JPS636375A - 空気分離装置における精留塔上部塔の液面制御方法 - Google Patents
空気分離装置における精留塔上部塔の液面制御方法Info
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- JPS636375A JPS636375A JP15099886A JP15099886A JPS636375A JP S636375 A JPS636375 A JP S636375A JP 15099886 A JP15099886 A JP 15099886A JP 15099886 A JP15099886 A JP 15099886A JP S636375 A JPS636375 A JP S636375A
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- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は空気分離装置における精留塔上塔の液面制御方
法に関するものである。
法に関するものである。
空気を低温で液化分離して酸素と窒素に分離する全低圧
式空気分離装置においては寒冷源として膨張タービンが
使用され、空気分離装置の運転状況に応じて該膨張ター
ビンの流量を調節することが必要である。すなわち、圧
縮冷却された原料空気は複式精留塔に導入され、精留さ
れるが精留塔の上部塔の液体酸素の液面の上昇あるいは
下降によって装置の寒冷量の過不足を経験的に判断し、
手動操作によって膨張タービンの流量等を調節すること
が行なわれてきた。
式空気分離装置においては寒冷源として膨張タービンが
使用され、空気分離装置の運転状況に応じて該膨張ター
ビンの流量を調節することが必要である。すなわち、圧
縮冷却された原料空気は複式精留塔に導入され、精留さ
れるが精留塔の上部塔の液体酸素の液面の上昇あるいは
下降によって装置の寒冷量の過不足を経験的に判断し、
手動操作によって膨張タービンの流量等を調節すること
が行なわれてきた。
しかしながら、このような手動操作による場合には、あ
る程度の熟練と常時の監視が必要である。また、精留塔
の液体酸素の液面の上昇または下降に応じて膨張タービ
ンの流量を自動制御することも考えられるが、膨張ター
ビン流量のみの増加および減少は、それぞれ精留塔下塔
の圧力の低下および上昇を誘発するとともに下部塔から
上部塔への液体空気還流量の減少および増加を誘発する
。その結果、精留塔の上部塔の精留状態が乱れ、例えば
上部塔内のアルゴン濃度分布が変化し、該塔の側流よシ
抜出し粗アルボン塔へ供給するアルゴン含有ガスの組成
が変動し、該アルゴン含有ガスを精留する粗アルゴン塔
の運転状態の乱れにもつながることがある。
る程度の熟練と常時の監視が必要である。また、精留塔
の液体酸素の液面の上昇または下降に応じて膨張タービ
ンの流量を自動制御することも考えられるが、膨張ター
ビン流量のみの増加および減少は、それぞれ精留塔下塔
の圧力の低下および上昇を誘発するとともに下部塔から
上部塔への液体空気還流量の減少および増加を誘発する
。その結果、精留塔の上部塔の精留状態が乱れ、例えば
上部塔内のアルゴン濃度分布が変化し、該塔の側流よシ
抜出し粗アルボン塔へ供給するアルゴン含有ガスの組成
が変動し、該アルゴン含有ガスを精留する粗アルゴン塔
の運転状態の乱れにもつながることがある。
本発明は、空気分離装置の精留塔上塔における従来技術
の液面調節法の欠点を解消し、精留塔のバランスをくず
すことなく安定な状態に保持した！ま、液面を制御する
ことによって精留塔を安定に運転することを目的とする
ものである。
の液面調節法の欠点を解消し、精留塔のバランスをくず
すことなく安定な状態に保持した！ま、液面を制御する
ことによって精留塔を安定に運転することを目的とする
ものである。
