外行学空分（308）一一氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案详解总结（10）

Yb2021

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/ w7 L9 \4 |9 {, ?( a0 E# ]      氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案实际上分为两个层次的问题，一是氧氮氩三元物系分解为近似二元物系精馏的分解方案及依次精馏的隔板模型优化方案。二是每个近似二元物系精馏的供冷供热方案，现总结如下。
3 k4 I$ N, p. E% ~4 c6 S    一，对于三元及多元物系而言，在一个精馏塔中无法实现三元及多元物系的完全精馏分离并得到合格纯度的组分产品，必须将三元及多元物系精馏过程分解为多个近似二元物系的精馏过程（精馏塔）又称为依次精馏，从每个近似二元物系精馏过程（精馏塔）得到一个纯度合格的组分产品，其中依次精馏分解方案的最后一个精馏过程（精馏塔）理论上可以得到两个纯度合格的组分产品。但也可以再增加一个精馏过程（精馏过程）以保证各组分的产品纯度。这样氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案至少需要两个精馏过程（精馏塔），一般情况下需要三个精馏过程（精馏塔）才能保证氧氮氩三元物系的完全精馏分离并得到合格纯度的氧氮氩气产品。
    二，对于氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案而言，只有两个不同的依次精馏分解方案，其中第一个依次精馏分解方案是第一依次精馏精馏塔为氮一氩氧精馏塔。从第一制氮依次精馏精馏塔顶部得到合格的氮气产品，从第一个依次精馏精馏塔底部得到合格的氧氩混合气体（以氮含量为工艺指标，氧氩含量比例和空气中的氧氩比例一致）。第二个依次精馏的精馏塔是氮氩一氧精馏塔，其精馏原料气是依次精馏第一个精馏塔底部引出的氧氩混合气体。从依次精馏的第二个精馏塔一一氮氩一氧精馏塔底部得到合格纯度的氧气产品（以氮氩含量为工艺指标，氮含量微乎其微），从依次精馏的第二个精馏塔顶部得到合格的工艺氩气产品（以氧含量为工艺指标，氮氩含量比例和氩馏分中的氮氩含量一致！），根据工艺氩气中的氮气含量指标（不是氧含量）再决定是否需要依次精馏的第三个精馏塔一一氮一氩氧精馏塔又可称为精氩塔或脱氮塔。这样就实现了氧氮氩三元物系一一空气的完全精馏分离，得到纯度合格纯氧氮氩气产品。
! u8 x0 z% j; Q) U     氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案的依次精馏分解方案还有另外一个分解方案，依次精馏的第一个精馏塔是氮氩一氧精馏塔，从依次精馏的第一个精馏塔底部得到纯度合格的氧气产品（以氮氩为工艺指标，其中氮含量微乎其微），从依次精馏的第一个精馏塔顶部得到合格的氮氩混合气体（以氧含量为工艺指标，氮氩比例和空气中的氮氩比例一致）。以氮氩混合气体为原料气的依次精馏第二个精馏塔一一氮一氩氧精馏塔，从依次精馏的第二个精馏塔顶部得到合格的氮气产品（以氧氩含量为工艺指标，氧含量微乎其微），从依次精馏的第二个精馏塔底部得到合格的工艺氩气（以氮气含量为工艺指标），根据工艺氩气中的氧气含量决定是否需要第三个依次精馏的精馏塔一一氮氩一氧精馏塔又可称为精氩塔或者脱氧塔！
    上述两个氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案中的两个不同而依次精馏分解方案，根据空气中的氧氩氮三元物系组分含量及物性（氧氩氮沸点及分离系数），第一个依次精馏分解方案更加合理有利，但也不排除在特殊情况下采用第二个依次精馏分解方案更加合理有利，不同的依次精馏分解方案，精馏能耗的差距很大，具体情况可以参阅前面的相关帖子。
      三，氧氮氩三元物系一一空气依次精馏分解方案还有一个隔板模型优化组织方案，本质上是对依次精馏的第一，第二精馏塔进行统筹达到更一步降低氧氮氩三元物系一一空气精馏分离能耗的目标，其实质是通过改变依次精馏第一个精馏塔底部的氧氩混合气体中的氧氩比例（标准常规依次精馏的第一个精馏塔底部的氧氩混合气体中的氧氩比例和空气中的氧氩比例一致），从而降低依次精馏第二个精馏塔的精馏能耗。有关依次精馏隔板模型优化组织方案的内容可以参阅前面的相关帖子。
