JP2003240430A - 低温空気精留法 - Google Patents

低温空気精留法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の流下膜式蒸発器を有する主凝縮器を備
えた精留ユニットで空気を低温分離する際に省エネルギ
ー及び操業技術面に優れ且つ流下膜式蒸発器内の低揮発
性物質の蓄積を回避することのできる方法を提供する。 【解決手段】 圧力カラム(１)と、低圧カラム(２)と、
少なくとも二つの流下膜式蒸発器(２０３，２０４)を有
する凝縮・蒸発装置とを備えた精留ユニットを用い、低
圧カラム(２)からの液体酸素を各流下膜式蒸発器(２０
３，２０４)の蒸発流路に導入して部分蒸発させると共
に一方の流下膜式蒸発器(２０３)からの未蒸発液体酸素
を他方の流下膜式蒸発器(２０４)の蒸発流路へ導入す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧力カラムと、低
圧カラムと、少なくとも第１と第２の二つの流下膜式蒸
発器を有する凝縮・蒸発装置とを備えた精留ユニット内
で空気を低温分離するに際し、低圧カラムからの酸素富
化液を第１の流下膜式蒸発器に導入して部分蒸発させ、
第１の流下膜式蒸発器からの未蒸発酸素富化液を第２の
流下膜式蒸発器へ流入させるようにした低温空気精留法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】圧力カラムと低圧カラムを備えた低圧空
気精留プラントにおいては、低圧カラムからの液体酸素
を圧力カラムの上部からの気体性窒素との間接熱交換に
より蒸発させながら窒素を凝縮している。この形式の凝
縮・蒸発装置は一般に主凝縮器と称されている。
【０００３】実際には、殆どの場合、主凝縮器は循環式
凝縮器又は流下膜式蒸発器として構成されている。循環
式凝縮器の場合、凝縮器ブロックは蒸発すべき液体の浴
中に縦置きに配置されている。蒸発すべき液体は下方か
ら蒸発流路に入り、液化流路を貫流する加熱媒体との熱
交換により少なくとも部分的に蒸発される。蒸発で生じ
る気体は浴の液体を蒸発流路内に随伴し、この熱サイホ
ン効果が結果として気体の搬送に関して別の手段を必要
とすることなく循環式凝縮器を通じての液体の自然循環
を生成することになる。
【０００４】これに対して流下膜式蒸発器の場合は、蒸
発すべき液体は気体封鎖兼用の分配系統を介して上方か
ら蒸発流路内に導入される。この液体は、蒸発流路と液
化流路とを分離する複数の壁に沿って液体の膜として下
向きに流れ、部分的に蒸発される。生成された蒸気と未
蒸発残留液は流下膜式蒸発器の底部から出て行く。この
形式の蒸発器は蒸発流路内に圧損が特に低く、従ってエ
ネルギーに関しては一般に循環式蒸発器よりも好適であ
る。
【０００５】但し、流下膜式蒸発器では、酸素富化液が
蒸発している際に蒸発流路が乾燥状態になってしまうよ
うな全蒸発は決して起こさないようにしなければならな
い。このため、一般には実際に蒸発すべき液体の量より
も著しく大量の液体を蒸発流路に流すが、結果として蒸
発流路からは、所望量の蒸気に加えて或る量の余分な液
体が常に出てくることになる。しかしながら、このよう
に余分な液体を蒸発流路に流すことは、流下膜式蒸発器
が備えている省エネルギー効果に逆行するものである。
【０００６】ところで、低圧カラムの底部と最下部の物
質移動エレメントとの間に二つ以上の流下膜式蒸発器を
互いに上下に配置することは既に提案されている（例え
ば、特許文献１参照。）。この場合、個々の流下膜式蒸
発器同士は縦型直列配置である。物質移動エレメントか
ら出てくる酸素富化液は集められて第１の流下膜式蒸発
器に導入される。第１の流下膜式蒸発器からの未蒸発液
は、その蒸発器の下方に配置されている第２の流下膜式
蒸発器に送り込まれる。また低圧カラムの底部からこれ
ら流下膜式蒸発器へと液体を再循環させる装備は存在し
ない。
【０００７】負荷が変化すると、低圧カラムの外部に流
下してくる液体と圧力カラムの上部に生成される気体窒
