特開 2022-122348 蒸留装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022122348

(43)【公開日】2022-08-23

(54)【発明の名称】蒸留装置

(51)【国際特許分類】

   B01D 3/32 20060101AFI20220816BHJP

【ＦＩ】

B01D3/32 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021019505

(22)【出願日】2021-02-10

(71)【出願人】

【識別番号】390036663

【氏名又は名称】木村化工機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100092071

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 均

(74)【代理人】

【識別番号】100130638

【弁理士】

【氏名又は名称】野末 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】立野 隆彦

(72)【発明者】

【氏名】池田 博史

(72)【発明者】

【氏名】竹森 勇

【テーマコード（参考）】

4D076

【Ｆターム（参考）】

4D076AA12

4D076AA16

4D076AA22

4D076AA24

4D076BB03

4D076BB04

4D076BB23

4D076CA01

4D076CB02

4D076CB03

4D076CB04

4D076CB06

4D076CB07

4D076CB08

4D076CD32

4D076DA02

4D076DA34

4D076DA35

4D076EA06Z

4D076EA07Z

4D076EA10Z

4D076EA11Z

4D076EA12Z

4D076FA33

4D076JA04

(57)【要約】

【課題】蒸気圧縮機を用いて省エネルギーを図るとともに、蒸気圧縮機に消費されるエネルギーを抑制して、さらに高い省エネルギー効果を得ることが可能な蒸留装置を提供する。
【解決手段】蒸留塔１００を第１蒸留塔１と第２蒸留塔２の２つの蒸留塔に分け、第１蒸留塔は第１リボイラ１１を備え、第２蒸留塔は第２リボイラ１２を備えた構成とするとともに、第２塔頂ベーパを冷却し、かつ、第２塔頂ベーパが有する熱により熱回収コンデンサ用循環冷却水を蒸発させる熱回収コンデンサ２１を設け、熱回収コンデンサ２１の冷却水から蒸発させた蒸気を、第１リボイラ用の第１蒸気圧縮機ＳＣ１と、第２リボイラ用の第２蒸気圧縮機ＳＣ２の２種類の蒸気圧縮機とに振り分けて供給し、各蒸気圧縮機で圧縮することにより温度レベルを上げた蒸気を、第１蒸留塔用の第１リボイラと、第２蒸留塔用の第２リボイラとに供給する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高沸点成分と、前記高沸点成分より高濃度の低沸点成分とを含有する液の蒸留を行い、前記低沸点成分を主成分とする第２塔頂ベーパと、前記低沸点成分よりも前記高沸点成分を高い割合で含有する第２塔底液に分離する第２蒸留塔と、
前記高沸点成分と、前記高沸点成分より高濃度の前記低沸点成分とを含有する原料液と、前記第２塔底液との混合液を循環させて加熱・蒸発させ、前記第２蒸留塔の塔底に供給する第２リボイラと、
前記第２蒸留塔の塔頂から取り出される前記低沸点成分を主成分とする前記第２塔頂ベーパを、熱回収コンデンサ用循環冷却水により冷却して凝縮させ、前記低沸点成分を主成分とする凝縮液を留出液として回収するとともに、前記第２塔頂ベーパが有する熱により前記熱回収コンデンサ用循環冷却水を蒸発させる熱回収コンデンサと、
前記熱回収コンデンサにおいて前記熱回収コンデンサ用循環冷却水から発生させた蒸気の一部を供給し、圧縮することにより温度レベルを上げて前記第２リボイラに第２リボイラ用蒸気として供給するように構成された第２蒸気圧縮機と、
前記第２塔底液の蒸留を行う第１蒸留塔であって、塔頂に供給される前記第２塔底液を蒸留して、塔頂から取り出される第１塔頂ベーパと、塔底から取り出される第１塔底液とに分離し、かつ、前記第１塔頂ベーパが前記第２蒸留塔の塔底に供給されるように構成された第１蒸留塔と、
前記第１塔底液を循環させて加熱・蒸発させ、前記第１蒸留塔の塔底に供給する第１リボイラと、
前記熱回収コンデンサにおいて前記熱回収コンデンサ用循環冷却水から発生させた蒸気のうち、前記第２蒸気圧縮機に供給された前記一部を除いた残部を供給し、圧縮することにより温度レベルを上げて前記第１リボイラに第１リボイラ用蒸気として供給するように構成された第１蒸気圧縮機と、
を備え、
前記第２蒸気圧縮機のＣＯＰの値が、前記第１蒸気圧縮機のＣＯＰの値より２．０以上大きくなるように構成されていること
を特徴とする蒸留装置。

【請求項2】

前記第２蒸気圧縮機のＣＯＰの値が、前記第１蒸気圧縮機のＣＯＰの値より３．０以上大きくなるように構成されていること
を特徴とする請求項１記載の蒸留装置。

【請求項3】

前記第２蒸気圧縮機として、ＣＯＰの値が６．０以上１５．０以下の蒸気圧縮機が用いられるように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の蒸留装置。

【請求項4】

前記第１蒸留塔の塔径が、前記第２蒸留塔の塔径よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の蒸留装置。

【請求項5】

前記第２蒸気圧縮機で温度レベルを上げて前記第２リボイラに供給される前記第２リボイラ用蒸気の温度が、前記熱回収コンデンサにおいて前記熱回収コンデンサ用循環冷却水を蒸発させた蒸気の温度よりも１５℃以上４０℃以下の範囲で高く、
前記第１蒸気圧縮機で温度レベルを上げて前記第１リボイラに供給される前記第１リボイラ用蒸気の温度が、前記熱回収コンデンサにおいて前記熱回収コンデンサ用循環冷却水を蒸発させた蒸気の温度よりも３０℃以上６０℃以下の範囲で高くなるように構成されていること
を特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の蒸留装置。

