よって、構造及び製造コストの観点で改善すべき課題がある。
【００２５】
また、仕切板１６の上下で圧力損失を与えることで、熱交換器８のチューブを通る流体の駆動力を得るため、その仕切板１６の上下の圧力損失分、濃縮部１の塔頂部１ｃの圧力よりも塔底部１ａの圧力を大きくする必要がある。これにより、その塔底部１ａ側の圧力を上げる分、コンプレッサー４の出口側圧力を高く設定する（すなわち圧縮比を大きくする）必要が生じる。したがって、省エネルギー性の観点でも改善できる課題があった。
【００２６】
本発明の目的は、上述した課題に鑑み、上記の蒸留装置（図２）において、更なる省エネルギー化と製造コスト低減を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明の一態様による熱交換型蒸留装置は、濃縮部として利用される塔体であり棚段塔部或いは充填塔部を有する濃縮塔と、濃縮塔から見て上方に配置され、回収部として利用される塔体であり棚段塔部或いは充填塔部を有する回収塔と、回収塔の塔頂部と濃縮塔の塔底部を連通させる第一の配管と、第一の配管に設置され、回収塔の塔頂部からの蒸気を圧縮して濃縮塔の塔底部に送るコンプレッサーと、を備える。さらに、この態様は、回収塔の所定の段に設けられ、上から流下してきた液を溜める液溜め部と、回収塔の液溜め部内に配置された熱交換器と、濃縮塔内の蒸気を回収塔の熱交換器へ導入する第二の配管と、回収塔の熱交換器から流出する流体を濃縮塔に導入する第三の配管と、を備える。
【００２８】
こうした態様では、第二の配管によって濃縮塔内の蒸気の一部を塔外に抜き出し、その蒸気を回収塔内の熱交換器８で全凝縮させることで発生する体積収縮が駆動力となり、濃縮塔から回収塔へ、さらには回収塔から濃縮塔への流体の流れが得られる。そのため、ポンプなどの圧送手段は不要である。
【００２９】
本発明では濃縮塔１内に上下の段を完全に仕切る板（図２の仕切板１６）が設置されていないため、図２の蒸留装置と比較して、当該仕切板を設置しない分、濃縮部内における圧力損失を低減でき、濃縮塔の塔底側の圧力を下げてコンプレッサーの出口側圧力を低く抑えることが可能となる。したがって、省エネルギー性が向上する。また構造も単純化できる。
【００３０】
また上記のように第二及び第三の配管並びに熱交換器を用いて濃縮塔から回収塔へ熱移動を行う装置構成は、このような熱移動の構成を備えない蒸留装置と比べて、濃縮塔の塔頂部に取り付けられるコンデンサーの除熱量が小さくでき、また、回収塔の塔底部に取り付けられるリボイラーの入熱量も小さくできる。結果、エネルギー効率の極めて高い蒸留装置を提供することができる。
【００３１】
また、濃縮塔や回収塔が普通の蒸留装置と同じ棚段塔部或いは充填塔部を用いて構成されるものなので、サイドカットやマルチフィードの実施において装置を特別に改良することなく対応することが可能で、また装置のメンテナンスも容易に可能である。また同様の理由から、濃縮塔や回収塔の段数の設定には自由度があり、原料供給段の最適化も行える。
【００３２】
さらに、伝熱面積が設計の自由度となるので、塔内温度差に依存しないで熱交換量を決定できる。
【００３３】
加えて本発明では、第三の配管の下流側には、濃縮塔内の圧力よりも低い圧力を有するラインが連結されている。そして、第三の配管を通って濃縮塔内に向かう第一の流れを、第三の配管から分岐して前記ラインに向かう第二の流れに切り換え可能となっている。そして、熱交換型蒸留装置は濃縮塔内に挿入された第三の配管の端部内が液で封じられているか否かを監視する監視手段をさらに備え、端部内が液で封じられていないことが監視手段により検出されたときに、第一の流れを第二の流れに切り換える。
【００３４】
