外行学空分(157)一一如何把粗氩塔理论塔板数控制在100块以内(二)

Yb2021

   产品纯度塔板数和回流比(分为提馏段的气液比和精馏段的液气比)这三个工艺参数中只有两个自由度，给定产品纯度(提馏段是低沸点组分的含量，精馏段是高沸点组分的含量)后，回流比和理论塔板数就是对应关系，或者说实际回流比和最小回流比的比值和塔板数是对应关系，但这有一个隐藏的前提条件那就是整个过程高低沸点组分的相对挥发度不变，如果过程中相对挥发度发生变化，则回流比和理论塔板数虽然仍然是严格的对应关系，但却不能采用计算公式粗略计算给定回流比条件下需要的理论塔板数，需要进行逐板计算或分段计算。
   最大回流比和最小回流比是精馏的一个重大理论问题也是一个重要的实际问题，对于常规精馏流程和以低沸点组分为循环工质的单热泵精馏流程，以低沸点组分为循环工质的单热泵热泵精馏流程和常规精馏流程的区别仅在于用开式热泵代替了蒸汽再沸器及冷却水冷凝器而已，精馏过程本身并无变化！最大回流比和最小回流比也就基本决定了实际可用回流比以及实际可用回流比和最小回流比的比值，再加上分离系数对于精馏过程所需要的理论塔板数也就心中有数了。
   对于二元物系的精馏过程，由于相同压力下高沸点组分的相变热总是大于低沸点组分的相变热，标准常规精馏和以沸点组分为循环工质的单开式热泵精馏流程中其精馏段最大回流液气比总是大于1，而提馏段最大回流气液比总是小于1！粗氩冷凝塔实际上是粗氩精馏塔的精馏段（粗氩精馏塔的提馏段和空分塔氩馏分引出口以下的提馏段合并共用）。但是氩馏分中的氩含量并不是可以自由决定的，它受到空分塔空分塔氩馏分引出口以下的可用理论塔板数及氧气产品纯度及回流气液比的严格约束，只能在12%以下！在一般情况下，如果同时保持原单热泵循环量不变下采用双热泵精馏方案(第二个热泵以50%对50%组成为循环工质)可以大幅度减少精馏过程所需要的理论塔板数，当然前提是精馏过程相对挥发度不发生重大变化。
   在近似氧氩精馏中，以含氩10%的氩馏分作为精馏原料其最大回流液气比和最小回流液气比的比值为1.03，这就决定了无论是采用粗氩冷凝塔流程还是粗氩精馏流程，在要求粗氩气中的氧气含量低于1PPm时，其精馏段所需要的理论塔板数都在200块左右。因为存在精馏瓶颈区，通过增加一个以含氩50%氩馏分为循环工质的热泵（冷凝器设置在粗氩冷凝塔底部，氩馏分进入粗氩冷凝塔处）的双热泵方案，可以减少粗氩冷凝塔需要的理论塔板数，但要减少至100块以内是不可能的，原因在精馏瓶颈区的存在。