外行学空分（298）一一氧氮氩三元物系精馏工艺方案详解一一氮氩一氧精馏塔

Yb2021

    目前无论是基于双塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案还是基于新单塔流程的氧氩氮三元物系一一空气精馏工艺方案，均采用上塔（空分塔）加粗氩冷凝塔的主塔加侧塔经隔板模型优化后的精馏组织方案。本质上由氮一氩氧精馏塔（依次精馏第一精馏塔）和氮氩一氧精馏塔（依次精馏第二精馏塔）优化组合而成，其中上塔（空分塔）氩馏分引出口以上是氮一氩氧精馏塔，上塔（空分塔）氩馏分引出口以下加上粗氩冷凝塔是氮氩一氧精馏塔！其中氩馏分引出口以下至上塔（空分塔）底部是氮氩一氧精馏塔提馏段，粗氩冷凝塔是氮氩一氧精馏塔的精馏段。进入粗氩冷凝塔的氩馏分既是氮一氩氧精馏塔近似氧氮精馏塔（依次精馏第一精馏塔）的高沸点组分产品又是氮氩一氧精馏塔的精馏原料气！其数量等于工艺氩气压缩冷凝量加工艺氩气产量。
    氩馏分（氮氩一氧精馏塔的原料气及氮氩一氧精馏塔提馏段回流气）有两个重要的工艺指标，一是氩馏分中的氮气含量指标，二是氩馏分中的氩含量指标！其中氩馏分中的氮气含量工艺指标由氩馏分引出口以上的氮一氩氧精馏塔提馏段理论塔板数及实际回流气液比决定，在理论塔板数己定的情况下，基于双塔流程的氧氮氩三元物系精馏工艺方案可以通过调整富氧液空送上塔精馏段和粗氩冷凝器的比例而控制，送上塔精馏段的富氧液空比例大，则氩馏分引出口以上的氮一氩氧精馏塔提馏段实际回流气液比升高，相应氩馏分中的氮气含量降低，反之亦然！基于新单塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案，通过调整进入空分塔底部的空气冷凝器的空气数量加以控制，在其它不变的情况下，增加进入空气冷凝器的空气数量（相应减少用于膨胀制冷的空气数量），则氩馏分引出口以上的氮一氩氧精馏塔提馏段实际回流气液比升高。氩馏分中的氮气含量降低，反之亦然！氩馏分中的氩含量工艺指标由氩馏分引出口以下的上塔（空分塔）的氮氩一氧精馏塔提馏段的理论塔板数，实际回流气液比及氧气产品纯度决定，在理论塔板数已定的情况下，通过增加主冷凝器热负荷，可以降低氩馏分中的氩含量工艺指标，反之亦然！
    无论是基于新单塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案还是基于双塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案，第二精馏塔氮氩一氧精馏塔就精馏而言是完全一致的！区别仅仅在于基于双塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案用来自下塔的富氧液空作为粗氩冷凝器的冷源，气化后的富氧空气返回上塔参与精馏。而基于新单塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案以以工艺氩气为循环工质的开式热泵组织氮氩一氧精馏塔精馏工艺方案而已！基于新单塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案中的空分塔底部的空气冷凝器，氮气冷凝器和空气冷凝器热负荷等于基于双塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案中的主冷凝器热负荷！而以工艺氩气为循环工质的开式热泵中的工艺氩液体蒸发潜热等于粗氩冷凝器富氧液空的气化潜热。
3 e- Z8 o0 `% T$ F    氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案中的氮氩一氧精馏塔（依次精馏第二精馏塔）的产品纯度指标有两个，一是工艺氩气中的氧含量，二是氧气产品纯度指标（含氩量，含氮微乎其微）。大家一定注意到，在讲氧气产品时用的是纯度，而在讲工艺氩气时则不用纯度而用氧含量，这是因为氮氩一氧精馏塔只是近似氧氩二元物系精馏塔，而不是氧氩二元物系精馏塔！工艺氩气是氧氩混合气体（含有少量氮气），而工艺氩气中的氮气含量与氮氩一氧精馏塔的精馏状况无关，而决定于氩馏分中的氮气含量（一般而言，工艺氩气中的氮气含量是氩馏分中的氮气含量的20倍）！也就是说氮氩一氧精馏塔只能保证氧气产品纯度指标和工艺氩气中氧含量指标，这其实就是所谓近似二元物系精馏无法保证双高产品纯度的由来。也是n元物系依次精馏至少需要n-1个完整的精馏塔，一般需要n个完整的精馏塔的由来。
   在氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案中第一精馏塔（氮一氩氧精馏塔）和第二精馏塔（氮氩一氧精馏塔）都是必须的，而第三个精馏塔（精氩塔）则可以根据具体情况而定。
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