これは、蒸留装置稼働中の圧力変動などが原因で、濃縮塔内に挿入された第三の配管の端部内が液で封じられていない状態になると、濃縮塔内から第三の配管内へ蒸気が流入することがあり、上記した第一の流れが構築されなくなるおそれがあるからである。そのため、濃縮塔内に挿入された第三の配管の端部内が液で封じられていない場合は、第三の配管に設置される弁を閉じ、第一の流れから第二の流れに切り換えることで、濃縮塔内の圧力よりも低い圧力を有するラインと濃縮塔内との間の圧力差により強制的に濃縮塔内から第二の配管内へ蒸気を引き込み、第三の配管内に凝縮液を溜めることができ、上記した第一の流れを再生することができる。これにより、安定したサイド熱交換における循環が確立される。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、エネルギー効率が優れ、サイドカットの実施やフィード段位置の設定に対して容易に対応することができ、装置のメンテナンスも容易になる。また、本発明の装置は設計の自由度が増した装置構造となるため、ユーザー側に受け入れられやすい。
【００３６】
加えて、本発明によれば、更なる省エネルギー化と製造コスト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ＨＩＤｉＣの基本的な構造を示す図。
【図２】本願に関連する先行技術である特許文献２に開示されている蒸留装置の一例を示す概略構成図。
【図３】本発明の一実施形態による熱交換型蒸留装置の全体構成図。
【図４】図３の回収塔内に配置されたチューブバンドル型熱交換器の周辺構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明の熱交換型蒸留装置は、鉛直方向に延びる回収部として利用される塔体（回収塔）と、鉛直方向に延びる濃縮部として利用される塔体（濃縮塔）とを別々に設け、回収塔を濃縮塔よりも高い位置に配置した点を基本的特徴とする。なお、内部熱交換型ではない普通の蒸留装置は、鉛直方向に建てられる塔であって塔底部と棚段塔部（或いは充填塔部）と塔頂部とで構成された塔からなり、棚段塔部（或いは充填塔部）は原料供給位置を境に上側が濃縮部、下側が回収部となっており、本発明の熱交換型蒸留装置とは全く異なるものである。特に、以下に説明する形態は、本出願人が提案している図２の蒸留装置に改良を加えたものである。したがって、図２に示した構成要素と同じものには同一の符号を用いて本発明の実施形態例を説明することにする。
【００３９】
図３は本発明の一実施形態による熱交換型蒸留装置の全体構成図を示している。本実施形態の熱交換型蒸留装置は、濃縮塔１と、濃縮塔１よりも高い位置に配置された回収塔２と、を有している。濃縮塔１は、塔底部１ａと、棚段塔部（或いは充填塔部）１ｂと、塔頂部１ｃとから構成されている。回収塔２もまた、塔底部２ａと、棚段塔部（或いは充填塔部）２ｂと、塔頂部２ｃとから構成されている。
【００４０】
棚段塔部１ｂ，２ｂは塔内に水平な棚板（トレイ）をいくつも設置したタイプの塔である。それぞれの棚板間の空間を段という。各段では気液接触が促進され物質移動が行われる結果、より揮発性の高い成分に富むことになった気相は上の段に送られ、より揮発性の低い成分に富むことになった液相は下の段へ流れ落ち、そこでまた新たな液相、或いは気相と気液接触を行い物質移動が行われる。このようにして塔の上部の段ほど揮発性の高い成分に富み、下部の段ほど揮発性の低い成分に富むことになり、蒸留操作が行われる。
【００４１】
棚段塔部に置換可能な充填塔部は中空の塔内に何らかの充填物を入れ、その表面で気液接触を行わせるタイプの塔である。棚段塔部と同じ機構により塔の上部ほど揮発性の高い成分に富み、下部ほど揮発性の低い成分に富むことになり、蒸留操作が行われる。
【００４２】
図３では棚段塔部１ｂ，２ｂ（或いは充填塔部）の内部が空白に描かれているが、実際は上記のような構造が採られている。
【００４３】
さらに濃縮塔１および回収塔２の各々について個別に詳述する。まずは、回収塔２を説明する。
【００４４】
回収塔２の塔底部２ａの外側には、リボイラーと呼ばれる加熱器３が配設されており、配管２１が塔底部２ａの空間下部から加熱器３を介して塔底部２ａの空間上部へ設けられている。したがって、回収塔２の棚段塔部２ｂ（或いは充填塔部）を流下した液は塔底部２ａに溜まり、この液の一部は加熱器３で加熱されて蒸気になって塔底部２ａに戻る。また、塔底部２ａの最底から、揮発性の低い成分に富んだ缶出液が配管２２を通して得られる。
