外行学空分（322）一一空分基本原理一一复热常温压缩和深冷压缩

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0 R( J* a+ n, Z. ^     组分 沸点环境温度以上的二元物系精馏分离的单热泵及多热泵精馏技术，开式热泵循环工质气体（高低沸点混合组分）从精馏塔引出直接压缩后在设置在精馏塔底部（一般而言压力开式热泵循环工质冷凝器设置在精馏塔底部最为方便有利，但也可以有其它的方案）的压力热泵循环工质气体冷凝器中冷凝为热泵循环工质液体，同时开式热泵循环工质压力气体显热及冷凝潜热使精馏塔内的高沸点组分液体蒸发气化，作为精馏塔提馏段回流气，从而实现给精馏塔底部供热，节流减压后的低压循环工质液体（会有部分气化）加入精馏塔作为下降液，从而实现给精馏塔供冷。由于开式热泵循环工质气体沸点在环境温度以上，当然不可以采用复冷常温压缩（相对于深冷空分而言就是复热常温压缩），而只能采用高于环境温度的直接压缩（相对于深冷空分而言就是深冷压缩）。
1 T3 w0 p. \3 J" O     空气精馏分离过程是深冷条件下的开式热泵供冷供热精馏过程，用于精馏过程供冷供热的开式热泵循环工质当然也是从精馏塔引出，以精馏原料空气为循环工质的供冷供热开式热泵从形式上而言，开式热泵循环工质空气并不是由精馏塔引出，而是来自精馏原料空气，但本质上是不变的。只不过和精馏原料气输送过程合并而已！但开式热泵循环工质的压缩，却有两个选择，一是从精馏塔引出后直接进行压缩，这就是深冷压缩，二是复热至常温后进行压缩。对于开式热泵精馏而言是完全一致的，只不过开式热泵循环工质深冷压缩会给空分装置的所谓冷量平衡带来重大的影响，而复热常温压缩则需要增加复热换热器，而且热泵循环工质气体压缩功耗高！两者之间各有利弊需要根据不同的情况进行选择。
' i7 p8 f% e5 _4 }. t+ h    目前深冷空分绝对主流的所谓双塔流程，是以精馏原料空气为循环工质的一拖二开式热泵精馏工艺方案，其开式热泵循环工质空气的复热与精馏原料空气与精馏产品换热过程合并，从表面上看开式热泵循环工质空气既不是深冷压缩也不是复热常温压缩，这只是表面现象，本质上是复热常温压缩，只不过开式热泵循环工质空气复热过程和精馏原料空气与精馏产品换热过程合并而已！
. ?( ~* Q! `4 n  y! ~( r& V& T     环境温度以上的二元物系精馏工艺方案经历了标准常规精馏工艺方案，双效及多效精馏工艺方案，单热泵及多热泵精馏工艺方案三个阶段，它们之间的区别在于供冷供热方案的变化。其中标准常规精馏工艺方案完全由蒸汽再沸器供热，冷却水冷凝器供冷（移出热量），实际上供冷供热角度而言构成一个闭式热泵（标准常规热泵）。双效精馏中供热供热，低沸点组分压力气体及高低沸点组分压力气体的冷凝潜热供热数量和双效精馏高压精馏塔底部蒸汽再沸器供热数量相等，减压后的低沸点组分液体和高低沸点组分液体蒸发气化潜热供冷数量和低压精馏塔顶部冷却水冷凝器供冷数量相等，但双效精馏及多效精馏工艺方案中的低沸点组分压力气体和高低沸点组分压力气体由蒸汽加热产生。而标准常规精馏工艺方案基础上的单热泵及多热泵精馏技术则是不同的，蒸汽再沸器供热和冷却水冷凝器供冷只在精馏启动过程中发挥作用，单热泵及多热泵精馏工艺方案中的低沸点组分压力气体和高低沸点组分压力气体从精馏塔引出直接压缩而来！从形式上而言，标准常规精馏工艺方案是二元物系单塔精馏工艺方案，双效精馏及多效精馏是双塔及多塔二元物系精馏工艺方案，而单热泵及多热泵精馏工艺方案是二元物系单塔精馏工艺方案，可以说环境温度以上的二元物系精馏工艺方案经历了单塔精馏工艺方案（标准常规精馏工艺方案），双塔及多塔精馏工艺方案（双效精馏及多效精馏工艺方案），又回归单塔工艺方案（单热泵及多热泵精馏工艺方案）的演变过程。
/ Y2 f) \+ T8 Z% l! p1 o    深冷压缩在目前空分装置中已经有实际运用的案例，一是采用双塔流程制取高纯度氮气产品时，从精馏塔顶部引出氮气深冷压缩后在设置在富氧液空入口处的冷凝器中冷凝为液氮，节流减压后作为上塔顶部回流液，这样在保证氮气产品纯度的同时又可以提高氮气产品提取率，当然这样况下，下塔送上塔的液氮可称为污液氮（这样下塔液氮纯纯度不再是氮气产品纯度的上限），在上塔顶部以下，污氮气引出口以上适当理论塔板数处加入上塔参与精馏。二是在所谓双空压机单塔制氮工艺方案中，其中一个空压机（实际上是富氧空气压缩机）也是采用深冷压缩，还有膨胀机输出功用于空气深冷压缩的案例。
    深冷压缩和复热常温压缩是供冷供热开式热泵循环工质的两个选择，在极限工程条件下是等效过程，并无利于不利的区别，各有利弊，深冷压缩功耗低，但带来和压缩功耗等量的冷量冷能损失，复热常温压缩压缩功耗高，但不会带来冷量冷能损失。应该根据具体情况做出选择，具体可以参阅前面的帖子。总体而言，开式热泵循环工质压缩比小宜采用深冷压缩，开式热泵循环工质压缩比大，复热常温压缩可以分段压缩的适宜适用复热常温压缩！
9 B" H7 V9 C$ x; ^' N$ _: j    空分装置中的气体压缩具有不同的功能。一是精馏原料空气加压输送，二是空气开式热泵液化循环工质的压缩，三是空分膨胀制冷循环工质的压缩。四是以空气为循环工质的供冷供热开式热泵（或者一拖多开式热泵）循环工质的压缩，五是其它供冷供热开式热泵循环工质的压缩！前四项都是常温压缩或者复热常温压缩。第五项则有复热常温压缩和深冷压缩的选择！

