外行学空分（267）一一开式热泵一膨胀制冷液化工艺方案和工艺参数的优化（二）

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    制冷和液化是空分装置除了开式热泵精馏外最重要的必要组成部分，也是空气开式热泵精馏启动及维持稳态化运行的必要前提条件。制冷和液化是一个既有联系又有重大区别的过程，在空分装置中制冷具有特定的涵义，那就是所谓的等温焓差和膨胀制冷而不包括所谓的热泵制冷（空分装置中的热泵制冷不产生冷量但产生冷能，不影响空分装置的所谓冷量平衡），等温焓差和膨胀制冷只是空气开式热泵一膨胀制冷液化的一个组成部分，并不是空气开式热泵一膨胀制冷液化的全部，空气膨胀制冷效率和空气开式热泵一膨胀制冷液化效率之间存在重大的区别！只讨论制冷过程如等温焓差，膨胀制冷而没有讨论空气的液化及空气开式热泵一膨胀制冷液化效率是不全面的，有问题的。其实深冷空分教科书中的空分原理部分第一个内容就是空气的压缩与液化，其实就是空气开式热泵一等温焓差或膨胀制冷液化的基本工艺方案，只是深冷空分教科书只是对此进行平铺直叙并没有对此展开原理性的讨论，指出就是空气开式热泵一膨胀制冷液化的基本工艺方案，也没有对工艺参数的优化进行讨论，而在后面的空分装置的工艺方案讨论中则完全不再提起！空气开式热泵一膨胀制冷液化的基本工艺流程如下，空气常温下压缩至一定压力冷却至常温（实际上是单段或多段绝热或多变压缩，再用冷却水冷却至常温），在主换热器的与返流空气（包括膨胀制冷循环工质返流气）换热后一部分进入膨胀机膨胀制冷，一部分在主换热器与返流空气进一步换热液化过冷后节流减压或液体膨胀机膨胀减压至常压部分气化，常压液空作为产品引出。膨胀制冷后的空气和液空节流减压部分气化的空气在主换热器复热后常温补充新鲜空气后进入下一个空气开式热泵一膨胀制冷液化循环。
$ T0 e% O' y7 Z: c6 r2 T. M     在以上的空气开式热泵一膨胀制冷液化流程的叙述中，我们并没有给定用于液化的空气压力，也没有给定膨胀制冷循环工质的空气压力，及换热温差和正返流阻力。这是流程和工艺方案的不同，流程叙述主要是原理性的描述，更简略也更概括。
   如果在极限工程条件（无换热温差，无阻力损失）下，从以上的基本工艺方案，在不采用液体膨胀机而采用节流减压的情况下，我们很容易得到以下的几个结论，一是膨胀机进口温度在用于液化的正流空气压力下的冷凝温度以上，用于液化的正流空气压力越高，相应冷凝温度越高，膨胀机进口温度越高。二是膨胀机进口温度和正流液化空气冷凝温度的差距则决定于膨胀制冷空气数量和用于液化空气数量的比值，比值越小，膨胀机进口温度和正流液化空气冷凝温度的差距越大，膨胀机进口温度越高！三是液空产品中的冷量等于液化原料气和膨胀制冷循环工质的等温焓差和膨胀制冷的制冷量（膨胀机焓降）之和。
   从冷量平衡角度而言，膨胀机进口温度的提高，在膨胀比（即膨胀制冷循环工质压力）不变的情况下，膨胀机进口温度越高，膨胀制冷越大即所谓的高温高焓降。从冷能的角度来说，深冷液体中的冷能来自正流压力原料气的压力能转而来的冷能和膨胀机膨胀制冷产生的冷能，而冷能的损失则正返流气体的换热温差（和工程条件中的换热温差无关，用于正流液化空气数量和用于膨胀制冷空气数量的比值越大换热温差越大，冷能损失越大）从制取冷量或所谓冷量平衡角度而言，用于液化的正流压力原料气及正流膨胀制冷循环工质只产生少量的等温焓差冷量，绝大多数的冷量来自膨胀机膨胀制冷量（膨胀循环工质空气的焓降）。从冷能角度来说，冷能由用于液化的压力原料气的压力能转化和膨胀制冷焓降共同产生。而正流压力原料气的压力能转化为冷能的效率在使用液体膨胀机的情况下可以接近于95%以上，即使简单的节流也能达到90%以上，相应在压缩机等温效率70%的条件下，开式热泵制冷效率非常接近于70%，在65%-70%之间。而在压缩机，涡轮增压机等温效率70%，膨胀机绝热效率85%的条件下，膨胀制冷的压力能转化为冷能的效率则在70%以下！膨胀制冷效率在50%以下。正流压力原料气的压力能转化为冷能的效率相对于膨胀制冷压力能转化为冷能的效率高30%-40%！开式热泵制冷效率相对膨胀制冷效率高30%-40%！而正流压力原料气冷凝温度和膨胀机进口温度之间的差距造成的主换热器换热温差（这和工程条件无关）则造成巨大的冷能损失。
8 g% L! _8 m; p/ c1 `7 M( S2 I7 }   在极限工程条件下，如果压缩机，涡轮增压机的等温效率70%，膨胀机绝热效率85%，则空气开式热泵一膨胀制冷液化效率为35%，如果压缩机，涡轮增压机等温效率80%，膨胀机绝热效率90%则开式热泵一膨胀制冷液化效率50%！在极限工程条件下，空气开式热泵一膨胀制冷液化效率不但和设备性能参数有关，而且和空气开式热泵一膨胀制冷液化工艺参数关系极大。在实际工程条件下，由于换热温差和正返流阻力损失的存在，则工艺参数对液化效率的影响更大！经过优化的空气开式热泵一膨胀制冷液化工艺方案及工艺参数其液化效率可以接近于相同设备性能参数下的极限空气开式热泵一膨胀制冷液化效率，而未经优化的空气开式热泵一膨胀制冷液化工艺方案及工艺参数则可能远低于相同设备性能参数下的极限液化效率！

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, ]* I5 @4 q, \0 n! V如果说尤总跟诺贝尔哥是一类，那是小看尤总了，而且不尊重中国科技大学。尤总有点像蒋春暄、李子丰这类人，一方面确实是专家，另一方面确实又是民科，一方面的专家，另一方面的民科。
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& [3 b9 p& l2 V4 a3 P蒋春暄和尤总同样都是高级工程师，而且确实是某个领域的专家，但蒋声称解决了费尔马大定理、哥德巴赫猜想、黎曼猜想等世界性数学难题。蒋比尤本事更大，尤仅仅请动了一个中科院院士，蒋惊动了中央领导，领导指示中科院数学所对蒋春暄的工作发表评价，数学所的答复是：做点有意义的事，不要再胡闹了。

7 }# ]5 c, L3 G! ~- G- K* N% t5 q! w虽然说相对论、数学猜想可能只有极少数人才能理解，而普通人就能了解空分，但也需要学习，不学习同样不了解。尤总对空分的了解，可能正如蒋高工对数学的理解，都是胡闹而已。

先生无聊不无聊！

  空气的压缩和液化是空分原理最基本内容，担什么爱因斯坦，责马大定理！