外行学空分(181)一一深冷空分的单热泵精馏流程(一)

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5 t0 |8 B. a) a* b! ~    深冷空分流程有多种多样的分法，有所谓的高压流程中压流程全低压流程（实际上还有空压机加增压机的中低压流程，这才是优化后的双塔流程标准工艺方案），这是以空压机出口压力为依据进行分类，有所谓的内压缩流程，这是根据空分产品是在空分装置外进行压缩还是在空分装置内直接产生压力空分气体而分类，有所谓的全液体空分流程，这是按照空分产品是气态液态而分类，有所谓了单塔流程和双塔流程及叁塔流程等等。这样的讲法是从现象出发，是浅层次的分类。
" L5 N1 C) U' T' |/ O   一个完整的深冷空分流程，包括以下四个必不可少的部分，一是原料空气的输送和净化及空气与精馏产品氧氮气污氮气精氩气的换热，二是空气的精馏分离，三是开式热泵一膨胀制冷液化部分，四是空气开式热泵一膨胀制冷液化部分。其中空气原料的输送和净化及与精馏产品的换热是深冷空分流程的予处理及精馏的必要部分，是保证空气精馏分离，制冷液化正常进行的必要条件。至于空气开式热泵一膨胀制冷液化同样也是空气精馏的必要前提条件，空气只有在深冷条件下才会实现液化，而空气的气液共存状态是实现空气精馏分离的必要前提条件。而空气精馏分离则是深冷空分流程的核心，而开式热泵一膨胀制冷液化则是深冷空分流程的必要组成部分。
# c0 \5 c7 _! l& t6 |5 U    现在我们已经知道空分流程中的精馏不是标准常规的精馏工艺方案，也不是什么双效精馏工艺方案及多效精馏工艺方案，这些精馏组织（供热供冷方案）方案只适用于组分沸点在环境温度以上的精馏过程，而深冷空分是组分沸点距离环境温度以下甚远的精馏过程，只能是完全自热的开式热泵精馏工艺方案！毫无疑问应该以空分流程中最核心的精馏不同的供热供冷工艺方案作为空分流程的最重要分类依据。
   从氧氮二元物系精馏上说，所有的深冷空分流程都是完全自热的开式热泵精馏流程！精馏技术从手工业时代的蒸馏技术（用火加热，用水和空气冷却），发展到工业化时代的精馏技术（用蒸汽加热，用冷却水冷却），精馏技术对蒸馏技术的发展升级在于增加了精馏段回流液回流和在精馏塔（包括提馏段）内增加塔板和填料强化气液接触热质交换。精馏技术相对于蒸馏技术大大简化了高纯度高低沸点产品的制取过程，把需要多次重复蒸馏才能达到的高纯度高低沸点产品，在一个精馏塔中就能够实现，同时还可以制取高纯度高低沸点组分产品。目前精馏技术又进一步发展到开式热泵精馏的阶段，从而实现了所谓的自热精馏，同时又通过多热泵技术的运用进一步提高了精馏效率（特别是沸点相近的精馏过程或制取高纯度产品的精馏过程）降低了精馏能耗。开式热泵精馏本质上就是用以精馏原料和低沸点精馏产品及精馏中间产物为循环工质的开式热泵代替蒸汽冷却水为精馏过程供给温差有效能(卡诺循环功)。
      一个沸点相近的二元物系(空气可以认为是近似的氧氮二元物系)，可以在一个精馏塔采用单热泵精馏技术实现精馏分离。当然这个时候开式热泵的循环工质只能采用精馏原料或精馏低沸点产品。如果以开式热泵的循环工质的不同为依据进行分类，深冷空分流程又可以分为以空气为循环工质的一拖二开式热泵供冷供热精馏流程和以氮气为循环工质的开式热泵供冷供热精馏流程。其中以空气为循环工质的开式热泵精馏流程又可分为古典单塔制氧流程和双塔制氧流程！加上以氮气为循环工质的新单塔流程，就是三个深冷空分精馏根流程。
   其中古典单塔精馏流程因为氧提取率较低是最先采用而很快被双塔流程取代的根流程，而新单塔流程这根流程则被认为是不可能存在的流程（其实新单塔流程才是标准开式热泵供冷供热精馏流程）。而新单塔流程和双塔流程都可以实现同时制取氧气氮气及高氧提取率。从氧提取率而言是旗鼓相当的基本深冷空分精馏根流程。
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  单热泵实现的精馏过程可以称之为流程，多热泵实现的精馏过程则称之为多热泵精馏工艺方案。一个热泵精馏流程可以有多个的热泵精馏工艺方案。