本発明者はかかる目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結
果、複式精留塔の上部塔の液面位の変化に対応して、膨
張タービン流量、原料空気流量、及びラツハマン流量を
所定の制御則に従い調節することによシ精留塔を安定な
状態に保持したまま該上部塔の液面の調節ができること
を見出し、本発明を完成した。
果、複式精留塔の上部塔の液面位の変化に対応して、膨
張タービン流量、原料空気流量、及びラツハマン流量を
所定の制御則に従い調節することによシ精留塔を安定な
状態に保持したまま該上部塔の液面の調節ができること
を見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明の要旨は、原料空気を圧縮冷却し、複
式精留塔で精留して酸素、窒素及びアルゴンを多数する
空気分離装置において、精留塔の上部塔の液体酸素液位
を検出する液面検出器の出力を入力し、該出力を所定値
内に保っように、所定の制御則に従い自動的に膨張ター
ビン流量、原料空気流量、ラッハマン流量を調節するこ
とを特徴とする空気分離装置における精留塔上塔の液面
制御方法に存する。
式精留塔で精留して酸素、窒素及びアルゴンを多数する
空気分離装置において、精留塔の上部塔の液体酸素液位
を検出する液面検出器の出力を入力し、該出力を所定値
内に保っように、所定の制御則に従い自動的に膨張ター
ビン流量、原料空気流量、ラッハマン流量を調節するこ
とを特徴とする空気分離装置における精留塔上塔の液面
制御方法に存する。
以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
第１図は空気を圧縮冷却し、複式精留塔で精留する空気
分離装置の一例を示すものである。
分離装置の一例を示すものである。
第１図において、空気分離装置は空気圧縮機Ａ１塔Ｆ等
から構成されている。原料空気は導管／よシ空気圧縮機
Ａ及び可逆式熱交換器Ｂを経てそれぞれ圧縮および冷却
されて導管２よシ精留塔の下部塔Ｃの底部に導入される
。下部塔Ｃ内では、塔頂に設けられた凝縮器にて精留塔
の上部塔りの底部の液体酸素と熱交換して凝縮した液体
空気が下降し、下部塔の底部に供給され塔内を上昇する
原料空気と棚段上で気液接触して精留が行なわれる。下
部塔Ｃの頂部よシ液体窒素が取出され、導管３を経て上
部塔りの頂部に還流液として導入される。また下部塔Ｃ
の中央部からは空気が取出され、導管！、膨張タービン
Ｅ及び導管ｔを経て一部が上部塔りの中央よシ上部の位
置に導入される。導管６よシ精留塔に導入される流体は
ラツハマンと呼ばれている。
から構成されている。原料空気は導管／よシ空気圧縮機
Ａ及び可逆式熱交換器Ｂを経てそれぞれ圧縮および冷却
されて導管２よシ精留塔の下部塔Ｃの底部に導入される
。下部塔Ｃ内では、塔頂に設けられた凝縮器にて精留塔
の上部塔りの底部の液体酸素と熱交換して凝縮した液体
空気が下降し、下部塔の底部に供給され塔内を上昇する
原料空気と棚段上で気液接触して精留が行なわれる。下
部塔Ｃの頂部よシ液体窒素が取出され、導管３を経て上
部塔りの頂部に還流液として導入される。また下部塔Ｃ
の中央部からは空気が取出され、導管！、膨張タービン
Ｅ及び導管ｔを経て一部が上部塔りの中央よシ上部の位
置に導入される。導管６よシ精留塔に導入される流体は
ラツハマンと呼ばれている。
さらに下部塔Ｃの塔底部からは酸素濃度の高い液体空気
（酸素濃度約ａＯ％の液体空気）が抜出され、導管グを
経て上部塔りの中央よシやや上部の位置に導入される。
（酸素濃度約ａＯ％の液体空気）が抜出され、導管グを
経て上部塔りの中央よシやや上部の位置に導入される。
上部塔り内では、下部塔頂部の凝縮器と熱交換して発生
した気体酸素が上昇ガスとして塔内を上昇し、下部塔Ｃ
よシ導入された液体空気、さらに還流液として導入され
た液体窒素の流下によシ棚段上で上記上昇気体と向流接
触して精留が行なわれる。
した気体酸素が上昇ガスとして塔内を上昇し、下部塔Ｃ
