JP4220345B2 - Heat exchange apparatus using tower top vapor and tower bottom liquid and heat exchange method thereof - Google Patents
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Description
本発明は蒸留塔の塔頂蒸気と塔底部液を用いた熱交換装置とその熱交換方法に関する。 The present invention relates to a heat exchange apparatus using a tower top vapor and a tower bottom liquid of a distillation tower and a heat exchange method thereof.
蒸留装置における熱交換装置は、一般に塔頂蒸気の分縮、塔底部液の加熱、蒸留塔間を移動する蒸留工程物質の加熱又は冷却、原料物質又は製品物質若しくは廃液の蒸留装置への出入時における加熱又は冷却のように各工程におけるものがあり、通常塔頂蒸気はコンデンサーにより凝縮することとなっている。 Generally, the heat exchanger in the distillation apparatus is used for the partial condensation of the top vapor of the tower, the heating of the liquid at the bottom of the tower, the heating or cooling of the distillation process substance moving between the distillation towers, and the entry / exit of the raw material, product substance or waste liquid into the distillation apparatus. There is a thing in each process like the heating or cooling in, and usually the tower top vapor is condensed by the condenser.
塔頂蒸気を間接加熱源として蒸留工程物質と熱交換するものとしては、塔頂蒸気(製品蒸気)と原料液とを熱交換させる内部熱交換型蒸留塔が提案されている。
現在、蒸留中間工程の塔頂蒸気と蒸留工程物質の熱交換においては、塔頂蒸気が分縮され高沸点不純物成分や低沸点不純物成分を分離し製品成分を得るとともに、前記蒸留工程物質が加熱される具体的な装置又は方法の開発が嘱望されている。 Currently, in the heat exchange between the overhead steam and distillation process substance in the middle distillation stage, the top steam is fractionated to separate the high-boiling impurity component and low-boiling impurity component to obtain product components, and the distillation process substance is heated. Development of a specific apparatus or method to be carried out is desired.
前記特許第3184501号の内部熱交換型蒸留塔のような装置により、塔頂蒸気が原料液により凝縮するとともに原料液(蒸留工程物質の一つ)を加熱することにより熱回収することはできるが、塔頂蒸気は一段の熱交換手段により全凝縮するため製品成分を基準とした高沸点不純物成分又は低沸点不純物成分を蒸留中間工程の塔頂蒸気から分離するような場合に当該装置を利用することは困難であった。 Although the tower top vapor is condensed by the raw material liquid and heated by heating the raw material liquid (one of the distillation process substances) by an apparatus such as the internal heat exchange distillation column of the above-mentioned Japanese Patent No. 3184501, the heat can be recovered. The overhead vapor is totally condensed by a single stage heat exchange means, so this apparatus is used when separating high-boiling impurity components or low-boiling impurity components based on product components from the overhead vapor in the middle stage of distillation. It was difficult.
更に、公知の蒸留中間工程の塔頂蒸気と蒸留工程物質の熱交換について塔頂蒸気が分縮され高沸点不純物成分や低沸点不純物成分を分離し製品成分を得ることについては、容易に解決する有効な改善手段がこれまで見出されていなかった。 Furthermore, it is easy to solve the problem of obtaining a product component by separating the high-boiling impurity component and the low-boiling impurity component by separating the high-boiling impurity component with respect to the heat exchange between the overhead vapor in the intermediate distillation process and the distillation process substance. An effective improvement means has not been found so far.
このような課題を解決するために、塔頂蒸気と少なくとも二箇所以上の蒸留塔底部から流出する塔底部液を熱交換することにより、塔頂蒸気は各々の熱交換により適正な分縮(沸点の異なる成分を含む原料物質から分縮により蒸留装置全体の蒸留操作が安定するように理想的な割合の高沸点成分に富む凝縮液と低沸点成分に富む蒸気に分離することを、以下「適正な分縮」とする。)がなされるとともに、各々の塔底部液は加熱されることにより、結果的に省エネルギー化と高品質の製品(適正な分縮を実施し不純物を除去した製品を、以下「高品質の製品」とする。)の生産を可能とする熱交換装置及び熱交換方法を検討した。 In order to solve such problems, by exchanging heat between the tower top vapor and the liquid at the bottom of the tower flowing out from at least two distillation tower bottoms, the tower top steam is appropriately divided (boiling point) by each heat exchange. In order to stabilize the distillation operation of the entire distillation apparatus from the raw material containing different components, the ideal ratio of condensate rich in high-boiling components and steam rich in low-boiling components is referred to as “appropriate” ”) And the liquid at the bottom of each column is heated, resulting in energy saving and high quality products (products that have been subjected to proper partial reduction to remove impurities, Hereinafter, a heat exchange device and a heat exchange method capable of producing “high quality products”) were studied.
