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日本工業規格

JIS

 B

9951

-1993

圧力スイング吸着装置−

性能試験方法

Pressure swing adsorption apparatus

−Test methods

1.

適用範囲  この規格は,圧力スイング吸着装置(

1

)

の性能試験方法について規定する。

(

1

)

吸着剤を入れた筒状の容器に原料ガスを供給し,高い圧力下で吸着させる操作と低い圧力下で

脱離させる操作とを繰り返し,原料ガス中の成分を濃縮・分離することによって,必要とする

製品ガスを得る装置。この操作を PSA (pressure swing adsorption)  操作といい,したがって,こ

の装置を PSA 装置ということもある。

備考  この規格の引用規格を,付表 に示す。

2.

用語の定義  この規格で用いる用語の定義は,JIS B 9950 による。

3.

測定項目  測定項目は,次のとおりとする。

(1)

圧力

(2)

流量

(3)

濃度

(4)

温度

(5)

消費電力

(6)

安全性

(7)

騒音

4.

測定装置及び測定方法

4.1

測定上の共通注意事項

4.1.1

測定項目の各測定値の相互関連性  PSA 装置では,測定項目(圧力,流量,濃度,温度,消費電力,

安全性,騒音)どうしの間の関連性が強く,なかでも圧力,流量,濃度,温度及び消費電力は,運転条件

が変わると各測定値が相互に密接に関連して変化するので,同一条件下で測定を行うことが重要である。

したがって,性能試験のための各項目の測定は同時に行う必要があり,特に,圧力,流量,濃度及び温

度の測定点は,ほぼ同一の箇所でなければならない。測定点としては,

図 に例示するとおり,PSA 装置

の入口,製品出口及び排ガス出口が適当である。排ガス出口での測定は,必要ならば消音器を外す。

なお,PSA 装置の圧力,流量,濃度及び温度は,PSA 操作の 1 サイクル内で周期的に変動するので,そ

の最高値,最低値,及び必要によって平均値を測定する。

また,流量,濃度及び温度については,各々の時間的変動を緩和し,均一化を図るための貯槽を通過し


2

B 9951 -1993

た後の箇所で測定してもよい。

図 1    塔式 PSA 装置(一例)

4.1.2

安定化条件  PSA 装置は,吸着・脱離を比較的短いサイクル(数秒∼数十分)で繰り返して製品ガ

スを生成する装置であり,装置の始動及び運転条件の変更後に一定の循環定常状態(安定化)に達するに

は,ある程度の時間を必要とする。その原因には,PSA 装置固有の問題と,製品槽など設備の途中に入る

機器の中のガスを置き換えるのに時間がかかるという設備上の問題がある。

したがって,性能試験のための各項目の測定に当たっては,その装置が実質上定常状態になって安定化

する時間を確かめておき,定常化に達した後に測定を行わなければならない。

4.2

圧力  圧力の測定は,次による。

(1)

測定点  PSA 装置の入口,製品出口において流量,濃度及び温度の測定とほぼ同一の箇所で測定する。

必要ならば,排ガス出口,吸着塔本体,バッファタンクなどでも測定する。

(2)

測定方法  次の測定器具などを用いて,直読又は連続記録する。

(a)

ブルドン管圧力計(連成計を含む。

JIS B 7505 参照)を用いる方法

(b)

隔膜式圧力計(JIS B 7546 参照)を用いる方法

(c)

ストレインゲージなどを検出素子とした圧力計

備考  大気圧との差圧を測定する圧力計を用いる場合,大気圧と標準圧力 (1 013hPa) との差は通常無

視して差し支えないが,精度上必要な場合は,大気圧を測定して絶対圧を求める。

4.3

流量  流量の測定は,次による。

(1)

測定点  PSA 装置の入口,製品出口,及び必要ならば排ガス出口で測定する。流量は,温度,圧力に

よって変化するので,流量測定点とほぼ同一の箇所で温度,圧力も同時に測定する。


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B 9951 -1993

(2)

