(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水蒸気圧縮機により昇圧された蒸気を利用してアルコール蒸留塔にてアルコール蒸留を行うアルコール蒸留装置において、
２基以上のアルコール蒸留塔のうちの少なくとも第１のアルコール蒸留塔の塔頂より得られたアルコールベーパを、ポンプを介して循環する循環水の循環経路に設けた流下液膜式凝縮器で凝縮させる第１の凝縮手段と、
該流下液膜式凝縮器で未凝縮のアルコールベーパのみを流下液膜式凝縮器より取り出して冷却水との熱交換により凝縮する、冷却水熱交換器よりなる第２の凝縮手段と、
前記流下液膜式凝縮器でアルコールベーパとの熱交換により得られた低圧飽和蒸気をボイラー蒸気により駆動される蒸気エジェクタで昇圧する低段圧縮手段と、
該低段圧縮手段で昇圧した低圧蒸気を前記水蒸気圧縮機で更に昇圧して高圧蒸気を生成する高段圧縮手段とを具え、
前記高段圧縮手段で更に昇圧した高圧蒸気は第１のアルコール蒸留塔の塔底加熱用熱源に利用され、
一方前記低段圧縮手段で昇圧された低圧蒸気の一部は前記第１のアルコール蒸留塔以外の他のアルコール蒸留塔の塔底加熱用熱源に利用されることを特徴とするアルコール蒸留装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルコール蒸留塔における塔頂留分の熱回収と、蒸気ボイラーで発生した蒸気の熱エネルギーの有効利用とを組み合わせた、高い熱効率を実現できるアルコール蒸留装置に係り、特に蒸気エジェクタと蒸気圧縮機を組み合わせ、熱回収効率の向上を図ったアルコール蒸留装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、蒸留塔を有するアルコール蒸留装置では、蒸留塔の塔頂留分を通常の凝縮器で冷却水の顕熱により冷却して凝縮させ、かつ塔頂留分より熱を得て温度の上がった冷却水をそのまま系外に排出していた。即ち、塔頂留分の熱は利用されることなく大気に放出されていた。このため塔頂留分の熱の利用と、蒸気ボイラーで発生した蒸気の熱エネルギーの有効利用とを組み合わせた、高い熱効率を実現できる、熱回収及び動力回収装置を有するアルコール蒸留装置(特開平５−２９４８６１号公報)を提案している。
【０００３】
図３を参照して、従来技術に係る蒸留塔装置を説明する。図３に示している蒸留塔装置１００は、蒸留塔１１２と、該蒸留塔１１２の塔頂留分を水により冷却して凝縮させ、一方水を塔頂留分から得た熱により蒸発させて、蒸気を発生する熱交換器１１４と、発生した蒸気を所定圧に昇圧するスクリュー式水蒸気圧縮機１１６と、該スクリュー式水蒸気圧縮機１１６を駆動するための駆動装置とを備えている。
【０００４】
駆動装置は、蒸気膨張機１２０とその間に連結された電気モータ１２４とを有する。
【０００５】
蒸留塔１１２の塔頂留分は、熱交換器１１４を流れる冷却水に熱を奪われて凝縮する。冷却水は熱交換器１１４で塔頂留分から熱を得て蒸発し、蒸気となる。熱交換器１１４の冷却水側の圧力は、塔頂留分から熱を得た水が蒸発して蒸気になることのできる圧力であって、その圧力になるようにスクリュー式水蒸気圧縮機１１６により吸引される。発生した蒸気は、配管１２８を通ってスクリュー式水蒸気圧縮機１１６に吸引され、そこで所定圧に昇圧されて蒸留塔１１２の底部に加熱源として供給される。
【０００６】
外部の蒸気ボイラー１４０から蒸気膨張機１２０に供給された蒸気は、該蒸気膨張機２０を回転させ、スクリュー式水蒸気圧縮機１１６の駆動動力源となり、その吐出側において圧力降下し低圧蒸気となって、それぞれ他の蒸留塔１４２、１４４に供給される。尚、該蒸留塔１４２、１４４には、それぞれの塔頂留分を凝縮させるために冷却水の顕熱で冷却するようにされた通常の凝縮器１４６、１４８をそれぞれ設けてある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来技術においては、水蒸気圧縮機１１６と蒸気膨張機１２０の間にモータ１２４を連結し、蒸気膨張機１２０の動力だけでは不足する場合には、電気モータ１２４は補助駆動装置として蒸気膨張機１２０と連動して駆動させていた。
