(57)【要約】【課題】分離効率に優れ、設置個所、適用個所等に応じて柔軟に装置を構成でき、かつ省資源、省エネルギー化に有効な蒸留装置、および当該蒸留装置を組み込んだネットワークを形成して各種の反応プロセスを行うことができる反応装置を提供する。【解決手段】一対の蒸発器と凝縮器とを蒸気供給流路および液戻し流路で連絡した、複数の相変換型分離段を直列に配列して構成され、各蒸発器が液流路で連絡され、各凝縮器が蒸気流路で連絡され、各凝縮器による熱の回収量と各蒸発器への熱供給量を制御して、蒸発器と凝縮器の間の蒸気の移動量と液体の移動量とを制御する蒸留装置、及び当該装置を組み込んだ反応装置。【選択図】      図１
2005021745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に配列された複数の分離段を備える蒸留装置であって、
前記分離段が、一対の蒸発器Ｅ（ｊ）（但しｊ：１〜ｎ、ｎは２以上の整数である。以下、同じ）と凝縮器Ｃ（ｊ）とを蒸気供給流路ＶＥ（ｊ）および液戻し流路ＲＬ（ｊ）で連絡してなる相変換型分離段Ｆ（ｊ）によって構成され、
（１）２段目〜（ｎ−１）段目の各相変換型分離段Ｆにおいて、
前段の相変換型分離段Ｆ（ｊ）の蒸発器Ｅ（ｊ）と後段の相変換型分離段Ｆ（ｊ＋１）の蒸発器Ｅ（ｊ＋１）とが液流路Ｌ（ｊ）で連絡され、
前段の相変換型分離段Ｆ（ｊ）の凝縮器Ｃ（ｊ）と後段の相変換器型分離段（ｊ＋１）の凝縮器Ｃ（ｊ＋１）とが蒸気流路Ｖ（ｊ＋１）で連絡され、
前段の相変換型分離段Ｆ（ｊ）の蒸発器Ｅ（ｊ）は、液体を加熱して発生した蒸気を蒸気供給流路ＶＥ（ｊ）を通じて同一段の相変換型分離段Ｆ（ｊ）の凝縮器Ｃ（ｊ）に供給し、液体を後段の相変換型分離段Ｆ（ｊ＋１）の蒸発器Ｅ（ｊ＋１）に液流路Ｌ（ｊ）を通じて供給し、
前記蒸発器Ｅ（ｊ）から供給された蒸気を凝縮器Ｃ（ｊ）で冷却して凝縮させて発生する液体を前記液戻し流路ＲＬ（ｊ）を通じて前記蒸発器Ｅ（ｊ）に戻し、蒸気を蒸気流路Ｖ（ｊ）を通じて前段の相変換型分離段Ｆ（ｊ−１）の凝縮器Ｃ（ｊ−１）に供給するとともに、凝縮器Ｃ（ｊ）における蒸気の圧縮によって生じた熱を後段の相変換型分離段Ｆ（ｊ＋１）の蒸発器Ｅ（ｊ＋１）に供給して蒸発器Ｅ（ｊ＋１）における蒸気の発生に利用し、
（２）第ｎ段目の相変換型分離段Ｆ（ｎ）の凝縮器Ｃ（ｎ）における蒸気の圧縮で生じた熱を、第１段の相変換型分離段Ｆ（１）の蒸発器Ｅ（１）に供給し、蒸発器Ｅ（ｎ）から液体を缶出液として抜き出し、かつ
（３）第１段目の相変換型分離段Ｆ（１）の凝縮器Ｃ（１）から蒸気を留出液体として抜き出すように構成され、
（４）各相変換型分離段Ｆ（ｊ）の凝縮器Ｃ（ｊ）における蒸気の圧縮によって生じた熱の回収量と、回収された熱の蒸発器Ｅ（ｊ＋１）への供給量を制御することによって、前記蒸発器Ｅ（ｊ＋１）から前記蒸気供給流路ＶＥ（ｊ＋１）を通じて前記凝縮器Ｃ（ｊ＋１）に供給される蒸気の移動量と、前記凝縮器Ｃ（ｊ）から前記液戻し流路ＲＬ（ｊ）を通じて前記蒸発器Ｅ（ｊ）へ戻される液体の移動量とを制御することを特徴とする蒸留装置。
【請求項２】
前記第１段目の相変換型分離段Ｆ（１）の凝縮器Ｃ（１）の前段に当該凝縮器Ｃ（１）と蒸気流路Ｖ（１）を介して連絡され、かつ前記第１段目の相変換型分離段Ｆ（１）の蒸発器Ｅ（１）と液戻し流路ＲＬ（０）を介して連絡された凝縮器Ｃ（０）を設け、
前記第ｎ段目の相変換型分離段Ｆ（ｎ）の蒸発器Ｅ（ｎ）の後段に当該蒸発器Ｅ（ｎ）と液流路Ｌ（ｎ）を介して連絡され、かつ前記第ｎ段目の相変換型分離段Ｆ（ｎ）の凝縮器Ｃ（ｎ）と蒸気供給流路ＶＥ（ｅ）を介して連絡された蒸発器Ｅ（ｅ）を設け、
前記凝縮器Ｃ（０）において、前段の相変換型分離段Ｆ（１）の凝縮器Ｃ（１）から蒸気流路Ｖ（１）を通じて供給される蒸気を冷却して凝縮させることによって発生する液体の一部を留出液として抜き出し、残余の液体を液戻し流路ＲＬ（０）を通じて相変換型分離段Ｆ（１）の蒸発器Ｅ（１）に戻し、
