蒸留塔及びその組立方法
【課題】建設時及びメンテナンス時の工程を削減し、作業期間の短縮を図ることを目的とする。
【解決手段】内部に空洞部を有する塔本体の内部に、充填材及び棚段の少なくとも一方からなる充填材を配した蒸留塔において、塔本体の内部の上端部にコンデンサーを設ける。
【解決手段】内部に空洞部を有する塔本体の内部に、充填材及び棚段の少なくとも一方からなる充填材を配した蒸留塔において、塔本体の内部の上端部にコンデンサーを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蒸留塔、さらに詳しくは、コンデンサー及びリボイラーを組み込んだ蒸留塔に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸留塔には、連続式や回分式があるが、それらの大部分は、コンデンサーやリボイラーは、蒸留塔の外部に設けられている（特許文献１等参照）。
【０００３】
その例としては、図１４や図１５に示されるような蒸留塔があげられる。
これらの蒸留塔１は、内部に充填物３を充填した塔本体２を有し、この塔本体２の中央部に、蒸留対象の蒸留原料供給配管４が設けられ、ここから蒸留原料が供給される。塔本体２内に供給された蒸留原料は蒸留され、留出されたガスは塔本体２の塔頂に設けられた留出配管５から外部に出て、コンデンサー６に送られる。このコンデンサー６で、留出ガスは冷却、液化され、一部が還流配管７を経由して、塔本体２の頂部に戻されると共に、残部が次工程に送られる。なお、図１５においては、コンデンサー６で冷却、液化された還流液が貯留タンク６ａに一時的に溜められ、一部が還流配管７を経由して、塔本体２の頂部に戻されると共に、残部が次工程に送られる。
【０００４】
また、上記塔本体２内で下方に流下した残留分は、蒸留塔の塔底に配された塔底配管８から外部に送られる。この塔底配管８に送られた残留分の大部分は、リボイラー９に送られて加熱され、液体と蒸気の混相流となり、塔底部に戻される。
【０００５】
ところで、このような蒸留塔の組み立ては、各部材を蒸留塔の設置場所に持ち込み、まず、蒸留塔内に、充填材を充填し、次いで、リボイラー等の蒸留塔の底部周辺部の接続を行うと共に、コンデンサー等の蒸留塔の頂部周辺部の接続を行うことにより行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２２６００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、コンデンサーやリボイラーを蒸留塔の外部に設ける場合、上記のように、設置場所における作業工程が多くあり、時間がかかって効率的でない。
【０００８】
これに対し、蒸留塔内への充填材の充填等、蒸留塔内部の組み込みを工場等で前もって行い、設置場所に搬送することが考えられる。この場合、設置場所での作業は、蒸留塔の設置、コンデンサー及びリボイラーの組み入れのみとなり、現地での作業の省力化を図ることができる。
【０００９】
しかし、この場合、内部の組み込みを行った蒸留塔は、搬送される際、搬送中の振動等によって、充填材同士の間に隙間ができる場合がある。この場合、所定の蒸留段数を得られなくなり、十分な蒸留が困難となることがある。
【００１０】
そこで、この発明は、工場で、コンデンサー、リボイラー、充填材等の組み立て及び組み入れを行い、設置場所における蒸留塔設置の際の工程を削減し、作業期間の短縮を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、内部に空洞部を有する塔本体の内部に充填材を充填した蒸留塔において、この塔本体の内部の上端部にコンデンサーを設けると共に、塔本体の内部の下端部にリボイラーを設けることにより、上記課題を解決したのである。
【００１２】
また、充填材について、その下部を塔本体に固定した格子状の充填材支持部材で支持し、かつ、その上部にリング状部材を載せ、このリング状部材を上方から押さえて固定させることができる。これにより、搬送時の振動等による充填材同士間に隙間ができるのを防止できるので、前もって、工場で充填材を塔本体へ組み入れても、所定の蒸留段数を得ることが可能となる。このため、設置場所における蒸留塔設置の際の工程を削減し、作業期間の短縮を図ることに寄与することができる。
【００１３】
さらに、上記塔本体の内部に配された上記コンデンサーと上記充填材との間に、上記塔本体の内壁に沿った周縁部に設けられるドーナツ状の還流液溜め部、この還流液溜め部の内周壁で囲まれた開口部、及びこの開口部の上方に設けられる、上記コンデンサーから流下する還流液を上記還流液溜め部に送る屋根部から構成される還流分配部を設け、上記還流液溜め部の内周壁及び底壁の少なくとも１箇所に還流孔を設けること、すなわち、還流分配機能を塔内に組み込んだことにより、還流液溜め部の液レベルを計測し、この還流孔から出て、下方の充填材に戻る還流液の量を計算することにより、還流液量と外部への抜き出し量を調整し、蒸留分離で重要な還流を管理することができる。
【発明の効果】
【００１４】
蒸留塔の塔本体の内部の上端部にコンデンサーを設けたので、設置場所における蒸留塔設置の際の工程を削減し、作業期間の短縮を図ることに寄与することができる。
また、充填材を固定することにより、前もって、工場で充填材を塔本体へ組み入れても、搬送時の振動等による蒸留段数の低下を抑制して、所定の蒸留段数を得ることが可能となり、設置場所における蒸留塔設置の際の工程を削減し、作業期間の短縮を図ることに寄与することができる。
さらに、塔本体の内部に配された上記コンデンサーと上記充填材との間に、所定の還流分配部及び所定の調整部を設けたので、還流液量と外部への抜き出し量を調整することができ、蒸留分離で重要な還流を管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明にかかる蒸留塔の例を示すプロセス図
【図２】（ａ）集液再分散装置の例を示す正面断面図、（ｂ）（ａ）の立面断面図、（ｃ）（ａ）の平面断面図
【図３】集液再分散装置の蒸留液再分散部の例を示す斜視図
【図４】（ａ）充填材の固定機構の例を示す立面断面図、（ｂ）（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）（ａ）のＣ−Ｃ断面図
【図５】（ａ）（ｂ）塔本体上端部のコンデンサーの例を示す模式図
【図６】（ａ）板状体組合せ型熱交換器に用いられる板状体の例を示す正面図、（ｂ）（ａ）のａ−ａ断面図
【図７】（ａ）板状体のＡ面とＡ面とを組み合わせる様子を示す模式図、（ｂ）板状体のＡ面とＡ面とを組み合わせた状態を示す模式図、（ｃ）板状体のＢ面とＢ面とを組み合わせる様子を示す模式図、（ｄ）板状体のＢ面とＢ面とを組み合わせた状態を示す模式図、（ｅ）複数の板状体を組み合わせた状態を示す模式図
【図８】（ａ）板状体の例を示す正面図、（ｂ）（ａ）に示す板状体と凸部の形成角度の異なる板状体の例を示す正面図、（ｃ）（ａ）と（ｂ）とを重ね合わせたときの状態を示す正面図
【図９】（ａ）この発明の板状体組合せ型熱交換器の板状体収納筒に板状体を収納する様子を示す斜視図、（ｂ）（ａ）の部分拡大正面図、（ｃ）この発明の板状体組合せ型熱交換器の端面開口の部分の拡大断面図、（ｄ）この発明の板状体組合せ型熱交換器の正面図
【図１０】（ａ）還流分配部の平面断面図、（ｂ）還流分配部の拡大立面断面図
【図１１】還流液溜め部に設けられた縦孔及び横孔の例を示す断面図
【図１２】還流分配部からの液を抜き出す配管の例を示すプロセス図
【図１３】還流比を調整するためのフロー図
【図１４】従来の蒸留塔の例を示すプロセス図
