蒸馏装置及蒸馏装置的改造方法与流程

相关内容的交叉引用

本申请主张基于日本专利申请2018-18287号的优先权，并通过引用将其并入本申请说明书的记载。

本发明涉及一种用于从混合有多种成分的原液中分离出各成分的蒸馏装置及蒸馏装置的改造方法。

背景技术：

已知有一种蒸馏装置，其为具备在内部具有分隔板的蒸馏塔的装置。例如，在专利文献1中记载有一种将以往的多个蒸馏塔组合成一个塔而成的组合型蒸馏塔，在其内部具备分隔板。根据专利文献1，在上述组合型蒸馏塔中，该分隔板是用于划分内部的分区的平板状的部件。通过该分隔板，能够使蒸馏塔内部的分区彼此相邻。该分隔板例如设置成固定于所述组合型蒸馏塔的塔体的侧壁并在塔体的内部沿上下方向延伸。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-137602号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术课题

图4中示意地示出了组合型蒸馏塔(即，蒸馏塔102)的内部结构。在蒸馏塔102的内部设置有分隔板123。在具备该蒸馏塔102的蒸馏装置运行中，正背方向上的压力差不会作用于分隔板123。这是因为隔着分隔板123在图示左右相邻的分区设计成彼此之间不产生压力差，以便蒸气在各分区中均匀地流动。因此，来自各分区的外力不会施加于分隔板123。然而，本申请的发明人得到了如下见解：实际上有时会产生分隔板123的上端或下端翘曲变形的不良现象。在图4中，虚线表示变形前的分隔板123在塔内的位置，实线表示随着朝向上方而朝向图示右侧倾斜变形的分隔板123。根据发明人的见解，该分隔板123的变形在内径超出1000mm的塔体中尤为显著。

若产生这种变形，则如图4中的右上方所示，变形的分隔板123会干涉塔内的填充物122使得填充物122错位或者填充物122变形(被挤压等)。并且，在分隔板123的一侧和另一侧(图示左右侧)，塔内空间出现宽的部位和窄的部位。由于这些原因，如图4左侧的虚线箭头所示，蒸气流fa容易流向变宽的部位，在塔内各分区中，有时无法进行液体流ff(图4中用实线箭头表示)与蒸气流fa的理想的气液接触。因此，可能会出现无法维持蒸馏装置的性能而性能下降情况。而且，想要后续校正分隔板123的变形，则会产生校正作业的成本。

并且，还存在改造蒸馏装置的需求，例如将塔体的内部在径向上设为一个腔室的现有的蒸馏塔改造成组合型蒸馏塔。

因此，本发明的课题是提供一种通过简单的结构即可维持性能的蒸馏装置，并且提供一种对现有的蒸馏装置的改造方法。

用于解决课题的手段

本发明提供一种蒸馏装置，其具备分隔板，该分隔板沿上下方向延伸并且用于将构成蒸馏塔的塔体的内部分隔为多个腔室，在所述分隔板的上部或下部具备位移抑制部，该位移抑制部在沿着所述塔体的径向的方向且沿着所述分隔板的延伸方向的方向上延伸配置，该位移抑制部的弯曲刚度大于所述分隔板的上下方向上的中间部的弯曲刚度。

并且，所述位移抑制部可以与所述分隔板分体构成。

并且，所述位移抑制部可以是从沿着所述塔体的径向的方向且沿着所述分隔板的延伸方向的方向上的一端连续至另一端的棒状体。

并且，所述分隔板可以由多个分隔板用分割板连接而构成。

并且，所述位移抑制部可以配置于在所述塔体内部的不存在填充物的部分。

并且，本发明提供一种蒸馏装置的改造方法，其使用多个分隔板用分割板，将各分隔板用分割板的侧端固定在构成蒸馏塔的塔体的侧壁内表面上的同时，依次向上方或向下方重叠多个分隔板用分割板，在分隔板用分割板的上部或分隔板用分割板的下部固定与所述分隔板用分割板分体的位移抑制部。