【請求項6】

前記低沸点成分が有機溶剤であり、前記高沸点成分が水であることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の蒸留装置。

【請求項7】

前記低沸点成分と前記高沸点成分が、いずれも有機溶剤であることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の蒸留装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蒸気圧縮機を用いた蒸留装置に関し、詳しくは、低沸点成分を高沸点成分よりも高濃度で含有する原料液を蒸留して、低沸点成分と高沸点成分とを分離するのに用いられる蒸留装置に関する。

【背景技術】

【0002】

蒸留装置における省エネルギー化の必要性は近年、益々増大しており、種々の提案が行われている。

【0003】

そのような省エネルギー技術の１つとして、蒸留装置にヒートポンプを組み込んで、熱効率を向上させるようにした蒸留装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

【0004】

特許文献１の蒸留装置は、蒸留塔と、蒸留コンデンサと、蒸留リボイラと、蒸留コンデンサから流出した出力流体を蒸留塔に戻すための還流用の配管とを備える蒸留装置である。

【0005】

そして、この蒸留装置は、作動媒体（水）が蒸留コンデンサで受け取った熱を蒸留リボイラに与えるためのヒートポンプを備えている。ヒートポンプは、蒸留コンデンサと蒸留リボイラを接続するとともに作動媒体が循環する循環流路とを備えた構成とされている。

【0006】

そして、この蒸留装置によれば、蒸留塔の頂部から流出した出力流体の有する熱エネルギーが、ヒートポンプによって蒸留リボイラにおいて有効に回収され、出力流体の熱エネルギーの有効利用により、蒸留リボイラにおける出力流体の加熱に必要な熱エネルギーの削減を図ることが可能になるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特公平０６－００９６４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、蒸留装置における省エネルギー化を図る方法の一つとして、上述のようにヒートポンプを利用する方法は、極めて有効な方法の一つであると考えられる。

【0009】

しかしながら、作動媒体として水を用いた汎用ヒートポンプを用いた蒸留塔の場合、汎用ヒートポンプの高温側作動媒体（高温側温水）の温度が１００℃未満であることから高温領域では採用できず、また、蒸留塔の塔頂ベーパを冷却するために用いられたコンデンサの冷却水から蒸気を発生させ、加熱源としてリボイラに供給しようとすると、蒸気を圧縮して所望の温度にまで昇温させるのに高圧縮タイプの蒸気圧縮機を用いることが必要となる。その結果、蒸気圧縮機の成績効率（ＣＯＰ）は小さくなり、省エネルギー効果も小さくなるという問題点がある。

【0010】

本発明は、上記課題を解決するものであり、蒸留装置に蒸気圧縮機を用いて１００℃以上の高温領域での省エネルギーを図るとともに、蒸気圧縮機に消費されるエネルギーを抑制して、さらなる省エネルギー効果を得ることが可能な蒸留装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するため、本発明の蒸留装置は、
高沸点成分と、前記高沸点成分より高濃度の低沸点成分とを含有する液の蒸留を行い、前記低沸点成分を主成分とする第２塔頂ベーパと、前記低沸点成分よりも前記高沸点成分を高い割合で含有する第２塔底液に分離する第２蒸留塔と、
前記高沸点成分と、前記高沸点成分より高濃度の前記低沸点成分とを含有する原料液と、前記第２塔底液との混合液を循環させて加熱・蒸発させ、前記第２蒸留塔の塔底に供給する第２リボイラと、
前記第２蒸留塔の塔頂から取り出される前記低沸点成分を主成分とする前記第２塔頂ベーパを、熱回収コンデンサ用循環冷却水により冷却して凝縮させ、前記低沸点成分を主成分とする凝縮液を留出液として回収するとともに、前記第２塔頂ベーパが有する熱により前記熱回収コンデンサ用循環冷却水を蒸発させる熱回収コンデンサと、
前記熱回収コンデンサにおいて前記熱回収コンデンサ用循環冷却水から発生させた蒸気の一部を供給し、圧縮することにより温度レベルを上げて前記第２リボイラに第２リボイラ用蒸気として供給するように構成された第２蒸気圧縮機と、
前記第２塔底液の蒸留を行う第１蒸留塔であって、塔頂に供給される前記第２塔底液を蒸留して、塔頂から取り出される第１塔頂ベーパと、塔底から取り出される第１塔底液とに分離し、かつ、前記第１塔頂ベーパが前記第２蒸留塔の塔底に供給されるように構成された第１蒸留塔と、
前記第１塔底液を循環させて加熱・蒸発させ、前記第１蒸留塔の塔底に供給する第１リボイラと、
前記熱回収コンデンサにおいて前記熱回収コンデンサ用循環冷却水から発生させた蒸気のうち、前記第２蒸気圧縮機に供給された前記一部を除いた残部を供給し、圧縮することにより温度レベルを上げて前記第１リボイラに第１リボイラ用蒸気として供給するように構成された第１蒸気圧縮機と、
を備え、
前記第２蒸気圧縮機のＣＯＰの値が、前記第１蒸気圧縮機のＣＯＰの値より２．０以上大きくなるように構成されていること
を特徴としている。

