(57)【要約】【課題】蒸留塔の塔頂凝縮装置とその凝縮量制御方法の提供。【解決手段】第一段凝縮器と第二段凝縮器との二段分縮手段により分離された気体を第三段凝縮器及びその気液分離器で気体と液体とに分離する蒸留塔の塔頂凝縮装置の前記第二段凝縮器に、冷却水供給源から第二段凝縮器用調整弁を介して直接一次冷却水を供給する一次冷却水供給手段と、前記第一段凝縮器に、前記第二段凝縮器を経た二次冷却水を供給する二次冷却水供給手段と、前記一次冷却水供給手段の第二段凝縮器用調整弁の上流側から混入冷却水調整弁を介して直接一次冷却水が前記二次冷却水供給手段に合流可能に接続された一次冷却水混入路とを設け、前記一次冷却水混入路の接続部より上流側又は下流側の何れかの二次冷却水供給手段に、当該冷却水の一部を第一段凝縮器を迂回して流下させる迂回路を設けると共に第一段凝縮器用調整弁を設けて、前記第一段凝縮器の凝縮量を直接制御する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気液分離器を各々有する第一段凝縮器と第二段凝縮器との二段で蒸留塔塔頂成分を分縮して気体と液体とに分離し、分離された前記気体を更に気液分離器を有する第三段凝縮器で気体と液体とに分離する蒸留塔の塔頂凝縮装置において、
前記第二段凝縮器に、冷却水供給源から第二段凝縮器用調整弁を介して直接一次冷却水が供給されるよう配設された一次冷却水供給手段と、
前記第一段凝縮器に、前記第二段凝縮器を経た二次冷却水が供給されるよう配設された二次冷却水供給手段と、前記一次冷却水供給手段の第二段凝縮器用調整弁の上流側から混入冷却水調整弁を介して直接一次冷却水が前記二次冷却水供給手段に合流可能に接続するよう配設された一次冷却水混入路とを備え、
前記一次冷却水混入路の接続部より上流又は下流の何れかの二次冷却水供給手段に、当該二次冷却水の一部を当該第一段凝縮器を迂回して流下するよう第一段凝縮器用調整弁を介して迂回路が配設されたことを特徴とする蒸留塔の塔頂凝縮装置。
【請求項２】
第一段凝縮器用調整弁は、二次冷却水供給手段の途中に介在し、一方が迂回路に接続された三方弁であることを特徴とする請求項１に記載の蒸留塔の塔頂凝縮装置。
【請求項３】
第一段凝縮器用調整弁は、二次冷却水供給手段の途中に介在し、迂回路は前記第一段凝縮器用調整弁の上流側の二次冷却水供給手段に接続されたことを特徴とする請求項１に記載の蒸留塔の塔頂凝縮装置。
【請求項４】
気液分離器を各々有する第一段凝縮器と第二段凝縮器との二段で蒸留塔塔頂成分を分縮して気体と液体とに分離し、分離された前記気体を更に気液分離器を有する第三段凝縮器で気体と液体とに分離する蒸留塔の塔頂凝縮装置において、
前記第二段凝縮器に、冷却水供給源から第二段凝縮器用調整弁を介して直接一次冷却水が供給されるよう配設された一次冷却水供給手段と、
前記第一段凝縮器に、前記第二段凝縮器を経た二次冷却水が供給されるよう配設された二次冷却水供給手段と、前記一次冷却水供給手段の第二段凝縮器用調整弁の上流側から混入冷却水調整弁を介して直接一次冷却水が前記二次冷却水供給手段に合流可能に接続するよう配設された一次冷却水混入路とを備え、
前記第一段凝縮器の上流側であって前記一次冷却水が合流する部位より上流又は下流の何れかの前記二次冷却水供給手段の途中から分岐して前記第一段凝縮器を迂回して冷却水の一部が流下する迂回路を設けると共に、第一段凝縮器から流出する冷却水の冷却水排水路の途中に第一段凝縮器用調整弁を設けたことを特徴とする蒸留塔の塔頂凝縮装置。
【請求項５】
蒸留塔塔頂成分を気液分離器を各々有する第一段凝縮器と第二段凝縮器との二段で分縮して気体と液体とに分離し、分離された前記気体を更に気液分離器を有する第三段凝縮器で気体と液体とに分離する塔頂凝縮装置の凝縮量制御方法において、
前記第二段凝縮器の凝縮量は、当該第二段凝縮器への冷却水供給源からの一次冷却水の供給量及びその温度により制御し、
