外行学空分（315）一一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详解（7）

关于污氮气以的回流液气比是我不识数，谢谢先生指正，现在我修改为污氮气引出口以上回流液气比0.5-0.55，4-6块理论塔板数，氮气产品纯度提高1N！

“空气精馏工艺方案中的空分塔液空入口处对应的气相中的氧氩比例是20比1！污氮气引出口至液空入口处的氮一氩氧精馏段，氧氩含量都是单调下降的，只不过由于氧氮分离系数大于氮氩分离系数，氧的下降速度相对于氩而言要快而已！液空入口处对应气相中的氧含量约为7%，氩含量0.35%，污氮气中的氧含量1%，如果氧氩比为20则氩含量0.05%！实际上氧氩比不是20而是10左右（估算），那么污氮气中的氩含量0.1%！”
0 P/ O# x2 F" h7 a8 G————来自尤总帖子
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你不会精馏计算和精馏参数分析，只是习惯于张口就来。就依你液空进料口处气相中氧含量7%，氩含量0.35%，回流液与进料液空相同，即氧20.95%，氩0.93%，那么往上一块理论塔板之上气相中的氧氩含量分别是多少呢？
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  v# A* {* ^! K* @7 J首先可以计算出，此处氮-氧相对挥发度αNO约为3.6，氩-氧相对挥发度αAO约为1.4，设上一块理论塔板上气相中氧含量是yO，氩含量是yA，则氮含量就是1-yO-yA，立出两个方程：
' x5 c+ t! Y2 h# l2 O7 U1 {αNO=(yN/xN)/(yO/xO)= ((1-yO-yA)/(1-0.2095-0.0093))/(yO/0.2095)=3.6
αAO=(yA/xA)/(yO/xO)= (yA/0.0093)/(yO/0.2095)=1.4
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解以上方程组，可得，yO=0.069，yA=0.0043=0.43%

由此可见，往上一块理论塔板之上的气相组成，氧含量确实是减少的，但氩含量却是增加的，由0.35%增加至0.43%了，氩含量并不是单调减少，往往是先增加再减少。
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实际上，上塔精馏段与下塔类似，下塔底空气进料中氧含量虽然是氩含量的22.5倍，但下塔顶氮气中的氩含量却是氧含量的100倍左右，基本上每上升一块理论板，氩-氧含量之比都会增大1.23倍左右，下塔38块理论板，所以下塔顶氮气和液氮中氩含量大约是其中氧含量的0.0093/0.2095*1.23^38=116倍，这个估计与实际是比较接近的。

可以证明，上塔精馏段理论塔板数越多，氮气产品和污氮中氧含量越低，则其中氩-氧之比越大，一般氮气中的氩含量都是其中氧含量的几十到100多倍，ppb级高纯氮中氩-氧含量之比在1000倍以上。

     先生骂人之前是否应该先想清楚，氮一氩氧精馏分离决不能分解为氮氧精馏分离和氧氩精馏分离，而是氮氧精馏分离和氮氩精馏分离的加和！其实先生计算的并不是氮一氩氧精馏分离的氧氩组成的变化，而是液空对应的气相组成！冷凝相当于一块理论塔板数，空气中的氧氩比例大约为22！我估算的液空入口处的对应气相氧7%，氩0.35%并无大错！之所以和先生有0.1%的出入，是因为先生莫名其妙地用了氧氩分离系数1.4！而实际上氧氮分离系数只比氮氩分离系数大20%左右！

氮一氩氧精馏分离，随着精馏进行，氧氩含量之和是单调降低的，但是每过一块理论塔板数气相中氩氧比例升高1.2倍！氮一氩氧精馏分离实际回流液气比一般比最小回流液气比大5%-10%，所以说氮一氩氧精馏分离从液空入口处至污氮引出口，氧，氩含量均是单调下降是没有问题的。

