JP2985892B2 - 複式空気精留塔用蒸発凝縮装置及びそのような装置を有する空気精留設備 - Google Patents
複式空気精留塔用蒸発凝縮装置及びそのような装置を有する空気精留設備Info
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、空気精留設備の蒸発凝縮器に関するもので
ある。本発明はまず、低圧塔の液溜め内に配置された少
くとも1個の主熱交換器を有する種類の複式空気精留塔
用の、酸素気化・窒素凝縮装置に関し、該熱交換器は流
下式であって、多くの酸素通路、該酸素通路に過剰に液
体酸素を流下させる手段、気化酸素の全量と過剰な液体
酸素を該通路の下端から排出する手段、酸素通路と間接
熱交換関係にある多くの窒素通路、該窒素通路に中圧塔
から出るガス状窒素を供給する手段、及び凝縮された窒
素を中圧塔内に再送する手段を有している。
ある。本発明はまず、低圧塔の液溜め内に配置された少
くとも1個の主熱交換器を有する種類の複式空気精留塔
用の、酸素気化・窒素凝縮装置に関し、該熱交換器は流
下式であって、多くの酸素通路、該酸素通路に過剰に液
体酸素を流下させる手段、気化酸素の全量と過剰な液体
酸素を該通路の下端から排出する手段、酸素通路と間接
熱交換関係にある多くの窒素通路、該窒素通路に中圧塔
から出るガス状窒素を供給する手段、及び凝縮された窒
素を中圧塔内に再送する手段を有している。
(従来技術) 複式空気精留設備では、低圧塔の液溜めにある液体酸
素は、中圧塔の頂部で採取されたガス状窒素との熱交換
によって気化される。低圧塔の与えられた運転圧力につ
いて、熱交換器の構造によって必要となる酸素と窒素と
の間の温度差は、中圧塔の運転圧力に影響を与える。し
たがって、この温度差は、中圧塔に吹き込まれる処理空
気の圧縮に関する費用を最低にするためには、できるだ
け小さいことが望まれる。
素は、中圧塔の頂部で採取されたガス状窒素との熱交換
によって気化される。低圧塔の与えられた運転圧力につ
いて、熱交換器の構造によって必要となる酸素と窒素と
の間の温度差は、中圧塔の運転圧力に影響を与える。し
たがって、この温度差は、中圧塔に吹き込まれる処理空
気の圧縮に関する費用を最低にするためには、できるだ
け小さいことが望まれる。
流下式蒸発凝縮器は、そのすぐれた熱交換性能によっ
て非常に有効であり、本出願人名義のヨーロッパ特許出
願公開第130,122号に記載された技術によって、信頼性
のある経済的方法で製作できる。
て非常に有効であり、本出願人名義のヨーロッパ特許出
願公開第130,122号に記載された技術によって、信頼性
のある経済的方法で製作できる。
しかしながら、次のような問題も提起されている。
偶発事件(瞬間的停電、機械の故障、等)に基づく又
は、計画された空気精留設備の停止時には、上部塔(低
圧塔)及び場合によっては複式精留塔に組合されたアル
ゴン混合物塔の精留板上に貯えられた液体、さらにはリ
ッチ液体(中圧塔底部にある酸素に富む液体空気)の再
上昇弁の操作について何の対策もとられないならば、下
部塔(中圧塔)の精留板上に貯えられた液体も、低圧塔
の液溜め内、正確には蒸発凝縮器が設けられている場所
に注入されるようになる。
は、計画された空気精留設備の停止時には、上部塔(低
圧塔)及び場合によっては複式精留塔に組合されたアル
ゴン混合物塔の精留板上に貯えられた液体、さらにはリ
ッチ液体(中圧塔底部にある酸素に富む液体空気)の再
上昇弁の操作について何の対策もとられないならば、下
部塔(中圧塔)の精留板上に貯えられた液体も、低圧塔
の液溜め内、正確には蒸発凝縮器が設けられている場所
に注入されるようになる。
高純度で、高収率が要求される装置では、精留板の数
は著しく多く、したがって設備停止時に、低圧塔の液溜
め内に突然排出される“負荷液体”(正常な運転に必要
な精留板の一種の負荷をこのように呼ぶ)は、数メート
ルの高さを示すであろう。熱交換器が低圧塔の液溜め内
に配置され、かつガス状酸素と同様に液体酸素の取出し
が熱交換器の下部から行えないときには、そのとき少く
とも部分的に浸漬されている熱交換器は、設備の運転再
開時に再開することは不可能である。
は著しく多く、したがって設備停止時に、低圧塔の液溜
め内に突然排出される“負荷液体”(正常な運転に必要
な精留板の一種の負荷をこのように呼ぶ)は、数メート
ルの高さを示すであろう。熱交換器が低圧塔の液溜め内
に配置され、かつガス状酸素と同様に液体酸素の取出し
が熱交換器の下部から行えないときには、そのとき少く
とも部分的に浸漬されている熱交換器は、設備の運転再
開時に再開することは不可能である。
したがって停止の直後、数時間後、さらには数日後で
も装置の運転再開は、液溜めにまだ存在する液体は、い
ろいろな精留塔の精留板に直ちに再負荷して“負荷液
体”として利用されるならば歓迎されるのに、その液体
を事前に排出する必要がある。
も装置の運転再開は、液溜めにまだ存在する液体は、い
ろいろな精留塔の精留板に直ちに再負荷して“負荷液
体”として利用されるならば歓迎されるのに、その液体