前記第一段凝縮器の凝縮量は、前記第二段凝縮器を経た二次冷却水の供給量及びその温度、又は当該二次冷却水と前記冷却水供給源からの一次冷却水との混合冷却水の供給量及びその温度により制御することを特徴とする塔頂凝縮装置の凝縮量制御方法。
【請求項６】
第一段凝縮器への二次冷却水の供給量又は混合冷却水の供給量の制御は、当該二次冷却水又は混合冷却水の全部又は一部を、第一段凝縮器用調整弁を介して第一段凝縮器を迂回して流下させることを特徴とする請求項５に記載の塔頂凝縮装置の凝縮量制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は蒸留塔の塔頂凝縮装置とその凝縮量制御方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の塔頂凝縮装置は、気液分離器を各々有する第一段凝縮器と第二段凝縮器との二段で構成された分縮手段で蒸留塔塔頂成分を分縮して気体と液体とに分離し、後処理手段として、分離された前記気体を更に気液分離器を有する第三段凝縮器で気体と液体とに分離する構成であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように分縮手段が第一段凝縮器と第二段凝縮器との多段で制御されている系では、第二段凝縮器の凝縮量が制御対象とされているだけで、第一段凝縮器の凝縮量が直接制御されていないため、分縮手段からの気体の発生量を抑制することができず、発生量の増大によって、後処理手段（第三段凝縮器とその気液分離器）の装置能力の負担及び運転コストが増大すると共に、回収液（製品）の純度の向上や、より質の高い製品の提供が困難となっていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、分縮手段からの気体の発生量が第一段凝縮器での凝縮量に左右されることに着目してなされたもので、第一段凝縮器出口の凝縮量を最適に制御することによって、第二段凝縮器（その気液分離器の出口）での気体の発生量を最小に抑え、後処理手段の負担及び運転コストの大幅な削減を実現すると共に、回収液（製品）の純度の向上とより質の高い製品の提供とを実現したものである。
【０００５】
即ち、請求項１の蒸留塔の塔頂凝縮装置の発明は、気液分離器を各々有する第一段凝縮器と第二段凝縮器との二段で蒸留塔塔頂成分を分縮して気体と液体とに分離し、分離された前記気体を更に気液分離器を有する第三段凝縮器で気体と液体とに分離する蒸留塔の塔頂凝縮装置において、
前記第二段凝縮器に、冷却水供給源から第二段凝縮器用調整弁を介して直接一次冷却水が供給されるよう配設された一次冷却水供給手段と、
前記第一段凝縮器に、前記第二段凝縮器を経た二次冷却水が供給されるよう配設された二次冷却水供給手段と、前記一次冷却水供給手段の第二段凝縮器用調整弁の上流側から混入冷却水調整弁を介して直接一次冷却水が前記二次冷却水供給手段に合流可能に接続するよう配設された一次冷却水混入路とを備え、
前記一次冷却水混入路の接続部より上流又は下流の何れかの二次冷却水供給手段に、当該二次冷却水の一部を当該第一段凝縮器を迂回して流下するよう第一段凝縮器用調整弁を介して迂回路が配設されたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の蒸留塔の塔頂凝縮装置において、第一段凝縮器用調整弁は、二次冷却水供給手段の途中に介在し、一方が迂回路に接続された三方弁であることを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１に記載の蒸留塔の塔頂凝縮装置において、第一段凝縮器用調整弁は、二次冷却水供給手段の途中に介在し、迂回路は前記第一段凝縮器用調整弁の上流側の二次冷却水供給手段に接続されたことを特徴とする。
【０００８】
請求項４の発明は、気液分離器を各々有する第一段凝縮器と第二段凝縮器との二段で蒸留塔塔頂成分を分縮して気体と液体とに分離し、分離された前記気体を更に気液分離器を有する第三段凝縮器で気体と液体とに分離する蒸留塔の塔頂凝縮装置において、