前記蒸発器Ｅ（ｅ）において、前段の相変換型分離段Ｆ（ｎ）の蒸発器Ｅ（ｎ）から液流路Ｌ（ｎ）を通じて供給される液体を加熱して発生した蒸気を前記蒸気供給流路ＶＥ（ｅ）を通じて前段の相変換型分離段Ｆ（ｎ）の凝縮器Ｃ（ｎ）に供給し、残余の液体を缶出液として抜き出すようにしたことを特徴とする請求項１に記載の蒸留装置。
【請求項３】
前記相変換型分離段Ｆ（ｊ）の凝縮器Ｃ（ｊ）における蒸気の圧力を上昇させて当該蒸気の温度を上昇させることによって凝縮器Ｃ（ｊ）から蒸発器Ｅ（ｊ＋１）への熱移動を可能にしたことを特徴とする請求項１または２に記載の蒸留装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の蒸留装置を用いる反応装置であって、前記配列された複数の相変換型分離段Ｆ（ｊ）において、隣接する相変換型分離段Ｆ（ｊ）と相変換型分離段Ｆ（ｊ＋１）の間に単位操作を行う反応器を介設し、当該反応器と相変換型分離段Ｆ（ｊ）および相変換型分離段Ｆ（ｊ＋１）との間が、液戻し流路ＲＬ（ｊ）、蒸気供給流路ＶＥ（ｊ）、液流路Ｌ（ｊ）および蒸気流路Ｖ（ｊ）から選ばれる少なくとも１種の流路を分岐または再結合されて連絡されていることを特徴とする反応装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸留装置および反応装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蒸留は、化学工業におけるキーテクノロジであり、蒸留装置は、各種成分の抽出、分離、精製等を行う装置として、石油精製、製薬工業、食品工業等の広範囲の分野で利用されている。この蒸留装置として、従来、筒形の塔内に、長手方向に適当な間隔で多数の棚段を設け、各棚段で蒸気と液体との接触を段階的に行なわせるようにした棚段式蒸留塔が広く知られ、かつ実用されている。例えば、図４に概念図を示す従来の蒸留装置１０１は、塔頂１０２から塔底１０３に亘って複数の分離棚段１０４が配置されているものである。
【０００３】
この蒸留装置１０１によって、例えば、成分Ａおよび成分Ｂを含有する液体（原液：Ａは低沸点成分とする）Ｃを蒸留する場合、蒸留装置１０１の中間位置に設けられた被蒸留液導入部１０５から原液Ｃが供給されると、低沸点成分Ａに富んだ蒸気が蒸留装置１０１の塔頂１０２から排出され、凝縮器１０６によって凝縮され、成分Ａに富んだ液体、すなわち、留出液Ｄとなる。この留出液Ｄの一部は還流液Ｅとして蒸留装置１０１内に還流され、残りＦは外部に排出される。
【０００４】
一方、高沸点成分Ｂに富んだ液体は、蒸留装置１０１の塔底１０３から缶出液Ｇとして排出される。この缶出液の一部は、リボイラ１０７によって加熱されて成分Ｂに富んだ蒸気Ｈとなり、再び蒸留装置１０１に循環され、残りＩは、高沸点成分Ｂに富んだ液体として外部に排出される。
【０００５】
こうした従来の蒸留装置においては、塔底１０３に設けられるリボイラ１０７に多量のエネルギーが投入され、与えられた熱は塔頂１０２に設けられる凝縮器１０６で冷却・除去される。そのため、蒸留装置における蒸留プロセスは、エネルギー多消費型の分離プロセスであるといえる。例えば、従来の蒸留プロセスによって、ｎ−ヘキサンとｎ−ヘプタンを含む混合物（原液）を１００ｍｏｌ／ｍｉｎの供給速度で、前記従来の蒸留装置に供給して、両者を分離しようとすると、リボイラ１０７においては、後記の比較例に関して表１に示すように、４．３×１０４ｋＪ／ｍｉｎの熱量の供給を必要とする。そして、このリボイラ１０７から供給された熱は、塔頂の凝縮器１０６で大部分放熱される。この放熱において温排水が発生するが、この温排水は温度が５０℃程度と低いため温排水のもつ熱を利用することができず、そのまま排水されているのが現状であり、省資源、省エネルギーの見地からみて好ましいものではない。
【０００６】