を事前に排出する必要がある。
液溜めに集められた液体の排除なしに蒸発凝縮器が再
開できるには、集められた液体が、熱交換器の下部に到
達しないように低圧塔の液溜め底部から十分な高さをも
って熱交換器を設けるか、低圧塔の付属物としてか突出
部として低圧塔の外側に液体の滞留部を設けることが考
えられる。しかしながら、これらの解決法は、通常の運
転に全く不要な大きな寸法の空間を用いることを必要と
するであろうし、このことは投資の過剰な費用を意味す
るであろう。
開できるには、集められた液体が、熱交換器の下部に到
達しないように低圧塔の液溜め底部から十分な高さをも
って熱交換器を設けるか、低圧塔の付属物としてか突出
部として低圧塔の外側に液体の滞留部を設けることが考
えられる。しかしながら、これらの解決法は、通常の運
転に全く不要な大きな寸法の空間を用いることを必要と
するであろうし、このことは投資の過剰な費用を意味す
るであろう。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は、比較的経済的なやり方で熱交換器の運転再
開の問題を解決することを目的としている。
開の問題を解決することを目的としている。
(課題を解決するための手段) このため、本発明の装置は、前記種類の蒸発凝縮器に
おいて、主熱交換器が、複式精留塔の運転停止時に少く
とも部分的に液体に浸漬されるように配置されること、
及び装置が、主熱交換器が、少くとも部分的に液体に浸
漬されているときに液体の気化のみを保証するのに適し
た少くとも1個の補助熱交換器を有することを特徴とし
ている。
おいて、主熱交換器が、複式精留塔の運転停止時に少く
とも部分的に液体に浸漬されるように配置されること、
及び装置が、主熱交換器が、少くとも部分的に液体に浸
漬されているときに液体の気化のみを保証するのに適し
た少くとも1個の補助熱交換器を有することを特徴とし
ている。
第1の実施態様では、補助熱交換器は、多くの酸素通
路、該酸素通路に過剰に液体酸素を流下させる手段、酸
素通路と間接熱交換関係にある多くの窒素通路、中圧塔
から出るガス状窒素を窒素通路に供給する手段、及び凝
縮された窒素を中圧塔内に再送する手段を有する流下式
熱交換器であり、補助熱交換器は、低圧塔の液溜め内の
液体の最高液面の完全に上に配置され、かつ補助熱交換
器の酸素通路の頂部にこの液体を上昇させる手段と補助
熱交換器の下端部の液体を主熱交換器の酸素通路の頂部
に再送する手段を備えている。
路、該酸素通路に過剰に液体酸素を流下させる手段、酸
素通路と間接熱交換関係にある多くの窒素通路、中圧塔
から出るガス状窒素を窒素通路に供給する手段、及び凝
縮された窒素を中圧塔内に再送する手段を有する流下式
熱交換器であり、補助熱交換器は、低圧塔の液溜め内の
液体の最高液面の完全に上に配置され、かつ補助熱交換
器の酸素通路の頂部にこの液体を上昇させる手段と補助
熱交換器の下端部の液体を主熱交換器の酸素通路の頂部
に再送する手段を備えている。
第2の実施態様では、補助熱交換器は、主熱交換器と
同じ種類の熱交換器であって、低圧塔の液溜めに主熱交
換器とほぼ同じ高さに配置され、補助熱交換器の酸素通
路の頂部は、もっぱら前記液溜めに収容された液体を上
昇管路によって供給されている。
同じ種類の熱交換器であって、低圧塔の液溜めに主熱交
換器とほぼ同じ高さに配置され、補助熱交換器の酸素通
路の頂部は、もっぱら前記液溜めに収容された液体を上
昇管路によって供給されている。
第3の実施態様では、補助熱交換器は、低圧塔の液溜
め内で主熱交換器の真下に配置された浴式熱交換器であ
る。
め内で主熱交換器の真下に配置された浴式熱交換器であ
る。
本発明はまた、上に定義されたような蒸発凝縮装置を
有する複式空気精留設備も対象としている。
有する複式空気精留設備も対象としている。
実施態様のいくつかの例を、添付の図面を参照しなが
ら以下に述べる。
ら以下に述べる。
(実施例) 各図面には、複式精留塔式空気精留設備の中圧塔1の
頂部及び低圧塔2の液留め部が見られ、各精留塔は、熱
交換及び物質交換のための精留板3又はその同等物を有
している。絶対圧約6バールで作動する中圧塔1は、円
筒状外筒4によって規定され、大気圧よりわずかに高い
圧力で作動する低圧塔2は、円筒状外筒5によって規定
される。2本の精留塔は上の方にふくらんだ底板6によ
って隔てられている。中圧塔1の頂部の窒素は、低圧塔
2の液溜めに到達する液体酸素を気化しながら、流下式
間接熱交換器7によって凝縮される。
頂部及び低圧塔2の液留め部が見られ、各精留塔は、熱
交換及び物質交換のための精留板3又はその同等物を有
している。絶対圧約6バールで作動する中圧塔1は、円
筒状外筒4によって規定され、大気圧よりわずかに高い
圧力で作動する低圧塔2は、円筒状外筒5によって規定
される。2本の精留塔は上の方にふくらんだ底板6によ
って隔てられている。中圧塔1の頂部の窒素は、低圧塔
2の液溜めに到達する液体酸素を気化しながら、流下式
間接熱交換器7によって凝縮される。
熱交換器7は、大きな寸法、例えば水平断面が1〜1.
