JP5839264B2 - 液体供給装置及び液体供給方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施形態に係る液体供給装置の概略構成を示す図である。本実施形態に係る液体供給装置は、製造工場に液体の原材料(以下、「液体原材料」という。)を供給するために使用され、液体原材料貯蔵施設に設置されるものである。
図1に示すように、本実施形態に係る液体供給装置は、原材料の液体が貯留された液体原材料タンク1と、この液体原材料タンク1と第1の管路2及び第2の管路3を介して接続された移送ポンプ4とを備えている。液体原材料タンク1は、液体原材料が貯留される容器である。また、この液体原材料タンク1は、液体原材料ローリー5から液体原材料を液体原材料タンク1に供給する第3の管路6に接続されている。この管路6は受入れポンプ7aに接続され、第4の管路8を介して液体原材料タンク1に液体原材料を供給するものである。受入ポンプ7aとしては、遠心式、軸流式、斜流式、回転式、往復式等が挙げられる。
ここで、
Ps:吸込液面に作用する絶対圧力[Pa]、開放タンクの場合は大気圧、圧力タンクの場合は内圧
Pv:液体の飽和蒸気圧[Pa]
ρ:比重[kg/m3]
g:自由落下の加速度[m/s2]
hs:吸込液面からポンプ基準面までの高さ[m]
Δh:吸込配管の損失ヘッド[m]
上記揮発性流体としては、例えば、酢酸エチル、トルエン、メチルエチルケトン(MEK:Methyl Ethyl Ketone)などがある。また、上記不活性ガス発生供給装置として、圧縮された不活性ガスとしての窒素ガスが充填された窒素ガスボンベを用いたり、液体窒素が充填された液体窒素タンクと気化器とを用いたりすることにより、窒素を発生させることができる。
先ず、液体原材料タンク1に液体原材料を受け入れる(受入工程)。運転スイッチ7bをONすると、受入ポンプ7aが運転する。原材料ローリー5が第3の管路6に接続された状態で、受入ポンプ7aを運転すると、液体原材料は原材料ローリー5から受入ポンプ7aにより取り出され、第3の管路6から第4の管路8を通り、液体原材料タンク1に貯留される。液体原材料タンク1内の液体原材料の液位は、液面計22bで計測され、表示器22cにて確認できる。
表1は実施例1〜5、比較例1の液体原材料タンク及び移送ポンプ等の条件を示す。また、表2は実施例1〜5、比較例1の結果を示す。
ステンレス製で、容量50,000[L]の液体原材料タンク1を地上に設置し、移送ポンプ4には、全揚程55.0[m]、定格流量90[L/min]、ポンプ固有のNPSH3.30[m]、出力7.5[Kw]の遠心式ポンプを用い、液体原材料タンク1の内容物を、純度99.8[%]以上の酢酸エチルとし、液体原材料タンク1内を加圧ガス発生装置として、スクリューコンプレッサーを用いて加圧し、製造工場への移送テストを実施した結果、50,000[L]を100[%]として、98[%]移送することができた。
上記実施例1における液体原材料タンク1はタンク内の液温を例えば40[°C]前後で安定させることにより、内容物の温度上昇により蒸気圧が上昇し、有効NPSHが不利になるという状況がみられた。つまり、上記式1において、液温が上昇すると飽和蒸気圧(Pv)が大きくなり、有効NPSHの値が小さくなって、キャビテーションの発生において不利になる。このため、本実施例2では、液体原材料タンク1を地下に設置し、実施例1に記載の移送ポンプ4で製造工場への移送テストを実施した。その結果、タンク内の液温が例えば15[°C]前後で安定し、内容物の温度上昇により蒸気圧が上昇することなく、有効NPSHが不利になるという状況が改善され、キャビテーションが発生することなく、50,000[L]を100[%]として、99[%](液体原材料タンク1内に挿入している吸込管の末端まで)移送することができた。しかしながら、運転の度に呼び水を行う作業が必要であった。