そこで、蒸留装置の省エネルギー化を目的として、各種の提案がなされている。例えば、複数管を両端管板によって本体胴と連結させて、本体胴の内部において、複数管の管内と管外が隔離された構造とし、管内および管外のそれぞれに気液の出入口を設け、管内側と管外側の操作圧力に差をつけることにより操作温度を異ならせ、複数管の管壁を伝熱面として、高圧側から低圧側に熱移動させるおとにより、高圧側を濃縮部、低圧側を回収部として一つの蒸留塔を構成した内部熱交換型蒸留塔が提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
しかし、この内部熱交換型蒸留塔においては、構造上、確保することが可能な伝熱面積に限界があり、取り扱う物質の物性や蒸留分離の精度に対応して、理論的に最も効率よく省エネルギー効果を発揮させるために必要な伝熱面積を確保できない場合がある。
【０００８】
また、従来の蒸留装置１０１の各分離棚段１０４においては、図５に示すように、１つの分離棚段１０４内で蒸気と液体とが接触することによって、蒸気と液体の間で相互に熱交換が行われ、軽成分の蒸発および重成分の凝縮のプロセスが同時に進行する。そのため、分離棚段間の物質移動量および熱移動量は、分離棚段１０４の構造によって制約される。
【０００９】
また、従来の蒸留装置１０１は、縦長の塔内に縦方向に多数の分離棚段１０４を固定配置した構造を有するため、各分離棚段の間の蒸気・液間の物質移動量を自由に変化させることができず、流入する蒸気と液の混合に起因する分離効率の低下を改善することは難しい。
【００１０】
【特許文献１】
特許第２６９４４２５号明細書（請求項１）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の目的は、分離効率に優れ、稼働空間に合わせた自由なレイアウトを採用して、設置個所、適用個所等に応じて柔軟に装置を構成でき、かつ省資源、省エネルギー化に有効な蒸留装置、および当該蒸留装置に蒸留またはその他の単位操作を行う反応器を組み込んだネットワークを形成して各種の反応プロセスを行うことができる反応装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、直列に配列された複数の分離段を備える蒸留装置であって、
前記分離段が、一対の蒸発器Ｅ（ｊ）（但しｊ：１〜ｎ、ｎは２以上の整数である。以下、同じ）と凝縮器Ｃ（ｊ）とを蒸気供給流路ＶＥ（ｊ）および液戻し流路ＲＬ（ｊ）で連絡してなる相変換型分離段Ｆ（ｊ）によって構成され、
（１）２段目〜（ｎ−１）段目の各相変換型分離段Ｆにおいて、
前段の相変換型分離段Ｆ（ｊ）の蒸発器Ｅ（ｊ）と後段の相変換型分離段Ｆ（ｊ＋１）の蒸発器Ｅ（ｊ＋１）とが液流路Ｌ（ｊ）で連絡され、
前段の相変換型分離段Ｆ（ｊ）の凝縮器Ｃ（ｊ）と後段の相変換器型分離段（ｊ＋１）の凝縮器Ｃ（ｊ＋１）とが蒸気流路Ｖ（ｊ＋１）で連絡され、
前段の相変換型分離段Ｆ（ｊ）の蒸発器Ｅ（ｊ）は、液体を加熱して発生した蒸気を蒸気供給流路ＶＥ（ｊ）を通じて同一段の相変換型分離段Ｆ（ｊ）の凝縮器Ｃ（ｊ）に供給し、液体を後段の相変換型分離段Ｆ（ｊ＋１）の蒸発器Ｅ（ｊ＋１）に液流路Ｌ（ｊ）を通じて供給し、
前記蒸発器Ｅ（ｊ）から供給された蒸気を凝縮器Ｃ（ｊ）で冷却して凝縮させて発生する液体を前記液戻し流路ＲＬ（ｊ）を通じて前記蒸発器Ｅ（ｊ）に戻し、蒸気を蒸気流路Ｖ（ｊ）を通じて前段の相変換型分離段Ｆ（ｊ−１）の凝縮器Ｃ（ｊ−１）に供給するとともに、凝縮器Ｃ（ｊ）における蒸気の圧縮によって生じた熱を後段の相変換型分離段Ｆ（ｊ＋１）の蒸発器Ｅ（ｊ＋１）に供給して蒸発器Ｅ（ｊ＋１）における蒸気の発生に利用し、
（２）第ｎ段目の相変換型分離段Ｆ（ｎ）の凝縮器Ｃ（ｎ）における蒸気の圧縮で生じた熱を、第１段の相変換型分離段Ｆ（１）の蒸発器Ｅ（１）に供給し、蒸発器Ｅ（ｎ）から液体を缶出液として抜き出し、かつ
（３）第１段目の相変換型分離段Ｆ（１）の凝縮器Ｃ（１）から蒸気を留出液体として抜き出すように構成され、
（４）各相変換型分離段Ｆ（ｊ）の凝縮器Ｃ（ｊ）における蒸気の圧縮によって生じた熱の回収量と、回収された熱の蒸発器Ｅ（ｊ＋１）への供給量を制御することによって、前記蒸発器Ｅ（ｊ＋１）から前記蒸気供給流路ＶＥ（ｊ＋１）を通じて前記凝縮器Ｃ（ｊ＋１）に供給される蒸気の移動量と、前記凝縮器Ｃ（ｊ）から前記液戻し流路ＲＬ（ｊ）を通じて前記蒸発器Ｅ（ｊ）へ戻される液体の移動量とを制御することを特徴とする蒸留装置を発明の構成とする。