【図１５】従来の他の蒸留塔の例を示すプロセス図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明にかかる蒸留塔１１は、図１に示すように、内部に空洞部を有する塔本体１２の内部に、充填材１３を充填した塔である。この塔本体１２の中央部付近に、蒸留原料Aを供給する蒸留原料配管１４が設けられ、ここから、蒸留原料Aは供給される。
【００１７】
上記充填材１３は、この蒸留原料配管１４が挿入される箇所の上部と下部の少なくとも２箇所に分けて設けるのがよい。このとき、この蒸留原料配管１４の出口を、後述する集液再分散装置１７の蒸留液回収部１８の中央部の回収部材１８ａの上方となる位置に配すると、蒸留原料配管１４からの蒸留原料が、集液再分散装置を通って下部の充填材１３に送られるので、蒸留の効率をより向上させることができる。
【００１８】
［充填材］
上記充填材１３としては、規則充填物があげられる。この規則充填物は、多数の孔を有するものであり、多数の孔を開けた平板体や網状体等を円柱状、塔の形状に加工したものがあげられる。この規則充填物は、その径や高さを上記塔本体の径や高さに合わせたものが使用される。この規則充填物を用いると、性能面及び圧損をより低減することができる。このような規則充填物としては、エムシーパック（マツイマシン（株）製）等があげられる。
【００１９】
この充填材１３は、塔本体１２内部に充填した後に搬送した場合、搬送時の振動で充填材１３同士の間に隙間が生じる場合がある。これを防ぐ手段として、充填した充填材を塔本体１２内に固定することが考えられる。
【００２０】
この固定方法として、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、塔本体１２に充填材支持部材１３ａを固定し、その上に上記充填材１３を載せ、そして、その上部にリング状部材１３ｂを載せ、このリング状部材１３ｂを上方から押さえる方法を採用することができる。
【００２１】
上記充填材支持部材１３ａは、図４（ｂ）に示すように、粗い格子状の形状を有しており、蒸留液や蒸留ガスは滞留させずに移動するが、充填材１３は、その下部をこの充填材支持部材１３ａによって支持される。
【００２２】
また、上記リング状部材１３ｂは、図４（ａ）（ｃ）に示すように、上記充填材１３の上に載せられた部材である。そして、このリング状部材１３ｂの上方の塔本体１２内部に、係止部材１３ｃを固定するための固定部材１３ｄが形成される。この係止部材１３ｃを、リング状部材１３ｂを上方から押さえた状態で固定部材１３ｄに固定することにより、充填材１３を固定する。
【００２３】
この係止部材１３ｃの具体例としては、ボルト等があげられる。また固定部材１３ｄの例としては、係止部材１３ｃとしてボルトを用いる場合、このボルトと合うねじ穴をもつ、塔本体１２に固定された板状体をあげることができる。
【００２４】
［集液再分散装置］
上記充填材１３を複数段設ける場合、１つの充填材１３と次の充填材１３との間に、図１や図２（ａ）〜（ｃ）に示す集液再分散装置１７を設けてもよい。この集液再分散装置１７は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、上段部に設けられた蒸留液回収部１８、及び、連絡路１９を介して、下段部に設けられた蒸留液再分散部２０から構成される。
【００２５】
上記蒸留液回収部１８は、上方からの蒸留液を回収する装置であり、横断面が上方に開口したＶ字状の回収部材１８ａ、１８ｂと、これら回収部材１８ａ、１８ｂで回収した蒸留液を連絡路１９に送るための回収路１８ｃから構成される。この回収部材１８ａ、１８ｂは、２枚の板状体をＶ字状に組み合わせた形状を有する。
【００２６】
上記回収部材１８ａは、図２（ａ）に示すように、蒸留液回収部１８のほぼ中央部に、塔本体１２の軸方向と直角方向に配され、回収部材１８ｂは、回収部材１８ａの長さ方向と回収部材１８ｂの長さ方向が平行となるように、隣接して、複数個配される。この回収部材１８ｂの中央部側のＶ字の一辺、すなわち、中央部側のＶ字を構成する板状体は、他の一辺（他方の板状体）より短く設けられる。これは、回収部材１８ｂと、隣接する回収部材１８ａ又は１８ｂとの間に隙間が生じ、上方からの蒸留液が蒸留液回収部１８から外れて漏れ落ちるのを防止するためである。
【００２７】
上記の回収部材１８ａ及び１８ｂの底部には、それぞれ開口１８ｄが形成され、この全ての開口１８ｄの下方には、上記回収路１８ｃが配される。この回収路１８ｃには、回収部材１８ａ及び１８ｂで集められた蒸留液が、各開口１８ｄを介して送られる。そして、この集められた蒸留液は、回収路１８ｃに連結された連絡路１９に送られ、次いで、連絡路１９に連結された蒸留液再分散部２０に送られる。
【００２８】
上記蒸留液再分散部２０は、連絡路１９に連結された再分散主管２０ａ、再分散主管２０ａに連結された再分散副管２０ｂから構成される。この再分散主管２０ａは、塔本体１２の軸方向と直角方向に配されると共に、上記再分散副管２０ｂは、再分散主管２０ａの側面から塔本体１２の軸方向と直角方向に突き出すように、１本又は複数本が配される。
【００２９】
上記再分散副管２０ｂの上部には、図３に示すように、１つ又は複数の孔２０ｃが設けられる。また、この再分散副管２０ｂの側周面には、その側周面の上半分の面から、再分散副管２０ｂから離れた下方に向けて、蒸留液分散シート２０ｄが配される。上記再分散副管２０ｂに送られた蒸留液は、上記孔２０ｃから溢れるようにして出る。そして、この蒸留液分散シート２０ｄに沿って、その下端縁から充填材１３に、蒸留液が移動する。この蒸留液分散シート２０ｄは、再分散副管２０ｂの長手方向の全体に設けられるので、上記孔２０ｃから溢れた蒸留液が直接、充填材１３に滴下されるのを防止できる。
【００３０】
上記蒸留液分散シート２０ｄは、充填材１３のより広範囲に蒸留液を送ることができ、充填材１３内での蒸留操作をより効率よく行うことを可能とすることができる。
【００３１】
この蒸留液分散シート２０ｄの上端縁は、上記再分散副管２０ｂの側周面に取り付けられるが、その取付位置は、側周面の上半分の面であればよく、上記孔２０ｃを覆う形としてもよい。ただし、孔２０ｃを覆う場合、孔２０ｃは塞がれないように、隙間が設けられる。
【００３２】
この上記蒸留液分散シート２０ｄの下端縁は、充填材１３への蒸留液の移動を容易ならしめるため、図３に示すように、ヒダ状としてもよい。ヒダ状以外に、この下端部は、凸凹状、ジグザグ状等の形としてもよい。
【００３３】
また、この蒸留液分散シート２０ｄは、蒸留液がこのシート全面に行き渡らせるため、凸凹状、孔を開けたシート状、金網状のいずれの形態を採用してもよい。
【００３４】
上記蒸留液再分散部２０は、上記したリング状部材１３ｂに取り付けられる。このため、このリング状部材１３ｂは、充填材１３を上から押さえる役目と、蒸留液再分散部２０を保持する役目の両方を担うこととなる。なお、図２（ａ）（ｂ）には、上記した係止部材１３ｃ及び固定部材１３ｄを図示していない。
【００３５】
ところで、この蒸留液回収部１８の上方の塔本体１２内周面には、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、下端縁が内向きの傾斜を有する蒸留液誘導筒１８ｅが取り付けられる。これにより、塔本体１２内周面を伝った蒸留液は、この蒸留液誘導筒１８ｅによって、塔本体１２の内周面より少し内側に誘導され、回収部材１８ａ又は１８ｂ上に落下する。このため、塔本体１２内周面を伝って、充填材１３の中に入らない蒸留液が生じるのを防止することができる。
【００３６】
［コンデンサー］
上記塔本体１２の内部の上端部には、コンデンサー１５が設けられる。図１に示すように、コンデンサー１５が塔本体１２内部に設けられるので、蒸留塔自体がコンパクトになると共に、塔本体１２とコンデンサー１５とを接続する連結管がなくなり、保温処置等が不要となる。
【００３７】
