外行学空分（230）一一回流比和最小回流比的定义和计算（4）

Yb2021

/ S  x7 Y* g( f, |' R9 Q, [& i
) |$ ^4 J6 o. l% B- I# E    前面三个帖子，我们先后讨论了回流比的不同的定义，讨论了不同定义的出处和对精馏计算的影响，并确定了合理及最初的回流比的定义，并依此定义对下塔，粗氩冷凝塔的最大氮提取率，氩提取率进行了计算。同时也讨论了精馏计算中的所谓等摩尔流假定及其对精馏计算结果的影响，并提出了修正的办法。现在我们专门讨论一下制氮工艺方案的精馏计算。
    制氮工艺方案是一个运用在特定环境的工艺方案，在这个环境中氧气是无价值的产品，这颇有些买椟还珠的味道，所以并不特别多见，但在特定运用场景下也有其特定的价值，并有不少的运用案例，所以值得认真讨论一下。
     现在的制氮工艺方案都是建立在古典单塔制氮流程的基础上，古典单塔制氮流程和双塔流程的下塔一样都是以空气为循环工质的开式热泵冷凝塔工艺方案，其间区别在下塔是全部冷凝分离为液氮和富氧液空（这是一般情况，也有一些特殊情况例如氮气膨胀制冷等），而古典单塔制氮流程则冷凝分离为氮气产品和富氧空气。另一个区别是下塔顶部的压力氮气是通过主冷凝器与上塔的液氧进行换热使液氧气化而自身液化。而古典单塔制氮流程制氮塔顶部的压力氮气则是与减压后制氮塔底部富氧液空换热使富氧液空气化为富氧空气，在主换热器回收冷量后作为纯化器的再生气或其它用途。压力氮气自身液化回注制氮塔作为回流液。由于液氧和富氧液空沸点的不同。下塔压力一般在5.3bar，而制氮塔压力一般在3bar左右，制氮塔压力低于双塔流程的下塔。压力越低，与空气组成平衡的液相组成中氧含量越高，氮含量越低，冷凝塔工艺方案最大氮提取率越高。反之则氮最大提取率降低。
; @3 N- i# a+ `; `   空气组成氧20.7（空气中含有0.9%的氩，氧氩之和为21.6%）氮79.3%，在3bar压力下与之平衡的气相组成是氧46%，氮54%，在5.4bar压力下与空气平衡的液相组成是氧42%，氮58%，在9bar压力下与空气平衡的液相组成是氧40%，氮60%！我们可以简单计算而得出，在3bar压力空气冷凝塔以空气为基准的最大氮提取率为55%，在5.4bar压力下空气冷凝塔以空气为基准的最大氮提取率50.7%，在9bar压力下空气冷凝塔以空气为基准的最大氮提取率为48%！这是以空气为基准的氮提取率，如果以空气中的氮气为基准则以上的数据需要除以0.793得到的就是以空气中的氮为基准的氮气提取率，分别是70%，65%，60%！这个结果和氧氮相变热比值无关，只和不同压力下空气平衡气液组成有关。
, E; |9 [  J/ B8 N* l3 O; o3 u    这是空气冷凝塔工艺方案不同压力下的氮最大提取率，对应于最小回流液气比，但实际的古典单塔制氮工艺过程不可能在最小回流液气比下操作，实际回流液气比一般都要比最小回流液气比大5%-10%，实际氮提取率比以上的数据还要低得多。再加上为了实现冷量平衡（且不说制取较高比例的液氮产品）空气必须带液进入空气冷凝塔，这又进一步降低了富氧液空中的氧含量，进一步降低了实际氮提取率！以空气数量为基准，在3bar压力下实际氮提取率在50%以下，5.4bar压力下实际氮提取率在45%左右，9bar压力下实际氮提取率在40%左右，以空气中的氮气数量为基准的氮提取率则分别为60%，55%，50%。毫无疑问以上的实际氮提取率在制氮工艺方案中是难以接受的，所以在就有了双空压机单塔制氮工艺方案和双塔双冷凝制氮工艺方案。