【００４５】
回収塔２の塔頂部２ｃは原料を供給する位置となっている。塔頂部２ｃはコンプレッサー４を介して濃縮塔１の塔底部１ａに、配管２３を用いて接続されている。本実施形態では原料供給位置を回収塔２の塔頂部２ｃとしたが、原料供給位置は棚段塔部２ｂ（或いは充填塔部）の任意の段であってもよい。また、原料が複数存在する場合でも、原料供給位置は回収塔２の塔頂部２ｃと、それ以外の任意の段（濃縮塔１の段も含む）とすることも可能である。
【００４６】
加えて、棚段塔部２ｂ（或いは充填塔部）は所定の段に液溜め部２ｅを有している。液溜め部２ｅは、上から流下してきた液１０を液溜め用棚板１５上に所定量貯留し、液溜め用棚板１５から溢れた液は下へ落とせるようになっている。液溜め部２ｅに貯留された液の中にチューブバンドル型熱交換器８のＵチューブが浸漬されるように、液溜め部２ｅ内にチューブバンドル型熱交換器８が差し込まれている（図４参照）。チューブバンドル型熱交換器８のＵ形チューブにおける平行なチューブ部分８ａ，８ｂは、液溜め用棚板１５に沿って配されている。
【００４７】
該平行なチューブ部分のうち上側のチューブ部分８ｂには、濃縮塔１から回収塔２へ流体を送る配管２９（図３参照）が接続されている。下側のチューブ部分８ａには、回収塔２から濃縮塔１へ流体を送る配管３０（図３参照）が接続されている。
【００４８】
ここで、液溜め部２ｅでの熱交換器８の作用について説明する。
【００４９】
本装置では回収塔２の塔頂部２ｃから棚段或いは充填層を通って原料液が流下してくる。この液１０（図４参照）は、任意の段に設けられた液溜め用棚板１５上の液溜め部２ｅに溜まる。液溜め部２ｅ内にはチューブバンドル型熱交換器８のＵ形チューブが配置されているため、該Ｕ形チューブは液１０の中に浸漬されることとなる。この状態において熱交換器８の上側のチューブ部分８ｂに濃縮塔１内の高温蒸気が配管２９によって導入されたとき、高温蒸気が移動するチューブ部分８ｂ，８ａの外壁と接している液１０の一部は加熱され蒸気１８になって上昇する（図４参照）。また配管２９から熱交換器８に導入された高温蒸気は、上側のチューブ部分８ｂから下側のチューブ部分８ａを移動するにつれて凝縮され、気相から液相に変わる。この液体は塔外の配管３０を通り、後述するように濃縮塔１の所定の段に導入される（図３参照）。
【００５０】
つまり、濃縮塔１における所定の段から回収塔２における熱交換器８の上側のチューブ部分８ｂまでを配管２９で接続し、回収塔２における熱交換器８の下側のチューブ部分８ａから濃縮塔１における前記所定の段までを配管３０で接続しているため、濃縮塔１内の高圧蒸気は回収塔２における熱交換器８に向かって配管２９を上昇する。このとき、濃縮塔１内をそのまま上に向かう流れに比べて配管２９では圧力損失（流抵抗）が大きいため、蒸気は配管２９内を流れにくい。しかし、第三の配管３０に設置する弁４２を閉じて、第三の配管３０内に液を溜めておき弁４２を開ければ、液の体積分蒸気が熱交換器８内に進入し、周囲の液溜め部２ｅの液により急に冷やされ、大きな体積収縮が生じるので、この体積収縮により、濃縮塔１内の高圧蒸気を回収部２の熱交換器８へ引き込む力が生じ、濃縮塔１から配管２９を経て熱交換器８へ向かう蒸気の流れが出来る。さらに、熱交換器８内で蒸気から変移した液は、重力で濃縮塔１内に流れていく。こうして定常的に流体が循環するようになる。したがって、この流体の循環においてはポンプなどの圧送手段は必要としない。
【００５１】
さらに本実施形態の濃縮塔１を説明する。
【００５２】
濃縮塔１の塔底部１ａの最底には配管２６の一端が接続されており、この配管２６の他端は、回収塔２の塔頂部２ｃへ原料を供給する配管２７と接続されている。濃縮塔１の塔底部１ａに溜まった液を、濃縮塔１よりも高い位置に位置する回収塔２の塔頂部２ｃに還流するため、配管２６の途中には送出ポンプ６が必要となる。