このコンデンサー１５としては、図１に示すように、多数の管を何重にも配した多管式熱交換器１５ａの軸方向を、塔本体１２の軸方向に沿わせて配したものをあげることができる。この場合、多管式熱交換器１５ａを塔本体１２の内部に完全に収納することができる。
【００３８】
また、図５（ａ）に示すように、この多管式熱交換器１５ａの軸方向を、塔本体１２の軸方向に対して直角方向に配した多管式熱交換器１５ｂを用いてもよい。
【００３９】
［板状体組合せ型熱交換器］
さらに、他のコンデンサーとして、図５（ｂ）に示すような、凹凸を有する板状体の組み合わせから形成される板状体組合せ型熱交換器１５ｃを、塔本体１２の内部の上端部に配してもよい。
【００４０】
この板状体組合せ型熱交換器１５ｃは、凹凸を有する板状体２１を複数枚、組み合わせて形成したものである。この板状体２１としては、図６（ａ）（ｂ）に示される円盤体２１ａをあげることができる。
【００４１】
この板状体２１は、多数の並行した筋状の凸部２２ａが形成されると共に、周縁部に近い箇所に２箇所、孔部２３が設けられたものである。この凸部２２ａの裏側は凹部２２ｂを形成しており、また、孔部２３の周縁は、凹部２２ｂの底部と同じ位置（高さ）で孔部周縁平面部２３ａを形成する。
【００４２】
この板状体２１は、上記孔部２３を重ね合わせて使用される。この板状体２１の凸部２２ａが出た面（以下、「Ａ面」と称することがある。）と他の板状体２１のＡ面とを重ね合わせると、図７（ａ）（ｂ）に示すように、一方の板状体２１の凸部２２ａの頂部と、他方の板状体２１の凸部２２ａの頂部が当たって重ね合わされる。そして、板状体２１の凹部２２ｂは、両隣の凸部２２ａの間に挟まれて、隙間部２４ａを形成する。また、板状体２１の周縁部は、外部と連結した隙間部である開放部２５が形成される。
【００４３】
また、この板状体２１の凸部２２ａが出た面と反対の面（凹部２２ｂのある側の面、以下、「Ｂ面」と称することがある。）と他の板状体２１のＢ面とを重ね合わせると、図７（ｃ）（ｄ）に示すように、２つの板状体２１の周縁部同士及び凹部２２ｂの部分が、ぴったり重なり合う。そして、板状体の凸部２２ａは、両隣の凹部２２ｂの間に挟まれて、隙間部２４ｂを形成する。
【００４４】
一方、孔部周縁平面部２３ａは、凹部２２ｂの底部と同じ位置（高さ）に形成されているので、隙間部２４ｃが形成される。この隙間部２４ｃは、孔部２３と繋っている。
【００４５】
ところで、図８（ａ）（ｂ）に示すように、板状体２１の凸部２２ａ（凹部２２ｂ）は、２つの孔部２３の中心同士を結んだ線に対し、０°より大きく、９０°より小さい角度（９０°より大きく、１８０°より小さい角度）を付けて形成し、かつ、２枚の板状体２１の凸部２２ａを形成する角度を変えることが考えられる。この場合、２枚の板状体２１のＡ面同士を重ね合わると、図８（ｃ）に示すように、１枚の板状体２１の凸部２２ａ（凹部２２ｂ）と、他の１枚の板状体２１の凸部２２ａ（凹部２２ｂ）とは、交差することとなる。このとき、凹部２２ｂで形成される隙間部２４ａは、網目状に連結することとなり、１つの隙間部２４ａに入った流れは、交差部で他の隙間部２４ａに移行することが可能となる。このため、１つの隙間部２４ａに入った流れは、全ての隙間部２４ａに伝播し得ることとなる。
【００４６】
また、２枚の板状体２１のＢ面同士を重ね合わせた場合、図８（ｃ）に示す場合と同様に、１枚の板状体２１の凹部２２ｂ（凸部２２ａ）と、他の１枚の板状体２１の凹部２２ｂ（凸部２２ａ）とは、交差することとなる。このとき、凸部２２ａで形成される隙間部２４ｂは、網目状に連結することとなり、１つの隙間部２４ｂに入った流れは、交差部で他の隙間部２４ｂに移行することが可能となる。また、一部の隙間部２４ｂは、孔部周縁平面部２３ａに形成される隙間部２４ｃを介して、孔部２３と繋がる。このため、孔部２３から供給される流れは、隙間部２４ｃを通って、隙間部２４ｂに入り、交差部で他の隙間部２４ｂに移行することが可能となる。このため、孔部２３からの流れは、全ての隙間部２４ｂに伝播し得ることとなる。
【００４７】
上記板状体２１の重ね合わせは、図７（ｅ）に示すように、１枚目の板状体２１のＡ面に２枚目の板状体２１のＡ面を重ね合わせ、２枚目の板状体２１のＢ面に３枚目の板状体２１のＢ面を重ね合わせるという重ね合わせ方を繰り返していくことにより行われる。すなわち、１枚の板状体２１を、［Ａ：Ｂ］で表したとき、
……：Ａ］−［Ａ：Ｂ］−［Ｂ：Ａ］−［Ａ：Ｂ］−［Ｂ：……
となる。
【００４８】
この重ね合わせた板状体２１の群を、図９（ａ）（ｂ）に示すように、板状体収納筒２６に挿入することにより、板状体組合せ型熱交換器１５ｃを形成することができる。この板状体組合せ型熱交換器１５ｃは、板状体収納筒２６内に板状体２１を収納した熱交換器である。この板状体収納筒２６には、側周面に側面開口２６ａ及び２６ｂが設けられると共に、端面に端面開口２６ｃ及び２６ｄが設けられる。
【００４９】
この板状体組合せ型熱交換器１５ｃを使用する際に、上方に向けられる側面開口２６ａは、下方に向けられる側面開口２６ｂより大きな穴で形成される。これは、下方に向けられる側面開口２６ｂが大きいと、より下方からの蒸留ガスが板状体組合せ型熱交換器１５ｃ内部に入りやすくなり、板状体組合せ型熱交換器１５ｃ内部での熱交換機能に影響を与えるからである。
【００５０】
また、図９（ｃ）（ｄ）に示すように、この板状体組合せ型熱交換器１５ｃの内部の板状体２１の一方の孔部２３に繋がるように、板状体収納筒２６の一方の端面に端面開口２６ｃを設け、また、他方の孔部２３に繋がるように、他方の端面に端面開口２６ｄを設けたとき、一方の端面開口から流体を流入させると、板状体２１のＢ面同士を重ね合わせたときに生じる隙間部２４ｂ及び隙間部２４ｃを経由して、他方の端面開口２６ｄから流体を流出させることができる。
【００５１】
このようにして、側面開口又は端面開口のいずれか一方から板状体組合せ型熱交換器１５ｃに、蒸留ガスを通し、他方の端面開口又は側面開口に冷媒を流すことにより、熱交換が可能となり、蒸留ガスを液化し、還流液とすることができる。また、リボイラーとして用いた場合は、蒸留液を蒸発させることができる。
【００５２】
［還流分配部］
次に、上記のコンデンサー１５を塔本体１２の内部の上端部に設けた場合、冷却され、液化した蒸留物である還流液は、すべて流下し、還流液溜め部３２に集液される。そして、一部を充填材１３に流下させ、残りを還流液として取り出して次工程に送られる場合が多い。そのため、上記コンデンサー１５と充填材１３との間に、図１に示すような還流分配部３１を設けることが考えられる。
【００５３】
この還流分配部３１は、詳細は図１０（ａ）（ｂ）に示すように、塔本体１２の内壁に沿った周縁部に設けられるドーナツ状の還流液溜め部３２、この還流液溜め部３２の内周壁で囲まれた開口部３３、この開口部３３の上方に設けられる屋根部３４から形成される。この屋根部３４は、コンデンサー１５から落下する還流液が、開口部３３から、充填材１３に直接、落下するのを防止し、還流液溜め部３２に送る働きを有する。
【００５４】
上記の還流液溜め部３２の内周壁及び底壁の少なくとも１箇所には、図１１に示すように、還流孔３５を有する。還流液溜め部３２にきた還流液は、この還流孔３５から、受け部３６及び充填材１３上部に設けられた液分散装置受け部３７を介して、液分散装置３８から充填材１３の上面に均等になるように送られ、蒸留に供与される。
【００５５】
ところで、上記還流液溜め部３２に溜まった還流液は、上記還流液溜め部３２の内周壁や底壁に設けられた孔から、図１１の矢印に示されるような流れで流出する。すなわち、底壁に設けられた縦孔３５ａからは、還流液溜め部３２に溜まる還流液の高さにしたがった流量でほぼ均一に流出する。一方、内周壁に設けられた横孔３５ｂからは、横孔３５ｂの設けられた位置（底壁からの高さ）によって、流出量は変わる。この横孔３５ｂからの流量は、下記式（１）で示されるトリチェリの定理で算出することができる。