即ち、請求項1の熱交換装置の発明は、塔頂蒸気が第一段熱交換器と第二段熱交換器との二段で気体と液体とに分離されるとともに、一の蒸留塔底部から流出する塔底部液が第一段熱交換器に供給され、他の一の蒸留塔底部から流出する塔底部液が第二段熱交換器に供給されることによりそれぞれ加熱される蒸留塔の熱交換装置において、
一の蒸留塔底部から流出する塔底部液が第一段熱交換器に、他の一の蒸留塔底部から流出する塔底部液が第二段熱交換器にそれぞれ供給された後各々供給元の蒸留塔底部に戻るように、第一段熱交換器冷却手段及び第二段熱交換器冷却手段を備え、
前記塔頂蒸気が蒸留塔塔頂から第一段熱交換器に供給される第一段熱交換器加熱手段と、第一段熱交換器で凝縮されなかなかった気体が第一段熱交換器から第二段熱交換器に供給される第二段熱交換器加熱手段が配設されたことを特徴とする。
That is, the invention of the heat exchange device according to claim 1 is characterized in that the top steam is separated into gas and liquid in two stages of the first stage heat exchanger and the second stage heat exchanger, and the bottom of one distillation tower The column bottom liquid flowing out from the first stage heat exchanger is supplied to the first stage heat exchanger, and the column bottom liquid flowing out from the other one distillation column bottom is supplied to the second stage heat exchanger, respectively. In the heat exchange device,
The liquid at the bottom of the column flowing out from the bottom of one distillation column is supplied to the first stage heat exchanger, and the liquid at the bottom of the column flowing out from the bottom of the other distillation column is supplied to the second stage heat exchanger. A first stage heat exchanger cooling means and a second stage heat exchanger cooling means are provided so as to return to the bottom of the distillation column,
The first stage heat exchanger heating means in which the top vapor is supplied to the first stage heat exchanger from the top of the distillation tower, and the gas that has not been condensed in the first stage heat exchanger is the first stage heat exchanger The second stage heat exchanger heating means supplied to the second stage heat exchanger is provided.
請求項2の熱交換装置の発明は、塔頂蒸気が二段以上の熱交換器により気体と液体とに分離されるとともに、二箇所以上の蒸留塔底部から流出する塔底部液のいずれか一が二段以上の熱交換器のいずれか一に供給される二以上の塔底部液と熱交換器の組合せにより、二以上の塔底部液がそれぞれ分岐されて二段以上の熱交換器を用いそれぞれ加熱される蒸留塔の熱交換装置において、
前記二箇所以上の蒸留塔底部から流出する塔底部液のいずれか一が二段以上の熱交換器のいずれか一に供給される二以上の塔底部液と熱交換器の組合せにより、二以上の塔底部液がそれぞれ分岐されて二段以上の熱交換器にそれぞれ供給された後各々供給元の蒸留塔底部に戻るように、二段以上の熱交換器冷却手段を備え、
前記塔頂蒸気が蒸留塔塔頂から第一段熱交換器に供給される第一段熱交換器加熱手段と、第一段熱交換器で凝縮されなかった気体が最終段熱交換器に至るまで、前段の熱交換器で凝縮されなかった気体が次段の熱交換器に供給される熱交換器加熱手段が配設されたことを特徴とする。
The invention of the heat exchange device according to
Two or more tower bottom liquids flowing out from two or more distillation tower bottoms are supplied to any one of two or more heat exchangers in combination with two or more tower bottom liquids and heat exchangers. In order to return to the distillation column bottom of the supply source after each of the tower bottom liquid is branched and supplied to the two or more stage heat exchangers, respectively, it is provided with two or more stage heat exchanger cooling means,
The first stage heat exchanger heating means in which the top vapor is supplied from the top of the distillation tower to the first stage heat exchanger, and the gas not condensed in the first stage heat exchanger reaches the final stage heat exchanger. A heat exchanger heating means is provided in which the gas that has not been condensed in the previous heat exchanger is supplied to the next heat exchanger.
請求項3の熱交換方法の発明は、塔頂蒸気が第一段熱交換器と第二段熱交換器との二段で気体と液体とに分離されるとともに、一の蒸留塔底部から流出する塔底部液が第一段熱交換器に供給されることにより加熱され、他の一の蒸留塔底部から流出する塔底部液が第二段熱交換器に供給されることにより加熱される蒸留塔の熱交換装置の熱交換方法において、
間接冷却源として、一の蒸留塔底部から流出する塔底部液を第一段熱交換器に、他の一の蒸留塔底部から流出する塔底部液を第二段熱交換器にそれぞれ供給し、
間接加熱源として、前記塔頂蒸気を蒸留塔塔頂から第一段熱交換器に供給し、第一段熱交換器で凝縮されなかなかった気体を第二段熱交換器に供給することを特徴とする。
In the invention of the heat exchange method of
As an indirect cooling source, the column bottom liquid flowing out from the bottom of one distillation column is supplied to the first stage heat exchanger, and the column bottom liquid flowing out from the bottom of the other one distillation column is supplied to the second stage heat exchanger, respectively.
As an indirect heating source, the top vapor is supplied from the top of the distillation column to the first stage heat exchanger, and the gas that has not been condensed in the first stage heat exchanger is supplied to the second stage heat exchanger. Features.
請求項4の熱交換方法の発明は、塔頂蒸気が二段以上の熱交換器により気体と液体とに分離されるとともに、二箇所以上の蒸留塔底部から流出する塔底部液のいずれか一が二段以上の熱交換器のいずれか一に供給される二以上の塔底部液と熱交換器の組合せにより、二以上の塔底部液がそれぞれ分岐されて二段以上の熱交換器を用いそれぞれ加熱される蒸留塔の熱交換装置の熱交換方法において、
間接冷却源として、前記二箇所以上の蒸留塔底部から流出する塔底部液をそれぞれ分岐し二段以上の熱交換器にそれぞれ供給し、
間接加熱源として、前記塔頂蒸気を蒸留塔塔頂から第一段熱交換器に供給し、第一段熱交換器で凝縮されなかった気体が最終段熱交換器に至るまで、前段の熱交換器で凝縮されなかった気体を次段の熱交換器に供給することを特徴とする。
According to the heat exchange method of the present invention, the top vapor is separated into a gas and a liquid by two or more stages of heat exchangers, and any one of liquids at the bottom of the tower flowing out from the bottoms of two or more distillation towers. The two or more tower bottom liquids are branched by the combination of the two or more tower bottom liquids and the heat exchanger supplied to any one of the two or more stage heat exchangers, and the two or more stage heat exchangers are used. In the heat exchanging method of the heat exchanging device of the distillation tower that is heated,
As an indirect cooling source, the liquid at the bottom of the tower flowing out from the bottoms of the two or more distillation towers is branched and supplied to two or more heat exchangers, respectively.