0 K$ h$ g; y0 r     氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案的依次精馏分解方案及隔板模型优化组织方案确定后，氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案剩下的问题就是各个近似二元物系精馏塔的开式热泵供冷供热方案。二元物系或者近似二元物系精馏工艺方案（供冷供热方案）可以分为三个不同的发展阶段，一是标准常规精馏过程（精馏塔），二是双效精馏及多效精馏过程，三是所谓完全自热精馏过程即开式热泵精馏过程。三个不同发展阶段的本质是供冷供热方案是不同，标准常规精馏过程的供冷供热是运用公用工程提供的蒸汽和冷却水实现的精馏过程。双效精馏和多效精馏除了利用公用工程蒸汽和冷却水实现精馏过程供冷供热外，还利用压力低沸点组分及高低沸点组分混合气体的冷凝潜热及减压后的低沸点组分及高低沸点组分液体蒸发气化潜热供冷，而完全自热的开式热泵精馏过程则完全不用公用工程蒸汽和冷却水，完全由以低沸点组分或者高低沸点混合组分为循环工质的开式热泵实现供冷供热的精馏过程。其中双效精馏及多效精馏可以认为是标准常规精馏过程和完全自热精馏过程的过渡精馏技术。空气精馏过程既不可能采用标准常规精馏技术也无法采用双效精馏及多效精馏，只能是完全自热的开式热泵精馏过程，有关内容可以参阅前面的相关帖子。现总结如下。
   四，基于新单塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案和基于双塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案的依次精馏分解方案及隔板模型优化组织方案是完全一致的。其中上塔或者空分塔氩馏分引出口以上至上塔或者空分塔顶部是依次精馏分解方案的第一精馏塔一一氮一氩氧精馏塔，氩馏分引出口以下至上塔或者空分塔底部加上粗氩冷凝塔是依次精馏分解方案的第二个精馏塔一一氮氩一氧精馏塔，其中粗氩冷凝塔是氮氩一氧精馏塔的精馏段，氩馏分引出口以下至上塔或者空分塔底部是氮氩一氧精馏塔的提馏段，氩馏分既是依次精馏第一精馏塔的高沸点组分（氧氩混合气体，以氮含量为工艺指标）产品又是第二精馏塔一一氮氩一氧精馏塔的精馏原料气！而精氩塔又称为脱氮塔则是依次精馏的第三个精馏塔（理论上并非必须）。
  `$ Z. M& C3 g7 A7 ^    五，基于双塔流程的氧氩氮三元物系一一空气精馏工艺方案和基于新单塔流程的氧氩氮三元物系一一空气精馏工艺方案的不同在开式热泵供冷供热方案的不同。基于双塔流程的氧氩氮三元物系一一空气精馏工艺方案采用的是以空气为循环工质的一拖二（下塔是开式热泵一拖二转换塔）开式热泵供冷供热方案。而基于新单塔流程的氧氩氮三元物系一一空气精馏工艺方案采用的是以空气，氮气，工艺氩气为循环工质的三开式热泵供冷供热方案。
    六，由于基于双塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案采用以空气为循环工质的一拖二开式热泵供冷供热方案，而基于新单塔流程的氧氩氮三元物系一一空气精馏工艺方案采用以空气，氮气，工艺氩气为循环工质的开式热泵供冷供热方案这就导致基于新单塔流程的氧氩氮三元物系一一空气精馏工艺方案的空分塔和基于双塔流程的氧氩氮三元物系一一空气精馏工艺方案的上塔氩馏分引出口以上的上升气数量和下降液数量出现较大的不同，其中富氧空气返回口至膨胀制冷空气入口处，基于双塔流程的氧氮氩三元物系精馏工艺方案中的上塔无论是上升气数量还是下降液数量都比基于新单塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案中的空分塔大30%-50%，而基于新单塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案中的膨胀制冷空气入口处以上的上升气相对于基于双塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案大50%！但是基于双塔流程的氧氮氩三元物系一一空气精馏工艺方案中的上塔富氧液空入口处对应的气相中的氧氩含量由于粗氩冷凝器蒸发气化的富氧空气返回上塔参与精馏，相对于与富氧液空平衡的气相氧氩含量高40%左右！以处理50000NM3干空气的氧氩氮三元物系一一空气精馏空分装置为例，基于双塔流程的氧氩氮三元物系一一空气精馏工艺方案中的上塔富氧液空入口处上升气数量约为40000NM3，上升气中的氧氩含量约为22%25%（与富氧液空平衡气相中的氧氩含量为15%-16%）！基于新单塔流程的氧氩氮三元物系一一空气精馏工艺方案中的空分塔液空入口处上升气数量约为60000NM3，上升气中的氧氩含量约为7%！两者计算出的液氮回流液数量都是21000-22000NM3！

，敏

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Yb2021

，敏 发表于 2023-7-26 09:49
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, y+ w8 H! ^* A8 \, ?' x% D- f谬论了，这是三元物系依次精馏及优化组织，开式热泵精馏的基本内容而已。