JPS60251380A - 精留塔下塔液面制御方法 - Google Patents
精留塔下塔液面制御方法Info
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- JPS60251380A JPS60251380A JP10462184A JP10462184A JPS60251380A JP S60251380 A JPS60251380 A JP S60251380A JP 10462184 A JP10462184 A JP 10462184A JP 10462184 A JP10462184 A JP 10462184A JP S60251380 A JPS60251380 A JP S60251380A
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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】
〔発明の利用分野〕
本発明は空気分離装置の精留塔の環流液体空気置割−に
係り、特に、精留塔下塔の液面を一定に保持するに好適
な精留塔の環流液体空気量の制御方法に関す暮。 □ 〔発明の背景〕 深冷分離を利用した空気分離装置の製品ガスの純贋を安
定に保つためには、精留塔の運転状態を安定にすること
が不可欠である。
係り、特に、精留塔下塔の液面を一定に保持するに好適
な精留塔の環流液体空気量の制御方法に関す暮。 □ 〔発明の背景〕 深冷分離を利用した空気分離装置の製品ガスの純贋を安
定に保つためには、精留塔の運転状態を安定にすること
が不可欠である。
従って、製品ガスの発生策を変更することが要求される
と、精留塔内の落下する液の流量と上昇する蒸気との流
量比が一定に保たれるように、所定の手順に従って空気
分離装置の各操作部を操作しなければならない。しかし
、この流量比を直接検出制御することが出来ず、又、空
気分離装置自体が、各操作部の変化に対して大きな時定
数を持っているため、運転操作は非常に困賭な面がある
。
と、精留塔内の落下する液の流量と上昇する蒸気との流
量比が一定に保たれるように、所定の手順に従って空気
分離装置の各操作部を操作しなければならない。しかし
、この流量比を直接検出制御することが出来ず、又、空
気分離装置自体が、各操作部の変化に対して大きな時定
数を持っているため、運転操作は非常に困賭な面がある
。
このため、製品量変更時に製品の純度を一定に保持した
まま、自動的に製品蓋の変更を行なうことが出来る空気
分離装置の製品量増減制御方法の開発が望まれている。
まま、自動的に製品蓋の変更を行なうことが出来る空気
分離装置の製品量増減制御方法の開発が望まれている。
従来、精留塔上塔の濃度（純度）、即ち、液流量と蒸気
流量の比を一定とするための下塔から上塔への環流液体
空気量の制御は、下塔の液体空気の液位を一定にする液
面制御方式を採用している。
流量の比を一定とするための下塔から上塔への環流液体
空気量の制御は、下塔の液体空気の液位を一定にする液
面制御方式を採用している。
これは、製品量変更時に下塔に流入する原料空気量の変
化に対する下塔の液体空気量の変化に大きな時間遅れを
もち、直接流量制御することが困難であシ、且つ、原料
空気量の増減に比例して、下塔の液体空気液位が変化す
るため、液位を一定にすることによシ原料空気量の増減
、即ち、製品量の増減に比例した液体空気を上塔へ環流
することができる。
化に対する下塔の液体空気量の変化に大きな時間遅れを
もち、直接流量制御することが困難であシ、且つ、原料
空気量の増減に比例して、下塔の液体空気液位が変化す
るため、液位を一定にすることによシ原料空気量の増減
、即ち、製品量の増減に比例した液体空気を上塔へ環流
することができる。
第１図の概略系統図に基づいて、空気分離装置のプロセ
スを説明する。
スを説明する。
原料空気は、エアーフィルタ１を介し、原料空気圧縮機
２で約５Ｋｆ／ｃｒｌＧの圧力まで圧縮された後、水洗
冷却塔３で原料空気中のゴミや水溶性ガスを除去し、約
２５０に冷却され、切換弁４Ａ、又は、４Ｂを介して、
可逆熱交換器５Ａ、５Ｂに送られる。
２で約５Ｋｆ／ｃｒｌＧの圧力まで圧縮された後、水洗