并且，所述各分隔板用分割板和所述位移抑制部可以设为能够通过所述塔体所具备的开口部的尺寸。

附图说明

图1是示意地表示本发明的一实施方式所涉及的蒸馏塔的结构的纵剖视图。

图2是表示所述蒸馏塔内部的分隔板与位移抑制部之间的关系的立体图。

图3a是示意地表示分隔板和位移抑制部的平面图。

图3b是示意地表示分隔板和位移抑制部的侧视图(双点划线表示分隔板变形的状态)。

图3c是放大表示位移抑制部的周围的纵剖视图。

图4是示意地表示在以往的分隔板中产生的不良现象的剖视图。

具体实施方式

以下，对本发明的一实施方式所涉及的蒸馏装置1进行说明。该蒸馏装置1具备蒸馏塔2，该蒸馏塔2的概略结构如图1所示。该蒸馏塔2是内置有填充物22的填充塔，而且是以往所使用的三个塔的功能集一体化而构成为一个塔的组合型蒸馏塔。该蒸馏塔2连接有配管，并且在塔顶侧配置有冷凝器(condenser)3，在塔底侧配置有蒸发器(再沸器)4，从而构成蒸馏装置1。该蒸馏装置1用于从供给过来的原液中分别提取富含沸点不同的成分a、成分b及成分c的液体。

本实施方式中的蒸馏塔2具备沿垂直方向延伸的塔体21。另外，在本发明中，塔体21并不只限于沿垂直方向延伸的塔体。塔体21的内部从上朝下依次划分为第1分区s1～第4分区s4。另外，在本发明中，构成蒸馏塔2的分区的数量并不受限，可以根据蒸馏塔2的所需性能采用各种数量的分区。在各分区中配置有用于使上升的蒸气与下降的液体接触以进行传质的填充物22。作为填充物22，例如可以使用将板状体或网状体加工成波形等的基础上根据塔体21的形状而成型为块状的规则填充物或者将加工成环状等的大量固态物聚集而成的不规则填充物。

如图1所示，第2分区s2及第3分区s3被将塔体21分隔为沿水平方向排列的两个腔室的分隔板23分隔(分隔板23的详细内容将在后面进行陈述)。第2分区s2被划分为隔着分隔板23彼此相邻的第2a分区s2a和第2b分区s2b。第3分区s3被划分为隔着分隔板23彼此相邻的第3a分区s3a和第3b分区s3b。

分隔板23在水平方向上的位置并不限定于通过塔体21的水平截面中心的位置，例如配置在与根据原液中的成分a、b、c的比率设定的第2a分区s2a及第3a分区s3a所在腔室的截面积和第2b分区s2b及第3b分区s3b所在腔室的截面积的比率相对应的位置。

如图1所示，由第2a分区s2a和第3a分区s3a构成第1蒸馏部d1，由第1分区s1和第2b分区s2b构成第2蒸馏部d2，由第3b分区s3b和第4分区s4构成第3蒸馏部d3。各蒸馏部中的上部分区作为用于提高低沸点成分的浓度的浓缩部而发挥功能，下部分区作为用于提高高沸点成分的浓度的回收部而发挥功能。

在塔体21上设置有将原液供给到塔内的进料喷嘴211及将分离出的成分(本实施方式中为富含成分b的液体)取出到塔外部的侧切喷嘴212。并且，在塔体21的上部设置有塔顶蒸气出口部213和回流液入口部214。它们连接于设置在蒸馏塔2的外部且通过冷却气体(本实施方式中为富含成分a的气体)以使其液化的冷凝器3。并且，在塔体21的下部设置有塔底出口部215和塔底蒸气入口部216。它们连接于设置在蒸馏塔2的外部且通过加热液体(本实施方式中为富含成分c的液体)以使其气化的蒸发器4。

