JPH0323828B2

JPH0323828B2 -

Info

Publication number: JPH0323828B2
Application number: JP11439582A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Saito; Hisashi Mitani; Masanao Ando; Hiroshi Isaka; Munehiro Hayashi
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1982-06-30
Filing date: 1982-06-30
Publication date: 1991-03-29
Also published as: JPS594872A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、空気を窒素と酸素とに分離する場合
等に使用されるガス分離用精留塔に関するもので
ある。

例えば、空気を窒素と酸素とに分離するには気
体状の空気をその一部が液化するまで冷却して窒
素リツチな気体を得、この気体を別の場所で再び
その一部が液化するまで冷却してさらに窒素リツ
チな気体を得るという操作を繰り返すことが必要
である。そして、このような操作を連続的に行な
わせる手段として、例えば、第１図に示すよう
に、塔本体１の頂部にコンデンサ２を設けるとと
もに底部にボイラ３を設け、さらにその中間部に
上下に貫通する多数の通気孔４…を有した皿状の
精留板５…を多段に設けてなる精留塔がある。す
なわち、このものは、前記コンデンサ２と前記ボ
イラ３との働きによつて塔本体の１の頂部を底部
よりも低温に維持しておき、前記コンデンサ２部
分で生成させた液体および前述のような液化操作
によつて得られる液体を上段の精留板５上から下
段の精留板５上へ順次に流下させて該塔本体１の
底部方向へ導くようにするとともに、前記ボイラ
３部分から上昇してくる気体および塔本体１の所
定部位に外部から供給される気体を前記各精留板
５…の通気孔４…および該精留板５…上に形成さ
れる液体層６…内に順次に通過させて該塔本体１
の頂部方向へ導くようになつている。しかして、
このようなものでは、前記精留板５の下面側から
通気口４…を通して該精留板５の上面側に形成さ
れた液体層６内に導入された泡状の気体は、相対
的に低温な液体に接触することによつて冷却され
該気体内の酸素成分の一部が液化して前記液体内
に溶出するとともに、前記液体内の窒素成分の一
部が気化して該気体内に取り込まれる（以下、こ
の現象を「物質移動」と称す）ことになる。そし
て、このような物質移動が各精留板５…毎に行な
われる結果、前記塔本体１のコンデンサ２部分で
は窒素の割合がきわめて高くなり、ボイラ３部分
では酸素の割合がきわめて高くなるわけである。

ところで、このような構成の精留塔を運転する
には、まず、塔本体内に液体が全く存在しない状
態でコンデンサ２の冷熱源７を作動させる。そう
すると、塔本体１内がある温度以下にまで冷却さ
れた時点から前記コンデンサ２内で気体が液化さ
れ始め、その液体が前記各精留板５…上に順次上
の方から溜つてゆく。そして、すべての精留板５
…上に規定水位以上の液体層６…が形成され、所
要量の液体が定常的に上段部から下段部に向つて
流下し得るようになつてはじめて、前述したよう
な正常な精留作用が営まれることになる。そのた
め、かかる構成の精留塔では、精溜開始までに長
時間を要するという不都合がある。また、このよ
うなものでは、一旦精溜運転を停止すると、各精
溜板５…上のすべての液体が通気孔４…を通して
落下してしまうため、比較的短時間後に運転を再
開する場合でも各精溜板５…等の冷却をはじめと
する前述したすべての準備過程を経た後でないそ
精溜運転を再開することができないという能率の
悪さがある。

本発明は、このような事情に着目してなされた
もので、精溜板の上面における通気孔が存在しな
い部位に、該精溜板上に形成されるべき液体層の
規定水位と略同程度の高さ位置に流体流出入口を
開口させてなる容器を突設することによつて、前
述した不都合をことごとく解消することができる
ガス分離用精溜塔を提供するものである。

