外行学空分(100)一一二元物系和三元物系问题(三)

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   在没有提氩装置的情况下，引进氩组分进行三元物系的运算会带来许多的争议和问题，而最根本的问题在于氧氮氩三元物系的精馏组织方案和氧氮二元物系的精馏组织方案是非常不同的，不能简单套用。
) K, _) y" f% ?" ~   双塔流程的氧氮纯度是由上塔的精馏状况决定的，大家知道双塔流程其实是由空气为循环工质的古典单塔制氧流程改进，其改进就是在主冷凝器中增加塔板和填料将液空精馏分离为液氮和富氧液空并分别进入上塔作为回流液！这样以空气为循环工质的单塔制氧流程就变为可以实现氧氮完全分离以富氧空气，氮气为循环工质的双热泵精馏工艺方案。所谓新单塔流程就是以氮气为循环工质的可以实现氧氮完全分离的单塔流程。新单塔流程和双塔流程在精馏上其实是一样的，其区别仅在新单塔流程是单热泵工艺方案而双塔流程是以空气为循环工质的一拖二开式热泵精馏工艺方案，其中下塔是以空气为循环工质的一拖二开式热泵转换塔，是开式热泵供冷供热方案的一部分！那么新单塔流程能否也有富氧液空作为回流液呢？当然可以！而新单塔流程是以氮气为循环工质的单开式热泵精馏工艺方案。除了以以氮气为循环工质的单开式热泵代替蒸汽再沸器和冷却水冷凝器实现精馏过程供冷供热外，就精馏本位而言。和标准常规精馏完全一致，是标准常规开式热泵精馏工艺方案！
     新单塔流程可以也应该采用空气氮气双热泵工艺方案，以小时处理50000NM3干空气为例说明如下，当把空气视为氧氮二元物系的时候，干空气压缩量50000NM3，空气两段压缩空压机出口压力4.2bar，其中10000NM3经主换热器与返流气换热后进入设置在空分塔底部的空气冷凝器中冷凝为液空经过冷后送至空分塔中部作为回流液。另40000NM3压力空气涡轮增压后经主换热器换热后进入膨胀机膨胀制冷，膨胀后的空气进入空分塔参与精馏。返流氮气22000NM3经两段压缩至5.4bar，在主换热器与返流气换热后进入空分塔底部的氮气冷凝器中冷凝为液氮过冷后送至空分塔顶部作为回流液。这样在空分塔顶部可以得到纯度99.9%（含氧0.1%）的氮气，在空分塔底部可以得到纯度99.5%（含氮0.5%）的氧气。当把空气视为氧氮氩三元物系的时候，其它参数保持不变，将进入空气冷凝器的空气数量从10000NM3增加至25000NM3，相应减少膨胀制冷空气数量。这样从空分塔底部可以得到纯度99.5%（含氩0.5%）的氧气，但必须引出大量的污氮气，才能从空分塔顶部可以得到纯度99.9%的氮气。这样实际上是两个精馏塔的组合，其中污氮气引出口以下是氮氩一氧精馏塔近似氧氩精馏塔，污氮气引出口以上至空分塔顶部是氮一氩氧精馏段的精馏段！当然当空气视为氧氮氩三元物系的时候，更合理的基本工艺方案是以空气氮气工艺氩气为循环工质的三热泵工艺方案。不但可以保证氧氩氮组分产品纯度及接近100%的提取率！但需要考虑依次精馏组织方案及隔板模型优化组织方案，开式热泵供冷供热方案也需要重新考虑！
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Sunqh

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以上面的数据计算一下功耗。环境温度都取300K，压缩机效率都取0.7，循环氮气压力比空压机压力低20kPa(下塔15kPa+分子筛阻力5kPa)。
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双塔流程，只有一台空压机，功耗：
8 e6 k! H2 y/ @6 L! K50000*101.3*300/273.15*ln(6)/3600/0.7=3955kW

% @1 h2 l* v$ B, [$ Y6 a你的单塔流程有3台压缩机，功耗分别是：
空气输送压缩机50000*101.3*300/273.15*ln(2.5)/3600/0.7=2018kW
. L* @: ~+ ^6 z- Q6 U% ?0 f氮气循环压缩机26000*101.3*300/273.15*ln(5.8)/3600/0.7=2023kW
; T8 D( {" P7 w) k1 T& E富氧空气压缩机16000*101.3*300/273.15*ln(2.4)/3600/0.7=618kW
2018+2023+618=4659kW
3 U& D5 K, E' @( t
& a6 T4 p! U6 y( s; z哪个功耗大？一台压缩机与3台压缩机哪个价格高？主换热器换热气体量50000与92000(50000+26000+16000)哪个价格高？

Sunqh

厦门大学化工系对空分可能还是比较生疏，我觉得华中科技大学、西安交通大学和北京科技大学对空分研究多一点，其中华科大在流程上，西交大在机械上，北科大则侧重于运行。个人看法，不知对否？

Sunqh

尤总最大的误解是认为搞空分的都不懂热泵，热泵与制冷实际是一回事，制冷是空分中的重要一环，搞空分的不懂热泵能说得过去吗？

王凌生

版主写的东西我都看不明白。

Sunqh

如果提氩，按尤总的说法，还要增加粗氩气循环压缩机，粗氩气压力既要能蒸发塔底液氧，冷凝后的粗液氩还要能送至粗氩塔顶，粗氩塔理论塔板数很多塔顶很高，你怎么送上去？再增加粗液氩输送泵？

( j* l( t; o' x: A8 ?: s: P: F& }即使只考虑蒸发塔底液氧，不考虑粗液氩的输送问题，尤总的粗氩气压缩机功率也需要达到400kW左右，这个再加进去，尤总的新单塔流程能耗比双塔流程高出多少了？
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$ ^1 ~) E2 f6 f1 E尤总不妨将厦门大学的新单塔流程论证报告晒出来，让大家看看哪些方面搞错了。

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先生的计算是正确的，和厦大论证报告中结果是一致的。这是新单塔流程和双塔流程基本流程在产品方案液气比接近于零的情况下的比较结果。但帖比较的新单塔流程加一个热泵之后与双塔流程的精馏能耗的比较，精馏部分能耗和全装置的能是一个既有联系又有重大区别的问题，两都比较结果可以有重大的差异，因为深冷空分装置包括制冷和精馏两部分，全装置的能耗是它们综合的结果。

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至于先生说的制冷和热泵是一回事，先生太随意了，如果在一般语境下，不但制冷也包括制热(如冰箱空调空气能热水器)本质上都是热泵。但深冷空分语境下，制冷和热泵完全是两回事！深冷空分中的制冷是等温焓差，是膨胀制冷，是气体液化！本质上是热力学第一定律的范畴，而热泵则是热功转换是卡诺循环的逆循环，是热力学第二定律的范畴。在深冷空分语境下热泵只与空气精馏有关，而与制冷完全无关。请先生深思。

Yb2021

  当把空气视为氧氮二元物系的时候，新单塔流程必须采用空气氮气双热泵工艺方案，当把空气视为氧氮氩三元物系的时候，必须采用空气氮气工艺氩气叁热泵工艺方案。