5m平方、高さが3〜6mの平行六面体のブロックから基本
的に構成され、該ブロックは、多数のアルミニウム製垂
直平行板の集積から形成され、それらの板の間にフラッ
トな通路を規定している。これらの通路は、それぞれ、
フィン及びストラットを形成する波形のアルミニウム片
を含有し、その側部の一部が垂直又は水平のバーによっ
て閉じられている。これらの通路の一部、例えば二つに
一つの通路は酸素通路であり、残りの通路は窒素通路で
ある。酸素通路は、熱交換器の頂部に、側部が閉じら
れ、下部が開いているように形成された液体受け8によ
って液体酸素を頂部に供給される。窒素通路は、四方が
閉じられているが、その上部において水平軸をもった半
円筒形箱9と連通し、該箱9から窒素ガスの供給を受
け、前記の半円筒形箱は、管路10を介して中圧塔1の頂
部と連通している。凝縮された窒素は、水平軸をもった
他の半円筒形箱11によって同じ通路の下側部に集めら
れ、管路12によって中圧塔1に戻される。管路12は、液
体窒素を確保する溝13に開口する。熱交換器7のブロッ
クは、炉内ろう付けによって組立てられる。
5m平方、高さが3〜6mの平行六面体のブロックから基本
的に構成され、該ブロックは、多数のアルミニウム製垂
直平行板の集積から形成され、それらの板の間にフラッ
トな通路を規定している。これらの通路は、それぞれ、
フィン及びストラットを形成する波形のアルミニウム片
を含有し、その側部の一部が垂直又は水平のバーによっ
て閉じられている。これらの通路の一部、例えば二つに
一つの通路は酸素通路であり、残りの通路は窒素通路で
ある。酸素通路は、熱交換器の頂部に、側部が閉じら
れ、下部が開いているように形成された液体受け8によ
って液体酸素を頂部に供給される。窒素通路は、四方が
閉じられているが、その上部において水平軸をもった半
円筒形箱9と連通し、該箱9から窒素ガスの供給を受
け、前記の半円筒形箱は、管路10を介して中圧塔1の頂
部と連通している。凝縮された窒素は、水平軸をもった
他の半円筒形箱11によって同じ通路の下側部に集めら
れ、管路12によって中圧塔1に戻される。管路12は、液
体窒素を確保する溝13に開口する。熱交換器7のブロッ
クは、炉内ろう付けによって組立てられる。
正常運転では、液体酸素浴14は、低圧塔2の液溜めに
あり、その液面Nは、熱交換器7の下端部からわずか下
の距離にある。ポンプ15は、管路15を介して流量Dの液
体酸素を流体受け8に上げ、この液体受け8は、低圧塔
2の精留板から流量Dの液体酸素をも受け取る。そし
て、熱交換器7内では、流量Dの液体酸素のみが気化さ
れ、その結果残りの流量Dの液体酸素が浴14に落下す
る。実際には、これら流量の値は、値Dとは多少異なっ
ていてもよい。
あり、その液面Nは、熱交換器7の下端部からわずか下
の距離にある。ポンプ15は、管路15を介して流量Dの液
体酸素を流体受け8に上げ、この液体受け8は、低圧塔
2の精留板から流量Dの液体酸素をも受け取る。そし
て、熱交換器7内では、流量Dの液体酸素のみが気化さ
れ、その結果残りの流量Dの液体酸素が浴14に落下す
る。実際には、これら流量の値は、値Dとは多少異なっ
ていてもよい。
このような流下式蒸発凝縮器の構造及び作動について
の他の詳細は、前記のヨーロッパ特許出願公開第130,12
2号中に述べられている。
の他の詳細は、前記のヨーロッパ特許出願公開第130,12
2号中に述べられている。
変形として、ポンプ15は、他の液体上昇手段、例えば
熱サイホン又は適当な流体(中圧塔下部から取出される
酸素に富んだリッチ液体でよい)により加熱される間接
熱交換器15Aで構成されるガス“抽出装置”によって置
き換えることができる。第1図には、この変形が一点鎖
線で示され、また低圧塔2からのガス状酸素取出し管路
17及び中圧塔1からの液体窒素取出し管路18も示されて
いる。
熱サイホン又は適当な流体(中圧塔下部から取出される
酸素に富んだリッチ液体でよい)により加熱される間接
熱交換器15Aで構成されるガス“抽出装置”によって置
き換えることができる。第1図には、この変形が一点鎖
線で示され、また低圧塔2からのガス状酸素取出し管路
17及び中圧塔1からの液体窒素取出し管路18も示されて
いる。
低圧塔の高さを最大限縮小するために、前に示したよ
うに液面Nは、熱交換器7のわずかに下に設定されてい
る。ずっと前に説明したように設備の停止の場合には、
多数の精留板の“負荷液体”が低圧塔2の液溜めに集ま
り、液体は液面N1まで上昇し、そのために熱交換器7は
部分的に浸漬される。特に熱交換器7の酸素通路の内部