以下、本発明の一実施例を第２図〜第８図を参
照して説明する。

塔本体１１の頂部にコンデンサ１２を設けると
ともに底部にボイラ１３を設け、さらにその中間
部に上下に貫通する多数の通気孔１４…を有した
精留板１５…を多段に設けている。塔本体１１
は、例えば、中空円筒体状のもので、断熱壁によ
り構成されている。コンデンサ１２は、コンデン
サ室１６にヘリウム冷凍機１７の低温端１７ａを
挿入してなる。ヘリウム冷凍機１７は、高圧のヘ
リウムガスを蓄冷器等を用いて予冷した後、低温
端１７ａ部分で断熱膨張または等温膨張させて80
〓以下の低温を得るように構成したもので、
Solvey Cycle、Gifford−McMahon Cycleある
いはStirling Cycle等、種々の冷凍サイクルを営
む形式のものが使用可能である。また、精留板１
５は、一側縁部に溢液用の三角オリフイス１８を
有してなる円形皿状のもので、その一側縁を前記
塔本体１の内周面との間には前記三角オリフイス
１８を介して溢れ出る液体を下段の精留板１５へ
流下させるための通路１９が形成されている。そ
して、精留板１５の上面における通気孔１４…が
存在しない部位に複数の金属製容器２１…を突設
している。容器２１は、上端に液体流出入口２１
ａを有してなる有底円筒体状のもので、前記精留
板１５の上面にスポツト溶接または接着剤等によ
り固着されている。そして、この容器２１の背丈
は、前記流体流出口２１ａが前記精留板１５上に
形成されるべき液体層２２の規定水位ｈと同一ま
たは若干上方の高さ位置に開口するように設定さ
れている。

次いで、本精留塔の作動を説明する。

本精留塔を運転するには、まず、塔本体１１内
に液体が全く存在しない状態でコンデンサ１２の
ヘリウム冷凍機１７を作動させる。そうすると塔
本体１１内がある温度以下にまで冷却された時点
からコンデンサ１２内で気体が液化され始め、そ
の液体が各精留板１５上に順次上の方から溜まつ
てゆく。この際、前記精留板１５…上には容器２
１…が突設してあるため、前記液体は第６図に示
すように容器２１…間に形成される谷間にのみ溜
つてゆく。そのため、前記精留板１５…上に形成
される液体層２２の液面２２ａが迅速に上昇し短
時間で精留に必要な規定水位ｈにまで達すること
になる。したがつて、このようなものであれば、
運転を開始してから正常な精留作用が営まれるよ
うになるまでに要する時間を大幅に短縮すること
ができるものである。しかも、前記容器２１…は
通気孔１４から導入される泡状の気体と接触しな
い不用な液体が溜るべき領域に突設したものであ
るため、かかる領域に存在すべき液体を容器２１
…に置き換えても精留性能に悪影響を及ぶことは
ない。

また、以上のようにして精留が開始された後も
液化量を比較的多目にして液体層２２の液面２２
ａが前述した規定水位ｈを若干上まわるようにし
ておくと、第７図に示すように、精留板１５上の
液体の一部が各容器２１…内にも流入し、該容器
２１…内に液体が充満することになる。しかして
この状態で精留塔の運転を停止すると、容器２１
…間に存在していた液体は第８図に示すように通
気孔１４…を通して落下してしまうが、容器２１
…内の液体はそのまま精留板１５上に残されるこ
とになる。そのため、前記容器２１…内の液体が
蒸発してなくならない限り、各精留板１５は、前
記液体の温度と略同一の温度に保たれる。したが
つて、比較的短い停止期間の後、精留塔の運転を
再開する場合には、精留板１５…等の冷却をはじ
めとする準備期間を大幅に短縮することができる
ものである。

なお、容器の形状は、図示実施例のものに限ら
れないのは勿論であり、例えば、数個を連続して
構成したものや円筒状のもの等であつてもよい。
また、容器の材質も金属に限らず、プラスチツク
等であつてもよく、さらに、容器の配列も本発明
の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能であ
る。

本発明は、以上のような構成であるから、運転
を始めてから正常な精留が開始されるまでの準備
期間を有効に短縮して能率のよい精留作業を行な
うことができるガス分離用精留塔を提供できるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す概略断面図である。第２
図〜第８図は本発明の一実施例を示し、第２図は
概略断面図、第３図は第２図における−線断
面図、第４図は容器を示す拡大平面図、第５図は
同拡大正面図、第６図〜第８図は作用説明図であ
る。１１……塔本体、１２……コンデンサ、１３…
…ボイラ、１４……通気孔、１５……精留板、２
１……容器、２１ａ……液体流出入口、２２……
液体層。

Claims

【特許請求の範囲】

１頂部にコンデンサを有するとともに底部にボ
イラを有してなる塔本体と、この塔本体の中間部
に多段に設けられ所要個所に上下に貫通する複数
の通気孔を有してなる皿状の精留板と、これら各
精留板の上面における前記通気孔が存在しない部
位に突設され該精留板上に形成されるべき液体層
の規定水位と略同程度の高さ位置に流体流出入口
を開口させてなる容器とを具備してなることを特
徴とするガス分離用精留塔。