(57)【要約】      （修正有）【課題】低沸点物質の蒸留時にも品質と収率を低下させない蒸留システム及び蒸留方法を提供する。【解決手段】供給原料中に存在する２成分系以上の混合物質を沸点差によって低沸点物質と高沸点物質に分離する蒸留システムにおいて、前記低沸点物質が蒸発し、上部蒸気１１として排出され、前記高沸点物質が下部で凝縮される蒸発分離器１００と、水供給源から導入された水が、前記上部蒸気と熱交換し、前記上部蒸気及び水が各々凝縮及び蒸発する凝縮蒸発器５００と、前記凝縮蒸発器から蒸発した水蒸気を断熱圧縮する圧縮機６００，７００，８００を含んで構成され、前記圧縮機で圧縮された水蒸気の熱を前記蒸発分離器での混合物質の分離のための蒸発熱源として供給する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給原料中に存在する２成分系以上の混合物質を沸点差によって低沸点物質と高沸点物質に分離する蒸留システムにおいて、
前記低沸点物質が蒸発して上部蒸気として排出され、前記高沸点物質が下部で凝縮される蒸発分離器と、
水供給源から導入された水が、前記上部蒸気と熱交換して前記上部蒸気及び水が各々凝縮及び蒸発する凝縮蒸発器と、
前記凝縮蒸発器で蒸発した水蒸気を断熱圧縮する圧縮機を含んで構成され、
前記圧縮機で圧縮された水蒸気の熱を、前記蒸発分離器での混合物質の分離のための蒸発熱源として供給することを特徴とする蒸留システム。
【請求項２】
前記圧縮機は５５００rpm以下の複数の低速送風遠心圧縮機であり、前記複数の低速送風遠心圧縮機によって多段に断熱圧縮されることを特徴とする請求項１に記載の蒸留システム。
【請求項３】
高圧スチームを駆動力とし、前記多段の低速送風遠心圧縮機で圧縮された水蒸気を、目標とする温度になるまで追加的に断熱圧縮する蒸気圧縮機をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の蒸留システム。
【請求項４】
前記蒸発分離器は蒸留塔であり、
前記蒸留塔の下部で凝縮されて排出された高沸点物質凝縮液の一部が、前記断熱圧縮された水蒸気と熱交換して各々蒸発及び凝縮される再沸器(reboiler)をさらに含み、
前記再沸器で蒸発した高沸点物質の加熱蒸気が蒸留塔に供給されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の蒸留システム。
【請求項５】
前記蒸発分離器は低粘度の高沸点物質を抽出するためのストリッピング塔であり、
前記ストリッピング塔の下部で凝縮されて排出された高沸点物質凝縮液の一部と前記断熱圧縮された水蒸気が熱交換し、各々蒸発及び凝縮される再沸器(reboiler)をさらに含み、
前記再沸器で蒸発された高沸点物質の加熱蒸気がストリッピング塔に供給されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の蒸留システム。
【請求項６】
前記蒸発分離器は高粘度の高沸点物質を抽出するためのストリッピング槽であり、
前記断熱圧縮された水蒸気が前記ストリッピング槽の蒸発熱源として前記ストリッピング槽の下部に直接導入されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の蒸留システム。
【請求項７】
前記凝縮蒸発器は薄膜流下式凝縮蒸発器であることを特徴とする請求項４に記載の蒸留システム。
【請求項８】
前記凝縮蒸発器は板型凝縮蒸発器であることを特徴とする請求項５に記載の蒸留システム。
【請求項９】
前記凝縮蒸発器は板型凝縮蒸発器であることを特徴とする請求項６に記載の蒸留システム。
【請求項１０】
供給原料中に存在する２成分系以上の混合物質を沸点差によって低沸点物質と高沸点物質に分離する蒸留システムの蒸留方法において、
前記供給原料を蒸発分離器で高沸点物質の下部凝縮液と低沸点物質の上部排出蒸気として分離する段階と、
前記上部蒸気を水と熱交換させて前記上部蒸気を凝縮すると同時に、水を水蒸気に蒸発させる段階と、
前記水蒸気を多段に断熱圧縮する段階と、
前記圧縮された水蒸気の熱を、前記蒸発分離器での混合物質の分離のための熱源として供給する段階を含んで構成されることを特徴とする蒸留システムの蒸留方法。
【請求項１１】
前記水蒸気を、５５００rpm以下の複数の低速送風遠心圧縮機で多段に断熱圧縮させることを特徴とする請求項１０に記載の蒸留システムの蒸留方法。
【請求項１２】