如图1所示，在各分区的上方设置有分配器(未图示)，该分配器用于使在塔内下降的液体以喷淋状均匀地喷洒在各分区中的填充物22的上部。并且，在各分区的下方设置有收集器(未图示)，该收集器先接收并收集在塔内下降的液体之后使其下降并引导到分配器，并且使在塔内上升的蒸气通过。

如上所述，分隔板23为了将塔体21的内部的第2分区s2及第3分区s3分隔为多个腔室而设置，并且如图2等所示，其沿上下方向延伸(图2中的分隔板23上方及下方的双点划线是表示其塔内位置的假想线)。分隔板23固定于塔体21。在本实施方式中，金属制分隔板23通过焊接而固定于塔体21的侧壁内表面21a。塔体21中的被分隔板23分隔成两个腔室的是图1所示的第2分区s2及第3分区s3。如图2、图3a及图3b所示，多个分隔板用分割板231连接而构成连续的一张板状的分隔板23。在本实施方式中，多个分隔板用分割板231沿上下方向连接而呈平板状。另外，除了可以沿上下方向连接多个分隔板用分割板231以外，还可以沿水平方向连接多个分隔板用分割板231。

多个分隔板用分割板231通过焊接而连接。在此，在进行焊接时，优选用夹具固定作为连接对象的一个分隔板用分割板231和另一个分隔板用分割板231以使其不动。

如此，通过组合多个分隔板用分割板231而构成一张分隔板23，因此，例如在改造现有的蒸馏塔从而安装分隔板23时，能够将分隔板用分割板231从现有的检查口等(大小受限制的开口部)搬入塔体21内，因此无需进行扩大开口部的作业即可实施蒸馏塔的改造作业。并且，在通过焊接而连接多个板的情况下，由焊接引起的每张板的应变会累积，因此应变会变得比单个(一张)板时的应变更大。相对于此，通过设置后述位移抑制部5，能够有效地抵抗应变。

如图2所示，在分隔板23的上部或下部设置有位移抑制部5，该位移抑制部5在沿着塔体21的径向的方向且沿着分隔板23的延伸方向的方向上延伸配置。在本实施方式中，在分隔板23的上端设置有位移抑制部5。另外，在图1～图3c中，相对于分隔板23放大描绘了位移抑制部5的大小。由于能够通过位移抑制部5的弯曲刚度(bendingstiffness)加固分隔板23的上部或下部，因此能够抑制分隔板23的上端或下端变形。

在此，若以提高强度为目的例如加大分隔板23整体的厚度，则会产生重量显著增加、塔体21内部的填充物22配置空间减小等不良情况。并且，若在整个分隔板23上形成加强筋(凹凸)，则会产生加工成本增加、塔体21内部的填充物22配置空间减小等不良情况。相对于此，在本实施方式中，通过设置位移抑制部5，能够对容易变形的分隔板23的上部或下部进行集中加固，而且，伴随加固引起的重量的增加不会太大，并且，能够将位移抑制部5设置成不与填充物22发生干涉，因此优点较多。

如上所述，若通过焊接沿上下方向连接多个分隔板用分割板231，则在各个连接部位产生的焊接应变会随着朝向随后连接的方向(本实施方式中为上方)依次积累，与分隔板23为单个板的情况相比，在分隔板23的上端或下端(本实施方式中为上端)成为更大的应变(位移)。这有可能就是在课题栏中已说明的发明人的见解中的分隔板23变形的原因之一。然而，如后所述，在改造现有的蒸馏装置从而设置分隔板23时，能够搬入塔内的大小受限，因此不得不采用细分为多个分隔板用分割板231的结构。如此，即使在无法将分隔板23设为单个板的情况下，通过在分隔板23的上部或下部设置位移抑制部5，也能够抵抗分隔板23的上端或下端的上述应变，因此能够有效地抑制分隔板23变形。

该位移抑制部5与分隔板23分体构成。若如此分体构成，则与将分隔板23的一部分作为位移抑制部5的情况相比，能够将分隔板23(及分隔板用分割板231)形成为单一平板，因此具有分隔板23的制作简单的优点。然而，也可以通过对分隔板23的一部分进行加工而形成位移抑制部5。

