再沸器の知識まとめ！

Thread Content

再沸器の知識まとめ！12種類の再沸器　再沸器（重沸器とも呼ばれる）は、その名の通り液体を再び気化させる装置です。その構造は凝縮器とほぼ同じですが、凝縮器は冷却するためのものであり、再沸騰器は加熱して気化させるためのものです。 再沸器は、交差流と軸流の2種類に分けられる。交差流型では、沸騰過程はすべてケーシング側で行われ、一般的な形態にはタンク型再沸器、内蔵型再沸器、および水平熱サイフォン再沸器がある。軸流型では、沸騰した流体が軸方向に流れ、最も一般的な形態は垂直型のサーモサイフォン再沸器です。 1、缶型再沸器　缶型再沸器には拡大されたケーシングがあり、気液分離プロセスはこのケーシング内で行われる。液面は垂直な遮板によって維持され、管群が液体に完全に浸かった状態を保つ。管束は通常、2管程のU字型管構造であるが、多管程のフロートタイプ構造でもある。 かま式再沸器の利点：水力学的影響がかま式再沸器にはほとんど及ばないため、その性能は比較的安定しており、特に高真空下ではさらに優れた性能を発揮する。管間ピッチを大きくすることで、非常に高い熱流束を得ることができ、小さな温度差の条件下でも良好な動作状態を実現できる。 欠点：缶式再沸器はスケールが付きやすく、一般的にあらゆるタイプの再沸器の中で最もスケールが付きやすいタイプです。さらに、ケーシングが大きく、コストも高いです。釜式再沸器の最適な適用場面は、低圧、狭い沸点範囲、および小さな温度差または大きな温度差の条件下にある清浄な流体です。近臨界圧力の条件下では、ケーシングが大きくコストも高いものの、性能は比較的信頼性が高い。 2、塔内蔵型再沸器 タ内蔵型再沸器の特徴は、管群が蒸留塔の塔底液槽に直接挿入されていることです。 利点：缶式再沸器と同様に、水力の影響をほとんど受けない。ケーシングや接続配管などが不要なため、内蔵型再沸器はあらゆるタイプの再沸器の中で最もコストが低いものです。 欠点：ケーシングがないことを除けば、内蔵型再沸器の欠点はタンク型再沸器と同じであり、さらにその伝熱面も非常に限られている。 その適用場面は、かま式再沸器に類似している。 　　塔内蔵型再沸器 3、水平熱サイフォン再沸器 水平熱サイフォン式再沸器の給料は塔底の降下管から再沸器に導入され、液体が外側流路で沸騰して気化し、密度の低い気液混合物が形成される。給料管と排出管内の液体の密度差によって静圧差が生じ、これが流体の自然循環を促す力となる。加熱媒体は管内を流動し、管側は単一流路の場合もあれば、多流路の場合もある。 利点：循環率が高く、そのため流速も高くなり、出口の乾度が低くなる。これにより、高沸点成分の蓄積が防がれ、スケールの生成速度も低下する。管束が水平方向に配置されており、流動面積を容易に制御できるため、必要な静圧頭は低くなる。 欠点：ケーシング側にスケールが付着すると洗浄が非常に困難です。折り返し板および支持板の影響により、高熱流条件下で局所的な乾燥現象が発生することがある。大型の熱サイフォン再沸器では、流れの分布を均一にするために多数の管口や接続部品が必要となり、これによって必然的に再沸器のコストが上昇する。 　水平熱サイフォン再沸器では、沸点範囲が広い流体の場合、軽成分が入口で気化したり重成分が出口で濃縮されたりするのを防ぐために、水平方向の折り返し板を設置する必要がある。流れの閉塞や不安定を防ぐため、最大熱流束を制限する必要がある。このタイプの再沸器は、中圧、中程度の温度差、および低静圧頭の状況に適しています。 4、垂直型管側熱サイフォン再沸器 垂直型管側熱サイフォン再沸器の沸騰過程は管内で起こり、加熱媒体はケーシング内にある。二相流の混合物が高い流速で排出管から塔内へと流れる。排出口の流路断面積は、少なくとも管群全体の流量面積と同等でなければならず、排出口の圧力損失は全圧力損失の30％未満でなければならない。排出管は、軸方向に沿った大径の曲がり管でタワーと接続されることも、側面から開口してタワーと接続されることもある。 試験によると、出口管の構造は再沸器の性能にほとんど影響を与えないが、出口管の最小流量面積は再沸器の性能に大きな影響を与える。流動循環の駆動圧頭は、塔内の液槽の液面高さによって供給される。通常、塔内の液面と再沸器の上管板は同一の水平面上にある。 　垂直型管側熱サイフォン再沸器の利点：垂直型熱サイフォンは循環速度が高く、伝熱膜係数も水平型より高いだけでなく、優れたスケール防止効果もあり、特に高分子材料に適しています。 欠点：垂直管は取り外しや清掃、修理が困難です。また、塔底の液面高さは再沸器の上部管板とほぼ同じ高さになるため、塔底の標高が上昇し、建設コストが増加する。 立式管側熱サイフォン再沸器の最適な適用条件は、純成分、中程度の圧力、中程度の温度差、中程度の熱流量、およびスケールが発生しやすい環境である。 