に液体高さが存在する。設備が運転を再開すると少量の
酸素が気化されるが、酸素通路は下の方にも開いている
ので、急速に平衡状態に達して熱交換器は運転を継続す
ることができなくなる。第2図ないし第5図では図面を
簡潔にするために窒素に関する管路が省略されている
が、熱交換器7の運転再開を可能にするために、本発明
に従ってどのように設備が改良されるかが示されてい
る。
うに液面Nは、熱交換器7のわずかに下に設定されてい
る。ずっと前に説明したように設備の停止の場合には、
多数の精留板の“負荷液体”が低圧塔2の液溜めに集ま
り、液体は液面N1まで上昇し、そのために熱交換器7は
部分的に浸漬される。特に熱交換器7の酸素通路の内部
に液体高さが存在する。設備が運転を再開すると少量の
酸素が気化されるが、酸素通路は下の方にも開いている
ので、急速に平衡状態に達して熱交換器は運転を継続す
ることができなくなる。第2図ないし第5図では図面を
簡潔にするために窒素に関する管路が省略されている
が、熱交換器7の運転再開を可能にするために、本発明
に従ってどのように設備が改良されるかが示されてい
る。
第2図の解決法では、低圧塔2の液溜めは、第1図と
同じ高さに、すなわち底板6の非常に近くで、液体酸素
浴の液面Nの真上に下端部を有する、平行に配置された
2個の主熱交換器を有している。液体受け8は2個の熱
交換器に共通である。
同じ高さに、すなわち底板6の非常に近くで、液体酸素
浴の液面Nの真上に下端部を有する、平行に配置された
2個の主熱交換器を有している。液体受け8は2個の熱
交換器に共通である。
設備は、補助熱交換器20を収容する補助外筒19を有し
ている。この熱交換器も流下式であり、主熱交換器7と
同じ構成をもっている。補助外筒19は、頂部を上方底部
21によって、底部を主熱交換器7の液体受け8の液面の
上にある下方底部22によって閉じられている。
ている。この熱交換器も流下式であり、主熱交換器7と
同じ構成をもっている。補助外筒19は、頂部を上方底部
21によって、底部を主熱交換器7の液体受け8の液面の
上にある下方底部22によって閉じられている。
液体上昇管路16は、補助外筒19の頂部に開口し、管路
23は下方底部22を液体受け8に連結し、管路24及び24A
はそれぞれ、補助熱交換器20の真下に配置された空間及
び上方底部21の真下に配置された空間を、液体受け8の
真上に配置された外筒5の帯域に連結する。
23は下方底部22を液体受け8に連結し、管路24及び24A
はそれぞれ、補助熱交換器20の真下に配置された空間及
び上方底部21の真下に配置された空間を、液体受け8の
真上に配置された外筒5の帯域に連結する。
正常運転では、ポンプ15は、補助熱交換器20の頂部の
補助液体受け25を維持するように、浴14の液体酸素を補
助外筒19の頂部に上昇させる。この液体の流量のほぼ半
分は、この補助熱交換器で気化され、過剰な液体酸素並
びに気化酸素は、管路23及び24を経て外筒5内に流れ
る。過剰な液体酸素は、低圧塔2の精留板から落ちる液
体酸素に液体受け8内で添加され、液体受け8に供給す
る全液体酸素流量のほぼ半分は主熱交換器7で気化さ
れ、過剰な液体は、ポンプ15によって戻される。
補助液体受け25を維持するように、浴14の液体酸素を補
助外筒19の頂部に上昇させる。この液体の流量のほぼ半
分は、この補助熱交換器で気化され、過剰な液体酸素並
びに気化酸素は、管路23及び24を経て外筒5内に流れ
る。過剰な液体酸素は、低圧塔2の精留板から落ちる液
体酸素に液体受け8内で添加され、液体受け8に供給す
る全液体酸素流量のほぼ半分は主熱交換器7で気化さ
れ、過剰な液体は、ポンプ15によって戻される。
設備の停止時は、低圧塔2の液溜めの液体は、第1図
におけるように液面N1まで上昇する。設備を運転再開す
るために、ポンプ15は、その位置のお蔭で運転状態にあ
る補助熱交換器20の頂部に液体を上げる。したがって、
液体の一部は補助熱交換器20のみによって気化され、過
剰な液体及び気化酸素は、以前のように、それぞれ管路
23及び24を経て外筒5内に流れる。したがって、液体の
液面は低圧塔2内で徐々に低下し、液面Nが再び回復さ
れると、主熱交換器7が新たに運転できるようになる。
補助熱交換器20は、各精留板上で”負荷液体”が再度確
立されるように精留板をプライミング(始動)するため
に必要な空気流量を当該設備が処理できるような寸法を
有する。精留板をプライミングするために必要な空気流
量は、設備の正常運転(即ち、ガスの生産が行われてい
る条件)に必要な空気流量よりも少ない。
におけるように液面N1まで上昇する。設備を運転再開す