【0012】

本発明の蒸留装置においては、前記第２蒸気圧縮機のＣＯＰの値が、前記第１蒸気圧縮機のＣＯＰの値より３．０以上大きくなるように構成されていることが好ましい。

【0013】

また、前記第２蒸気圧縮機として、ＣＯＰの値が６．０以上１５．０以下の蒸気圧縮機が用いられるように構成されていることが好ましい。

【0014】

また、前記第１蒸留塔の塔径が、前記第２蒸留塔の塔径よりも小さくなるように構成されていることが好ましい。

【0015】

また、前記第２蒸気圧縮機で温度レベルを上げて前記第２リボイラに供給される前記第２リボイラ用蒸気の温度が、前記熱回収コンデンサにおいて前記熱回収コンデンサ用循環冷却水を蒸発させた蒸気の温度よりも１５℃以上４０℃以下の範囲で高く、
前記第１蒸気圧縮機で温度レベルを上げて前記第１リボイラに供給される前記第１リボイラ用蒸気の温度が、前記熱回収コンデンサにおいて前記熱回収コンデンサ用循環冷却水を蒸発させた蒸気の温度よりも３０℃以上６０℃以下の範囲で高くなるように構成されていること
が好ましい。

【0016】

また、本発明は、前記低沸点成分が有機溶剤であり、前記高沸点成分が水である場合に好適に適用することができる。

【0017】

本発明は、前記低沸点成分と前記高沸点成分が、いずれも有機溶剤である場合にも好適に用いることができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明の蒸留装置は、上述のような構成を備え、かつ、第２蒸気圧縮機のＣＯＰ（成績効率）の値が、第１蒸気圧縮機のＣＯＰの値より２．０以上大きくなるように構成されているので、省エネルギー性に優れた、エネルギー効率の高い蒸留装置を実現することができる。

【0019】

詳しく説明すると、例えば、従来広く用いられている、単一の蒸留塔を備えた蒸気圧縮式蒸留設備において、塔頂ベーパを冷却するための熱回収コンデンサの冷却水（熱回収コンデンサ用循環冷却水）から蒸気を発生させ、蒸気圧縮機で圧縮することにより温度レベルを上げ、加熱源としてリボイラに供給するようにした場合、蒸気圧縮機のＣＯＰ（成績効率＝加熱能力（ｋＷ）／消費電力（ｋＷ））の値は４程度になる。

【0020】

これに対して、本発明では、蒸留塔を第１蒸留塔と第２蒸留塔の２つの蒸留塔に分け、第１蒸留塔は第１リボイラを備え、第２蒸留塔は第２リボイラを備えた構成とするとともに、熱回収コンデンサの冷却水（熱回収コンデンサ用循環冷却水）から蒸気を発生させるとともに、発生した蒸気を第１リボイラ用の第１蒸気圧縮機と、第２リボイラ用の第２蒸気圧縮機の２種類の蒸気圧縮機に振り分け、各蒸気圧縮機で圧縮することにより温度レベルを上げた蒸気を、加熱源として、第１蒸留塔用の第１リボイラと、第２蒸留塔用の第２リボイラとに供給するようにしている。

【0021】

ここで、例えば、各蒸気圧縮機で圧縮して温度レベルを上げた蒸気を第１リボイラと第２リボイラで５０％ずつ供給するようにした場合、第１リボイラ用の第１蒸気圧縮機のＣＯＰは４程度のままとなるが、本発明の蒸留装置のように、蒸留塔を第１蒸留塔と第２蒸留塔の２つの蒸留塔に分けるとともに、第１蒸留塔は第１リボイラを備え、第２蒸留塔は第２リボイラを備えた構成とした場合、第２蒸気圧縮機のＣＯＰの値が、第１蒸気圧縮機のＣＯＰの値より高い値となるように構成することが可能になる。そして、本発明では、第２蒸気圧縮機のＣＯＰの値が、第１蒸気圧縮機のＣＯＰの値より２．０以上大きくなるように構成している。

【0022】

このように構成した場合、例えば、第１蒸気圧縮機のＣＯＰを４、第２蒸気圧縮機のＣＯＰを６（＝４＋２）とすると、第１蒸気圧縮機と第２蒸気圧縮機の２つの蒸気圧縮機の総合ＣＯＰは（４＋６）/２=５となり、上述の従来技術の場合のＣＯＰ４に対して、約１．２５倍の効率を得ることができる。

【0023】

なお、例えば、第１蒸気圧縮機および第２蒸気圧縮機で圧縮して温度レベルを上げた蒸気を第１リボイラと第２リボイラで５０％ずつ供給するようにした場合、第１リボイラ用の第１蒸気圧縮機のＣＯＰは４程度のままとなるが、供給液を加熱するための第２リボイラ用の第２蒸気圧縮機については、実際に、ＣＯＰを６．０以上１５．０以下の高い値とすることが可能になる。

【0024】

そして、第２蒸気圧縮機のＣＯＰを１５とした場合、第１蒸気圧縮機と第２蒸気圧縮機の２つの蒸気圧縮機の総合ＣＯＰは（４＋１５）/２＝９．５となり、上述の従来技術の場合のＣＯＰ４に対して２．３７倍の効率を得ることが可能になる。