5、垂直シェルサイド熱サイフォン再沸器 垂直シェルサイド熱サイフォン再沸器の沸騰過程はシェルサイドで起こる。ケーシング側には、流体を縦方向に流すための折り返し板が取り付けられている。垂直シェルサイド再沸器は、加熱媒体をシェルサイドに配置することが適切でない特殊な場面で使用されます。 垂直シェルサイド熱サイフォン再沸器 この種の再沸器の設計では、沸騰側の流れが均一になるようにしなければならず、これによってデッドゾーンの発生を避け、気相や高沸点成分の蓄積を防ぐことができる。しかし、この分野の設計資料はほとんどない。 現場試験によると、最大の問題は気相が蓄積することで局部的な過熱が生じ、それにより上部の管板に故障が発生することである。したがって、設計時には二相混合物を均一な高い流速で管板を通過させるようにしなければならない。 このタイプの再沸器の最適な適用場面は、中圧かつ中程度の温度差の条件下での単一成分の蒸発であり、加熱媒体は必ず管の内側に配置されなければならない。 6、強制流動水平再沸器　強制流動水平再沸器では、沸騰が管の内側で起こり、流体の循環は高容量ポンプによって駆動される。通常、蒸発率を1％未満に保ち、流体は出口管のバルブを通過した後に完全にフラッシュする。強制流動再沸器の最適な適用場面は、重度のスケール発生や極めて高い粘度を持つ流体です。流体が非常に高い流速と極めて低い蒸発率を保つ状態では、スケールの生成速度を**低下させることができる。しかし、そのためには有効流速を5～6m/sに保つ必要があり、その結果、ポンプのコストやエネルギー消費量が非常に高くなる。 7、縦型熱サイフォン再沸器 縦型熱サイフォン再沸器　▲循環駆動力：缶内液と熱交換器の伝熱管内の気液混合物の密度差。 　　▲コンパクトな構造で、占有面積が小さく、熱伝達係数が高い。 　　▲ケーシング側は機械的に洗浄できず、高粘度や汚れた伝熱媒体には適していません。 　　▲タービン缶は気液分離空間と緩衝区を提供する。 8、水平型熱サイフォン再沸器 水平型熱サイフォン再沸器　▲循環駆動力：タンク内の液体と熱交換器の伝熱管内の気液混合物の密度差。 　　▲占有面積が大きく、伝熱係数は中程度で、メンテナンスや清掃が容易です。 　　▲タービン缶は気液分離空間と緩衝区を提供する。 9、強制循環式再沸器 強制循環式再沸器　▲高粘度で熱に敏感な物質、固体懸濁液、そして長い顕熱区間と低蒸発比を持つ高抵抗系統に適している。 10、膜環式再沸器 膜環式再沸器では、再沸器の2/3にあたる蒸気発生器が可変断面の環状通路を持ち、二相流が上昇流となっている。そして1/3の管内では液体が膜状に降下し、管の下部空間に沈んでいく――密閉循環が実現される。膜を用いた環状クリーンプロセスにより、伝熱過程を大幅に強化することができる（約2倍）。特に、小規模および中規模の熱流体条件下でその効果は顕著である。 再沸器の加熱面の2/3の位置に、管径が0.027mおよび0.029m（27～29mmに相当）の可変断面の挿入物が設置されており、これによって環状通路内で気液混合物が上昇する二相流体の流れが生じる可能性がある。そして、加熱面の1/3の位置では蒸気は発生しない。再沸器に関する研究によると、このような運転条件の再沸器は、通常の蒸気発生管内での最適な伝熱過程と比べて伝熱を大幅に促進し、その結果、再沸器の生産能力を最大42％も向上させることができる。 11、強制流動垂直型再沸器 強制流動垂直型再沸器は、強制流動水平型再沸器に加えて、比較的よく使用されるものであり、アルコール塔から出る廃液の循環蒸発や圧出に利用される。その釜底の液体は再沸器の循環に利用されるほか、一部は抽出圧力によって排出され、糟液二次予熱器など、一定の圧力を持つ後続装置に送られる。 このような装置は、特別な場面で使用する場合、その上部をある程度の分離空間を持つように設計することもでき、蒸気が誘導管を通って分離された後、一部の流体がこの部分から分離されて低位置の貯蔵タンクに入ることができる。 12、外部循環式不活性ガス蒸留再沸器　外部循環式不活性ガス蒸留再沸器は、垂直管内の流動沸騰システムに不活性ガスを導入することで伝熱を大幅に向上させ、「キャリアガス蒸発」技術が開発されました。このキャリアガス蒸発法は、明らかに不活性ガス蒸留の再沸器にも用いることができ、熱伝達を強化することができる。 流体は蒸留塔の底部から再沸器の加熱管に入り、不活性ガスも加熱管の底部から導入される。不活性ガスを導入することで伝熱が著しく向上する。これは、不活性ガスの気泡が沸騰している液体に接触した瞬間に、気液界面で液体が急速に気化し、近傍の液体から気化潜熱が取り出されるためである。気液界面における液体の温度を下げて「界面蒸発ウェル」を形成する