外行学空分(98)一一氧氮二元物系和氧氮氩三元物系问题

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   深冷空分流程就其重要性来说，可以说有以下的几个问题，一是深冷空分流程(包括古典单塔流程，双塔流程及新单塔流程)是否是自热精馏流程即彻底热泵精馏流程，这个问题之所以重要，因为它关系到对深冷空分流程本质认识，如果不能认识到深冷空分流程是化工中常见的热泵精馏流程，那么对深冷空分流程的认识也只能达到知其然的程度，而无法做到知其所以然，无法透过现象看本质！当然也就运用目前已经发展成熟的热泵精馏理论来审视深冷空分流程，从而为深冷空分进一步节能提供方向和启发，同时也可以运用深冷空分(最早实现工业化运用的热泵精馏流程)的丰富实践充实完善热泵精馏理论。
4 u+ t$ b$ k# U3 Y$ |9 U! M0 B; ^& X    深冷空分流程第二个重要的问题是双塔流程和新单塔流程的比较问题。首先它们都是热泵精馏流程，它们的区别仅仅在于它们采用的热泵循环工质的不同，双塔流程采用的空气(精馏原料)作为循环工质，而新单塔流程采用氮气(精馏低沸点产品气)作为循环工质。它们之所以有单塔双塔的区别，也是因为热泵循环工质不同而造成的！采用闭式热泵的标准空气精馏流程当然是空气从精馏塔中部进入，而从塔顶和塔底引出产品氮气和氧气的单级精馏塔，而精馏塔再沸器热量的供给及精馏塔冷凝器热量的取出则由闭式热泵实现。很明显采用闭式热泵的标准空气精馏流程中，原料空气输送压缩机和热泵压缩机(即使采用空气为循环工质)是分设的，精馏塔的再沸器和冷凝器也是分设的。当采用氮气为循环工质的闭式热泵标准空气精馏流程时，我们会发现一个问题，那就是精馏塔顶部的冷凝器是液氮和气氮进行换热，很明显这个冷凝器是有害无益的，取消这个有害无益的冷凝器后，这个流程当然不再是采用闭式热泵的标准空气精馏流程，它就变成了以氮气为循环工质的开式热泵精馏流程即新单塔流程！当采用以空气为循环工质的标准空气精馏流程时，我们很容易想到它也可以向开式热泵流程优化，空气输送压缩机和热泵压缩机可以合并，精馏塔冷凝器同样也可以取消，这样就形成了古典单塔制氧流程，这是深冷空分最早运用的流程，这个古典单塔制氧流程当然存在极大的缺陷，那就是氧提取率低无法实现氧氮完全分离！为了解决古典单塔制氧流程氧提取率低无法实现氧氮完全分离的问题，人们在古典单塔制氧流程主冷凝器中增加一个精馏塔(即下塔)把液空分离成液氮和富氧液空作为精馏塔的回流液，这样不但提高了氧提取率而且实现了氧氮完全分离！这就是目前绝对主流的双塔流程。如何比较新单塔流程和双塔流程的精馏效率高低呢？其实很简单，只要比较采用以空气为循环工质的闭式热泵标准空气精馏流程的热泵空气循环量和双塔流程的热泵空气循环量即可得出结论。三是深冷空分流程的精馏和制冷问题，一个可行的深冷空分流程都是制冷和精馏的综合体，制冷是深冷条件下空气精馏分离的必要前提条件，它不但使空气精馏变得可能，而且为精馏冷损的补偿成了可能，但制冷本身和空气精馏是独立存在的，它也有自己的产品产出，那就是液空液氧液氮液氩等，它们也是要分摊深冷空分装置的能耗和工程造价！标准的双塔流程基本上是没有液体产品产出的，要提高双塔流程的液体产品(如全液体空分装置)那么双塔流程的各参数及流程要发生重大的变化，以标准的双塔流程与新单塔流程进行能耗和工程造价的简单比较是不科学的！这个问题比较复杂，可讨论的问题很多。
; e- J: R) A) A! ]. ]& }( Q; ]& {   最后一个问题是氧氮二元物系和氧氮氩三元物系的问题，这个问题是一个相对于前面三个问题较为次要的问题，其实深冷空分教科书中讨论深冷空分流程时，从来都是将空气视为近似氧氮二元物系，从来不涉及氩的问题，只有在讨论提氩流程时，才把空气视为氧氮氩三元物系，现在在讨论新单塔流程和双塔流程比较的时候，将氩的问题突出出来，似乎氩的存在将对新单塔流程氧氮二元物系的模拟运算结果会将造成的颠覆性的影响，实在太双标了，毕竟空气中氩含量只有百分之一，影响是有的，但不会影响基本结论，这个我有机会会展开讨论。