内部熱交換型蒸留塔の挙動 (東理大・工) (正)大江 修造* 1. 緒 言 蒸留操作は云うまでも無く塔底で加熱し 塔頂で冷却を行うため,加熱に用いるエネルギーを塔 頂で無駄に捨てている.エネルギーを有効に活用する 蒸留塔の一つに内部熱交換型蒸留塔(HIDiC)がある. 化学工業で分離精製に使うエネルギーの 90%は蒸留 分野で消費されているといわれ,このエネルギー消費 量の削減が強く望まれている.HIDiC は国家プロジェ クトにより研究開発されてきたが,実証プラントでは 60%の省エネを達成した。最近注目を浴びているエ タノールにつき HIDiC の適用を検討した。 2. 内部熱交換型蒸留塔の理論 HIDiC の原理を Fig. 1 に示す1).HIDiC では(1)回収部からの蒸気を直接 濃縮部に送らずに加圧昇温した上で送る.(2)濃縮 部各段の蒸気は回収部各段と熱交換させる.(3)濃 縮部は回収部より高圧となっているので,液は減圧し た上で送る.これにより,濃縮部を上昇する蒸気は上 段に近づくほど減少する.濃縮部から回収部への熱移 動を工業的に実現可能な構造にし,かつ濃縮部塔頂に おける外部還流を不要とした. Fig.1 内部熱交換型蒸留塔(HIDiC)の原理1) 濃縮部操作線の式 ye ( i +1) = yp idre xei + 1 + idre 1 + idre rei = i × dre 回収部操作線の式 1 + (n − j + 1)drs xw y sj = xs ( j −1) − (n − j + 1)drs (n − j + 1)drs dre = Qk / λ / P, rs j = (n − j + 1)drs drs = Qk / λ / W ここに,Qk は各段における内部伝熱量であり、これに より濃縮部および回収部における内部還流量が決ま る。Qk は各段で一定とする。 3. 内部熱交換型蒸留塔の挙動 エタノールの脱水に HIDiC を適用する可能性につき検討した。エタノール +水系の気液平衡は平衡圧力により変化する。 Fig. 2 圧力差によるエタノール脱水(従来法) 圧力による気液平衡の差異を使えば従来の蒸留法によ ってもエタノールの脱水が可能である(Fig. 2) . Fig. 3 圧力差によるエタノール脱水(HIDiC) HIDiC によれば、この圧力による気液平衡の差異を更 に有効に使ったエタノール脱水が可能である(Fig. 3) 。 HIDiC に お い て 回 収 部 お よ び 濃 縮 部 の 操 作 圧 を 101.3kPa および 200kPa とすることにより 98 モル%の エタノールを得ることができる。 理論段数は 22 段であ る。4.結 言 HIDiC は従来の蒸留塔とは構造が大幅 に異なっている。設計,製作,運転の各段階で,理解 と技術の確立が必要である.そのためには本報告に示 すような設計項目の影響を明らかにする必要があろう。 今後も HIDiC の省エネ効果を引き出すために主要な設 計項目の影響を明らかする必要がある. 引用文献 (1) 高松武一郎、中岩 勝、中西俊成、化学工学論文 集、第 22 巻、985-990 (1996), (2) 阿曽一正, PETROTECH, 23, 456, 2000 (3)中岩 勝,内部熱交換による省エネ蒸留技術開発,独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDOホームページ) http://www.nedo.go.jp/activities/portal/gaiyou/p02020.html *) S.Ohe, Tel/Fax:03-3221-1570 E-mail : [email protected]
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