よシ導入された液体空気、さらに還流液として導入され
た液体窒素の流下によシ棚段上で上記上昇気体と向流接
触して精留が行なわれる。
かくして上部塔りの頂部よう高純度の窒素が得られ導管
７よシ取出され、また底部からは高純度の酸素が得られ
導管♂より取出される。さらに、上部塔りの中央部の適
当な位置のサイドカット段よシアルボン含有ガスが抜出
され、導管りを経て粗アルゴン塔Ｆに導入される。
７よシ取出され、また底部からは高純度の酸素が得られ
導管♂より取出される。さらに、上部塔りの中央部の適
当な位置のサイドカット段よシアルボン含有ガスが抜出
され、導管りを経て粗アルゴン塔Ｆに導入される。
本発明はかかる空気分離装置に於て、上部塔下部の液体
酸素の液面位を検出する液面検出器Ｇを取付け、該検出
器の出力を計算機に入力する。また、導管／に取付けた
原料空気の流量検出器工、導管よに取付けた膨張タービ
ンに流入する空気の流量検出器工′、導管乙に取付けた
ラツハマン流量検出器工“の信号を該計算機にとシ入れ
計算機内で第２図に示す制御系を構成するものである。
酸素の液面位を検出する液面検出器Ｇを取付け、該検出
器の出力を計算機に入力する。また、導管／に取付けた
原料空気の流量検出器工、導管よに取付けた膨張タービ
ンに流入する空気の流量検出器工′、導管乙に取付けた
ラツハマン流量検出器工“の信号を該計算機にとシ入れ
計算機内で第２図に示す制御系を構成するものである。
すなわち、膨張タービン流量、原料空気流量、ラツハマ
ン流量に対応する各流量制御系（ＦＣ１０／、ＦＯ１０
２、ｐｃ１０３）、プロセスの運転状態から物質収支お
よび熱収支を考慮して決定される運転条件設定系、さら
に、上塔液面制御系（Ｌ０２０／）から成シ、それぞれ
の制御系は次の様に働く。
ン流量に対応する各流量制御系（ＦＣ１０／、ＦＯ１０
２、ｐｃ１０３）、プロセスの運転状態から物質収支お
よび熱収支を考慮して決定される運転条件設定系、さら
に、上塔液面制御系（Ｌ０２０／）から成シ、それぞれ
の制御系は次の様に働く。
流量制御系は与えられた設定値のもとで、Ｐより制御に
よシ夫々の調節弁Ｈ、Ｈ’ 、 Ｈ’ を操作して流
量の調節を行う。運転条件設定系は袈品要求量及び空気
分離装置の熱収支よう得られる適正な運転条件を与える
いわゆるフィードフォワード演算を行う。例えば寒冷発
生機関である膨張タービンの流量への適正な設定値Ｘは
熱収支よシ得られる（１）式であられされる。
よシ夫々の調節弁Ｈ、Ｈ’ 、 Ｈ’ を操作して流
量の調節を行う。運転条件設定系は袈品要求量及び空気
分離装置の熱収支よう得られる適正な運転条件を与える
いわゆるフィードフォワード演算を行う。例えば寒冷発
生機関である膨張タービンの流量への適正な設定値Ｘは
熱収支よシ得られる（１）式であられされる。
Ｘ＝Ａ、ＸＡ工Ｒ＋Ａ、ＸＬＯ＋Ａ、ＸＬＡ＋Ａ、ＸＩ
Ｊ −、−（１）ただし、Ａ工Ｒ；原料空気流量 ＬＯ；液体酸素発生量 ＬＡ；液体アルゴン発生量 ＬＮ：液体窒素発生量 ＡＩ ＋ Ａ２ ＋ Ａ３ 、 Ａ、 ：係数しかしな
がら、（１）式に基づいて算出された膨張タービン流量
は必ずしも正確に空気分離装置の熱収支を保持するもの
ではな（、その誤差は上塔底部の液体酸素の液位の変動
となってあられれる。そこで、液面制御系においては液
面調節計（ギヤツブ付Ｐ’より調節計）が液面をある範
囲内に保持する様に前述のフィードフォワード演算の誤
差を補償するフィードバック要素として動作する。つま
）、液面調節計の出力は、膨張タービン流量に対し運転
条件設定系よシ計算された値と加算され膨張タービン流
量の設定値を与える。（（２）式） また、該液面調節計の出力は原料空気流量、ラツハマン
流量に対しては運転条件設定系と液面調節計の出力にあ
る係数に、 、 Ｋ、を掛けたものを加算したものがそ
れぞれの設定値となる。
Ｊ −、−（１）ただし、Ａ工Ｒ；原料空気流量 ＬＯ；液体酸素発生量 ＬＡ；液体アルゴン発生量 ＬＮ：液体窒素発生量 ＡＩ ＋ Ａ２ ＋ Ａ３ 、 Ａ、 ：係数しかしな
