薄膜蒸留装置ワイプレンを使った
シ ス
ImTroducllion

テ

ム紹介

Sysl'ems

ofmm(WipedW;preneon

EvcfPO柑†or)(化)プラント部
池田

WFE(Wipeduseaas

Film

Evaporator),
thin

continuousto
It is importantdependingTheon

えselectvariousevaporator

suitabletoliqnids

がterm

of endearment

isin thefield of prqductseparation

whosefollowingof the

combination

processed.
functiorlandofona

薄膜蒸留装置WF

Efor

criterioncommercial

きn(eda真山

Kazuo

Mayama天‑,

hasor

product

purification.

peripheral

equlpmeⅠ1t

Wiprenewitll thebeen

雄inwideselectionof the"Wiprene=andscale.

け易い物質の処理に最適である｡(3)少ない流量でもドライアップし難い｡

Film(WipedEvaporator)は愛のネーミングを新たにした.

秤"ワイプレン(Wiprene)"Wiprene

幸Yukiobeare
explanation
itsof
systemized
application

exampleまfilmエンジニアー)ング讃(4)ロ‑グー回転数は低速でその目的を達することがで

ワイプvンは連続式薄膜蒸留装置として分離精製分野むこ広く使用されているが,処理目的,取扱物質の性状は多肢き,所要動力は′トさくてすむ｡(5)構造はs/ンプルであり,分解組立が容易であるoにわたり,各々の計画に当たってはワイプレンのノ＼‑ド機
能及び周辺設備とのS/ステム構成を適切に選定することが2)蒸発窒にコンデンサニを内蔵できる｡(1)高真空操作が可能であり,沸点の高い物質の蒸留を重要である｡ここではワイプレンの機能および選定基準を説明し,実設備のシステム事例を紹介する.

(2)装置全体をコンパクTlに設備することができる｡

1.

も行うことができる｡

ワイプレンの構造およぴ特長3)ロ‑クーにミストセパレーターを内蔵できる.
(1)操作条件,液物性むこよって蒸発部で飛沫同伴し易い

薄膜蒸留装置ワイプレンの構造を第1囲に示すo1)撹拝型,立型であり,ワイパーにより処理液を薄膜に場合に対処できる｡

形成する｡(2)ミストセパレーターはチャンネル型,シェブロン
塾,ルーバ‑型の3種類があり,物性忙よって使い分(1)高芋占度物質でも伝熱性能が良好である｡(2)液平均滞留時間が秒単位で非常に短く,熱影響を受ける｡(∋ Feed inlet
Distributor@
plate
Evaporator
@
wall

①①

(丑①⑯⑥@
⑥a⑨@

@
⑲⑧⑪

Low

vacnumfilm

evaporator⑪High

vacuumevaporator

第1図
Fig.

Vol. 86No.

Wi pers@①㊨In tern al condenser
Scr aper@⑩Vacuum⑫⑩Distillate⑲㊨wiped㊨@viped

Entrainment

Res idueseparator

outletoutletCool iI唱 wateroutlet& inletVapor

otltletoutletfilm(Molectllar still)

薄膜蒸留装置ワイプレン
I

Schematics

8 (1992/12)

of wipedfilm evaporator

神鋼パンテツク技報

15生)ワイパーはA塾とB型の2種類がある｡

ワイプレンは蒸発,蒸留あるいは精留塔リボイラー等の用途vL使用されているが,蒸留形態として見た場合第3国(1) A型はワイパーがワイパ‑1)チ‑チ‑KL̲フ1)‑で挿入され,ローター回転による遠Jbカで面圧が決定されの連続式単蒸留紅近いものである｡
時￠こは第2国のバッチ操作で蒸留されたものとワイプレるものであり,標準装備形式である｡(2) B型はワイパ‑がスプリング板に保持され,機械的ンで蒸留した蒸気組成及び残液組成が異なるとの指摘を受けることもあるが,これほ蒸留形態の差異によって生じる紅面圧調整ができるo高精度物質,付着生成物質,固形物が発生する物質の処理あるいはエロ‑ジョン･コ現象である｡
ワイプレンは加熱蒸発機構と共紅コンデンサーを内蔵することができ,またローターFLミスTlセパレーターを付属することができるので,第3図に示す予熱･加熱器,蒸発ロ‑ジョン現象の可能性がある物質の処理等VL̲適用される｡:.蒸留装置としての機能れ､い,蒸留は2成分または多成分系の原液においていず若芽,ミストセパレータ‑,コンデンサーを一体とした機能を果たすことが可能である｡
次項よりワイプレンを使ったシステム例を紹介するo