測定方法  測定方法は,次のいずれかの方法による。

(a)

絞り機構による方法(JIS Z 8762 参照)

(b)

ピトー静圧管(ピトー管)

JIS B 8330 参照)を用いる方法

(c)

フロート形面積流量計(JIS B 7551JIS Z 8761 参照)を用いる方法

(d)

タービン流量計(JIS Z 8765 参照)を用いる方法

(e)

渦流量計(JIS Z 8766 参照)を用いる方法

(f)

容積式流量計を用いる方法

(g)

質量流量計を用いる方法

なお,入口での測定では,流量計,オリフィス板,ノズル,測定管路などの抵抗によって,流量

自体が影響を受ける場合がある。その場合には,製品流量と排ガス流量とを合計した量から入口流

量を算出してもよい。

(3)

測定条件及び補正  体積流量は,標準状態 0℃ (273K),1 気圧 (1 013hPa) における流量とする。

また,使用条件に最も近い状態で表記しても差し支えないが,その場合には,温度及び/又は圧力

を付記する。

圧力及び/又は温度が標準状態と異なる場合の補正は,次の式による。

Q

V0

0

0

V

TP

P

T

Q

ここに,

Q

V

体積流量 (m

3

/h)

Q

V0

: 標準状態換算体積流量 (Nm

3

/h)

T

温度 (K)

T

0

273 (K)

P

測定圧力 (Pa)

P

0

1 013 (hPa)

0

標準状態

また,質量流量 Q

M

と体積流量 Q

V

との間には,次の関係がある。

Q

M

ρ

Q

V

ここに,

Q

M

質量流量 (kg/h)

ρ

測定条件の温度,圧力下でのガスの密度 (kg/m

3

)

4.4

濃度

4.4.1

窒素及び酸素  窒素及び酸素の濃度の測定は,次による。

(1)

測定点  空気を原料とする PSA 装置では,製品ガス出口端に分析用導管を接続して試料ガスを分析装

置に採取する。

PSA

装置は,

通常製品濃度及び圧力の均一化を目的として製品槽を附属しているので,

濃度測定は製品槽通過後の位置で行うことが適当である。原料ガスについての測定も併せて行うこと

が必要な場合は,入口にも分析用導管を接続して試料ガスの採取を行う。

加圧吸着形の PSA 装置(十分高い圧力の製品圧力を発生する装置)では,そのまま分析計へガスを

導入して採取することができる。

PSA

装置出口で製品ガス圧力がほぼ大気圧であって,ガスを採取できない場合は,装置から吸引ポ

ンプを用いて採取するか,又は装置に附属する製品ガス圧縮機の吐出し部から直接若しくは吸引ポン

プを用いて採取を行う。

(2)

測定方法

(2.1)

酸素測定方法  酸素濃度の測定は,次による。

(a)

銅−アンモニア法(JIS K 1101 参照)を用いる方法


4

B 9951 -1993

(b)

オルザット式(JIS K 0301 参照)を用いる方法

(c)

ガスクロマトグラフ法(JIS K 0114 参照)を用いる方法

(d)

磁気風方式(JIS B 7983 参照)を用いる方法

(e)

磁気力方式(JIS B 7983 参照)を用いる方法

(f)

ジルコニア方式(JIS B 7983 参照)を用いる方法

(g)

電極方式(JIS B 7983 参照)を用いる方法

備考  連続的に自動測定するには,上記(c)(g)の方法が適している。

(2.2)

窒素測定方法  窒素濃度は,(2.1)で測定した酸素濃度から,次の式によって求める。

C

N

=100−C

O

ここに,  C

N

:  窒素濃度(体積%)

C

o

:  酸素濃度(体積%)

上の式によって窒素濃度を求めた場合,若干のアルゴン分を含んで窒素とみなすことになる。窒

素,酸素及びアルゴンをそれぞれ成分ごとに測定するには,ガスクロマトグラフ方法を用いる。

(3)

