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内部熱交換型蒸留塔の挙動
（東理大・工） （正）大江 修造＊
3. 内部熱交換型蒸留塔の挙動 エタノール＋水系に
おける HIDiC 適用の可能性を検討した。回収部および
濃縮部の操作圧は 101.3kPa および 200kPa とした。エ
タノールの原料組成を 92 モル％とし、
塔頂および塔底
組成をそれぞれ 86 および 98 モル％とした。理論段数
は 22 段である。Fig. 2 に段数計算の結果をを示す。
1.00
Ethanol + Water System
Stripping Section 101.3kPa
0.95
zf = 0.92
q = 0.5
yp = 0.86
xw = 0.98
Ｙ
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．
0.90
Enriching Section 200kPa
0.85
0.85
0.90
Ｘ
0.95
1.00
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。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
75.0
Ethanol + Water System
Enriching Section 200 kPa
Stripping Section 101.3 kPa
80.0
85.0
90.0
95.0
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
100.0
Stripping Section
Enriching Section
Fig. 2 HIDiC における理論段数計算の結果
濃縮部と回収部の塔内温度プロファイルを Fig. 3 に
示した。濃縮各段の温度は回収部の該当段に対して約
15℃以上高く、十分に内部熱交換可能な温度差を確保
できる事が分かった。
Temperature C
Fig. 3 HIDiC における温度プロファイル
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: 03-3267-3704 E-mail : [email protected]