【0025】

なお、上記の例では、第１蒸気圧縮機と第２蒸気圧縮機の２種類の蒸気圧縮機で圧縮して温度レベルを上げた蒸気を第１リボイラに５０％、第２リボイラに５０％の割合で供給するようにした場合について説明しているが、本発明の蒸留装置においては、通常、第１リボイラに供給する蒸気量（熱量）の２倍あるいはそれ以上の割合の蒸気量（熱量）が第２リボイラに供給されることになるので、第２蒸気圧縮機のＣＯＰの値を、第１蒸気圧縮機のＣＯＰの値より２．０以上大きくなるように構成することで、十分に有意義な省エネルギー効果を得ることが可能になる。

【0026】

また、本発明においては、第２蒸気圧縮機のＣＯＰの値が、第１蒸気圧縮機のＣＯＰの値より３．０以上大きくなるように構成することにより、さらに高い省エネルギー効果を得ることが可能になる。

【0027】

また、本発明においては、第２蒸気圧縮機として、ＣＯＰの値が６．０以上１５．０以下の蒸気圧縮機を用いることができるように構成した場合、第２蒸気圧縮機のＣＯＰの値を第１蒸気圧縮機のＣＯＰの値よりも十分に大きくしやすくなるため、第１および第２の２つの蒸気圧縮機の全体のＣＯＰを大きくすることが可能になり、本発明をより実効あらしめることができる。

【0028】

また、本発明の蒸留装置は、第１蒸留塔と第２蒸留塔を備えており、第２蒸留塔には、原料液と第２蒸留塔の塔底液との混合液を加熱して蒸発させたベーパと、第１蒸留塔の塔頂ベーパ（第１塔頂ベーパ）とが供給されるのに対して、第１蒸留塔には、第２蒸留塔の塔底液（第２塔底液）のみがその塔頂から供給され、流下した第１蒸留塔の塔底液（第１塔底液）が第１リボイラで加熱されて蒸発したベーパのみが第１蒸留塔に供給されることになるため、第１蒸留塔のベーパの流量は、第２蒸留塔のベーパの流量よりも大幅に少なくなる。その結果、第１蒸留塔の塔径を第２蒸留塔の塔径よりも小さくすることが可能になる。

【0029】

具体的には、第１蒸留塔の塔径を第２蒸留塔の塔径の、例えば１／３～２／３にまで小さくすることが可能になり、装置全体の小型化、コストの削減を図ることが可能になる。

【0030】

また、第２蒸気圧縮機で温度レベルを上げて第２リボイラに供給される第２リボイラ用蒸気の温度が、熱回収コンデンサにおいて熱回収コンデンサ用循環冷却水を蒸発させた蒸気の温度よりも１５℃以上４０℃以下の範囲で高く、また、第１蒸気圧縮機で温度レベルを上げて第１リボイラに供給される第１リボイラ用蒸気の温度が、熱回収コンデンサにおいて熱回収コンデンサ用循環冷却水を蒸発させた蒸気の温度よりも３０℃以上６０℃以下の範囲で高くなるように構成した場合、第２蒸気圧縮機のＣＯＰの値を第１蒸気圧縮機のＣＯＰの値よりも十分に大きくすることが可能になり、本発明をより実効あらしめることができる。

【0031】

また、本発明は、低沸点成分が有機溶剤であり、高沸点成分が水である系に適用した場合に、省エネルギー効率の良好な蒸留装置を実現することができる。

【0032】

また、本発明は、低沸点成分と高沸点成分が、いずれも有機溶剤である系にも適用することが可能であり、その場合にも省エネルギー効率の良好な蒸留装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】本発明の一実施形態にかかる蒸留装置の構成を示すフローシートである。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下に本発明の実施形態を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

【0035】

なお、本実施形態では、低沸点成分であるメタノールを７０ｗｔ％の割合で含み、残部（３０ｗｔ％）が水（高沸点成分）である原料液（被処理液）を蒸留してメタノールを分離、回収するための蒸留装置を例にとって説明する。

【0036】

本実施形態にかかる蒸留装置１００は、蒸気圧縮機を用いて省エネルギー性の向上を図った蒸留装置である。

【0037】

図１に示すように、本実施形態にかかる蒸留装置１００は、水（高沸点成分）と、メタノール（低沸点成分）を含有する液の蒸留を行い、低沸点成分を主成分とする塔頂ベーパ（第２塔頂ベーパ）（メタノール９９．９ｗｔ％）と、低沸点成分よりも高沸点成分を高い割合で含有する塔底液（第２塔底液）（メタノール５２ｗｔ％）に分離する第２蒸留塔２を備えているとともに、水（３０ｗｔ％）と、メタノール（７０ｗｔ％）とを含有する原料液と、第２蒸留塔２の塔底液（第２塔底液）との混合液を循環させて加熱・蒸発させ、第２蒸留塔２の塔底に供給するように構成された第２リボイラ１２を備えている。

【0038】

また、本実施形態にかかる蒸留装置１００は、第２蒸留塔２の塔頂から取り出されるメタノールを主成分とする第２塔頂ベーパを、熱回収コンデンサ用循環冷却水により冷却して、メタノールを主成分とする凝縮液（メタノール９９．９ｗｔ％）を留出液として回収すると同時に、第２塔頂ベーパが有する熱により自己の冷却水（熱回収コンデンサ用循環冷却水）を加熱して蒸発させるための熱回収コンデンサ２１を備えている。なお、熱回収コンデンサ２１としては、液膜降下型熱交換器が用いられている。