Ｑ＝Ｃ×ａ×（２×ｇ×Ｈ）１／２ （１）
（なお、Ｑは流量（ｍ３／ｓ）、Ｃは流量係数、ａは孔の断面積（ｍ２）、ｇは重力加速度（ｍ／ｓ２）、Ｈは液深（ｍ）を示す。）
【００５６】
これらから、上記還流液溜め部３２に溜められる還流液の高さを所定値としたときの還流量、すなわち、上記還流液溜め部３２の孔からの流出量は、計算できるので、目的の還流量にあわせて、設ける穴の位置、数及び大きさを調整することができる。
【００５７】
ところで、上記還流液溜め部３２に溜められる還流液の高さは、図１０（ｂ）に示すように、この還流液溜め部３２に液面計３９を差し込むことにより、測定することができる。この液面計３９としては、上記還流液溜め部３２に差し込むことができ、かつ、データの表示部分を塔本体１２の外部に配置することのできる装置であればよい。そのような液面計の中でも、２線式ウェーブガイドレーダー式の液面計を用いるのがより好ましい。この液面計は、検出器の部分が一本の曲げることが可能な棒状であり、取扱いが容易であり、また、液の物性や液の流動に関わらず、正確な液レベルを表示できるという特徴を有する。
【００５８】
また、図１０（ａ）（ｂ）、図１２に示すように、上記還流液溜め部３２の底部には、還流液を抜き出す抜き出し管４０を有しており、この抜き出し管４０を介して、塔本体１２の外部に還流液を抜き出し、制御弁４１、流量計４２を介して、次工程に供給される。
【００５９】
この発明にかかる蒸留塔１１の還流比、すなわち、上記還流液溜め部３２の還流孔３５からの流出量と、抜き出し管４０からの抜き出し量との比は、制御弁４１を調整することにより設定することができる。具体的には、図１３に示すように、流量計４２により、流量（Ｄ）の測定を行う。また、このＤの値と、液面計３９による還流液溜め部３２の液面高さの変化を測定し、還流量（Ｒ）を算出する。次いで、Ｒ及びＤより還流比（Ｒ／Ｄ）を算出し、その値が設定値より大きい場合は、Ｄを増やすように制御弁４１を開く方向に作動させ、一方、設定値より小さい場合は、Ｄを減らすように、制御弁４１を閉める方向に作動させる。この調整を適宜行うことにより、還流比を所定の値に保つことができる。
【００６０】
［リボイラー］
次に、上記塔本体１２の内部の下端部には、図１に示すように、リボイラー１６が設けられる。このリボイラー１６としては、凹凸を有する板状体の組み合わせから形成されるもの、すなわち、上記した板状体組合せ型熱交換器１５ｃと同様の板状体組合せ型熱交換器１６ａを用いることができる。これは、側面開口又は端面開口の一方（図１では端面開口）から熱媒体を供給し、側面開口又は端面開口の他方（図１では底面側の側面開口）に高沸分が入ることができるようにすることにより、高沸分の再加熱が可能となる。そして、この再加熱により気化したものは、上面に開口された部分（図１では、上面側の側面開口）より上昇して充填材１３内に入り、再び蒸留にかけられる。一方、蒸発しない液状物は、蒸留残分として塔本体１２の下端から抜き出され、次の工程に送られる。
【００６１】
板状体組合せ型熱交換器１６ａを設ける数は、図１に記載のような２つに限られるものではなく、リボイラーとしての能力に合わせて任意に設置すればよい。また、この板状体組合せ型熱交換器１６ａの大きさは、塔本体１２の大きさや、蒸留対象物等にあわせて、任意に選択することができる。
【００６２】
上記の通り、図１において、リボイラー１6を塔本体１２の外部に設けた場合、リボイラー１6と塔底部との接続配管の設置、及びリボイラーの取付架台等の関連設備の設置は蒸留塔の設置場所で行うことになるが、リボイラー１６を塔本体１２の内部の下端部に設ける場合は、リボイラー１６と塔底部との接続配管、及びリボイラーの取付架台等の関連設備の設置は不要となり、設置場所での工事を短期間で済ませることが可能となる。
【００６３】
上記の蒸留塔１１において、コンデンサー、還流分配器、充填物、リボイラー等の組み込みを工場で行うことのできる大きさは、充填物の形状の制限から、塔径が８５０ｍｍφ以下のものが好ましく、８００ｍｍφ以下のものがより好ましい。
【００６４】
この発明にかかる蒸留塔の組み立ては、上記の通り、内部に空洞部を有する塔本体の内部に充填材を充填・固定すると共に、上記塔本体の内部の上端部にコンデンサーを設け、かつ、上記塔本体の内部の下端部にリボイラーを設けることにより、蒸留塔を組み上げる。これは、工場内で行うことができる。次いで、組み上げられた蒸留塔を、設置場所に運び、設置する。これにより、設置場所における工事を大幅に減らすことができ、設置場所における工事を省力化することが可能となる。
【符号の説明】
【００６５】
１ 蒸留塔
２ 塔本体
３ 充填物
４ 蒸留原料供給配管
５ 留出配管
６ コンデンサー
６ａ 貯留タンク
７ 還流配管
８ 塔底配管
９ リボイラー
【００６６】
１１ 蒸留塔
１２ 塔本体
１３ 充填材
１３ａ 充填材支持部材
１３ｂ リング状部材
１３ｃ 係止部材
１３ｄ 固定部材
１４ 蒸留原料配管
１５ コンデンサー
１５ａ 多管式熱交換器
１５ｂ 多管式熱交換器
１５ｃ 板状体組合せ型熱交換器
１６ リボイラー
１７ 集液再分散装置
１８ 蒸留液回収部
１８ａ、１８ｂ 回収部材
１８ｃ 回収路
１８ｄ 開口
１８ｅ 蒸留液誘導筒
１９ 連絡路
２０ 蒸留液再分散部
２０ａ 再分散主管
２０ｂ 再分散副管
２０ｃ 孔
２０ｄ 蒸留液分散シート
【００６７】
２１ 板状体
２１ａ 円盤体
２２ａ 筋状の凸部
２２ｂ 筋状の凹部
２３ 孔部
２３ａ 孔部周縁平面部
２４ａ 隙間部
２４ｂ 隙間部
２４ｃ 隙間部
２５ 開放部
２６ 板状体収納筒
２６ａ 側面開口
２６ｂ 側面開口
２６ｃ 端面開口
２６ｄ 端面開口
【００６８】
３１ 還流分配部
３２ 還流液溜め部
３３ 開口部
３４ 屋根部
３５ 還流孔
３５ａ 縦孔
３５ｂ 横孔
３６ 受け部
３７ 液分散装置受け部
３８ 液分散装置
３９ 液面計
４０ 抜き出し管
４１ 制御弁
４２ 流量計
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蒸留塔、さらに詳しくは、コンデンサー及びリボイラーを組み込んだ蒸留塔に関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸留塔には、連続式や回分式があるが、それらの大部分は、コンデンサーやリボイラーは、蒸留塔の外部に設けられている（特許文献１等参照）。
【０００３】
その例としては、図１４や図１５に示されるような蒸留塔があげられる。
これらの蒸留塔１は、内部に充填物３を充填した塔本体２を有し、この塔本体２の中央部に、蒸留対象の蒸留原料供給配管４が設けられ、ここから蒸留原料が供給される。塔本体２内に供給された蒸留原料は蒸留され、留出されたガスは塔本体２の塔頂に設けられた留出配管５から外部に出て、コンデンサー６に送られる。このコンデンサー６で、留出ガスは冷却、液化され、一部が還流配管７を経由して、塔本体２の頂部に戻されると共に、残部が次工程に送られる。なお、図１５においては、コンデンサー６で冷却、液化された還流液が貯留タンク６ａに一時的に溜められ、一部が還流配管７を経由して、塔本体２の頂部に戻されると共に、残部が次工程に送られる。
【０００４】
また、上記塔本体２内で下方に流下した残留分は、蒸留塔の塔底に配された塔底配管８から外部に送られる。この塔底配管８に送られた残留分の大部分は、リボイラー９に送られて加熱され、液体と蒸気の混相流となり、塔底部に戻される。
【０００５】
