外行学空分（336）一一空分基本原理（14）一一常规热泵，开式热泵，一拖多热泵（2）

Yb2021

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     一个完整的二元物系精馏过程可以分为两大部分，一是精馏本体部分，包括精馏原料的输送，精馏原料和精馏产品的换热，及二元物系高低沸点组分在精馏塔中的气液热质交换过程。二是供冷供热部分。精馏过程本体部分如果精馏原料和精馏产品不存在换热损失（冷热端换热温差为零），也不存在散热散冷损失，那么精馏过程就是一个绝热等焓过程。无论二元物系的标准常规精馏工艺方案和双效精馏及多效精馏的蒸汽再沸器供热，冷却水冷凝器供冷还是热泵精馏的开式热泵供冷供热理论上都可以采用常规热泵代替，对精馏本体部分而言都是等效的，对精馏过程本体部分并无改变。
4 ?, w' w& _8 S0 @0 l* ~2 ^! c    精馏过程的总效率由精馏本体部分效率（精馏效率）和供冷供热部分的效率共同决定。是精馏过程本体有效能效率和供冷供热有效能效率的乘积！关于精馏本体部分的有效能效率可以参阅前面的相关帖子，想一想在什么样的情况下，精馏过程才是完全可逆的精馏过程，就很容易理解如何才能提高精馏过程的可逆程度（精馏过程有效能效率）。下面集中讨论一下精馏过程的供冷供热效率。
    蒸汽再沸器供热和冷却水冷凝器供冷的效率决定于二元物系的高低沸点组分的沸点和公用工程蒸汽，冷却水的规格！一般情况下，蒸汽的冷凝温度和冷却水温度和二元物系的高低沸点组分沸点无法完全匹配（蒸汽冷凝温度加蒸汽再沸器换热温差等于高沸点组分液体蒸发温度，低沸点组分气体冷凝温度加冷却水冷凝器换热温差等于冷却水温度），蒸汽再沸器和冷却水冷凝器供热供冷方案的换热器换热温差很大或者采取蒸汽节流进入蒸汽再沸器，供冷供热有效能效率都是很低的！例如二元物系高低沸点组分沸点分别为50度和70度，蒸汽冷凝温度110度，冷却水温度30度，则蒸汽再沸器换热温差40度，冷却水冷凝器换热温差20度，蒸汽再沸器供热和冷却水冷凝器供冷效率在25%以下！将精馏本体有效能效率和供冷供热有效能效率分开讨论时，蒸汽再沸器和冷却水冷凝器是供冷供热方案的组成部分，而不再属于精馏本位部分。
     运用精馏过程的开式热泵供热供冷方案，供冷供热开式热泵循环工质是由高低沸点混合组分或低沸点组分构成，通过调整热泵循环工质气体压力和组成，可以政变开式热泵供冷供热温度，从而使之和二元物系高沸点组分液体蒸发温度及低沸点组分气体冷凝温度相匹配，大幅度提高供热供冷效率，在二元物系高低沸点组分沸点接近的情况下，开式热泵供冷供热方案有效能效率相对于蒸汽再沸器和冷却水冷凝器供冷供热有效能效率优势更加突出！
    用于精馏过程的热泵并不是常规热泵，而是所谓的开式热泵，其原因有以下几条件，一是常规热泵只适用二元物系高低沸点组分沸点在环境温度附近的精馏过程，如果二元物系组分沸点和环境温度相距甚远则常规热泵无法选择合适的热泵循环工质。二是常规热泵的供冷供热效率低于运用于精馏过程的所谓的开式热泵。运用于精馏过程的开式热泵，以低沸点组分或者高低沸点混合组分为循环工质，循环工质气体从精馏塔引出直接压缩（高低沸点组分沸点低于环境温度时，还可以选择复热常温压缩）。开式热泵只有压力热泵循环工质气体冷凝器，冷凝后的循环工质液体过冷减压后直接加入精馏塔作为下降液或者回流液，这样就省去了热泵循环工质液体蒸发器（相当于液体蒸发器的换热温差为零）同时也降低了热泵循环工质压缩比，提高了热泵循环工质的供冷供热效率！无论是工程造价还是供冷供热效率，运用于精馏过程的开式热泵供冷供热方案相对于常规热泵（闭式热泵）供冷供热都拥有压倒性的优势！
  b7 j2 p/ P+ V9 d4 ?    无论常规热泵还是开式热泵都有标准方案和变型方案，对于常规热泵而言，标准方案是一个热泵循环工质压缩机，一个压力循环工质气体冷凝器，一个压力热泵循环工质液体减压阀，一个减压后的循环工质液体蒸发器！所谓变型方案例如分体式空调。一个热泵循环工质压缩机，一个压力热泵循环工质气体冷凝器，几个热泵循环工质液体减压阀对应几个减压后的热泵循环工质液体蒸发器。因为只有一台热泵循环工质压缩机，压缩比必须满足最低供冷温度！当然这样分体式热泵的供冷供热效率在压缩机设备性能参数和实际工程条件相同的情况下低于标准常规热泵！
     正如一种规格的公用工程蒸汽，冷却水可以用于不同的二元物系（或者近似二元物系）精馏过程供冷供热一样！一个开式热泵供冷供热方案同样除了用于本身精馏过程（开式热泵循环工质引出精馏塔）供冷供热外，也可以用于其它不同的二元物系精馏过程。当用于其它不同的二元物系精馏过程时，只能用开式热泵压力循环工质气体在一个另外设置的冷凝器中冷凝供热，其作用相当于蒸汽再沸器，一般称为冷凝一蒸发器！冷凝后的循环工质液体返回开式热泵本身精馏塔参与精馏过程从而实现稳态化运行。也可以用开式热泵减压后热泵循环工质液体在一个蒸发器中蒸发供冷，使另一个精馏塔顶部的低沸点组分气体冷凝作为回流液。其作用相当于冷却水冷凝器，一般称为蒸发一冷凝器！蒸发气化循环工质气体返回开式热泵本身精馏塔参与精馏过程从而实现稳态化运行。当然也存在压力开式热泵循环工质气体在另外一个精馏塔底部设置的冷凝一蒸发器中冷凝供热（其作用相当于蒸汽再沸器），而冷凝后压力开式热泵循环工质液体过冷减压后在设置在另一个精馏塔顶部的蒸发一冷凝器（其作用相当于冷却水冷凝器）中蒸发气化使另一个精馏塔顶部的低沸点组分气体冷凝作为回流液。蒸发气化后的循环工质气体返回开式热泵循环工质压缩机进口。这样的一拖多开式热泵多用于多元物系精馏的依次精馏第二，第三精馏塔供冷供热方案。虽然供冷供热方案有效能效率较低，但简化了供冷供热方案！
0 I! L* L- O; p3 c, h    开式热泵一拖多供冷供热方案还有另外一个形式，那就是压力循环工质气体在一个设置塔板和填料的冷凝塔（冷凝器）中冷凝分离为两个或多个低沸点组分液体和高低沸点混合组分液体，分别加入精馏塔作为回流液或者用作其它精馏过程的供冷。其中最典型的就是空气开式热泵精馏中的以空气为循环工质的一拖多开式热泵供冷供热方案，这样的一拖二（多）开式热泵供冷供热方案只有在二元物系组分沸点远低于环境温度的情况下才是可行的，组分沸点远低于环境温度的二元物系精馏原料呈气态，以精馏原料为开式热泵循环工质则开式热泵循环工质压缩机和精馏原料输送压缩机可以合并，从而简化了工艺方案！但毫无疑问其供冷供热效率相对于标准常规开式热泵供冷供热方案会有明显降低，具体选择需要根据情况决定。