Lの成分も蒸気圧を有して蒸発する場合をいう｡

3.高真空蒸留システム

一般紅蒸発と蒸留を分けて言い表されているが,蒸発はF揮発成分を含む溶液を加熱して単一成分が気化すること

脂肪酸系,ー医薬品あるいは液状ポ.)マ‑など高分子量物質の蒸留では,沸点が高いこと及び熱変質の関係から高真空凍作が必要ケこなる｡医薬品物質でほ瓢点の関係もあるが,特に熱変質の問題より高真空,低温操作を必要とする場合が多い｡
第4図に高真空蒸留のシステム例を示す｡実施例の操作
真空度は脂肪酸系で0ユ‑0.2Torr(13‑27Pa),医薬品,0.05Torr (2.7‑6.7Pa)等があるo
液状ポ1)マ‑で0.02′‑

一方,蒸留に対しては,還流操作を伴わない蒸留な単一転留または単蒸留といい,還流操作を伴う蒸留を精留とい).また,単蒸留及び精留共に原料の供給形式によって回}式と連続式VL分類される｡
単蒸留の基本形として第2図VL回分式単蒸留装置を第3gに連続式単蒸留装置を示す｡
第2図の回分式単蒸留は微分蒸留であり,液が少しずつ賢次に気化し,発生蒸気全ての平均組成は残液組成と平衡冒係にならない｡
第3国の連続式単蒸留は積分蒸留であり,発生した全蒸元の組成は残った液組成と平衡関係にある｡

Mist
SeParaterCollder)ser

Water

Flashdnlnl

Mistseparater

CondellSer

Water○HeaterStea111

Feed

Vacutlm
pし1mp

○ヒeam

Residし1eStillw

Distillate
drtl111/ a'gitator

Residue

亨2園

回分式単蒸留■ig. 2Batch

simpleDistinate

Vacuumpump

Distillate

Feed

Residue

Distillate

Pump

ptlrrLppump

第3図
distillation

Fig.

連続式単蒸留3Continno□ssimpledistillation

Cold trap

Water

Deaerator
WipreneSteamevaporator[Rotiioil

Cold

trap
Coolant

トー

L‑トート

Water

第4図
Fig.

4

南真空蒸留システム‡iighvacuum distillation
sys tenFeedFeedpumppum{p古ーResidue

Distillatepumppump

神鋼パンテツク技報○VacuumVol.

tlnit [ⅠIIVactlum

86

No.

3unit 【I](1992/12)

3.

1

ワイプレン形式

蒸留における発生ガス量,系内洩れ空気量を,圧力損失加熱蒸発面とコンデンサー冷却面を近接させた構造であを許容内でスム‑ズVLN排出し,高真空を維持するためにる高真空用を適用する｡蒸発面と冷却面が近接しているのは,大容量の高真空排気装置と蒸留器内の十分な空間及び排気接続管が必要になる.

で蒸発ベーパ‑の圧力損失を最′J､にして高真空を維持することができ,エ業規模の処理が可能となる｡

実施した1例<操作真空度0.02‑0.05Torr

ワイプt/ンは第1図に示すように低真空用と高真空用があり,操作真空度1.OTorr(133Pa)を境界として使い分けることにしている｡しかし,低真空用内部コンデンサー型であってもベーパー流量と排気系の関係で0.1Torr(13Pa)の操作が行われている例はある｡
3. 2(2.7‑6.7Pa)>を挙げると次の仕様である｡
脱ガス器用高真空排気装置:ルーツ式真空ポンプ2段＋エアーエジュククー付水封式真空ポンプ
抽気量1500m8/h
at 0.1Torr(13Pa)
蒸留器用高真空排気装置:ルーツ式真空ポンプ2艮＋油

脱ガス処理

回転真空ポンプ
抽気重 7000m8/h

高真空操作を行うためにはワイプレン前段工程において,処理原液はできる限り脱ガス,低沸点成分の除去を行

O･01Torr

at(1.3Pa)

4.濃縮システムっておく必要がある｡しかし前段工程の脱ガス条件は十分でない場合が多く,蒸留工程においてワイプレン上流側むこ単蒸留では低沸組成リッチの留出分と無機物あるいは高も第4図のように脱ガス装置(Deaerator)を設備することが一般的である｡
注意すべき点は予熱･蒸留中に発生するノンコンガスで沸組成り'ッチの凍縮残留液に分離されるo処理目的としてあり,当社が実測した例では月旨肪酸系物質の場合1.5N‑m8/1iq･m8であり,この3倍を超える物質もある｡また可塑る場合など種々あるが,ここでは壊綿用途について紹介すは横縞残留液が製品あるいは目的物となる場合,留出液が製品あるいは目的物となる場合,両者とも有効目的物となるo第5図VL3顔潰縮のシステム例を示すo
実施例は低分子量ポ1)マ‑中の溶剤含量80WT%を10O剤では250%のガス容積(2.5N‑m3/1iq.m3)であるとの報告がある｡

ppm以下に潰縮することが処理目的であるが,蒸発分離された溶剤も回収再利用される｡原料中に含まれる溶剤の蒸発率は99.99 %である｡

ここで,大気圧下でのガス容積1N‑m3は真空0.1Torr
0.02Torr(13Pa)下では7600m3になり,(2.7Pa)では4.

