外行学空分(103)一一再论热泵

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  在深冷空分教科书中，有关深冷空分原理部分的内容本身就非常单薄，大约只有十几页的篇幅，主要内容包括空气制冷和液化，这里制冷绝不是大家熟悉的热泵制冷，而是等温焓差，膨胀制冷，而液化则是开式热泵一膨胀制冷液化联合工艺方案（在深冷空分教科书中只讲了空气压缩与液化，并没有对其进行原理性的讨论）。这些都属于热力学第一定律即能量守恒定律的实际运用。另外还有液空的多次重复蒸馏操作，这大概也是许多的深冷空分文献中至今把空分塔叫做蒸馏塔的出处吧，其实精馏塔和蒸馏塔虽有联系但有重大区别的分离技术，是精馏技术不同的发展阶段。精馏塔和蒸馏塔的重大区别在于精馏塔内置填料或者塔板并用低沸点的液相组分作为回流液。而蒸馏塔是没有内置填料或塔板及相应的回流液。目前蒸馏工艺(蒸馏塔)只用于蒸馏酒或者香水这样的奢侈品的生产！在于工业生产中已经基本上完全消失。当然肯定还有塔板数及回流比，气液平衡线及操作线这样的内容。然后就突兀地提出古典单塔制氧流程及古典单塔制氮流程以及可以实现氧氮完全分离的双塔流程(完全没有说明为什么深冷空分流程只有一个冷凝器的情况以至于有的深冷空分技术人员竟然不知道什么是再沸器。)，然后就是论证只有双塔流程可以实现氧氮完全分离而单塔流程不能实现氧氮完全分离，而单塔流程只能制取氧氮单一组分，当然和双塔流程相比毫无竞争力！最后是深冷空分装置的有效能效率的计算结果，完全没有涉及热泵的内容甚至于热泵这个词都没有出现过！
   认识到深冷空分流程是空气开式热泵供冷供热精馏和空气开式热泵一膨胀制冷液化联合装置这个事实(不管你用什么样的词汇比如大热泵)，认识到这个事实本身就具有认识上的颠覆性，因为没有认识到这个事实那天下太平，认识到这个事实那问题就多了去了！真是站着看大地白茫茫一片真干净，蹲下去看遍地蚂蚁！认识到深冷空分流程中存在热泵这个事实就是蹲下去的开始！
  首先的问题是这个大热泵在深冷空分流程中的作用是什么？是制冷还是精馏供冷供热？这个大热泵是闭式热泵还是开式热泵？这个大热泵的循环工质是什么？除了空气可以作为这个大热泵的循环工质外，还有什么可以作为这个大热泵的循环工质？这个大热泵的热泵压缩机对应深冷空分流程中的那台设备？这个热泵的压缩是深冷压缩还是复热常温压缩？这个大热泵的循环量是多少？它和主冷凝器的热负荷是什么关系？它和进入下塔的空气量是什么关系？它和深冷空分流程中回流液的数量是什么关系？它和深冷空分流程中精馏塔内上升提馏气的数量是什么关系？这个大热泵中的高温高压换热器和低温低压换热器对应深冷空分流程中那个换热器？是主换热器还是主冷凝器？是高温高压换热器对应主换热器，低温低压换热器对应主冷凝器？还是相反？或者高温高压换热器低温低压换热器都是对应主冷凝器？这个大热泵的液体减压阀对应的又是那个？这个大热泵如果不是闭式热泵而是开式热泵，那么这个大热泵是如何实现稳态化运行的？这个大热泵驱动的热量是如何实现闭路循环的？问题还有很多可以一直列下去！
   

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深冷空分流程中存在热泵(或者叫大热泵)决不是一般的热泵那样用于制冷或制热，在深冷空分流程中制冷是通过等温焓差和气体膨胀制冷而实现的。而热泵则是为精馏服务的，用于给精馏过程的再沸器供热，同时从精馏冷凝器取走热量，只不过由于深冷空分流程中选择空气和氮气作为热泵的循环工质，常规精馏流程中的再沸器和冷凝器是合二而一的，这就是所谓的开式热泵精馏流程！也是完全自热的精馏流程。