素の流量比は少なくとも一時的に変化する。特許文献１
に記載されている凝縮・蒸発装置においては、このよう
な流量比の変化は蒸発流路に流入する液体と蒸発流路内
部に流れる加熱媒体との流量比を減少させることにな
る。加熱媒体と蒸発すべき液体との間の流量が均衡状態
からはずれると蒸発流路が乾燥状態になったり、比較的
低揮発性の物質が内部に蓄積したりすることになる。
【０００８】同様に相互に上下配置された二つの流下膜
式蒸発器を備えた低温精留プラントの別の従来例も存在
する（特許文献２参照。）。この場合のプラントの始動
のためには、低圧カラムの底部からの液体を上部の流下
膜式蒸発器のみに供給し、この第１の蒸発器から出てく
る液体のみを下部の流下膜式蒸発器に流入させるように
する。これに対して通常の操業状態では、低圧カラムの
底部からの液体は下部の流下膜式蒸発器に加圧供給され
るだけである。この場合の上部の蒸発器には低圧カラム
の物質移動エレメントから出てくる液体のみが供給され
る。この形式のプラントの場合、特に負荷が変化した際
には上部の流下膜式蒸発器に供給される液体の量が不定
確となり、結果として先に述べたように蒸発流路が乾燥
状態になってしまうという問題がある。
【０００９】従って、一つ以上の流下膜式蒸発器を装備
した比較的大型の空気精留プラントの場合は今日迄のと
ころ個々の流下膜式蒸発器は縦型直列配置ではなく、む
しろ水平並置構成で操業されてきている。このため、前
述のように相応する量の余剰液体を各流下膜式蒸発器に
ポンプで供給しなければならず、これがエネルギーの経
済的バランスに悪影響をもたらしている。
【００１０】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０９２６４５７号明
細書
【特許文献２】米国再発行特許発明第３６４３５号明細
書
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に述べた形式の空気の低温分離法において、省エネルギ
ー及び操業技術の観点から特に好ましく、しかも流下膜
式蒸発器における低揮発性物質の蓄積を回避することの
できる低温空気分離法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明においては、冒頭
に述べた形式の空気の低温分離法において、低圧カラム
の底部からの酸素富化液を第１の流下膜式蒸発器の蒸発
流路に導入すると共に第２の流下膜式蒸発器の蒸発流路
内にも導入することによって上述の課題を達成したもの
である。
【００１３】本発明による方法では、第２の流下膜式蒸
発器の蒸発流路には基本的に第１の流下膜式蒸発器から
の未蒸発液が供給されている。第１の流下膜式蒸発器の
蒸発流路には、安全性の理由から流下膜式蒸発器が乾燥
状態になるのを防止するために低圧カラムの底部からの
液体が供給される。第２の流下膜式蒸発器の蒸発流路内
における液体の全蒸発も回避しなければならない。これ
に関しては、第１の流下膜式蒸発器に対して、第２の流
下膜式蒸発器へ送られる以上に充分な量の未蒸発の液体
が溜まっている低圧カラムの底部から必要な量の液体を
供給することが可能である。
【００１４】但し、本発明によれば、安全性の因子を考
慮に入れた場合でも乾燥状態を招くことの無いほどに大
量の液体が第１の流下膜式蒸発器に補給される。第２の
流下膜式蒸発器は、先ずは第１の流下膜式蒸発器からの
未蒸発の液体の供給を受け、更に低圧カラムの底部から
の適量の液体の補給を受けるので、その蒸発流路が乾燥
状態になることはない。
【００１５】第１の流下膜式蒸発器から出てくる発生蒸
気と未蒸発液との気液混合体は、実質的に蒸気のフラク
ションと、実質的に液体のフラクションとに分離するこ
とが有利である。液体フラクションのみが第２の流下膜
式蒸発器内へ流入する。蒸気フラクションは低圧カラム
に戻されるか、或いは気体製品流としてプラントから取
り出される。
【００１６】本発明は、一方が他方の上方に位置する縦