ところで、このような蒸留塔の組み立ては、各部材を蒸留塔の設置場所に持ち込み、まず、蒸留塔内に、充填材を充填し、次いで、リボイラー等の蒸留塔の底部周辺部の接続を行うと共に、コンデンサー等の蒸留塔の頂部周辺部の接続を行うことにより行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２２６００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、コンデンサーやリボイラーを蒸留塔の外部に設ける場合、上記のように、設置場所における作業工程が多くあり、時間がかかって効率的でない。
【０００８】
これに対し、蒸留塔内への充填材の充填等、蒸留塔内部の組み込みを工場等で前もって行い、設置場所に搬送することが考えられる。この場合、設置場所での作業は、蒸留塔の設置、コンデンサー及びリボイラーの組み入れのみとなり、現地での作業の省力化を図ることができる。
【０００９】
しかし、この場合、内部の組み込みを行った蒸留塔は、搬送される際、搬送中の振動等によって、充填材同士の間に隙間ができる場合がある。この場合、所定の蒸留段数を得られなくなり、十分な蒸留が困難となることがある。
【００１０】
そこで、この発明は、工場で、コンデンサー、リボイラー、充填材等の組み立て及び組み入れを行い、設置場所における蒸留塔設置の際の工程を削減し、作業期間の短縮を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、内部に空洞部を有する塔本体の内部に充填材を充填した蒸留塔において、この塔本体の内部の上端部にコンデンサーを設けると共に、塔本体の内部の下端部にリボイラーを設けることにより、上記課題を解決したのである。
【００１２】
また、充填材について、その下部を塔本体に固定した格子状の充填材支持部材で支持し、かつ、その上部にリング状部材を載せ、このリング状部材を上方から押さえて固定させることができる。これにより、搬送時の振動等による充填材同士間に隙間ができるのを防止できるので、前もって、工場で充填材を塔本体へ組み入れても、所定の蒸留段数を得ることが可能となる。このため、設置場所における蒸留塔設置の際の工程を削減し、作業期間の短縮を図ることに寄与することができる。
【００１３】
さらに、上記塔本体の内部に配された上記コンデンサーと上記充填材との間に、上記塔本体の内壁に沿った周縁部に設けられるドーナツ状の還流液溜め部、この還流液溜め部の内周壁で囲まれた開口部、及びこの開口部の上方に設けられる、上記コンデンサーから流下する還流液を上記還流液溜め部に送る屋根部から構成される還流分配部を設け、上記還流液溜め部の内周壁及び底壁の少なくとも１箇所に還流孔を設けること、すなわち、還流分配機能を塔内に組み込んだことにより、還流液溜め部の液レベルを計測し、この還流孔から出て、下方の充填材に戻る還流液の量を計算することにより、還流液量と外部への抜き出し量を調整し、蒸留分離で重要な還流を管理することができる。
【発明の効果】
【００１４】
蒸留塔の塔本体の内部の上端部にコンデンサーを設けたので、設置場所における蒸留塔設置の際の工程を削減し、作業期間の短縮を図ることに寄与することができる。
また、充填材を固定することにより、前もって、工場で充填材を塔本体へ組み入れても、搬送時の振動等による蒸留段数の低下を抑制して、所定の蒸留段数を得ることが可能となり、設置場所における蒸留塔設置の際の工程を削減し、作業期間の短縮を図ることに寄与することができる。
さらに、塔本体の内部に配された上記コンデンサーと上記充填材との間に、所定の還流分配部及び所定の調整部を設けたので、還流液量と外部への抜き出し量を調整することができ、蒸留分離で重要な還流を管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明にかかる蒸留塔の例を示すプロセス図
【図２】（ａ）集液再分散装置の例を示す正面断面図、（ｂ）（ａ）の立面断面図、（ｃ）（ａ）の平面断面図
【図３】集液再分散装置の蒸留液再分散部の例を示す斜視図
【図４】（ａ）充填材の固定機構の例を示す立面断面図、（ｂ）（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）（ａ）のＣ−Ｃ断面図
【図５】（ａ）（ｂ）塔本体上端部のコンデンサーの例を示す模式図
【図６】（ａ）板状体組合せ型熱交換器に用いられる板状体の例を示す正面図、（ｂ）（ａ）のａ−ａ断面図
【図７】（ａ）板状体のＡ面とＡ面とを組み合わせる様子を示す模式図、（ｂ）板状体のＡ面とＡ面とを組み合わせた状態を示す模式図、（ｃ）板状体のＢ面とＢ面とを組み合わせる様子を示す模式図、（ｄ）板状体のＢ面とＢ面とを組み合わせた状態を示す模式図、（ｅ）複数の板状体を組み合わせた状態を示す模式図
【図８】（ａ）板状体の例を示す正面図、（ｂ）（ａ）に示す板状体と凸部の形成角度の異なる板状体の例を示す正面図、（ｃ）（ａ）と（ｂ）とを重ね合わせたときの状態を示す正面図
【図９】（ａ）この発明の板状体組合せ型熱交換器の板状体収納筒に板状体を収納する様子を示す斜視図、（ｂ）（ａ）の部分拡大正面図、（ｃ）この発明の板状体組合せ型熱交換器の端面開口の部分の拡大断面図、（ｄ）この発明の板状体組合せ型熱交換器の正面図
【図１０】（ａ）還流分配部の平面断面図、（ｂ）還流分配部の拡大立面断面図
【図１１】還流液溜め部に設けられた縦孔及び横孔の例を示す断面図
【図１２】還流分配部からの液を抜き出す配管の例を示すプロセス図
【図１３】還流比を調整するためのフロー図
【図１４】従来の蒸留塔の例を示すプロセス図
【図１５】従来の他の蒸留塔の例を示すプロセス図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明にかかる蒸留塔１１は、図１に示すように、内部に空洞部を有する塔本体１２の内部に、充填材１３を充填した塔である。この塔本体１２の中央部付近に、蒸留原料Aを供給する蒸留原料配管１４が設けられ、ここから、蒸留原料Aは供給される。
【００１７】
上記充填材１３は、この蒸留原料配管１４が挿入される箇所の上部と下部の少なくとも２箇所に分けて設けるのがよい。このとき、この蒸留原料配管１４の出口を、後述する集液再分散装置１７の蒸留液回収部１８の中央部の回収部材１８ａの上方となる位置に配すると、蒸留原料配管１４からの蒸留原料が、集液再分散装置を通って下部の充填材１３に送られるので、蒸留の効率をより向上させることができる。
【００１８】
［充填材］
上記充填材１３としては、規則充填物があげられる。この規則充填物は、多数の孔を有するものであり、多数の孔を開けた平板体や網状体等を円柱状、塔の形状に加工したものがあげられる。この規則充填物は、その径や高さを上記塔本体の径や高さに合わせたものが使用される。この規則充填物を用いると、性能面及び圧損をより低減することができる。このような規則充填物としては、エムシーパック（マツイマシン（株）製）等があげられる。
【００１９】
この充填材１３は、塔本体１２内部に充填した後に搬送した場合、搬送時の振動で充填材１３同士の間に隙間が生じる場合がある。これを防ぐ手段として、充填した充填材を塔本体１２内に固定することが考えられる。
【００２０】
この固定方法として、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、塔本体１２に充填材支持部材１３ａを固定し、その上に上記充填材１３を載せ、そして、その上部にリング状部材１３ｂを載せ、このリング状部材１３ｂを上方から押さえる方法を採用することができる。
【００２１】
上記充填材支持部材１３ａは、図４（ｂ）に示すように、粗い格子状の形状を有しており、蒸留液や蒸留ガスは滞留させずに移動するが、充填材１３は、その下部をこの充填材支持部材１３ａによって支持される。
【００２２】
また、上記リング状部材１３ｂは、図４（ａ）（ｃ）に示すように、上記充填材１３の上に載せられた部材である。そして、このリング状部材１３ｂの上方の塔本体１２内部に、係止部材１３ｃを固定するための固定部材１３ｄが形成される。この係止部材１３ｃを、リング状部材１３ｂを上方から押さえた状態で固定部材１３ｄに固定することにより、充填材１３を固定する。