るために、ポンプ15は、その位置のお蔭で運転状態にあ
る補助熱交換器20の頂部に液体を上げる。したがって、
液体の一部は補助熱交換器20のみによって気化され、過
剰な液体及び気化酸素は、以前のように、それぞれ管路
23及び24を経て外筒5内に流れる。したがって、液体の
液面は低圧塔2内で徐々に低下し、液面Nが再び回復さ
れると、主熱交換器7が新たに運転できるようになる。
補助熱交換器20は、各精留板上で”負荷液体”が再度確
立されるように精留板をプライミング(始動)するため
に必要な空気流量を当該設備が処理できるような寸法を
有する。精留板をプライミングするために必要な空気流
量は、設備の正常運転(即ち、ガスの生産が行われてい
る条件)に必要な空気流量よりも少ない。
したがって、補助外筒19及び補助熱交換器20は、補足
的熱交換面として常に使用され、このことは設備の熱的
機能を改良する。
的熱交換面として常に使用され、このことは設備の熱的
機能を改良する。
変形として、補助熱交換器20は、管路23に、補助ポン
プを設けることによつて、液体受け8より下又は、液N1
と同じ高さに配置することができる。さらに補助外筒19
は、その液体が流れる部分自体を熱交換ブロックで交換
することができる。
プを設けることによつて、液体受け8より下又は、液N1
と同じ高さに配置することができる。さらに補助外筒19
は、その液体が流れる部分自体を熱交換ブロックで交換
することができる。
第3図の設備では、熱交換器7は全部で3個であり、
第2図におけるように横に並んで浴14の真上に配置さ
れ、共通の液体受け8をもっている。補助熱交換器は、
熱交換器7と同一の3個の熱交換器20Aで構成され、低
圧塔2内で熱交換器7の真上に配置される。管路16は、
補助熱交換器20Aの液体受け25Aに開口する分岐管16A、
及び熱交換器7の液体受け8に開口する分岐管16Bを有
する。これらの分岐管は、それぞれ止め弁26A、26Bを備
えている。
第2図におけるように横に並んで浴14の真上に配置さ
れ、共通の液体受け8をもっている。補助熱交換器は、
熱交換器7と同一の3個の熱交換器20Aで構成され、低
圧塔2内で熱交換器7の真上に配置される。管路16は、
補助熱交換器20Aの液体受け25Aに開口する分岐管16A、
及び熱交換器7の液体受け8に開口する分岐管16Bを有
する。これらの分岐管は、それぞれ止め弁26A、26Bを備
えている。
正常運転では、液体酸素の浴14は液面Nにある。弁26
Aは閉であり、弁26Bは開である。補助熱交換器20Aは、
低圧塔2の精留板によってのみ液体酸素を供給され、こ
の流量のほぼ半分を気化し、残部を液体受け8に供給す
る。同程度の流量が、ポンプ15によって液体受け8に上
げられ、全流量の半分が熱交換器7で気化され、残部は
浴14に落ちる。
Aは閉であり、弁26Bは開である。補助熱交換器20Aは、
低圧塔2の精留板によってのみ液体酸素を供給され、こ
の流量のほぼ半分を気化し、残部を液体受け8に供給す
る。同程度の流量が、ポンプ15によって液体受け8に上
げられ、全流量の半分が熱交換器7で気化され、残部は
浴14に落ちる。
設備の停止時には、液面N1までの液体の上昇が熱交換
器を部分的に浸漬する。運転再開時、弁26Bは閉であ
り、弁26Aに開であって、ポンプ15は液体を上部液体受
け25Aに上昇させる。この流量の一部は気化され、液体
は徐々に低圧塔の液溜めで低下し、ほぼ液面Nに戻った
とき、熱交換器7は新たに作動する。この解決法の利点
は、低圧塔の外筒内に非常に大きな熱交換面を備えた補
助熱交換器を配置できることであり、このことは正常運
転での熱交換性能を改良でき、例えば、中圧窒素と液体
酸素との間の温度差をほぼ0.5℃に到達させることがで
きる。ガス状酸素取出し管路17が、熱交換器7の頂部と
低圧塔2の精留板の間のどんな場所にでも、液体を送出
する危険なしに配置できることは注目される。
器を部分的に浸漬する。運転再開時、弁26Bは閉であ
り、弁26Aに開であって、ポンプ15は液体を上部液体受
け25Aに上昇させる。この流量の一部は気化され、液体
は徐々に低圧塔の液溜めで低下し、ほぼ液面Nに戻った
とき、熱交換器7は新たに作動する。この解決法の利点
は、低圧塔の外筒内に非常に大きな熱交換面を備えた補
助熱交換器を配置できることであり、このことは正常運
転での熱交換性能を改良でき、例えば、中圧窒素と液体
酸素との間の温度差をほぼ0.5℃に到達させることがで
きる。ガス状酸素取出し管路17が、熱交換器7の頂部と
低圧塔2の精留板の間のどんな場所にでも、液体を送出
