外行学空分（231）一一回流比最小回流比的定义和计算（5）

Yb2021

   前帖讨论了古典单塔制氮流程氮气产品纯度和氮提取率存在着尖锐的矛盾，在理论塔板数有限（45块左右）的情况下，如果采用标准古典单塔制氮流程，氮提取率（以空气中的氮为基准）最大的氮提取率不可能超过70%，如果制取高纯度的氮气产品则提取率进一步降低，如果希望直接从制氮塔得到压力较高的氮气产品，则需要提高制氮塔压力，氮提取率更低！
   为了解决高纯度，高氮提取率，直接从制氮塔得到较高压力的氮气产品（氮气产品当然可以采用外压缩。但却不适用内压缩）三者之间的尖锐矛盾，在标准古典单塔制氮工艺方案的基础上又有了两个改进的工艺方案分别是双空压机（一个是原料空气压缩机，一个循环富氧空气深冷增压机）单塔制氮工艺方案和双塔双冷凝制氮工艺方案。今天我们首先讨论一下双空压机单塔制氮工艺方案的回流液气比最小回流液气比的情况。
! a' E* x$ P9 d9 ]5 f7 ^   首先对双空压机单塔制氮工艺方案进行一下描述，以处理干空气50000NM3为例，50000NM3干空气经两段或三段压缩至9.4bar经纯化器纯化后在主换热器与返流氮气，富氧空气换热后都分带液从制氮塔底部以上约5块理论塔板数处进入制氮塔参与精馏。从制氮塔顶部以下30-35（制氮塔底部以上10-15块理论塔板数处）块理论塔板数处引出富氧液空（含氧约25%-30%）30000NM3减压至5-6bar在主冷凝器与压力氮气换热使压力氮气冷凝回注制氮塔作为回流液，自身气化为深冷富氧空气（温度约95-100K）经深冷压缩至9.4bar，在主换热器与返流氮气，富氧空气换热后进入制氮塔底部参与精馏。
     从制氮塔底部引出含氧50%的富氧液空约20700立方米减压至3-4bar左右在主冷凝器与压力氮气换热，一方面使压力氮气冷凝回注制氮塔作为回流液，一方面自身气化为富氧空气，在主换热器复热至一定温度后膨胀制冷，膨胀制冷后的富氧空气在主换热器复热至常温后作为纯化器的再生气或做其它用途。
   现在我们讨论一下双空压机工艺方案制氮塔的回流液气比和最小回流液气比，首先必须指出一点，并不存在所谓双空压机工艺方案的制氮塔回流液气比和最小回流液气比，这个制氮塔实际上分为三段，从制氮塔顶部至富氧液空引出口为一段，此段按照等摩尔流假定，回流液的数量为50000NM3，上升气数量为80000NM3，回流液气比为0.625！富氧液空引出口至带液压力空气入口处为一段，此段回流液数量为20000NM3，上升气数量为80000NM3，实际回流液气比为0.25！从带液压力空气入口处至制氮塔底部富氧空气入口处为一段，此段为提馏段，下降液数量是20000NM3，上升气数量为30000，如果以空气为制氮塔原料气，这一段是提馏段，回流气液比是1.5！
: Y3 O3 K: a' }5 j6 A    从制氮塔顶部至富氧液空引出口，此段实际回流液气比为0.625，与25%的富氧液空平衡的气相中的氧含量约为12%，最小回流液气比为0.48！但由于液空引出口至带液压力空气入口处实际回流液气比只有0.25，液空对应气相中的氧含量在12%以上，其最小回流液气比在0.5左右，实际回流液气比比最小回流液气比大20%以上，约需要理论塔板数30块左右，就可以保证第一制氮塔顶部的氮气达到高纯度。富氧液空引出口至带液压力空气入口处理论塔板数约为10块左右。带液压力空气入口处至制氮塔底部（富氧空气入口处）理论塔板数5块左右，能够保证制氮塔底部富氧液空中的氧含量在50%以上，从而保证氮气产品提取率达到75%以上。
   以上的计算当然只是粗略计算。如果进行精密计算，首先要考虑氧氩氮相变热比值及氩组分对氮气产品纯度的影响，计算过程将变得非常复杂。但从原理上说明双空压机制氮工艺方案为什么能够在制取高纯度氮气产品的前提下，又能够有较高的氮气产品提取率已经足够！