JP4143210B2 - リボイラ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蒸留塔の底部に一体に設けられるリボイラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
精密蒸留用の蒸留塔では、その最下部に凝縮液が滞留する液溜めを設け、ここに凝縮液を加熱蒸発させる加熱手段を設けた蒸留塔一体型のリボイラが一般的に採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、蒸留塔の大型化等に応じてリボイラの蒸発能力を高めたい場合、必要な伝熱量を確保するために伝熱面積を大きくする必要があるが、これには従来、液溜めの容量を大きくすることで対応していた。ところが、液溜めの容量増大に伴い凝縮液の滞留量（ホールドアップ）も増大し、これにより立ち上げ所要時間が長くなる。これは、元来立ち上げに長時間を要する精密蒸留用蒸留塔では大きな問題となる。また、蒸発量の増大に伴って径の大きな沸騰気泡が発生することがあるが、これは激しい圧力変動を招いて蒸留塔の運転状態を不安定にさせる要因となり避けることが望ましい。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、凝縮液の滞留量を増大させることなく伝熱面積を拡大することが可能で、かつ径の大きな気泡の発生を抑えて安定した運転状態を確保し得るように構成されたリボイラを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明においては、蒸留塔の底部に一体に設けられるリボイラにおいて、前記蒸留塔からの凝縮液を滞留させる液溜めが、蒸留塔に直結された上槽と、該上槽から垂下した複数の伝熱管と、該複数の伝熱管を集合する下槽と、前記上下の槽を連絡して凝縮液を循環させるダウンカマー（下降管）とからなり、当該液溜め内の凝縮液を外部の熱媒体により加熱するものとし、前記熱媒体は、液面を前記液溜めの下方に位置させるように該液溜めに併設された熱媒体槽に封入され、該熱媒体槽に設けられたヒータの加熱により生じた蒸気の凝縮潜熱によって前記液溜め内の凝縮液を加熱するようにし、前記ダウンカマーの外周に、前記熱媒体の蒸気と前記液溜め内の凝縮液との熱交換により生成する前記熱媒体の凝縮液が滞留する熱媒液滞留部を設けた。
【０００６】
これによると、凝縮液の滞留量に対して伝熱面積を大きくとることが可能となり、所要の蒸発能力を小容量の液溜めで実現することができ、これにより立ち上げ所要時間を短縮することができる。その上、伝熱管を多数設けて伝熱管の径を小さくすることにより、スラグフローが形成された場合にも比較的小さな圧力脈動しか発生せず、しかも互いに打ち消し合うように作用するため、蒸留塔の運転状態を不安定にさせる不具合を解消することができる。
【０００７】
なお、前記構成の液溜めでは、サーモサイホンの作用により伝熱管内で凝縮液が上向きに流通すると共にダウンカマー内で凝縮液が下向きに流通して循環流が形成されるが、これはカランドリア型熱交換器と同様な原理であり、ダウンカマーを大径に、伝熱管を小径にそれぞれ形成してダウンカマーでの断面積あたりの伝熱面積を伝熱管に比べて小さくする。これにより、ダウンカマー内に下向流が形成され、他方、伝熱管内では、その内面の境膜厚さが減少し、良好な伝熱性能が得られる。また、伝熱管の流量を均一化する上でダウンカマーを中心に配置することが望ましい。
【０００８】
特に、前記熱媒体は、液面を前記液溜めの下方に位置させるように該液溜めに併設された熱媒体槽に封入され、該熱媒体槽に設けられたヒータの加熱により生じた蒸気の凝縮潜熱によって前記液溜め内の凝縮液を加熱するようにしたため、熱媒体の外部からの供給が不要となり、装置構成を簡略化して小型化を図ることができる。しかも、熱媒蒸気による間接加熱であるため、ヒータの発熱量の変動に対して平準化の効果が得られ、運転の安定性を向上させることができる。この場合、熱媒体に運転温度が沸点になるものを採用すれば良く、その簡単な例としては蒸留対象物と同一物質を挙げることができる。
【０００９】
さらに、前記ダウンカマーの外周に、前記熱媒体の蒸気と前記液溜め内の凝縮液との熱交換により生成する前記熱媒体の凝縮液が滞留する熱媒液滞留部を設けたため、ダウンカマーの外周の熱媒凝縮液が、ダウンカマー内への侵入熱を低減する断熱層として作用し、侵入熱によりダウンカマーの内壁面近傍で生じる上昇流れを抑制して、ダウンカマー内の下向流を安定させることができ、これにより伝熱管内の上向流を安定させ、伝熱管内の境膜厚さの低減効果を増大させて伝熱性能を向上させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明の構成を詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明によるリボイラが適用された精密蒸留装置の概略構成を示している。この精密蒸留装置は、常温以下の温度条件で蒸留操作を行うものであり、本発明によるリボイラ１と、充填材が充填された複数の蒸留カラム２と、蒸留カラム２から上昇したガスを凝縮するコンデンサ３とを断熱容器４内に収容してなっている。リボイラ１、蒸留カラム２並びにコンデンサ３は図示しない支持部材を介して断熱容器４に支持される。
