外行学空分（301）一一氧氮氩三元物系精馏工艺方案的总结（3）

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, `3 R0 K+ ^0 Z; c    与环境温度以上的常规精馏过程相比，深冷条件下的氧氮氩三元物系一一空气精馏分离有其需要解决的两个特殊问题，一是制冷和液化的问题，环境温度以上的精馏过程，精馏原料和精馏产品在环境温度下均呈液态，而实现精馏分离的前提条件一一气液共存状态，只要利用公用工程蒸汽加热就可以非常容易地实现，而干空气和氧气，氮气，氩气在环境温度下呈气态，同时也没有可利用的公用工程对干空气进行冷却使其液化，从而实现精馏分离的前提条件一一气液共存状态！通过采用以干空气（纯化后的空气）为循环工质的开式热泵一膨胀制冷液化工艺方案，实现了干空气的液化，才能为氧氮氩三元物系一一空气的精馏分离创造气液共存的前提条件。但这只解决了氧氮氩三元物系一一空气精馏分离的一个特殊问题。而深冷条件下的氧氮氩三元物系一一空气精馏分离的第二个特殊问题即精馏过程供冷供热方案并没有得到解决，因为仍然没有可利用的冷源，热源（例如蒸汽，冷却水或其它的热源，冷源）可以实现氧氮氩三元物系一一空气精馏过程的供冷供热！正因为如此空分装置的精馏过程又被称为自热精馏过程。深冷条件下氧氮氩三元物系一一空气精馏过程的供冷供热方案是如何解决的呢？
: m) x6 L. b  A) Z& F6 ?     其实在环境温度以上的精馏过程，除了采用公用工程蒸汽，冷却水实现的标准常规精馏过程外，还有所谓的双效精馏及多效精馏和单热泵及多热泵（开式热泵）技术，都是利用压力低沸点组分气体或者压力高低沸点组分混合气体的冷凝潜热和减压后的低沸点组分液体和高低沸点组分液体的蒸发潜热给精馏过程供冷供热，从而大幅度降低环境温度以上的精馏过程的公用工程一一蒸汽，冷却水消耗！其实运用所谓的单热泵及多热泵（开式热泵）技术的精馏过程，理论上己经可以实现环境温度以上的精馏过程的公用工程一一蒸汽，冷却水消耗为零（也就是所谓的自热精馏），但考虑到精馏过程的热量平衡及精馏过程的启动（对应于深冷条件下精馏过程的冷量平衡，本质上是气液平衡），才在保留了蒸汽再沸器和冷却水冷凝器的基础上采用单热泵及多热泵精馏技术！深冷条件下的氧氮氩三元物系一一空气精馏过程的供冷供热方案当然只能是压力气体冷凝潜热供热和减压液体蒸发气化潜热供冷即开式热泵供冷供热方案，除此之外没有任何可用的公用工程一一冷源，热源（例如蒸汽，冷却水）实现精馏过程的供冷供热！
$ Y) }( J! Y9 V     在深冷条件下的氧氮氩三元物系一一空气精馏过程的两个特殊问题通过采用空气开式热泵一膨胀制冷液化方案及开式热泵供冷供热方案得到解决后，深冷条件下的氧氮氩三元物系一一空气精馏过程和环境温度以上的精馏过程也就没有任何本质上的不同，如果一定要找出它们之间的不同，那就是环境温度以上的精馏过程，精馏原料和精馏产品均呈液态，而深冷条件下的精馏过程精馏原料和精馏产品常温下呈气态，环境温度以上的精馏过程，精馏原料输送采用泵送，而深冷条件下的精馏过程精馏原料输送采用压缩机输送而己。环境温度以上的精馏过程需要解决的问题也就是氧氮氩三元物系一一空气精馏过程需要解决的问题！具体来说有那些问题呢？一是二元物系的精馏组织工艺方案和计算，这是基础也是核心，二是多元物系的依次精馏组织方案和依次精馏组织方案的优化，依次精馏的意思就是多元物系的精馏分离，需要分解为多个的近似二元物系精馏过程，而每一个近似二元物系精馏过程只能得到一个合格的组分产品，而只有最后一个依次精馏过程可以同时得到两个合格的组分产品。这就是说n元物系的完全精馏分离，至少需要n-1个精馏过程（精馏塔）的原因，氧氮氩三元物系一一空气完全精馏分离至少需要两个完整的精馏塔！
     精馏技术是在蒸馏和冷凝技术的基础上发展起来，相对于手工业时代的蒸馏和冷凝，精馏技术的主要改进有以下的内容，一是在精馏塔内增加了填料和塔板，强化高低沸点组分的热质交换。二是在冷凝过程中增加了低沸点组分液体回流（蒸馏过程原来就有回流，称为回流气，提馏气）。这样就可以实现高低沸点组分的完全精馏分离。而不需要象蒸馏一冷凝那样为了提高低沸点组分产品纯度而重复蒸馏一冷凝！在一个完整的精馏塔中就可以实现二元物系高低沸点组分的完全精馏分离。
: J! a  e3 k$ q0 g# O: y; I    精馏技术教科书中所谓的标准常规精馏工艺方案。双效精馏及多效精馏工艺方案。单热泵及多热泵精馏技术，或者空分行业的单塔工艺方案，双塔工艺方案都是针对二元物系精馏分离而言，至于三元物系和多元物系精馏过程则必须分解为两个或者多个精馏过程才能实现完全精馏分离。
    环境温度以上的精馏过程，精馏原料和精馏产品常温下均呈液态，精馏原料液体经泵送在主换热器与返流的高低沸点液体产品换热后从精馏塔中部进入参与精馏。精馏塔底部设置蒸汽再沸器，蒸汽冷凝加热使精馏塔底部的高沸点组分气化形成回流气，对下降液进行提馏（蒸馏），未气化的高沸点组分液体作为产品在主换热器与精馏原料液体换热后引出。在精馏塔顶部设置冷却水冷凝器，冷却水冷凝器冷却使精馏塔顶部的低沸点组分气体液化，一部分作为回流液，对上升气进行洗涤除去上升气中的高沸点组分。一部分在主换热器与精馏原料液体换热后引出。沸点不同的二元物系在一个精馏塔中实现完全精馏分离，得到高低沸点组分产品，两者的提取率均可以达到100%（实际工程条件下，高沸点组分产品中含有少量低沸点组分产品，反之亦然。因此提取率只是接近100%）！这本来就精馏和蒸馏-冷凝的本质区别！
   

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   开式热泵精馏的有效能效率（即能耗水平）等于开式热泵供冷供热有效能效率和精馏本身有效能效率的乘积，需要同时对开式热泵供冷供热有效能效率和影响因素和精馏本身有效能效率的影响因素分别进行分析，只有两者都处于最优有效能效率才能实现开式热泵精馏有效能效率的最优。

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在解决了开式热泵一膨胀制冷液化工艺方案，及开式热泵供冷供热方案后，深冷条件下的氧氮氩三元物系一一空气精馏过程和环境温度以上的三元物系精馏过程并没有本质上的不同。两者需要考虑和解决的问题完全是一样的。