外行学空分(89)一一双塔流程中上塔和下塔是串联还是并联关系

以生产气体产品为主的空分装置有效能效率20%，大约是指：
1Nm3空气在300K时压缩至6bara，空压机电耗300/273.15*101.3*LN(6)/0.7=284.78kJ
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1Nm3空气在环境温度300K时完善分离的最小分离功是：
, |9 c" x/ \6 M- M2 \" R(0.7812*LN(1/0.7812)+0.0093*LN(1/0.0093)+0.2095*LN(1/0.2095))*300*8.314/22.4=62.78kJ

. W+ _0 ]3 Y# k7 ~所以有效能效率62.78/284.78=22%
) C/ V3 `! O1 Q* R" L- _& t
这是粗略估计。李化治《制氧技术》中分离功26%，可能偏大了一点。当然，如果空压机效率更高，而且空气压力更低，也可能接近26%，因为分母变小了。李的数据也是从别的文章中引用过来的，或许原文就没有说清楚。

- w/ q# {; R. F, j0 N空分中每一步骤都有损失，空压机压缩、空气预冷、吸附解吸、主换热器、膨胀机、下塔、上塔、主冷、粗氩冷凝器、粗氩塔……

我明确指出双塔精馏系统有效能效率大约在40一50%，上塔下塔有效能效率在70%左右先生肯定不能同意，但似乎有所心动。看先生的回复先生大体同意深冷空分全装置的有效能效率在20%左右，这一点其实讨论的余地不大，先生认为李化治(制氧技术)中26%的数据偏大，那我们之间就很接近了。很多人都进行了双塔精馏系统及上塔下塔的有效能效率计算，其结果都在90%以上，与我的观点出入极大！首先我认为他们的计算应该没有问题，但要指出他们计算都是采用运用最广泛的系统有效能效率算法，不能说不正确，但是这个运算结果和深冷空分全装置的有效能效率20%的状况矛盾极大！这个问题如何解决？我先提出几个思路与先生探讨，一，其实有效能效率有系统有效能效率和过程有效能效率的区别，还有先生提出的有效能投入产出效率，都是有效能效率的表现方式，那种有效能效率更切合深冷条件下精馏有效能效率实际状况？二，能不能用空气分离最小功与双塔精馏系统有效能损耗值的比值作为深冷条件下精馏系统的有效能效率？毫无疑问用这些方法计算出的有效能效率郝会比用传统的有效能效率计算出的有效能效率低得多，但要说明其合理性却是一个大问题，有效能和有效能效率是热力学中难点，某种程度上是哲学层次的问题但意义很大一且错误会有很大的误导作用，实在太烧脑了。

这个问题现在很清楚了，他们使用的有效能效率计算公式是有严格的前置条件的，整个空气精馏塔包括上塔下塔都不符合这个公式的前置条件，不能用这个公式计算出有效能效率！还是应该老老实实按照可逆过程的最小功及实际过程的实际功的比值来计算出有效能效率是。计算公式是可逆最小功除以可逆最小功和过程有效能耗损之和。

学习了。很深奥

尤总说来说去，还是回到我说的“有效能效率=分离功增量/物理火用减少量”了，因为物理火用减少量=分离功增量+有效能损耗。这种算法的下塔有效能效率是70%左右，上塔效率明显低于下塔，但这种上下塔效率就不能相乘了，只能加权平均，就像压缩机第1级和第2级效率只能加权平均。至于尤总从《制氧技术》上看来的那个70%，说的是筛板塔效率，10块筛板相当于7块理论板，不是说有效能效率70%。

先生认为我计算的有效能效率和分离功除以物理火用的减少是一致的也就可以了，至于其它的细节有机会可以再讨论。先生对深冷空分全装置的有效能效率计算结果我基本上都是同意的，例如全装置的有效能效率接近20%，下塔的有效能效率是70%左右，甚至于上塔的有效能效率比下塔低我也是同意的。至于上塔和下塔是串联关系还是并联关系，我要多说几句。我认为上塔和下塔是近似串联关系肯定不是并联关系，不知道先生有没有计算过空分精馏塔的有效能效率和上塔的有效能效率？我可以提供一个我的估计数，空分塔的整体有效能效率在35%左右，上塔的有效能效率在50%左右，我不能保证数据完全正确，但差距不会太大，欢迎先生指教，如果我提供的数据基本正确，那么空分塔的有效能效率就接近上塔和下塔的有效能效率的乘积而不可能是上塔下塔有效能效率的加权平均，因为无论权数怎么取，加权平均数都不可能低于50%

还有主冷、粗氩冷凝器、过冷器和液空节流等，这些都没有产生分离功，但是有损失，有分母，分子是0，和上下塔粗氩塔等一起加权平均后，就拉低了效率。下塔与上塔的关系，正如空压机的一级和二级，看似串联，实际压能增加与电能减少是并联，分离功增加与冷能减少也是并联。

我让你试试的那个上塔下部最大回流比的问题是很有意义的，你可以用这个方法估计需要进下塔的空气量，或你的单塔流程中需要的循环氮气量。你上次说出了一个循环氮气量，我就说你是氮-氧二元计算结果，只能生产95%纯度的氧气。
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主冷氧潜热是氮潜热的1.39倍，氧潜热是进下塔空气潜热的1.3倍。用这个方法可以估计主冷冷凝氮气量等，但你要先计算出提馏段最大回流比，然后实际回流比可以取最大回流比的0.95倍。