【００２３】
この係止部材１３ｃの具体例としては、ボルト等があげられる。また固定部材１３ｄの例としては、係止部材１３ｃとしてボルトを用いる場合、このボルトと合うねじ穴をもつ、塔本体１２に固定された板状体をあげることができる。
【００２４】
［集液再分散装置］
上記充填材１３を複数段設ける場合、１つの充填材１３と次の充填材１３との間に、図１や図２（ａ）〜（ｃ）に示す集液再分散装置１７を設けてもよい。この集液再分散装置１７は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、上段部に設けられた蒸留液回収部１８、及び、連絡路１９を介して、下段部に設けられた蒸留液再分散部２０から構成される。
【００２５】
上記蒸留液回収部１８は、上方からの蒸留液を回収する装置であり、横断面が上方に開口したＶ字状の回収部材１８ａ、１８ｂと、これら回収部材１８ａ、１８ｂで回収した蒸留液を連絡路１９に送るための回収路１８ｃから構成される。この回収部材１８ａ、１８ｂは、２枚の板状体をＶ字状に組み合わせた形状を有する。
【００２６】
上記回収部材１８ａは、図２（ａ）に示すように、蒸留液回収部１８のほぼ中央部に、塔本体１２の軸方向と直角方向に配され、回収部材１８ｂは、回収部材１８ａの長さ方向と回収部材１８ｂの長さ方向が平行となるように、隣接して、複数個配される。この回収部材１８ｂの中央部側のＶ字の一辺、すなわち、中央部側のＶ字を構成する板状体は、他の一辺（他方の板状体）より短く設けられる。これは、回収部材１８ｂと、隣接する回収部材１８ａ又は１８ｂとの間に隙間が生じ、上方からの蒸留液が蒸留液回収部１８から外れて漏れ落ちるのを防止するためである。
【００２７】
上記の回収部材１８ａ及び１８ｂの底部には、それぞれ開口１８ｄが形成され、この全ての開口１８ｄの下方には、上記回収路１８ｃが配される。この回収路１８ｃには、回収部材１８ａ及び１８ｂで集められた蒸留液が、各開口１８ｄを介して送られる。そして、この集められた蒸留液は、回収路１８ｃに連結された連絡路１９に送られ、次いで、連絡路１９に連結された蒸留液再分散部２０に送られる。
【００２８】
上記蒸留液再分散部２０は、連絡路１９に連結された再分散主管２０ａ、再分散主管２０ａに連結された再分散副管２０ｂから構成される。この再分散主管２０ａは、塔本体１２の軸方向と直角方向に配されると共に、上記再分散副管２０ｂは、再分散主管２０ａの側面から塔本体１２の軸方向と直角方向に突き出すように、１本又は複数本が配される。
【００２９】
上記再分散副管２０ｂの上部には、図３に示すように、１つ又は複数の孔２０ｃが設けられる。また、この再分散副管２０ｂの側周面には、その側周面の上半分の面から、再分散副管２０ｂから離れた下方に向けて、蒸留液分散シート２０ｄが配される。上記再分散副管２０ｂに送られた蒸留液は、上記孔２０ｃから溢れるようにして出る。そして、この蒸留液分散シート２０ｄに沿って、その下端縁から充填材１３に、蒸留液が移動する。この蒸留液分散シート２０ｄは、再分散副管２０ｂの長手方向の全体に設けられるので、上記孔２０ｃから溢れた蒸留液が直接、充填材１３に滴下されるのを防止できる。
【００３０】
上記蒸留液分散シート２０ｄは、充填材１３のより広範囲に蒸留液を送ることができ、充填材１３内での蒸留操作をより効率よく行うことを可能とすることができる。
【００３１】
この蒸留液分散シート２０ｄの上端縁は、上記再分散副管２０ｂの側周面に取り付けられるが、その取付位置は、側周面の上半分の面であればよく、上記孔２０ｃを覆う形としてもよい。ただし、孔２０ｃを覆う場合、孔２０ｃは塞がれないように、隙間が設けられる。
【００３２】
この上記蒸留液分散シート２０ｄの下端縁は、充填材１３への蒸留液の移動を容易ならしめるため、図３に示すように、ヒダ状としてもよい。ヒダ状以外に、この下端部は、凸凹状、ジグザグ状等の形としてもよい。
【００３３】
また、この蒸留液分散シート２０ｄは、蒸留液がこのシート全面に行き渡らせるため、凸凹状、孔を開けたシート状、金網状のいずれの形態を採用してもよい。
【００３４】
上記蒸留液再分散部２０は、上記したリング状部材１３ｂに取り付けられる。このため、このリング状部材１３ｂは、充填材１３を上から押さえる役目と、蒸留液再分散部２０を保持する役目の両方を担うこととなる。なお、図２（ａ）（ｂ）には、上記した係止部材１３ｃ及び固定部材１３ｄを図示していない。
【００３５】
ところで、この蒸留液回収部１８の上方の塔本体１２内周面には、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、下端縁が内向きの傾斜を有する蒸留液誘導筒１８ｅが取り付けられる。これにより、塔本体１２内周面を伝った蒸留液は、この蒸留液誘導筒１８ｅによって、塔本体１２の内周面より少し内側に誘導され、回収部材１８ａ又は１８ｂ上に落下する。このため、塔本体１２内周面を伝って、充填材１３の中に入らない蒸留液が生じるのを防止することができる。
【００３６】
［コンデンサー］
上記塔本体１２の内部の上端部には、コンデンサー１５が設けられる。図１に示すように、コンデンサー１５が塔本体１２内部に設けられるので、蒸留塔自体がコンパクトになると共に、塔本体１２とコンデンサー１５とを接続する連結管がなくなり、保温処置等が不要となる。
【００３７】
このコンデンサー１５としては、図１に示すように、多数の管を何重にも配した多管式熱交換器１５ａの軸方向を、塔本体１２の軸方向に沿わせて配したものをあげることができる。この場合、多管式熱交換器１５ａを塔本体１２の内部に完全に収納することができる。
【００３８】
また、図５（ａ）に示すように、この多管式熱交換器１５ａの軸方向を、塔本体１２の軸方向に対して直角方向に配した多管式熱交換器１５ｂを用いてもよい。
【００３９】
［板状体組合せ型熱交換器］
さらに、他のコンデンサーとして、図５（ｂ）に示すような、凹凸を有する板状体の組み合わせから形成される板状体組合せ型熱交換器１５ｃを、塔本体１２の内部の上端部に配してもよい。
【００４０】
この板状体組合せ型熱交換器１５ｃは、凹凸を有する板状体２１を複数枚、組み合わせて形成したものである。この板状体２１としては、図６（ａ）（ｂ）に示される円盤体２１ａをあげることができる。
【００４１】
この板状体２１は、多数の並行した筋状の凸部２２ａが形成されると共に、周縁部に近い箇所に２箇所、孔部２３が設けられたものである。この凸部２２ａの裏側は凹部２２ｂを形成しており、また、孔部２３の周縁は、凹部２２ｂの底部と同じ位置（高さ）で孔部周縁平面部２３ａを形成する。
【００４２】
この板状体２１は、上記孔部２３を重ね合わせて使用される。この板状体２１の凸部２２ａが出た面（以下、「Ａ面」と称することがある。）と他の板状体２１のＡ面とを重ね合わせると、図７（ａ）（ｂ）に示すように、一方の板状体２１の凸部２２ａの頂部と、他方の板状体２１の凸部２２ａの頂部が当たって重ね合わされる。そして、板状体２１の凹部２２ｂは、両隣の凸部２２ａの間に挟まれて、隙間部２４ａを形成する。また、板状体２１の周縁部は、外部と連結した隙間部である開放部２５が形成される。
【００４３】
また、この板状体２１の凸部２２ａが出た面と反対の面（凹部２２ｂのある側の面、以下、「Ｂ面」と称することがある。）と他の板状体２１のＢ面とを重ね合わせると、図７（ｃ）（ｄ）に示すように、２つの板状体２１の周縁部同士及び凹部２２ｂの部分が、ぴったり重なり合う。そして、板状体の凸部２２ａは、両隣の凹部２２ｂの間に挟まれて、隙間部２４ｂを形成する。
【００４４】
一方、孔部周縁平面部２３ａは、凹部２２ｂの底部と同じ位置（高さ）に形成されているので、隙間部２４ｃが形成される。この隙間部２４ｃは、孔部２３と繋っている。
【００４５】