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   以精馏原料为循环工质的开式热泵在组分沸点在环境温度以上的精馏过程中运用的概率非常低！是一种特殊的情况，但在组分沸点在环境温度以下的精馏过程，由于精馏原料呈气态，选选精馏原料作为开式热泵
' d: T5 E0 ^! j9 a; u9 F循环工质，则开式热泵循环工质压缩机可以和精馏原料输送压缩机合并，开式热泵循环工质复热换热器可以和精馏原料和精馏产品换热器合并，从而具有明显的简化工艺方案的优势，是最容易想到的工艺方案。但也存在非常明显的问题，

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   组分沸点远低于环境温度的二元物系精馏工艺方案采用以精馏原料气为循环工的一拖二开式热泵供冷供热方案非常接近于组分沸点在环境温度以上的二元物系双效精馏工艺方案，但两者的情质是完全不同的，

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开式热泵供冷供热有效能效率决定于热泵循环工质压缩机的压缩效率和冷凝器换热温差！在热泵循环工质压缩机压缩效率和冷凝器换热温差不变的情况下，开式热泵供冷供热温差越小，开式热泵供冷供热有效能效率越低。二元物系精馏过程之所以采用多热泵供冷供热方案，是因为多热泵供冷供热方案可以降低精馏本体部分有效能效率！从而在加权开式热泵供冷供热有效能效率降低的情况下，可以降低多开式热泵循环工质压缩功耗之和，从而开式热泵精馏总有效能效率（精馏本体有效能效率和加友开式热泵供冷供热有效能效率的乘积）！

cnltfwlx

写的非常详细，非常值得学习

Yb2021

谬赞了，只是关于开式热泵精馏的基本常识而已。

Yb2021

  以精馏原料空气为循环工质的一拖二或者一拖多开式热泵供冷供热方案既不是氧氮二元物系或者氧氩氮三元物系的唯一供冷供热方案更不是能耗最低的最优供冷供热方案！

youfujun

好好学习学习，下来看看；