【0039】

なお、熱回収コンデンサ２１に送られて冷却された第２塔頂ベーパのうち凝縮しなかったベーパは、塔頂コンデンサ６１に送られて冷却され、留出液として濃度が９９．９ｗｔ％のメタノールが回収される。そして、熱回収コンデンサ２１を経たベーパを塔頂コンデンサ６１に導くライン７１には、系内を所定の加圧状態に維持するための調整バルブ７２が配設されている。

【0040】

また、本実施形態にかかる蒸留装置１００は、熱回収コンデンサ２１において熱回収コンデンサ用循環冷却水を加熱して蒸発させることにより発生させた蒸気の一部を供給し、圧縮することにより温度レベルを上げて第２リボイラ１２に第２リボイラ用蒸気として供給するように構成された第２蒸気圧縮機ＳＣ２を備えている。

【0041】

また、本実施形態にかかる蒸留装置１００は、第２蒸留塔２の塔底液（第２塔底液）の蒸留を行う第１蒸留塔１と、第１蒸留塔１の塔底液（第１塔底液）を循環させることにより加熱・蒸発させて、発生した蒸気を第１蒸留塔１の塔底に供給するように構成された第１リボイラ１１とを備えている。

【0042】

第１蒸留塔１の塔頂ベーパ（第１塔頂ベーパ）は第２蒸留塔２の塔底に供給されるように構成されている。

【0043】

さらに、本実施形態にかかる蒸留装置１００は、熱回収コンデンサ２１において熱回収コンデンサ用循環冷却水を加熱して蒸発させることにより発生させた蒸気のうち第２蒸気圧縮機ＳＣ２に送られた一部を除いた残部を供給し、圧縮することにより温度レベルを上げて第１リボイラ１１に第１リボイラ用蒸気として供給するように構成された第１蒸気圧縮機ＳＣ１を備えている。
以下、図１を参照しつつ、本実施形態にかかる蒸留装置１００についてさらに詳しく説明する。

【0044】

本発明の蒸留装置１００が備える第２蒸留塔２は、上述のように、メタノール水溶液の蒸留を行う蒸留塔であって、例えば、棚段塔、充填塔など種々の構成のものを用いることが可能である。なお、本実施形態では規則充填塔が用いられている。

【0045】

また、第２リボイラ１２は、第２蒸留塔２の塔底液と、第２リボイラ１２の塔底液と、原料液（供給液）との混合液を加熱して蒸発させるものであり、本実施形態では、第２リボイラ１２として、液膜降下式の間接型熱交換器が用いられている。ただし、他の型式の熱交換器を用いることも可能である。

【0046】

この第２リボイラ１２は、第２蒸気圧縮機ＳＣ２からの１３０℃の蒸気が加熱源として用いられる間接型熱交換器であって、第２リボイラ１２において加熱され、発生したベーパは、上述したように、第２蒸留塔２の塔底に供給される。

【0047】

なお、第２蒸留塔２の塔底液は、第２循環ポンプ４２を経て、第２リボイラ１２の塔頂に供給される。そして、上述の原料液（供給液）は、第２循環ポンプ４２の下流側で、第２蒸留塔２の塔底液と合流して第２リボイラ１２の塔頂に供給されるように構成されている。

【0048】

第２蒸留塔２では、第２リボイラ１２で発生したベーパと、熱回収コンデンサ２１で凝縮した凝縮液の一部である還流液とが気液接触することで、メタノールの蒸留が行われる。

【0049】

そして、第２蒸留塔２の塔頂ベーパはメタノールを高濃度（９９．９ｗｔ％）で含有しており、熱回収コンデンサ２１で冷却されることにより凝縮し、一部が還流液として、第２蒸留塔の塔頂に戻され、他の一部（残部）がメタノール９９．９ｗｔ％の留出液として回収される。

【0050】

なお、第２蒸留塔２への還流は、熱回収コンデンサ２１における凝縮液の一部を、還流ポンプ４０を経て、第２蒸留塔２の塔頂に戻すことにより行われる。

【0051】

また、第２蒸留塔２の塔底液はメタノールを５２ｗｔ％の割合で含有している。この第２蒸留塔２の塔底液は、移送ポンプ４３を経て第１蒸留塔１の塔頂に供給される。

【0052】

第１蒸留塔１を流下した塔底液（第１塔底液）は、第１循環ポンプ４４を経て第１リボイラ１１の塔頂に送られ、第１リボイラ１１で再加熱され、発生したベーパは第１蒸留塔１の塔底に戻され、蒸留に供される。

【0053】

第１蒸留塔１としては、例えば、棚段塔、充填塔など種々の構成のものを用いることが可能である。本実施形態では規則充填塔が用いられている。

【0054】

なお、第１リボイラ１１は、第１塔底液と、第１リボイラ１１の塔底液との混合液を再加熱して蒸発させるように構成されており、第１リボイラ１１で再加熱され、発生したベーパは第１蒸留塔１の塔底に戻される。

【0055】

さらに、本実施形態にかかる蒸留装置１００が備える第２蒸気圧縮機ＳＣ２は、熱回収コンデンサ２１で第２塔頂ベーパの冷却に用いられることにより加熱された熱回収コンデンサ用循環冷却水（本実施形態では１０９℃）から発生した蒸気を圧縮することにより温度レベルを上げて第２リボイラ１２に蒸気（本実施形態では１３０℃）として供給することができるように構成されている。

【0056】

すなわち、本発明にかかる蒸留装置１００において、第２蒸気圧縮機ＳＣ２は、熱回収コンデンサ用循環冷却水から発生した蒸気を圧縮して温度レベルを上昇させ、第２リボイラ１２に供給することで熱エネルギーを循環再利用することを可能にするために用いられている。

