外行学空分（215）一一关于提氩的几个问题（四）

Yb2021

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' K! n$ F& P% I   前面几个帖子分别讨论了氮阻问题发生的原因，粗氩冷凝塔的最大氩提取率，讨论了粗氩冷凝塔冷凝器富氧空气返回上塔的位置问题，现在讨论一下氩组分在上塔的分布情况。
    一般认为氩组分在上塔有两个富集区，一个在上塔提馏段，一个在上塔精馏段，这其实只是一个大而化之的说法！实际上氩组分在上塔的分布和上塔精馏组织方案及精馏供冷供热方案有着直接的关系，精馏组织方案不同，精馏供冷供热方案不同，氩组分在上塔的分布情况也是不同的。
. C3 m3 `" b# v! H( I3 U9 }    如果上塔按照氮一氩氧进行精馏组织，那么在上塔底部只能得到纯度95%的氧气，其中氮气含量0.5%，含氩4.5%。上塔底部氩含量4.5%，则无论气液相上塔底部的氩含量都是最高的。当然也就不存在什么氩富集区了！
    如果上塔按照氮氩一氧进行精馏组织但不带提氩装置，那么从上塔底部得到纯度为99.5%的氧气，其中含氩0.5%。上塔底部气相氩含量0.5%，在上塔提馏段氩含量逐步升高，大约上塔底部往上25-30块理论塔板数的达到最高，其数值大约为20%。然后又逐步下降，在富氧液空和膨胀制冷空气入口处有一个波动（富氧液空入口处对应气相中的氩含量在1%左右，富氧液空入口处以上一块理论塔板数处对应气相中的氩含量高于1%！），然后又逐步降低。这就在上塔提馏段有一个氩富集区，同时在上塔精馏工艺方案氩含量有一个波动（不是氩富集区，但对空分装置的氩提取率有影响）。
    如果上塔按照氮氩一氧进行精馏组织同时带有提氩装置，那么当然在上塔底部得到纯度为99.5%纯度的氧气，其中含氩0.5%，氩馏分引出口处的气相中氩含量6%-12%，此后上塔气相中的氩含量根据粗氩冷凝塔冷凝器富氧空气返回上塔的位置不同而有区别，如果富氧空气按照目前的方案从氩馏分引出口以上一理论塔板数处返回上塔，那么富氧空气返回处气相中的氩含量迅速下降至5%-6%，此后往上开始逐步下降，膨胀制冷空气入口处氩含量也有一个扰动，富氧液空入口处又有一个扰动，接着往上又逐步降低。
+ J* x, r# p% _1 b   从以上的描述可以看出，如果上塔是按照氮氩一氧进行精馏组织，也无论是否带提氩装置，无论粗氩冷凝塔冷凝器的富氧空气是从氩馏分引出口以上一块理论塔板数处还是从富氧液空入口处以下2-3块理论塔板数处返回上塔，上塔的提馏段都只有一个氩富集区，但其分布和峰值及峰值出现的位置却是不同的。
    当上塔按照氮氩一氧进行精馏组织同时带有提氩装置且粗氩冷凝塔冷凝器的富氧空气从富氧液空入口处以下2-3块理论塔板数处返回上塔时，其峰值出现在氩馏分引出口，峰值也只有6%-12%。如果上塔按照氮氩一氧进行精馏组织带提氩装置且粗氩冷凝塔冷凝器富氧空气从氩馏分引出口以上一块理论塔板数处返回上塔，气相中的氩含量最高的位置依然在氩馏分引出口，只不过富氧空气返回口以上的气相中的氩含量降低至5%-6%，出现了气相中氩含量和下降液中的氩含量背离的现象。例如富氧空气返回处，气相中的氩含量为5%-6%，而下降液体中的氩含量却为6%-7%！而如果富氧空气返回口上移至富氧液空入口处以下2-3块理论塔板数处，则氩馏分中的氩含量6%-12%，氩馏分引出口往上气液相中的氩含量逐步下降，膨胀制冷空气入口处也有一个波动，但往上又逐步降低。如果上塔按照氮氩一氧进行精馏组织且不带提氩装置，那么峰值出现在上塔底部以上30块理论塔板数处，其峰值大约在20%！往上则逐步降低。
  至于所谓的第二氩富集区，其实只是富氧液空和膨胀制冷空气对上塔气液相中的氩气含量的扰动而已！
" S! q  y* K8 }8 V- _5 A   从以上的叙述可以看出，当上塔按照氮氩一氧进行精馏组织时，如果不带提氩则上塔提馏段则气相中的氩含量峰值出现的位置最高，峰值也最大，而当上塔按照氮氩一氧进行精馏组织带提氩时，无论是粗氩冷凝塔冷凝器富氧空气是从氩馏分引出口以上一块理论塔板数处返回上塔还是从富氧液空入口处以下2-3块理论塔板数处返回上塔，气相中的氩含量峰值都出现在氩馏分引出口处！其间区别在于当粗氩冷凝塔冷凝器富氧空气从氩馏分引出口以上一块理论塔板数处返回上塔时，由于富氧空气（相当惰性气体）的冲稀，富氧空气返回处及以上的提馏段出现了气相中氩含量和液相中的氩含量背离现象。直到富氧液空入口处以下2-3块理论塔板数处才不再出现这样的现象。所以富氧空气从氩馏分引出口以上一块理论塔板数处返回上塔，不但无助于降低氩馏分中的氮气含量，反而由于富氧空气的稀释作用，降低了提馏的推动力，在其它条件不变的情况下使氩馏分中的氮气含量略有上升。更严重的是富氧空气从氩馏分引出口以上一块理论塔板数处返回上塔，形成一个巨大的扰动因素，在设计上造成氩馏分组成的计算困难（误差大），在操作上则造成氩馏分中的氮氩含量波动大，是对精馏极端外行想当然的做法，绝不是什么精妙无比的方案。