前記第二段凝縮器に、冷却水供給源から第二段凝縮器用調整弁を介して直接一次冷却水が供給されるよう配設された一次冷却水供給手段と、
前記第一段凝縮器に、前記第二段凝縮器を経た二次冷却水が供給されるよう配設された二次冷却水供給手段と、前記一次冷却水供給手段の第二段凝縮器用調整弁の上流側から混入冷却水調整弁を介して直接一次冷却水が前記二次冷却水供給手段に合流可能に接続するよう配設された一次冷却水混入路とを備え、
前記第一段凝縮器の上流側であって前記一次冷却水が合流する部位より上流又は下流の何れかの前記二次冷却水供給手段の途中から分岐して前記第一段凝縮器を迂回して冷却水の一部が流下する迂回路を設けると共に、第一段凝縮器から流出する冷却水の冷却水排水路の途中に第一段凝縮器用調整弁を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項５の発明は、蒸留塔塔頂成分を気液分離器を各々有する第一段凝縮器と第二段凝縮器との二段で分縮して気体と液体とに分離し、分離された前記気体を更に気液分離器を有する第三段凝縮器で気体と液体とに分離する塔頂凝縮装置の凝縮量制御方法において、
前記第二段凝縮器の凝縮量は、当該第二段凝縮器への冷却水供給源からの一次冷却水の供給量及びその温度により制御し、
前記第一段凝縮器の凝縮量は、前記第二段凝縮器を経た二次冷却水の供給量及びその温度、又は当該二次冷却水と前記冷却水供給源からの一次冷却水との混合冷却水の供給量及びその温度により制御することを特徴とする。
【００１０】
請求項６の発明は、請求項４に記載の塔頂凝縮装置の凝縮量制御方法において、第一段凝縮器への二次冷却水の供給量又は混合冷却水の供給量の制御は、当該二次冷却水又は混合冷却水の全部又は一部を、第一段凝縮器用調整弁を介して第一段凝縮器を迂回して流下させることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
実施の形態１は、本発明をアルコール蒸留塔の塔頂凝縮装置に適用したものである。
この塔頂凝縮装置は、蒸留塔塔頂成分を分縮する分縮手段が第一段凝縮器と第二段凝縮器との二段で構成されており、この分縮手段によって、蒸留塔塔頂成分が気体と液体とに分離され、分離された気体を後処理手段としての第三段凝縮器及びこれに付設された気液分離器によって更に気体と液体とに分離するものである。前記第一段凝縮器と第二段凝縮器とには各々気液分離器が付設されている。
【００１２】
前記第二段凝縮器の凝縮量を制御する制御手段としての第二段凝縮器制御手段は、冷却水供給源と、この冷却水供給源から冷却水（以下、一次冷却水という）を第二段凝縮器に供給するよう配設された一次冷却水供給手段としての一次冷却水供給路と、この一次冷却水の供給量を調整するため一次冷却水供給路に配設された調整弁としての第二段凝縮器用調整弁とで構成されている。第二段凝縮器の凝縮量は、当該第二段凝縮器への冷却水供給源からの一次冷却水（の供給量及びその温度）により直接制御される。
【００１３】
次に、前記第一段凝縮器の凝縮量を制御する制御手段としての第一段凝縮器制御手段は、前記第二段凝縮器を経た冷却水（以下、二次冷却水という）を第一段凝縮器に供給するよう配設された二次冷却水供給手段としての二次冷却水供給路と、前記冷却水供給源からの一次冷却水を二次冷却水と共に第一段凝縮器に供給可能に配設された混合冷却水供給手段としての一次冷却水混入路と、二次冷却水に混入する一次冷却水の混入量を調整するため一次冷却水混入路に配設された混入冷却水調整弁と、第一段凝縮器に対する二次冷却水の供給量或いは二次冷却水と一次冷却水との混合冷却水の供給量を調整するため二次冷却水供給路に配設された調整弁としての第一段凝縮器用調整弁とで構成されている。
【００１４】