1

4.

1. 1珠縮度(溶剤蒸発率),操作圧力これの5倍になることを考えれは脱ガスの重要性が理解できる｡また,低沸ガスが残留する液では薄膜形成が阻害されて伝熱性能に影響する可能性がある.

1) #1ワイプレン:ポリ￣‑マ一旗度IN20WT%→OUT
95WT%(溶剤蒸発率93.8%),操作圧力100Torr(1.33×104Pa)
2)♯2ワイプレン:ポリマー摸度IN
95WT%
99.7 WT%(溶剤蒸発率94. 0 %)操作圧力10Torr(1.33×103Pa)
99.7 WT%→
3)♯3ワイプt/ン:ポ1)マ一旗度IN
99.99 WT%
(溶剤蒸発率96. 7%)
操作圧力1Torr(1.33×102Pa)

脱ガス装置は一般に蒸留真空度の10倍程度の低真空で操作し,液残存ガス及び予熱分解ガスをできるだけ除去する機能を果たす｡
Torr

実施例の脱ガス器真空度は蒸留真空度0.1Torr

0.02‑0.05(133 Pa),
ケこ対して1に対して0.1Torr(13Pa)であった｡
3. 3 高真空排気系

Torr

ワイプレン操作条件(13Pa)(2.7‑6.7Pa)

Vacuumptlmp

Vacuum♯1

Flash

CollderlSer

Flashchamber♯1chamber

WipreneWi prene

evaporator

evaporator

♯3

Steam

Fig.

5Concentration

Vol.

86

No.

aFeed

Residue

pttm ppump(1992/12)pump√

Residue#l

打system∩】lWater

Distillate

濃縮システムtrap

Coolant

♯2

♯1

♯3

StealllSteamevaporator

第5園

ColdWater

Wi prelle
Preheaterchamber

♯3

Water

Steam

pump
Flash

Condenser
♯2

♯2

♯1

OPT

Vacuuln

♯2

pump

OUT‑

‡1

神鋼パンテツク技報♯2pump

打Distillatepump

Residue♯3pump辛2打.

Disti llate
pump

♯3J7

Vactlし1111
Condenser
Water
Feed
ColldellSer
Feed

Rectificati oil
Stea111

Watercolurnn
Steam

Wipreme

Wi prene

evaporator

evaporator
Product∈｢

RecycleDisti 1late

pump

Pump

Pump

√

精留システム崇6園
Fig.

Residue

6

I. 1.

Rectification

2system

第7図

加熱温度Fig.

ポ.)マ‑熱変質の関係で加熱温度が限定される｡
4. 1. 3 沸点上昇
ポ.)マ一旗度が高くなるにつれて沸点は上昇し,高沸ポ

A塑

ワイパー付
処理液は溶剤組成が多く,ポ')マ‑の熱変質は起り難いので,ワイパ‑はA塾を選定している｡
2)♯2ワイプレン:低真空用外部コンデンサー塾,PumP

Pump

加EE運転システム
7Pressuredistillation system

低節点成分の回収で純度が問題㌢こなる場合には回収率の関係から真空度,操作温度の選定に注意が必要であり,精留装置を付設することも必要になる｡
4. 6 真空排気装置
実施例では蓉1及び♯2は抽回転真空ポンプ,B塑

ワイパー付
処理液の溶剤組成が少なくなるとポ1)マ‑熱変質が生ワイパーはB塾を選定している｡
3)♯3ワイプレン:低真空用内部コンデンサー塾,♯3はルーツ真空ポンプ1段＋抽回転真空ポンプとし,個別に真空度制御を行っている｡
各処理段の真空度は各渡縮度,ベーパー凝縮回収ゐ目じ易くなり,付着滞留分の経時的重合が問題となるので的,熱変質の制限,ユーティリティー設備条件などから決定されている｡相互干渉のないように各処理段毎独立の真B塑