上記実施例2の条件において、移送ポンプ4を遠心式から自吸式に変更し、製造工場への移送テストを実施した。その結果、キャビテーションが発生することなく、50,000[L]を100[%]として、99[%](液体原材料タンク1内に挿入している吸込管の末端まで)移送することができた。また、移送ポンプ4への呼び水は初期運転時に一度行うのみとなり、運転の度に行う作業が不要となった。また、液体原材料タンク1内の圧力は、設定値±5[kPa]となり、移送ポンプ4の移送先である製造工場において、計量精度はポンプカタログ値である±2.0[%]であった。
圧力制御装置として、実施例1記載の加圧ガス発生供給装置19と、液体原材料タンク1の間に減圧弁20と圧力調整弁29、液体原材料タンク1に圧力計22aと背圧弁24を設置し、圧力計22aの値により、圧力調整弁29と背圧弁24により、液体原材料タンク1内の圧力を自動制御することで、液体原材料タンク1内の圧力を一定に制御し、実施例3記載の条件にて、製造工場への移送テストを実施した。その結果、キャビテーションが発生することなく、50,000[L]を100[%]として、99[%]移送することができ、且つ、上記圧力制御によって原材料タンク1内の圧力を設定値±1[kPa]以内に収めることにより、移送ポンプ4からの移送先である製造工場において、計量精度を±1.0[%]以内にすることができた。しかし、液体原材料タンク1内の内容物である純度99.8[%]以上の酢酸エチルを、3ヶ月間保管したところ、液体原材料タンク1内の水分と反応し、酢酸とエタノールに加水分解した。ただし、製造工場における原材料としては使用可能である。
上記実施例4記載の条件において、加圧ガス発生供給装置19を、不活性ガスである窒素を発生し、供給する装置として、製造工場への移送テストを実施した。その結果、キャビテーションが発生することなく、50,000[L]を100[%]として、99[%]移送することができた。また、液体原材料タンク1内において、純度99.8[%]以上の酢酸エチルを12ヶ月間保管したが、物性に変化は無く、液体原材料タンク1内での長期安定保管が可能となった。
ステンレス製で、容量50,000[L]の液体原材料タンク1を地上に設置し、移送ポンプ4には、全揚程55.0[m]、定格流量90[L/min]、ポンプ固有のNPSH3.30[m]、出力7.5[Kw]の遠心式ポンプを用い、液体原材料タンク1の内容物を、純度99.5[%]以上の酢酸エチルとし、液体原材料タンク1内を加圧せず、製造工場への移送テストを実施した。その結果、50,000[L]を100[%]として、80[%]を移送した時点で、移送ポンプ4内でキャビテーションが発生し、移送不能となった。
(態様A)
酢酸エチルなどの液体が貯留されている液体原材料タンク1などのタンクと、液体を液体原材料タンク1から移送する移送ポンプ4と、を備えた液体供給装置であって、供給対象の液体とは別の材料を用いて圧縮エアーなどの加圧ガスを発生させ、液体原材料タンク1に加圧ガスを供給する加圧ガス発生供給装置19などの加圧ガス発生供給手段を、備える。これによれば、液体原材料タンク1に、加圧ガス発生装置19から圧縮エアーを供給し、液体原材料タンク1内の酢酸エチルの液位がタンクの底部まで下降して液頭圧が低くなった場合においても、圧縮エアーのエアー圧により液面の圧力を上昇させる。これにより、管路2内の圧力が上昇し、移送ポンプ4の入力側の有効NPSHの値を、キャビテーションが発生しない必要NPSHの値よりも大きくなるように維持しておくことが可能となる。よって、安定してキャビテーションの発生を防ぎつつ、酢酸エチルなどの液体を液体原材料タンク1の液面の高低にかかわらず連続して外部の工場へ供給することができる。また、液体原材料タンク1を移送ポンプ4よりも高い位置に配置しなくてもよいので、液体原材料タンク1の設置コストを抑制することもできる。また、液体原材料タンク1内の全ての酢酸エチルなどの供給対象の液体を最後まで移送できるので、液体原材料タンク1の容量を有効に利用することができる。
(態様B)