As an indirect heating source, the top steam is supplied from the top of the distillation tower to the first stage heat exchanger, and the gas that has not been condensed in the first stage heat exchanger reaches the final stage heat exchanger. The gas not condensed in the exchanger is supplied to the heat exchanger in the next stage.
本発明によれば、塔頂蒸気の分縮と塔底部液の加熱が同一熱交換器で行うことできるとともに塔頂蒸気の適正な分縮を行うことができるため、塔頂蒸気から高沸点不純物成分や低沸点不純物成分を分離し製品成分を得ることが可能となり、結果的に高品質の製品の生産や省エネルギー化を図ることが可能となる。 According to the present invention, the fractionation of the top vapor and the heating of the liquid at the bottom of the tower can be carried out in the same heat exchanger and the partial vaporization of the top vapor can be carried out. It is possible to separate components and low-boiling impurity components to obtain product components, and as a result, it is possible to produce high-quality products and save energy.
また、間接冷却源として二段以上の塔底部液のいずれか一を二段以上の熱交換器のいずれか一に供給し、間接加熱源として塔頂蒸気を蒸留塔塔頂から第一段熱交換器に供給し、第一段熱交換器で凝縮されなかった気体が最終段熱交換器に至るまで、前段の熱交換器で凝縮されなかった気体を次段の熱交換器に供給する場合、各々の熱交換器で熱交換量に差異があることに基づく二段以上の熱交換器順列の選択肢より最適な順列を選定することができるため最適な熱交換量の順列が定まり、塔頂蒸気の不純物含有割合に対応した適正な分縮を行うことも可能となる。 Moreover, any one of the liquids at the bottom of the two or more stages as an indirect cooling source is supplied to any one of the heat exchangers of the two or more stages, and the top steam is supplied from the top of the distillation tower as the indirect heating source. When the gas that has not been condensed in the previous stage heat exchanger is supplied to the next stage heat exchanger until the gas that has not been condensed in the first stage heat exchanger reaches the final stage heat exchanger. Therefore, it is possible to select the optimal permutation from the choices of two or more heat exchanger permutations based on the difference in the heat exchange amount in each heat exchanger, so that the optimal heat exchange permutation is determined and the top of the tower It is also possible to perform appropriate partial reduction corresponding to the impurity content ratio of the vapor.
実施の形態は、本発明をエタノール蒸留塔の熱交換装置に適用したものである。
この熱交換装置は、蒸留塔の塔頂蒸気について少なくとも二段以上の分縮する手段と、少なくとも二箇所以上の蒸留塔底部から流出する塔底部液について加熱する手段及び少なくとも二段以上の熱交換器で構成されており、この熱交換装置によって、塔頂蒸気が気体と液体とに分離されるとともに、二箇所以上の蒸留塔底部から流出する塔底部液の加熱を行うものである。
In the embodiment, the present invention is applied to a heat exchange device of an ethanol distillation column.
This heat exchange apparatus comprises at least two stages of partial condensation with respect to the top vapor of the distillation tower, means for heating the liquid at the bottom of the tower flowing out from at least two distillation tower bottoms, and at least two or more stages of heat exchange. The tower top vapor is separated into gas and liquid by this heat exchange device, and the tower bottom liquid flowing out from two or more distillation tower bottoms is heated.
間接冷却手段は、以下に二形態を示す。
一の形態としては、一の蒸留塔底部から流出する塔底部液が第一段熱交換器に供給され、他の一の蒸留塔底部から流出する塔底部液が第二段熱交換器に供給された後各々供給元の蒸留塔底部に戻る第一段熱交換器冷却手段と第二段熱交換器冷却手段を備える構成となっている。
他の一の形態としては、二箇所以上の蒸留塔底部から流出する塔底部液のいずれか一を二段以上の熱交換器のいずれか一に供給する塔底部液と熱交換器の二以上の組合せにより、二以上の塔底部液が二段以上の熱交換器のそれぞれ供給された後各々供給元の蒸留塔底部に戻る二段以上の熱交換器冷却手段を備える構成となっている。
The indirect cooling means shows two forms below.
As one form, the liquid at the bottom of the column flowing out from the bottom of one distillation column is supplied to the first stage heat exchanger, and the liquid at the bottom of the column flowing out from the bottom of the other distillation column is supplied to the second stage heat exchanger. After that, the first stage heat exchanger cooling means and the second stage heat exchanger cooling means each returning to the bottom of the distillation column of the supply source are provided.
As another mode, two or more of the tower bottom liquid and the heat exchanger that supply any one of the tower bottom liquid flowing out from the bottom of the distillation tower at two or more places to any one of the two or more heat exchangers With the combination, the two or more tower bottom liquids are supplied to the two or more heat exchangers, respectively, and then provided with two or more heat exchanger cooling means each returning to the distillation column bottom of the supply source.
間接加熱手段は、塔頂蒸気が蒸留塔塔頂から第一段熱交換器に供給される第一段熱交換器加熱手段と、第一段熱交換器で凝縮されなかった気体が最終段熱交換器に至るまで、前段の熱交換器で凝縮されなかった気体が次段の熱交換器に供給される熱交換器加熱手段を備える構成となっている。 The indirect heating means includes a first stage heat exchanger heating means in which the top steam is supplied from the top of the distillation tower to the first stage heat exchanger, and a gas not condensed in the first stage heat exchanger is the final stage heat. The heat exchanger heating means is provided in which the gas that has not been condensed in the previous stage heat exchanger up to the exchanger is supplied to the next stage heat exchanger.
