外行学空分（283）一一空气的氧氮氩三元物系精馏工艺方案（一）

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  干 空气的组成氧20.7%，氩0.9%，氮78.4%，由于氩含量相对于氧氮含量很小，空气中的氧氮含量99%以上，空气一般可以认为是一个近似的氧氮二元物系，所谓的双塔流程，古典单塔流程，新单塔流程都是基于空气是氧氮二元物系近似氧氮二元物系而言，一旦将空气视为氧氮氩三元物系，就不能再说什么双塔流程，古典单塔流程，新单塔流程，而只有基于双塔流程和新单塔流程的氧氮氩三元物系精馏工艺方案。当以空气为精馏原料气运用精馏方法制取氮气及95%纯度以下的氧气产品时，都是氮一氩氧精馏分离近似的氧氮二元物系精馏过程。都可以在一个精馏塔中实现精馏分离，得到合格的氮气产品和纯度95%的氧气（含氩4.5%，含氮0.5%），其精馏工艺参数及能耗非常接近于将氩视为氧（即空气组成为氧21.6%，氮78.4%）的氧氮二元物系的精馏工艺参数及能耗，但如果制取高纯度氮气产品，就需要特别关注氩组分对氮气产品纯度的影响，但如果要制取氩气产品，或者要求氧气产品纯度超过95%以上。那么就一定涉及氧氩精馏分离过程，这就是氧氮氩三元物系的精馏分离过程，氧氮二元物系精馏过程和氧氮氩三元物系精馏过程是两个不同的精馏过程，氧氮氩三元物系精馏的工艺方案和工艺参数和氧氮二元物系或近似氧氮二元物系精馏精馏工艺方案和工艺参数是完全不同的。
    一个二元物系（例如氧氮二元物系）可以在一个精馏塔（包括精馏段和提馏段的完整精馏塔）中实现高低沸点组分的完全分离，同时得到高纯度的高低沸点两个组分产品，这是精馏和蒸馏和冷凝（重复蒸馏可以得到合格的高沸点组分产品，重复冷凝可以得到合格的低沸点产品，一个完整的精馏则可以在一个精馏塔中同时得到合格的高沸点组分产品和低沸点组分产品！）的不同，理论上完整的精馏过程高低沸点组分的提取率都可以达到100%，但实际上由于理论塔板数有限及出于能耗考虑，高低沸点组分产品纯度不可能也不需要达到100%，高沸点组分产品中总是含有少量的低沸点组分，反之亦然，这样折纯后的高低沸点产品提取率就不可能达到100%，但达到95%以上是完全可以达到的（至于在实际精馏过程中高低沸点组分产品的提取率多少，则主要是出于产品纯度指标，工程造价和能耗的考虑，确定合理的提取率指示。）。但是如果采用冷凝塔工艺方案或者蒸馏塔工艺方案（粗氩冷凝塔及现在运用的制氮工艺方案就是冷凝塔工艺方案的，而古典单塔制氧工艺方案就是蒸馏塔一一提馏塔工艺方案），则不但不能同时得到合格的二元物系高低沸点产品，而且低沸点产品的提取率不能大于冷凝工艺方案的最大低沸点产品提取率（以空气为例，采用冷凝工艺方案时，氮气产品最大提取率不超过70%！）。而高沸点组分的提取率也不可能大于采用蒸馏塔工艺方案时的最大的高沸点组分提取率，例如古典单塔制氧最大氧提取率70%！
: f% e7 W0 D* h( O( j- B    二元物系的精馏过程是三元物系和多元物系精馏的基石和基础，三元物系和多元物系理论上不能在一个精馏塔中实现三元物系和多元物系的完全精馏分离（如果只是制取一个高纯度组分产品，其它组分则是纯度不高的混合物，三元物系和多元物系的精馏也可以在一个精馏塔中进行，例如所谓的恩德伍德方程式就是讨论这样的问题，但这是另外一个问题，和三元物系及多元物系不能在一个精馏塔中实现完全精馏分离并不矛盾），但可以也必须分解为两个或多个近似二元物系的精馏塔从而实现三元物系和多元物系精馏完全精馏分离，三元物系和多元物系的完全精馏分离，理论上最少需要n-1个完整的精馏塔。其中每个精馏塔都是近似的二元物系的精馏过程，在第一个精馏塔得到一个合格组分产品（一般是多个组分中的沸点最高或者沸点最低的组分），以至类推，在最后一个精馏塔得到两个组分的合格产品。在实际情况一般而言由于理论塔板数的不足及出于精馏能耗考虑，还需要一个或多个精馏塔，对其中一个或多个纯度较低的产品进行进一步提纯。
    以上只是三元物系和多元物系的一般依次精馏组织方案，是最基础的方案，根据不同排列组合理论上n个组分有（n-1）X（n-2）....X1个依次精馏方案。在这样基础方案上，根据不同的情况，还有不同的变化及优化。
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  没有区分氧氮二元物系精馏工艺方案和氧氮氩三元物系精馏工艺方案，是深冷空分教科书精馏部分内容极为明显的重大缺陷。