外行学空分(142)一一氧氮氩三元物系的问题(二)

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3 G. J1 A7 z# g+ _' Y    在学习深冷空分教科书和与深冷空分专家交流讨论中，我一直有几个问题大惑不解，对于深冷空分教科书，我一直不能理解为什么不对深冷空分精馏过程的实际回流比和最小回流比给出明确的定义，为什么没有进行实际回流比和最小回流比的计算，为什么没有解释古典单塔流程的空气冷凝量和膨胀量是如何分配的，双塔流程进入下塔的空气量和进入膨胀机制冷的数量是如何决定的。这都是双塔流程精馏工艺方案中最重要最基本的问题啊。在与深冷空分专家讨论时，我也不能理解为什么深冷空分专家坚持在空分塔提馏段进行氧氩分离，为什么会认空分塔提馏段和粗氩冷凝塔是并联关系（其实是串联关系，空分塔氩馏分引出口以下的提馏段和粗氩冷凝塔构成一个完整的氮氩一氧精馏塔近似氧氩精馏塔，当然如果说粗氩冷凝塔和氩馏分引出口以上一空分塔是并联关系也有道理），这些问题困绕了我很长的一段时间，直到最近才理出了头绪。
     三元物系不能在一个精馏塔中同时制取双高产品这是一个常识，其原因并不是塔板数和回流比！而是由于一个精馏塔只能实现一分为二，而第三个组分不是归于第一组分就是归于第二组分，当然也就不能同时制取双高产品了！但这个常识是有一个隐含的条件，那就是一分为二！
    氧氮氩三元物系空气氮气含量最高但价值最低，氧气含量次之，但氧气是深冷空分装置的核心产品，所以氧提取率是一个重要的指标，氩含量最低但价值也很大是重要的付产品。氩的沸点在氧氮之间，按照一般精馏组织原则，将空分塔作为氧氩一氮精馏塔当然不能同时制取双高产品，氧气纯度只能达到95%，其中含氮0,5%，含氩4,5%！但是在深冷空分这个特定情况下，存在一种可能性，那就是把空分塔视为氮氩一氧精馏塔，这样当然就可以制取合格高纯度氧气产品了，同时通过大量污氮引出也可以制取合格氮气产品，这就可以在空分塔中同时制取双高产品了（这和三元物系单级精馏塔不能实现双高产品的常识并不矛盾，因为三元物系不能在单级精馏塔中实现双高的前提是一分为二，而现在是一分为三！）！将空分塔视为氮氩一氧精馏塔与氧氮精馏塔对精馏段最小回流比影响不大，但对提馏段最小气液比影响就很大了，从氧氮精馏塔的0,5提高至氮氩一氧精馏塔的0,67！按实际回流气液比大于最小回流气液比5%-10%估算实际气液比在0.7-0,73左右，这样情况下氩组分将从污氮中排出，在空分塔顶部得到合格的氮气产品，实现了所谓的双高。
  m  a- F' O6 @" u- v0 |     无论是深冷空分教科书还是厦大的新单塔流程的论证报告，都是将空气视为氧氮二元物系来进行分析讨论，如果将空气视为三元物系时，如果按空分塔作为氮一氧氩精馏塔则计算的结果和氧氮二元物系的分析结论是接近的，当然这样情况是当把空气视为氧氮氩三元物系的时候，空分塔底部的氧气纯度只能达到95%！其中含氩4.5%！|双塔流程进入下塔的空气流量只需要达到氧气产量的3.5倍（空气总量的70%）即可！如果将空分塔视为氮氩一氧精馏塔，双塔流程进入下塔的空气量就要达到氧气产量的4,2倍（即空气总量的85%）！这个和氧氦二元物系的分析结论差距就太大了，差距达到近40%！
    我终于可以理解为什么深冷空分教科书中没有回流液气比，回流气液比的定义，最小回流液气比和最小回流气液比的计算，因为深冷空分教科书的编者，对于氧氩氮三元物系的依次精馏组织方案就没有基本的概念！
   

李化治的《制氧技术》是不是北京科技大学制氧专业的教科书我不清楚，但华中科技大学和西安交大合编的《低温技术原理与装置》却实实在在是华中科大和西安交大制冷低温专业的课本。《低温技术原理与装置》对回流比和最小回流比有讨论，但名称是“气液比”，定义还是回流液体量/上升气体量，即L/V，他没有说明潜热不相等时的L和V怎么算。

空分习惯上的回流比是指L/V，潜热不相等时，一般指“夹点”处的气液量，对于下塔而言，“夹点”一般就在塔底，所以下塔回流比就是塔底回流富氧液空量/截底上升空气量，下塔最小回流比大约是0.52，实际回流比一般取0.55左右，1.06倍，即富氧液空中氧含量0.2095/0.55=0.38

上塔提馏段实际上还能分两个部分，上部是氮与氩氧的分离，此段一般称“上塔中部”，理论板数大约占上塔全部塔板数的1/5；下部是氩与氧的分离，称为“上塔下部”，理论板数占上塔全部塔板数的2/5~1/2，这是由于氩-氧精馏分离要比氮与氩氧的分离更困难。
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从回流液的利用上来看，下塔与上塔上部并联，粗氩塔与上塔中部(氮提馏段)并联，回流液总量一定时，增加并联中的其中一个，另一个必定相应减少。粗氩塔与上塔下部(氧提馏段)串联。
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* _; J8 K% \" e( h* c你的上塔提馏段按氮氩-氧算最小气液比0.6可能是常压1atm绝压的情况，实际上塔压力1.35atm时，最小气液比大约是0.667，即最大液气比是1/0.667=1.5，实际一般都是1.4左右，内压缩流程稍小一点，全低压流程稍大于1.4，全部都是这样的。

  关于夹点准确的含义是什么，请先生解释一下，因为我对这个概念不是很了解，无法与先生讨论。
! Y: N$ t' h# X1 @  D4 N  \, O    最小回流比的计算是精馏的一个基本的问题，高低沸点组分相变热的不同对最小回流比有重大的影响，请先生首先把这个问题搞清楚，如果认为计算最小回流比不需要考虑相变热不同的因素，我们的讨论将很难进行下去，如果认为必须考虑，将先生明确这样情况下最小回流比的计算方法及计算结果，并按照计算结果全面地捋一拧，这样讨论很可能会渐入佳境。

夹点是指液气比不断减小时，最先达到气液平衡的点，即操作线斜率不断减小时，操作线与平衡线最先相交的一个点。
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回流比的定义不同，有好几种，化工中一般指回流液体量与塔顶产品量之比，炼油中一般都是这样算，与空分中回流比概念指L/V不同，空分中的L/V也有回流比、气液比、液气比、内回流比等各种称呼，其实意思都是一样的。你定义塔顶L/塔底V也未尝不可，只要用起来方便就行，当然最好说明一下。

  我再次明确地我的观点。提馏段的气液比只能有一个正确的定义那就是提馏段顶部的回流液和提馏段底部的上升气摩尔数之比，其它的讲法都是错误的。这个问题的关健仍然在于精馏或提馏过程中高低沸点组分是按照一比一交换还是按照高低沸点组分相变热的比值进行交换？如果是前者，则先生的讲法成立！如果是后者则先生的讲法不能成立是错误的。

  回流比最小回流比是精馏最核心的基础内容，避开回流比和最小回流比则对精馏过程也就只能知其然而不知其所以然了。

   任何一个结论都有隐含的前提条件，不讲前提条件而只讲结论现象，就是知其然不知其所以然！