【００１３】
この蒸留装置では、各相変換型分離段Ｆ（ｊ）の凝縮器Ｃ（ｊ）における熱の回収量と、回収された熱の蒸発器Ｅ（ｊ＋１）への供給量を制御することによって、前記蒸発器Ｅ（ｊ＋１）から前記蒸気供給流路ＶＥ（ｊ＋１）を通じて前記凝縮器Ｃ（ｊ＋１）に供給される蒸気の移動量と、前記凝縮器Ｃ（ｊ）から前記液戻し流路ＲＬ（ｊ）を通じて前記蒸発器Ｅ（ｊ）へ戻される液体の移動量とが制御され、分離効率が向上する。また、凝縮器で回収された熱が蒸発器における液体の相変換に利用されるため、装置全体のエネルギー消費量を低減できるため、省資源および省エネルギーを実現できる。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の蒸留装置において、前記第１段目の相変換型分離段Ｆ（１）の凝縮器Ｃ（１）の前段に当該凝縮器Ｃ（１）と蒸気流路Ｖ（１）を介して連絡され、かつ前記第１段目の相変換型分離段Ｆ（１）の蒸発器Ｅ（１）と液戻し流路ＲＬ（０）を介して連絡された凝縮器Ｃ（０）を設け、前記第ｎ段目の相変換型分離段Ｆ（ｎ）の蒸発器Ｅ（ｎ）の後段に当該蒸発器Ｅ（ｎ）と液流路Ｌ（ｎ）を介して連絡され、かつ前記第ｎ段目の相変換型分離段Ｆ（ｎ）の凝縮器Ｃ（ｎ）と蒸気供給流路ＶＥ（ｅ）を介して連絡された蒸発器Ｅ（ｅ）を設け、前記凝縮器Ｃ（０）において、前段の相変換型分離段Ｆ（１）の凝縮器Ｃ（１）から蒸気流路Ｖ（１）を通じて供給される蒸気を冷却して凝縮させることによって発生する液体の一部を留出液として抜き出し、残余の液体を液戻し流路ＲＬ（０）を通じて相変換型分離段Ｆ（１）の蒸発器Ｅ（１）に戻し、前記蒸発器Ｅ（ｅ）において、前段の相変換型分離段Ｆ（ｎ）の蒸発器Ｅ（ｎ）から液流路Ｌ（ｎ）を通じて供給される液体を加熱して発生した蒸気を前記蒸気供給流路ＶＥ（ｅ）を通じて前段の相変換型分離段Ｆ（ｎ）の凝縮器Ｃ（ｎ）に供給し、残余の液体を缶出液として抜き出すようにしたことを特徴とする。
【００１５】
この蒸留装置では、各相変換型分離段Ｆ（ｊ）の凝縮器Ｃ（ｊ）における蒸気の圧縮によって生じた熱の回収量と、回収された熱の蒸発器Ｅ（ｊ＋１）への供給量を制御することによって、前記蒸発器Ｅ（ｊ＋１）から前記蒸気供給流路ＶＥ（ｊ＋１）を通じて前記凝縮器Ｃ（ｊ＋１）に供給される蒸気の移動量と、前記凝縮器Ｃ（ｊ）から前記液戻し流路ＲＬ（ｊ）を通じて前記蒸発器Ｅ（ｊ）へ戻される液体の移動量とが制御され、分離効率が向上する。また、凝縮器で回収された熱が蒸発器における液体の相変換に利用されるため、装置全体のエネルギー消費量を低減できるため、省資源および省エネルギーを実現できる。さらに、凝縮器Ｃ（０）から留出液が排出され、蒸発器Ｅ（ｅ）から缶出液が排出される。
【００１６】
さらに、請求項３に記載の発明は、前記相変換型分離段Ｆ（ｊ）の凝縮器Ｃ（ｊ）における蒸気の圧力を上昇させて当該蒸気の温度を上昇させることによって凝縮器Ｃ（ｊ）から蒸発器Ｅ（ｊ＋１）への熱移動を可能にしたことを特徴とする。
【００１７】
この蒸留装置では、凝縮器の蒸気の操作圧力を上昇させて蒸気温度を上昇させることによって凝縮器から蒸発器への熱移動が可能になる。こうした内部熱交換によって大幅な省エネルギーが実現できる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の蒸留装置を用いる反応装置であって、前記配列された複数の相変換型分離段Ｆ（ｊ）において、隣接する相変換型分離段Ｆ（ｊ）と相変換型分離段Ｆ（ｊ＋１）の間に単位操作を行う反応器を介設し、当該反応器と相変換型分離段Ｆ（ｊ）および相変換型分離段Ｆ（ｊ＋１）との間が、液戻し流路ＲＬ（ｊ）、蒸気供給流路ＶＥ（ｊ）、液流路Ｌ（ｊ）および蒸気流路Ｖ（ｊ）から選ばれる少なくとも１種の流路を分岐または再結合されて連絡されていることを特徴とする反応装置を発明の構成とする。
【００１９】