前記多段断熱圧縮された水蒸気を目標とする温度になるまで、蒸気圧縮機で追加的にさらに圧縮することを特徴とする請求項１１に記載の蒸留システムの蒸留方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は２成分系以上の混合物質を沸点差によって蒸発分離する蒸留システム及びその蒸留方法に関し、より詳細には蒸留システムの蒸発分離器から排出される上部蒸気即ち、塔頂蒸気:(overheadvaＰor)の凝縮潜熱を用いて水を蒸発させ、その蒸発した水蒸気を多段断熱圧縮させ、その圧縮された水蒸気の熱を蒸留システムの蒸発分離器での前記混合物質の分離のための蒸発熱源として用いることを特徴とする蒸留システム及び蒸留方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸留システムは、供給原料中に存在する２成分系以上の混合物質を沸点差によって蒸発分離するためのものである。
蒸留システムの上部で低沸点物質(low  volatile  component)は蒸発して上部蒸気の形態に、蒸留システムの下部で高沸点物質(high  volatile  component)は凝縮液の形態に分離される。
低沸点物質と高沸点物質は各々単一成分でもよく、各々２成分以上の混合物でもよい。
【０００３】
このような蒸留システムは、沸点差によって物質を分離する蒸発分離器を必須として含んでおり、前記蒸発分離器の典型的な例として、蒸留塔(distillation  column)、精留塔(rectification  column)、ストリッピング塔(stripping  column)、ストリッピング槽(stripping  vessel)などがある。
【０００４】
低沸点物質を抽出して目標とする対象製品にする場合は精留塔が使用され、高沸点物質を抽出して目標とする対象製品にする場合はストリッピング塔またはストリッピング槽が使用される。
ストリッピング塔は主に低粘度の高沸点物質を抽出する時、ストリッピング槽は高粘度の高沸点物質を抽出する時に使用される。
【０００５】
一方、蒸留塔は広義としては精留塔またはストリッピング塔まで全て含む概念として使用されたりするが、狭義としては高沸点物質の凝縮部と低沸点物質の精留部を全て備え、低沸点物質と高沸点物質を全て抽出して対象製品とする場合の蒸発分離器を意味する場合として使用されたりもする。
【０００６】
図１は、蒸発分離器であり、蒸留塔を備えた従来の蒸留システムの一例を示した概略図である。
【０００７】
前記蒸留システムは、供給原料が高沸点物質と低沸点物質に分離される蒸留塔１００と、低沸点物質の上部蒸気１１が凝縮される凝縮機(condenser)２００と、高沸点物質の凝縮液２１の一部を再加熱する再沸器(reboiler)３００を含んで構成される。
【０００８】
低沸点物質と高沸点物質が混合された供給原料は、蒸留塔内部の各段で温度/成分の平衡を成して流れるようになり、蒸留塔１００の上部に行くほど低沸点物質が濃厚な蒸発蒸気相(vapor  phase)で、蒸留塔１００の下部側に行くほど高沸点物質が濃厚な凝縮液相(liquid  phase)になる。
【０００９】
蒸留塔１００の最上端から出た上部蒸気１１は凝縮機２００で液化されて凝縮液１２になり、前記凝縮液１２はドラム４００を経た後、ポンプＰによってポンピングされ、その凝縮液の一部１２-１は蒸留塔１００最上端の段の平衡のための流量のみ蒸留塔１００に還流され、残り１２-２は外部に排出されて蒸留液になる。
また、凝縮機２００での上部蒸気１１の凝縮潜熱は循環冷却水によって除去される。
【００１０】
低沸点物質がストリッピングされた蒸留塔１００下部の高沸点物質の凝縮液２１は、蒸留塔から排出されてポンプＰによってポンピングされた後、前記凝縮液の一部２２は再沸器３００に、残り２３は残留液として排出される。
再沸器３００で、前記一部の凝縮液２２は外部の加熱蒸気５０によって加熱されて蒸気になり、該蒸気は蒸留塔１００の最下段の段の平衡及び蒸留塔での蒸発のための熱を供給するために蒸留塔の下段の下部蒸気２４として供給される。
また、前記凝縮液２２中、未蒸発の凝縮液２５は、蒸留塔の最初の排出凝縮液２１に合流される。
【００１１】
図２は、蒸発分離器としてストリッピング塔を具備した従来の蒸留システムの一例を示した概略図である。
【００１２】
前記蒸留システムは、供給原料が高沸点物質と低沸点物質に分離される蒸留塔１００’と、低沸点物質の上部蒸気１１が凝縮される凝縮機(condenser)２００と、高沸点物質の凝縮液２１の一部を再加熱する再沸器(reboiler)３００を含んで構成される。
ストリッピング塔１００’は主に供給原料から低沸点のモノマーを取り除き、低粘度の高沸点ポリマーを精製して得るためのものである。
よって、ストリッピング塔では、モノマーは多段で流れず、図２のようにすぐに蒸発するのが普通である。
一方、高沸点ポリマーはストリッピング塔内部の各段で温度/組成の平衡を成しながら流れ、ストリッピング塔１００の下部側に行くほど高沸点ポリマーが濃厚な凝縮液相(liquidphase)になる。
【００１３】
ストリッピング塔１００の最上段から出た上部蒸気１１は凝縮機２００で液化されて凝縮液１２になり、前記凝縮液１２はポンプＰによってポンピングされて除去される。