このように構成することによって、第一段凝縮器の凝縮量もまた、第一段凝縮器制御手段による冷却水量の調節によって直接制御することができる。即ち、第二段凝縮器を経た二次冷却水の供給量及びその温度は第一段凝縮器用調整弁で、又、二次冷却水と一次冷却水との混合冷却水の供給量及びその温度は混入冷却水調整弁で制御することができる。
【００１５】
【実施例】
実施例１．
以下、実施例１を図１の制御システムのフロー図に基づいて説明する。
図１において、１は第一段凝縮器、２は第二段凝縮器、３は第三段凝縮器で、４は蒸留塔である。蒸留塔４の塔頂成分は、第一段凝縮器１と第二段凝縮器２との二段で構成された分縮手段により分縮され、各々の凝縮器１、２に付設された気液分離器１１、２２、によって、気体と液体とに分離される。分縮手段の気液分離器１１、２２、によって分離された気体は、更にこれを全凝縮する後処理手段としての第三段凝縮器３及びその気液分離器３３で気体と液体とに分離される。
【００１６】
第二段凝縮器２には、第二段凝縮器用調整弁５１を介して、冷却水供給源５から直接一次冷却水が供給されるように一次冷却水供給路５０が配設されており、この第二段凝縮器用調整弁５１の開閉によって、一次冷却水の供給量及びその温度が調整される。
他方第一段凝縮器１には、第二段凝縮器２を経た二次冷却水が供給されるように二次冷却水供給路６０が第一段凝縮器用調整弁６１を介して配設され、この第一段凝縮器用調整弁６１の開閉によって、二次冷却水の供給量及び温度が調整される。
【００１７】
更に、前記第一段凝縮器１に対しては、前記第二段凝縮器用調整弁５１の上流側の一次冷却水供給路５０の途中から分岐された一次冷却水混入路７０が、混入冷却水調整弁７１を介して、第一段凝縮器用調整弁６１の上流側の二次冷却水供給路６０の途中に接続するように配設されており、この混入冷却水調整弁７１の開閉によって、二次冷却水供給路６０の二次冷却水に所要量の一次冷却水が合流可能となり、第一段凝縮器１に対する混合冷却水の供給量及びその温度を調整することができる。
【００１８】
この実施例１では、図１に示すように第一段凝縮器用調整弁６１として三方弁を用い、その二方を冷却水供給路６０の途中に介在させると共に、残る一方を、流下する二次冷却水或いは混合冷却水等の冷却水の一部が第一段凝縮器１を迂回して流下可能に配設された迂回路６２に接続させている。
【００１９】
次に、第一段凝縮器１の凝縮量の制御方法を説明する。
第一段凝縮器１の凝縮量を減少させる（絞り込む）場合には、混入冷却水調整弁７１を閉じた状態にして、第一段凝縮器用調整弁（三方弁）６１を介して迂回路６２に流入する冷却水の流量（バイパス流量）を増加させる。
すると、第一段凝縮器１に供給される冷却水の温度が上昇し、また、その供給量が減少するために、第一段凝縮器１での凝縮量が減少する。
【００２０】
逆に、第一段凝縮器１の凝縮量を増加させる場合には、三方弁６１を介して迂回路６２に流入する冷却水の流量（バイパス流量）を減少させる。
すると、第一段凝縮器に供給される冷却水の供給量が増加するために、第一段凝縮器１での冷却熱量が増加し、その結果、第一段凝縮器１での凝縮量が増加する。
【００２１】
更に、第一段凝縮器１の凝縮量を増加させる場合には、混入冷却水調整弁７１を適宜開閉することにより、一次冷却水の二次冷却水への混入量を増加させることにより、三方弁６１の流入口側の冷却水の温度を下げ、且つ流量を増加させることができる。
【００２２】
このように、この実施例１によれば、第一段凝縮器１の凝縮量を上述のように広い温度（冷却熱量）範囲で調整することができ、広範囲の制御を行うことができる。
又、このような制御方法による第一段凝縮器１への冷却水の供給は、大部分が第二段目凝縮器２で温められた冷却水即ち二次冷却水であるため、例えば、第一段凝縮器１に直接一次冷却水を導入する場合に比べて、冷却水温度が高温であるため、流量の変化に対する凝縮量の影響が小さく、細かい制御性と安定性とを得ることができる。
【００２３】
