[发明专利]热交换型蒸馏装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于实施广泛应用于诸多工业流程中的蒸馏操作的蒸馏装置，尤其涉及一种热交换型蒸馏装置。

背景技术

蒸馏分离操作被普遍广泛地应用于工业流程，但也是能量消耗非常大的单元操作。因此在产业界中正在进行能够减少能量消耗的蒸馏装置的研究。在这样的研究中，作为节能性优异的蒸馏装置，正在进行内部热交换型蒸馏塔(Heat Integrated Distillation Column，以下称为HIDiC)的开发。

该HIDiC的基本系统如图1所示，具有将浓缩部(高压部)和回收部(低压部)分离排列的结构。并且，为了使浓缩部的操作温度高于回收部的操作温度，而使浓缩部的操作压力高于回收部的操作压力。由此，若在两者间存在热交换面，则从浓缩部向回收部产生热移动，因此能够减小重沸器的热输入量。而且由于浓缩部的热量向回收部移动，因此能够减小冷凝器的除热量。因此，成为能量效率极高的蒸馏装置。

为了实现这种HIDiC的实用化，提出了多种双重管结构的蒸馏装置，该双重管结构由形成浓缩部的内管与形成回收部的外管构成(例如参照专利文献1：日本特开2004-16928号公报)。这样的结构由于从浓缩部(内管)向回收部(外管)产生热移动，因此能够减小重沸器中的热输入量和冷凝器中的除热量。

然而，如专利文献1公开那样，浓缩部和回收部以双重管结构构筑的热交换型蒸馏装置存在如下的1)～6)的课题。

1)无法进行产物的侧馏(side cut)。侧馏是指将得到最终馏出产物之前的蒸馏流程过程中的产物抽出作为中间分馏产物的情况。

在专利文献1记载的蒸馏装置中，将双重管结构的管单元组以彼此相接的方式配置。而且，向外管及内管填充规则填充物。因此，无法以从各管单元的内管取出中间分馏产物的方式形成配管，其结果是无法实现侧馏。

2)无法进行原料供给段(送料段)的优化。这是因为，在由双重管结构构筑的浓缩部和回收部中，各自的填充量相同，无法自由地设定浓缩部和回收部的段数。

3)无法对应于供给的原料而改变供给位置。这是因为如上述2)所述那样无法自由地设定送料段位置的结构的缘故。

4)无法应对多元送料(多个原料流的接受)。这是因为如上述1)所述那样无法向双重管的途中供给原料的结构的缘故。

5)装置的维护困难。如上述1)所述那样，由于使用了规则填充物的管单元彼此相邻而密集，因此无法完全地接近所希望的管单元，从而无法进行它们的维护。

6)使用了双重管的浓缩部与回收部之间的热交换量相对于传热面积没有设计上的自由度，仅依赖于蒸馏塔的温度分布，在装置设计中热交换量的设计上的自由度小。

在总传热系数为U，传热面积为A，浓缩部与回收部之间的温度差为ΔT时，浓缩部与回收部之间的热交换量Q由Q＝U×A×ΔT表示。在使用了双重管结构的HIDiC中，内管壁面成为传热面积。该传热面积是根据双重管的形状决定的固定值。关于总传热系数，是根据传热结构及进行热交换的流体物性而决定的固定值。因此，从上述的热交换量算出式可知，设计时的热交换量只能根据因浓缩部和回收部的操作压力而变化的浓缩部与回收部之间的温度差进行变更。

作为能够解决上述课题的热交换型蒸馏装置，本申请人提出了专利文献2：日本专利第4803470号的方案。

图2表示专利文献2公开的蒸馏装置的一例。该蒸馏装置具备：浓缩塔1；配置在比浓缩塔1高的位置上的回收塔2；使回收塔的塔顶部2c与浓缩塔的塔底部1a连通的第一配管23；对来自回收塔的塔顶部2c的蒸气进行压缩并向浓缩塔的塔底部1a传送的压缩器4。而且，蒸馏装置具备：设置在回收塔2的规定的段上、积存从上方流下的液体的积液部2e；配置在积液部2e内的热交换器8；设置在浓缩塔1的规定的位置上并将上下的段完全分隔的分隔板16；将分隔板16的下侧的蒸气向热交换器8导入的第二配管29；将经由第二配管29向热交换器8导入之后从热交换器8流出的流体向分隔板16的上侧导入的第三配管30。

在这样的结构中，利用第二配管29将浓缩塔1内的蒸气向塔外抽出，将该蒸气向回收塔2内的热交换器8导入，从而能够使浓缩塔1的热量向回收塔2移动。而且，浓缩塔1内的高压蒸气朝向回收塔2的热交换器8而在第二配管29中上升，由此，在热交换器8内一部分或全部发生了冷凝的流体被从回收塔2向塔外的第三配管30压出。因此，该结构在从回收塔2向铅垂方向下侧的浓缩塔1的送液中不需要泵等压力输送机构。