このように構成することによって、塔頂蒸気の分縮と塔底部液の加熱が同一熱交換器で行うことが可能となるとともに適正な分縮を行うことができるため、結果的に高品質の製品の生産と省エネルギー化を図ることが可能となり、更に塔頂蒸気の分縮に用いるコンデンサーと塔底部液の加熱に用いるリボイラーの両方の機能を当該熱交換器は兼ね備えるため、設備の簡易化を図ることも可能となる。 By configuring in this way, it is possible to perform the partial condensation of the tower top vapor and the heating of the liquid at the bottom of the tower in the same heat exchanger and perform an appropriate partial reduction, resulting in high quality. Product production and energy savings can be achieved, and the heat exchanger has the functions of both a condenser used for partial condensation of the top vapor and a reboiler used for heating the liquid at the bottom of the tower. It is also possible to plan.
以下、実施例1を図1の熱交換装置のフロー図に基づいて説明する。
図1において、1は第一段熱交換器、2は第二段熱交換器、3は塔頂蒸気を発生する蒸留塔、4及び5は蒸留塔底部から塔底部液を流出する蒸留塔である。
Hereinafter, Example 1 is demonstrated based on the flowchart of the heat exchange apparatus of FIG.
In FIG. 1, 1 is a first-stage heat exchanger, 2 is a second-stage heat exchanger, 3 is a distillation tower that generates top vapor, and 4 and 5 are distillation towers that discharge the bottom liquid from the bottom of the distillation tower. is there.
熱交換器1、2は多管を平地面に対し垂直になるように設置した多管式熱交換器であり、多管において熱交換が行われ、分縮により生じる塔頂蒸気凝縮液面を熱交換器内の多管外側でいずれかの高さにすることにより塔頂蒸気と塔底部液の熱交換面積の広さが定まり、結果として熱交換量を調整することができる構造となっている(図示せず)。
The
前記熱交換器において、塔頂蒸気は塔頂蒸気凝縮液面より上部の熱交換器の側面より熱交換器内の多管外側に供給され、凝縮されなかった気体は熱交換器の上部より熱交換器外に流出し、凝縮した液体は熱交換器の下部より熱交換器外に流出する。このため、当該熱交換器の下流側に気液分離器を設けなくても適正な分縮が可能となる。 In the heat exchanger, the top steam is supplied to the outside of the multi-tube in the heat exchanger from the side of the heat exchanger above the top steam condensate, and the uncondensed gas is heated from the top of the heat exchanger. The liquid that has flowed out and condensed out of the exchanger flows out of the heat exchanger from the bottom of the heat exchanger. For this reason, even if a gas-liquid separator is not provided on the downstream side of the heat exchanger, appropriate partial reduction is possible.
蒸留塔3の塔頂で発生する塔頂蒸気は第一段熱交換器加熱手段11を通り第一段熱交換器1に、蒸留塔4の底部から流出する塔底部液が第一段熱交換器冷却手段13を通り第一段熱交換器1にそれぞれ供給され、第一段熱交換器1において塔頂蒸気と塔底部液の熱交換が行われる。この熱交換により、塔頂蒸気は気体と液体とに分離され、気体は第二段熱交換加熱手段12を通り第二段熱交換器2に供給され、液体は還流手段17より蒸留塔3に還流されるとともに、塔底部液は加熱され気体として供給元の蒸留塔4に導入される。
The top vapor generated at the top of the
第二段熱交換加熱手段12を通り第二段熱交換器2に供給される気体は、蒸留塔5の底部から流出し第二段熱交換器冷却手段14を通り第二段熱交換器2に供給される塔底部液と熱交換される。この熱交換により、前記供給される気体は気体と液体とに分離され、気体はコンデンサー加熱手段20を通り気液分離器を有するコンデンサー6に供給され、液体は還流手段17より蒸留塔3に還流又は次工程の蒸留塔に供給されるとともに、塔底部液は加熱され気体として供給元の蒸留塔5に導入される。
The gas supplied to the second
このように、実施例1の熱交換装置によれば、塔頂蒸気の分縮と塔底部液の加熱が同一熱交換器で行うことできるとともに塔頂蒸気の適正な分縮が可能であり、結果的に高品質の製品の生産や省エネルギー化を図ることが可能となる。 Thus, according to the heat exchange apparatus of Example 1, the partial vaporization of the tower top steam and the heating of the liquid at the bottom of the tower can be performed in the same heat exchanger and the partial vaporization of the tower top vapor is possible. As a result, it becomes possible to produce high-quality products and save energy.
以下、実施例2を図2の熱交換装置のフロー図に基づいて説明する。
図2において、符号1から5は、実施例1の図1と同様である。なお、熱交換器1、2は多管式熱交換器であり図1の実施例1のものと同様の構造及び機能を有する。
Hereinafter, Example 2 is demonstrated based on the flowchart of the heat exchange apparatus of FIG.
In FIG. 2, reference numerals 1 to 5 are the same as those in FIG. The
実施例2においては、2通りの熱交換方法が可能となる。当該2通りの熱交換方法を以下に説明する。 In Example 2, two heat exchange methods are possible. The two heat exchange methods will be described below.
