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化学工学

水蒸気蒸留と真空ポンプ蒸留での設備上の違い

水蒸気と真空ポンプ 化学工学
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水蒸気蒸留と真空ポンプ蒸留で設備は微妙に違います。

どちらも同じ蒸留なので、違いはないだろうと思っていたら、意外と差はあります。

コストやエネルギーと関わる話なので、プロセス設計や設備設計の基礎段階で判断しましょう。

プロセスエンジニアと機械系エンジニアが分かれている組織では、機械系エンジニアはこの辺りにタッチしにくいですが、考え方はかんたんです。

水蒸気蒸留

水蒸気蒸留のフローを見てみましょう。

水蒸気蒸留

蒸留でプロセス液から油1を取り除きます。

プロセス液は油1がない油2だけが残っていると簡単に考えましょう。

水蒸気蒸留では、油1だけが取り除けるわけではなく、水がセットで付いてきます

水蒸気を熱交換器で凝縮させて水になったものですね。

水と油1がタンク内に溜めた後、水と油1を分離する分液作業が必要となります。

これを受けるためのタンクが必要となります。

理想的には2つのタンクが必要。

運転タイミングを合わせることができれば、追加のタンクは1つだけでも可能な場合があります。

タンクを設置するというのは、プラントの敷地を圧迫させますし、何よりコストが掛かります。

分液を自動で実施する場合には自動弁流量計などの監視計器が必要ですし、手動だと作業手間が増えます。

水蒸気蒸留では設備投資的には不利な方向と言えるでしょう。

真空ポンプ蒸留

真空ポンプ蒸留のフローを見てみましょう。

真空ポンプ蒸留

真空ポンプでは水蒸気が同伴しないために、油1だけを取り出すことが可能です。

その代わりに、真空ポンプそのものが必要です。

水蒸気蒸留と真空ポンプ蒸留の比較をしておきましょう。

水蒸気蒸留真空ポンプ蒸留
設備サイズ
設備コスト
動力コスト

水蒸気蒸留は色々な面で不利です。

設備サイズ

真空ポンプでも水封式の場合を考えていますが、水と気体を分離するタンクが必要です。

このタンクは水蒸気蒸留のような大型のタンクではなく、ポットレベルの小さなもので構いません。

真空ポンプに水を貯めるだけの容量があればOKです。

設備サイズは真空ポンプ蒸留の方が水蒸気蒸留より有利です

設備コスト

設備コストは真空ポンプ蒸留の方が水蒸気蒸留より有利です

タンクそのものと真空ポンプの費用だけを比べてもほぼ同等でしょう。

ここに、タンクを設置するための基礎・架台費用や分液をするための自動化設備が必要となります。

配管費用は水蒸気蒸留と真空ポンプ蒸留では同程度です。

水蒸気蒸留は配管がメイン部が2本必要で、真空ポンプ蒸留はメイン部が1本ですが、真空ポンプは配管口径が大きくなります。

配管本数が多いというだけで、配管設計が難しくなります。

コスト的には大きな差が無いとみておいた方が良いでしょう。

水蒸気蒸留真空ポンプ蒸留
設備費用
基礎架台費用
自動化費用
配管費用
メンテナンス

動力コスト

動力コストは真空ポンプ蒸留の方が水蒸気蒸留より有利です

水蒸気蒸留の水蒸気 > 真空ポンプ蒸留の加熱用水蒸気 + 真空ポンプの動力

という関係がある場合に限定されます。

水蒸気蒸留で必要となる真空度が高いほど、水蒸気量は増えていきます。

その分だけ真空ポンプ側の方が有利になっていきます。

メンテナンス

水蒸気蒸留と真空ポンプ蒸留ではメンテナンス面でどれだけ差があるでしょうか?

定量化しにくいですが、水蒸気蒸留の方がやや有利です。

真空ポンプのような可動部を持った設備がないからですね。

真空ポンプの場合には、ベアリングやモーターなどの点検整備が必要となってきます。

一方で、水蒸気蒸留では自動化設備のメンテナンスが載ってくるし配管本数も多いので、真空ポンプ側が絶対に不利というわけでもありません。

参考

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最後に

水蒸気蒸留と真空ポンプ蒸留の設備常温違いを比較しました。

水蒸気蒸留は分液用のタンクが必要となり、真空ポンプ蒸留は真空ポンプが必要です。

設備サイズ・設備コスト・動力コストいずれの面でも真空ポンプの方が有利と思っています。

だからこそ水蒸気蒸留は使われなくなってきているのでしょう。

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