外行学空分(51)一一三元物系的精馏兼回答专家一个问题。

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   空气是一个近似氧氮二元物系的氧氩氮三元物系，二元物系的精馏是精馏的最基本的内容，当我们讲深冷空分古典单塔流程，双塔流程及新单塔流程的时候，实际上都是把空气视为氧氮二元物系，但空气只是一个近似氧氮二元物系而实际上是一个氧氮氨三元物系，虽然氩组分在空气构成中只占1%，但对氧氮气产品纯度却有重大的影响，同时氩气也是一个价值非常高的深冷空分产品，所以就有必要将空气视为氧氮氩三元物系，并讨论其精馏工艺方案。
     当我们把空气视为氧氮氩三元物系的时候，第一个需要解决的问题是依次精馏顺序安排及隔板模型优化问题。按照常规的做法根据氧氮氩三元物系的特性和构成，空气精馏依次精馏第一个精馏塔（主塔）有两个工艺组织方案，一个工艺方案是按照氮一氩氧进行精馏组织，一个工艺方案是按照氮氩一氧进行精馏组织，按照这样的工艺方案，在第一个精馏塔（主塔）顶部可以得到纯度合格的氮气产品，而在第一个精馏塔（主塔）底部只能得到氧氩混合气体（氧纯度在95%左右），这样提馏段的最小回流气液比为0.49！而要得到合格的氧氩气产品，需要在依次精馏第二精馏塔中进行氮氩一氧精馏分离近似氧氩精馏分离，在依次精馏第二精馏塔底部得到纯度合格的氧气产品，在依次精馏第二精馏塔顶部得到氧含量合格的氮氩混合气体，最后在依次精馏第三精馏塔中进行氮一氩氧精馏分离近似氮氩精馏分离。从依次精馏第三精馏塔底部得到合格的氩气产品。按照第二个依次精馏工艺方案，在依次精馏第一精馏塔（主塔）底部可以得到纯度合格的氧气产品，但在第一个精馏塔（主塔）顶部只能得到氧含量合格的氮氩混合气体，要得到合格的氮氩气产品，需要在依次精馏第二精馏塔中进行氮一氩氧精馏分离近似氮氩精馏分离。从依次精馏第二精馏塔顶部得到合格纯度的氮气产品。最后在依次精馏第三精馏塔进行氮氩一氧精馏分离近似氧氩精馏分离才能得到纯度合格的氩气产品。
      以上叙述的是氧氮氩三元物系的依次精馏一般常规精馏组织方案，但在空气中氮气是一个含量最高价值最低的组分，并不要求氮气精馏提取率达到100%，这样当第一个精馏塔（主塔）按照第二个工艺方案氮氩一氧进行精馏组织的时候，通过在主塔精馏段排出污氮气可以在主塔顶部得到合格的氮气产品。这是一个特殊情况而不是三元物依次精馏系精馏的一般情况。其中上塔污氮气引出口以下是氮氩一氧精馏塔。污氮气引出口以上是氮一氩氧精馏塔的精馏段！
$ X7 O9 Y( T3 y    肯定会有人提出在实际深冷空分中是在一个空分塔加一个粗氩冷凝塔中同时得到氧氮氩三个合格产品而不是在两个精馏塔中得到氧氮氩产品，这当然是事实，但在此之前我们首先知道三元物系的一般常规精馏组织方案，只有这样我们才能认识到目前深冷空分实际工艺方案的优越性，有比较才有鉴别吗，连比较的对象都没有，优越性又从何说起，又如何说明现在流程的合理性？
    这就不得不讲一下三元物系和多元物系精馏分离的隔板模型理论，按照隔板模型理论三元物系可以在一个主塔加一个侧塔（也可以是一个隔板塔）中实现三元物系的精馏分离，其能耗优于三元物系在两个精馏塔中依次精馏的工艺方案。按照空气组成及特性空气精馏应该按照隔板四型进行精馏组织，具体来说就是空分塔按照气氮氩一氧进行精馏组织，同时在空分塔提馏段引出富氩馏分（含氩10%，含氧90%）在一个侧塔粗氩冷凝塔中进行氧氩精馏分离。这实际上就是目前深冷空分实际的工艺方案。虽然深冷空分技术人员并不了解什么三元及多元物系的隔板模型理论，其实际工艺方案却完全符合隔板模型理论，这并不奇怪，实践往往超前于理论，理论也是在实践的基础上总结而来的！其实所谓的空分塔加粗氩冷凝塔工艺方案实际上是由两个精馏塔组合而成，其中空分塔氩馏分引出口以上是氧氮氩三元物系精馏工艺方案中的第一精馏塔一一氮一氩氧精馏塔，而粗氩冷凝塔加空分塔氩馏分引出口以下是氧氮氩三元物系精馏工艺方案的第二精馏塔一一氮氩一氧精馏塔！
   在写了近五十篇外行学空分的帖子之后，终于有专家愿意批评指正，我真的十分高兴，昨天己就热泵是否适用深冷精馏表明我的观点，欢迎批评指正。今天再来回答专家另外一个问题，至于请教那就不敢当了。
    低温气体增压效率问题，双原子理想气体进口温度100K，压缩比2，绝热效率百分之八十，求压缩过程的有效能效率？我试着回答一下这个问题，其实这是一个脑筋急转弯的问题，绝热压缩过程的绝热效率就是绝热压缩过程的有效能效率，如何在绝热效率外再去求绝热深冷压缩过程的有效能效率，这不成了骑驴找驴？！当然如果题目的意思是求深冷压缩的系统（分系统）有效能效率，那是另外一个问题。可以参阅能量系统有效能效率分析技术导则（国家标准）中的目标有效能效率的概念及计算公式（6）！其计算结果和深冷压缩绝热效率完全一致！

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   系统可以分解为基本的单元过程，两个以上的过程即构成系统，基本的单元过程例如绝热压缩过程，绝热膨胀过程，换热过程，冷凝过程，蒸发过程，精馏过程，均可以计算过程有效能效率，对于有效能增加的过程。其有效能效率为过程可送输入功（有效能）和实际输入功（有效能）的比值！对于有效能减少的过程其有效能效率为实际输出功和可逆输出功的比值。由多个过程构成的系统。原则上只有有效能衡算而没有有效能效率，只有当系统起始状态为环境状态（死态）的时候。才能计算有效能效率。