2通りの一方として、蒸留塔3の塔頂で発生する塔頂蒸気は第一段熱交換器加熱手段11の方を通り第一段熱交換器1に、蒸留塔4の底部から流出する塔底部液が第一段熱交換器冷却手段13を通り分岐点31より下流側の第一段熱交換器冷却手段13を通り(分岐点31より下流側の第二段熱交換器冷却手段21の方は通らない。)第一段熱交換器1にそれぞれ供給され、第一段熱交換器1において塔頂蒸気と塔底部液の熱交換が行われる。この熱交換により、塔頂蒸気は気体と液体とに分離され、気体は第二段熱交換器加熱手段12の方を通り第二段熱交換器2に供給され、液体は還流手段17より蒸留塔3に還流されるとともに、塔底部液は加熱され気体として第一段熱交換器冷却手段13を通り分岐点37より下流側の第一段熱交換器冷却手段13を通り(分岐点37より下流側の第一段熱交換器冷却手段24の方は通らない。)供給元の蒸留塔4に導入される。
As one of the two types, the tower top vapor generated at the top of the
第二段熱交換器加熱手段12を通り第二段熱交換器2に供給される気体は、蒸留塔5の底部から流出し第二段熱交換器冷却手段14を通り分岐点33より下流側の第二段熱交換器冷却手段14を通り(分岐点33より下流側の第一段熱交換器冷却手段22の方は通らない。)第二段熱交換器2に供給される塔底部液と熱交換される。この熱交換により、前記供給される気体は気体と液体とに分離され、気体はコンデンサー供給手段20の方を通り気液分離器を有するコンデンサー6に供給され、液体は還流手段17より蒸留塔3に還流又は次工程の蒸留塔に供給されるとともに、塔底部液は加熱され気体として第二段熱交換器冷却手段14を通り分岐点35より下流側の第二段熱交換器冷却手段14を通り(分岐点35より下流側の第二段熱交換器冷却手段23の方は通らない。)供給元の蒸留塔5に導入される。
The gas supplied to the second
2通りの他方として、蒸留塔3の塔頂で発生する塔頂蒸気は第一段熱交換器加熱手段11の方を通り第一段熱交換器1に、蒸留塔5の底部から流出する塔底部液が第一段熱交換器冷却手段14を通り分岐点33より下流側の第一段熱交換器冷却手段22を通り(分岐点33より下流側の第二段熱交換器冷却手段14の方は通らない。)、その後分岐点34で第一段熱交換器冷却手段13を通り第一段熱交換器1にそれぞれ供給され、第一段熱交換器1において塔頂蒸気と塔底部液の熱交換が行われる。この熱交換により、塔頂蒸気は気体と液体とに分離され、気体は第二段熱交換器加熱手段12の方を通り第二段熱交換器2に供給され、液体は還流手段17より蒸留塔3に還流されるとともに、塔底部液は加熱され気体として第一段熱交換器冷却手段13を通り分岐点37より下流側の第一段熱交換器冷却手段24を通り(分岐点37より下流側の第一段熱交換器冷却手段13の方は通らない。)、その後分岐点38で第一段熱交換器冷却手段14を通り供給元の蒸留塔5に導入される。
As the other of the two types, the tower top vapor generated at the top of the
第二段熱交換器加熱手段12を通り第二段熱交換器2に供給される気体は、蒸留塔4の底部から流出し第二段熱交換器冷却手段13を通り分岐点31より下流側の第二段熱交換器冷却手段21を通り(分岐点31より下流側の第一段熱交換器冷却手段13の方は通らない。)、その後分岐点32で第二段熱交換器冷却手段14を通り第二段熱交換器2に供給される塔底部液と熱交換される。この熱交換により、前記供給される気体は気体と液体とに分離され、気体はコンデンサー供給手段20の方を通り気液分離器を有するコンデンサー6に供給され、液体は還流手段17より蒸留塔3に還流又は次工程の蒸留塔に供給されるとともに、塔底部液は加熱され気体として第二段熱交換器冷却手段14を通り分岐点35より下流側の第二段熱交換器冷却手段23を通り(分岐点35より下流側の第二段熱交換器冷却手段14の方は通らない。)、その後分岐点36で第二段熱交換器冷却手段13を通り供給元の蒸留塔4に導入される。
The gas supplied to the second
図2の熱交換装置のフロー図においては、第一段熱交換器と第二段熱交換器の二段での熱交換を示しているが、熱交換器は三段以上でも可能であり(図示せず)、熱交換器の段数が増加するほど適正な分縮を行うための蒸留操作上の選択肢が増えることととなる。つまり、各々の熱交換器の熱交換量に差異があることに基づく二段以上の熱交換器順列の選択肢より最適な順列を選定することができるため最適な熱交換量の順列が定まり、塔頂蒸気の不純物含有割合に対応した適正な分縮を行うことが可能となる。この場合、順列の計算方法により、二段の熱交換器では2通り、三段では6通り、四段では24通りと当該選択肢が増加することとなる。 In the flow diagram of the heat exchange device in FIG. 2, heat exchange in two stages of the first stage heat exchanger and the second stage heat exchanger is shown, but the heat exchanger can be three or more stages ( As the number of stages of the heat exchanger increases, the number of options for the distillation operation for performing proper partial contraction increases. In other words, since an optimal permutation can be selected from two or more heat exchanger permutation options based on the difference in the heat exchange amount of each heat exchanger, the optimal heat exchange amount permutation is determined. It is possible to perform appropriate partial reduction corresponding to the impurity content ratio of the top vapor. In this case, depending on the permutation calculation method, the number of options increases in two ways for the two-stage heat exchanger, six for the three stages, and 24 for the four stages.