がら、（１）式に基づいて算出された膨張タービン流量
は必ずしも正確に空気分離装置の熱収支を保持するもの
ではな（、その誤差は上塔底部の液体酸素の液位の変動
となってあられれる。そこで、液面制御系においては液
面調節計（ギヤツブ付Ｐ’より調節計）が液面をある範
囲内に保持する様に前述のフィードフォワード演算の誤
差を補償するフィードバック要素として動作する。つま
）、液面調節計の出力は、膨張タービン流量に対し運転
条件設定系よシ計算された値と加算され膨張タービン流
量の設定値を与える。（（２）式） また、該液面調節計の出力は原料空気流量、ラツハマン
流量に対しては運転条件設定系と液面調節計の出力にあ
る係数に、 、 Ｋ、を掛けたものを加算したものがそ
れぞれの設定値となる。
（（３）、（４）式）
％式％（２）
ただし、Ｓｖ：設定値
酊；出力値
ここで、Ｋ、 、 Ｋ、は液面調節計の出力の原料空気
流量、ラッハマン流量に対する加重ゲインである。
流量、ラッハマン流量に対する加重ゲインである。
すなわち、該液面が変化した結果、液面制御によシ、膨
張タービン流量が△Ｅだけ変化した時、原料空気流量及
びラツハマン流量の変化量、ＬＡおよびΔＲはそれぞれ
（５）、（６）式で与えられる。
張タービン流量が△Ｅだけ変化した時、原料空気流量及
びラツハマン流量の変化量、ＬＡおよびΔＲはそれぞれ
（５）、（６）式で与えられる。
ΔＡ＝△ＫＸＫ１ ・・・・・・・・
・（５）ΔＲ＝△ＥＸＫ２ ・・・・
・・・・・（６）ここで、精留塔を安定に運転するため
には、ゲインに１． Ｋ２は、 Ｏメ≦に１≦八〇、 ０．０≦に２≦Ｏ，グ明する。
・（５）ΔＲ＝△ＥＸＫ２ ・・・・
・・・・・（６）ここで、精留塔を安定に運転するため
には、ゲインに１． Ｋ２は、 Ｏメ≦に１≦八〇、 ０．０≦に２≦Ｏ，グ明する。
該図面における記号ａは精留塔上塔の液面、ｂは精留塔
上塔中間段よシ粗アルゴン塔へ供給されるアルゴン含有
ガス中の酸素濃度、Ｃは膨張タービン流量、ｄは原料空
気流量、ｅはラツハマン流量を意味する。本液面調節計
は液面の目標値に対して所定のギャップ幅を設定してお
き、液面が該所定値を越えるとＰより制御を実施するギ
ヤツブ付Ｐより調節計を採用している。第３図は、上塔
液面変動に対して膨張タービン流量のみを操作量とした
時、すなわち本発明においてに１：Ｏ，に２＝：Ｏとし
た時のトレンド図である。上塔液面が下限を越えるとそ
れに伴い膨張タービン流量が増加するが、原料空気流量
及びラツハマン流量は一定のままである。
上塔中間段よシ粗アルゴン塔へ供給されるアルゴン含有
ガス中の酸素濃度、Ｃは膨張タービン流量、ｄは原料空
気流量、ｅはラツハマン流量を意味する。本液面調節計
は液面の目標値に対して所定のギャップ幅を設定してお
き、液面が該所定値を越えるとＰより制御を実施するギ
ヤツブ付Ｐより調節計を採用している。第３図は、上塔
液面変動に対して膨張タービン流量のみを操作量とした
時、すなわち本発明においてに１：Ｏ，に２＝：Ｏとし
た時のトレンド図である。上塔液面が下限を越えるとそ
れに伴い膨張タービン流量が増加するが、原料空気流量
及びラツハマン流量は一定のままである。
この時、上塔の精留状態が乱れアルゴン含有ガス中の酸
素濃度が低下傾向となる。また上塔液面の回復も遅い。
素濃度が低下傾向となる。また上塔液面の回復も遅い。
第ｑ図は、膨張タービン流量と原料空気流量を操作量と
し両操作量の変化量を等しくした時、すなわち本発明に
おいてに１＝／、 Ｋ、＝０とした時のトレンド図であ
る。
し両操作量の変化量を等しくした時、すなわち本発明に
おいてに１＝／、 Ｋ、＝０とした時のトレンド図であ
る。
液面が下限を越えるとそれに伴い膨張タービン流量及び
原料空気流量が同量増加するがラツハマン流量は一定の
ままである。この時、アルゴン含有ガス中の酸素濃度は