測定条件  濃度測定では,定常状態になっているかどうかが測定結果に大きな影響を与えるので,装

置運転始動後定常状態になったことを確認してから測定を行うことが重要である。

備考  装置始動後の濃度の安定化時間の目安は,次のとおりである。

(1)

小形装置(製品発生量が 10l/min 未満の装置)では,1 時間。

(2)  (1)

以外の中形の装置では,4 時間。

(3)

操作条件を変更した際には,小形装置(製品発生量が 10l/min 未満の装置)では,30 分。

(4)  (3)

以外の中形の装置では,4 時間。

(5)

大形の装置では,長期的な安定状態が得られるまでの時間は,規模によって異なるが,約 1

週間を要する。しかし,およその装置性能を知るための濃度測定は,4 時間程度の安定化時

間で行ってよい。

  製品ガスの濃度は,定常状態になってからも,吸着工程の始めに高く,吸着工程の終わりに低

い値を示すというように周期的に変動するので,濃度の測定は一定時間連続して行い,その平均

値を採る必要がある。

備考  連続して測定する期間の目安は,次のとおりである。

(1)

小形装置(製品発生量が 10l/min 未満の装置)では,5 サイクル以上。

(2)  (1)

以外の装置では,10 サイクル以上。

測定した濃度は,PSA 操作の運転条件(サイクル時間,運転圧力,製品ガス取出し量及び室温)と密接

な関係をもつので,濃度測定に併せてこれらのデータを採り,付記することが望ましい。

4.4.2

湿度  湿度の測定は,次による。

(1)

測定点  PSA 装置の入口及び製品出口で測定する。入口ガスの湿度は,通常加圧の前後で変わるので,

測定点が加圧の前か後かを明記する。

(2)

測定方法  入口ガスの測定は,JIS Z 8806 による。ガス温度の測定値と併せて絶対湿度又は露点が得

られる。製品空気の湿度の測定には,各種の連続的露点計,すなわち,塩化リチウム式露点計,五酸

化りん水電解露点計,酸化アルミニウムを検出素子とする電子式露点計,水晶発振子式露点計などが

使用できる。

(3)

測定条件  湿度を絶対湿度又は露点で表示する場合,圧力及び温度条件を付記すること。

備考  装置起動後の濃度の安定化時間の目安は,操作条件の設定後 12 サイクル以上の運転時間とする


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B 9951 -1993

こと。

連続して測定する期間の目安は,10 サイクル以上とすること。

4.4.3

その他のガス  PSA で分離されるその他のガスには,二酸化炭素,一酸化炭素,水素などがあり,

これらの測定は,次による。

(1)

測定点  試料ガスを分析装置に採取するには,PSA 装置の原料ガス入口及び製品ガス出口端に分析用

導管を接続して行う。

備考  その他のガスを扱う PSA 操作では,特定の装置から発生される分離回収目的成分を含むガスを

原料として分離操作が行われるため,原料中の目的成分の濃度の測定が必要である。

原料ガスの組成が一定していないことも多いため,原料ガスの貯槽が設置されている場合は,

貯槽から分析用ガスを採取することもやむを得ない。ただし,この場合は濃度の時間変化を連

続的に測定する必要がある。

製品ガスについては,通常,製品濃度及び圧力の均一化を目的として製品槽を附属している

ので,濃度測定は製品槽通過後の位置で行うことが適当である。

(2)

測定方法  ガス濃度の測定は,ガスクロマトグラフ法(JIS K 0114 参照)によるのが適当であるが,

赤外分光分析(JIS K 0117 参照)又は検知管(JIS K 0804 参照)を用いることもできる。

備考  高濃度ガスの濃度測定にかかわる日本工業規格として,次のものがある。

(1)  JIS K 1106

(2)  JIS K 0512

(3)

測定条件  酸素及び窒素を精製する PSA 装置の場合に準じて行う。

4.5

温度  温度の測定は,次による。

(1)