并且，位移抑制部5设为其弯曲刚度比分隔板23的上下方向上的中间部(分隔板23的除了上端部及下端部以外的部分)的弯曲刚度更大。并且，位移抑制部5是从沿着塔体21的径向的方向且沿着分隔板23的延伸方向的方向上的一端连续至另一端的棒状体。在本实施方式中，图3a所示的位移抑制部5的长度d与塔体21的内径大致一致。另外，所述“沿着塔体21的径向的方向”并不只限于与塔体21的直径方向一致的方向，还包括与塔体21的直径方向平行的(相对于直径方向偏移的)方向。并且，棒状体并不只限于实心棒状体，也可以是中空的管状体。并且，棒状体的截面形状并不受限。本实施方式中的截面形状是圆形，但是也可以是四边形等各种多边形。通过将位移抑制部5设为棒状体并且适当地选定棒状体的尺寸(截面形状、尺寸、管状体的情况下为整体尺寸及厚度尺寸)，能够容易设定维持蒸馏装置1的性能所需的弯曲刚度。作为选定的基准，例如可以使用截面惯性矩。并且，若截面形状采用圆形，则能够加大位移抑制部5的强度，因而具有优势。并且，若截面形状采用四边形，则其强度仅次于圆形的强度，因而具有优势。

本实施方式的位移抑制部5使用金属制圆管，并且通过焊接将其安装于分隔板23的上端及侧壁内表面21a。如此，通过使用截面形状为圆形的位移抑制部5，能够减小对塔体21内部的液体流及蒸气流带来的影响。如上所述，由于位移抑制部5的截面形状并不受限制，因此例如也可以使用方管。即，作为位移抑制部5，可以使用各种形状的管。

然而，位移抑制部5的截面形状并不只限于像本实施方式那样的圆形，也可以采用多边形等各种形状。作为具体例(仅作为一例，并不只限于此)，截面形状可以采用l字形、“コ”字形、h字形。所述l字形例如可以使用等边角钢或不等边角钢来实施。在截面形状采用了l字形的情况下，尤其等边角钢在市场上广泛流通，因此具有能够抑制材料成本的优势。并且，所述“コ”字形例如可以使用槽形钢来实施。在截面形状采用了“コ”字形的情况下，通过沿着“コ”字形进行焊接，能够加大对侧壁内表面21a的固定强度，因而具有优势。并且，所述h字形例如可以使用h形钢或i形钢来实施。在截面形状采用了h字形的情况下，尤其在市场上流通有具有各种尺寸的h形钢或i形钢，因此具有能够容易选择所期望尺寸的优势。

并且，位移抑制部5的材质并不受特别限定，可以根据通过塔内部的液体及气体(蒸气)的性状来选择。位移抑制部5可以使用与分隔板23相同的材质，也可以使用不同的材质。在使用相同材质的情况下，由于腐蚀特性与分隔板23相同，因此从化学观点出发，具有容易设计的优点。另一方面，在使用不同材质的情况下，从力学观点出发，具有容易实现最佳位移抑制部5的优点。作为位移抑制部5的一例，可以使用由不锈钢合金(sus304、sus316等)制成的管、碳钢管(stpg等)。并且，在位移抑制部5使用圆管的情况下，如图3c所示，从抑制腐蚀的观点出发，优选形成沿径向贯穿的排水孔51以便塔内的液体从中空部分排出。

位移抑制部5配置于塔体21内部的不存在填充物22的部分(空间)。通过采用该配置，不需要为了配置位移抑制部5而进行切割填充物22等加工。因此，填充物22的体积不会减小，并且填充物22中的液体流及蒸气流不易被位移抑制部5阻碍，因此具有能够以不影响填充物22的性能的方式配置位移抑制部5的优点。

