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本帖最后由 Yb2021 于 2023-12-28 08:20 编辑 % U0 L. q+ `# Z" x
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多元物系的精馏分离如果要实现各个组分完全精馏分离并保证每个组分的产品纯度,那么必须分解为多个的近似的二元物系精馏塔(精馏过程),n元物系至少需要n-1个近似二元物系精馏塔,一般而言需要n个精馏塔。而分解次序的不同,对多元物系精馏分离的总能耗影响极大。
) \" v+ m9 S. @ 空气这个氧氮氩三元物系精馏分离如果要实现完全精馏分离并保证氧氮氩三个组分的产品纯度,那么至少需要两个完整的精馏塔,一般而言需要三个完整的精馏塔。共有两个不同的依次精馏组织方案,第一个组织方案是第一个精馏塔按照氮一氩氧精馏塔(近似氧氮精馏塔),从第一精馏塔顶部得到合格的氮气产品,从第一精馏塔底部得到合格的氩氧混合气体(以氮含量为工艺指标)。氩氧混合气体(含有少量氮气)作为精馏原料气在第二个精馏塔一一氮氩一氧精馏塔(近似氧氩精馏塔)中进行精馏分离,从第二精馏塔底部得到合格的氧气产品(以氩含量为工艺指标,氮含量微乎其微),从第二精馏塔顶部得到合格的氮氩混合气体一一工艺氩气(以氧含量为工艺指标,氮气含量则由进入第二个精馏塔的氧氩混合气体即氩馏分一一第二精馏塔精馏原料气中的氮含量决定)。氮氩混合气体(含有微量的氧气)一一工艺氩气作为精馏原料气在第三个精馏塔一一氮一氩氧精馏塔(可称为脱氮塔,近似氮氩精馏塔)中进行精馏分离,从第三精馏塔底部得到合格的精氩产品,从第三精馏塔顶部排出少量的污氮气(废气),去主换热器回收冷量或对空排放。氧氮氩三元物系依次精馏组织方案的第二个精馏组织方案是第一个精馏塔按照氮氩一氧(近似氧氩精馏塔)进行精馏组织,从第一个精馏塔底部得到合格的氧气产品(以氩含量为工艺指标,氮含量微乎其微),从顶部得到合格的氮氩混合气体(以氧含量为工艺指标)。氮氩混合气体(含有少量的氧气)作为精馏原料气在第二个精馏塔一一氮一氩氧精馏塔(近似氮氩精馏塔)进行精馏分离,从第二个精馏塔顶部得到合格纯度的氮气产品,从第二个精馏塔底部得到合格的氧氩混合气体(以含氮量为工艺指标)一一工艺氩气。氧氩混合气体(含有少量氮气)一一工艺氩气作为精馏原料气在第三个精馏塔一一氮氩一氧精馏塔(可称之脱氧塔,近似氧氩精馏塔)中进行精馏分离,从第三个精馏塔顶部得到合格的精氩产品,从第三个精馏塔底部引出少量的污氧气去主换热器回收冷量或者对空排放。这是氧氮氩三元物系一一空气精馏分离的两个依次精馏组织方案,但目前实际的氧氮氩三元物系一一空气的精馏组织方案与氧氮氩三元物系一一空气精馏分离的第一个依次精馏组织方案大同小异,其中第三个精馏塔(精氩塔)和氧氮氩三元物系空气精馏分离的第一个依次精馏组织方案完全一致!但第一精馏塔和第二精馏塔却是一个主塔(上塔或者空分塔)加一个侧塔(粗氩冷凝塔),当然本质上仍然是氮一氩氧精馏塔和氮氩一氧精馏塔两个精馏塔组合而成,其中氩馏分引出口以上的上塔或者空分塔是依次精馏的第一精馏塔(氮一氩氧精馏塔,近似氧氮精馏塔),而粗氩冷凝塔加氩馏分引出口以下的上塔或者空分塔是第二精馏塔(氮氩一氧精馏塔,近似氧氩精馏塔)。这就不能不介绍一下三元物系依次精馏组织方案的改进方案一一隔板模模型理论。
. K1 P7 a% t f2 P: _0 ]- z 氧氮氩三元物系中氮的沸点最低,氧的沸点最高。氩的沸点在氧氮之间,氧氮氩三元物系一一空气中氮气含量最高约占78.4%,氧气含量次之约占20.7%,氩的含量最低大约只有0.9%,氧氮氩三元物系精馏组织方案第一个精馏组织方案,第一精馏塔按照氮一氩氧进行精馏组织之所以相对于第一精馏塔按照氮氩一氧进行精馏组织的第二个精馏组织方案更加合理有利,原因在于按照这样的氧氮氩三元物系精馏组织方案,进入第二精馏塔的氩馏分数量最小,氩的富集程度高,这样可以大幅度降低氧氮氩三元物系依次精馏组织方案的第二精馏塔的精馏能耗。虽然如此,如果严格按照依次精馏组织方案,那么第二精馏塔原料气一一氩馏分中的氩含量只能达到4.5%左右。通过采用共底结构的两个氮一氩氧精馏塔和氮氩一氧精馏塔的优化组合(即所谓隔板模型理论),使氩馏分中的氩含量从4.5%提高至10%左右,这样第二精馏塔的原料气一一氩馏分数量只有原依次精馏的45%!大幅度降低第二精馏塔的精馏能耗。从而降低了氧氮氩三元物系精馏的能耗。
/ _2 _" r: `0 S2 H( r6 T- u 氧氮氩三元物系一一空气的第二个依次精馏组织方案同样也可以采用隔板模型理论对第一个精馏塔和第二个精馏塔进行优化,同样是主塔加侧塔方案,不同的是主塔是氮氩一氧精馏塔,而侧塔是氮氩混合液体蒸馏塔。其中主塔氮氩混合液体引出口以下是氮氩一氧精馏塔(近似氧氩精馏塔),而氮氩混合液体引出口以上的主塔加氮氩液体蒸馏塔是氮一氩氧精馏塔!第一个精馏塔和第二个精馏塔的次序和第一个氧氮氩三元物系依次精馏组织方案正好相反。而第二个氧氮氩三元物系依次精馏组织方案的隔板模型优化方案则是共顶结构的两个精馏塔组合而成!而第一个组织方案的第三精馏塔是一个脱氮塔,而第二个组织方案的第三个精馏塔则是脱氧塔。
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