測定点  PSA 装置における流量の補正のために温度測定が必要であるから,温度測定は流量の測定点

とほぼ同一の箇所で行う。必要ならば,室温の測定も行う。

(2)

測定方法  温度測定は,熱電温度計(JIS C 1601JIS C 1602JIS C 1605JIS C 1610JIS C 2533

JIS R 1401

JIS R 1402 参照)

,抵抗温度計(JIS C 1604JIS C 1606JIS C 1611 参照)

,バイメタル

温度計(JIS B 7542 参照)

,蒸気圧式温度計(JIS B 7529 参照)

,棒状温度計(JIS B 7528JIS Z 8705

参照)などによる。

(3)

測定条件  温度測定は,流量測定と同時に行う。

4.6

消費電力  消費電力の測定は,次による。

(1)

測定方法  測定計器として,JIS C 1211 又はこれと同等以上の電力計,及び JIS C 1102 の 1.5 級以上,

又はこれと同等の周波数計・電圧計を用い,定格周波数の交流又は直流の定格電圧を加え,PSA 装置

を正常な使用状態で作動させ,周波数及び電圧が定格値であることを確認した後,吸着,脱離サイク

ルの 10 サイクル以上の間の積算電力量を積算電力計を用いて読み取り,

次の式によって消費電力を算

出する。

消費電力=

測定時間

積算電力量

なお,測定時間平均の消費電力を直接測定することができる計器を用いてもよい。

(2)

測定条件  測定は,製品ガス流量,製品ガス濃度の測定と同時に行い,測定結果には,対応する使用

電源の定格値,製品ガス流量,製品ガス濃度などを付記する。

4.7

安全性


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B 9951 -1993

4.7.1

電気的安全性  電気的安全性の試験は,次による。ただし,JIS C 0702 で規定されるクラス II 電気

機器に相当する PSA 装置は,当該 JIS (C 0702)  に適合しなければならない。

また,医療用 PSA 装置は,JIS T 1001 及び JIS T 1002 に準拠するものとする。

(1)

試験項目

(a)

耐電圧試験

(b)

漏れ電流試験

(c)

絶縁抵抗試験

(2)

測定方法  特に定める場合を除き,JIS Z 8703 に規定する常温 (5∼35℃)  常湿 (45∼85%)  で,かつ,

標高 1 000m 以下の場所で行う。

(a)

耐電圧試験  使用電源が交流の場合の耐電圧は,充電部と地絡するおそれがある非充電金属部との

間に周波数 50Hz 又は 60Hz の正弦波に近い 1 000V(定格電圧が 200V のものは 1 500V)の試験電圧

を連続して 1 分間加えたとき,異常がないこと。

使用電源が 50V 以下の直流の場合は,上記の試験電圧を 500V にして試験する。

耐電圧試験器は容量 500VA 以上で,電圧計は JIS C 1102 の 2.5 級以上,又はこれと同等以上のも

のを用いる。

備考  使用電源が 50V 以上の直流の場合は極めてまれであるので,特に規定しない。

(b)

漏れ電流試験  漏れ電流は通常の使用状態において,定格電圧に等しい電圧を加え,人が触れる非

充電金属部と大地との間に 1K

Ωの抵抗を接続して流れる電流を測定し,その値が 1mA 以下である

こと。

測定器は,JIS C 1102 による 2.5 級以上,又はこれと同等のものを用いる。

(c)

絶縁抵抗試験  絶縁抵抗は,充電部と地絡するおそれがある非充電金属部との間の絶縁抵抗を JIS 

C 1302

又は JIS C 1303 の絶縁抵抗計を用いて測定し,その値が 1M

Ω以上であること。

4.7.2

機械的安全性  機械的安全性の試験は,次による。

(1)

試験項目

(a)

耐圧試験

(b)

気体漏れ試験

(c)

落下試験

(2)

試験方法

(a)

気圧による耐圧試験を行い,試験方法は,JIS B 8270 の 11.6(耐圧試験)に準拠して行う。

(b)

