外行学空分(25)一一开式热泵的特点

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     所谓的热泵本质上是热力学第二定律表达方式之一热功转换的卡诺循环的逆循环。就其形式而言有所谓的闭式热泵和开式热泵之分，而闭式热泵又有压缩型热泵和吸收型热泵，所谓的闭式热泵就是大家熟知的常规热泵，运用于精馏过程的热泵都是压缩式的开式热泵，它有着不同于常规闭式热泵不同的特点。
      现在我们总结一下运用于精馏过程的压缩型开式热泵的特点。第一个特点是运用于精馏过程的开式热泵的循环工质采用精馏原料，精馏中间产物及低沸点精馏产品，循环工质从精馏塔中引出又参与精馏过程。如果选用精馏原料作为开式热泵循环工质，从形式上看热泵循环工质不是来自精馏塔但这只是表面现象，本质上仍然是来自精馏塔，只不过其复热常温压缩过程和精馏原料压缩及与精馏产品换热过程重合合并而已！当选择精馏中间产物及低沸点产品作为热泵循环工质时，其热泵循环工质压缩只能在复热常温和深冷压缩中二选一。运用于精馏过程的开式热泵的第二个特点是它只有高温高压换热器（即压力循环工质气体冷凝器）而没有普通常规闭式热泵中的低温低压换热器。我们一般把这个开式热泵唯一的换热器称为冷凝器，如空气冷凝器，氮气冷凝器，粗氩气冷凝器，富氧空气冷凝器。其作用在于压缩后的循环工质气体在冷凝器中冷凝放热使精馏塔中的液体气化同时自身液化，就精馏过程而言其作用相当于再沸器，液化后的循环工质经过冷节流減压后温加入精馏过程作为回流液，其作用相当于标准常规精馏过程的冷却水冷凝器。运用于精馏过程的开式热泵其再沸器和冷凝器是合二而一的（中间有一个压力循环工质液体节流减压阀）。第三个特点是运用于精馏过程的开式热泵从精馏过程吸收热量又向精馏过程放出热量，而一般的热泵要么从环境吸收热量要么向环境放出热量，根据制冷制热不同而不同！
  ]% b# Y- [9 g; x7 c) T. F" a! x   在判明深冷空分的所谓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流程后，我们就非常容易地知道古典单塔流程也是以空气为循环工质的开式热泵供冷供热精馏流程！
9 u1 e/ b/ [% _   认识到精馏过程中运用的热泵是开式热泵而不是闭式热泵是非常重要的一件事！如果以闭式热泵的框框在深冷空分装置中寻找热泵，那肯定是眼空无物一无所得！只要对单热泵及多热泵技术在精馏过程性运用的案例稍有了解并进行思考，就会发现单热泵及多热泵技术中的热泵不是常见的标准热泵(闭式热泵)而是一种特殊的热泵一一开式热泵。
- L  Z. s, U. A4 I! O   以上的內容我们都是强调开式热泵和闭式热泵的不同，但就对精馏的作用而言开式热泵和闭式热泵并无不同，理解这一点非常重要，理解了这一点就会明白，无论是古典单塔流程和新单塔流程的根流程在精馏上存在什么样的缺点，它们都是正途，它们的缺点通过多热泵供冷供热方案改进都可以得到克服，而采用一拖二热泵的双塔流程则是歧途，它的一拖二热泵虽然非常精妙，但开式热泵供冷供热有效能效率却是很低的。真正的要害在于所谓的双塔流程完全限定了空气开式热泵精馏工艺方案的供冷供热方案，而供冷供热方案的能耗是精馏能耗的主体部分，这就堵塞了通过供冷供热效率提高降低精馏能耗的可能性及通过多热泵供冷供热方案进一步提高精馏本体部分效率的可能性！以至于在目前深冷空分装置中设备性能参数及实际工程条件己经接近极限的情况下，空分装置的有效能效率依然在30%以下！

Yb2021

开式热泵和闭式热泵的不同特点决定了其适用范围的不同，闭式热泵的循环工质与热源体冷源体完全隔离，它们之间只有热量交换，适合于制冷制热如空调冰箱空气能热水器。而开式热泵则适合于精馏过程和蒸发过程如工业制盐。