又、このような第一段凝縮器１での高沸点成分の選択的分縮の制御性の向上によって、第一段凝縮器１の気液分離器１１の出口から回収される製品の純度を向上させることができる。
又、第二段凝縮器２、詳しくはその気液分離器２２から発生する気体量を最小に制御することができるので、この気体の再処理に伴う後処理手段における運転コストの低減、及び再処理に伴う装置能力の低下を防止することができる。
【００２４】
更に又、この実施例１によれば、第一段凝縮器１における高沸点成分をより液化させるための分縮の機能を直接制御することができると共に、第二段凝縮器２の気液分離器２２の出口から排出される気体を処理する後処理手段としての第三段凝縮器３において低沸点成分を集めるという二つのステップを、同時に、広範囲で安定的に制御することができる。
即ち、凝縮量を第一段凝縮器１及び第二段凝縮器２の各々の段階で個別に制御することで、第二段凝縮器２に入る気体の成分が第一段凝縮器１で制御されていることで安定しているために、第二段凝縮器２での運転を乱す要因が排除されるため凝縮量の制御が容易になって、結果的に、第二段凝縮器の温度の安定性を高く制御できるからである。
【００２５】
このように実施例１によれば、第一段凝縮器１における高沸点成分をより選択的に液化させる分縮の機能を直接制御することができると共に、第二段凝縮器２の気液分離器２２で発生する気体を処理するための後処理手段（第三段凝縮器３）において低沸点成分を集めるという二つのステップを、同時に、広範囲に、安定的に制御することができるので、高沸点成分と低沸点成分とを分離するいわゆる「キレ」のよい塔頂凝縮装置を提供することができる。
【００２６】
実施例２．
次に、実施例２を図２の制御システムのフロー図に基づいて説明する。図２は図１の一部改良図であり、図１と同じ符号は同じ内容であるので、その説明を省略する。
実施例２は、第二段凝縮器用調整弁５１の上流側の一次冷却水供給路５０の途中から分岐された一次冷却水混入路７０が、混入冷却水調整弁７１を介して、第一段凝縮器用調整弁６１の下流側の二次冷却水供給路６０の途中に接続するよう配設したものである。
このように構成しても、混入冷却水調整弁７１の開閉によって、二次冷却水供給路６０の二次冷却水に所要量の一次冷却水を合流させることができ、第一段凝縮器１に対する混合冷却水の供給量及びその温度の調整を上記実施例１と同様に行うことができるだけでなく、更に、この実施例２によれば、前記実施例１に比べて第一段凝縮器１の制御範囲を大幅に拡大することができる。
【００２７】
即ち、前記実施例１では、比較的高温で流下する全量の二次冷却水に一次冷却水を混合して温度調整された混合冷却水の供給量を調整することによって第一段凝縮器１を制御していたため、混合冷却水の温度調整範囲に自ずと制約があったが、この実施例２では、高温の二次冷却水の流水量を予め第一段凝縮器用調整弁６１にて所要量に絞り、絞られた比較的少量の高温の二次冷却水に、混合冷却水調整弁７１にて所要量の一次冷却水を混入させることによって、混合冷却水の温度範囲を調整することができるので、実施例１に比べて、温度調整範囲を大幅に拡大することができ、従って、第一段凝縮器１の制御範囲が拡大する。
【００２８】
実施例３．
次に、実施例３を図３の制御システムのフロー図に基づいて説明する。同図において、図１と同じ符号は同じ内容であるので、その説明を省略する。
実施例３は、第一段凝縮器用調整弁６１として単なる弁６１２を用いて二次冷却水供給路６０の途中に介在させると共に、この弁６１２の上流側の二次冷却水供給路６０を流下する冷却水（二次冷却水或いは混合冷却水）の一部を、上記実施例１と同様に、第一段凝縮器１を迂回して流下可能に迂回路６２２を配設したものであって、この実施例２の弁６１２と迂回路６２２とは、上記実施例１の三方弁６１と迂回路６２とが果たす機能と実質的に同様の機能を果たす。
従って、上記実施例１で説明したと同様に、この弁６１２を開閉することによって、第一段凝縮器１への冷却水の供給量及びその温度を調整することができる。