ところで、図８（ａ）（ｂ）に示すように、板状体２１の凸部２２ａ（凹部２２ｂ）は、２つの孔部２３の中心同士を結んだ線に対し、０°より大きく、９０°より小さい角度（９０°より大きく、１８０°より小さい角度）を付けて形成し、かつ、２枚の板状体２１の凸部２２ａを形成する角度を変えることが考えられる。この場合、２枚の板状体２１のＡ面同士を重ね合わると、図８（ｃ）に示すように、１枚の板状体２１の凸部２２ａ（凹部２２ｂ）と、他の１枚の板状体２１の凸部２２ａ（凹部２２ｂ）とは、交差することとなる。このとき、凹部２２ｂで形成される隙間部２４ａは、網目状に連結することとなり、１つの隙間部２４ａに入った流れは、交差部で他の隙間部２４ａに移行することが可能となる。このため、１つの隙間部２４ａに入った流れは、全ての隙間部２４ａに伝播し得ることとなる。
【００４６】
また、２枚の板状体２１のＢ面同士を重ね合わせた場合、図８（ｃ）に示す場合と同様に、１枚の板状体２１の凹部２２ｂ（凸部２２ａ）と、他の１枚の板状体２１の凹部２２ｂ（凸部２２ａ）とは、交差することとなる。このとき、凸部２２ａで形成される隙間部２４ｂは、網目状に連結することとなり、１つの隙間部２４ｂに入った流れは、交差部で他の隙間部２４ｂに移行することが可能となる。また、一部の隙間部２４ｂは、孔部周縁平面部２３ａに形成される隙間部２４ｃを介して、孔部２３と繋がる。このため、孔部２３から供給される流れは、隙間部２４ｃを通って、隙間部２４ｂに入り、交差部で他の隙間部２４ｂに移行することが可能となる。このため、孔部２３からの流れは、全ての隙間部２４ｂに伝播し得ることとなる。
【００４７】
上記板状体２１の重ね合わせは、図７（ｅ）に示すように、１枚目の板状体２１のＡ面に２枚目の板状体２１のＡ面を重ね合わせ、２枚目の板状体２１のＢ面に３枚目の板状体２１のＢ面を重ね合わせるという重ね合わせ方を繰り返していくことにより行われる。すなわち、１枚の板状体２１を、［Ａ：Ｂ］で表したとき、
……：Ａ］−［Ａ：Ｂ］−［Ｂ：Ａ］−［Ａ：Ｂ］−［Ｂ：……
となる。
【００４８】
この重ね合わせた板状体２１の群を、図９（ａ）（ｂ）に示すように、板状体収納筒２６に挿入することにより、板状体組合せ型熱交換器１５ｃを形成することができる。この板状体組合せ型熱交換器１５ｃは、板状体収納筒２６内に板状体２１を収納した熱交換器である。この板状体収納筒２６には、側周面に側面開口２６ａ及び２６ｂが設けられると共に、端面に端面開口２６ｃ及び２６ｄが設けられる。
【００４９】
この板状体組合せ型熱交換器１５ｃを使用する際に、上方に向けられる側面開口２６ａは、下方に向けられる側面開口２６ｂより大きな穴で形成される。これは、下方に向けられる側面開口２６ｂが大きいと、より下方からの蒸留ガスが板状体組合せ型熱交換器１５ｃ内部に入りやすくなり、板状体組合せ型熱交換器１５ｃ内部での熱交換機能に影響を与えるからである。
【００５０】
また、図９（ｃ）（ｄ）に示すように、この板状体組合せ型熱交換器１５ｃの内部の板状体２１の一方の孔部２３に繋がるように、板状体収納筒２６の一方の端面に端面開口２６ｃを設け、また、他方の孔部２３に繋がるように、他方の端面に端面開口２６ｄを設けたとき、一方の端面開口から流体を流入させると、板状体２１のＢ面同士を重ね合わせたときに生じる隙間部２４ｂ及び隙間部２４ｃを経由して、他方の端面開口２６ｄから流体を流出させることができる。
【００５１】
このようにして、側面開口又は端面開口のいずれか一方から板状体組合せ型熱交換器１５ｃに、蒸留ガスを通し、他方の端面開口又は側面開口に冷媒を流すことにより、熱交換が可能となり、蒸留ガスを液化し、還流液とすることができる。また、リボイラーとして用いた場合は、蒸留液を蒸発させることができる。
【００５２】
［還流分配部］
次に、上記のコンデンサー１５を塔本体１２の内部の上端部に設けた場合、冷却され、液化した蒸留物である還流液は、すべて流下し、還流液溜め部３２に集液される。そして、一部を充填材１３に流下させ、残りを還流液として取り出して次工程に送られる場合が多い。そのため、上記コンデンサー１５と充填材１３との間に、図１に示すような還流分配部３１を設けることが考えられる。
【００５３】
この還流分配部３１は、詳細は図１０（ａ）（ｂ）に示すように、塔本体１２の内壁に沿った周縁部に設けられるドーナツ状の還流液溜め部３２、この還流液溜め部３２の内周壁で囲まれた開口部３３、この開口部３３の上方に設けられる屋根部３４から形成される。この屋根部３４は、コンデンサー１５から落下する還流液が、開口部３３から、充填材１３に直接、落下するのを防止し、還流液溜め部３２に送る働きを有する。
【００５４】
上記の還流液溜め部３２の内周壁及び底壁の少なくとも１箇所には、図１１に示すように、還流孔３５を有する。還流液溜め部３２にきた還流液は、この還流孔３５から、受け部３６及び充填材１３上部に設けられた液分散装置受け部３７を介して、液分散装置３８から充填材１３の上面に均等になるように送られ、蒸留に供与される。
【００５５】
ところで、上記還流液溜め部３２に溜まった還流液は、上記還流液溜め部３２の内周壁や底壁に設けられた孔から、図１１の矢印に示されるような流れで流出する。すなわち、底壁に設けられた縦孔３５ａからは、還流液溜め部３２に溜まる還流液の高さにしたがった流量でほぼ均一に流出する。一方、内周壁に設けられた横孔３５ｂからは、横孔３５ｂの設けられた位置（底壁からの高さ）によって、流出量は変わる。この横孔３５ｂからの流量は、下記式（１）で示されるトリチェリの定理で算出することができる。
Ｑ＝Ｃ×ａ×（２×ｇ×Ｈ）１／２ （１）
（なお、Ｑは流量（ｍ３／ｓ）、Ｃは流量係数、ａは孔の断面積（ｍ２）、ｇは重力加速度（ｍ／ｓ２）、Ｈは液深（ｍ）を示す。）
【００５６】
これらから、上記還流液溜め部３２に溜められる還流液の高さを所定値としたときの還流量、すなわち、上記還流液溜め部３２の孔からの流出量は、計算できるので、目的の還流量にあわせて、設ける穴の位置、数及び大きさを調整することができる。
【００５７】
ところで、上記還流液溜め部３２に溜められる還流液の高さは、図１０（ｂ）に示すように、この還流液溜め部３２に液面計３９を差し込むことにより、測定することができる。この液面計３９としては、上記還流液溜め部３２に差し込むことができ、かつ、データの表示部分を塔本体１２の外部に配置することのできる装置であればよい。そのような液面計の中でも、２線式ウェーブガイドレーダー式の液面計を用いるのがより好ましい。この液面計は、検出器の部分が一本の曲げることが可能な棒状であり、取扱いが容易であり、また、液の物性や液の流動に関わらず、正確な液レベルを表示できるという特徴を有する。
【００５８】
また、図１０（ａ）（ｂ）、図１２に示すように、上記還流液溜め部３２の底部には、還流液を抜き出す抜き出し管４０を有しており、この抜き出し管４０を介して、塔本体１２の外部に還流液を抜き出し、制御弁４１、流量計４２を介して、次工程に供給される。
【００５９】
この発明にかかる蒸留塔１１の還流比、すなわち、上記還流液溜め部３２の還流孔３５からの流出量と、抜き出し管４０からの抜き出し量との比は、制御弁４１を調整することにより設定することができる。具体的には、図１３に示すように、流量計４２により、流量（Ｄ）の測定を行う。また、このＤの値と、液面計３９による還流液溜め部３２の液面高さの変化を測定し、還流量（Ｒ）を算出する。次いで、Ｒ及びＤより還流比（Ｒ／Ｄ）を算出し、その値が設定値より大きい場合は、Ｄを増やすように制御弁４１を開く方向に作動させ、一方、設定値より小さい場合は、Ｄを減らすように、制御弁４１を閉める方向に作動させる。この調整を適宜行うことにより、還流比を所定の値に保つことができる。
【００６０】
［リボイラー］
