JPH0413629B2 - - Google Patents

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JPH0413629B2
JPH0413629B2 JP61082042A JP8204286A JPH0413629B2 JP H0413629 B2 JPH0413629 B2 JP H0413629B2 JP 61082042 A JP61082042 A JP 61082042A JP 8204286 A JP8204286 A JP 8204286A JP H0413629 B2 JPH0413629 B2 JP H0413629B2
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Yasuo Tasaka
Kyoshi Sasaki
Tadashi Satono
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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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、空気分離装置の制御方法に関するも
のである。
〔従来の技術〕
空気分離装置の制御方法としては、特公昭55−
9627号に記載された方法がある。この方法の要旨
は、プラント各部の運転条件を入力として原料空
気量を演算し、原料空気流量調節器の設定値とし
て出力しようとするものである。しかしながら、
この方法においては、制御結果によるフイードバ
ツクについては何ら考慮されていない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来の方法においては、あらかじめ想定し
た以外の外乱により製品純度に影響がでた場合に
おいても、何等処理できないという欠点があつ
た。
本発明の目的は、上記欠点を除き製品純度に影
響がでた場合、もしくは影響が出そうな場合に
は、自動的に具体的処置を施すことにより、製品
純度を回復させることができる空気分離装置の制
御方法を提供することにある。
〔問題を解決するための手段〕
上記問題点は、製品純度、精留塔内温度又は温
度差等の制御結果が目標値を外れた場合、精留塔
の運転条件を変更することにより解決される。
〔作 用〕
製品純度が規定値か否かを判断し、規定値以上
であれば、原料空気量の演算式における液体空気
中の酸素濃度は規定値として原料空気量を計算
し、それぞれのマイナー制御系に設定値を出力
し、製品純度が規定値以下の場合は、原料空気量
の演算式における液体空気中の酸素濃度を異常時
の値に変更して原料空気量を計算し、それぞれの
マイナー制御系に設定値を出力して、製品純度を
規定値以上に回復させる。
〔発明の実施例〕
以下本発明の一実施例を空気分離装置の一種で
ある窒素発生装置を例にとり詳細に説明する。
第1図は空気分離プロセスと制御装置の結合を
示す図である。本図によりプロセスを説明する。
まず、管1より導入された原料空気は原料空気圧
縮機2により深冷液化精留分離に必要な所定圧力
約7Kg/cm2Gまで圧縮される。圧縮された空気は
前処理装置3により水分、炭酸ガス等の不純物が
吸着除去される。
不純物が除去された清浄な空気は一部が計装用
空気、シール用空気等として管6より抜出され残
りが深冷液化精留分離装置4に導かれ冷却液化精
留分離されて製品ガス窒素が管5より製品液体窒
素が管6より得られる。
本構成中深冷液化精留分離部の要部について第
2図により詳細に説明する。
原料空気は管21より一部液の状態で精留塔2
01に吹込まれ、ガスは精留塔内の上昇ガスとな
る。上昇ガスは後述する。環流液と気液接触しな
がら塔頂で高純度の窒素ガスとなる。高純度の窒
素ガスの一部は管22より製品ガスとして取出さ
れる。残りは、窒素凝縮器202で液化され前述
の環流液となる。環流液の一部は製品液体窒素と
して管23より取出される。
残りの環流液は前述の上昇ガスと気液接触しな
がら精留塔内を下降し塔底部で液体空気となる。
液体空気は管24を通り弁25で断熱膨張し温
度低下し前述の窒素の液化用冷媒として窒素凝縮
塔202に供給される。窒素凝縮器に供給された
液体空気は前述の窒素ガスを液化することにより
自身は蒸発して廃ガスとなり管26より排出され
る。
上記構成において、物質収支を考える。管21
より供給する空気量をQA、管22より取出すガ
ス窒素量をQGN、管23より取出す液体窒素量
をQLN、塔底より出ていく液体空気量をQLA、
液体空気中の酸素濃度をXとすると、下記の関係
式が成立する。
QA=QLA+QGN+QLN …… (1) また原料空気中(大気中)の酸素濃度は21%で
あり、製品窒素中の酸素濃度は0%であることか
ら酸素について物質収支を考えると、原料空気中
の酸素分はすべて精留塔下部よりの液体空気の中
に含まれて送出されることになり下記の関係式が
成立する。
X×QLA=0.21×QA …… (2) ただし、X:液体空気中の酸素濃度 ∴QLA=0.21/X×QA …… (3) (3)式を(1)式に代入すると QA=0.21/X×QA+QGN+QLN …… (4) ∴QA=X(QGN+QLN)/X−0.21 …… (5) ∴QGN+QLN=(X−0.21)QA/X …… (6) すなわち(5)式は必要な製品窒素量と液体空気中