【００２９】
実施例４
次に、実施例４を図４の制御システムのフロー図に基づいて説明する。図４は図３の一部改良図であり、図３と同じ符号は同じ内容であるので、その説明を省略する。
実施例４は、図１に示す実施例１に対する図２の実施例２の場合のように、第二段凝縮器用調整弁５１の上流側の一次冷却水供給路５０の途中から分岐された一次冷却水混入路７０が、混入冷却水調整弁７１を介して、第一段凝縮器用調整弁６１２の下流側の二次冷却水供給路６０の途中に接続するよう配設した構成としたものである。
この実施例４によれば、実施例１に対する実施例２の場合と同様に、実施例３に比べて、第一段凝縮器１に対する凝縮制御範囲を拡大させることができる。
【００３０】
実施例５
上記実施例１から４では、第一段凝縮器１の上流側の二次冷却水路６０に第一段凝縮器用調整弁６１、６１２を配設してあるが、必ずしもこれに限らず、第一段凝縮器１の上流側であって一次冷却水が合流する部位より下流側の二次冷却水供給手段６０の途中から分岐して前記第一段凝縮器１を迂回して冷却水（二次冷却水や混合冷却水）の一部が流下する迂回路、例えば、図１や図２における迂回路６２や、図３や図４における迂回路６２２等を設けると共に、第一段凝縮器１から流出する使用済み二次冷却水の冷却水排水路６３の途中に、第一段凝縮器用調整弁を設けることにより、当該第一段凝縮器１を流れる冷却水の流量を制御可能としてもよい（図示せず）。
【００３１】
第一段凝縮器１の下流側の冷却水排水路６３とは、図１から図３において、第一段凝縮器１から排出される使用済みの冷却水（二次冷却水や混合冷却水）が冷却水出口に至るまでの排水路をいう。
この冷却水排水路６３の途中に、第一段凝縮器用調整弁として例えば三方弁６１や通常の弁６１２を配設することによって（図示せず）、第一段凝縮器１に供給される冷却水の水量及びその温度を直接制御することができ上記実施例１から４と各々同様の作用効果を発揮させることができる。
【００３２】
尚、上記実施例１から５では、何れもアルコールの蒸留を例にして説明したが、本発明はこれに限らず、例えば石油の蒸留等その他の蒸留システムにおいても適用することができる。
又、上記実施例１から５の弁は、電磁開閉弁でも手動開閉弁でもよいが、電磁開閉弁を用いる場合にはＣＰＵを介して電子制御を行うことができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、何れも、第一段凝縮器の凝縮量を直接且つ最適に制御することができるので、凝縮液中の製品純度を向上させることができると共に、第三段凝縮器の気液分離器からの後処理を要する気体量を従来に比べて大幅に減少させることができ、制御性及び省エネを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の制御システムのフロー図である。
【図２】実施例２の制御システムのフロー図である。
【図３】実施例３の制御システムのフロー図である。
【図４】実施例４の制御システムのフロー図である。
【符号の説明】
１  第一段凝縮器、
２  第二段凝縮器、
３  第三段凝縮器、
４  蒸留搭、
５  冷却水供給源、
１１  気液分離器、
２２  気液分離器、
３３  気液分離器、
５０  一次冷却水供給路、
５１  第二段凝縮器用調節弁、
６０  二次冷却水供給路、
６１  三方弁（第一段凝縮器用調節弁）、
６２  迂回路、
６３  冷却水排水路、
７０  一次冷却水混入路、
７１  混入冷却水調節弁、
６１２  弁（第一段凝縮器）、
６２２  迂回路。
【図１】
2005066375.tif 000003
【図２】
2005066375.tif 000004
【図３】
2005066375.tif 000005
【図４】
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