する危険なしに配置できることは注目される。
第2図の補助熱交換器20及び第3図の補助熱交換器20
Aは、前記ヨーロッパ特許出願公開公報に記載のように
上部から気化液体を排出できるように製作されることは
注意すべきである。
Aは、前記ヨーロッパ特許出願公開公報に記載のように
上部から気化液体を排出できるように製作されることは
注意すべきである。
第4図の実施態様では、外筒5内に2個の主熱交換器
7と2個の補助熱交換器20Bとが横に並んで備えられて
いる。4個の熱交換器は、液面Nからわずかに上に配置
された下端部を有し、2個の主熱交換器7は、先行例に
おけるように上方に開いた共通の液体受け8を有するの
に、2個の補助熱交換器20Bは、管路16がその中に開口
する水平な半円筒形供給箱27によって気密に覆われた共
通補助液体受け25Bを有するという違いを除けば全く同
一である。供給箱27の頂部に発して外筒5から外へ出る
管路27Aは、外筒5の外側に弁27Bを備え、液面N1の上で
外筒5内に開口する。
7と2個の補助熱交換器20Bとが横に並んで備えられて
いる。4個の熱交換器は、液面Nからわずかに上に配置
された下端部を有し、2個の主熱交換器7は、先行例に
おけるように上方に開いた共通の液体受け8を有するの
に、2個の補助熱交換器20Bは、管路16がその中に開口
する水平な半円筒形供給箱27によって気密に覆われた共
通補助液体受け25Bを有するという違いを除けば全く同
一である。供給箱27の頂部に発して外筒5から外へ出る
管路27Aは、外筒5の外側に弁27Bを備え、液面N1の上で
外筒5内に開口する。
設備の正常運転では、弁27Bは開である。同一流量
が、精留板を出所として液体受け8及び管路16によって
補助液体受け25Bに到達する。各熱交換器はこの流量の
ほぼ1/4を気化し、過剰な液体は、ポンプ15によって上
昇させられるように浴14に落ちる。
が、精留板を出所として液体受け8及び管路16によって
補助液体受け25Bに到達する。各熱交換器はこの流量の
ほぼ1/4を気化し、過剰な液体は、ポンプ15によって上
昇させられるように浴14に落ちる。
設備の停止時には、液体は液面N1へ上昇し、4個の熱
交換器を部分的に浸漬する。運転再開のために弁27Bが
閉じられ、ポンプは液体を供給箱27内に上昇させ、その
中に過圧を生じさせ、この過圧は、補助熱交換器20B内
で気化された酸素に下部にある液体浴の圧力を超えるこ
とを可能にする。液体は低圧塔の液溜めで徐々に低下
し、供給箱内の圧力も同時に順次低下し、液面Nがほぼ
回復されたときに熱交換器7は運転を再開し、弁27Bが
開かれる。
交換器を部分的に浸漬する。運転再開のために弁27Bが
閉じられ、ポンプは液体を供給箱27内に上昇させ、その
中に過圧を生じさせ、この過圧は、補助熱交換器20B内
で気化された酸素に下部にある液体浴の圧力を超えるこ
とを可能にする。液体は低圧塔の液溜めで徐々に低下
し、供給箱内の圧力も同時に順次低下し、液面Nがほぼ
回復されたときに熱交換器7は運転を再開し、弁27Bが
開かれる。
この解決法の利点は、外筒5の追加の高さも、精留塔
外の補助的空間も全く必要としないことにある。
外の補助的空間も全く必要としないことにある。
第5図は、第2図の変形として考えることのできる解
決法を示しており、補助外筒19は、第2図におけるより
も低い高さにあり、下方底部22は、ほぼ複式精留塔の底
板6の高さである。管路23の代わりに弁29を備えた管路
28が、外筒5と補助外筒19を接続している。管路24は、
第2図におけるように補助熱交換器20の真下に位置する
空間を、液体受け8の真上に位置する外筒5の帯域に接
続する。管路24に接続され、かつ外筒19の上部21に至る
管路24Aは、弁24Bを備えている。
決法を示しており、補助外筒19は、第2図におけるより
も低い高さにあり、下方底部22は、ほぼ複式精留塔の底
板6の高さである。管路23の代わりに弁29を備えた管路
28が、外筒5と補助外筒19を接続している。管路24は、
第2図におけるように補助熱交換器20の真下に位置する
空間を、液体受け8の真上に位置する外筒5の帯域に接
続する。管路24に接続され、かつ外筒19の上部21に至る
管路24Aは、弁24Bを備えている。
正常運転では、弁29及び弁24Bは開であり、液面Nが
外筒5及び補助外筒19内に定まる。補助熱交換器20は、
管路16によって液体酸素を供給される補足的蒸発凝縮器
を構成し、熱交換器7は精留板3のみによって液体酸素
を供給される。
外筒5及び補助外筒19内に定まる。補助熱交換器20は、