このように、実施例2の熱交換装置では実施例1で述べた効果以外に、更に以下の効果が追加される。つまり、上述のエタノール原料はエタノールより高沸点及び低沸点の不純物が複数含有されており、その含有割合は原料貯槽切替時に差異が生じることにより塔頂蒸気の不純物割合も変動することから、二箇所以上の蒸留塔底部から流出する塔底部液のいずれか一が二段以上の熱交換器のいずれか一に供給される二以上の塔底部液と熱交換器の組合せを選定することにより、二以上の適切な熱交換量の順列が定まり、塔頂蒸気の不純物含有割合に対応した適正な分縮を行うことが可能となる。 As described above, in addition to the effects described in the first embodiment, the following effects are further added to the heat exchange device according to the second embodiment. That is, the above-mentioned ethanol raw material contains a plurality of impurities having a higher boiling point and lower boiling point than ethanol, and the content ratio varies due to the difference in the impurity content of the top vapor due to the difference when the raw material storage is switched. By selecting a combination of two or more tower bottom liquids and a heat exchanger in which any one of the tower bottom liquids flowing out from the bottom of the distillation tower is supplied to any one of two or more heat exchangers, The permutation of the appropriate amount of heat exchange as described above is determined, and it is possible to perform appropriate partial reduction corresponding to the impurity content ratio of the top vapor.
以下、実施例3を図3の熱交換装置のフロー図に基づいて説明する。
図3において、1又は2は第一段熱交換器、2又は1は第二段熱交換器(1が第一段熱交換器の場合2は第二段熱交換器となる。逆に、2が第一段熱交換器の場合1は第二段熱交換器となる。)、3は塔頂蒸気を発生する蒸留塔、4及び5は蒸留塔底部から塔底部液を流出する蒸留塔である。なお、熱交換器1、2は多管式熱交換器であり図1の実施例1のものと同様の構造及び機能を有する。
Hereinafter, Example 3 is demonstrated based on the flowchart of the heat exchange apparatus of FIG.
In FIG. 3, 1 or 2 is a first stage heat exchanger, 2 or 1 is a second stage heat exchanger (when 1 is a first stage heat exchanger, 2 is a second stage heat exchanger. When 2 is a first stage heat exchanger, 1 is a second stage heat exchanger.) 3 is a distillation column that generates top vapor, and 4 and 5 are distillation columns that drain liquid from the bottom of the distillation column. It is. The
実施例3においては、2通りの熱交換方法が可能となる。当該2通りの熱交換方法を以下に説明する。 In Example 3, two heat exchange methods are possible. The two heat exchange methods will be described below.
2通りの一方として、蒸留塔3の塔頂で発生する塔頂蒸気は第一段熱交換器加熱手段18を通り分岐点39で第一段熱交換器加熱手段11の方を通り(第一段熱交換器加熱手段15の方は通らない。)第一段熱交換器1に、蒸留塔4の底部から流出する塔底部液が第一段熱交換器冷却手段13を通り第一段熱交換器1にそれぞれ供給され、第一段熱交換器1において塔頂蒸気と塔底部液の熱交換が行われる。この熱交換により、塔頂蒸気は気体と液体とに分離され、気体は40の分岐点で第二段熱交換器加熱手段12の方を通り(コンデンサー供給手段19の方は通らない。)第二段熱交換器2に供給され、液体は還流手段17より蒸留塔3に還流される(次工程の蒸留塔には導入されない。)とともに、塔底部液は加熱され気体として供給元の蒸留塔4に導入される。
As one of the two ways, the top vapor generated at the top of the
第二段熱交換器加熱手段12を通り第二段熱交換器2に供給される気体は、蒸留塔5の底部から流出し第二段熱交換器冷却手段14を通り第二段熱交換器2に供給される塔底部液と熱交換される。この熱交換により、前記供給される気体は気体と液体とに分離され、気体は41の分岐点でコンデンサー供給手段20の方を通り(熱交換器加熱手段16の方は通らない。)気液分離器を有するコンデンサー6に供給され、液体は還流手段17より蒸留塔3に還流又は次工程の蒸留塔に供給されるとともに、塔底部液は加熱され気体として供給元の蒸留塔5に導入される。
The gas supplied to the second
2通りの他方として、蒸留塔3の塔頂で発生する塔頂蒸気は第一段熱交換器加熱手段18を通り分岐点39で第一段熱交換器加熱手段15の方を通り(第1段熱交換器加熱手段11の方は通らない。)第一段熱交換器2に、蒸留塔5の底部から流出する塔底部液が第一段熱交換器冷却手段14を通り第一段熱交換器2にそれぞれ供給され、第一段熱交換器2において塔頂蒸気と塔底部液の熱交換が行われる。この熱交換により、塔頂蒸気は気体と液体とに分離され、気体は41の分岐点で第二段熱交換器加熱手段16の方を通り(コンデンサー供給手段20の方は通らない。)第二段熱交換器1に供給され、液体は還流手段17より蒸留塔3に還流される(次工程の蒸留塔には導入されない。)とともに、塔底部液は加熱され気体として供給元の蒸留塔5に導入される。
As the other of the two ways, the top vapor generated at the top of the
第二段熱交換器加熱手段16を通り第二段熱交換器1に供給される気体は、蒸留塔4の底部から流出し第二段熱交換器冷却手段13を通り第二段熱交換器1に供給される塔底部液と熱交換される。この熱交換により、前記供給される気体は気体と液体とに分離され、気体は40の分岐点でコンデンサー供給手段19の方を通り(熱交換器加熱手段12の方は通らない。)気液分離器を有するコンデンサー6に供給され、液体は還流手段17より蒸留塔3に還流又は次工程の蒸留塔に供給されるとともに、塔底部液は加熱され気体として供給元の蒸留塔4に導入される。
The gas supplied to the second stage heat exchanger 1 through the second stage heat exchanger heating means 16 flows out from the bottom of the distillation column 4, passes through the second stage heat exchanger cooling means 13, and the second stage heat exchanger. Heat exchange is performed with the liquid at the bottom of the column supplied to 1. By this heat exchange, the supplied gas is separated into a gas and a liquid, and the gas passes through the condenser supply means 19 at 40 branch points (the heat exchanger heating means 12 does not pass). The liquid is supplied to the condenser 6 having a separator, the liquid is refluxed to the
図3の熱交換装置のフロー図においては、第一段熱交換器と第二段熱交換器の二段での熱交換を示しているが、図2の実施例2と同様に熱交換器は三段以上でも可能であり(図示せず)、熱交換装置の段数が増加するほど適正な分縮を行うための蒸留操作上の選択肢が増えることととなる。この場合、順列の計算方法により、二段の熱交換器では2通り、三段では6通り、四段では24通りと当該選択肢が増加することとなる。このことから、基本的に実施例2と実施例3は適正な分縮を行うための蒸留操作上の選択肢が増えることについては同等の効果を得ることが可能となる。 In the flow diagram of the heat exchange device in FIG. 3, heat exchange in two stages of the first stage heat exchanger and the second stage heat exchanger is shown, but the heat exchanger is similar to the second embodiment in FIG. It is possible to use three or more stages (not shown), and as the number of stages of the heat exchange device increases, options for distillation operation for performing proper partial contraction increase. In this case, depending on the permutation calculation method, the number of options increases in two ways for the two-stage heat exchanger, six for the three stages, and 24 for the four stages. From this, basically, in Example 2 and Example 3, it is possible to obtain the same effect with respect to an increase in the choices in the distillation operation for performing appropriate partial contraction.