冷却塔３で原料空気中のゴミや水溶性ガスを除去し、約
２５０に冷却され、切換弁４Ａ、又は、４Ｂを介して、
可逆熱交換器５Ａ、５Ｂに送られる。
ここで約−１７７０の低温の分離ガスを冷媒として熱交
換が行なわれ、原料空気は約−１７２０まで冷却される
。この時、原料空気中の水分や炭酸ガス等の不純物は、
可逆熱交換器５Ａ、５Ｂの流路（例えば１６）の壁面に
凝縮析出される。このようＫして不純物が除去された低
温の原料空気は、逆止弁６Ａ、６Ｂを介して大部分が精
留塔の下塔７Ｂに供給される。残りは、再熱空気回路８
とバイパス回路９を分流して膨張タービン１７に送られ
る。ここで断熱膨張した原料空気は、ジュール・トムン
／効果により低温（約−１８６Ｃ）となシ、精留塔の上
塔７Ａに供給される。一方、下塔７Ｂで予備精留された
原料空気中の液体窒素はパイプ１０によシ、又、液体空
気はパイプ１１により上塔７Ａにそれぞれ環流される。
換が行なわれ、原料空気は約−１７２０まで冷却される
。この時、原料空気中の水分や炭酸ガス等の不純物は、
可逆熱交換器５Ａ、５Ｂの流路（例えば１６）の壁面に
凝縮析出される。このようＫして不純物が除去された低
温の原料空気は、逆止弁６Ａ、６Ｂを介して大部分が精
留塔の下塔７Ｂに供給される。残りは、再熱空気回路８
とバイパス回路９を分流して膨張タービン１７に送られ
る。ここで断熱膨張した原料空気は、ジュール・トムン
／効果により低温（約−１８６Ｃ）となシ、精留塔の上
塔７Ａに供給される。一方、下塔７Ｂで予備精留された
原料空気中の液体窒素はパイプ１０によシ、又、液体空
気はパイプ１１により上塔７Ａにそれぞれ環流される。
上塔７Ａで分離された窒素ガスは、上部頂部からパイプ
１２により、又、酸素ガスは上塔底部からパイプ１３に
より取出され、可逆熱交換器５Ａ、５Ｂに送られ、酸素
ガスは流路１５、窒素ガスは流路１４又は１６の壁面を
介して原料突気流路１６又は１４に冷気を伝達する。こ
の時、流路１６又は１４の内壁面に凝縮された原料空気
中の不純物を除去するため、切換弁４八〜４Ｄにょシ原
料空気と窒素ガスの流路を一定時間毎に切換え、窒素ガ
スにより不純物を昇華させるようにしている。熱交換に
よシ約２００に昇温された窒素ガスは、不純物を同伴し
て大気中に放出される。一方の酸素ガスは製品として利
用される。上述のものは定常状態でのプロセスであシ、
空気分離装置の起動時には、冷媒としての分離ガスが得
られぬため、膨張タービン１７で断砕膨張され低温とな
った空気今窒素ガスのパイプ１２に供給して窒素ガスの
代用をさせ装置を冷却していく。
１２により、又、酸素ガスは上塔底部からパイプ１３に
より取出され、可逆熱交換器５Ａ、５Ｂに送られ、酸素
ガスは流路１５、窒素ガスは流路１４又は１６の壁面を
介して原料突気流路１６又は１４に冷気を伝達する。こ
の時、流路１６又は１４の内壁面に凝縮された原料空気
中の不純物を除去するため、切換弁４八〜４Ｄにょシ原
料空気と窒素ガスの流路を一定時間毎に切換え、窒素ガ
スにより不純物を昇華させるようにしている。熱交換に
よシ約２００に昇温された窒素ガスは、不純物を同伴し
て大気中に放出される。一方の酸素ガスは製品として利
用される。上述のものは定常状態でのプロセスであシ、
空気分離装置の起動時には、冷媒としての分離ガスが得
られぬため、膨張タービン１７で断砕膨張され低温とな
った空気今窒素ガスのパイプ１２に供給して窒素ガスの
代用をさせ装置を冷却していく。
製品量を変更する場合には、原料空気量、及び環流液体
空気量の変更以外に膨張タービン１７の流量及び、環流
液体窒素量等の変更を必要とするが、環流液体空気量を
弥２て、いずれも、手動操作又は、物質収支、熱収支に
基づく演算制御にょシ容易に行なうことが出来る。
空気量の変更以外に膨張タービン１７の流量及び、環流
液体窒素量等の変更を必要とするが、環流液体空気量を
弥２て、いずれも、手動操作又は、物質収支、熱収支に
基づく演算制御にょシ容易に行なうことが出来る。
しかし、下塔７Ｂの液体空気の液位を一定とする液面制
御方式による環流液体空気量の制御では、切換弁４Ａ〜
４ＤＫより一定周期で行なわれる可逆熱交換器５Ａ、５
Ｂの流路の切換時に、第２図に示されるように１．秒間
、原料空気が遮断され、この外乱によって発生する下塔