【０００８】
このようなアルコール蒸留塔による蒸留操作の熱エネルギーシステムで熱交換器１１４と蒸気ボイラー１４０を組み合わせることにより、最も熱回収が高いシステムが構成されるが、圧縮比の問題から駆動用の電力がかかることと、蒸留塔と熱交換器による操作条件が負圧のために水蒸気圧縮機１１６が大型化してしまう問題があった。
【０００９】
例えば従来は、蒸留塔の塔底に４．４t/hのアルコールべーパを入れた場合、塔頂より熱交換器に導入されるアルコールべーパも４．４t/hであり、これに対応する４．４t/hのアルコールべーパ用の冷却水が必要であった。
【００１０】
本発明は、かかる課題に鑑み、水蒸気圧縮機の軸動力の大幅低減と蒸留塔の塔頂より熱交換器に導入されるアルコールべーパ用の冷却水の大幅低減を図ったアルコール蒸留装置を提供することを目的とし、特に蒸気エジェクタと蒸気圧縮機を組み合わせ、熱回収効率の向上を図ったアルコール蒸留装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、水蒸気圧縮機により昇圧された蒸気を利用してアルコール蒸留塔にてアルコール蒸留を行うアルコール蒸留装置において、
２基以上のアルコール蒸留塔のうちの少なくとも第１のアルコール蒸留塔の塔頂より得られたアルコールベーパを、ポンプを介して循環する循環水の循環経路に設けた流下液膜式凝縮器で凝縮させる第１の凝縮手段と、
該流下液膜式凝縮器で未凝縮のアルコールベーパのみを流下液膜式凝縮器より取り出して冷却水との熱交換により凝縮する、冷却水熱交換器よりなる第２の凝縮手段と、
前記流下液膜式凝縮器でアルコールベーパとの熱交換により得られた低圧飽和蒸気をボイラー蒸気により駆動される蒸気エジェクタで昇圧する低段圧縮手段と、
該低段圧縮手段で昇圧した低圧蒸気を前記水蒸気圧縮機で更に昇圧して高圧蒸気を生成する高段圧縮手段とを具え、
前記高段圧縮手段で更に昇圧した高圧蒸気は第１のアルコール蒸留塔の塔底加熱用熱源に利用され、
一方前記低段圧縮手段で昇圧された低圧蒸気の一部は前記第１のアルコール蒸留塔以外の他のアルコール蒸留塔の塔底加熱用熱源に利用されることを特徴とする。
【００１２】
かかる発明によれば、例えばアルコール蒸留塔の塔底に水蒸気圧縮機で所定の圧力まで昇圧された蒸気を入れてアルコール蒸留を行い、塔頂より４．４t/hのアルコールべーパを得られた場合を飽和水循環型の流下液膜式凝縮器に導入することにより、該流下液膜式凝縮器では飽和水との熱交換にて４．０t/hのアルコールべーパを凝縮でき、未凝縮の０．４t/hのアルコールベーパのみを冷却水の熱交換器により凝縮すれば良い。従来は、４．４t/hのアルコールべーパを凝縮させる冷却水が必要であったが、流下液膜式凝縮器を入れることにより０．４t/hのアルコールベーパを凝縮すれば良くなり、冷却水の使用量が大幅に低減する。
【００１３】
【００１４】
又本発明によれば流下液膜式凝縮器で得られた低圧飽和水蒸気を蒸気エジェクタで昇圧した後水蒸気圧縮機でさらに昇圧されるために、実質的な２段圧縮が可能となり、水蒸気圧縮機の小型化と軸動力の大幅低減につながる。
然も本発明は流下液膜式凝縮器と水蒸気圧縮機を単に組み合わせたのみならず、
このようなシステムは水蒸気圧縮機で吸入する蒸気圧力が高い場合のみシステム構成が可能であるが、前記流下液膜式凝縮器でアルコールベーパとの熱交換により得られる飽和蒸気は低圧であるために水蒸気圧縮機の吸入蒸気圧としては不向きである。そこで蒸気エジェクターを用いて昇圧し、実質的な２段圧縮として構成したことに本発明の有利性がある。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