上昇傾向となる。第５図は、本発明を適用した時、すな
わち膨張タービン流量とともに原料空気流量及びラツハ
マン流量をある割合（Ｋ、 ＝ ０．９、Ｋ、＝ｏ、、
２）で調節した時のトレンド図である。アルゴン含有ガ
ス中の酸素濃度を乱さずに上塔液面を応答よ（所定値内
に保持している。
原料空気流量が同量増加するがラツハマン流量は一定の
ままである。この時、アルゴン含有ガス中の酸素濃度は
上昇傾向となる。第５図は、本発明を適用した時、すな
わち膨張タービン流量とともに原料空気流量及びラツハ
マン流量をある割合（Ｋ、 ＝ ０．９、Ｋ、＝ｏ、、
２）で調節した時のトレンド図である。アルゴン含有ガ
ス中の酸素濃度を乱さずに上塔液面を応答よ（所定値内
に保持している。
本発明によシ、原料空気を深冷分離して、酸素、窒素及
びアルゴンを採取する空気分離装置において、精留塔の
バランスを（すすことなく、すなわち製品の純度とくに
精留塔上塔から抜出され粗アルゴン塔へ供給されるアル
ゴン含有ガスの濃度に悪影響を与えることなく自動的に
精留塔上塔の液面位を所定値内に保つことが可能となる
。
びアルゴンを採取する空気分離装置において、精留塔の
バランスを（すすことなく、すなわち製品の純度とくに
精留塔上塔から抜出され粗アルゴン塔へ供給されるアル
ゴン含有ガスの濃度に悪影響を与えることなく自動的に
精留塔上塔の液面位を所定値内に保つことが可能となる
。
Claims (1)
- （１）原料空気を圧縮冷却し、複式精留塔で精留して酸
素、窒素及びアルゴンを採取する空気分離装置において
精留塔の上部塔の液体酸素液位を検出する液面検出器の
出力を入力し、該出力を所定値内に保つように所定の制
御則に従い自動的に膨張タービン流量、原料空気流量、
ラツハマン流量を調節することを特徴とする空気分離装
置における精留塔上部塔の液面制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15099886A JPS636375A (ja) | 1986-06-27 | 1986-06-27 | 空気分離装置における精留塔上部塔の液面制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15099886A JPS636375A (ja) | 1986-06-27 | 1986-06-27 | 空気分離装置における精留塔上部塔の液面制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS636375A true JPS636375A (ja) | 1988-01-12 |
Family
ID=15509047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15099886A Pending JPS636375A (ja) | 1986-06-27 | 1986-06-27 | 空気分離装置における精留塔上部塔の液面制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS636375A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01296074A (ja) * | 1988-05-20 | 1989-11-29 | Hitachi Ltd | 深冷液化ガス分離装置の制御方法 |
-
1986
- 1986-06-27 JP JP15099886A patent/JPS636375A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01296074A (ja) * | 1988-05-20 | 1989-11-29 | Hitachi Ltd | 深冷液化ガス分離装置の制御方法 |
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