杭州諾卓テクノロジーグループ株式会社

空気分離塔は、空気中の主要なガス成分を窒素、酸素、その他の希ガスに分離する重要な装置です。そのプロセスフローは、主に空気圧縮、予冷、精製、冷却、蒸留といった工程で構成されます。各工程の精密な制御は、最終ガス製品の純度と安定性を確保する上で不可欠です。この記事では、空気分離塔のプロセスフローについて詳しく説明します。

1. 空気圧縮と予冷

空気分離塔プロセスの第一段階は、大気を圧縮することです。複数段の空気圧縮機を通して、空気は5～7barの圧力まで圧縮されます。圧縮プロセス中は圧縮空気の温度も上昇するため、中間冷却器と後段冷却器を用いて空気の温度を下げます。空気中の不純物による圧縮機の損傷を防ぐため、空気中の粒子はフィルターを通して除去されます。圧縮空気はその後、予冷システムに送られ、通常は冷却水またはフロンなどの冷媒を用いてさらに冷却され、約5℃まで冷却されます。

2. 空気浄化と脱水

予冷後の空気には、微量の水分と二酸化炭素が含まれています。これらの不純物は低温で氷を形成し、機器を詰まらせる可能性があります。そのため、空気を浄化・脱水する必要があります。このプロセスでは、通常、分子ふるい吸着塔が用いられ、定期的な吸着・再生プロセスを通じて水蒸気、二酸化炭素、炭化水素などを除去し、後続の低温プロセスの円滑な動作を確保します。浄化された空気は清浄で乾燥しており、後続の冷却・分離プロセスに適しています。

3. 空気を冷却する主熱交換器

浄化された空気は、主熱交換器で深冷冷却によって冷却されます。主熱交換器は、空気分離塔プロセスにおいて最も重要な機器の一つです。主熱交換器内の空気は、分離された冷たい窒素と酸素と熱交換し、液化温度近くまで温度が低下します。このプロセスにおける熱交換効率は、空気分離塔のエネルギー消費量と最終製品の純度に直接影響します。一般的に、熱交換効率を向上させるために、高効率アルミプレートフィン熱交換器が使用されます。

4. 蒸留塔における分離プロセス

冷却された空気は蒸留塔に送られ、空気中の各成分の沸点差を利用して分離されます。空気は低温で徐々に液化し、液体空気となります。この液体空気は蒸留塔に入り、気相と液相の間で多重反応が起こります。蒸留塔では、酸素、窒素、そしてアルゴンなどの希ガスが分離されます。塔の下部では酸素濃度が徐々に高まり、上部では窒素が分離されます。蒸留により、より純度の高い純粋な酸素と窒素が得られます。

5. 酸素および窒素製品の抽出

酸素と窒素の抽出は、空気分離塔の最終段階です。液体酸素と液体窒素は蒸留塔から分離され、熱交換器を通して室温まで加熱され、目的のガス状態に達します。これらのガス生成物は、貯蔵タンクに送られるか、直接ユーザーに供給されます。プロセス効率と製品純度を向上させるため、工業用途では、酸素と窒素からアルゴンをさらに分離するために二重塔構造が設計されることがあります。

6. 制御と最適化

空気分離塔のプロセス全体は複雑な制御システムを必要とし、最終製品の品質を確保するためには、圧縮、冷却、熱交換、分離の各プロセスをリアルタイムで監視・調整する必要があります。現代の空気分離塔には通常、自動制御システムが装備されており、センサーと制御ソフトウェアを用いて温度、圧力、流量などのパラメータを正確に制御することで、生産プロセスのエネルギー消費とガス製品の純度を最適化します。

空気分離塔のプロセスフローは、空気圧縮、予冷、精製、深冷、蒸留といった複数のステップから構成されています。これらのプロセスを通じて、空気中の酸素、窒素、希ガスを効果的に分離することができます。現代の空気分離塔技術の発展により、分離プロセスの効率化とエネルギー消費量の削減が実現し、これは産業用ガスの応用において大きな意義を持っています。

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