|外行学空分（345）一一空分基本原理（23）一一空分精馏计算（2）

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     基于新单塔流程的空气氧氩氮三元物系采用经隔板模型优化后的依次精馏组织方案，其中空分塔氩馏分引出口以上是氮一氩氧精馏塔近似氧氮精馏塔，粗氩冷凝塔加空分塔氩馏分引出口以下部分提馏段是氮氩一氧精馏塔近似氧氩精馏塔，精氩塔是氮一氩氧精馏塔近似氮氩精馏塔。精馏过程的供冷供热方案则采用以空气，氮气，工艺氩气为循环工质，压力空气，压力氮气，压力工艺氩气冷凝器均并列设置在空分塔底部的三开式热泵基本供冷供热方案！相关内容可以参阅外行学空分（338-343）一一空分基本原理（16-21）一一空分流程的组织（1-5）！下面以处理干空气50000NM3，氧气产量10000NM3小时为例，对空气氧氩氮三元物系经隔板模型优化后的依次精馏第一精馏塔氮一氩氧精馏塔近似氧氮精馏塔的精馏计算进行说明。
! o2 \. u. W# O% ~& c/ @     所谓依次精馏第一精馏塔，是以精馏原料为进料的精馏塔，依次精馏第二精馏塔则是以依次精馏第一精馏塔的混合组分产品作为进料的精馏塔。依次精馏第三精馏塔则是以依次精馏第二精馏塔的混合组分为进料气的精馏塔。从这个角度来说，依次精馏第一精馏塔可以视为依次精馏第二精馏塔的初级精馏塔。依次精馏第一，第二精馏塔可以视为依次精馏第三精馏塔的初级精馏塔。
    首先基础数据如下，空气组成氧含量20.7%，氩含量0.9%，氮含量78.4%！在空分塔压力1.1bar下与之平衡的液相组成氧含量53%，氩含量2%，氮含量45%！氧氮分离系数3.7，氮氩分离系数2.6！氧氮相变热比值1.23，氧氩相变热比值1.081！进入设置在空分塔底部的压力氮气冷凝器的压力氮气数量25000NM3，压力5.3bar，进入设置在空分塔底部的压力空气冷凝器的压力空气数量7000NM3，压力4.2bar，进入设置在空分塔底部的压力工艺氩气冷凝器的压力工艺氩气数量14000NM3，压力2.1bar！据此计算出空分塔底部液氧蒸发气化数量36600NM3，其中10050NM3（含氩0.5%，含氮微乎其微）折纯10000NM3作为产品氧气引出，上升气数量26550NM3，氩馏分引出口处上升气数量26680NM3，其中13000NM3进入粗氩冷凝塔，氮一氩氧精馏塔底部上升气数量为13680NM3！
   氮一氩氧精馏塔以氮一氩氧精馏原料空气入口处为界，以上至空分塔顶部为精馏段，其中又分为三段，污氮气引出量至空分塔顶部为一段，液空入口处至污氮气引出口之间为一段，液空入口处至空气入口处为一段。空气入口处至氩馏分引出口为氮一氩氧精馏塔近似氧氮精馏塔提馏段！其中氩馏分引出口处氮一氩氧精馏塔近似氧氮精馏塔底部上升气组成为氧含量89.8%，氩含量10%，氮含量0.2%！上升气数量13600NM3，空气入口处上升气数量61000NM3，氧含量21.6%，氩含量0.90%，氮含量78.4%！液空入口处上升气数量62300NM3，其中氧含量6.6%，氩含量0.42%，与液空处于气液平衡状态，空分塔顶部上升气数量63400NM3！
     氮一氩氧精馏塔近似氧氮精馏塔顶部回流液氮数量为25000NM3，液空入口处回流液数量31000NM3，空气入口提馏段下降数量26500NM3。离开精馏段的回流液数量为29000NM3，进入提馏段的下降液数量为26500NM3！两者之间的差距，要仔细体会！
4 V* r1 ^) G6 |7 d4 J3 }  L    液空入口处至污氮气引出口，实际回流液气比为0.4！无污氮气引出，则污氮气引出口至空分塔顶部实际回流液气比为0.4，随着污氮气引出量加大，实际回流液气比相应升高！空气入口处至液空入口处实际回流液气比为0.53！提馏段回流气液比为0.51！
    如果视为近似氧氮精馏分离，污氮气引出口以上最小回流液气比为0.285！液空入口处以上至污氮气引出口之间最小回流液气比为0.33！空气入口处至液空入口处之间最小回流液气比为0.45！提馏段最小回流气液比为0.475！以上数据均已考虑氧氩氮相变热比值的不同，与按照恒摩尔流假定计算的结果差距较大！