ストリッピング塔１００’は低沸点物質を取り除いて高沸点物質を得ることが目的であるため、図１の蒸留塔１００でのように低沸点物質をストリッピング塔に還流させることはない。
凝縮機２００での上部蒸気１１の凝縮熱量は循環冷却水によって除去される。
【００１４】
低沸点物質がストリッピングされたストリッピング塔１００’下部の高沸点物質の凝縮液２１は、ストリッピング塔から排出され、ポンプＰによってポンピングされた後、前記凝縮液の一部２２は再沸器３００に、残り２３は高沸点ポリマーの残留液(製品)として排出される。
再沸器３００で、前記一部の凝縮液２２は、外部のスチーム４０によって加熱されて蒸気になり、該蒸気はストリッピング塔１００’の最下段の段の平衡及び蒸留塔での蒸発のための熱を供給するために、ストリッピング塔下段の下部蒸気２４として供給される。
また、前記凝縮液２２中、未蒸発の凝縮液２５は、ストリッピング塔の最初の排出凝縮液２１に合流される。
外部のスチーム４０は再沸器で熱伝達後、凝縮されて凝縮水４１として排出される。
【００１５】
一方、前記した蒸留システムのエネルギー平衡は、Ｈｆ(供給原料の熱量)＋Ｈｈ(加熱蒸気またはスチームの熱量)＝Ｈｄ(蒸留液の熱量)＋Ｈｒ(残留液の熱量)＋Ｈｃ(冷却水の熱量)で表示することができる。
蒸留システムの物質平衡は供給原料＝蒸留液＋残留液として表示され、各液相の温度と比熱に差があるが、顕熱であるため、各熱量の差が微々であり、概略的に各液相間に概略的にエネルギーも平衡を成すと仮定しても大差はない。
よって、蒸留システムのエネルギー平衡は、ほぼＨｈ＝Ｈｃで仮定することができ、これは再沸器３００と凝縮機２００の供給、除去熱量が近似していることを意味する。
【００１６】
一方、再沸器３００に必要な熱量は高圧スチームあるいは熱媒体油によって供給され、これは相当量の化石燃料の消耗を要する。
また、凝縮機２００で除去される熱量は循環冷却水に伝熱されて冷却塔で送風空気により冷却され、これは送風機と循環冷却水ポンプのモーター駆動のための全力消耗を誘発するなど、一般的な蒸留システムは再沸器３００と凝縮機２００で熱及び電気エネルギーの消耗がある。
【００１７】
しかし、上述したように、再沸器３００と凝縮機２００の供給、除去熱量が近似しているため、上部蒸気１１凝縮時に排出する凝縮潜熱を再沸器３００に必要な蒸発潜熱にリサイクルすることさえできるならば、蒸留システムの消耗エネルギーを大幅に減らすことができる。
ただし、上部蒸気１１の温度は蒸留塔１００またはストリッピング塔１００’下部の蒸発温度より非常に低く、再沸器３００での温度差が追加で必要であるため、上部蒸気１１の凝縮潜熱を利用するためには、前記上部蒸気に対して蒸留システムの設計温度に応じて約３０〜８０℃程度の昇温が要求される。
【００１８】
かかる上部蒸気と下部熱源の温度差を克服するための温度上昇のために、図３に図示されたところのように、高速多段ターボ圧縮機Ｔで上部蒸気１１を断熱圧縮し、この圧縮された上部蒸気を再沸器３００で高沸点物質の凝縮液と熱交換する方式が採用されたことがある。
【００１９】
即ち、図３に開示されているように、蒸留塔１００の上部蒸気(例えば、約９６℃の蒸気)１１から蒸留塔で必要な熱量に相応する量の蒸気１１-１を抽出し、高速多段ターボ圧縮機Ｔで直接断熱圧縮し、例えば１２６℃の高温の圧縮蒸気１４で圧縮してこれを再沸器３００に供給して再沸器で高沸点物質の凝縮液２１の一部２２と熱交換することにより、前記圧縮蒸気１４は凝縮して凝縮液１５とし、高沸点物質の凝縮液２２は加熱蒸発させて、該蒸気２４を蒸留塔１００に供給する方式が提案された。
上部蒸気の抽出蒸気を除いた残りの蒸気１１-２は、凝縮機２００及びドラム４００を経て凝縮液１３となり、以後ポンピングされて還流液１３-１と蒸留液１３-２に分類される。
【００２０】
しかし、前記技術は次のようなさまざまな問題によって、広く実用化できないでいる。
【００２１】
第一に、上部蒸気を直接圧縮し、該上部蒸気を直接熱交換などによって利用する方式であるため、上部蒸気が２成分系以上の物質である場合、適用に限界があった。
上部蒸気が２成分系以上の物質である場合、各々飽和蒸気圧が違うため、凝縮温度を飽和蒸気圧が一番高い物質に合わせてはじめて上部蒸気の全量が凝縮され、このため過度な圧縮が必要であるという問題があった。
よって、かかる方式は蒸留液が目標物である単一成分物質や、飽和蒸気圧が似ている物質に限って適用が可能であるという短所があった。
【００２２】
第二に、例えば、モノマー(低沸点物質)とポリマー(高沸点物質)を分離する場合、上部蒸気のモノマーが高速多段ターボ圧縮機で直接高温、高圧で圧縮されれば、モノマーが重合反応を起こしてポリマー化され得て、かかる場合には、再沸器で高沸点物質と熱交換後に凝縮された凝縮液が対象製品である場合、品質及び収率に莫大な影響を及ぼすため、採択することができなくなる。