型直列配置の二つのみの流下膜式蒸発器を用いる形態に
限定されるものではないことは勿論である。プラントの
形式及び規模に応じて、三つ以上の流下膜式蒸発器を縦
型直列配置に配列し、例えば第２の流下膜式蒸発器から
出てくる未蒸発の液体を第３の流下膜式蒸発器に供給す
るようにしても好結果が得られることも確認されてい
る。更に、第１及び/又は第２の流下膜式蒸発器に関し
て一つ以上の別の流下膜式蒸発器を並置して並列接続す
ることも有利である。この場合、第１の流下膜式蒸発器
とそれに並列接続された全ての流下膜式蒸発器から出て
くる液体は、好ましくは一旦合流させてから第２の流下
膜式蒸発器とそれに並列接続された全ての流下膜式蒸発
器に分配することが好ましい。
【００１７】第１及び第２の流下膜式蒸発器に供給され
る酸素富化液の量は、それぞれ対応する流下膜式蒸発器
内で生成される酸素蒸気量の２〜５倍とすることが有利
である。このようにすると、乾燥状態、即ち液体酸素の
全蒸発を確実に発生不可能とすることができる。第２の
流下膜式蒸発器については、第１の流下膜式蒸発器内で
蒸発した量に相当する量の液体を単に低圧カラムの底部
から補給することが必要なだけである。換言すれば、低
圧カラムの底部からの液体は、第１の流下膜式蒸発器へ
は第２の流下膜式蒸発器への量の２〜５倍の量が供給さ
れる。
【００１８】個々の流下膜式蒸発器は、第１の流下膜式
蒸発器から出てくる液体がポンプを用いる必要なく純粋
に重力の作用で第２の流下膜式蒸発器に流入するように
配列することが好ましい。勿論、第２の流下膜式蒸発器
とその後続の第３の流下膜式蒸発器との間の連通につい
ても同様の対応が可能である。
【００１９】更に、各流下膜式蒸発器は、ポンプその他
の送給動力装置を節約するために、第２（又は第３）の
流下膜式蒸発器から出てくる凝縮窒素流を静圧によって
圧力カラム内に返送するように、そして第２（又は第
３）の流下膜式蒸発器から出てくる未蒸発液体酸素を静
圧により低圧カラムに返送するような様式で配列するこ
とが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明及びその更に詳細な特徴と
利点を添付図面に示された実施形態に基づいて詳述すれ
ば以下の通りである。
【００２１】本発明の実施形態を説明する前に、比較の
意味で従来技術の一例を説明する。図１は、従来技術で
知られている通りの圧力カラム１と低圧カラム２とを有
する空気低温精留用の精留ユニットを模式的に示してい
る。尚、図１では、不明確になることを避ける目的で、
圧力カラム１と低圧カラム２との間の熱交換に関連する
構成要素に限定して図示してある。この精留ユニットは
ほぼ同一高さレベルに並置された二つの流下膜式蒸発器
３、４を備えており、これら蒸発器は空気精留プラント
の主凝縮器として用いられている。圧力カラム１と低圧
カラム２は互いに隣接して配置され、二つの流下膜式蒸
発器３、４は圧力カラム１の上方に配置されている。
【００２２】気体窒素は、圧力カラム１の上部からライ
ン５を介して抽出され、ライン６及び７を介してそれぞ
れ第１の流下膜式蒸発器３及び第２の流下膜式蒸発器４
の個々の液化流路内に導入される。二つの流下膜式蒸発
器３、４の液化流路から出てくる窒素流は、それぞれラ
イン８及び９を介して圧力カラム１の上部に還流液とし
て戻される。流下膜式蒸発器３、４は、それらの内部で
凝縮した後の窒素がポンプ等を必要とすることなく或る
位置勾配で圧力カラム１へ戻されるように配置されてい
る。
【００２３】低圧カラム２の底部１０に溜まる酸素富化
液は、ポンプ１１の働きでライン１２を介して二つの流
下膜式蒸発器３、４へ向って上方へ送られ、各流下膜式
蒸発器３、４の上部ヘッダー３１にそれぞれ連通配置さ
れているレベル容器２０内へ絞りを介して送り込まれて
いる。各レベル容器２０内では、蒸発流路の上方に或る
液面レベルが維持される。このレベルは、第１には蒸発
流路内の生成蒸気と未蒸発の酸素富化液を蒸発流路に沿
って下方へ送り出すために必要な静圧を与え、第２には
