外行学空分（53）一一二元物系精馏组织和优化（二）

13605980246

6 O4 k5 I$ n: ?% n( y+ c7 d
5 f2 |, z! }4 \& d5 M       前帖对组分沸点在环境温度以上的二元物系精馏过程组织和优化进行了简单的说明，叙述了组分沸点在环境温度以上的二元物系的标准常规精馏，标准双效精馏及单热泵多热泵精馏技术。
    对于沸点在环境温度以下的精馏过程，除了极少数沸点在环境温度附近的精馏过程可以釆用普通闭式热泵代替蒸汽再沸器和冷却水冷凝器进行精馏过程的组织外，其余沸点在环境温度以下的精馏过程都必须是完全自热的精馏流程即彻底的开式热泵精馏流程。前帖我们叙述沸点在环境温度以上的精馏过程组织和优化中，曾经说过单热泵及多热泵精馏技术如果采用以低沸点组分作为循环工质的开式热泵完全可以实现自热精馏。只不过沸点在环境温度以上的精馏过程，如果采用完全自热精馏流程，取消蒸汽再沸器和冷却水冷凝器，那么精馏过程的启动和热量平衡将成为一个问题。正是由于这个原因沸点在环境温度以上的精馏过程一般都保留蒸汽再沸器和冷却水冷凝器（其实上构成一个热泵，同时又起着精馏启动及实现热量平衡的作用），只采用单热泵及多热泵技术对精馏过程进行优化改进以节约精馏过程的蒸汽冷却水消耗。
    对于组分沸点在环境温度以下的二元物系精馏过程，采用完全自热精馏流程即彻底开式热泵精馏流程是唯一的选择，那么启动及热量平衡（冷量平衡）的问题也就只能克服困难去解决了，而解决的办法就是增加一个空气开式热泵一膨胀制冷液化部分，从而为实现开式热泵精馏的启动和稳态化运行，当然同时也可以制取深冷液体产品，因为除此之外无路可走！
( A# T4 ^4 A  M" P2 Y( R      沸点在环境温度以上的精馏过程采用单热泵及多热泵技术，其最大的难点在于热泵压缩机的设计和制造的困难，正是由于这个原因，沸点在环境温度以上的精馏过程虽然单热泵及多热泵精馏技术拥有相对于标准常规精馏工艺方案及双效精馏及多效精馏工艺方案巨大的能耗优势，但是标准常规精馏及双效精馏和多效精馏的运用还是非常普遍，而单热泵及多热泵精馏技术的运用则并不多见，而完全自热精馏过程则还看不到实际的案例。
    对于沸点在环境温度以下的精馏过程情况则完全不同，一是除了采用完全自热精馏即彻底开式热泵精馏流程外别无选择！其次沸点在环境温度以下的精馏过程无论是精馏原料，精馏中间产物还是精馏产品在环境温度下都呈现气态。均可以采用复热常温压缩（当然也可以选择深冷压缩）这就极大降低了开式热泵精馏工艺方案热泵循环工质压缩机的设计制造的困难。正是由于这个原因深冷空分是世界上第一个规模化工业运用的完全自热精馏流程那彻底的开式热泵精馏流程！
: E% P7 C' H& R- _% @) {    组分沸点远低于环境温度的二元物系完全自热精馏流程即彻底开式热泵精馏流程共有三个根流程，一个是以精馏原料为循环工质的单塔开式热泵精馏流程，二是以低沸点组分为循环工质的单塔开式热泵精馏流程，三是以精馏原料为循环工质的一拖二开式热泵供冷供热精馏工艺方案。分别对应深冷空分中的古典单塔流程，新单塔流程及双塔流程。
2 P5 V3 s# U1 l- H   沸点在环境温度以下的精馏过程的优化当然也只能是采用多热泵精馏技术。就二元物系的精馏过程而言，采用以低沸点组分为循环工质的开式热泵才能实现二元物系的完全精馏分离保证高低沸点组分产品纯度和提取率，如果同时增加一个以精馏原料为循环工质的开式热泵形成双开式热泵供冷供热精馏工艺方案则一般情况下（精馏原料气中高低沸点组分比例，高低沸点组分分离系数的不同，效果是不一样的）精馏效率可以得到大幅度的提高，这就是深冷空分新单塔流程的基本工艺方案。这个双开式热泵供冷供热精馏工艺方案又可分为两个方案，其中一个是氮气空气冷凝器均设置在空分塔底部的工艺方案，另外一个是空气冷凝器设置在空分塔底部，氮气冷凝器设置在空分塔液空入口处的工艺方案。当制取高纯度氮气产品时，适宜采用氮气冷凝器设置在液空入口处的工艺方案，而制取高纯度氧气产品时，适宜干采用氮气空气冷凝器均设置在空分塔底部的工艺方案，但不是绝对的。对于二元物系的精馏过程，由于冷凝器换热温差的限制，一般情况下采用双开式热泵供冷供热精馏工艺方案已经足够，但也不排除在有利及必要的条件下采用三热泵甚至多热泵精馏工艺方案。

Sunqh

' [& @: R% ]" T4 R& ~* Z3 o  U在常温或以上，有效能功确实小于热量或冷量，但在低温特别是深冷温度下，有效能功可以比冷量本身大很多倍。你可以查一下液氢和液氦的最小液化功，然后算一下这些功转化为热量后能将液氢或液氦升高到多少度。
冷量的能质系数计算公式是：(T0/T-1)，环境温度300K时，只要是150K以下的冷量，有效能功都大于其冷量。液氢和液氦的情况更明显，液氮的有效能功是否大于其冷量，要算一下，液氮的最小液化功是0.27kWh/Nm3
! \- i7 k0 A( c2 A  a' U, z绝对0度不可能达到，由冷量的能质系数公式就能看出来，0K时，有效能功是冷量的无穷大倍。

Sunqh

$ E. S8 R9 O1 G& _% `
1 Z5 e' E: e* F# d! @指出一点差错或问题而已，不能说是不屑或刻薄。计算有效能功和热量，最好用软件，单位电脑无此软件。我估计一下，液氮的有效能功应该也大于其冷量。虽然常压下液氮饱和温度接近77K，但只有汽化时冷量的有效能功才是冷量本身的(300/77-1)=2.9倍，其余显热温度是升高的，从77K到300K，要用积分方法计算，平均下来，可能1.5~2.0倍之间。

Sunqh

软件计算结果，常压下饱和液氮的冷量有效能是其冷量的1.776倍。
热量的能质系数公式(1-T0/T)，确实不会大于1，但冷量不一样。
( z2 Q6 s, i8 y9 Q1 C6 w厦大的文章，低温增压站不住脚，但这篇文章也并非一无是处，他说引入氩组分后，有效能损失增大，氧提取率降低，理论塔板数需要增加，循环氮气量要增大，这些都是对的。