【００２３】
第三に、前記高速多段ターボ圧縮機は、１５,０００rｐm以上の高速回転を利用するものであり、周速度(tipspeed)が４０m/sec以上であったため、長時間の運転時に、ステンレス系列の回転ブレードが疲労による亀裂を起こす問題がある。
このため、前記圧縮機の点検を随時行う必要があるなど、メンテナンスが難しいという短所があった。
さらに、かかる形態のターボ圧縮機は相当高価であり、かかる高価な圧縮機を持続的にメンテナンスしなければならないため、維持費も高価になるなど、生産コストの側面で不利であった。
【００２４】
第四に、前記高速多段ターボ圧縮機は高粘度の高沸点物質を分離するための次のような図４のストリッピング槽には適用することができなかった。
【００２５】
図４は、蒸発分離器であり、ストリッピング槽を具備した従来の蒸留システムの一例を示した概略図である。
前記蒸留システムは、供給原料が高沸点物質と低沸点物質に分離されるストリッピング槽１００”と、低沸点物質の上部蒸気１１が凝縮される凝縮機(condenser)２００を含んで構成される。
ストリッピング槽１００”は低沸点のモノマーを取り除いて高粘度の高沸点ポリマーを精製して得るためのものである。
【００２６】
ストリッピング槽１００”に外部からスチーム４０が供給されると、前記スチームは下部にたまった高粘度の混合物質と直接接触して熱伝逹し、この熱によって混合物質中、低沸点物質が蒸発し、水蒸気とともに上部蒸気１１として排出され、混合物質中、高沸点物質はスチームの凝縮水とともに外部に排出２１される。
ストリッピング槽の高沸点ポリマーは粘度が高いため、ストリッピング槽１００”内部に撹拌翼を設置してストリッピング反応を促進させている。
【００２７】
前記ストリッピング槽１００は高粘度のポリマーを抽出するためのものなので、蒸留塔やストリッピング塔でのように、再沸器で高沸点物質の加熱蒸気を得て供給する方式を使用することができず、ポリマーの高い粘度によってスチーム４０との直接接触による熱交換方式の他に使用することができない。
よって、図３のように高速多段ターボ圧縮機と再沸器を利用した熱交換方式は、ストリッピング槽の場合は使用することができないという限界があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
本発明は前記のような問題を解決するために案出されたものであり、上部蒸気を圧縮機で直接圧縮したり、高沸点物質の凝縮液と直接熱交換する方式を取らず、上部蒸気と水を熱交換させてこの水を水蒸気として蒸発させ、前記水蒸気を要求される温度に圧縮し、その熱を利用することによって、２成分系以上に、または互いに飽和蒸気圧が相違した物質で構成された低沸点物質の種類にも制限なく適用することができ、モノマーの蒸留時にも品質と収率を低下させ得ない蒸留システム及び蒸留方法を提供することにその目的がある。
【００２９】
また、本発明の他の目的は、断熱低速多段送風圧縮方式と高圧蒸気圧縮方式を導入することにより、長時間の運転時にも圧縮機の損傷がほとんどなく、メンテナンスが容易で、安価で製品の製造が可能な蒸留システム及び蒸留方法を提供するところにある。
【００３０】
また、本発明のもう一つの目的は、ストリッピング槽の場合にも適って適用できる蒸留システム及び蒸留方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
前記課題を達成するために、本発明の蒸留システムは、供給原料中に存在する２成分系以上の混合物質を沸点差によって低沸点物質と高沸点物質に分離する蒸留システムにおいて、前記低沸点物質が蒸発され、上部蒸気として排出され、前記高沸点物質が下部で凝縮される蒸発分離器と、水供給源から導入された水が前記上部蒸気と熱交換して前記上部蒸気及び水が各々凝縮及び蒸発される凝縮蒸発器と、前記凝縮蒸発器で蒸発した水蒸気を断熱圧縮する圧縮機を含んで構成され、前記圧縮機で圧縮された水蒸気の熱を、前記蒸発分離器での混合物質の分離のための蒸発熱源として供給することを特徴とする。
【００３２】
前記圧縮機は、５５００rpm以下の複数の低速送風遠心圧縮機(centrifugal  fan)であり、前記複数の低速送風遠心圧縮機によって多段に断熱圧縮されるものが望ましい。
【００３３】
また、本発明は、高圧スチームを駆動力として前記多段の低速送風遠心圧縮機で圧縮された水蒸気を目標とする温度になるまで追加的に断熱圧縮する蒸気圧縮機(TVR:Thermal  Vapor  Recompressor)をさらに備えることができる。
【００３４】
また、本発明の望ましい実施例は、前記蒸発分離器が蒸留塔であり、前記蒸留塔の下部で凝縮されて排出された高沸点物質の凝縮液の一部が、前記断熱圧縮された水蒸気と熱交換し、各々蒸発及び凝縮される再沸器(reboiler)をさらに含み、前記再沸器で蒸発された高沸点物質の加熱蒸気が蒸留塔に供給されることを特徴とする。
