外行学空分(156)一一如何把粗氩塔理论塔板数控制在100块以内？

Yb2021

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   氧氩精馏分离确实是精馏过程中一个难度很大的问题，其难度表现在以下几个方面，一是粗氩中的氧含量指标极低只有1ppm！以含氩10%，含氧90%的氩馏分为精馏原料在粗氩冷凝塔中进行冷凝精馏分离，粗氩气和氩馏分中的氧含量相差6个数量级！二是可用的实际回流液气比仅比最小回流液气大很小的一点点，以含氩10%的氩馏分为原料气，最小回流比1.040，最大回流比1.073，最大回流液气比仅仅比最小回流液气化比大3%！这个就决定了粗氩精馏分离过程需要很多的理论塔板数，三是随着氩含量升高氧氩分离系数迅速下降，从1.5降低至1.1！这是基本精馏理论中没有涉及的问题！这个时候实际上只能逐板计算才能确定给定产品纯度和回流比下需要的理论塔板数，或者分段估算才能得到比较准确的理论塔板数。
     我们知道回流比，产品纯度，理论塔板数三者之间只有两个自由度，其中产品纯度是因变量是结果是指标，而回流比和理论塔板数是动变量，是可以调整可以改变的，当然也要受到工程条和供冷供热方式的限制。以精馏段为例，低沸点产品中的高沸点组分的含量以下的计算公式进行估算，低沸点产品中的高沸点组分含量等于精馏段底部上升气中的高沸点组分含量除以[1+（L/L。-1）Xa]的n次方，其中L是精馏段实际液气比，L。是精馏段最小液气比，a是高低沸点组分分离系数，n是理论塔板数。只要提高实际液气比则在产品纯度不变的情况下，需要的理论塔板数就可以减少，例如如果在给定产品纯度下，L/L。=1.05时，需要理论塔板数200，那么当L/L。=1.1时，需要的理论塔板数可以减少至100块。当然以上的估算公式虽然很好地说明了产品纯度，理论塔板数，实际回流比三者之间的关系，但以上的计算公式是有前提条件的，一是精馏过程分离系数保持不变，二是高低沸点组分相变热的比值为1！
- I0 Q* G9 d* f0 C$ p    4月17日空分之家授予我空分专家的勋章，我通知空分之家的主管建议取消理由是名实不符！前几日我发了一个帖子，认为采用双热泵方案可以把粗氩精馏塔理论塔板数控制在100块以内，这是根据一般精馏理论塔板数和回流比的对应关系而推导出来的，并没有进行详细的验证计算(主要是没有条件，同时计算的工作量太大了)！按照一般精馏理论粗氩精馏塔理论塔板数就可以控制在100块以内，深冷专家出激烈批评，我认真看了一下，发现我把问题想简单了，没有考虑到氧氩精馏的特殊性。是一个外行的思维发散，只好老老实实承认自己外行了。不过思路还是正确的，只是没有考虑氧氩冷凝分离的特殊情况，特别是氧氩分离系数随着氩纯度的升高而迅速下降的特性。

Sunqh

我说粗氩塔最少理论塔板数是120+，你弄个增加了提馏段才100块，我还能说什么？你何不更进一步，如何把粗氩塔理论塔板数控制到10块以内？

" s9 H, p+ k. q3 ^, ?空分中加一个热泵有多难？压缩机(还必须是氧压机)、液体泵、换热器一样不能少，而最终的有效能大部分都消耗在这个换热器温差上，精馏过程的改善甚微。用一个都困难，更不要说7个了，而且还都是没用的。

回流比越大，理论塔板数越少，最大回流比对应最少理论塔板数，回流比无穷大时相当于液气比是1，10%Ar到1ppmO2的粗氩塔最少理论塔板数是120+
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你说你那些热泵对粗氩塔精馏是有利还是有害？我只说其中一个，就第4个，16ppm液体回到5.3ppm处，这不就是不同组分的物料混合过程么？精馏是要将各组分分离开来，你再混合起来，小孩子玩搭积木游戏？液体回到的位置应该与塔内液体组分接近，你的气相是5.3ppm，气体流量大约是产量的20倍，设液相中氧含量x，则有20*5.3=19x+1，解出x=5.5，16ppm液怎么能与5.5ppm液混合？
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你那个清华女同学和中科院院士被你连累了你知道不？

Yb2021

精馏段回流比就是液气比！回流比无穷大就是液气比1从何说起？请先生将回流比，液气比，气液比的概念捋一捋，我们再来讨论。

Sunqh

化工中回流比是指塔内回流液体量L与产量D之比，对于精馏段，上升气量V=回流液量L+产量D，这里的V和L是指同一层。化工中回流比R=L/D，D=0时，R无穷大，V=L，液气比L/V=1
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对于某特定的精馏任务，如从90%O2到1ppmO2，要计算所需理论塔板数，可以分为多段，如90%到89%是第1段，89%到88%是第2段……计算出所有各段理论塔板数，再求所有各段理论塔板数之和。计算时，各段理论板数可以是分数或小数。

4 ?! _1 s6 y+ l$ S" v什么情况下理论塔板数最少？各段理论塔板数最少时，所有各段理论板数之和也是最少。或者说，经过1块理论塔板的精馏后，氧含量下降最多，则所需理论塔板数最少。

比如塔内上升气从100ppm再往上1块理论塔板，设上升气量是塔顶产量的n倍，塔顶产品中1ppmO2，设与100ppm气相同一层的液相中氧含量是x，则有100n=x*(n-1)+1，x=(100n-1)/(n-1)，n越大，x就越小，x越小，则与液相x平衡的气相中氧含量也越低，当n无穷大时，x=100，即同一层气相与液相氧含量相同，此时L/V=1，产量是0，这时所需理论塔板数最少。

! H; ^( g) H  {* ?& O同一层液相中氧含量总是在与气相相同和与气相平衡的液相之间，全回流即L/V=1时，同一层液相与气相氧含量相同，这是氧含量最低值；最小液气比时，同一层液相与气相平衡，这是氧含量最高值。

- d" f9 N; M7 J+ B& N* w# n& b法液空同事会不会说那位清华女同学“一点都不懂，还要瞎掺和”，中科院院士也一样。

Sunqh

不是每朵花都能结果，但是开什么花，就只能结什么果，开的是桃花，就只能结桃子，不可能结出西瓜来。
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8 m9 v9 s$ ~  ~" f! N# x; k+ E+ J尤总毕业后就搞合成氨煤气化，20多年，那就是开的是合成氨煤气化的花，如果有结果，技术上有所成就，那也只能是合成氨煤气化的果，不会是空分。我本人化工专业毕业后就到空分，37年了，如果想要做出点有意义的事，那也只能是空分，不可能是合成氨。将近退休，一眼就能看到尽头了，这辈子看来只能是一事无成了。

Sunqh

网上Copy的回流比定义

bahnklte

     158个贴子了，基本都是精馏相关内容，真正的空分运行还包含(空分行业固有且还需掌握的）：低温安全、氧气安全、缺氧或富氧安全、碳氢化合物安全、物质低温物性、节能、低温液体及贮存、空气净化、膨胀制冷等。总之干好一行不容易，有时候干好与爱好研究是两码事。不过在两位大佬级人物的激烈 互论中 收获甚多，内行人也需要通过外行人从第三方视角去提出我们眼中认为必然的认知不同的观点，重新去审视我们眼中认为必然的认知，认知又会得到更一步的提高，
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ersheng4830

看不懂作者写的，最好用空分的俗语，来解释。