カラムインカラム®

複数の蒸留塔を1塔に集約化

住友の省エネ蒸留技術 カラムインカラム®は、3成分以上の多成分系の分離に適用可能であり、従来の連塔方式と比較して、機器点数及びランニングコストを低減することができます。

機器点数の低減

  • 連続蒸留(精留)で3成分分離に必要な蒸留塔を
    3塔(2塔)→1塔に集約
  • ユーティリティー機器、配管物量の低減

ランニングコストの低減

フローイメージ

カラムインカラム®の構造は、蒸留塔の内部に、塔を垂直に分割する仕切板(しきりいた)を設置することで、塔内に3本の蒸留塔が存在すると考えることができます。

下図より、カラムインカラム®の内部で、液とガスがどのように流れるかを見てみましょう。
順にクリックして、それぞれの塔廻りのフローをご覧ください。

第1塔
第2塔
第3塔

上記の仕組みにより、カラムインカラム®では1塔で3成分分離が可能となります。

省エネ原理と効果

1.省エネ原理

一般的な多成分系蒸留では、蒸留塔を複数連ねることで分離を行っていますが、各蒸留塔での加熱・冷却を繰り返しているため、ユーティリティーの使用量が多くなり、ランニングコストが大となります。
こちらでは、この問題点を解決するカラムインカラム®の省エネ原理について解説します。

カラムインカラム®の基本原理は、ペトリュークモデルにおける主塔と側塔のモデルです。
まず、以下の3点の仮定が成り立つとします。
・各成分のモル蒸発潜熱は等しい。
・原料は沸点の液で供給される。
・顕熱は無視して潜熱のみ考慮する。

<STEP1>
右に示す3塔方式で第1塔から第3塔まで、各々の塔で熱収支を取ると以下のようになります。

<STEP2>
次に、第1塔コンデンサと第2塔コンデンサ及び第1塔リボイラと第3塔リボイラをそれぞれ共有すると熱収支は以下になります。

<STEP3>
次に、第2塔の塔底と第3塔の塔頂はともにB成分がリッチであるため、 Q2=q3 であれば相殺し、1塔化すると熱収支は以下になります。

STEP1とSTEP3を比較すると、STEP3のリボイラ・コンデンサの負荷がSTEP1のそれらの負荷に比べて λ(R2+1)Xᴀ だけ小さいことがわかります。
以上の理由から、カラムインカラム®はユーティリティー使用量や消費エネルギーの低減を図ることが可能となります。

2.省エネ効果

以下のグラフは、高純度酢酸エチル製造プロセスにおいて、従来方式とカラムインカラム®方式のリボイラ・コンデンサ負荷を比較したものです。
カラムインカラム®方式では約40%の省エネルギーを達成しています。

引用・参考文献 / 西村肇ら,化学工学, 32, No.2, 134 (1968)より

構造

こちらでは、カラムインカラム®特有の構造について解説します。
従来の規則充填物SFLOW®を採用したSFLOW®型カラムインカラム®に加え、トレイ型カラムインカラム®が新たに加わりました。

納入実績

納入基数 40基(2018年4月現在)
塔  径 最小径:150A~最大径:ID3,600mm
塔  高 最短:5,300mm~最大:38,000mm
理論段数 最少:17理論段数~最大:70理論段数
操作圧力 常圧~真空(0.4kPa)

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