【００３５】
また、本発明の他の望ましい実施例は、前記蒸発分離器が低粘度の高沸点物質を抽出するためのストリッピング塔であり、前記ストリッピング塔の下部で凝縮されて排出された高沸点物質の凝縮液の一部と、前記断熱圧縮された水蒸気が熱交換して各々蒸発及び凝縮される再沸器(reboiler)をさらに含み、前記再沸器で蒸発された高沸点物質の加熱蒸気がストリッピング塔に供給されることを特徴とする。
【００３６】
また、本発明の他の望ましい実施例は、前記蒸発分離器が高粘度の高沸点物質を抽出するためのストリッピング槽であり、前記断熱圧縮された水蒸気が前記ストリッピング槽の蒸発熱源として前記ストリッピング槽の下部に直接導入されることを特徴とする。
【００３７】
前記凝縮蒸発器は薄膜流下式凝縮蒸発器でもよく、蒸発分離器がストリッピング塔またはストリッピング槽の場合、板型凝縮蒸発器を使用することが望ましい。
【００３８】
本発明の蒸留方法は、供給原料中に存在する２成分系以上の混合物質を沸点差によって低沸点物質と高沸点物質に分離する蒸留システムの蒸留方法において、前記供給原料を蒸発分離器で高沸点物質の下部凝縮液と低沸点物質の上部排出蒸気で分離する段階と、前記上部蒸気を水と熱交換させて前記上部蒸気を凝縮することと同時に水を水蒸気に蒸発させる段階と、前記水蒸気を多段に断熱圧縮する段階と、前記圧縮された水蒸気の熱を前記蒸発分離器での混合物質の分離のための熱源で供給する段階を含んで構成されることを特徴とする。
【００３９】
また、本発明の蒸留方法は、前記水蒸気を、５５００rpm以下の複数の低速送風遠心圧縮機で多段で断熱圧縮させることが望ましくて、前記多段断熱圧縮された水蒸気を目標にする温度になるまで、蒸気圧縮機で追加的にさらに圧縮することができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明の蒸留システム及び蒸留方法は、低沸点物質の成分や飽和蒸気圧の差に関係なく適用することができるため、ストリッピング対象物質の種類にこだわらず、また多様な種類の蒸発分離器にも蒸留ストリッピング対象の品質と収率を低下させることなく、蒸留、ストリッピングすることができるという効果がある。
【００４１】
また、本発明の他の側面によると、長時間の運転時にも、圧縮機のメンテナンスが容易であり、安価で製品を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下では、図面を参照して本発明についてより具体的に説明することとする。
【００４３】
以下の実施例の中で、従来技術と同一の部分は同一の符号をつけ、説明の便宜のために前記の従来技術で既に説明した部分に対する説明を繰り返すことは省略することにする。
【００４４】
図５は、蒸発分離器として蒸留塔を備えた本発明の蒸留システムの一例を示した概略図である。
【００４５】
前記蒸留システムは、供給原料中の低沸点物質が上部で蒸気として蒸発し、上部蒸気１１として排出され、供給原料中の高沸点物質が下部で凝縮されて凝縮液２１として排出される蒸留塔１００と、前記上部蒸気１１が水３０と熱交換して上部蒸気１１及び水３０が各々凝縮及び蒸発する凝縮蒸発器５００と、前記凝縮蒸発器で蒸発した水蒸気を断熱多段圧縮する複数の送風遠心圧縮機６００〜８００と、蒸留塔１００の下部から排出された高沸点物質の凝縮液２１の一部が加熱される再沸器３００を含んで構成される。
【００４６】
本発明の特徴は、従来のように前記上部蒸気１１を直接圧縮して熱交換するなど上部蒸気を圧縮及び熱媒体として直接使用する方式ではなく、前記上部蒸気を水供給源から導入した水３０と熱交換することにより、水を水蒸気３２として蒸発させて、該水蒸気を圧縮及び熱媒体として使用する方式を取っているということにある。
【００４７】
前述したように、上部蒸気１１が２成分系以上の物質である場合、各々飽和蒸気圧が異なるため、凝縮温度を飽和蒸気圧が一番高い物質に合わせてはじめて上部蒸気の全量が凝縮され、このため過度な圧縮が必要であるという問題があったし、このため従来のように、上部蒸気１１を直接圧縮及び熱媒体として利用する方式は蒸留液が目標物である単一成分物質や、飽和蒸気圧が似ている物質に限って適用が可能だという限界があった。
【００４８】
しかし、本発明のように上部蒸気１１と熱交換して生成された水蒸気を圧縮及び熱媒体として利用すると、上部蒸気１１を圧縮する必要がないため、従来のような問題は発生しない。
よって、本発明によると、飽和蒸気圧が相違する２成分以上の低沸点物質の蒸留にもいくらでも適用できるようになる。
上部蒸気１１の凝縮潜熱を図１のように循環冷却水の顕熱で取り除くためには、凝縮される上部蒸気量の６０〜１００倍の冷却水の循環量が必要であるが、水Ｗは凝縮潜熱が非常に大きいため、上部蒸気１１の凝縮潜熱を水Ｗの凝縮潜熱でとり除く本発明の方式によると、凝縮される上部蒸気量の１/２〜１/４の水さえあれば十分であるという長所がある。
