連続蒸留装置

質問

連続蒸留装置の仕組みついて質問です。

連続蒸留装置に液体の混合原料を入れた場合、この液体は下から加える水蒸気の熱によって気化させて蒸留させるのでしょうか？

また還流液を再度気化する場合は、水蒸気ではなく蒸発した低沸点成分を含む蒸気の熱で気化させるのでしょうか？

また気化した気体の混合原料をを加える場合、還流液はしたから加えている水蒸気の熱によって気化させるのでしょうか？

教えてください　お願いします

回答No.4

himajin1

液体状態の混合液を蒸留塔の中段から加えた場合

中段には、中段の上の段（又はエリア）から落ちてくる液体（１）と、Ｆｅｅｄされた液体状態の混合液（２）の２つの液体が流れ込んで来て、混ざります。（３）
そして、中段よりも下の段（又はエリア）から登ってくるガス（４）が、この、（３）の液体に吹き込まれ、混ざります（４）←液体とガスの合計と考えてください。

（４）の混ざり物は、物質収支的に、（１）＋（２）＋（３）を合計した物になります。
熱収支的にも、（１）＋（２）＋（３）を合計したエネルギーを持ちます。

このエネルギーを持って「その中段の圧力（真空度）」での気液平衡状態が決まり、中段から上に登るガス（５）と、中段から下に落ちる液（６）に分かれます。

従って、Ｆｅｅｄされた液体状態の混合液（２）が「その中段の圧力（真空度）」における沸点よりも低い温度で供給された場合、その液体を沸点まで暖め、また、気化させる為にエネルギーを多量に消費しますので、ガスの量的な関係で言うと、
　中段よりも下の段（又はエリア）から登ってくるガス（４）
よりも、少ない量の
　中段から上に登るガス（５）
しか発生しません。　

また、液体の量的な関係で言うと、
　中段の上の段（又はエリア）から落ちてくる液体（１）
よりも、
　中段から下に落ちる液（６）
の方が、ずっと多くなります。

あなたの言葉で言えば、
液体状態の混合液を蒸留塔の中段から加えた場合、その液体を気化させるエネルギーがは、下から登ってくる蒸気（低沸点成分を含む気体）により与えられ、新しい蒸気（低沸点成分を含む気体）が発生します。

回答No.3

himajin1

もっと、砕いて、シンプルな例で説明しましょう。

連続蒸留塔の中で、
　外部からの加熱は、一番下のリボイラーのみで行われ、
　一般的には、スチームや、熱媒により、間接的に、塔底液が暖められます。

　外部からの冷却は、一番上のコンデンサーのみで行われ、
　冷却水により、間接的に、塔頂ガスが凝縮させられます。

連続蒸留塔の内部では、
　上の方でも、真ん中でも、下の方でも、あちこちで、
　蒸留したい物質同志の間で、加熱、冷却が相互に行われています。

最終的には、
　一番下のリボイラーで加えられたエネルギーが、
　一番上のコンデンサーで冷やされる
事になります。

補足

何度も質問して本当にもうしわけありません。

液体状態の混合液を蒸留塔の中段から加えた場合、その液体を気化させるエネルギーが無いため、蒸気（低沸点成分を含む気体）は発生しませんよね？
どうやって蒸気（を発生させるのでしょうか？

回答No.2

himajin1

私が、ANo.1　で記述した、「蒸気（ガス）というもの」は、混合液が気化した低沸点成分を含んだ蒸気です。

補足にある「外から塔内に加えている、普通の蒸気」って、「加熱用スチーム」の事でしょうか？

連続蒸留塔を使用する際に、水蒸気（スチーム）を系内に直接吹き込む水蒸気蒸留を使用することは「めったに」いや「まず」ありません。

工業装置では、加熱用のスチームは、連続蒸留塔の、塔底あたりに付属している「リボイラー」と呼ばれる熱交換機に注がれますが、この、熱交換機の中には隔壁があり、プロセス側（蒸留したいターゲット物質が液体または、気体の状態で存在しているサイド）と、ユーティリティー側（加熱又は冷却用の液体、スチームが流れているサイド）は、お互い漏れ込みの無いように、隔離されて居ます。

私が、ANo.1　で記述した、「蒸気」や「ガス」の単語は、すべてプロセス側の「蒸留したいターゲット物質」を表現した単語であり、用役（ユーティリティー）側の、「スチーム」を指す単語は、使用して居りません。

回答No.1

himajin1

簡易蒸留計算では、「沸点温度の液体」でＦｅｅｄしたことにして計算処理するケースが多いですが、
現実の連続蒸留装置に液体の混合原料を入れる（Ｆｅｅｄ）場合、そのままの温度（前のプロセスの通過温度に依存）でＦｅｅｄする場合が多く、ケースによってはプレヒートする場合もあります。

「沸点温度以下の液体」で塔の中間程度の高さにＦｅｅｄされた液体は、Ｆｅｅｄ段のあたりで、塔の中を下ってくる液と組成的及び熱的に混合され、更に下の段に落ちてゆきます。
蒸留塔の中で液体は重力に従って落ちながら、段　または　充填物に保持され、下から上がってくる蒸気（ガス）と混ざり、ここでも、組成的及び熱的に混合されます。

蒸留塔の中の、特定の高さ（段）のゾーンを１つの部屋と考えると、ここへの入力は、上からの液　下からのガス　の２つのインプットが有ります。

この部屋からの、出力は、下へ落ちてゆく液　上へ登ってゆくガス　の２つのアウトプットになります。

蒸留塔側面からの放熱ロスをゼロとすると、この４つの、出入りの　物質収支、熱収支　は　プラスマイナス　ゼロ　にならなければ、塔は不安定（変動中）になります。

ここに、気液平衡　のファクター（その段の液組成からは、どういう組成のガスが蒸発するか？）を入れると、蒸留の概念が（その段について）完成します。

従って、Ｆｅｅｄされた液体は下から上がってくるガスの持っている熱エネルギーを受け、一部分が気化されます。

また還流液が、蒸留塔内に戻ると、下から上がってくるガスの持っている熱エネルギーを受け、一部分が気化されます。

また気化するだけの潜熱分のエネルギーをあらかじめ加えられ（プレヒート）された液体の混合原料をＦｅｅｄする場合、塔内に入ったとたんガス化し、Ｆｅｅｄ段の下から登ってきたガスと共に、Ｆｅｅｄ段の上に向かって、混合ガスで登ってゆくと考えればいいでしょう。

蒸留塔の外側で物を考えないで、中の１段毎に、物質収支と、熱収支を考えるようにすれば、理解しやすいと思います。

補足

その蒸気（ガス）というものは、混合液が気化した低沸点成分を含んだ蒸気ではなく、外から塔内に加えている、普通の蒸気ってことなのでしょうか？