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   深冷压缩的过程有效能效率毫无疑问是深冷压缩的绝热效率，要讨论深冷压缩有效能效率时要严格区分过程有效能效率和系统有效能效率的区别！另外还要区分系统有效能效率中有效能投入产出率和目标有效能效率的区别，深冷压缩的过程有效能效率（绝热效率）和系统有效能效率中的有效能投入产出率差距巨大，但和目标有效能效率完全一致！具体可以参阅国家标准一一系统有效能效率分析技术导则中的公式5和公式6！根据公式5深冷压缩的有效能效率大大低于复热常温压缩的有效能效率，但根据公式6则深冷压缩有效能效率和复热常温压缩是完全一致的，是等效过程和压缩进口温度无关！至于系统有效能效率分析应该采用公式5还是公式6留给大家思考吧！

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系统由不同的过程构成，过程是最小的系统，系统有效能效率计算公式，当然也可以用于计算过程的系统有效能效率，因为过程是最小的系统！如果计算结果和过程有效能效率（例如深冷绝热压缩的有效能效率绝热效率）不一致！实际上这样的计算方法计算公式就是错误的！也就是说任何系统有效能效率计算公式都要经得起过程（最小的系统）有效能效率的检验！通不过检验就是错误的，通过检验并不能保证是正确的。

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在讨论深冷压缩利弊之前，最好首先学习一下能量系统有效能（火用）效率技术导则一一国家标准，认真研究一下其中公式（5）和公式（6）的异同之处！

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深冷空分中的供冷供热开式热泵循环工质的压缩可以在深冷压缩和复热常温压缩之间选择，理论上是等效的！