外行学空分(182)一一深冷空分单热泵精馏流程(二)

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, R3 o5 {: Z& W! D( ~! k! v7 ^* ]! h    在一般叙述中流程和工艺并没有严格的区分界限，经常混合使用！但从语义上讲流程一般比起工艺更基本更简约，而工艺则更具体更详细，从严格语义上讲同一个流程下可以有许多的不同的工艺方案，而同一个工艺方案下可以有不同的工艺参数。这是一个由简而繁由抽象而具体的过程。
    深冷空分流程都是以精馏原料空气或低沸点精馏产品氮气为循环工质的开式热泵精馏流程，这个开式热泵精馏流程的概括当然是简单而且抽象的，也是更高层次更本质的。我们根据开式热泵循环工质的不同及热泵形式的不同，又可以把深冷空分流程分为以空气作为开式热泵循环工质的古典单塔精馏流程和双塔流程及以氮气为循环工质的新单塔流程，这是比开式热泵精馏流程更具体的深冷空分单热泵精馏流程，这是深冷空分的三个根流程，是第二个层次的。
   从开式热泵精馏流程的角度来说，新单塔流程和古典单塔流程和双塔流程的区别在于开式热泵循环工质的不同及热泵形式的不同，古典单塔流程和双塔流程的区别在于热泵形式的不同，双塔流程是以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，下塔是一拖二开式热泵的转换塔。而古典单塔流程和新单塔流程的不同则是热泵循环工质的不同。
   这三个根流程的优缺点都很突出，双塔流程的优势是从精馏角度而言是双热泵精馏工艺方案，精馏过程效率高，而缺点则是一拖二热泵热泵效率低，双热泵精馏工艺方案一般情况下精馏过程效率总是高于单热泵精馏工艺方案，而一拖二热泵的效率一般情况下总是比一般一对一开式热泵低。古典单塔精馏流程的缺点在于氧提取率较低且不能制取氮气产品，而新单塔流程的缺点在于精馏上它是单热泵精馏。双塔流程的缺点是一拖二热泵，这是双塔流程的本质特征，因此是无法彻底改进的，彻底改进了就不是双塔流程了！而新单塔流程则可以通过采用双热泵精馏工艺方案而提高精馏效率，从而使采用双热泵精馏工艺方案的新单塔流程拥有相对于双塔流程更高的开式热泵精馏总效率(热泵精馏的总效率等于开式热泵供冷供热效率乘以精馏效率)。而古典单塔流程而可以通过增加一个以氮气为循环工质的开式热泵形成双热泵工艺方案，从而解决氧提取率低不能制取氮气产品的缺点。
; z* }0 N& j5 M6 Z! h+ F9 w    这里对精馏效率，热泵效率和开式热泵精馏总效率做一个简单的说明，所谓的精馏效率是有效能效率，其实在热力学术语中，效率都是有效能效率，不是有效能效率则用系数或其它术语。精馏过程实际上并不消耗蒸汽冷却水中的热量和冷量，消耗的是蒸汽冷却水之间的温差有效能，即所谓的卡诺功（也可以理解为广义的热能和冷能）。精馏过程得到的最小分离功和输入的卡诺功（热泵输出的有效能卡诺功，广义的热能和冷能）的比值就是精馏过程的有效能效率简称精馏效率。所谓的热泵效率也是有效能效率，热泵输出的是卡诺功（广义的冷能和热能），而热泵输出卡诺功和热泵循环工质压缩功(这里的热泵压缩功耗是复热常温下的压缩功耗)的比值则是热泵的有效能效率简称热泵效率。热泵效率和精馏效率的乘积则是开式热泵精馏总效率，如果是多热泵精馏，则需要计算出加权热泵效率。热泵精馏总效率等于热泵效率或加权热泵效率乘以精馏效率。对于热泵精馏来说，热泵精馏效率也可以用精馏产品的最小分离功之和和用于精馏的热泵循环工质复热常温下压缩功之和的比值而得出。
   无论是新单塔流程还是古典单塔流程而言在精馏上与标准常规精馏并无区别，只不过用开式热泵代替了蒸汽冷却水给精馏过程提供温差有效能即卡诺功。至于开式热泵精馏流程中只有设置在精馏塔底部上的再沸器(空分中的术语叫主冷凝器)而没有设置在空分塔顶部的冷凝器，这是因为开式热泵以精馏原料或低沸点组分为循环工质，循环工质液体是冷量冷能的载体。这是开式热泵相对于闭式热泵的特征，也是精馏过程中开式热泵已经完全替代闭式热泵的基本原因。
    与常规精馏流程相比，无论是新单塔流程，古典单塔流程，双塔流程都只有一个冷凝器而没有再沸器冷凝器之分，这是开式热泵精馏流程的特征，冷凝器和再沸器是合二而一的。与常规精馏流程相比古典单塔精馏流程和新单塔流程其精馏部分是一样的，其实常规精馏流程在精馏部分和以低沸点产品为循环工质的开式热泵精馏流程是完全一样的。新单塔流程和古典单塔精馏流程从常规精馏流程的角度都是易于理解的，是常规的开式热泵精馏流程！而双塔流程则是不易理解非常规的一拖二开式热泵精馏流程！而从精馏的角度来看，新单塔流程和古典单塔精馏流程的根流程都是单热泵工艺方案，而双塔流程则是双热泵精馏工艺但因为是通过一拖二热泵实现双热泵精馏工艺方案，仍然可以认为是单热泵精馏流程，是二元物系完全自热开式热泵精馏的一个根流程。