気体漏れ試験  試験方法は,JIS B 8270 の 11.7.2(気体漏れ試験)に準拠して行う。

(c)

落下試験

運搬可能な PAS 装置に対しては,JIS T 1001 の 8.1.5(携帯形機器及び移動形機器)に準拠して落

下試験を行う。

4.8

騒音  騒音の測定は,次による。

(1)

測定場所  測定場所は,床若しくは地面ができるだけ反射が少ない平たんな場所,若しくは無響室,

又は JIS B 8005 の 5.1 の条件を満足する試験室とする。

測定場所は,測定周波数範囲内で測定値と暗騒音との差が 10dB 以上であることが好ましい。やむ

を得ずレベル差が 4∼9dB のときは,JIS Z 8731 の 6.(特定騒音に対する暗騒音の影響)の

表によっ

て補正する。

(2)

測定点  規定表面は,機器本体表面から 1m の位置に設定する。測定点は規定表面から選び,床上高


7

B 9951 -1993

さは機器本体全高の

2

1

とする。

(3)

測定方法  測定方法は,次による。

(a)  JIS C 1502

による指示騒音計又はこれと同等以上のものを用い,

聴感補正回路の A 特性を使用する。

単位は dB とし,動特性は緩 (slow) を使用する。

(b)

騒音計のマイクロホンは規定表面に垂直に向ける。

(c)

その他,測定方法にかかる事項については,JIS Z 8731JIS Z 8732 及び JIS B 8005 に準拠する。

(d)

各サイクルにおける騒音レベルの最大値の算術平均を騒音の代表値とする。

なお,一般の環境及び作業環境に対する環境騒音の代表値を求める場合は,JIS Z 8731 の 4.3(2)

(間欠騒音を含む環境騒音)に規定する測定法に準拠し,この規格の

附属書の 3.(等価騒音レベル

の求め方)の方法によって等価騒音レベルを求める。

(4)

測定条件  定格の使用電源によって正常使用状態で運転し,PSA 装置の吸着,脱離サイクルの 3 サイ

クル以上の間,連続的に騒音測定を行う。測定結果には,使用電源の定格値,測定場所,測定点など

を付記する。

5.

性能評価法

5.1

製品純度  製品純度は,通常体積基準で表した目的成分の濃度で表す。

除湿の場合は,露点又は絶対湿度(重量基準濃度)を用いる。

5.2

生産容量

5.2.1

出口ガスそのものが製品ガスの場合,生産容量は,次の式によって製品ガス流量で表す。

V

0

Q

V02

W

Q

M2

ここに,  V

0

:  標準状態換算体積基準生産容量 (m

3

/h)

W

:  質量基準生産容量 (kg/h)

2

:  製品ガス出口側を示す。

また,体積の単位に l,時間の単位に min,day,質量の単位に t を用いてもよい。

5.2.2

出口ガス中の目的成分に着目する場合,生産容量は,次の式によって求める。

V

0

Q

V02

C

V2

W

Q

M2

C

M2

ここに,

C

V

:  目的成分ガスの体積分率

C

M

:  目的成分ガスの質量分率

5.3

製品ガス回収率  製品ガス回収率は,次の式で求める。

R

100

V1

1

V

2

V

2

V

×

C

Q

C

Q

又は

R

100

1

1

2

2

×

M

M

M

M

C

Q

C

Q

ここに,  R:  回収率 (%) 

1

:  原料ガス入口側を示す。

5.4

電力原単位  電力原単位は,次の式によって算出する。

(1)

出口ガスそのものが製品の場合


8

B 9951 -1993

体積基準電力原単位 (W・h/Nm

3

)

)

/h

Nm

(

)

W

(

3

容量

体積基準製品ガス生産

消費電力

質量基準電力原単位 (W・h/kg)  =

(kg/h)

)

W

(

容量

質量基準製品ガス生産

消費電力

(2)

出口ガス中の目的成分に着目する場合

体積基準電力原単位 (W・h/Nm

3

)