この反応装置では、隣接する相変換型分離段Ｆ（ｊ）と相変換型分離段Ｆ（ｊ＋１）の間に蒸留を含む単位操作（膜分離、吸収、抽出、吸着など）を行う反応器を介設することによって、蒸留またはその他の単位操作を組み合わせたネットワークを構成して、従来にないハイブリッド型の反応プロセスが実現できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る蒸留装置１の構成を示す概念図である。
【００２２】
図１に示す蒸留装置１は、ｎ段の相変換型分離段Ｆ（１）〜Ｆ（ｎ）を直列に配列して構成される。
【００２３】
この蒸留装置１において、蒸留される原液（図１中の液フィード）は、複数の相変換型分離段が配列の中間に位置する相変換型分離段Ｆ（Ｘ）の蒸発器Ｅ（Ｘ）に供給され、また、蒸気（図１中の蒸気フィード）はその下の相変換型分離段Ｆ（Ｘ＋１）の凝縮器Ｃ（Ｘ＋１）に供給される。ここで、Ｘは、２〜（ｎ−１）の整数である。例えば、蒸留装置１が、２５段の相変換型分離段から構成されている場合は、第１２段目の相変換型分離段Ｆ（１２）の蒸発器Ｅ（１２）に原液が供給され、第１３段目の相変換型分離段Ｆ（１３）の凝縮器Ｃ（１３）に蒸気が供給される。
【００２４】
各相変換型分離段Ｆ（ｊ）（但しｊ：１〜ｎ、ｎは２以上の整数である）は、図３に示すとおり、一対の蒸発器Ｅ（ｊ）と凝縮器Ｃ（ｊ）とを蒸気供給流路ＶＥ（ｊ）および液戻し流路ＲＬ（ｊ）で連絡して構成される。
【００２５】
この蒸留装置１の２段目〜（ｎ−１）段目の各相変換型分離段Ｆにおいて、前段の相変換型分離段Ｆ（ｊ）の蒸発器Ｅ（ｊ）と後段の相変換型分離段Ｆ（ｊ＋１）の蒸発器Ｅ（ｊ＋１）とは液流路Ｌ（ｊ）で連絡される。
【００２６】
また、前段の相変換型分離段Ｆ（ｊ）の凝縮器Ｃ（ｊ）と後段の相変換器型分離段（ｊ＋１）の凝縮器Ｃ（ｊ＋１）とは、蒸気流路Ｖ（ｊ＋１）で連絡される。
【００２７】
この蒸留装置１の各段の相変換型分離段Ｆにおいて、相変換型分離段Ｆ（ｊ）の蒸発器Ｅ（ｊ）は、液戻し流路ＲＬ（ｊ）を通じて同一段の凝縮器Ｃ（ｊ）から戻される液体、および液流路Ｌ（ｊ−１）を通じて前段の相変換型分離段Ｆ（ｊ−１）の蒸発器Ｅ（ｊ−１）から供給される液体を加熱する。加熱された液体は、蒸発器Ｅ（ｊ）中で蒸気相と液相を形成する。発生した蒸気相の蒸気は、蒸気供給流路ＶＥ（ｊ）を通じて同一段の相変換型分離段Ｆ（ｊ）の凝縮器Ｃ（ｊ）に供給される。一方、蒸発器Ｅ（ｊ）の液相を構成する液体は、液流路Ｌ（ｊ）を通じて後段の相変換型分離段Ｆ（ｊ＋１）の蒸発器Ｅ（ｊ＋１）に供給される。
【００２８】
さらに、凝縮器Ｃ（ｊ）においては、前記蒸発器Ｅ（ｊ）で発生して、蒸気供給流路ＶＥ（ｊ）を通じて供給される蒸気が冷却されて凝縮され蒸気相と液相を形成する。凝縮によって発生した液相の液体は、戻し流路ＲＬ（ｊ）を通じて同一段の蒸発器Ｅ（ｊ）に戻される。一方、凝縮器Ｃ（ｊ）の蒸気相形成する蒸気は、蒸気流路Ｖ（ｊ）を通じて前段の相変換型分離段Ｆ（ｊ−１）の凝縮器Ｃ（ｊ−１）に供給される。
【００２９】
また、凝縮器Ｃ（ｊ）における蒸気の圧縮によって生じた熱は、後段の相変換型分離段Ｆ（ｊ＋１）の蒸発器Ｅ（ｊ＋１）に供給されて、当該蒸発器Ｅ（ｊ＋１）における液体の加熱による蒸気の発生に用いられる。
【００３０】
次に、蒸留装置１の第ｎ段目の相変換型分離段Ｆ（ｎ）の凝縮器Ｃ（ｎ）における蒸気の圧縮によって生じた熱は、第１段の相変換型分離段Ｆの蒸発器Ｅ（１）に供給される。このとき、凝縮器Ｃ（ｎ）においては、蒸発器Ｅ（ｎ）から蒸気供給流路ＶＥ（ｎ）を通じて供給される蒸気が冷却されて凝縮し、蒸気相と液相を形成される。蒸気相の蒸気は、蒸気流路Ｖ（ｎ）を通じて前段の相変換型分離段Ｆ（ｎ−１）の凝縮器Ｃ（ｎ−１）に供給される。一方、蒸発器Ｅ（ｎ）内の液相の液体は、缶出液Ｂとして排出される。
【００３１】
また、凝縮器Ｃ（ｎ）で回収された熱は、図示しない熱交換器によって蒸発器Ｅ（１）に供給される。
【００３２】