【００４９】
前記凝縮蒸発器５００では、一つの成分または飽和蒸気圧が異なる２成分系以上の上部蒸気１１を計算された凝縮潜熱と必要な温度の蒸気圧で凝縮させ、最大の熱量を水に伝達することにより、伝達熱量に相応する熱量の水蒸気を蒸発させるようになる。
【００５０】
具体的に前記凝縮蒸発器５００で必要な量だけ凝縮されて水に熱量を伝達し、残りの上部蒸気１１aは凝縮機２００で凝縮されて凝縮液１２ａになり、該凝縮液は凝縮蒸発器５００で凝縮された凝縮液と合流して合流凝縮液１２としてポンピングされ、蒸留塔への還流液１２-１と蒸留液１２-２に分類される。
【００５１】
凝縮蒸発器５００で蒸発された(飽和)水蒸気３２は、複数の低速送風遠心圧縮機６００〜８００によって多段に断熱圧縮され、蒸発されない水３１は最初に供給された水３０に合流する。
【００５２】
従来の高速多段ターボ圧縮機Ｔは高価であり、回転ブレードが亀裂する虞があってメンテナンスが大変だが、本発明の送風遠心圧縮機は５５００rpm以下の低速の送風遠心圧縮機として低価であり、低速運転されるため、長時間の運転時にも圧縮機の損傷なく安定的に運営できるという長所がある。
ただし、前記送風遠心圧縮機６００〜８００は、５５００rpm以下、望ましくは３０００〜５５００rpmの低速圧縮機であり、高速多段ターボ圧縮機Ｔに比べて圧縮比が低いため、低い圧縮比を償うために複数の送風遠心圧縮機６００〜８００で多段、例えば３〜４段で直列圧縮を行う。
凝縮蒸発器５００で蒸発した飽和水蒸気３２は所定の圧縮比(例えば、１.３〜１.４の圧縮比)に従って前記複数の圧縮機で順次３３、３４、３５の飽和水蒸気に多段断熱圧縮され、前記複数の圧縮機は各段の設定排出圧力によってインバータ制御(frequency  conrol)される。
送風遠心圧縮機によって通常、各段では８〜１０℃で昇温されると４段の場合４０℃まで昇温され得る。
【００５３】
複数の送風遠心圧縮機６００〜８００によっても、再沸器３００で要求する飽和水蒸気温度に及ばない時は、蒸気圧縮機９００で高圧スチームを駆動力にして目標とする温度まで飽和水蒸気を追加して圧縮する。
前記蒸気圧縮機９００で追加して高圧スチームが消耗するため、前記スチームの流量を凝縮蒸発器５００の凝縮温度と蒸発負荷を決定する時、適切に反映することが重要である。
【００５４】
目標温度まで圧縮された飽和水蒸気３６は、再沸器３００に供給され、再沸器で蒸留塔１００から排出された高沸点物質の凝縮液２１の一部２２と熱交換される。
前記高沸点物質の凝縮液２２は、前記水蒸気３６からの熱によって一部が蒸発し、その蒸発した蒸気２４は蒸留塔１００に必要な蒸発熱源として蒸留塔の下部に供給される。
再沸器３００で蒸発しなかった高沸点物質の凝縮液２５は蒸留塔の最初の排出凝縮液２１と合流する。
高沸点物質の凝縮液２１の中で、再沸器として分類される以外の残りは残留液２３として排出される。
【００５５】
一方、図５の実施例で具体的に適用される工程条件は次の通りである。
【００５６】
前記図５に図示されたように、例えば９６℃、０.２７６barA、時間当り流量１６８,１２８kg/hの低沸点物質(例えば、ＣｍＨｎ形態の炭化水素モノマー:例えばシクロヘキサンとヘプタンの混合物質)の上部蒸気１１が蒸留塔１００から排出され、凝縮蒸発器５００で８２℃、時間当り流量２２,０００kg/hの水３０)と熱交換される。
熱交換された凝縮モノマーは凝縮機で凝縮されたモノマーと合流して還流量を除き、時間当り流量１６８,１２８kg/hの蒸留液として排出される。
【００５７】
凝縮蒸発器５００でモノマーの上部蒸気１１から熱伝達を受けた水３０は、加熱蒸発されて飽和水蒸気３２になる。
該飽和水蒸気は３段の送風遠心圧縮機６００〜８００から各々段階的に断熱圧縮され、１１９℃まで昇温された後、最終的に蒸気圧縮機９００から１２６℃まで昇温される。
図５には各段の送風遠心圧縮機での飽和水蒸気の温度及び流量が表示されている。
図示はしなかったが、凝縮蒸発器と第１段の送風遠心圧縮機の間のラインは真空装置と連結されており、例えば、第１段の飽和水蒸気が１barA以下の真空圧力(０.７barA)状態に維持され、約９０℃の温度でも飽和水蒸気状態を維持することができる。
各段の飽和水蒸気の温度及び圧力は設定値に応じて真空装置の真空圧、各送風遠心圧縮機の圧縮比などを変えることによって調節できる。
また、前記圧縮工程はいわゆるポリトロピック断熱圧縮であり、前記各圧縮機で圧縮された飽和水蒸気が過熱されるため、各圧縮機に所定の凝縮水を供給して過熱を取り除く、いわゆるデスーパヒーティング(desuper  heating)が必要であり、これによって各段ごとに約１.７〜３％の追加飽和水蒸気を得るようになるため、各段での飽和水蒸気流量が少しずつ増加するようになる。