流下膜式蒸発器３、４の上部空間からそれぞれの蒸発流
路内へ蒸気が決して流入しないようにする機能を果たし
ている。
【００２４】酸素富化液は、それぞれの蒸発流路内で部
分蒸発され、それによって生成された気液混合体はライ
ン１３を介して低圧カラム２に戻されている。別のライ
ン１４がライン１３から分岐しており、このライン１４
を介して気体酸素が製品流としてプラント外部へ取り出
されるようになっている。二つの流下膜式蒸発器３と４
の上部ヘッダー３０同士と下部ヘッダー３１同士との間
を相互に接続しているライン３０は、上下両ヘッダーの
いずれか一方が他方よりも高圧又は低圧にならないよう
に圧力平衡を補償する目的で使用されている。
【００２５】二つの流下膜式蒸発器３、４は、それぞれ
の蒸発流路が乾燥状態とならないように過剰量の酸素富
化液で運転される。例えば主凝縮器で100,000ｍ３／ｈ
(s.t.p.)の酸素を蒸発させるとすると、各流下膜式蒸発
器では50,000ｍ３／ｈ(s.t.p.)の酸素を生成させる。こ
の場合、各流下膜式蒸発器３、４には、安全性を確保す
る理由から３倍の液体酸素量、即ちそれぞれ150,000ｍ
３／ｈ(s.t.p.)の酸素富化液が供給される。従って、全
体では300,000ｍ３／ｈ(s.t.p.)の酸素富化液が低圧カ
ラム２の底部１０からポンプ１１により流下膜式蒸発器
３、４の上部に送られることになる。この例では、圧力
カラムの高さは１４ｍ、流下膜式蒸発器３、４の高さは
それぞれ８ｍにすべきであり、よってポンプ１１は１４
ｍ＋８ｍ＝２２ｍの全高に対して300,000ｍ３／ｈ(s.t.
p.)の液体酸素流量を送り込むことのできる能力を持つ
ものでなければならない。
【００２６】図２は、図１にほぼ対応する構成の本発明
の実施形態による精留ユニットを示しており、本例では
二つの流下膜式蒸発器２０３、２０４が本発明に従って
配列されている。圧力カラム１と低圧カラム２、そして
ポンプ２１１も地上レベルに設置されている。本例の場
合、第１の流下膜式蒸発器２０３は第２の流下膜式蒸発
器２０４よりも上方に配置されているので、流下膜式蒸
発器２０３の底部から出てくる流体は重力の作用で流下
膜式蒸発器２０４の上端部へ流入させることができる。
図１に示したのと同様の様式で、流下膜式蒸発器２０
３、２０４には圧力カラム１からライン２０５、２０
６、２０７を介して加圧気体窒素が加熱媒体として供給
される。各蒸発器の液化流路から出てくる凝縮窒素流
は、ライン２０８、２０９を介してそれぞれ圧力カラム
１に戻される。下方の流下膜式蒸発器２０４はその液化
流路の出口開口部が圧力カラム１よりも上方に位置する
よう配列されている。その結果、凝縮窒素流はポンプを
必要とすることなく圧力カラム１に戻すことができる。
【００２７】低圧カラム２の底部１０から抽出される液
体酸素は、一部がライン２１５を介して流下膜式蒸発器
２０３の上部に送り込まれ、他の一部がライン２１６を
介して流下膜式蒸発器２０４の上部に送り込まれる。蒸
発されなかった過剰分の液体酸素は上方の流下膜式蒸発
器２０３の蒸発流路の底端部から出てくる。これらの生
成蒸気と過剰分の液体酸素は気液分離器２１９内で分離
される。この過剰分の液体酸素はライン２１７を介して
流下膜式蒸発器２０４の上部に補給され、一方で生成蒸
気はライン２３２、２１８を介して低圧カラム２に戻さ
れ、或いは部分的にライン２１４を介して製品流として
取り出される。ライン２３０は流下膜式蒸発器２０３の
上端部と下端部の間の圧力平衡補償用の連通ラインであ
る。
【００２８】流下膜式蒸発器２０４にはライン２１７を
介して上方の流下膜式蒸発器２０３から過剰分の液体酸
素が補給され、しかもライン２１６を介して新らたな液
体酸素が供給されている。この流下膜式蒸発器２０４の
蒸発流路から出る気液混合体はライン２１８を介して低
圧カラム２に戻される。
【００２９】図２に示した空気精留プラントに対する境
界条件を図１に示したプラントの境界条件に対応させて
以下に説明する。即ち、本例でも個々の流下膜式蒸発器