７Ｂの圧力変化及び流入原料空気量の変化の影響で液体
空気の液位は、切換周期Ｔ毎に変動し環流液体空気量も
同様に変動する。この外乱による環流液体空気量の変化
を少なくするため、液面制御系のゲインを小さくしたり
、又は、操作信号を一次遅れ信号としているが製品量変
更時に原料空気量を増減した場合には、逆に、液面制御
系が大きくハンチフグし、環流液体空気量も同様に変動
し、上塔７人中部の濃度及び温度が大きく変動し、精留
塔の運転状態を不安定にするという欠点があった。
御方式による環流液体空気量の制御では、切換弁４Ａ〜
４ＤＫより一定周期で行なわれる可逆熱交換器５Ａ、５
Ｂの流路の切換時に、第２図に示されるように１．秒間
、原料空気が遮断され、この外乱によって発生する下塔
７Ｂの圧力変化及び流入原料空気量の変化の影響で液体
空気の液位は、切換周期Ｔ毎に変動し環流液体空気量も
同様に変動する。この外乱による環流液体空気量の変化
を少なくするため、液面制御系のゲインを小さくしたり
、又は、操作信号を一次遅れ信号としているが製品量変
更時に原料空気量を増減した場合には、逆に、液面制御
系が大きくハンチフグし、環流液体空気量も同様に変動
し、上塔７人中部の濃度及び温度が大きく変動し、精留
塔の運転状態を不安定にするという欠点があった。
本発明の目的は、定常時及び製品量の変更時−、上塔の
酸Ｘ＃度及び温度を規定値に維持し、安定した空気分離
装置の運転を行なうことが出来る精留塔下塔液面制御方
法を提供するにある。
酸Ｘ＃度及び温度を規定値に維持し、安定した空気分離
装置の運転を行なうことが出来る精留塔下塔液面制御方
法を提供するにある。
本発明は、周期的な外乱による無駄な制御を排除し製品
量の変更に応じて環流液体空気量を制御することが出来
れば安定した空気分離装置の運転が維持出来ることに着
目し、定常状態における環流液体空気量を下塔液面制御
系で一定に維持し、製品量の変更時に、原料空気量の変
化分に対応して一定時間、環流液体空気量を変化させる
フィードフォワード制御系を付加し、且つ、フィードフ
ォワード制御結果による下塔の液体空気の液位の変化を
、下塔液面制御系で補正するにある。
量の変更に応じて環流液体空気量を制御することが出来
れば安定した空気分離装置の運転が維持出来ることに着
目し、定常状態における環流液体空気量を下塔液面制御
系で一定に維持し、製品量の変更時に、原料空気量の変
化分に対応して一定時間、環流液体空気量を変化させる
フィードフォワード制御系を付加し、且つ、フィードフ
ォワード制御結果による下塔の液体空気の液位の変化を
、下塔液面制御系で補正するにある。
下塔液面制御系は、可逆熱交換器の切換時における下塔
の圧力及び流入原料空気量の変化による液面変動を直接
制御系に入力せず液位を液位の安定する区間内でサンプ
リング測定し、その平均値をめ、液面制御系の人力信号
とする。
の圧力及び流入原料空気量の変化による液面変動を直接
制御系に入力せず液位を液位の安定する区間内でサンプ
リング測定し、その平均値をめ、液面制御系の人力信号
とする。
この方法によれば、周期的に発生する外乱による無駄な
制御を排除することができ、下塔液位を一定とする液面
制御系によシ、定常時の環流液体空気量を一定に維持す
ることが出来る。
制御を排除することができ、下塔液位を一定とする液面
制御系によシ、定常時の環流液体空気量を一定に維持す
ることが出来る。
一方、フィードフォワード制御系は、製品量の変更時に
装置内の物質収支、熱収支の演算によシ、下塔に流入す
る原料空気の変更量、及び必要とするＦ塔から上塔への
環流液体空気の変更量をめ、液面系の出力信号に一定時
間、加算することにより、製品量の変更に直ちに追従し
た環流液体空気量に制御することが出来るため、製品量
変更時、下塔液位及び環流液体空気量の大きな変動を防
止し、上塔の酸素濃度及び温度を規定値に維持すること
が出来る。
装置内の物質収支、熱収支の演算によシ、下塔に流入す
る原料空気の変更量、及び必要とするＦ塔から上塔への
環流液体空気の変更量をめ、液面系の出力信号に一定時
間、加算することにより、製品量の変更に直ちに追従し
た環流液体空気量に制御することが出来るため、製品量
変更時、下塔液位及び環流液体空気量の大きな変動を防
止し、上塔の酸素濃度及び温度を規定値に維持すること
