[發明專利]熱交換型蒸餾裝置

有效

• 申請號: 201310049417.2
• 申請日: 2013-02-07
• 公開（公告）號: CN103252104A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 若林敏祐;中尾公人
• 申請（專利權）人: 東洋工程株式會社
• 主分類號: B01D3/00
• 分類號: B01D3/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 張寶榮

技術領域

本發明涉及一種用于實施廣泛應用于諸多工業流程中的蒸餾操作的蒸餾裝置，尤其涉及一種熱交換型蒸餾裝置。

背景技術

蒸餾分離操作被普遍廣泛地應用于工業流程，但也是能量消耗非常大的單元操作。因此在產業界中正在進行能夠減少能量消耗的蒸餾裝置的研究。在這樣的研究中，作為節能性優異的蒸餾裝置，正在進行內部熱交換型蒸餾塔(Heat?Integrated?Distillation?Column，以下稱為HIDiC)的開發。

該HIDiC的基本系統如圖1所示，具有將濃縮部(高壓部)和回收部(低壓部)分離排列的結構。并且，為了使濃縮部的操作溫度高于回收部的操作溫度，而使濃縮部的操作壓力高于回收部的操作壓力。由此，若在兩者間存在熱交換面，則從濃縮部向回收部產生熱移動，因此能夠減小重沸器的熱輸入量。而且由于濃縮部的熱量向回收部移動，因此能夠減小冷凝器的除熱量。因此，成為能量效率極高的蒸餾裝置。

為了實現這種HIDiC的實用化，提出了多種雙重管結構的蒸餾裝置，該雙重管結構由形成濃縮部的內管與形成回收部的外管構成(例如參照專利文獻1：日本特開2004-16928號公報)。這樣的結構由于從濃縮部(內管)向回收部(外管)產生熱移動，因此能夠減小重沸器中的熱輸入量和冷凝器中的除熱量。

然而，如專利文獻1公開那樣，濃縮部和回收部以雙重管結構構筑的熱交換型蒸餾裝置存在如下的1)～6)的課題。

1)無法進行產物的側餾(side?cut)。側餾是指將得到最終餾出產物之前的蒸餾流程過程中的產物抽出作為中間分餾產物的情況。

在專利文獻1記載的蒸餾裝置中，將雙重管結構的管單元組以彼此相接的方式配置。而且，向外管及內管填充規則填充物。因此，無法以從各管單元的內管取出中間分餾產物的方式形成配管，其結果是無法實現側餾。

2)無法進行原料供給段(送料段)的優化。這是因為，在由雙重管結構構筑的濃縮部和回收部中，各自的填充量相同，無法自由地設定濃縮部和回收部的段數。

3)無法對應于供給的原料而改變供給位置。這是因為如上述2)所述那樣無法自由地設定送料段位置的結構的緣故。

4)無法應對多元送料(多個原料流的接受)。這是因為如上述1)所述那樣無法向雙重管的途中供給原料的結構的緣故。

5)裝置的維護困難。如上述1)所述那樣，由于使用了規則填充物的管單元彼此相鄰而密集，因此無法完全地接近所希望的管單元，從而無法進行它們的維護。

6)使用了雙重管的濃縮部與回收部之間的熱交換量相對于傳熱面積沒有設計上的自由度，僅依賴于蒸餾塔的溫度分布，在裝置設計中熱交換量的設計上的自由度小。

在總傳熱系數為U，傳熱面積為A，濃縮部與回收部之間的溫度差為ΔT時，濃縮部與回收部之間的熱交換量Q由Q＝U×A×ΔT表示。在使用了雙重管結構的HIDiC中，內管壁面成為傳熱面積。該傳熱面積是根據雙重管的形狀決定的固定值。關于總傳熱系數，是根據傳熱結構及進行熱交換的流體物性而決定的固定值。因此，從上述的熱交換量算出式可知，設計時的熱交換量只能根據因濃縮部和回收部的操作壓力而變化的濃縮部與回收部之間的溫度差進行變更。

作為能夠解決上述課題的熱交換型蒸餾裝置，本申請人提出了專利文獻2：日本專利第4803470號的裝置的方案。

圖2表示專利文獻2公開的蒸餾裝置的一例。該蒸餾裝置具備：濃縮塔1；配置在比濃縮塔1高的位置上的回收塔2；使回收塔的塔頂部2c與濃縮塔的塔底部1a連通的第一配管23；對來自回收塔的塔頂部2c的蒸氣進行壓縮而向濃縮塔的塔底部1a傳送的壓縮器4。而且，蒸餾裝置具備：配置在濃縮塔1的規定的段上的管束型的熱交換器8；配置在回收塔2的規定的段上，從該規定的段將一部分的液體向塔外部抽出的抽液部2d；將來自抽液部2d的液體向熱交換器8導入的第二配管24；將經由第二配管24向熱交換器8導入之后從熱交換器8流出的流體向抽液部2d的正下方的段導入的第三配管25。

在這樣的結構中，利用第二配管24使液體從回收塔2向濃縮塔1的熱交換器8流動，利用熱交換器8奪取濃縮塔1內的蒸氣的熱量，通過第三配管25能夠使該熱量從濃縮塔1向回收塔2移動。而且，液體因重力而從回收塔2向濃縮塔1流動，由此，熱交換器8內的流體被從濃縮塔1向回收塔2壓出。即，本方式的結構成為熱虹吸方式，因此在從濃縮塔1向鉛垂方向上側的回收塔2的送液中不需要泵等壓力輸送機構。