外行学空分(110)一一一点心得(3)

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   深冷空分教科书中对热泵无一语涉及，其实深冷空分流程中不但有热泵，而且有两个作用完全不同的开式热泵，一个是用于为空气精馏过程供冷供热输入温差有效能卡诺功的开式热泵，一个是用于空气液化的空气开式热泵一膨胀制冷液化中的开式热泵，它吸收膨胀制冷产生的冷量冷能（空分装置中是返流污氮气，氧气和氮气的冷量冷能）并产生一个冷能增量（压力能转化为冷能）从而实现空气的液化。开式热泵是实现深冷气体液化的必要组成部分，光光是等温焓差，膨胀制冷是无法实现深冷气体液化的，只有开式热泵和等温焓差膨胀制冷相结合才能实现深冷气体的液化。既然深冷空分装置中无论是核心部分空气精馏过程还是必要组成部分空气液化过程，开式热泵供冷供热和开式热泵液化都是必要的组成部分。可是却有深冷空分技术专家曾经提出过这样的问题，为什么在精馏过程中广泛运用最为重要的节能技术热泵，在深冷空分中看不到应用的实例？现在我们已经知道这是一个大乌龙！
4 i) `/ s6 ~1 h. |4 i  精馏技术经历了蒸馏，精馏及热泵精馏三个发展阶段，虽然热泵精馏的理论和技术出现在大约六十年前，但实际上深冷空分流程却是第一个实现工业化大规模运用的开式热泵精馏流程也就是完全自热的精馏流程！只不过这样的事实至今不为深冷空分技术专家及精馏专家深刻认识到而己！至于气体的液化则经历了冷却液化（只适合冷凝温度在环境温度以上的气体），压缩液化即开式热泵液化（只适合临界温度在环境温度以上的气体），开式热泵接力液化阶段（只适合临界温度在环境温度附近的气体），最后是开式热泵一等温焓差制冷液化及开式热泵一膨胀制冷液化阶段！
# q; D& N, z8 j9 K& K4 x& C& i   我们现在非常好奇最先发明深冷空分流程的林德和法液空的技术专家对此有什么样的考虑，当深冷空分流程出现并实现大规横工业化生产的时候，虽然精馏理论和技术仍处在由蒸馏向精馏发展的过渡时期，但热力学的理论已经非常成熟，能够从无到有发明深冷空分流程并实现大规模工业化生产的技术专家毫无疑问都是热力学的大师，虽然当时还没有热泵精馏单热泵精馏及多热泵精馏的理论和概念，但热泵只是热力学的最基本的热功转换卡诺循环的逆循环而己，他们不可能对此毫无感觉，而他们之所以对深冷空分流程采用平铺直叙的方法来说明深冷空分流程而不对深冷空分流程进行任何的理论总结当然也可能有他们的多方面考虑。
- H, ?7 g# {0 w5 t, U+ r   深冷空分技术专家很多时候他们也是热泵制冷的专家，但他们对于深冷空分流程是开式热泵供冷供热精馏流程的事实也是非常排斥的，当然这也有原因，深冷空分流程中的热泵和热泵制冷中的热泵有很大的不同，深冷空分流程中的热泵是所谓的开式热泵而热泵制冷中的热泵是闭式热泵即标准常规热泵！但这并不是不可跨越的鸿沟，但一百多年了，人们依然对深冷空分流程中热泵的存在视而不见却是一个大可奇怪的事情！背后一定有比起闭式热泵开式热泵这样表面原因更大的原因。
& d/ y. j- @) O  I7 I( }3 F0 G4 C   深冷空分流程中的精馏技术是超前的，精馏技术的历史是先蒸馏再精馏，先标准常规精馏再双效精馏和多效精馏，先双效精馏和多效精馏再单热泵及多热泵精馏，最后才是完全自热精馏即彻底的开式热泵精馏。当精馏理论和技术还处在蒸馏向精馏转变的阶段(这点从深冷空分教科书的内容就可以看出，教科书中的内容就反映了这个阶段人们对蒸馏精馏理论和技术的认识水平。)，深冷空分流程就采用了彻底的开式热泵供冷供热精馏流程，这就造成了这样一个意想不到的后果，那就是此后几十年间精馏理论和技术的发展对深冷空分技术的发展毫无指导作用，深冷空分理论和技术也在这个时间发展出了自己的术语及观念规范，成为了一门专门化的理论（其实根本就没有理论可言！）和技术，这一方面让精馏理论和技术专家很难对深冷空分置喙，虽然他们知道深冷空分流程的核心就是一个最基本的精馏过程！另一方面深冷空分技术专家对精馏理论和技术的发展也毫无兴趣！但是当精馏理论和技术由精馏阶段向热泵精馏发展的时候，无论彻底开式热泵精馏流程还是单热泵及多热泵的理论和技术都对深冷空分流程的改进都具备很强的指导作用的时候，他们相互之间已经老死不相往来！这真是前世缘分深厚今生见面不相识的人间悲剧！
' B6 M3 Q% j: B; |" X3 Q1 Z   当有人指出所有的深冷空分流程都是开式热泵供冷供热精馏流程的时候，虽然深冷空分专家非常排斥但实际上已经没有多少的讨论空间。但指出这个事实却是颠覆性的！因为认识到这个事实，马上就会发现深冷空分教科书中所描述的深冷空分流程都是以空气(精馏原料)为循环工质的一拖二开式热泵供冷供热精馏流程，而以氮气为循环工质的开式热泵供冷供热精馏流程（其实是标准常规开式热泵精馏流程）也就呼之欲出了，毫无疑问这是一个可以实现氧氮完全分离的单塔流程！认识到这个事实，也就会明白所谓双塔流程中的下塔其实是开式热泵的一部分，而下塔的存在使同样压缩功的情况下，使热泵供给精馏塔(上塔)的有效能（即开式热泵输出）下降了20%以上！双塔流程和新单塔流程的比较基本的结论也就呼之欲出了，当然可靠精细的结论应该在不同产品方案不同工艺方案配置的情况下通过模拟计算最后确定，但基本的结论已经无法改变！
   当认识到深冷空分流程都是开式热泵供冷供热精馏流程并掌握热泵精馏理论及单热泵及多热泵精馏技术后，目前深冷空分中的两大难题（提氩和制取高纯度气体产品）就再也不是什么大问题了！