管路16によって液体酸素を供給される補足的蒸発凝縮器
を構成し、熱交換器7は精留板3のみによって液体酸素
を供給される。
設備の停止からすぐに、ポンプの停止と同時に弁29が
閉じられる。このことは、補助熱交換器20の浸漬を防止
する。運転再開時には、液体は補助熱交換器20のみによ
って気化され、管路24を経て低圧塔2へ戻るのは二相流
体である。
閉じられる。このことは、補助熱交換器20の浸漬を防止
する。運転再開時には、液体は補助熱交換器20のみによ
って気化され、管路24を経て低圧塔2へ戻るのは二相流
体である。
他の一解決法は、弁29を開かせることである。そのと
き補助熱交換器20は、設備停止中の熱交換器7のように
部分的に浸され、運転再開は、弁24Bを閉じ、第4図に
関して述べられたのと類似のやり方で、ポンプ15によっ
て補助外筒19の上方底部内に過圧をつくることによって
行われる。浸された補助熱交換器20をもったこの運転再
開方法は、さらに閉じられた弁29によっても行われる。
き補助熱交換器20は、設備停止中の熱交換器7のように
部分的に浸され、運転再開は、弁24Bを閉じ、第4図に
関して述べられたのと類似のやり方で、ポンプ15によっ
て補助外筒19の上方底部内に過圧をつくることによって
行われる。浸された補助熱交換器20をもったこの運転再
開方法は、さらに閉じられた弁29によっても行われる。
第6図の実施態様では、3個の熱交換器7及びそれら
の真下で底板6の真上に複数の、例えば3個の浴式又は
熱サイホン式補助熱交換器20Cを備えている。これらの
補助熱交換器は、上部液体受け8が存在しないことで熱
交換器7と異なり、酸素通路は、上方に自由に開いてい
る。空気精留技術では、公知のこのような熱交換器は、
完全に浸漬されながら運転できる。さらに管路16が除か
れている。
の真下で底板6の真上に複数の、例えば3個の浴式又は
熱サイホン式補助熱交換器20Cを備えている。これらの
補助熱交換器は、上部液体受け8が存在しないことで熱
交換器7と異なり、酸素通路は、上方に自由に開いてい
る。空気精留技術では、公知のこのような熱交換器は、
完全に浸漬されながら運転できる。さらに管路16が除か
れている。
設備の正常運転では、液面Nは、補助熱交換器20Cが
ほとんど完全に浸漬されるようなものである。熱交換器
7の液体受け8は、精留板から出る液体酸素のみを供給
される。流量のほぼ半分がこれらの熱交換器7で気化さ
れ、残部は浴14内に落ちる。この超過した流量を気化す
る補助熱交換器20Cは、したがって原則的には液体を液
体受け8の方へ上昇させることは必要でない。しかしな
がら変形として、浴式蒸発器は流下式蒸発器より効率が
低いので、補助熱交換器20Cが液体酸素流の小部分しか
気化しないように、補助熱交換器を寸法決めするが好ま
しく、そのとき超過した流量は、前例のように液体受け
8内に戻される。
ほとんど完全に浸漬されるようなものである。熱交換器
7の液体受け8は、精留板から出る液体酸素のみを供給
される。流量のほぼ半分がこれらの熱交換器7で気化さ
れ、残部は浴14内に落ちる。この超過した流量を気化す
る補助熱交換器20Cは、したがって原則的には液体を液
体受け8の方へ上昇させることは必要でない。しかしな
がら変形として、浴式蒸発器は流下式蒸発器より効率が
低いので、補助熱交換器20Cが液体酸素流の小部分しか
気化しないように、補助熱交換器を寸法決めするが好ま
しく、そのとき超過した流量は、前例のように液体受け
8内に戻される。
設備の停止時には、補助熱交換器20Cは全体が浸漬さ
れ、熱交換器7は部分的に浸漬されるように、液体は液
面N1まで上昇する。運転再開は、まず補助熱交換器20C
によって保証された気化のみにより、次いで液面Nがほ
ぼ回復したときに熱交換器7により困難なく行われる。
れ、熱交換器7は部分的に浸漬されるように、液体は液
面N1まで上昇する。運転再開は、まず補助熱交換器20C
によって保証された気化のみにより、次いで液面Nがほ
ぼ回復したときに熱交換器7により困難なく行われる。
浴式熱交換器の存在という事実から、第6図の解決法
は、比較的穏やかな熱交換性を受け入れられる場合、例
えば中圧窒素と液体酸素との間の温度差がほぼ1℃の場
合に適している。
は、比較的穏やかな熱交換性を受け入れられる場合、例
えば中圧窒素と液体酸素との間の温度差がほぼ1℃の場
合に適している。
第1図は、流下式で、下からもっぱら酸素を取出す熱交
換器の構造及び作動を模式的に示し、第2図ないし第6
図は、本発明による空気精留設備の一部を、蒸発凝縮装
置のいくつかの異なる実施態様に従って模式的に示して