【0057】

具体的には、熱回収コンデンサ２１で第２塔頂ベーパの冷却に用いられた、温度１０９℃の熱回収コンデンサ用循環冷却水から蒸発した蒸気が、供給ライン４５を経て第２蒸気圧縮機ＳＣ２に送られて圧縮され、１３０℃の蒸気として第２リボイラ１２に供給されることにより、第２リボイラ１２の熱源として用いられるように構成されている。

【0058】

そして、熱回収コンデンサ用循環冷却水から発生した蒸気と、第２蒸気圧縮機ＳＣ２で圧縮することにより温度レベルを上昇させた蒸気（すなわち、電力により熱エネルギーレベルを上げて第２リボイラ１２に供給される蒸気）との温度差を、従来用いられている蒸気圧縮機の場合よりも小さくすることで、高ＣＯＰで熱回収を行うことが可能になる。

【0059】

また、第２蒸気圧縮機ＳＣ２において昇温され、第２リボイラ１２に供給された蒸気は第２リボイラ１２で蒸気ドレンとなり、この蒸気ドレンが蒸発缶２２でフラッシュ冷却された後、再び熱回収コンデンサ２１の冷却水（熱回収コンデンサ用循環冷却水）として、熱回収コンデンサ２１に循環供給されるように構成されている。なお、蒸発缶２２は、蒸気と蒸気ドレンを分離するための分離器としても機能するように構成されている。

【0060】

また、本発明にかかる蒸留装置１００において、塔頂コンデンサ６１で用いられた塔頂コンデンサ用冷却水は、冷却塔５１に導かれて冷却された後、塔頂コンデンサ６１に循環されるように構成されている。

【0061】

さらに、本実施形態にかかる蒸留装置１００においては、熱回収コンデンサ２１で第２塔頂ベーパの冷却に用いられ、温度１０９℃の熱回収コンデンサ用循環冷却水から発生した蒸気の一部（第２蒸気圧縮機ＳＣ２に供給された蒸気を除いた蒸気）は、供給ライン４５を経て第１蒸気圧縮機ＳＣ１に送られて圧縮され、温度レベルを上昇させることができるように構成されている。

【0062】

また、第１蒸気圧縮機ＳＣ１において、
温度１０９℃の熱回収コンデンサ用冷却水から蒸発した蒸気は、第１蒸気圧縮機ＳＣ１において圧縮され、温度レベルが１５６℃の蒸気として、第１リボイラ１１に供給され、第１リボイラ１１の熱源として用いられるように構成されている。

【0063】

一方、第１蒸気圧縮機ＳＣ１で温度レベルを上げた蒸気（１５６℃の蒸気）が第１リボイラ１１で用いられて凝縮した蒸気ドレンは、蒸発缶２２でフラッシュ冷却された後、再び熱回収コンデンサ２１の冷却水（熱回収コンデンサ用循環冷却水）として、熱回収コンデンサ２１に供給されるように構成されている。

【0064】

本実施形態にかかる蒸留装置１００においては、第２蒸気圧縮機ＳＣ２として、７台の小型汎用品の蒸気圧縮機が用いられているとともに、１台の予備の蒸気圧縮機が備えられている。
なお、本実施形態では、７台の蒸気圧縮機の合計の動力が４０７ｋＷとなるように構成されている。

【0065】

また、第１蒸気圧縮機ＳＣ１として、３台の小型汎用品の蒸気圧縮機が用いられているとともに、１台の予備の蒸気圧縮機が備えられている。
そして、３台の蒸気圧縮機の合計の動力が３７５ｋＷとなるように構成されている。

【0066】

そして、第２蒸気圧縮機ＳＣ２、および、第１蒸気圧縮機ＳＣ１は、いずれも予備機を含む台数制御およびインバータ制御によって能力調整が行われるように構成されている。

【0067】

また、第２蒸気圧縮機ＳＣ２、および、第１蒸気圧縮機ＳＣ１は、いずれも１台の予備の蒸気圧縮機が備えられているため、不測の故障に対する操業の安定性が確保され、また、運転中のメンテナンスが可能になる。

【0068】

また、本実施形態にかかる蒸留装置１００においては、第２リボイラ１２および第１リボイラ１１の熱源として、第２蒸気圧縮機ＳＣ２および第１蒸気圧縮機ＳＣ１で圧縮することにより温度レベルを上昇させた蒸気を使用している（すなわち、１３０℃に昇温された蒸気を第２リボイラ１２で使用し、１５６℃に昇温された蒸気を第１リボイラ１１で使用している）。そして、上記温度の蒸気で第２リボイラ１２および第１リボイラ１１を稼働させることができるように、系内を所定の加圧操作とすることにより、第２蒸留塔２および第１蒸留塔１の塔底液の沸点の調整を行っている。

【0069】

また、本実施形態にかかる蒸留装置１００においては、第２蒸気圧縮機ＳＣ２のＣＯＰ（成績効率）の値が、第１蒸気圧縮機ＳＣ１のＣＯＰの値より２．０以上大きくなるように構成されている。具体的には、本実施形態では、第２蒸気圧縮機ＳＣ２のＣＯＰ（成績効率）の値が１１．３で、第１蒸気圧縮機ＳＣ１のＣＯＰの値が４．８であり、第２蒸気圧縮機ＳＣ２のＣＯＰの値が、第１蒸気圧縮機ＳＣ１のＣＯＰの値より６．５大きくなるように構成されている。