接着，对选定位移抑制部5所用材料的方式的一例进行陈述。分隔板23的水平方向上的两端固定于塔体21的侧壁内表面21a。因此，可以将分隔板23的上端视为两端固定梁。从该假定的两端固定梁的中央的容许挠曲尺寸(相当于图3b所示的挠曲δ)倒算出施加于中央的弯曲荷载(集中荷载)。选定具有可以承受如此得到的弯曲荷载的截面惯性矩的材料。然而，这仅为一个示例，可以通过各种方式来选定最佳材料。另外，由于位移抑制部5在塔内置于高温环境下，因此考虑到塔体21、分隔板23、位移抑制部5受热膨胀变形，留有余地地进行所述选定。例如，选定具有在相当于通过上述计算而得到的弯曲荷载的截面惯性矩上乘以规定的安全系数(本实施方式中为2)而得的数值以上的截面惯性矩的材料。此外，虽然不是必须的，但是也可以先计算出上述已选定材料上产生的挠度，并且以该计算值相对于所述容许挠曲尺寸成为规定的比例(本实施方式中为0.8)的方式重新选定材料，由此能够选定最佳的(即，安全且降低了材料成本的)材料。

本实施方式的结构适于对具备塔体的内部在径向上设为一个腔室的蒸馏塔的现有的蒸馏装置进行例如分隔为多个腔室的改造以便能够进行不同的蒸馏处理从而形成与本实施方式相同的组合型蒸馏塔(即蒸馏塔2)。接着，对该改造方法的一例进行说明。改造方法并不只限于此，可以根据现有的蒸馏装置所具有的结构等而适当地选择最佳方法。

在进行该改造时，首先去除现有的蒸馏装置的内部结构中的不需要或妨碍施工的内部结构。然后，将多个分隔板用分割板231搬入塔体21的内部。接着，将各分隔板用分割板231的水平方向上的侧端固定在塔体21的侧壁内表面21a的同时，依次向上方重叠多个分隔板用分割板231。此时，若各分隔板用分割板231的宽度尺寸小于塔体21的直径尺寸，则将由槽形材料等构成的支承材料沿上下方向安装于塔体21的侧壁内表面21a，从而进行消除塔体21与各分隔板用分割板231之间的间隙的调整。接着，在分隔板用分割板231的上部固定与所述分隔板用分割板231分体的位移抑制部5。如此，能够将现有的蒸馏装置改造成具备抑制了上端翘曲变形的分隔板23的蒸馏装置。另外，也可以依次向下方重叠多个分隔板用分割板231。此时，在分隔板用分割板231的下部固定位移抑制部5。如此，能够将现有的蒸馏装置改造成具备抑制了下端翘曲变形的分隔板23的蒸馏装置。另外，关于位移抑制部5的固定位置，优选在重叠顺序为最后的位于最上方的分隔板用分割板231的上部固定与分隔板用分割板231分体的位移抑制部5。并且，在依次向下方重叠多个分隔板用分割板231的情况下，在重叠顺序为最后的位于最下方的分隔板用分割板231的下部固定与分隔板用分割板231分体的位移抑制部5。

另外，如上所述，各分隔板用分割板231和位移抑制部5优选设为具有能够通过塔体21所具备的开口部的尺寸。由此，无需进行扩大塔体21的开口部或重新形成分隔板23的搬入专用开口部的加工即可实施改造作业，因此能够减少改造作业的工时。

以上，对本发明的一实施方式进行了说明，但是本发明所涉及的蒸馏装置1及蒸馏塔2不只限于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变形。

例如，在上述实施方式中，在分隔板23的上端设置有位移抑制部5。然而，本发明并不只限于此，也可以在分隔板23的上部或下部的除了端部以外的部分设置位移抑制部5。

并且，位移抑制部5也可以与分隔板23形成为一体。例如，可以折弯分隔板23的包含上端或下端的部分从而将该折弯的部分(分隔板23的一部分)作为位移抑制部5。

并且，在上述实施方式中，将圆管用作位移抑制部5，但是，位移抑制部5的材料并不只限于此。如上所述，作为一例，也可以使用棒状材料(包括管状材料)、带状材料、角形材料、槽形材料、h形材料等。