また、第１段目の相変換型分離段Ｆ（１）の凝縮器Ｃ（１）においては、蒸発器Ｅ（１）から蒸気供給流路ＶＥ（１）を通じて供給される蒸気と、第２段目の相変換型分離段Ｆ（２）から蒸気流路Ｖ（２）を通じて供給される蒸気とを冷却して凝縮させて、液相が形成される。この液相から液体の一部が留出液Ｄとして抜き出される。一方、留出液として抜き出された残りの液体は、第１段目の相変換型分離段Ｆ（１）の蒸発器Ｅ（１）に、凝縮器Ｃ（１）から液戻し流路ＲＬ（１）を通じて供給される。蒸発器Ｅ（１）においては、前記第ｎ段目の凝縮器Ｃ（ｎ）で回収された熱によって、凝縮器Ｃ（１）から供給される液体を加熱して、液相と蒸気相を形成させる。蒸発器Ｅ（１）内の液相の液体は、第２段目の相変換型分離段Ｆ（２）の蒸発器Ｅ（２）に液流路Ｌ（１）を通じて供給される。一方、蒸発器Ｅ（１）内の蒸気相の蒸気は、前記のとおり、凝縮器Ｃ（１）に蒸気供給流路ＶＥ（１）を通じて供給される。
【００３３】
この蒸留装置１において、各相変換型分離段Ｆ（ｊ）の凝縮器Ｃ（ｊ）における熱の回収量と、回収された熱の蒸発器Ｅ（ｊ＋１）への供給量を制御することによって、前記蒸発器Ｅ（ｊ＋１）から前記蒸気供給流路ＶＥ（ｊ＋１）を通じて前記凝縮器Ｃ（ｊ＋１）に供給される蒸気の移動量と、前記凝縮器Ｃ（ｊ）から前記液戻し流路ＲＬ（ｊ）を通じて前記蒸発器Ｅ（ｊ）へ戻される液体の移動量とが制御される。凝縮器Ｃ（ｊ）における熱の回収と、回収された熱の蒸発器Ｅ（ｊ＋１）への供給は、それぞれ凝縮器Ｃ（ｊ）および蒸発器Ｅ（ｊ＋１）に設けた熱交換器によって行うことができる。例えば、特許第２９６５９１１号明細書に開示されているマトリクス型熱交換器、あるいは株式会社クロセから市販されているスパイラル型熱交換器などを用いて効率的に行うことができる。
【００３４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００３５】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る蒸留装置２１の構成を示す概念図である。
【００３６】
図２に示す蒸留装置２１は、ｎ個の相変換型分離段Ｆ（ｊ）（ｊ＝１〜ｎ）が直列に配置されていること、各相変換型分離段Ｆ（ｊ）がそれぞれ一対の蒸発器Ｅ（ｊ）と凝縮器Ｃ（ｊ）とで構成されていること、および各蒸発器Ｅ（ｊ）と凝縮器Ｃ（ｊ）が、液戻し流路ＲＬ（ｊ）、蒸気供給流路ＶＥ（ｊ）、液流路Ｌ（ｊ）および蒸気流路Ｖ（ｊ）で連絡されている点においては、前記第１の実施形態に係る蒸留装置１と同一の構成を有するものである。したがって、以下の蒸留装置２１に関する説明においては、第１の実施形態に係る蒸留装置１とは異なる構成に関して説明し、同一の構成に係る説明は省略する。
【００３７】
図２に示す蒸留装置２１は、第１段目の相変換型分離段Ｆ（１）の凝縮器Ｃ（１）の前段に当該凝縮器Ｃ（１）と蒸気流路Ｖ（０）を介して連絡され、かつ前記第１段目の相変換型分離段Ｆ（１）の蒸発器Ｅ（１）と液戻し流路ＲＬ（０）を介して連絡された凝縮器Ｃ（０）が設けられている。
【００３８】
この蒸留装置２１の凝縮器Ｃ（０）においては、前段の相変換型分離段Ｆ（１）の凝縮器Ｃ（１）から蒸気流路Ｖ（０）を通じて供給される蒸気を冷却して凝縮させることによって発生する液体の一部を留出液Ｄとして抜き出し、残余の液体が液戻し流路ＲＬ（０）を通じて相変換型分離段Ｆ（１）の蒸発器Ｅ（１）に戻される。
【００３９】
また、第ｎ段目の相変換型分離段Ｆ（ｎ）の蒸発器Ｅ（ｎ）の後段に当該蒸発器Ｅ（ｎ）と液流路Ｌ（ｅ）を介して連絡され、かつ前記第ｎ段目の相変換型分離段Ｆ（ｎ）の凝縮器Ｃ（ｎ）と蒸気供給流路ＶＥ（ｅ）を介して連絡された蒸発器Ｅ（ｅ）が設けられている。
【００４０】
この蒸留装置２１の蒸発器Ｅ（ｅ）において、前段の相変換型分離段Ｆ（ｎ）の蒸発器Ｅ（ｎ）から液流路Ｌ（ｎ）を通じて供給される液体を加熱して発生した蒸気を前記蒸気供給流路ＶＥ（ｅ）を通じて前段の相変換型分離段Ｆ（ｎ）の凝縮器Ｃ（ｎ）に供給し、残余の液体が缶出液Ｂとして抜き出される。
【００４１】