【００５３】
濃縮塔１の塔頂部１ｃの外側には、コンデンサーと呼ばれる凝縮器７が配設されており、配管２８が塔頂部１ｃの空間上部から凝縮器７へ設けられている。したがって、濃縮塔１の塔頂部１ｃに移動してきた蒸気は凝縮器７で冷却されて液体になり、揮発性の高い成分に富んだ留出液が得られる。また、その液体の一部は必要に応じて塔頂部１ｃに還流される。
【００５４】
加えて、濃縮塔１の棚段塔部１ｂ（或いは充填塔部）は所定の位置で配管２９と連通しており、この段での上昇蒸気が、鉛直方向に延びる配管２９によって、回収塔２の液溜め部２ｅに配置された熱交換器８の上側のチューブ部分８ｂに送られる。
【００５５】
配管２９が挿入された段の上側の段には、回収塔２側からの配管３０が濃縮塔１の外壁を貫通して挿入されている。熱交換器８で蒸気から変移した液が、この配管３０を通って濃縮塔１内に導入される。また、濃縮塔１内を上昇する蒸気は塔頂部１ｃに来ると、配管２８を通って凝縮器７で冷却される。結果、揮発性の高い成分に富んだ留出液が得られる。
【００５６】
以上のように本実施形態では、配管２９によって濃縮塔１内の蒸気を塔外に抜き出し、その蒸気を回収塔２内の熱交換器８に導入することで、濃縮塔１内の熱を奪い回収塔２内に移動させることができる。本実施形態のように配管２９，３０および熱交換器８を用いた熱移動システムは、あたかも、濃縮塔１の任意の段にサイドコンデンサーが設置されると同時に回収塔２の任意の段にサイドリボイラーが設置されているかのような構成である。したがって、上記熱移動システムを備えない蒸留装置と比べて、濃縮塔１のコンデンサー７の除熱量が小さくでき、回収塔２のリボイラー３の入熱量も小さくでき、結果、エネルギー効率の極めて高い蒸留装置を提供することができる。なお、図３では上記熱移動システムが１セットだけ示されているが、例えば全理論段数の１０〜３０％に相当するセット数の熱移動システムを設置することができる。勿論、熱移動システムの設置数、熱交換器や配管の配置位置は設計に応じて任意に決められている。
【００５７】
さらに、上述したとおり、図２に示されるような仕切板１６を濃縮塔１内に設置しない構成でも、濃縮塔１内の蒸気を塔外に抜き出し、その蒸気を回収塔２内の熱交換器８で全凝縮させることで発生する体積収縮が駆動力となり、濃縮塔１から回収塔２へ、さらには回収塔２から濃縮塔１への流体の流れが得られることを本出願人は見出した。
【００５８】
本発明によれば、図２の蒸留装置と比較して、図２のような仕切板１６を設置しない分、濃縮部１内における圧力損失を低減でき、濃縮塔１の塔底側の圧力を下げてコンプレッサー４の出口側圧力を低く抑えることが可能となる。したがって、省エネルギー性が向上する。また構造も単純化できる。
【００５９】
但し、蒸留装置稼働中の圧力変動などが原因で、濃縮塔１内に連通する配管３０の出口３０ａが液で封じられていない状態になると、濃縮塔１内から配管３０内へ蒸気が流入することがあり、上記した流体の流れが構築されなくなるおそれがある。
【００６０】
この事を防止するため、図３に示すように、回収塔２の熱交換器８から濃縮塔１へ向かう配管３０に、配管路を開閉する開閉機構である弁４２が設置される。さらに、配管３０の弁４２より上流側に、濃縮塔１内の圧力よりも低い圧力を有する低圧ライン（本例ではフレアーライン４３）に連結される配管４４が接続されている。この配管４４にも、配管路を開閉する開閉機構である弁４５が設置されている。
【００６１】
配管３０の出口３０ａが液で封じられていない場合は、弁４２を閉じ、弁４５を開くことで、フレアーライン４３と濃縮塔１の間の圧力差により強制的に濃縮塔１内から配管２９内へ蒸気を引き込み、上記した流体の流れを再生する。
【００６２】