)

/h

Nm

(

)

W

(

3

ガス生産容量

体積基準製品目的成分

消費電力

質量基準電力原単位 (W・h/kg)  =

)

(kg/h

)

W

(

ガス生産容量

質量基準製品目的成分

消費電力

なお,電力原単位の表示に際しては,製品ガス純度,製品ガス生産容量及び製品ガス圧力を明記す

ることが望ましい。

付表 1  引用規格

JIS B 7505

  ブルドン管圧力計

JIS B 7528

  水銀充満圧力式指示温度計

JIS B 7529

  蒸気圧式指示温度計

JIS B 7542

  工業用バイメタル式温度計

JIS B 7546

  隔膜式圧力計

JIS B 7551

  フロート形面積流量計

JIS B 7983

  排ガス中の酸素自動計測器

JIS B 8005

  内燃機関の騒音測定方法

JIS B 8270

  圧力容器(基盤規格)

JIS B 8330

  送風機の試験及び検査方法

JIS B 9950

  圧力スイング吸着装置用語

JIS C 0702

  クラス II 電気機器の絶縁構造通則

JIS C 1102

  指示電気計器

JIS C 1211

  電力量計(単独計器)

JIS C 1302

  絶縁抵抗計(電池式)

JIS C 1303

  高絶縁抵抗計

JIS C 1502

  普通騒音計

JIS C 1601

  指示熱電温度計

JIS C 1602

  熱電対

JIS C 1604

  測温抵抗体

JIS C 1605

  シース熱電対

JIS C 1606

  シース測温抵抗体

JIS C 1610

  熱電対用補償導線

JIS C 1611

  サーミスタ測温体

JIS C 2533

  熱電対用補償導線心線

JIS K 0114

  ガスクロマトグラフ分析通則

JIS K 0117

  赤外分光分析方法通則


9

B 9951 -1993

JIS K 0301

  排ガス中の酸素分析方法

JIS K 0512

  水素

JIS K 0804

  検知管式ガス測定器(測長形)

JIS K 1101

  酸素

JIS K 1106

  液化二酸化炭素(液化炭酸ガス)

JIS R 1401

  熱電対用非金属保護管

JIS R 1402

  熱電対用非金属絶縁管

JIS T 1001

  医用電気機器の安全通則

JIS T 1002

  医用電気機器の安全性試験方法通則

JIS Z 8703

  試験場所の標準状態

JIS Z 8705

  ガラス製温度計による温度測定方法

JIS Z 8731

  騒音レベル測定方法

JIS Z 8732

  無響室又は半無響室における音響パワーレベル測定方法

JIS Z 8761

  フロート形面積流量計による流量測定方法

JIS Z 8762

  絞り機構による流量測定方法

JIS Z 8765

  タービン流量計による流量測定方法

JIS Z 8766

  渦流量計による流量測定方法

JIS Z 8806

  湿度測定方法

化学工学会  圧力スイング吸着 (PSA) 装置性能試験法 JIS 原案作成委員会  構成表

氏名

所属

(委員長)

竹  内      雍

明治大学工学部

(分科会主査)

川  井  利  長*

神奈川大学工学部

大  野  正  剛*

株式会社東芝

増  山  松  生*

帝人株式会社

倉      登美男*

日本酸素株式会社

鈴  木  謙一郎*

丸谷化工機株式会社

茅  原  一  之*

明治大学工学部

中  村  幸  一*

住友ベークライト株式会社

宮  沢  健  一*

昭和エンジニアリング株式会社

石  田      愈

東京工業大学資源化学研究所

河  野  博  文

通商産業省機械情報産業局

桐  山  和  臣

工業技術院標準部

迫  田  章  義

東京大学生産技術研究所

高  野  和  潔*

山陽電子工業株式会社

横  見  啓  介

住友精密工業株式会社

持  田  典  秋

日本鋼管株式会社

鎌  田  太  一

社団法人化学工学会

備考  *印は,分科会委員を示す。