の酸素濃度を設定すれば必要な原料空気量が求ま
ることを示し、(6)式は供給可能な原料空気量と液
体空気中の酸素濃度を設定すれば採取可能な製品
窒素量が求まることを示している。
上記において液体空気中の酸素濃度Xは、装置
の安全上の理由から空気中の微量アセチレン等が
窒素凝縮器202中の液体空気中で濃縮蓄積析出
しないようアセチレンの液体空気中における溶解
度と気液平衡の関係より決定されるが詳細につい
ては省略する。
なお上記は単に物質収支についてのみ説明した
が精留塔の安定運転条件のためには精留塔内の下
降液(環流液)と上昇ガスの比(以下L/Vと表
す)を一定にする必要がある。
第2図の精留部全体の熱収支を考えると製品と
してガス窒素のみ採取している場合は、液体窒素
は零のため、精留部から外部に出ていくものは管
26よりの廃ガスと管22よりのガス窒素ですべ
てガス状であり、精留部に入る原料空気もガス状
であればほぼバランスすると考えてよい。ところ
が、一部、製品として液体窒素を採取する場合は
液として抜出すために、熱収支的にこの液量に相
当する液化のための寒冷量が必要となつてくる。
本精留部における外部より入つてくる部分は管2
1の原料空気だけであり、すなわち採取すべき液
体窒素量に相当する分量だけ、液として入つてく
る必要があり、その量はほぼ製品液体窒素と同量
と考えてよい。
以上のことより精留塔内の上昇ガス量Vは、原
料空気量から液として入つてくるものを差引いた
値であり、下記の如く表わされる。
V=QA−QLN …… (7) 一方精留塔内の下降液量Lは、上昇ガスから製
品ガス窒素と製品液体窒素を差引いたものであり
次の如く表わされる。
L=V−QGN−QLA …… (8) (8)に(7)を代入すると L=QA−QLN−QGN−QLN …… (9) ∴L=QA−QGN−2QLN …… (10) (7)および(10)よりL/Vを求めると、 L/V=QA−QGN−2QLN/QA−QLN…… (11) ∴QA=QGN+QLN/(1−L/V)+QLN …… (12) 又は QA=QGN+(2−L/V)QLN/1−L/V …… (13) (12)式は全製品ガスの場合に比較して、液製品量
だけ原料空気が多く必要であることを示してい
る。
また、(13)式において同一空気量の時に液製
品を△QLNだけ増やした場合のガス製品を減じ
る量△QGNは分子を定数として得られる下記関
係式より求まる。
QGN+(2−L/V)QLN=QGN−△
QGN +(2−L/V)(QLN+△QLN)
…… (14) ∴△QGN−(2−L/V)△QLN
…… (15) すなわち同一原料空気量で、液製品を増減する
場合ガス製品は(2−L/V)倍の割合で操作し
なければ同一条件とならないことを示している。
また、(12)式又は(13)式において液製品零
の時の必要原料空気量は下記となる。
QA=QGN/1−L/V …… (16) 一方同じく(5)式から液製品零の時の必要原料空
気量は下記となる。
QA=X・QGN/X−0.21 …… (17) (16),(17)より左辺は等しいため下記の関係
式が得られる。
QGN/1−L/V=X・QGN/X−0.21…… (18) ∴L/V=0.21/X …… (19) (19)を(12)又は(13)に代入すると QA=QGN+QLN/1−0.21/X+QLN …… (20) QA=QGN+(2−0.21/X)QLN/1−0.21/X
…… (21) すなわち、式(20),(21)を用いればガス製品
採取時の液体空気中の酸素濃度Xを設定すること
により、液製品を併用採取する場合もガス製品の
み採取の時と同じ精留条件での運転が可能とな
る。
また、前記説明は、精留塔を中心として必要な
原料空気量を求めたものであり、装置全体として
の原料空気量QAは(20),(21)式に計装用空気
装置シール用空気等の雑ガス量QBGを加えれば
よい。
すなわち下記の如くとなる。
QA=QGN+QLN/1−0.21/X+QLN+QBG
…… (22) 又は QA=QGN+(2−0.21/X)QLN/1−0.21/X+QB
G
…… (23) 次に第1図ないし第2図により制御装置の構成
および制御内容について説明する。
第1図において計算機100は入力インターフ
エイス106を経由してデイジスイツチ101に
より必要なガス製品窒素量、デイジスイツチ10
2により必要な液製品窒素量、押ボタンスイツチ
103により必要なガス製品窒素量および液製品
窒素量の読込指令、デイジスイツチ104により
その他制御定数等のパラメーター、押ボタンスイ
ツチ105により制御定数等のパラメーター読込
み指令が、それぞれ取込めるようになつている。
一方、計算機100からは、入出力インターフエ
イス107を経由して原料空気流量制御用マイナ
ーループFC1、ガス製品窒素流量制御用マイナ
ーループFC2および液製品窒素流量制御用マイ
ナーループFC3への流量設定値がそれぞれ出力
されるようになつている。
上記構成において、計算機100は必要な製品
量の読込指令押ボタンスイツチ103が押された
ことを検出すると必要な製品発生量をデイジスイ
ツチ101および102から読取り、この必要製
品発生量をもとに、最適なる原料空気流量、ガス