が出来る。
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第３図は、本発明の精留塔下塔液面制御方法の一実施例
を示す制御系統図である。
を示す制御系統図である。
精留塔は上塔７Ａ、下塔７Ｂよ多構成され、可逆熱交換
器で冷却された原料空気を、酸素と窒素との沸点差を利
用して、精留塔内の多段の精留皿上における凝縮、蒸発
のプロセスを経て酸素と窒素に分離して生成している。
器で冷却された原料空気を、酸素と窒素との沸点差を利
用して、精留塔内の多段の精留皿上における凝縮、蒸発
のプロセスを経て酸素と窒素に分離して生成している。
可逆熱交換器からの原料空気の一部は、膨張タービン１
７に送られ、断熱膨張して低温となって上塔７Ａに送ら
れる。大部分の原料空気３１は、下塔７Ｂに吹込まれる
。下塔７Ｂから環流液体窒素３３．３４及び環流液体空
気３２は、パルプにより流量調整され、上塔７Ａに送ら
れる。上塔７Ａで分離された酸素ガス３７、窒素カス３
８、不純窒素ガス３９は、それぞれ取出され、又、上塔
塔底には、液体酸素３６が生成される。
７に送られ、断熱膨張して低温となって上塔７Ａに送ら
れる。大部分の原料空気３１は、下塔７Ｂに吹込まれる
。下塔７Ｂから環流液体窒素３３．３４及び環流液体空
気３２は、パルプにより流量調整され、上塔７Ａに送ら
れる。上塔７Ａで分離された酸素ガス３７、窒素カス３
８、不純窒素ガス３９は、それぞれ取出され、又、上塔
塔底には、液体酸素３６が生成される。
下塔液面制御系は、液面伝送器２１、演算器２２、調節
計２３、バルブ２５より構成される。
計２３、バルブ２５より構成される。
下塔７Ｂの液体空気３５の液位は、液面伝送器２１で検
出され、信号変換され実測信号として、演算器２２に伝
送される。第４図の制御チャートに示すように、可逆熱
交換器の切換時ｔに発生する下塔７Ｂの圧力変化および
流入原料空気量３１の変化に起因する液位変動ａによる
制御の無駄を排除するため、液面伝送器２１から調節計
２３に取込む液位信号は、液位が安定する区間すの時に
サンプリングし、平均値をめて取込むよう演算器２２で
処理する。
出され、信号変換され実測信号として、演算器２２に伝
送される。第４図の制御チャートに示すように、可逆熱
交換器の切換時ｔに発生する下塔７Ｂの圧力変化および
流入原料空気量３１の変化に起因する液位変動ａによる
制御の無駄を排除するため、液面伝送器２１から調節計
２３に取込む液位信号は、液位が安定する区間すの時に
サンプリングし、平均値をめて取込むよう演算器２２で
処理する。
従って、区間Ｃの時は、前回測定の液位信号を演算２２
で記憶し調節計２３への人力とし与える。
で記憶し調節計２３への人力とし与える。
調節計２３で目標値と人力信号との偏差に基づきＰＩＤ
演算処珈した後、出力信号として、加算器２４に送られ
フィードフォワード制御系の出力信号を加算し、次いで
、パルプ２５に！ｌｊ御信号として与えられ、定常時に
おける環流液体空気量３２を一定に維持する。
演算処珈した後、出力信号として、加算器２４に送られ
フィードフォワード制御系の出力信号を加算し、次いで
、パルプ２５に！ｌｊ御信号として与えられ、定常時に
おける環流液体空気量３２を一定に維持する。
一方、フィードフォワード制御系は、演算器２６、及び
演算器２７より構成され、製品量の変更時に、装置内の
物質収支、熱収支の演算に基づき、演算器２６で、製品
の変更量に対応した原料空気の変更量をめ、演算器２７
で、原料空気の変更量の信号より、必要とする環流液体
空気の変更量を演算し、第４図の液位の安定する区間す
の時間巾で出力信号を、加算器２４に与え、液面制御系
の出力信号に加算し、製品量変更時の上塔７Ａの酸素濃
度及び温度を規定値に維持すべく、バルブ２５により、
環流液体空気量３２を制御する。
演算器２７より構成され、製品量の変更時に、装置内の
物質収支、熱収支の演算に基づき、演算器２６で、製品
の変更量に対応した原料空気の変更量をめ、演算器２７
で、原料空気の変更量の信号より、必要とする環流液体
空気の変更量を演算し、第４図の液位の安定する区間す
の時間巾で出力信号を、加算器２４に与え、液面制御系
の出力信号に加算し、製品量変更時の上塔７Ａの酸素濃