【0070】

本実施形態にかかる蒸留装置１００は上述のように構成されているので、省エネルギー性に優れた、エネルギー効率の高い蒸留装置を実現することができる。

【0071】

さらに説明すると、本実施形態にかかる蒸留装置１００は、蒸留塔を第１蒸留塔１と第２蒸留塔２の２つの蒸留塔に分けるとともに、第１蒸留塔１は第１リボイラ１１を備え、第２蒸留塔２は第２リボイラ１２を備えた構成とし、第２蒸留塔２の塔頂ベーパを冷却して凝縮させる熱回収コンデンサ２１の冷却水から蒸発した蒸気の熱を、第１リボイラ１１用の第１蒸気圧縮機ＳＣ１と、第２リボイラ１２用の第２蒸気圧縮機ＳＣ２の２種類の蒸気圧縮機に振り分け、各蒸気圧縮機ＳＣ１、ＳＣ２で圧縮することにより昇温させた蒸気（熱）を、第１蒸留塔用の第１リボイラ１１と第２蒸留塔用の第２リボイラ１２のそれぞれに供給するようにしているので、例えば、第１蒸気圧縮機ＳＣ１のＣＯＰを３．０以上６．０以下とする一方で、第２蒸気圧縮機ＳＣ２のＣＯＰを６．０以上１５．０以下の高い値とすることが可能になり、第１蒸気圧縮機ＳＣ１と第２蒸気圧縮機ＳＣ２の合計の電力消費量を抑えて省エネルギー性に優れた、エネルギー効率の高い蒸留装置を実現することができる。

【0072】

上述のような構成を備えることにより、本発明の基本的な要件である、第２蒸気圧縮機ＳＣ２のＣＯＰを第１蒸気圧縮機ＳＣ１のＣＯＰよりも、２．０以上大きくするという要件を十分に満たすことが可能になる。

【0073】

すなわち、本実施形態にかかる蒸留装置１００では、第１蒸気圧縮機ＳＣ１で温度レベルを上げて第１リボイラ１１に供給される第１リボイラ用蒸気の温度（１５６℃）が、熱回収コンデンサ２１において第２塔頂ベーパの冷却に用いられ、熱回収コンデンサ用循環冷却水から発生した蒸気の温度（１０９℃）よりも４７℃高くなるように構成されているのに対して、第２蒸気圧縮機ＳＣ２で温度レベルを上げて第２リボイラ１２に供給される第２リボイラ用蒸気の温度（１３０℃）が、熱回収コンデンサ２１において第２塔頂ベーパの冷却に用いられ、熱回収コンデンサ用循環冷却水から蒸発した蒸気の温度（１０９℃）よりも２１℃高くなるように構成されており、第１蒸気圧縮機ＳＣ１の昇温幅（４７℃）よりも、第２蒸気圧縮機ＳＣ２の昇温幅（２１℃）の方が小さいため、第２蒸気圧縮機ＳＣ２のＣＯＰの値（６．０以上１５．０以下）を、第１蒸気圧縮機ＳＣ１のＣＯＰの値（３．０以上６．０以下）よりも大きくすることが可能になり、全体としての省エネルギー効率を高くすることが可能になる。

【0074】

なお、本実施形態においては、第２蒸留塔２に入力されるエネルギーは、第２蒸気圧縮機ＳＣ２の動力４０７ｋＷと、第１蒸留塔１の塔頂から第２蒸留塔２の塔底に供給される第１塔頂ベーパの有するエネルギー（＝第１蒸気圧縮機ＳＣ１の動力）３７５ｋＷの合計値７８２ｋＷ（４０７ｋＷ＋３７５ｋＷ＝７８２ｋＷ）となる。

【0075】

一方、第１蒸気圧縮機ＳＣ１に入力されるエネルギーは、第１蒸気圧縮機ＳＣ１の動力３７５ｋＷとなる。

【0076】

したがって、４０７ｋＷと大きな動力で駆動される第２蒸気圧縮機ＳＣ２のＣＯＰを１１．３とし、３７５ｋＷと第２蒸気圧縮機ＳＣ２に比べて小さな動力で駆動される第１蒸気圧縮機ＳＣ１のＣＯＰを４．８とした場合、第１蒸気圧縮機ＳＣ１と第２蒸気圧縮機ＳＣ２の全体としてのＣＯＰを大きくすることが可能になり、十分に高い省エネルギー効果を得ることが可能になる。

【0077】

なお、表１に、
（１）従来の、蒸気圧縮機を用いずに蒸気を熱エネルギーとして用いた蒸気式の蒸留装置と、
（２）本発明のように蒸留塔を２塔に分けずに１塔式として、蒸留塔の塔頂ベーパから蒸気圧縮機を用いて熱回収を行うようにした蒸留装置（この場合蒸気圧縮機のＣＯＰは約４．８となる）と、
（３）上記実施形態にかかる蒸留装置１００と、
のそれぞれのエネルギー消費量を示す。

【0078】

ただし、条件は以下の通りである。
原料液供給量：１００００ｋｇ／ｈｒ（メタノール濃度７０ｗｔ％）
回収液 ：７００７ｋｇ／ｈｒ （メタノール９９．９ｗｔ％）
年間稼働時間：８０００時間
電力１５円／ｋＷ
蒸気：３０００円／１０００ｋｇ