２０３、２０４内で50,000ｍ３／ｈ(s.t.p.)ずつの気体
酸素が生成されるものとし、液体酸素供給量と生成蒸気
量の比も３とする。
【００３０】先ず、上方の流下膜式蒸発器２０３には15
0,000ｍ３／ｈ(s.t.p.)の液体酸素を供給しなければな
らない。これにより流下膜式蒸発器２０３の底端部に現
れる酸素蒸気は50,000ｍ３／ｈ(s.t.p.)、過剰分の液体
酸素は100,000ｍ３／ｈ(s.t.p.)となる。この流下膜式
蒸発器２０３からの過剰分の液体酸素100,000ｍ３／ｈ
(s.t.p.)に新たな液体酸素50,000ｍ３／ｈ(s.t.p.)がポ
ンプ２１１によって補給され、両者の混合流が下方の流
下膜式蒸発器２０４に供給される。これにより下方の流
下膜式蒸発器２０４からも同様に酸素蒸気50,000ｍ３／
ｈ(s.t.p.)と過剰分の液体酸素100,000ｍ３／ｈ(s.t.
p.)が生じることになる。
【００３１】本例の場合、ポンプ２１１は合計で200,00
0ｍ３／ｈ(s.t.p.)の液体酸素を吐出するものであれば
よい。但し、負荷側の全高ヘッドは図１に示した配列の
場合よりも高く、これは、ポンプ２１１が圧力カラム１
と二つの流下膜式蒸発器２０３及び２０４の全高を越え
て液体酸素を送り込まなければならないからである。即
ち、この場合の全高は１４ｍ+８ｍ＋８ｍ＝３０ｍとな
る。
【００３２】ポンプの消費エネルギーは吐出液体の流量
と負荷側の全高の積に比例する。図１及び図２に示した
各例の配置におけるポンプ消費エネルギーの比を求める
と、(300,000ｍ３/ｈ(s.t.p.)×22ｍ)／(200,000ｍ３/
ｈ(s.t.p.)×30ｍ)＝１．１となる。従って、従来技術
で公知の図１に示す配置の場合、エネルギーコストは図
２に示す本発明による配置に比べて１０％高くなってい
る。しかも図２に示す従来例ではポンプ１１を液体酸素
流量300,000ｍ３／ｈ(s.t.p.)に適合するように設計し
なければならないのに対し、本発明による場合では液体
酸素流量200,000ｍ３／ｈ(s.t.p.)に適合するように設
計されたポンプ２１１で充分であり、従ってポンプ２１
１はポンプ１１の場合に比べて１/３の小容量ポンプで
済むことになる。
【００３３】図３は、図２に示した構成の変形実施形態
を示している。この変形実施形態は二つの流下膜式蒸発
器２０３、２０４が相互に直結されている点を除いて図
２に示されたものと対応している。上方の流下膜式蒸発
器２０３の気液分離器２１９は下方の流下膜式蒸発器２
０４の上部レベル容器２２０の上に直結配置されてい
る。従って二つの流下膜式蒸発器２０３、２０４の間に
はライン配管は無く、気液分離器２１９とレベル容器２
２０が一体のコンポーネントとして介装されているだけ
であり、このコンポーネントの内部では、上方の流下膜
式蒸発器２０３で生成された蒸気が対応する過剰分の液
体酸素と分離され、この過剰分の液体酸素が別にライン
２１６を介して供給される新らたな液体酸素と共に前述
の図１のレベル容器２０に関連して述べたのと同じ理由
でレベル容器２２０内に或る液面レベルで溜まるように
なっている。従って、この変形実施形態によれば二つの
流下膜式蒸発器２０３、２０４に対する配管がその断熱
被覆構造も含めて著しく簡略化される。
【００３４】図４は主凝縮器として三つの流下膜式蒸発
器を有する場合の本発明の別の実施形態による精留ユニ
ットの配列を示している。本例の場合、最上部の第１の
流下膜式蒸発器４０３からの過剰分の液体酸素が中間部
の第２の流下膜式蒸発器４０４の上部に供給され、この
第２の流下膜式蒸発器４０４からの過剰分の液体酸素が
同様に最下部の第３の流下膜式蒸発器４２１の上部に供
給されている。各流下膜式蒸発器４０３、４０４、４２
１には更に低圧カラム２の底部１０からの新らたな液体
酸素がポンプ４１１及びライン４１５、４１６、４２２
を介して供給されている。個々の流下膜式蒸発器４０
３、４０４、４２１同士は、図２に示した実施形態と同