上記態様Aにおいて、移送ポンプ4として自吸式のポンプを用い、液体原材料タンク1を移送ポンプ4より低い位置に設置した。これによれば、液体原材料タンク1を地下に埋設することも可能となる。このように、液体原材料タンク1を地下に埋設した場合には、大気の温度に左右されることを防止し、液体原材料タンク1の内容物の温度上昇により蒸気圧が上昇し、有効NPSHが不利になる(値が小さくなる)という状況を回避することができる。また、地上に露出した状態で設置された液体原材料タンク1を目視する近隣住民の不安を解消することもできる。さらに、移送ポンプ4を自吸式とするため、液体原材料タンク1が移送ポンプ4よりも下部に設置された場合においても、酢酸エチルを吸上げながら外部に移送することができる。
(態様C)
上記態様A又はBにおいて、加圧ガス発生供給装置19と液体原材料タンク1とを接続する第8の管路18などの管路の中途部に、管路18を流れる圧縮エアーの圧力を所定の圧力に制御する圧力制御装置30を備えた。これによれば、加圧ガス発生供給装置19から供給される圧縮エアーの圧力を調整して液体原材料タンク1に供給するので、液体原材料タンク1の圧力を所定の圧力に保つことができる。なお、液体原材料タンク1内の圧力を圧力制御装置30にフィードバックしたり、第9の管路23の背圧弁24を開閉制御したりすることにより、液体原材料タンク1内の圧力を設定した圧力に保つことができる。さらに、液体原材料タンク1内の圧力を設定した所定の圧力に保つことで、移送ポンプ4によって液体が移送される移送先である製造工場での計量精度を高めることも可能となる。
(態様D)
上記態様A乃至Cのいずれかにおいて、加圧ガス発生供給装置19で発生するガスは、不活性ガスである。これによれば、製造工場に供給される液体原材料が、酢酸エチル、トルエン、メチルエチルケトンなどの低引火点の揮発性流体であっても、不活性ガスは化学反応を起こさないため、液体原材料を安全に貯留、移送することができる。
2 管路
3 管路
4 移送ポンプ
5 原材料ローリー
6 管路
7a 受入ポンプ
7b 運転スイッチ
8 管路
9 逆止弁
10 逆止弁
11 手動弁
12 管路
13 手動弁
14 逆止弁
15 管路
16 安全弁
17 管路
18 管路
19 加圧ガス発生供給装置
20 減圧弁
21a 圧力計
21b 圧力計
22a 圧力計
22b 液面計
23 管路
24 背圧弁
25 逆火防止装置
26 管路
27 安全弁
28 逆火防止装置
29 流量調節弁
30 圧力制御装置
Claims (6)
- 液体が貯留されているタンクと、
前記液体を前記タンクから移送するポンプと、を備えた液体供給装置であって、
前記液体とは別の材料を用いて加圧ガスを発生させて前記タンクに該加圧ガスを供給する加圧ガス発生供給手段を、更に備え、
前記ポンプとして自吸式のポンプを用い、
前記タンクを前記ポンプより低い位置に設置したことを特徴とする液体供給装置。 - 請求項1の液体供給装置において、
前記加圧ガス発生供給手段と前記タンクとを接続する管路の中途部に、該管路を流れる前記加圧ガスの圧力を所定の圧力に制御する圧力制御装置を備えたことを特徴とする液体供給装置。 - 請求項1又は2の液体供給装置において、
前記加圧ガス発生供給手段で発生する加圧ガスは不活性ガスであることを特徴とする液体供給装置。 - タンクに貯留されている液体をポンプで移送して供給する液体供給方法であって、
前記液体とは別の材料を用いて加圧ガスを発生させるステップと、
前記加圧ガスを前記タンクに供給するステップとを有し、
前記ポンプとして自吸式のポンプを用い、
前記ポンプよりも低い位置に設置された前記タンクから前記液体を吸い上げて移送することを特徴とする液体供給方法。 - 請求項4の液体供給方法において、
前記タンクに供給する前記加圧ガスの圧力を所定の圧力に制御するステップを、更に有することを特徴とする液体供給方法。 - 請求項4又は5の液体供給方法において、
前記加圧ガスは不活性ガスであることを特徴とする液体供給方法。
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