配管３０の出口３０ａにおける液の状態に応じて弁４２および弁４５の開閉を切り換えるため、配管３０の出口３０ａの位置から上流側に離れた箇所に配管内の液の有無を監視できる液面計などの監視手段４６を設置しておくことが望ましい。例えば、監視手段４６はそれが位置する配管３０の部位に液が存在しないことを検知すると、弁４２および弁４５の開閉駆動部に信号を送って、弁４２を閉じ、弁４５を開く。しかる後、監視手段４６により液の存在が確認されたならば、弁４２を開き、弁４５を閉じる。このような手法により、本例の蒸留装置において安定したサイド熱交換の循環が確立される。
【００６３】
なお、強制的に濃縮塔１内から配管２９内へ蒸気を引き込む手段として、上記実施例では、配管３０の出口３０ａより上流側の位置に接続された配管４４と、配管４４に連結されていて濃縮塔１内の圧力よりも低い圧力を有するフレアーライン４３、弁４２および弁４５を設けている。しかし、その手段を達成する要素はこれらに限られない。濃縮塔１内の圧力よりも低い圧力を有するならば、フレアーラインでなくてもよい。また、弁４２と弁４５に代えて、方向切換弁を配管３０と配管４４の交差点に設置し、監視手段４６により配管３０内の液切れが確認されたときだけ、配管３０から配管４４へ流れるルートのみに方向切換弁で切り換える方法であってもよい。この場合も、一つの方向切換弁の操作だけで強制的に濃縮塔１内から配管２９内へ蒸気を引き込んで流体の流れを再生できるため、制御が簡単になる。
【００６４】
また、以上に例示された本発明の熱交換型蒸留装置は、普通の蒸留装置と同じような棚段塔部或いは充填塔部を用いて構成されているため、サイドカットやマルチフィードの実施において装置を特別に改良することなく対応することが可能で、また装置のメンテナンスも容易に可能である。また同様の理由から、濃縮塔や回収塔の段数の設定には自由度があるため、原料供給段の最適化も行うことが可能となる。すなわち、特許文献１に代表される二重管構造を用いた熱交換型蒸留装置の課題として挙げた前記１）〜５）が本発明によって解決される。
【００６５】
さらに上記実施形態では、濃縮塔１から回収塔２へ熱移動を行わせる熱移動システムの構成要素としてチューブバンドル型熱交換器８を用いるため、この熱交換器８のチューブ設計によって伝熱面積Ａが自由に変えられる。したがって、濃縮塔１と回収塔２の間での熱交換量の決定に関して、濃縮塔１と回収塔２の間の温度差ΔＴだけでなく、伝熱面積Ａも設計上の自由度とすることが出来る。この
事により、前記二重管構造を用いた熱交換型蒸留装置の課題６）が本発明によって解決されている。
【００６６】
以上のように本発明の好ましい実施形態について幾つかの実施形態を例示して説明したが、本願発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能であることは言うまでもない。
【００６７】
上記の実施形態では、濃縮塔１と回収塔２が鉛直方向上下に連結された形態を示したが、本発明はこの形態にも限定されない。すなわち本発明は、濃縮塔１と回収塔２が別個独立の構成で、回収塔２が濃縮塔１から見て上方に配置された形態を含むものである。
【符号の説明】
【００６８】
１    濃縮塔
１ａ    塔底部
１ｂ    棚段塔部（或いは充填塔部）
１ｃ    塔頂部
２    回収塔
２ａ    塔底部
２ｂ    棚段塔部（或いは充填塔部）
２ｃ    塔頂部
２ｄ    液抜き部
２ｅ    液溜め部
３    加熱器（リボイラー）
４    コンプレッサー
５    棚板
６    圧送手段
７    凝縮器（コンデンサー）
８    チューブバンドル型熱交換器
５、１５    液溜め用棚板
９    液溜め用トレイ
１０、１２、１４    液
１１、１３、１８    蒸気（ベーパー）
２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、４４    配管
３０ａ    配管の出口
４２、４５    弁
４３    フレアーライン
４６    監視手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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