【００１２】
リボイラ１においては、蒸留カラム２から流下した凝縮液Ａの液溜め６が蒸留カラム２の底部に一体に設けられている。液溜め６の下方には、熱媒体が封入される熱媒体槽７が併設されており、この熱媒体槽７では、熱媒液Ｂの液面が液溜め６の下方に位置している。熱媒体槽７にはヒータ９が設けられており、このヒータ９により熱媒液Ｂが加熱され、これにより生じた蒸気の凝縮潜熱により液溜め６内の凝縮液Ａを加熱するようになっている。熱媒には、沸点が運転温度になるものが採用される。
【００１３】
コンデンサ３では、各蒸留カラム２の上端に設けられた凝縮管１０がコンデンサ容器１１内の冷媒液に浸漬され、蒸留カラム２から上昇した凝縮性ガスを凝縮するようになっている。凝縮管１０内で生成した凝縮液は自然流下して蒸留カラム２に環流される。被蒸留物は、蒸留カラム２の中段に送入され、凝縮管１０の頂部から低沸点成分が、リボイラ１の液溜め６から高沸点成分がそれぞれ引き抜かれる。
【００１４】
リボイラ１の液溜め６は、図２に詳しく示すように、蒸留カラム２に直結された上槽１３と、この上槽１３から垂下した複数の伝熱管１４と、この複数の伝熱管１４を集合する下槽１５と、上下の槽１３・１５を相互に連絡して凝縮液を循環させるダウンカマー１６とからなっている。ダウンカマー１６は、伝熱管１４よりも大径に形成され、それらの中心部に配置されている。ダウンカマー１６の外周には、熱媒体の凝縮液を滞留させる熱媒液滞留部として筒状のトラップ１７が設けられている。このトラップ１７の上部は開放されている。
【００１５】
このように構成されたリボイラ１においては、前記のごとくヒータ９により熱媒体槽７内の熱媒液Ｂが加熱され、これにより生成した熱媒蒸気は、伝熱管１４や下槽１５の壁面で凝縮潜熱を放出して内部の凝縮液Ａを加熱する。これにより、図２中に矢印で示すように伝熱管１４内ではサーモサイホンの作用で凝縮液Ａが上向きに流通し、ダウンカマー１６内では凝縮液Ａが下向きに流通して循環流が形成される。他方、凝縮液Ａとの熱交換により液溜め６の外面に生成した熱媒凝縮液は、流れ落ちて再度ヒータ９により加熱されることになり、密閉された熱媒体槽７内で熱媒体が蒸発と凝縮とを繰り返す。
【００１６】
また、ダウンカマー１６の壁面では、上部の開口から入り込んだ熱媒蒸気が凝縮し、その熱媒凝縮液がダウンカマー１６を筒状に取り囲むように滞留してダウンカマー１６の断熱筒として機能し、ダウンカマー１６内への入熱を低減してその内壁面近傍で生じる上昇流れを抑制する。
【００１７】
以上、熱媒蒸気の凝縮潜熱を利用した間接加熱方式の例について説明したが、図３に示すように、熱媒液で直接加熱する方式も可能である。このリボイラ２１においては、熱媒体槽２２に熱媒液Ｂが充満し、熱媒液Ｂの供給管２３並びに排出管２４が設けられ、所定の温度に保持される。
【００１８】
なお、前記実施形態においては、充填塔式の多数の蒸留カラムをリボイラに接続した構成を例に説明したが、本発明によるリボイラは蒸留塔の形式を選ぶものではなく、棚段式などこれ以外の形式の蒸留塔にも広く適用可能である。
【００１９】
【発明の効果】
このように本発明によれば、凝縮液の滞留量を削減して立ち上げ所要時間を短縮すると共に、径の大きな気泡の発生を抑えて安定した運転状態を確保することができる。特に熱媒蒸気の凝縮潜熱を利用した間接加熱方式とすることにより、装置構成を簡略化して小型化を図ると共に、運転の安定性を向上させることができる。さらに、ダウンカマーの外周に熱媒凝縮液による断熱筒を形成することにより、液溜め内の循環流を安定させて伝熱性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるリボイラが適用された蒸留装置の概略構成を示す断面図。
【図２】図１に示したリボイラの拡大断面図。
【図３】本発明によるリボイラの他の形態を示す図２と同様の断面図。
【符号の説明】
１ リボイラ
２ 蒸留カラム
３ コンデンサ
４ 断熱容器
６ 液溜め
７ 熱媒体槽
９ ヒータ
１０ 凝縮管
１１ コンデンサ容器
１３ 上槽
１４ 伝熱管
１５ 下槽
１６ ダウンカマー
１７ トラップ
２１ リボイラ
２２ 熱媒体槽
２３ 供給管
２４ 排出管
Ａ 凝縮液
Ｂ 熱媒液

Claims (1)

1. 蒸留塔の底部に一体に設けられるリボイラであって、
   前記蒸留塔からの凝縮液を滞留させる液溜めが、前記蒸留塔に接続された上槽と、該上槽から垂下した複数の伝熱管と、該複数の伝熱管を集合する下槽と、前記上下の槽を連絡して凝縮液を循環させるダウンカマーとからなり、当該液溜め内の凝縮液を外部の熱媒体により加熱するようにし、
   前記熱媒体は、液面を前記液溜めの下方に位置させるように該液溜めに併設された熱媒体槽に封入され、該熱媒体槽に設けられたヒータの加熱により生じた蒸気の凝縮潜熱によって前記液溜め内の凝縮液を加熱するようにし、
   前記ダウンカマーの外周に、前記熱媒体の蒸気と前記液溜め内の凝縮液との熱交換により生成する前記熱媒体の凝縮液が滞留する熱媒液滞留部を設けたことを特徴とするリボイラ。

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