製品窒素量および液製品窒素量を演算してそれぞ
れのマイナー調節ループFC1,FC2,FC3へ
の設定値として出力する。
マイナー調節ループは計算機からの設定値に基
いて、それぞれのループにおいて実際の流量が設
定値に合致するように制御する。
本制御時の計算機100の演算は前述した如く
式(22)又は式(23)を使用することにより最適
なる設定値を得ることができる。しかして、本式
における原料空気量QAは第1図における原料空
気圧縮機2により確保できるものである。
しかしながら、本制御方法の場合、すべてが計
画通りに作動するという前提条件のもとでの制御
であり、何らかの外乱、例えば製品量調節部FC
2の制御が不調で、一時的に製品抜出量が増加し
た場合等においては、マテリアルバランスが成り
立たなくなり、製品の純度(第1図のAE−1)
に影響をおよぼす。また、最終的に製品の純度が
低下するまでの過程においては、第2図における
精留塔201の純度分布が変化してくるため飽和
温度が変化し、例えば温度計TE−101の温度
が低下してくる。なお、この温度については絶対
値ではなく、例えば温度計TE−102との温度
を検出することにしても、同様の現象を示すこと
はいうまでもない。
しかるに本発明においては、上記事態になつた
場合は、前述した式(22)又は(23)のXの値を
自動的に変更して原料空気量を増加し、製品純度
の回復を図るようにしたものである。以下その方
法について第3図のフローチヤートにより説明す
る。
まず、ブロツク500において製品の純度が規
定値か否かを判断し、規定値以上であればブロツ
ク501に移り、式(22)又は(23)におけるX
は規定値としてブロツク503で原料空気量を計
算し、それぞれマイナー制御系に設定値を出力し
て終了となる。つぎに、ブロツク500において
製品純度が規定値以下の場合は、ブロツク502
に移り、式(22)又は式(23)のXの値を異常時
の値に変更してブロツク503で原料空気量を計
算し、それぞれのマイナー制御系に設定値を出力
して終了となる。
なお、本説明中ブロツク500は製品純度で説
明したが、前述した如く精留塔温度差において判
断することにより、更に早い時点で対応させるこ
とができる。
また、上述の制御方法は窒素発生装置について
説明したが、他の酸素発生装置においては、式
(22)又は式(23)が異なる計算式となるが、本
発明の制御方法を適用できることはいうまでもな
い。
上述の実施例では、演算に液体空気中の酸素濃
度Xを用いたが、精留塔内の下降液と上昇ガスの
比L/Vを用いても同様であることは前述の説明
より明らかであろう。
〔発明の効果〕
以上述べた如く、本発明によれば、いかなる外
乱においても製品純度を乱すことなく、最適制御
を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はプロセスと制御の結合を示す系統図、
第2図は精留塔部分の系統図、第3図は制御の流
れを示すフローチヤートである。 1,5,6,21〜24,26……管、2……
原料空気圧縮機、3……前処理装置、4……深冷
液化精留分離装置、25……弁、100……計算
機、101,102,104……デイジスイツ
チ、103,105……押ボタンスイツチ、10
6……入力インターフエイス、107……入出力
インターフエイス、201……精留塔、202…
…窒素凝縮器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 あらかじめ設定されている製品採取量と精留
    塔の運転条件とにより必要な原料空気量を演算
    し、該必要原料空気量を原料空気量調節ループの
    設定値として出力し、装置内の酸素のマスバラン
    スを一定に維持する空気分離装置の制御方法にお
    いて、 前記精留塔の運転条件による制御結果が規定値
    か否かを判断し、制御結果が規定値以上であれば
    液体空気中の酸素濃度を規定値として原料空気量
    を演算して前記原料空気量調節ループの各マイナ
    ー制御系に設定値を出力し、制御結果が規定値以
    下の場合は、液体空気中の酸素濃度を異常時の値
    として原料空気量を演算して前記原料空気量調節
    ループの各マイナー制御系に設定値を出力するこ
    とを特徴とする空気分離装置の制御方法。 2 特許請求の範囲第1項において、前記精留塔
    の制御結果は製品純度であることを特徴とする空
    気分離装置の制御方法。 3 特許請求の範囲第1項において、前記精留塔
    の制御結果は精留塔内温度又は温度差であること
    を特徴とする空気分離装置の制御方法。
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JP3739540B2 (ja) 1997-08-04 2006-01-25 アルプス電気株式会社 光送受信モジュール

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60103280A (ja) * 1983-11-11 1985-06-07 株式会社日立製作所 精留塔下塔液面制御装置

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