度及び温度を規定値に維持すべく、バルブ２５により、
環流液体空気量３２を制御する。
このフィードフォワード信号は時間す後解除され、この
時の演算誤差、即ち、液位の変化分は、液面制御系で補
正される。
時の演算誤差、即ち、液位の変化分は、液面制御系で補
正される。
本発明によれば、周期的外乱に起因する液位の変動によ
る無駄な制御を排除することができ、製品量の変更に直
ちに追従する環流液体空気量に制御することができ、精
留塔上塔の酸素濃度及び温度を規定値に維持することが
出来る。
る無駄な制御を排除することができ、製品量の変更に直
ちに追従する環流液体空気量に制御することができ、精
留塔上塔の酸素濃度及び温度を規定値に維持することが
出来る。
第１図は、従来の空気分離装置の系統図、第２図は、可
逆熱交換器の切換弁の切換チャート、第３図は、本発明
の一実施例の制御系統図、第４図は、第３図の動作を説
明する制御タイムチャートである。 代理人 弁理士 高橋明夫 めｂ 圀 第４区
逆熱交換器の切換弁の切換チャート、第３図は、本発明
の一実施例の制御系統図、第４図は、第３図の動作を説
明する制御タイムチャートである。 代理人 弁理士 高橋明夫 めｂ 圀 第４区
Claims (1)
- １、上塔および下塔からなる複式精留塔を設け、酸素と
窒素との沸点差を利用し、圧縮された原料空気を前記下
塔で予備精留し、前記下塔の塔底に貯留した液体空気を
前記上塔に環流し純度の高い酸素と窒素に分離する空気
分離装置において、前記下塔の前記液体空気の液位を一
定周期で検出するとともに、その平均値をめ、与えられ
た目標液位との偏差に応じて、前記下塔から前記上塔へ
の環流液体空気量を制御し、且つ、前記下塔へ流入する
原料空気量の変化に応じて、原料空気変化分に対応した
環流液質化分をめ、前記環流液体空気量を変化させ、前
記下塔の前記液体空気の液位を一定に保持し、前記上塔
の酸素濃度を規定値に保持することを特徴とする精留塔
下塔液面制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10462184A JPS60251380A (ja) | 1984-05-25 | 1984-05-25 | 精留塔下塔液面制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10462184A JPS60251380A (ja) | 1984-05-25 | 1984-05-25 | 精留塔下塔液面制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60251380A true JPS60251380A (ja) | 1985-12-12 |
Family
ID=14385512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10462184A Pending JPS60251380A (ja) | 1984-05-25 | 1984-05-25 | 精留塔下塔液面制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60251380A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0689349A1 (en) | 1994-06-20 | 1995-12-27 | Sharp Kabushiki Kaisha | Imaging apparatus with mechanism for enhancing resolution |
-
1984
- 1984-05-25 JP JP10462184A patent/JPS60251380A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0689349A1 (en) | 1994-06-20 | 1995-12-27 | Sharp Kabushiki Kaisha | Imaging apparatus with mechanism for enhancing resolution |
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