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]