デスーパヒーティングは圧縮機間の導管に水を撒く方式で行なうことができ、ここではその詳細な説明は省略することにする。
【００５８】
蒸気圧縮機９００では、時間当りの流量９,１８７kg/h、圧力１５kg/cm2Gの高圧スチームを駆動力とし、目標温度(１２６℃)まで飽和水蒸気を追加して圧縮する。
【００５９】
追加に圧縮された飽和水蒸気(３６:１２６℃、１.４barA、３３,０７４kg/h)は再沸器３００に供給され、高沸点物質の凝縮液の一部２２と熱交換して凝縮され、該凝縮された凝縮液(または凝縮液と凝縮蒸気の混合相:３７)は、ボイラーに供給される。
【００６０】
本発明の第１の技術的思想、すなわち蒸留システムの上部蒸気１１の代わりに上部蒸気の熱を用いて水を飽和水蒸気として蒸発させ、この飽和水蒸気を圧縮して蒸発分離器での蒸発に必要な熱源とする技術的思想は、蒸留システムの様々な異なるタイプにも適用されることができる。
同様に、前記飽和水蒸気を複数の低速送風遠心圧縮機６００〜８００に多段圧縮したり、前記多段圧縮された水蒸気を追加の蒸気圧縮機９００で再び圧縮する本発明の第２の技術的思想もやはり蒸留システムの様々な異なるタイプにも適用することができる。
【００６１】
図６は、蒸発分離器としてストリッピング塔１００’を備えた本発明の蒸留システムの一例を示した概略図である。
【００６２】
上部蒸気１１、水３０、飽和水蒸気、蒸留液の各段階での流量、温度または圧力は図６に表示されたとおりである。
本実施例では、６５℃の水が凝縮蒸発器５００で熱交換されて生成された飽和水蒸気３２が、複数の送風遠心圧縮機６００〜８００で１０６℃まで昇温された後、蒸気圧縮機９００で１２０℃まで加熱される。
【００６３】
前記加熱された飽和水蒸気３６は、再沸器で必要な量(１０,０００kg/h)だけ分類３６-２され、再沸器に供給されて、残りの余分の水蒸気３６-１は別途の工程で供給され、それに応じた用途によって使用されることができる。
【００６４】
再沸器３００での飽和水蒸気と高沸点物質の凝縮液との熱交換過程は、図５の実施例と同一であるためその説明は省略する。
ただし、本実施例は高沸点物質を目標とするストリッピング塔に関するものであるため、低沸点物質の還流工程はない。
【００６５】
図７は、蒸発分離器であり、ストリッピング槽１００”を備えた本発明の蒸留システムの一例を示した概略図である。
【００６６】
本実施例では、粘度が高い高沸点物質の凝縮液を撹拌するためにストリッピング槽１００”の下部に撹拌翼が設置されている。
本実施例では、従来のストリッピング槽で高粘度の混合物質と直接接触し、熱交換するために外部から供給されるスチームと水が上部蒸気と凝縮蒸発器で熱交換されて蒸発及び圧縮された飽和水蒸気に取り替えられたという点に特徴がある。
【００６７】
本実施例において、上部蒸気１１と水３０の凝縮蒸発器５００での熱交換過程は、他の実施例とほぼ同一である。
ただし、本実施例では、上部蒸気１１が全て凝縮蒸発器５００に供給されるのではなく、ストリッピング槽で必要な熱量に相応する量の上部蒸気のみが分類１１-１されて凝縮蒸発器に導入されており、残りの上部蒸気１１-２は凝縮機２００及びドラム４００を経て凝縮される。
このように、上部蒸気を凝縮蒸発器５００の前に分類させると、凝縮蒸発器で全量を凝縮させなくてもよいため、それだけ凝縮蒸発器に至るまでの導管の圧力及び温度損失が少なくなり、それによって伝熱量の損失も減らすことができるという長所がある。
【００６８】
また、本実施例では、凝縮蒸発器５００の外部に上部蒸気の凝縮物を未凝縮蒸気１１-１ａと凝縮液１１-１ｂに分離するセパレータ５１０が設けられている点が異なっている。
前記セパレータ５１０で未凝縮蒸気１１-１ａは凝縮機２００に供給されて全て残らず凝縮され、凝縮液１１-１ｂはセパレータ５１０から第２ドラム４１０に供給される。
第２ドラム４１０では凝縮機２００から出てドラム４００を経た凝縮液１３とセパレータ５１０から移送された凝縮液１１-１ｂが合流されて蒸留液１５として排出される。
【００６９】
水供給源Ｓから供給された水３０は凝縮蒸発器５００で上部蒸気と熱交換して飽和水蒸気３２になり、以後、送風遠心圧縮機及び蒸気圧縮機での多段断熱圧縮は他の実施例と同一である。
蒸気圧縮機９００から出た飽和水蒸気３６はストリッピング槽で必要な量だけ分類３６-２されてストリッピング槽に供給され、残りの余分の水蒸気３６-１は別の工程に供給され、それに応じた用途に従って使用できる。
【００７０】
ストリッピング槽１００”に供給された水蒸気３６-２は、ストリッピング槽内の混合物質と直接接触及び熱伝逹し、混合物質内の低沸点物質とともに上昇して上部蒸気１１として排出される。
混合物質内の高粘度及び高沸点物質の凝縮液は、飽和水蒸気の凝縮水とともに残留して排出される。
