外行学空分(112)一一一点心得(5)

你的新单塔实际上没有对精馏系统作任何改进，只是“原来烧煤的，你改烧石油天然气”。你减少主冷热负荷，就相当于一个电厂，原来每天烧煤2000吨，你用行政命令降至1800吨，不做其他任何改进，仅此而已。减少200吨煤，要么少发电，要么生产维持不下去，总之有后果的。你的新单塔减少主冷热负荷的后果是氧气纯度达不到要求。

几何无王者之道，技术岂有捷径？

“热泵提氩提馏段最小气液比是多少呢？0,05！”更是无中生有！尤总不会连相对挥发度都没听说过吧？《制氧技术》和《新编制氧工问答》上不一定有这个概念，但是别的书上有。《新编制氧工问答》上有为什么分析气氧和液氧纯度不相等的解答，大概是说气氧99.4%，而液氧是99.6%，液氧高一些，实际上这就有个相对挥发度问题，(0.6%/0.4%)/(99.4%/99.6%)=1.5
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& v$ c% E* b0 P) f2 [8 ]8 r你的热泵提氩提馏段最小气液比明明就是0.65左右，哪来的0.05？
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尤总的人脉和商务运作能力确实厉害，令我等佩服！如果不是技术上站不住脚，一定可以成功！

/ ?) t. b" C4 e& e上传一篇制氩文章，其中有提到粗氩塔底部氩-氧相对挥发度1.5，供尤总参考，作者是50年代浙大化工系毕业的，教授级高工
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再上传一篇徐老的文章

还有尤总的“氮气的压缩量是氧气产量的3,8倍，塔底的氧气气化量当然是氧气产量的3,2倍了！”也是不知所云，主冷氧气潜热是氮气潜热的1.39倍，氮气压缩量是氧气量的3.8倍，氧气蒸发量应该是氧产量的2.734倍，哪来的3.2倍？
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9 d$ r# X0 |6 j; ^$ i$ c. S我很好奇尤总热泵精馏来多级热泵精馏去，却对精馏过程的几个基本概念，如汽液平衡、相对挥发度、最小液气比、最小气液比、操作线、平衡线等没有涉及。你不知道最小液气比气液比是多少，你如何确定热泵负荷？如何确定多级热泵的加入位置和数量？
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尤总说“热泵提氩提馏段最小气液比是多少呢？0,05”从何而来？氩含量0.05，最小气液比就是0.05？哪有这种算法？跟相对挥发度无关？

  先生大年初还给我发帖，真是让人太感动了，如果我再不回复就太不礼貌，先生提了一堆问题又发了一通议论，我应该先回答先生那个问题呢？还是先回答氧氮精馏塔提馏段最小气液比或者最小氧气气化量应该是氧气产量多少倍的问题吧！
, X' t4 G7 \* ]# J' ]4 i5 a) I# s   我曾经在回答先生关于氧氮精馏塔提馏段最小气液比时，随口答道大约在0,4吧。先生回复是0,6，语气似乎很激动，我确实对相对挥发度的概念了解不深，也不会使用相对挥发度计算最小回流比，但空气的理化数据还是记得住的，我只会用空气平衡数据通过物料平衡计算最小回流比(气液比)，当然是最笨的办法，好在最小回流比的计算不需要回归计算，只是解方程而已，我将计算过程叙述如下，请先生批评指正。
   空气平衡数据，空气气相氧气含量20,8%，氮气含量79,2%，平衡液相氧气含量53%，氮气47%。氧气产量10000立方米，假设回流液数量为Y，上升气数量为Ⅹ，则从回流液方面列方程式如下，l0000十X=0,53Y十0,47Y/1,2，其中氧氮冷凝气化潜热比值取1,2，从上升气列方程式如下，0,47Y/(X一0,47Y/1,2)=79,2/20,8。联解方程得x=3550立方米，Y=6900立方米，塔底氧气气化量13550立方米。今天看了先生的回帖氧氮冷凝潜热的比值是1,39，毫无疑问是我记错了，先生是正确的，但将先生数据代入方程式计算后，最小气液比更低了，只有0,47！接近我随口答复的数据。先生确实为难我了，我身边既无资料也无计算软件，至于热泵提氩流程的能耗，我还是坚持我原来的观点，过几天再回复先生，毕竟今天是大年初一啊！我真不忍心打扰先生太多！

不好意思，抄数据的时候出了一些差错，Y应该是23000立方米，氧气气化量应是21500立方米。不如先生远甚！

今天白天我到单位值班，在单位电脑上发的。

尤总这个算法我看不懂，我认为其他人也都看不懂。

回流液体量-上升气量=氧气产量，如果已经设定氧气产量是10000，那就在回流液量与上升气量之间只有一个未知数，不必XY
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关于潜热，1.35atm(主冷氧侧即上塔底部)氧的潜热是5atm(主冷氮侧即下塔顶部)氮潜热的1.39倍；如果压力相等，比如都是上塔的1.3atm，仍是氧潜热大一些，不过只有1.23倍。压力越高，潜热越小，临界压力时潜热是0