并且，位移抑制部5也可以在沿着塔体21的径向的方向且沿着所述分隔板的延伸方向的方向上间歇(断断续续)地设置。并且，位移抑制部5的两端或一端也可以不与塔体21连接。

并且，位移抑制部5还可以兼作蒸馏塔2的构成部件。例如，可以将分配器或收集器的一部分设计成兼作位移抑制部5。

并且，在上述实施方式中，分隔板23由多个分隔板用分割板231构成。然而，也可以对由单个(一张)板构成的分隔板23设置位移抑制部5。

以下，集中说明有关上述实施方式的结构和作用。上述实施方式是涉及一种蒸馏装置1，其具备分隔板23，该分隔板23沿上下方向延伸并且用于将构成蒸馏塔2的塔体21的内部分隔为多个腔室，在所述分隔板23的上部或下部具备位移抑制部5，该位移抑制部5在沿着所述塔体21的径向的方向且沿着所述分隔板23的延伸方向的方向上延伸配置，该位移抑制部5弯曲刚度大于所述分隔板23的上下方向上的中间部的弯曲刚度。

根据该结构，由于能够通过位移抑制部5的弯曲刚度抵抗在分隔板23的上部或下部产生的应变，因此能够抑制分隔板23的上端或下端变形。

并且，所述位移抑制部5能够与所述分隔板23分体构成。

根据该结构，与将分隔板23的一部分作为位移抑制部5的情况相比能够将分隔板23形成为单一的平板，因此分隔板23的制作简单。

并且，所述位移抑制部5可以是从沿着所述塔体21的径向的方向且沿着所述分隔板23的延伸方向的方向上的一端连续至另一端的棒状体。

根据该结构，通过选定棒状体的尺寸，能够容易设定维持蒸馏装置1的性能所需的弯曲刚度。

并且，所述分隔板23可以由多个分隔板用分割板231连接而构成。

根据该结构，在改造现有的塔体21时，能够将分隔板23从大小受限制的塔体开口部搬入塔内。并且，在通过焊接而连接多个板的情况下，由焊接引起的应变会大于单个板时的应变，因此位移抑制部5发挥更大的效果。

并且，所述位移抑制部5可以配置于在所述塔体21内部的不存在填充物22的部分。

根据该结构，不需要为了配置位移抑制部5而进行切割填充物22等加工，因此能够以不影响填充物22的性能的方式配置位移抑制部5。

并且，上述实施方式涉及一种蒸馏装置1的改造方法，其使用多个分隔板用分割板231，将各分隔板用分割板231的侧端固定在构成蒸馏塔2的塔体21的侧壁内表面上的同时，依次向上方或向下方重叠多个分隔板用分割板231，在分隔板用分割板231的上部或分隔板用分割板231的下部固定与所述分隔板用分割板231分体的位移抑制部5。

根据该方法，能够将现有的蒸馏装置1改造成具备抑制了上端或下端变形的分隔板23的蒸馏装置。

并且，所述各分隔板用分割板231和所述位移抑制部5可以设为能够通过所述塔体21所具备的开口部的尺寸。

根据该结构，无需进行扩大塔体21的开口部的加工即可实施改造作业。

在上述实施方式中，通过位移抑制部5能够抑制分隔板23的上端或下端变形。因此，能够抑制填充物22的错位或变形，并且在塔内的各分区确保理想的气液接触。因此，能够提供一种通过简单的结构即可维持性能的蒸馏装置1。并且，能够提供一种对现有的蒸馏装置1进行改造的改造方法。

符号说明

1-蒸馏装置，2-蒸馏塔，21-塔体，21a-侧壁内表面，22-填充物，23-分隔板，231-分隔板用分割板，3-冷凝器(condenser)，4-蒸发器，5-位移抑制部，s2、s3-分隔室(分区)。