至于先生用下塔液氮中的氩含量是氧含量的100多倍，这一点也不奇怪！先生就有点玩数字游戏了！指数关系是非常可怕的！下塔底部气相中氧氩比例是20比1，但每过一块理论塔板数氩氧比例就增大1.2倍左右，35-45块理论塔板数就可以把氧氩比例从20比1变为1比20至100多！液空入口处至污氮气引出口的理论塔板数只有10块以内，和下塔的情况完全不可比！

我说这个跟你说不清，果然是，你连一点精馏概念都没有，怎么能理解？一块理论塔板之上的气相与这块理论板之下的液相之间成相平衡关系，两者之间通过相对挥发度建立关系，知道液相可以求出气相，反之亦然，1.4是液空进料口处氩氧相对挥发度，用汽液平衡关联式计算出来的，αNO=3.6，αAO=1.4，则αNA=αNO/αAO=3.6/1.4=2.6

相对挥发度的计算，我以前发过一篇徐文灏教授级高工的文章《一组氮氩氧汽液平衡关联式及其应用》，用这篇文章中介绍的方法可以计算出相对挥发度，进而进行空分精馏计算，但我估计你看不懂这篇文章。
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( n# Y& X9 @: p: S尤总的“氧氮分离系数只比氮氩分离系数大20%”又是无稽之谈，你如果不同意，就说个出处。

液相中氧氩含量之比是22，与之平衡的气相中氧氩含量之比肯定就不是22了，否则相对挥发度是1，无法精馏分离了。
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  P! N5 P" [6 ~) R氩氧相对挥发度随组分不同是变化的，在上塔压力下，塔底氧多氩少时是1.5左右，粗氩塔氩多氧少时是1.11左右，上塔往上逐渐减小，但变化不大，液空进料口处1.4左右，上塔顶1.37左右。

氮一氩氧精馏塔的精馏段最小回流液气比实际上不是由氧氮分离系数而是氮氩分离系数决定的，精馏段实际回流液气比当然比最小回流液气比大，氧氩含量都是单调降低，只不过两者降低的速度是不同的，上升氧氩化逐渐变小！

    对于基于新单塔流程的氧氩氮三元物系一般空气精馏工艺方案而言，是氮一氩氧精馏塔，液空入口处以上是氮一氩氧精馏塔的精馏段，在实际回流液气比大于最小回流液气比的情况下（不然就是氮氩一氧精馏段了，那确实会出现先生所言，上升气中的氧含量下降而氮氩含量上升的情况），上升气中的氧氩含量都是单调降低的！氮一氩氧精馏段不是氧氩精馏段，如果先生的意思是液空入口处至污氮气引出口之间实际回流比偏小，这个可以讨论。把氮一氩氧精馏段当做氧氩精馏理解就过份了！

如果以氮-氧精馏和氮-氩精馏建立平衡方程，则有
αNO=((1-yO-yA)/(1-0.2095-0.0093))/(yO/0.2095)=3.6
αNA=((1-yO-yA)/(1-0.2095-0.0093))/(yA/0.0093)=3.6/1.4
; v# \6 C) b8 B' s0 ?同样可以解出yA=0.0043，yO=0.069，结果完全一致。这毫不奇怪，由相对挥发度定义就能得知必然如此。

4 `% G/ N- [( ]7 w7 H全回流或回流比较大时不会发生氩含量先升后降，回流比减小到一定时就会发生氩含量先升后降，实际的空分下塔和上塔精馏段都有氩含量先升后降现象。

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关于污氮气以的回流液气比是我不识数，谢谢先生指正，现在我修改为污氮气引出口以上回流液气比0.5-0.55，4-6块理论塔板数，氮气产品纯度提高1N！”
————来自尤总帖子
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( @1 I9 \* F& }1 P% G氮气产品纯度提高1N怎么说？

( d8 ?: @# y1 w7 `" }/ w2 Y' e  j可能是思考问题的习惯不同，尤总语文好，喜欢从语句上理解，氮-氩氧精馏就是往上氮越来越多，氩和氧都是越来越少。