3 c4 b2 K0 Q* o. ?! C$ `    空分塔全塔理论塔85块，氩馏分引出口以下氮氩一氧精馏塔近似氧氩精馏塔（依次精馏第二精馏）的提馏段占去约25块！氮一氩氧精馏塔近似氧氮精馏塔（依次精馏第一精馏塔）全塔理论塔板数60块！如何对60块理论塔板数在精馏段和提馏段之间进行合理分配就是一个非常重要的问题！首先根据氮气产品数量及纯度指标，确定污氮气的引出量及污氮气中的氧含量（根据氧提取率计算而得出），如果氮气产品数量为25000NM3，污氮气引出口以上实际回流液气比为0.5，如果氮气产品纯度99.9%，则污氮气引出口以上需要理论塔板数5-9块！如果氮气产品纯度99.9999%，则需要理论塔板数约30-40块！如果同时要求氮气产品高纯度，同时氮气产品提取率尽可能接近100%！这一般是以制氮为目的空气精馏工艺方案，则需要对空气精馏工艺方案及开式热泵供冷供热方案进行调整，可以参阅前面关于制氮工艺方案的帖子！这里要特别注意，氮气产品纯度越低，越接近于近似氧氮分离，而氮气产品纯度越高，越接近于近似氮氩分离。污氮气引出口以上一般应视为氮氩分离。
) C: W' R  P9 e( }% Y  n5 ^' j. {    根据污氮气引出量及污氮气中的氧含量，计算出污氮气引出口至液空入口处需要的理论塔板数，大的在5-10块理论塔板数之间！计算出空气入口处至液空入口处之间的理论塔板数，大约在3-5块左右。最后计算出氮一氩氧精馏塔近似氧氮精馏塔提馏段需要的理论塔板数，大约在15-25块左右！
/ V  g0 a0 u% t/ q# ?1 X4 z    氮一氩氧精馏塔核心指标是氮气产品数量及纯度指标，这是必须首先保证的！其次是氩馏分中的氮气含量指标，这是氮一氩氧精馏塔近似氧氮精馏塔的高沸点组分产品指标，是保证依次精馏第二精馏塔氮氩一氧精馏塔近似氧氩精馏塔精馏原料气合格正常运行的前提条件！如果在保证氮气产品数量及纯度指标的情况下，由于提馏段可用理论塔板数少，无法保证氩馏分中的氮气含量指标，则适当增加进入空分塔底部压力空气数量，提高氮一氩氧精馏塔提馏段回流气液比以保证氩馏分中的氮气含量指标！当然在总理论塔板数既定的情况下，应综合考虑氮气产品数量，纯度，氧提取率，氩馏分中的氮气含量指标，对全塔理论塔板数进行合理的分配，进入压力氮气冷凝器的压力氮气数量，进入压力空气冷凝器的压力空气数量进行综合寻优！
0 P7 h  C: S5 ^2 V2 z6 |( }      由于氧氮，氮氩在常压下分离系数很大，氮一氩氧精馏塔近似氧氮精馏塔在给定精馏段理论塔板数下只要稍微提高精馏段回流液气比，就可以大幅度提高氮气产品纯度！只要稍微提高提馏段回流气液比，就可以大幅度降低氩馏分中的氮气含量！
   空分装置是空气开式热泵一膨胀制冷液化工艺方案和空气氧氩氮三元物系开式热泵供冷供热精馏工艺方案的联合装置。空气开式热泵一膨胀制冷液化工艺方案和空气氧氩氮三元物系开式热泵供冷供热精馏工艺方案的联合主要体现在空气氧氩氮三元物系依次精馏第一精馏塔氮一氩氧精馏塔近似氧氮精馏塔。其中依次精馏第一精馏塔氮一氩氧精馏塔近似氧氮精馏塔的原料空气既是空气开式热泵一膨胀制冷液化的膨胀制冷循环工质，又是开式热泵液化循环工质！进入空分塔底部的压力空气中的很大一部分是空气开式热泵液化后节流减压进入压力空气冷凝器。但在进行精馏计算时，只需要根据精馏原料空气不过热也不带液进入精馏塔，压力空气，压力氮气不过热也不带液进入空分塔底部压力空气冷凝器，压力氮气冷凝器即可！因为压力空气虽然液化进入空分塔底部压力空气冷凝器，这部分压力空气并不能给精馏塔底部供热，但需要引出液氧，虽然空分塔底部蒸发的液氧数量减少，但依次精馏第一精馏塔氮一氩氧精馏塔近似氧氮精馏塔的精馏段上升气数量，回流液数量回流液气比和提馏段回流气数量，下降液数量，回流气液比均保持不变！精馏效果是完全一致的！

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  氩馏分中的氮气含量是氧氩氮三元物系依次精馏第一精馏塔氮一氩氧精馏塔近似氧氮精馏塔的高沸点组分精馏产品指标，由于氧氮，氮氩分离系数很大，只要稍微增加氮一氩氧精馏塔近似氧氮精馏塔的提馏段回流气液比就可以大幅度降低氩馏分中的氮气含量指标！

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对于基于双塔流程的氧氩氮三元物系经隔板模型优化后的依次精馏组织方案，依次精馏第一精馏塔氮一氩氧精馏塔近似氧氮精馏塔精馏计算的关健在于确定富氧液空入口处对应气相中的氧氩含量。