次に、上記塔本体１２の内部の下端部には、図１に示すように、リボイラー１６が設けられる。このリボイラー１６としては、凹凸を有する板状体の組み合わせから形成されるもの、すなわち、上記した板状体組合せ型熱交換器１５ｃと同様の板状体組合せ型熱交換器１６ａを用いることができる。これは、側面開口又は端面開口の一方（図１では端面開口）から熱媒体を供給し、側面開口又は端面開口の他方（図１では底面側の側面開口）に高沸分が入ることができるようにすることにより、高沸分の再加熱が可能となる。そして、この再加熱により気化したものは、上面に開口された部分（図１では、上面側の側面開口）より上昇して充填材１３内に入り、再び蒸留にかけられる。一方、蒸発しない液状物は、蒸留残分として塔本体１２の下端から抜き出され、次の工程に送られる。
【００６１】
板状体組合せ型熱交換器１６ａを設ける数は、図１に記載のような２つに限られるものではなく、リボイラーとしての能力に合わせて任意に設置すればよい。また、この板状体組合せ型熱交換器１６ａの大きさは、塔本体１２の大きさや、蒸留対象物等にあわせて、任意に選択することができる。
【００６２】
上記の通り、図１において、リボイラー１6を塔本体１２の外部に設けた場合、リボイラー１6と塔底部との接続配管の設置、及びリボイラーの取付架台等の関連設備の設置は蒸留塔の設置場所で行うことになるが、リボイラー１６を塔本体１２の内部の下端部に設ける場合は、リボイラー１６と塔底部との接続配管、及びリボイラーの取付架台等の関連設備の設置は不要となり、設置場所での工事を短期間で済ませることが可能となる。
【００６３】
上記の蒸留塔１１において、コンデンサー、還流分配器、充填物、リボイラー等の組み込みを工場で行うことのできる大きさは、充填物の形状の制限から、塔径が８５０ｍｍφ以下のものが好ましく、８００ｍｍφ以下のものがより好ましい。
【００６４】
この発明にかかる蒸留塔の組み立ては、上記の通り、内部に空洞部を有する塔本体の内部に充填材を充填・固定すると共に、上記塔本体の内部の上端部にコンデンサーを設け、かつ、上記塔本体の内部の下端部にリボイラーを設けることにより、蒸留塔を組み上げる。これは、工場内で行うことができる。次いで、組み上げられた蒸留塔を、設置場所に運び、設置する。これにより、設置場所における工事を大幅に減らすことができ、設置場所における工事を省力化することが可能となる。
【符号の説明】
【００６５】
１ 蒸留塔
２ 塔本体
３ 充填物
４ 蒸留原料供給配管
５ 留出配管
６ コンデンサー
６ａ 貯留タンク
７ 還流配管
８ 塔底配管
９ リボイラー
【００６６】
１１ 蒸留塔
１２ 塔本体
１３ 充填材
１３ａ 充填材支持部材
１３ｂ リング状部材
１３ｃ 係止部材
１３ｄ 固定部材
１４ 蒸留原料配管
１５ コンデンサー
１５ａ 多管式熱交換器
１５ｂ 多管式熱交換器
１５ｃ 板状体組合せ型熱交換器
１６ リボイラー
１７ 集液再分散装置
１８ 蒸留液回収部
１８ａ、１８ｂ 回収部材
１８ｃ 回収路
１８ｄ 開口
１８ｅ 蒸留液誘導筒
１９ 連絡路
２０ 蒸留液再分散部
２０ａ 再分散主管
２０ｂ 再分散副管
２０ｃ 孔
２０ｄ 蒸留液分散シート
【００６７】
２１ 板状体
２１ａ 円盤体
２２ａ 筋状の凸部
２２ｂ 筋状の凹部
２３ 孔部
２３ａ 孔部周縁平面部
２４ａ 隙間部
２４ｂ 隙間部
２４ｃ 隙間部
２５ 開放部
２６ 板状体収納筒
２６ａ 側面開口
２６ｂ 側面開口
２６ｃ 端面開口
２６ｄ 端面開口
【００６８】
３１ 還流分配部
３２ 還流液溜め部
３３ 開口部
３４ 屋根部
３５ 還流孔
３５ａ 縦孔
３５ｂ 横孔
３６ 受け部
３７ 液分散装置受け部
３８ 液分散装置
３９ 液面計
４０ 抜き出し管
４１ 制御弁
４２ 流量計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に空洞部を有する塔本体の内部に充填材を充填した蒸留塔において、
上記塔本体の内部の上端部にコンデンサーを設けると共に、上記塔本体の内部の下端部にリボイラーを設けた蒸留塔。
【請求項２】
上記塔本体の内部に配された上記コンデンサーと上記充填材との間に、上記塔本体の内壁に沿った周縁部に設けられるドーナツ状の還流液溜め部、この還流液溜め部の内周壁で囲まれた開口部、及びこの開口部の上方に設けられる、上記コンデンサーから流下する還流液を上記還流液溜め部に送る屋根部から構成される還流分配部を設け、
上記還流液溜め部の内周壁及び底壁の少なくとも１箇所に還流孔を有する請求項１に記載の蒸留塔。
【請求項３】
上記コンデンサーは、多管式の熱交換器や、凹凸を有する板状体の組み合わせから形成される熱交換器である請求項１又は２に記載の蒸留塔。
【請求項４】
上記リボイラーは、凹凸を有する板状体の組み合わせから形成されるものである請求項１乃至３のいずれかに記載の蒸留塔。
【請求項５】
上記塔本体内部に充填される充填材は、その下部を塔本体に固定した格子状の充填材支持部材で支持し、かつ、その上部にリング状部材を載せ、このリング状部材を上方から押さえて固定されたものである請求項１乃至４のいずれかに記載の蒸留塔。
【請求項６】
内部に空洞部を有する塔本体の内部に充填材を充填・固定すると共に、
上記塔本体の内部の上端部にコンデンサーを、及び上記塔本体の内部の下端部にリボイラーを設けることにより、蒸留塔を組み上げ、
次いで、蒸留塔の設置場所に運び、設置する、蒸留塔の組立方法。
【請求項１】
内部に空洞部を有する塔本体の内部に充填材を充填した蒸留塔において、
上記塔本体の内部の上端部にコンデンサーを設けると共に、上記塔本体の内部の下端部にリボイラーを設けた蒸留塔。
【請求項２】
上記塔本体の内部に配された上記コンデンサーと上記充填材との間に、上記塔本体の内壁に沿った周縁部に設けられるドーナツ状の還流液溜め部、この還流液溜め部の内周壁で囲まれた開口部、及びこの開口部の上方に設けられる、上記コンデンサーから流下する還流液を上記還流液溜め部に送る屋根部から構成される還流分配部を設け、
上記還流液溜め部の内周壁及び底壁の少なくとも１箇所に還流孔を有する請求項１に記載の蒸留塔。
【請求項３】
上記コンデンサーは、多管式の熱交換器や、凹凸を有する板状体の組み合わせから形成される熱交換器である請求項１又は２に記載の蒸留塔。
【請求項４】
上記リボイラーは、凹凸を有する板状体の組み合わせから形成されるものである請求項１乃至３のいずれかに記載の蒸留塔。
【請求項５】
上記塔本体内部に充填される充填材は、その下部を塔本体に固定した格子状の充填材支持部材で支持し、かつ、その上部にリング状部材を載せ、このリング状部材を上方から押さえて固定されたものである請求項１乃至４のいずれかに記載の蒸留塔。
【請求項６】
内部に空洞部を有する塔本体の内部に充填材を充填・固定すると共に、
上記塔本体の内部の上端部にコンデンサーを、及び上記塔本体の内部の下端部にリボイラーを設けることにより、蒸留塔を組み上げ、
次いで、蒸留塔の設置場所に運び、設置する、蒸留塔の組立方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１１０８２５（Ｐ２０１２−１１０８２５Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６１５０７（Ｐ２０１０−２６１５０７）
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【出願人】（５０３２６６９２１）マツイマシン株式会社 (1)
【出願人】（５１０３１０４０６）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２４日（２０１０．１１．２４）
【出願人】（５０３２６６９２１）マツイマシン株式会社 (1)
【出願人】（５１０３１０４０６）
【Ｆターム（参考）】
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