即ち従来は蒸留塔２（図１参照）の塔底加熱としてボイラースチームを使って加熱しているが、本システムでは、蒸気エジェクタ駆動用だけにボイラー蒸気を用いればよく、蒸留塔１および２の塔底加熱も蒸気エジェクタで昇圧された蒸気のみを利用して行われるために、本来捨てられていた蒸気エネルギーの有効利用とともに、その分ボイラー蒸気も少なくてすむ。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の実施形態にかかる蒸気エジェクタと蒸気圧縮機を組み合わせ、熱回収効率の向上を図ったアルコール蒸留装置で、図中１，２はアルコール蒸留塔、３はモータにより駆動されるスクリュー式水蒸気圧縮機、５は流下液膜式コンデンサで、下部がフラッシュタンク部３１となっており、７５℃の飽和蒸気が蒸気エジェクタ６に取り出される。９は冷却水により未凝縮のアルコールベーパを凝縮する熱交換器(凝縮器)である。
【００１９】
蒸気エジェクタ(サーモコンプレッサ)６は１５kg/cm2、２００℃前後のエジェクタ駆動用ボイラースチーム５２(ボイラーは不図示)により前記低圧飽和蒸気５１が取り出され、両者が混合して例えば０．６６kg/cm2、９０℃前後の低圧蒸気５３が得られ、この低圧蒸気５３が蒸気ヘッダー７に送られる。
蒸気ヘッダー７内の蒸気５４は水蒸気圧縮機３に吸引され、又その余剰蒸気５５は、熱交換器１０を介して他のフラッシュタンク１１に送られる。
【００２０】
流下液膜式凝縮器（コンデンサ）５は、例えば図２に開示されているように、凝縮器底部に設けたフラッシュタンク部３１で飽和水をポンプ３２及び循環経路６６を介して上方の貯留部３３に導き、該貯留部３３に上端を開口する縦型状の伝熱管３５を下方のフラッシュタンク部３１まで貫流開口させ、前記伝熱管３５周囲をアルコールベーパが流入する筒状外套３６が包被する形状となす。
【００２１】
即ち、前記伝熱管３５の上端は飽和水６５が導入される上方貯留部３３に開口され、又前記伝熱管３５の下端はフラッシュタンク部３１に開口している。
そして前記筒状外套３６は上部にアルコールベーパ導入口４０を、下部に前記伝熱管３５を流下する飽和水６５との熱交換により液化したアルコールを未凝縮ベーパとともに、タンク３８に排出する排出口３７が設けられ、前記タンク３８で凝縮したアルコールは配管３９によって分配されて第１のアルコール蒸留塔１と第２のアルコール蒸留塔２に送られ、又未凝縮のアルコールはタンク３８上部より冷却水熱交換器(凝縮器)９に送られ、冷却水Ｃ．Ｗにより熱交換されて凝縮し、第２のアルコール蒸留塔２に送られる。
【００２２】
又前記フラッシュタンク部３１には低圧飽和蒸気５１として蒸気エジェクタ６へ取り出された量に対応する補給水５７がタンク１４より補給される。タンク１４よりの補給水５７は、他のアルコール蒸留塔(第２のアルコール蒸留塔でもよく、又他に増設したアルコール蒸留塔でもよい。)でアルコールべーパ熱交換後の水を貯留したタンク１４より補給されている。
尚、図１において、１０は第２のアルコール蒸留塔２に供給した余剰蒸気５５と第２のアルコール蒸留塔２底部にある９５％アルコールとを熱交換により加熱する熱交換器で、該熱交換器１０により加熱された９５％アルコールが第２のアルコール蒸留塔２底部に供給される。又２２はアルコール蒸気の冷却器、２３，２４，２５は夫々ポンプである。
【００２３】
１１は前記余剰蒸気５５と第１のアルコール蒸留塔１底部に凝縮した凝縮水５８を貯留する他のフラッシュタンクで、該フラッシュタンク１１の蒸気は他のアルコール蒸留塔(不図示)に供給される蒸気を生成する蒸気エジェクタ２０に吸引される。該蒸気エジェクタ２０もボイラー蒸気Ｂ．Ｓによって加熱される。