本蒸留システムでは、時間が経つほど低沸点物質が上部蒸気１１として除去されるので、蒸発分離器の高沸点物質の含量は少しずつ増加するようになる。
【００７１】
一方、前記凝縮蒸発器としては、いわゆる薄膜流下式凝縮蒸発器(Fallingfilmevaporator)を用いることができる(図５及び図６参照)。
【００７２】
しかし、ストリッピング塔やストリッピング塔反応器の上部蒸気１１は、高分子化合物(ポリマー)を含んでいる場合がほとんどであるため、前記薄膜流下式凝縮蒸発器を用いる場合、前記ポリマーが伝熱管の外壁(shellside)にコーティングされるという問題がある。
このコーティングされたポリマーは除去が非常に難しい。
【００７３】
よって、ストリッピング塔、特にストリッピング槽を蒸発分離器として備えたタイプの蒸留システムでは、伝熱管式熱交換機を用いるより、図７に図示されたように、伝熱板５１１間隔の広い(Freeflow又はWidegap)板型凝縮蒸発器を用いることが望ましい。
板型凝縮蒸発器は解体と掃除が容易であるばかりか、伝熱係数も高いという長所がある。
一方、前記薄膜流下式凝縮蒸発器は、凝縮伝熱面に塗布され得る異物質が上部蒸気に存在しない場合に用られることが望ましい。
【００７４】
一方、前記で例示した物質以外の沸点が、他の様々な物質も本発明に適用できるのは勿論のこと、各物質によって凝縮蒸発器での凝縮温度及び圧力、再沸器での蒸発温度及び圧力は、設定値に応じて各々合わせて選択できる。
また、凝縮蒸発器で蒸発される飽和水蒸気の温度及び圧力、各多段圧縮機で圧縮される飽和水蒸気の温度及び昇温程度、蒸気圧縮機で追加されるスチームの圧力及び量も蒸留システムで必要とする目標設定値によって各々合わせて選択できる。
その他、上部蒸気、凝縮液、水または水蒸気の流量も各段階で必要な熱量を考慮して合わせて選択できることは勿論である。
【００７５】
前記蒸留システム及び蒸留方法によって圧縮された飽和水蒸気のうち、蒸発分離器での混合物質の分離のために所要される水蒸気以外の剰余の水蒸気は、他の必要な分野に供給されることができる。
このような意味で、前記蒸留システム及び蒸留方法はスチーム製造装置及びスチーム製造方法と言える。
剰余の水蒸気(スチーム)を他の工程で使用する場合には、凝縮蒸発器での上部蒸気のエネルギー回収率を高める方向にシステムを構成することが望ましい。
また、他工程で必要な温度と圧力を有するスチームを得るために、前記蒸留システムの凝縮蒸発器以外での熱交換条件の外に、多段圧縮機での圧縮比のような圧縮条件などを適切に調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】図１は、蒸発分離器として蒸留塔を備えた従来の蒸留システムの一例を示した概略図である。
【図２】図２は、蒸発分離器としてストリッピング塔を備えた従来の蒸留システムの一例を示した概略図である。
【図３】図３は、従来の蒸留システムの他の一例を示した概略図である。
【図４】図４は、蒸発分離器としてストリッピング槽を備えた従来の蒸留システムの一例を示した概略図である。
【図５】図５は、蒸発分離器として蒸留塔を備えた本発明の蒸留システムの一例を示した概略図である。
【図６】図６は、蒸発分離器としてストリッピング塔を備えた本発明の蒸留システムの一例を示した概略図である。
【図７】図７は、蒸発分離器としてストリッピング槽を備えた本発明の蒸留システムの一例を示した概略図である。
【符号の説明】
【００７７】
９      流量
１１    上部蒸気
１１−１、１１−２    蒸気
１１−１ａ    未凝縮蒸気
１１−１ｂ    凝縮液                          
１２    凝縮液
１２ａ  凝縮液
１２−１    還流液
１２−２    蒸留液
１３    凝縮液
１３−１    還流液
１３−２    蒸留液
１４    圧縮蒸気
１５    凝縮液、蒸留液
２１    凝縮液
２２    凝縮液
２３    残留液
２４    下部蒸気
２５    凝縮液
３０    水
３１    水
３２、３３、３４、３５、３６    飽和水蒸気
４０    スチーム
４１    凝縮水
５０    加熱蒸気
１００  蒸留塔
１００’  ストリッピング塔
１００”  ストリッピング槽
１６８  時間当たり流量
２００  凝縮機
３００  再沸器
４００  ドラム
４１０  第２ドラム
５００  凝縮蒸発器
５１０  セパレータ
５１１  伝熱板
６００  低速送風遠心圧縮機
６００  送風遠心圧縮機
９００  蒸気圧縮機
Ｐ      ポンプ
Ｓ      水供給源
Ｔ      高速多段ターボ圧縮機
Ｗ      水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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