1 N+ ]% k6 y; N( d6 f' A6 B) g上塔下部35%的塔板上是没有氮组分的，可以看作只有氧和氩两种组分。

1atm时，与汽相0.792N2+0.208O2平衡的液相是0.479N2+0.521O2；上塔压力1.3atm下与汽相0.792N2+0.208O2平衡的液相是0.497N2+0.503O2
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尤总说的热泵和多级热泵有点道理，但这个计算最小气液比就不知是什么了。我原以为尤总是中科大毕业的，跟诺贝尔哥那些民科不同，应该是可以沟通的。现在看来，也许法液空“不评论”的做法才是对的，我以后不会再扫尤总的兴了，尤总厉害！
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    我求解空分塔提馏段最小气液比的两个方程式是最基本的物料平衡方程式。在空分塔提馏段上升气上升时与回流液接解进行热质交换，回流液中的氮组分不断气化进入上升气中，上升气中的氧组分冷凝进入回流液中，当上升气到达提馏段顶端的时候，上升气的组分和空气组分一致，毫无疑问当上升气到达空分塔提馏段顶部的时候，回流液中的氮组分已经全部进入上升气，同时也有部分上升气中的氧组分冷凝进入回流液中。提馏段底部上升气纯氧数量减去冷凝进入回流液中的氧组分数量就是上升气到达提馏段顶部的氧气组分数量，据此物料平衡列出方程式，就是我求最小气液比的第二个方程式。
   提馏段回流液的组成是与空气气液平衡的液相组成，当回流液下降时，与上升气接解换热换质，回流液中的氮组分气化进入上升气，上升气中的氧组分冷凝进入回流液，到达提馏段底部时，已经成为了纯液氧，液氧气化成为了氧气，一部分作为产品引出，一部分作为上升气，据此列出物料平衡方程式就是我求解最小气液比的第一个方程式。
   先生说看不懂这两个方程式，先生说了理由，既然已经设定了氧气产量，那么回流液数量等于氧气产量加上升气数量，为什么还设置回流液数量这个变量Y？先生的这样想法是错误的，先生的说法要正确成立，有一个前提条件，那就是上升气和回流液氧氮交换是等数量交换，那么上升气和回流液氧氮交换是等数量一比一交换吗？不是！一个分子的氧气进入回流液，就有1,23个(我曾经认为比例为1,2我不如先生远甚！)，这个交换比例就是氧气冷凝潜热和液氮气化潜热的比值！
   正是由于提馏段氧氮交换不是一比一交换，上升气上升时，其数量是不断增大的，而回流液数量是不断减少的，因此提馏段顶部回流液数量并不等于底部回流液数量，当然氧气产量加底部上升气数量并不等于顶部的回流液数量，当然在设定氧气产量的情况下仍然需要设顶部回流液数量这个变量。
4 [+ P( @1 r; V6 ]% A   如果将这两个方程式中氧气冷凝潜热和氮气气化潜热的比值设定为1，解出的最小回流比就是先生用氧氮相对挥发度推笄出的0,6！
   以上说明请先生指教。

回流液量-上升气量=氧气产量，是指同截面，包括提馏段底部、中部和顶部的所有截面。虽然因潜热差异，回流液量和上升气量都在变化，但同截面的两者之差是固定不变的，操作线方程式实际就是物料平衡(M)。
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$ G& v: U# P3 f汽液平衡(E)是指离开同一塔板层的汽相与液相，汽相在塔板之上，液相在塔板之下，并不处于同一层。精馏逐层塔板法计算就是交替使用操作线(M)和平衡线(E)方程，当然也包括热量(H)平衡和组分归一(S)，即所谓的MESH方程组。

" ^" U$ q# _; @& w. _; w回流比也是指同一截面液气量之比，因回流液量和上升气量变化，实际回流比也稍有变化。以下塔为例，进下塔空气1，塔底富氧液空量0.55，塔顶气氮量1.07，塔顶回流液氮量0.62，那么塔底回流比是0.55，而塔顶回流比实际是0.62/1.07=0.579，塔顶大一些。下塔回流比一般是指塔底的0.55

我看出点门道了，尤总还是氮-氧二元理想空气，我说的是氮-氩-氧三元实际空气，我说的上塔下部关键组分是氩和氧。氩-氧相对挥发度1.5，氮-氧是3.5左右，氮和氧精馏分离的提馏段最小气液比当然比氮-氩-氧三元小，很正常。最小气液比也与氧纯度有关，尤总计算时没用到，应该是假定纯度是近似100%了。

日本东京大学节能30%的热泵空分，我估计是生产纯度60%~65%的富氧，生产这个纯度的富氧确实可以比生产99.7%空分节能30%左右，这没什么神秘的。