様の様式で配管４１７、４２３により接続されている。
勿論、これに代えて図３に示した洋式と同様に個々の流
下膜式蒸発器４０３、４０４、４２１の間を直結し、配
管４１７、４２３を省略することも可能である。
【００３５】この場合も、全体の生成気体酸素量は100,
000ｍ３／ｈ(s.t.p.)、即ち、個々の流下膜式蒸発器４
０３、４０４、４２１で生成される酸素蒸気の流量は3
3,333ｍ３／ｈ(s.t.p.)であるとする。同様に個々の流
下膜式蒸発器４０３、４０４、４２１に対する液体酸素
供給量と生成蒸気量の比も３とする。
【００３６】従って、低圧カラム２の底部１０からの液
体酸素100,000ｍ３／ｈ(s.t.p.)を第１の流下膜式蒸発
器４０３に供給しなければならない。第１の流下膜式蒸
発器４０３の底端部に現れるのは酸素蒸気33,333ｍ３／
ｈ(s.t.p.)と液体酸素66,666ｍ３／ｈ(s.t.p.)となる。
従って、ポンプ４１１によって新らたな液体酸素33,333
ｍ３／ｈ(s.t.p.)をライン４１６から第２の流下膜式蒸
発器４０４に補給する必要がある。同様にして、第２の
流下膜式蒸発器４０４の底端部にも酸素蒸気33,333ｍ３
／ｈ(s.t.p.)と液体酸素66,666ｍ３／ｈ(s.t.p.)が現れ
るので、ポンプ４１１によって新たな液体酸素33,333ｍ
３／ｈ(s.t.p.)をライン４２２から最下部の第３の流下
膜式蒸発器４２１に補給する必要がある。従って、ポン
プ４１１は全体として液体酸素166,666ｍ３/h(s.t.p.)
を１４ｍ＋８ｍ＋８ｍ＋８ｍ＝３８ｍの全高に対して吐
出しなければならない。ちなみに、従来方式に従って並
列配置で構成した三つの流下膜式蒸発器の場合（吐出量
＝300,000ｍ３／ｈ(s.t.p.)、全高＝１４ｍ+８ｍ＝２２
ｍ）と比較すると、対応するポンプ消費エネルギーの比
は、 (300,000ｍ３/ｈ(s.t.p.)×22ｍ)／(166,666ｍ３/ｈ(s.
t.p.)×38ｍ)＝1.046 となる。従って、三つの流下膜式蒸発器を慣用的な並列
配置とした場合に比べて本実施形態によれば約５％のエ
ネルギー節約効果が得られる。
【００３７】以下に示す表１は、従来からの慣用的な配
置に対して本発明による流下膜式蒸発器の特別な配置を
適用した場合のポンプ消費エネルギーの比を１４ｍ〜２
４ｍの間の種々の圧力カラム高さについて示している。
流下膜式蒸発器同士を並置した場合（１レベル）、二つ
の流下膜式蒸発器を本発明に従って上下に直列配置した
場合（２レベル）、三つの流下膜式蒸発器を本発明に従
って上下に直列配置した場合（３レベル）について相対
エネルギー消費量を比較した。それぞれの場合における
相対エネルギー消費量は圧力カラム高さ１４ｍで二つの
流下膜式蒸発器を直列配置した場合（２レベル）を基準
として正規化した比率で示してある。また個々の流下膜
式蒸発器の全高はいずれも８ｍと仮定した。
【００３８】
【表１】
【００３９】また表２は、圧力カラム高さの関数として
ポンプ消費エネルギーを再表示しており、各圧力カラム
高さについて２レベルを１として偏差値を正規化した比
率で示している。即ち、「１レベル」及び「３レベル」
の各欄の値は、二つの流下膜式蒸発器を縦型直列配置し
た配列に対する対応した個々の配置の消費エネルギーの
比を表している。
【００４０】
【表２】
【００４１】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
低圧カラムの底部からの酸素富化液を第１の流下膜式蒸
発器の蒸発流路に導入すると共に第２の流下膜式蒸発器
の蒸発流路内にも導入するので、これら複数の流下膜式
蒸発器を互いに上下に縦型直列配置とすることができ、
あらゆる高さの圧力カラムに対して省エネルギー上の利
点をもたらすことが明らかである。また、前述のような
省エネルギー効果に加えて、本発明では低圧カラム底部
から高所に送り出さなければならない液体酸素の流量を
従来に比べて少なくすることができるので、比較的小容
量の廉価なポンプを使用することでき、更に各流下膜式
