外行学空分(79)一一双塔流程成为目前绝对主流程的原因是什么？

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   我在学习深冷空分技术资料中关于深冷空分流程(工艺)的有关內容的时候，虽然理解相关内容没有任何困难，制冷液化和精馏本身就不复杂，压缩和换热更是化工中最基本的单元操作，但总有一种非常奇怪的感觉，其中关于深冷空分流程的叙述方法和得出的结论，对于一个熟悉精馏理论和实践的化工技术人员来说深思之后有匪夷所思的感觉！例如二元物系混合物可以在一个单级精馏塔中实现完全分离是一个常识，而深冷空分教科书认为单级精馏塔不能实现氧氮二元物系的完全精馏分离，有且只有双塔流程可以实现氧氮完全分离（这里不涉及真实空气组成氧氩氮三元物系精馏问题）！例如深冷空分教科书中关于深冷空分流程(工艺)的内容首先讲述的空气制冷液化问题，这可以理解，因为空气制冷或者制液空是实现深冷条件下氧氮二元物系精馏的前提条件，但叙述深冷空分流程时却是从单塔制氧流程和单塔制氮流程说起，然后两个单塔流程组合而形成双塔流程，在这个叙述过程中并没有看到空气制冷(制液空)的具体作用是什么！一个二元组分的混合物的标准常规精馏流程(工艺)是二元物系混合物输送进入单级精馏塔中部，塔顶设置冷凝器，塔底设置再沸器，再沸器和冷凝器分别用蒸汽和冷却使供给或输出热量，从而使高沸点组分液体气化和低沸点组分气体冷凝液化分别作为提馏上升气和精馏段回流液，这样就可以从塔底和塔顶分别引出高沸点组分和低沸点组分从而实现高低沸点组分的完全分离。空气是一个近似氧氮二元混合物，其精馏过程和二元混合物的精馏过程不应该有不同，其唯一的不同就是空气的沸点和地球环境温度相距甚远，我们无法用蒸汽和冷却水作为再沸器和冷凝器的热源和冷源，但精馏过程是则是完全一样的。制冷液化之所以成为了深冷空分的前提条件，那就是制冷的产品液空可以给空气精馏的冷凝器提供自然界中不存在的冷源。深冷空分流程难道不应该从如何利用液空作为空气精馏的冷凝器冷源讲起吗？！
8 n" _1 I3 {0 {7 V) R4 @   既然我们选择了液空作为空气精馏冷凝器的冷源，那么对于深冷空分流程组织来说第二个问题就是应该选择什么作为空气精馏塔底部的再沸器热源？常见的物质是不能作为空气精馏的热载体，用电加热也不可取！唯一可利用的是气体的冷凝潜热！稍加思考就会发现压力空气是不二之选！如果选用压力空气作为空气精馏再沸器的热源，那么采用空气为循环工质的闭式热泵供冷供热的深冷空分流程就呼之欲出了！这个深冷空分流程完全符合精馏的基本原理，没有任何标新立异又非常的自然符合思考的一般逻辑一点也不象深冷技术资料那样突兀跳跃奇妙！这个基本的深冷空分流程供冷供热闭式热泵的空压机和空气输送制冷液化的压缩机是′分开设置的，当然可以进行进一步的优化，但难道它不应该是讨论深冷空分流程的起点吗？还有空分装置中只有主冷凝器而没有与一般二元物系标准常规精馏工艺方案的再沸器和冷凝器，这难道不应该解释一下是为什么。
  f' s8 B- I' ^' M% v# F8 G; B' F2 E   现在我们讨论一下如何从这个以空气为循环工质的闭式热泵供冷供热空气精馏工艺方案而引出深冷空分教科书中单塔制氧流程，单塔制氮流程及可以实现氧氮完全分离的双塔流程。把这个基本流程的低温热泵换热器(冷凝器，由于蒸发压力的不同，同样液空蒸发在精馏塔内可以产生液氮液空富氧液空等不同的回流液)取消，直接把再沸器中的冷凝液空减压后作为回流液并相应把热泵压缩机和空气输送压缩机合并就是深冷空分教科书中单塔制氧流！把这个基本流程中的供冷供热热泵高温换热器(再沸器)取消，相应提高精馏塔压力合并热泵空压机和空气输送制冷压缩机就成为单塔制氮流程，把单塔制氧流程和单塔制氮流程组合起来就形成了可以实现氧氮完全分离的双塔流程。如果选择氮气作为闭式热泵的循环工质，并取消冷低温低压换热器(此换热器的实际过程是液氮蒸发使精馏塔内的气氮液化成为回流液)，这就是新单塔流程。那么这就产生了一个疑问，那就是为什么这个基本的流程被隐藏而让双塔流程成为了一百多年绝对主流的深冷空分流程呢？

Yb2021

   新单塔流程其实就是标准常规精馏流程，区别仅仅在于以低沸点产品氮气为循环工质的开式热泵代替了蒸汽再沸器和冷却水冷凝器实现给精馏过程供冷供热而已。

Yb2021

所谓双塔流程之所以成为深冷空分一百多年来绝对主流的深冷空分流程是深冷空分精馏技术超前及路径依赖的结果。它并不是深冷空分唯一的精馏工艺方案也不是能耗最低的精馏工艺方案。