この蒸留装置２１において、凝縮器Ｃ（０）は、従来の蒸留装置（図４参照）における凝縮器１０６の役割を果たし、また、蒸発器Ｅ（ｅ）は、従来の蒸留装置（図４参照）のリボイラ１０７の役割を果たすものであるが、凝縮器Ｃ（０）における蒸気の圧縮によって生じた熱は、第１段目の蒸発器Ｅ（１）における加熱に用いられ、また、蒸発器Ｅ（０）に加熱に用いられる熱は、第ｎ段目の相変換型分離段Ｆ（ｎ）の凝縮器Ｃ（ｎ）で回収された熱である。
【００４２】
この蒸留装置２１において、各相変換型分離段Ｆ（ｊ）の凝縮器Ｃ（ｊ）における熱の回収量と、回収された熱の蒸発器Ｅ（ｊ＋１）への供給量を制御することによって、前記蒸発器Ｅ（ｊ＋１）から前記蒸気供給流路ＶＥ（ｊ＋１）を通じて前記凝縮器Ｃ（ｊ＋１）に供給される蒸気の移動量と、前記凝縮器Ｃ（ｊ）から前記液戻し流路ＲＬ（ｊ）を通じて前記蒸発器Ｅ（ｊ）へ戻される液体の移動量とが制御される。凝縮器Ｃ（ｊ）における熱の回収と、回収された熱の蒸発器Ｅ（ｊ＋１）への供給は、それぞれ凝縮器Ｃ（ｊ）および蒸発器Ｅ（ｊ＋１）に設けた熱交換器によって行うことができる。例えば、前記のマトリクス型熱交換器、スパイラル型熱交換器を用いて効率的に行うことができる。
【００４３】
また、第１の実施形態および第２の実施形態において、蒸発器Ｅ（ｊ＋１）と凝縮器Ｃ（ｊ＋１）とが結合された構成となるため、凝縮器Ｃ（ｊ）中に形成される蒸気相を断熱圧縮することによって発生する熱を、蒸発器Ｅ（ｊ＋１）における液相の蒸発に利用することができれば、蒸留装置へのエネルギー投入量は大幅に削減され、省エネルギー化が達成できる。
【００４４】
また、前記の第１の実施形態および第２の実施形態は、複数の相変換型分離段を直列に配列して、直列に配置された複数の相変換型分離段Ｆ（ｊ）の蒸発器Ｅ（ｊ）で加熱による蒸発を行い、凝縮器Ｃ（ｊ）で冷却による凝縮を行い、留出液および缶出液を得る装置であるが、本発明の蒸留装置は、配列された複数の相変換型分離段Ｆ（ｊ）において、隣接する相変換型分離段Ｆ（ｊ）と相変換型分離段Ｆ（ｊ＋１）の間に単位操作を行う反応器を介設し、当該反応器と相変換型分離段Ｆ（ｊ）および相変換型分離段Ｆ（ｊ＋１）との間が、液戻し流路ＲＬ（ｊ）、蒸気供給流路ＶＥ（ｊ）、液流路Ｌ（ｊ）および蒸気流路Ｖ（ｊ）から選ばれる少なくとも１種の流路を分岐または再結合されて連絡されるように構成することができる。これにより、例えば、多成分を含む混合物を蒸留して、各成分毎に効率的に分離するプロセスを行う反応装置を構成することができる。
【００４５】
また、この反応装置では、隣接する相変換型分離段Ｆ（ｊ）と相変換型分離段Ｆ（ｊ＋１）の間に蒸留を含む単位操作（膜分離、吸収、抽出、吸着など）を行う反応器を介設することによって、蒸留またはその他の単位操作を組み合わせたネットワークを構成して、従来にないハイブリッド型の反応プロセスを行う反応装置が実現できる。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明の実施例により本発明をより具体的に説明する。
（実施例、比較例）
ｎ−ヘキサンとｎ−ヘプタンの混合物（混合比：５０／５０）を、５０ｍｏｌ／ｍｉｎの供給速度で、図２に示す構成の蒸留装置を用いて両成分の蒸留分離を行うシミュレーションを行い、分離係数、凝縮器の蒸気相を圧縮するのに必要な動力、エクセルギー損失を求めた。このとき、混合物は、蒸留装置の相変換型分離段Ｆ（１２）の蒸発器Ｅ（１２）に５０ｍｏｌ／ｍｉｎの供給速度で液を供給し、相変換型分離段Ｆ（１１）の凝縮器Ｃ（１１）に５０ｍｏｌ／ｍｉｎの供給速度で蒸気を供給した。混合物中のｎ−ヘキサンのモル分率は、供給した蒸気と液に対してそれぞれ０．６００および０．４００とした。また、凝縮器Ｃ（ｊ）における蒸気の圧力は１．０１×１０５Ｐａとし、各蒸発器Ｅ（ｊ）における液相の総相変換量は２５００ｍｏｌ／ｍｉｎで一定とした。
【００４７】
また、比較のために、従来の蒸留装置（図４参照、分離棚段数：２５段）を用いて、ｎ−ヘキサンとｎ−ヘプタンの混合物（混合比：５０／５０）を、５０ｍｏｌ／ｍｉｎの供給速度で両成分の蒸留分離を行うシミュレーションを行い、実施例と同様に、分離係数、凝縮器の蒸気相を圧縮するのに必要な動力、エクセルギー損失を求めた。
