外行学空分（232）一一回流比最小回流比的定义和计算（6）

Yb2021

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    双空压机单塔制氮工艺方案，通过增设循环富氧空气增压机提高了冷凝塔制氮工艺方案富氧液空液体引出口以上至制氮塔顶部之间的的实际回流液气比从而保证了氮气产品的高纯度，又通过富氧空气进入制氮塔底部，从而在两路入塔压力空气，压力富氧空气之间形成提馏段提高了制氮塔底部富氧液空中的氧含量降低了氮含量，提高了氮气提取率。同样的道理，为了解决高制氮塔压力，高纯度氮气产品和高氮气提取率之间的尖锐矛盾，除了双空压机单塔制氮工艺方案外，还有另外一个制氮工艺方案这就是所谓的双塔双冷凝制氮工艺方案，本质上是双塔同时制氮制氧工艺方案，高压制氮塔相当于下塔，而低压制氮塔则相当于上塔，只是为了突出以制取高纯度氮气产品进行了工艺参数的适宜性调整而已。
) w/ }/ q3 }- q! l- L) S    首先以处理标准状态干空气50000NM3为例对双塔双冷凝制氮工艺方案叙述如下。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及富氧空气换热后带液进入第一制氮塔底部。第一制氮塔理论塔板数45块，塔顶部设置冷凝器用第一制氮塔底部的液空（富氧液空一，其中氧含量约30%-35%）作为冷源，液空（富氧液空一）在5-6bar压力下蒸发气化同时使第一制氮塔顶部的高纯度压力氮气液化作为回流液，从第一制氮塔顶部引出压力氮气25000-26000NM3在主换热后作为产品氮气。
* ~7 i8 J7 a" j; `9 s1 k9 h4 w' |8 U    液空（富氧液空一）在第一制氮塔顶部设置的冷凝蒸发器中大部分气，残液（富氧液空二）数量约为6000-8000NM3含氧量50%左右，蒸发的气相含氧量约26%-28%左右与残液（氧含量约50%左右）均送至第二制氮塔底部进行第二次冷凝制氮。
1 o  J+ B" C$ ]9 ~2 p# }0 ]   第二制氮塔顶部设置蒸发一冷凝器，用第二制氮塔底部的富氧液空（含氧约45%）作为冷源，使第二制氮塔顶部的压力氮气冷凝液化回注第二制氮塔，其中一部分作为回流液，一部分泵送至第一制氮塔顶部作为回流液，其数量约6000-8000NM3蒸发后的富氧空气压力2bar左右，在主换热器复热到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。
8 K) D. F  d& \% T; u# S    第一制氮塔压力9.4bar，45块理论塔板数，氮气纯度达到99.999%实际回流液气比必须比最小回流液气比大10%以上，9.4bar压力下最小回流液气比在0.55左右，实际回流液气比在0.6左右，液空（富氧液空一）氧含量35%，可以保证氮气产品纯度。
   第二制氮塔压力5-6ba，上升气数量约为22000-24000立方米，最小回流液气比约0.5，实际回流液气比在0.55左右，在理论塔板数45块的条件下，可以保证液氮纯度达到99.999%以上，同时第二制氮塔底部的富氧液空中的氧含量达到45%以上。
/ P! |! W, a9 I7 e    以上的计算均在等摩尔流假定下进行计算，回流液氮数量，残液数量（富氧液空二）由于氧氮相变热比值较大，与实际情况有较大的误差，但不影响氮气产品纯度和氮气提取率。
2 D7 I+ f% J4 @3 t/ M& t   第一制氮塔底部的富氧液空中的氧含量是双塔双冷凝制氮工艺方案中需要权衡利弊的核心工艺参数。富氧液空中的氧含量高，则第二制氮塔泵送第一制氮塔的液氮数量少，第二制氮塔压力较低，相应用膨胀制冷的富氧空气的压力也较低，反之则第二制氮塔泵送第一制氮塔的液氮数量较大，第二制氮塔的压力较高，相应用于膨胀制冷的富氧空气压力也较高，制冷量较大。总而言之第一制氮塔底部富氧液空中的氧含量参数需要结合冷凝器换热温差，装置的冷量平衡，氮气产品提取率综合考虑而决定。
. }; p. T# A0 ]3 p/ T    如果希望制取较大比例的液氮产品，则需要相应降低第一制氮塔底部富氧液空中的氧含量，适当提高第二制氮塔压力，从而提高膨胀制冷富氧空气数量及压力，从而提高膨胀制冷量，但代价是氮气产品提取率降低。反之如果提高氮气产品提取率，则需要相应提高第一制氮塔底部富氧液空中的氧含量，第二制氮塔压力相应降低。膨胀机进口富氧空气压力降低，膨胀制冷量降低。液氮产品数量减少。