JP2000271402A - リボイラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蒸留塔一体型のリボイラを、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し得るよ
うに構成する。 【解決手段】 蒸留カラム２からの凝縮液を滞留させる
液溜め６が、蒸留カラムに接続された上槽１３と、該上
槽から垂下した複数の伝熱管１４と、該複数の伝熱管を
集合する下槽１５と、上下の槽を連絡して凝縮液を循環
させるダウンカマー１６とからなるものとする。そして
熱媒体を、液面が液溜めの下方に位置するように液溜め
に併設された熱媒体槽７に封入し、ここに設けられたヒ
ータ９の加熱により生じた熱媒蒸気により液溜め内の凝
縮液を加熱するものとする。さらにダウンカマーの外周
に、熱媒体の蒸気と液溜め内の凝縮液との熱交換により
生成する熱媒体の凝縮液が滞留するトラップ１７を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【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
を加熱するようにすると好ましい。これによると、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
設けると良い。これによると、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

フロントページの続き (72)発明者 芳賀 研一 東京都練馬区羽沢１−５−13 (72)発明者 田中 昌司 神奈川県横浜市磯子区岡村４−12−22 (72)発明者 内山 敦詞 東京都町田市小山田桜台１−11−54 (72)発明者 島岡 達春 神奈川県相模原市古淵３−５−１ Ｆターム(参考） 4D076 AA22 AA24 BB04 BB05 BC06 CA14 CA19 DA02 DA10 DA22 DA36 FA31 FA37 JA03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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
   るようにしたことを特徴とするリボイラ。
2. 【請求項２】 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ことを特徴とする請求項１に記載の
   リボイラ。
3. 【請求項３】 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請求項２に記載のリボイラ。