【００４８】
以上の結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
2005021745.tif 000003
【００５０】
その結果、総相変換量が一定であるにもかかわらず、実施例におけるエネルギー投入量は、比較例（従来型）の蒸留装置の１／１０以下であり、プロセスの全分離係数は約１５０倍大きかった。したがって、本発明の蒸留プロセスは格段の省エネルギーを実現できると同時に、分離性能の向上にも有効であることがわかった。
【００５１】
【発明の効果】
請求項１および税請求項２に記載の発明によれば、各相変換型分離段Ｆ（ｊ）の凝縮器Ｃ（ｊ）における熱の回収量と、回収された熱の蒸発器Ｅ（ｊ＋１）への供給量を制御することによって、前記蒸発器Ｅ（ｊ＋１）から前記蒸気供給流路ＶＥ（ｊ＋１）を通じて前記凝縮器Ｃ（ｊ＋１）に供給される蒸気の移動量と、前記凝縮器Ｃ（ｊ）から前記液戻し流路ＲＬ（ｊ）を通じて前記蒸発器Ｅ（ｊ）へ戻される液体の移動量とが制御され、分離効率が向上する。また、凝縮器で回収された熱が蒸発器における液体の相変換に利用されるため、装置全体のエネルギー消費量を低減できるため、省資源および省エネルギーを実現できる。
【００５２】
また、相変換器分離段を一単位として、様々な稼働空間に適用して各分離段を独立して配置することができるため、レイアウトの自由度が高い。そのため、稼働空間に合わせた自由なレイアウトを採用して、設置個所、適用個所等に応じて柔軟に装置を構成できる。
【００５３】
請求項３に記載の発明によれば、凝縮器の蒸気の操作圧力を上昇させて蒸気温度を上昇させることによって凝縮器から蒸発器への熱移動が可能になり、こうした内部熱交換によって大幅な省エネルギーが実現できる。
【００５４】
また、請求項４に記載の発明によれば、蒸発器と凝縮器間の蒸気流路と液流路を分岐あるいは再結合することによって、隣接する相変換型分離段Ｆ（ｊ）と相変換型分離段Ｆ（ｊ＋１）の間に蒸留を含む単位操作（膜分離、吸収、抽出、吸着など）を行う反応器を介設することによって、蒸留またはその他の単位操作を組み合わせたネットワークを構成して、従来にないハイブリッド型の反応プロセスが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る蒸留装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る蒸留装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態および第２の実施形態に係る蒸留装置の相変換型分離段の構成を示す図である。
【図４】従来の蒸留装置の構成を示す概念図である。
【図５】従来の蒸留装置の分離棚段における蒸気と液体の接触による熱交換を説明する概念図である。
【符号の説明】
１，２１      蒸留装置
Ｅ（１），Ｅ（２），Ｅ（ｊ−１），Ｅ（ｊ），Ｅ（ｊ＋１），Ｅ（ｎ−１），Ｅ（ｎ）    凝縮器
Ｃ（１），Ｃ（２），Ｃ（ｊ−１），Ｃ（ｊ），Ｃ（ｊ＋１），Ｃ（ｎ−１），Ｃ（ｎ）    凝縮器
ＲＬ（１），ＲＬ（２），ＲＬ（ｊ−１），ＲＬ（ｊ），ＲＬ（ｊ＋１），ＲＬ（ｎ−１），ＲＬ（ｎ）    液戻し流路
ＶＥ（１），ＶＥ（２），ＶＥ（ｊ−１），ＶＥ（ｊ），ＶＥ（ｊ＋１），ＶＥ（ｎ−１），ＶＥ（ｎ）    蒸気供給流路
Ｌ（１），Ｌ（２），Ｌ（ｊ−１），Ｌ（ｊ），Ｌ（ｊ＋１），Ｌ（ｎ−１），Ｌ（ｎ）    液流路
Ｖ（１），Ｖ（２），Ｖ（ｊ−１），Ｖ（ｊ），Ｖ（ｊ＋１），Ｖ（ｎ−１），Ｖ（ｎ）    蒸気流路
【図１】
2005021745.tif 000004
【図２】
2005021745.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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