蒸発器の乾燥状態を確実に防止できるので低揮発性物質
の蓄積も回避することができるという副次的な利点をも
たらすこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】主凝縮器として二つの流下膜式蒸発器を備えた
従来技術による空気精留ユニットの要部配列を示す模式
系統図である。
【図２】主凝縮器として二つの流下膜式蒸発器を備えた
本発明の一実施形態による空気精留ユニットの要部配列
を示す模式系統図である。
【図３】図２の実施形態の変形例による空気精留ユニッ
トの要部配列を示す模式系統図である。
【図４】主凝縮器として三つの流下膜式蒸発器を備えた
本発明の別の一実施形態による空気精留ユニットの要部
配列を示す模式系統図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ディートリッヒ ロットマン ドイツ連邦共和国、81737 ミュンヘン、 オスカー・マリア・グラーフ・リンク 33 Ｆターム(参考） 4D047 AA08 AB01 DA06 DA14

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧力カラムと、低圧カラムと、少なくと
    も第１と第２の二つの流下膜式蒸発器を有する凝縮・蒸
    発装置とを備えた精留ユニット内で空気を低温分離する
    に際し、低圧カラムからの酸素富化液を第１の流下膜式
    蒸発器に導入して部分蒸発させ、第１の流下膜式蒸発器
    からの未蒸発酸素富化液を第２の流下膜式蒸発器へ流入
    させるようにした低温空気精留法において、低圧カラム
    （２）の底部（１０）からの酸素富化液を、第１の流下
    膜式蒸発器（２０３，４０３）の蒸発流路に導入すると
    共に第２の流下膜式蒸発器（２０４，４０４）の蒸発流
    路にも導入することを特徴とする低温空気精留法。
  2. 【請求項２】 第１の流下膜式蒸発器の蒸発流路から生
    じる気液混合体を気体と液体とに分離することを特徴と
    する請求項１に記載の低温空気精留法。
  3. 【請求項３】 第２の流下膜式蒸発器（４０４）からの
    未蒸発酸素富化液を第３の流下膜式蒸発器（４２１）へ
    導入することを特徴とする請求項１又は２に記載の低温
    空気精留法。
  4. 【請求項４】 第１と第２の流下膜式蒸発器（２０３，
    ２０４）を縦型直列配置に配列することを特徴とする請
    求項１又は２に記載の低温空気精留法。
  5. 【請求項５】 第１と第２の流下膜式蒸発器（２０３，
    ４０３，２０４，４０４）の双方に導入される酸素富化
    液の量を、それぞれ対応する流下膜式蒸発器（２０３，
    ４０３，２０４，４０４）で生成される酸素蒸気量の２
    〜５倍とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか
    １項に記載の低温空気精留法。
  6. 【請求項６】 第１の流下膜式蒸発器（２０３，４０
    ３）から生じる未蒸発酸素富化液を静圧によって第２の
    流下膜式蒸発器（２０４，４０４）へ流入させることを
    特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の低温空
    気精留法。
  7. 【請求項７】 第２の流下膜式蒸発器（２０４）から生
    じる凝縮窒素流を静圧によって圧力カラム（１）へ流入
    させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に
    記載の低温空気精留法。
  8. 【請求項８】 圧力カラム（１）と低圧カラム（２）を
    相互に隣接して配列することを特徴とする請求項１〜７
    のいずれか１項に記載の低温空気精留法。
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