いる。 1:中圧精留塔、2:低圧精留塔、3:精留板、4,5:外筒、6:
底板、7:流下式熱交換器、8:液体受け、9、11:半円筒
形箱、14:液体酸素浴、15:ポンプ、19:補助外筒、20,20
A,20B,20C:補助熱交換器、21:上方底部、22:下方底部、
25,25A,25B:補助液体受け、27:半円筒形供給箱
換器の構造及び作動を模式的に示し、第2図ないし第6
図は、本発明による空気精留設備の一部を、蒸発凝縮装
置のいくつかの異なる実施態様に従って模式的に示して
いる。 1:中圧精留塔、2:低圧精留塔、3:精留板、4,5:外筒、6:
底板、7:流下式熱交換器、8:液体受け、9、11:半円筒
形箱、14:液体酸素浴、15:ポンプ、19:補助外筒、20,20
A,20B,20C:補助熱交換器、21:上方底部、22:下方底部、
25,25A,25B:補助液体受け、27:半円筒形供給箱
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピエール・プチ フランス国.92.290・シヤトナイ・マ ラブリイ.リユ・デユ・ジエネラル・ ド・ゴール.16.レシダンス・ヴオルタ イル (56)参考文献 特開 昭63−163772(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F25J 1/00 - 5/00
Claims (9)
- 【請求項1】低圧塔(2)の液溜め内に配置された少な
くとも1個の主熱交換器(7)を有し、前記熱交換器は
流下式であって、複数の酸素通路、該酸素通路に過剰に
液体酸素を流下させる手段(8)、気化酸素の全量と過
剰な液体酸素を該通路の下端から排出する手段、酸素と
間接熱交換関係にある複数の窒素通路、該窒素通路に中
圧塔(1)から出るガス状窒素を供給する手段(9,10)
及び凝縮された窒素を中圧塔内に再送する手段(11,1
2)を有する種類の複式空気精留塔用の酸素気化・窒素
凝縮装置において、主熱交換器(7)が、複式精留塔の
運転停止時に少なくとも部分的に液体に浸漬するように
配置されること、及び前記装置が、主熱交換器が少なく
とも部分的に液体に浸漬されているときに液体の気化の
みを保証するのに適した少なくとも1個の補助熱交換器
(20;20A;20B;20C)を有することを特徴とする蒸発凝縮
装置。 - 【請求項2】補助熱交換器(第2図の20;20A)が、複数
の酸素通路、該酸素通路に過剰に液体酸素を流下させる
手段(25;25A)、酸素通路と間接熱交換関係にある複数
の窒素通路、中圧塔(1)から出るガス状窒素を該窒素
通路に供給する手段、及び凝縮された窒素を中圧塔内に
再送する手段を有する下流式熱交換器であること、及び
前記補助熱交換器が、低圧塔の液溜め内に収容された液
体を補助熱交換器の酸素通路の頂部に上昇させる手段
(15,16)と補助熱交換器の下端部の液体を主熱交換器
(7)の酸素通路の頂部に再送する手段(23)を備えて
いることを特徴とする請求項1記載の蒸発凝縮装置。 - 【請求項3】補助熱交換器が、低圧塔(2)の液溜め内
の流体の最高液満(N1)の完全に上に配置されているこ
とを特徴とする請求項1記載の蒸発凝縮装置。 - 【請求項4】補助熱交換器(20;20A)が、主熱交換器
(7)の頂部の完全に上に配置されていることを特徴と
する請求項3記載の蒸発凝縮装置。 - 【請求項5】補助熱交換器(20)が、低圧塔(2)の外
に配置されていることを特徴とする請求項2ないし4の
いずれか1項に記載の蒸発凝縮装置。 - 【請求項6】補助熱交換器(20A)が、主熱交換器
(7)の上で低圧塔(2)の外筒(5)の中に配置され
ていることを特徴とする請求項4記載の蒸発凝縮装置。 - 【請求項7】補助熱交換器(第5図の20;第4図の20B)
が、主熱交換器(7)と同じ種類の熱交換器であり、主
熱交換器とほぼ同一高さに配置され、補助熱交換器の酸
素通路の頂部が、もっぱら前記液溜め内に収容された液
体を上昇管路(16)によって供給される気密供給箱(第
5図の21,第4図の27)によって覆われていることを特
徴とする請求項1記載の蒸発凝縮装置。 - 【請求項8】補助熱交換器(20C)が、低圧塔(2)の
液溜め内で主熱交換器(7)の真下に配置された浴式熱
交換器であることを特徴とする請求項1記載の蒸発凝縮
装置。 - 【請求項9】請求項1ないし8のいずれか1項による酸
素気化・窒素凝縮装置を有することを特徴とする複式空
気精留設備。
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