ワイパー付
内部コンデンサー塑選定理由は高真空操作と脱揮効率向上にある｡
4. 3

Distillate

がり低折点成分が少なくなると高執点成分の蒸発組成が顕著となり無視できなくなる｡

1)マーの共亨弗が無視できなくなる｡
4. 2
ワイプレン形式1)♯1ワイプレン:低真空用外部コンデンサ‑壁,√Residし1e

空排気装置を酷備することが一般であるo

5.精留システム
第6臥こワイプレンを精留塔用1)ボイラ‑として使用したシステム例を示す｡
処理物質に熱影響を及ぼさないというワイプvンの特長

フラッシュタンクワイプレンの上流側にはそれぞれフラッIyエタンクを設けている｡過熱原液がワイプレンにフィ‑ドされると,ワを清かしたものである｡ワイプレンは低其空用外部コンデ

イプl/ンフィード部でフラッシュが起こり原液の飛散が生じる｡フラッシュ発生は洩縮液側に対しては原液がs/ヨ‑

6.加圧運転システム

トパスして未洩縮の原因となり,留分側に対しては蒸発ペ

ユタンクは過熱原液をワイプレン操作圧力忙対して飽和液とするものであり,脱揮用途では特に注意する必要があ

旗縮液の融点あるいは流動点が高く,蒸発成分の蒸発温度の関係で加圧運転とする必要がある場合,また,前後のプロセスの関係上,加圧下で換作せざるを得ない場合に採用される｡

る｡

7.脱臭システムーパ‑へ原液が飛散してエントvの原因となる｡フラッS'

4. 4

濃縮液保温

ワイプレン加熱部で所定の凍度に壊縮されたとしても,その下流側の液排出部で温度降下があると蒸発ベーパーの再凝縮が起こって旗縮未達成となる場合がある｡この様な場合にほ壌縮液排出配管で液封を行い,その部分の保温を十分に行うことが効果的である｡
4. 5 高沸物の共沸高沸点成分も蒸気圧を有しており,気液の平衡関係で蒸発する｡比揮発度が大で低沸点成分の多い領域における蒸留では高沸点成分蒸発が無視できるとしても,壌縮度が上J∂

ンサ‑塾が適用されるo
第7囲に加圧運転s'ステム例を示す｡

食品,化成品関係では脱臭が重要な工程となる場合がある｡第8囲にスチームストl)ッビングによる脱臭システム
例を示す｡
臭気成分の除去にはいろいろな方式があるが,単に通常の真空蒸留では目的を達成できず,処理液とスチームとの向流按触が非常に有効に作用する場合がある○
ワイプレンはワイパ‑作用により処理液を加熱面に均一な液膜を形成するとともv‑液膜は撹拝されており,本体内にスチーム排出口を兼ねた内簡を挿入する構造として,効率の良い向流接触機能を発揮できる○

神鋼パンテツク技報

Vol. 36 No.

3 (I992/12)

Coll(lellSer
1ⅥlterPreheaStealll

W ipl‑elle

tel一
IIoL oile＼′al)Orator

W(l上er

Steam

第8図Fig.

Deodorizing

Feed♭+
Distillate

ResidLle

VacuumI)ll11叩

Pし】mpDulllPPump>

脱臭システム8system

CondeTISer
Water

W iprelle
evaporator

Mat(eLIP

Wa stete
Co11de11Sa

Feedtaれl(Bag㌔filter

WasteheatI)oiler

Watel.

』

Ptl111p

pulⅥpWastetankoil
Waste

1第9因

oilpumpFig.

8.廃油処理システム

原油濃縮s'ステム
9Concentration

systemof waste

第9図に廃油の処理システム例を示す｡

り,多方面にご使用いただいている｡目的とする性能を満足する為にはワイプレンの単体機能を理解の上で機種選定

廃油原液は水分を97WT%含んでおり,ワイプレンにすることは当然必要であるが,周辺のエンジニアl)ングにより水分を蒸発分離し,凝縮水は放流する｡一方脱水された壊縮オイルは廃液熱分解装置の燃料として燃焼され,この燃焼熱を利用した廃熱ボイラーで発生するスチームはワイプレンの加熱源として使用される｡本例は遺棄できない廃油の省エネ処理システムである｡
むす

86

No.

8(1992/12)

十分配慮することが重要であると痛感する｡
姉妹機であるEXEVA(高精度液用薄膜蒸留装置)と共に新分野,新用途に向い,エンジニア1)ングサービスを充実させ,皆様のご要望にお応えしていきたいと考えている｡〔参考文献〕びワイプレンの基本的な用途例を紹介したが,簡単な装置,システムであってもいろいろな応用分野,用途があVol.

oil1)編集者
平田光稽,顧実正弘:蒸留工学ハンドブック,(1966),朝倉書店
2)著者

神鋼パンテツク技報

河東準,岡田功:新版

蒸留の理論と計算,エ学園讃Jβ