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有专家提出双塔流程的下塔对空气进行了初步精馏，以增加20%的能耗实现了30%的精馏任务，是非常高效的，但下塔是热泵的一部分，热泵是闭路循环的，下塔虽然将空气分为了液氮和富氧液空两部分，乍一看确实象空气初步精馏，但从热泵的角度来说，它只是将空气热泵转化为氮气热泵和富氧空气热泵，气氮和富氧空气还要重新混合成为空气，只有这样才能形成完整的热泵循环，所谓初步精馏也就无从说起了，当然要验证这种说法是否成立，丞要通过模拟计算加以验证，模拟计算的结果也不支持下塔实现了空气初步精馏的说法。

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   深冷空分流程是第一个实现工业化大规模运用的开式热泵精馏流程，当时所谓双效精馏多效精馏，单热泵及多热泵精馏的理论和实践还没有出现，还处在蒸馏向精馏转化的历史阶段。

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    虽然精馏是深冷空分技术的核心内容是一个毫无争议的事实，但由于对精馏技术的理论和实践极为生疏和隔膜！对精馏技术的理论和实贱从蒸馏冷凝向精馏升级，标准常规精馏工艺方案向双效精馏及多效精馏优化，双效精馏及多效精馏向单热泵及多热泵精馏工艺方案升级毫无了解！以至于目前制氮工艺方案依然采用冷凝塔工艺方案，氮气产品提取率只能达到75%！以至于至今把以精馏原料空气为循环工质的一拖二开式热泵供冷供热精馏工艺方案称为双效精馏工艺方案（牛头不对马嘴）！当然也就根本无法建立深冷空分精馏的基本理论框架！把一个极为简单的开式热泵供冷供热精馏工艺方案，变成了神秘无比！当然也就无法从精馏塔效率角度及开式热泵供冷供热效率角度提出有针对性的降低深冷空分精馏能耗的方案和措施，以至于目前深冷空分精馏有效率依然在30%以下，却看不到进一步降低深冷空分精馏能耗的潜力和方向！而目前开式热泵供冷供热精馏工艺方案在供冷供热开式热泵循环工质压缩机等温效率70%的设备性能参数下，在目前深冷空分实际工程条件下，开式热泵供冷供热精馏有效能效率一般可以达到50%以上！两者之间差距巨大！