つまり、実施例3において、二箇所以上の蒸留塔底部から流出する塔底部液のいずれか一が二段以上の熱交換器のいずれか一に供給される二以上の塔底部液と熱交換器の組合せを選定することにより、二以上の適切な熱交換量の順列が定まり、塔頂蒸気の不純物含有割合に対応した適正な分縮を行うことが可能となることについては、実質的に実施例2と同等である。 That is, in Example 3, two or more tower bottom liquids and a heat exchanger in which any one of the tower bottom liquid flowing out from two or more distillation tower bottoms is supplied to any one of the two or more heat exchangers. By selecting the combination of the above, it is possible to determine that the permutation of two or more appropriate heat exchange amounts is determined, and that it is possible to perform appropriate partial reduction corresponding to the impurity content of the top vapor. Equivalent to Example 2.
実施例3は、実施例2と同等の効果以外に、以下の効果が追加される。つまり、実施例3は実施例2との比較において同等の効果があるにも拘らず、必要とする熱交換手段を少なくすることができ、結果的に蒸留操作の簡易化を図ることが可能となる。更に、エタノール蒸留の場合、実施例2のように異なる蒸留塔底部から流出する塔底部液が同一の熱交換器供給される(例えば、第一段熱交換器に蒸留塔4又は5の塔底部液が交互に供給されること。)ことは、異なる塔底部液の熱交換器冷却手段の共用部分において、いずれかの塔底部液がエタノール以外の不純物質により汚染される可能性があるため、その可能性が装置原理上ない実施例3はエタノールの品質管理上優位である。
The third embodiment adds the following effects in addition to the same effects as the second embodiment. That is, although Example 3 has the same effect in comparison with Example 2, it can reduce the necessary heat exchange means, and consequently can simplify the distillation operation. Become. Further, in the case of ethanol distillation, the bottom liquids flowing out from different distillation tower bottoms as in Example 2 are supplied to the same heat exchanger (for example, the bottom of the
1 第一段熱交換器(図3においては第一段熱交換器又は第二段熱交換器)
2 第二段熱交換器(図3においては第二段熱交換器又は第一段熱交換器)
3 塔頂蒸気を発生する蒸留塔
4 塔底部液を流出する蒸留塔
5 塔底部液を流出する蒸留塔
6 コンデンサー
11 第一段熱交換器加熱手段
12 第二段熱交換器加熱手段
13 第一段熱交換器冷却手段(図2又は図3においては第一段熱交換器冷却手段又は第二段熱交換器冷却手段)
14 第二段熱交換器冷却手段(図2又は図3においては第二段熱交換器冷却手段又は第一段熱交換器冷却手段)
15 第一段熱交換器加熱手段
16 第二段熱交換器加熱手段
17 還流手段
18 第一段熱交換器加熱手段
19 コンデンサー供給手段
20 コンデンサー供給手段
21 第二段熱交換器冷却手段
22 第一段熱交換器冷却手段
23 第二段熱交換器冷却手段
24 第一段熱交換器冷却手段
31 分岐点
32 分岐点
33 分岐点
34 分岐点
35 分岐点
36 分岐点
37 分岐点
38 分岐点
39 分岐点
40 分岐点
41 分岐点
1 First-stage heat exchanger (first-stage heat exchanger or second-stage heat exchanger in FIG. 3)
2 Second-stage heat exchanger (second-stage heat exchanger or first-stage heat exchanger in FIG. 3)
3 Distillation tower for generating top vapor 4
14 Second stage heat exchanger cooling means (second stage heat exchanger cooling means or first stage heat exchanger cooling means in FIG. 2 or FIG. 3)
15 First-stage heat exchanger heating means 16 Second-stage heat exchanger heating means 17 Reflux means 18 First-stage heat exchanger heating means 19 Condenser supply means 20 Condenser supply means 21 Second-stage heat exchanger cooling means 22 First Stage heat exchanger cooling means 23 Second stage heat exchanger cooling means 24 First stage heat exchanger cooling means 31 Branch point 32 Branch point 33
Claims (4)
一の蒸留塔底部から流出する塔底部液が第一段熱交換器に、他の一の蒸留塔底部から流出する塔底部液が第二段熱交換器にそれぞれ供給された後各々供給元の蒸留塔底部に戻るように、第一段熱交換器冷却手段及び第二段熱交換器冷却手段を備え、
前記塔頂蒸気が蒸留塔塔頂から第一段熱交換器に供給される第一段熱交換器加熱手段と、第一段熱交換器で凝縮されなかなかった気体が第一段熱交換器から第二段熱交換器に供給される第二段熱交換器加熱手段が配設されたことを特徴とする熱交換装置。 The top steam is separated into gas and liquid in two stages, the first stage heat exchanger and the second stage heat exchanger, and the bottom liquid flowing out from the bottom of one distillation tower is the first stage heat exchanger. In the heat exchange apparatus of the distillation column, the column bottom liquid flowing out from the bottom of the other one distillation column is heated by being supplied to the second stage heat exchanger,
The liquid at the bottom of the column flowing out from the bottom of one distillation column is supplied to the first stage heat exchanger, and the liquid at the bottom of the column flowing out from the bottom of the other distillation column is supplied to the second stage heat exchanger. A first stage heat exchanger cooling means and a second stage heat exchanger cooling means are provided so as to return to the bottom of the distillation column,
The first stage heat exchanger heating means in which the top vapor is supplied to the first stage heat exchanger from the top of the distillation tower, and the gas that has not been condensed in the first stage heat exchanger is the first stage heat exchanger A heat exchange device, characterized in that a second-stage heat exchanger heating means supplied to the second-stage heat exchanger is disposed.