【0079】

【表1】

【0080】

表１に示すように、従来の蒸気式の蒸留装置においては、５８００ｋＷのエネルギー（蒸気熱量）が必要となる。

【0081】

また、１塔式の蒸留装置においては、蒸気圧縮機を駆動するのに１２０８．３ｋＷの動力が必要となる。

【0082】

これに対し、本実施形態にかかる蒸留装置（２塔式で、各蒸留塔のそれぞれに蒸気圧縮機を設けた蒸留装置）１００によれば７８２ｋＷのエネルギー消費量となる。したがって、本発明の蒸留装置によれば、大幅な省エネルギーを実現できることがわかる。

【0083】

また、本実施形態にかかる蒸留装置１００においては、第２蒸気圧縮機ＳＣ２で温度レベルを上げて第２リボイラ１２に供給される第２リボイラ用蒸気の温度が、熱回収コンデンサ２１において第２塔頂ベーパの冷却に用いられ、熱回収コンデンサ用循環冷却水から蒸発した蒸気の温度よりも１５℃以上４０℃以下の範囲で高く、第１リボイラ１１に供給される第１リボイラ用蒸気の温度が、熱回収コンデンサ２１において第２塔頂ベーパの冷却に用いられ、熱回収コンデンサ用循環冷却水から蒸発した蒸気の温度よりも３０℃以上６０℃以下の範囲で高くなるように構成することにより、第２蒸気圧縮機ＳＣ２のＣＯＰを、第１蒸気圧縮機ＳＣ１のＣＯＰよりも十分に大きくすることが可能になり、省エネルギー効果の大きい蒸留装置をより確実に実現することができる。

【0084】

また、本実施形態にかかる蒸留装置１００においては、第１蒸留塔１の塔径が、第２蒸留塔２の塔径よりも小さくなるように構成されており、具体的には、第１蒸留塔１の塔径が、第２蒸留塔２の塔径の約１／２となるように構成されている。

【0085】

すなわち、本実施形態にかかる蒸留装置１００においては、第２蒸留塔２を通過するベーパ量（塔頂ベーパ量）が２１４８９ｋｇ／ｈｒであるのに対して、第１蒸留塔１を通過するベーパ量（塔頂ベーパ量）が４３１５ｋｇ／ｈと少なくなることから、適正な気液接触を確保しつつ、第１蒸留塔１の塔径を、第２蒸留塔２の塔径の約１／２とすることが可能になり、設備コストの低減を図ることができる。

【0086】

なお、第１蒸留塔１の塔径と、第２蒸留塔２の塔径の関係は、上記実施形態の関係に限定されるものではなく、通常は、第１蒸留塔１の塔径を、第２蒸留塔２の塔径の１／３～２／３の範囲で小さくすることができる。ただし、上記の範囲を超えた値とすることも可能である。

【0087】

また、上記実施形態では、第１蒸留塔１と第２蒸留塔２を、それぞれ独立した別の塔として構成しているが、第１蒸留塔と第２蒸留塔を１つの塔として構成すること、すなわち、１つの塔の一部が第１蒸留塔として機能し、他部が第２蒸留塔として機能するように構成することも可能である。

【0088】

その場合、例えば、１つの塔の上側部分を第１蒸留塔とし、下側部分を第２蒸留塔として構成したり、１つの塔の上側部分を第２蒸留塔とし、下側部分を第１蒸留塔として構成したりすることができる。

【0089】

なお、本発明によれば、第１蒸留塔の塔径を第２蒸留塔の塔径より小さくすることが可能になるので、その点を考慮して、１つの塔に１蒸留塔と第２蒸留塔の２つの塔が含まれるように適切な設計を行うことにより、さらなる設備コストの低減を図ることが可能である。

【0090】

なお、上記実施形態で説明し、あるいは、図１に示した、原料液、熱回収コンデンサ用循環冷却水、第１および第２蒸留塔の塔底液、第２蒸留塔の塔頂ベーパなどに関する各種の量や、温度、成分濃度、消費エネルギー（ｋＷ）、圧力などの値は、あくまでも例示であって、本発明は、それらの値が上記実施形態の値とは異なる値となる場合を排除するものではない。

【0091】

また、上記実施形態では、低沸点成分がメタノール、高沸点成分が水である原料液を蒸留してメタノールを回収する場合を例にとって説明したが、本発明において、低沸点成分と高沸点成分の種類は上記実施形態に限定されるものではない。

【0092】

例えば、低沸点成分は、ベンゼン、ヘプタン、１，４－ジオキサン、ニトロメタン、トルエン、ピリジン、酢酸などであってもよい。

【0093】

また、高沸点成分は、ＮＭＰ（Ｎ－メチル－２－ピロリドン）、酢酸ブチル、Ｎ－オクタン、２－エトキシエタノール、１－ペンタノール、アセチルアセトン、ジブチルエーテル、キシレン、１－ヘキサノールなどであってもよい。

【0094】

本発明は、さらにその他の点においても上記実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲内において、応用、変形を加えることが可能である。

【符号の説明】

【0095】

１ 第１蒸留塔
２ 第２蒸留塔
１１ 第１リボイラ
１２ 第２リボイラ
２１ 熱回収コンデンサ
２２ 蒸発缶
４０ 還流ポンプ
４２ 第２循環ポンプ
４３ 移送ポンプ
４４ 第１循環ポンプ
４５ 供給ライン
５１ 冷却塔
６１ 塔頂コンデンサ
７１ ライン
７２ 調整バルブ
１００ 蒸留装置
ＳＣ１ 第１蒸気圧縮機
ＳＣ２ 第２蒸気圧縮機

【図1】