尚、図中Ｃ．Ｗは冷却水、Ｂ．Ｓはボイラー蒸気である。
【００２４】
次にかかる実施例についてその作用を説明する。
アルコール蒸留塔１の塔底に水蒸気圧縮機３で圧縮生成された１．４kg/cm2、１１０℃程度の蒸気を入れてアルコール蒸留を行い、塔頂より７８℃、４．４t/hのアルコールべーパを流下液膜式凝縮器５に導入する。流下液膜式凝縮器５では飽和水６５との熱交換にて４．０t/hのアルコールべーパを凝縮する。
一方未凝縮の０．４t/hのアルコールベーパを冷却水の熱交換器(凝縮器９)により凝縮する。
従って従来は、４．４t/hのアルコールべーパ用の冷却水が必要であったが、流下液膜式凝縮器５を入れることにより冷却水の必要な熱交換器（コンデンサ）９は、０．４t/hのアルコールベーパを凝縮すれば良くなる。
【００２５】
又前記流下液膜式凝縮器５でアルコールベーパとの熱交換により得られた低圧飽和蒸気５１はボイラー蒸気Ｂ．Ｓにより駆動される蒸気エジェクタ６で０．６６kg/cm2、９０℃前後の低圧蒸気５３に昇圧した後、前記水蒸気圧縮機で更に昇圧をして第１のアルコール蒸留塔１底に送られる。
【００２６】
従って本実施例によれば流下液膜式凝縮器で得られた低圧飽和水蒸気を蒸気エジェクタで昇圧した後水蒸気圧縮機でさらに昇圧されるために、実質的な２段圧縮が可能となり、水蒸気圧縮機の小型化と軸動力の大幅低減につながる。
【００２７】
又、前記蒸気エジェクタ６で昇圧された低圧蒸気５３の一部は蒸気ヘッダ７、熱交換器１０を利用して第２のアルコール蒸留塔２の塔底加熱用熱源に利用する。
【００２８】
又本実施例によれば、ボイラー蒸気Ｂ．Ｓにより駆動される蒸気エジェクタ６，２０で昇圧された蒸気を利用してアルコール蒸留塔１，２塔の塔底加熱用熱源に利用するとともに、前記ボイラー蒸気Ｂ．Ｓをエジェクタ駆動用だけに用いたために本来捨てられていた蒸気エネルギーの有効利用とともに、その分ボイラー蒸気も少なくてすむ。
【００２９】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、水蒸気圧縮機の軸動力の大幅低減と蒸留塔の塔頂より熱交換器に導入されるアルコールべーパ用の冷却水の大幅低減を図ったアルコール蒸留装置を得る事が出来、特に蒸気エジェクタと蒸気圧縮機を組み合わせ、熱回収効率の向上を図ることが出来る。
又、本発明によれば水蒸気圧縮機の小型化と軸動力の大幅低減につながるとともに、前記流下液膜式凝縮器でアルコールベーパとの熱交換により得られる飽和蒸気は低圧であるために水蒸気圧縮機の吸入蒸気圧としては不向きであるが、蒸気エジェクターを用いて昇圧し、実質的な２段圧縮として構成したために蒸気エネルギの有効利用が図れる。
【００３０】
請求項２記載の発明によれば、ボイラー蒸気により駆動される１又は複数の蒸気エジェクタで昇圧された蒸気を利用してアルコール蒸留塔の塔底加熱用熱源に利用するとともに、前記ボイラー蒸気をエジェクタ駆動用だけに用いたために、本来捨てられていた蒸気エネルギーの有効利用とともに、その分ボイラー蒸気も少なくてすむ。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態にかかる蒸気エジェクタと蒸気圧縮機を組み合わせ、熱回収効率の向上を図ったアルコール蒸留装置を示す全体図である。
【図２】  図１に使用される流下液膜式凝縮器の構成図である。
【図３】  従来技術にかかるアルコール蒸留装置を示す全体図である。
【符号の説明】
１，２    アルコール蒸留塔
３    スクリュー式水蒸気圧縮機
５    流下液膜式凝縮器（コンデンサ）
６    蒸気エジェクタ
９    熱交換器
３２    循環ポンプ
【図１】
0004031220.tif 000002
【図２】
0004031220.tif 000003
【図３】
0004031220.tif 000004