前記二箇所以上の蒸留塔底部から流出する塔底部液のいずれか一が二段以上の熱交換器のいずれか一に供給される二以上の塔底部液と熱交換器の組合せにより、二以上の塔底部液がそれぞれ分岐されて二段以上の熱交換器にそれぞれ供給された後各々供給元の蒸留塔底部に戻るように、二段以上の熱交換器冷却手段を備え、
前記塔頂蒸気が蒸留塔塔頂から第一段熱交換器に供給される第一段熱交換器加熱手段と、第一段熱交換器で凝縮されなかった気体が最終段熱交換器に至るまで、前段の熱交換器で凝縮されなかった気体が次段の熱交換器に供給される熱交換器加熱手段が配設されたことを特徴とする熱交換装置。 The top vapor is separated into gas and liquid by two or more stages of heat exchangers, and any one of the column bottom liquid flowing out from the bottom of two or more distillation towers is one of two or more stages of heat exchangers. In a heat exchange apparatus for a distillation column in which two or more tower bottom liquids are branched by a combination of two or more tower bottom liquids supplied to one and a heat exchanger, and are heated using two or more heat exchangers, respectively. ,
Two or more tower bottom liquids flowing out from two or more distillation tower bottoms are supplied to any one of two or more heat exchangers in combination with two or more tower bottom liquids and heat exchangers. In order to return to the distillation column bottom of the supply source after each of the tower bottom liquid is branched and supplied to the two or more stage heat exchangers, respectively, it is provided with two or more stage heat exchanger cooling means,
The first stage heat exchanger heating means in which the top vapor is supplied from the top of the distillation tower to the first stage heat exchanger, and the gas not condensed in the first stage heat exchanger reaches the final stage heat exchanger. A heat exchanger apparatus characterized in that a heat exchanger heating means is provided in which the gas that has not been condensed in the previous stage heat exchanger is supplied to the next stage heat exchanger.
間接冷却源として、一の蒸留塔底部から流出する塔底部液を第一段熱交換器に、他の一の蒸留塔底部から流出する塔底部液を第二段熱交換器にそれぞれ供給し、
間接加熱源として、前記塔頂蒸気を蒸留塔塔頂から第一段熱交換器に供給し、第一段熱交換器で凝縮されなかなかった気体を第二段熱交換器に供給することを特徴とする熱交換装置の熱交換方法。 The top steam is separated into gas and liquid in two stages, the first stage heat exchanger and the second stage heat exchanger, and the bottom liquid flowing out from the bottom of one distillation tower is the first stage heat exchanger. In the heat exchanging method of the heat exchanging device of the distillation column heated by being fed to the column, and the column bottom liquid flowing out from the bottom of the other one distillation column is fed to the second stage heat exchanger,
As an indirect cooling source, the bottom liquid that flows out from the bottom of one distillation column is supplied to the first stage heat exchanger, and the bottom liquid that flows out from the bottom of the other one distillation tower is supplied to the second stage heat exchanger, respectively.
As an indirect heating source, the top vapor is supplied from the top of the distillation column to the first stage heat exchanger, and the gas that has not been condensed in the first stage heat exchanger is supplied to the second stage heat exchanger. A heat exchange method for a heat exchange device.
間接冷却源として、前記二箇所以上の蒸留塔底部から流出する塔底部液をそれぞれ分岐して二段以上の熱交換器にそれぞれ供給し、
間接加熱源として、前記塔頂蒸気を蒸留塔塔頂から第一段熱交換器に供給し、第一段熱交換器で凝縮されなかった気体が最終段熱交換器に至るまで、前段の熱交換器で凝縮されなかった気体を次段の熱交換器に供給することを特徴とする熱交換装置の熱交換方法。
The top vapor is separated into gas and liquid by two or more stages of heat exchangers, and any one of the column bottom liquid flowing out from the bottom of two or more distillation towers is one of two or more stages of heat exchangers. A distillation column heat exchange apparatus in which two or more tower bottom liquids are branched by a combination of two or more tower bottom liquids and a heat exchanger supplied to one and heated by using two or more stages of heat exchangers, respectively. In the heat exchange method,
As an indirect cooling source, the liquid at the bottom of the tower flowing out from the bottoms of the two or more distillation towers is branched and supplied to two or more heat exchangers, respectively.
As an indirect heating source, the top steam is supplied from the top of the distillation tower to the first stage heat exchanger, and the gas that has not been condensed in the first stage heat exchanger reaches the final stage heat exchanger. A heat exchange method for a heat exchange device, characterized in that the gas that has not been condensed in the exchanger is supplied to a heat exchanger in the next stage.
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