外行学空分（348）一一空分基本原理（26）一一空分精馏计算（5）

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    空分精馏计算和一般精馏计算并无任何不同，都是通过计算确定产品纯度，理论塔板数，回流比三者之间的关系。理论塔板数，产品纯度，回流比三个精馏过程关健工艺参数只有两个自由度！给定精馏过程的产品纯度指标，实际回流比，就可以计算出需要的最少理论塔板数！反之给定了精馏过程产品纯度指标，理论塔板数，就可以计算出需要的最小回流比！
/ i  `5 D& d- L% T7 G; _   三元物系或者多元物系的精馏计算，必须首先确定依次精馏组织方案（包括依次精馏组织方案基础上的隔板模型优化组织方案），才能分别进行每个近似二元物系精馏过程的精馏计算，多个近似二元物系精馏过程的精馏计算叠加起来才是完整的三元物系或者多元物系的精馏计算。
, j1 }5 y( w. C( n. H    对于三元物系及多元物系精馏计算而言。首先必须明确依次精馏的分解顺序及是否需要在依次精馏基础上进行隔板模型优化组织，才能进入每个依次精馏塔的精馏计算。而每个依次精馏塔都是近似二元物系精馏塔。
    进行二元物系及近似二元物系精馏计算之前，首先必须对精馏计算中的几个基本概念定义有深刻的理解，以免引起混乱。一是产品纯度指标，所谓产品纯度指标是产品中某个组分含量的百分数，例如氧气产品纯度指标是氧气产品中的氧气含量百分数，氮气，氩气产品纯度指标是氮气，氩气产品中的氮气，氩气含量百分数！精馏计算中，不能直接计算出产品纯度指标。在二元物系精馏计算中，精馏计算中实际得到的是低沸点组分产品中的高沸点组分含量百分数，100%减去低沸点组分产品中的高沸点组分含量百分数后才能得到低沸点组分产品纯度指标！高沸点组分产品纯度指标也是同样的情况。这一点要仔细体会。
% M! y" i+ J% i0 Q    至于近似二元物系精馏过程精馏计算，则情况比较复杂，其中只有一个产品纯度指标可以自由设定，而另外一个产品纯度指标不能自由设定。例如氮一氩氧精馏塔近似氧氮精馏塔，氮气产品纯度指标可以自由设定，而不能自由设定氧气，氩气产品纯度指标，只能设定氧氩气纯度指标（100%减去氧氩气中的氮气含量百分数）！氮氩一氧精馏塔近似氧氩精馏塔，氧气产品纯度指标可以自由设定，而不能自由设定氮气，氩气产品纯度指标，只能设定氮氩气产品纯度指标（100%减去氮氩气产品中的氧含量百分数）！产品纯度指标设定不当会带来精馏过程性质的变化！例如从氮一氩氧精馏塔近似氧氮精馏塔变为氮氩一氧精馏塔近似氧氩精馏塔，而两者之间差异巨大！
    关于回流比，必须深刻理解低沸点组分产品回流比及对应的精馏塔精馏段回流液气比和高沸点组分产品回流比及对应的提馏段回流气液比之间的联系和区别，不能混淆使用，同时也不能大而化之地使用精馏塔回流比，回流液气比，回流气液比！精馏计算中用到的是精馏塔精馏段回流液气比和精馏塔提馏段回流气液比！二元物系或者近似二元物系精馏塔的精馏计算，分为精馏塔精馏段精馏计算和精馏塔提馏段精馏计算！精馏段回流液气比和理论塔板数及精馏原料组成（如果是液相进料就是液相原料对应的气相组成）决定了低沸点组分产品中的高沸点组分含量百分数，从而得到低沸点组分产品纯度指标。提馏段回流气液比，理论塔板数及精馏原料对应的液相组成（如果是液相进料就是进料原料组成）决定了高沸点组分产品中的低沸点组分含量，从而得到高沸点组分产品纯度。以上的情况都是针对二元物系或者近似二元物系精馏分离标准常规精馏工艺方案而言，如果是双效精馏及多效精馏工艺方案，标准常规精馏工艺方案基础上的单热泵及多热泵精馏工艺方案及完全自热精馏工艺方案即彻底开式热泵精馏工艺方案中的多开式热泵供冷供热精馏工艺方案情况是不同的！由于供冷供热方案的不同，不存在精馏段回流液气比和提馏段回流气液比，而是分段回流液气比和回流气液比！这样精馏塔低沸点组分产品纯度指标（低沸点组分产品中的高沸点组分含量百分数）由精馏段最上面一段精馏段理论塔板数，回流液气比及精馏段底部上升气组成决定！精馏塔高沸点组分产品纯度指标（低沸点组分含量百分数）由精馏塔提馏段最下面一段提馏段回流气液比，理论塔板数及下降液组成决定！
7 M5 T/ E4 b9 e) f- k5 S, B! v   精馏计算中的塔板数是理论塔板数，理论塔板定义如下，上升气和下降液进入一段填料或者塔板进行气液热质交换，离开填料或者塔板的上升气和下降液处于气液平衡状态，则此填料或者塔板为一块理论塔板！要注意理论塔板和实际塔板的区别和联系。精馏计算中的塔板是理论塔板，塔板数是理论塔板数！
( l0 k+ g- A+ X7 l     所谓恒摩尔流假定，即假定二元物系标准常规精馏工艺方案精馏塔以精馏塔原料入口处为界，精馏段上升气和回流液的摩尔数量恒等不变！提馏段下降液和回流气摩尔数量恒等不变！本质上是假定精馏塔中高低沸点组分气液交换等摩尔交换！恒摩尔流假定极大简化了精馏计算过程！所有的精馏计算公式都是在恒摩尔流假定下总结出来！前提条件都是恒摩尔流假定，所谓操作线方程也是如此！空分精馏计算中，由于氧氩氮相变热比值差距很大，恒摩尔流假定是不成立的，在恒摩尔流假定下进行精馏计算，其结果可想而知（误差非常大），只能作为定性分析！
    在恒摩尔流假定不成立的情况下，精馏计算该如何进行呢？就比较复杂了。首先第一个问题是确定二元物系或者近似二元物系精馏塔的精馏段和提馏段分界点。如果是标准常规精馏工艺方案或者以低沸点组分为循环工质的单开式热泵供冷供热精馏工艺方案（就精馏本位而言就是标准常规精馏工艺方案，只不过以以氮气为循环工质的供冷供热开式热泵代替标准常规精馏工艺方案中的蒸汽再沸器和冷却水冷凝器而已！），毫无疑问都是以精馏原料入口处作为精馏塔精馏段，提馏段分界处。标准常规精馏工艺方案基础上的单热泵及多热泵精馏以及组分沸点在环境温度以下的自热精馏工艺方案即彻底开式热泵精馏工艺方案也是如此！但对于组分沸点在环境温度以上的双效精馏及多效精馏的常压精馏塔及组分沸点在环境温度以下的以精馏原料空气为循环工质的一拖二开式热泵供冷供热精馏工艺方案的常压精馏塔（上塔）的精馏段和提馏段分界则不能以精馏原料入口处为界！这是双效精馏及多效精馏和以精馏原料空气为循环工质的一拖二开式热泵供冷供热精馏工艺方案精馏计算的特殊之处，很多人对此都没有清楚的认识，以至造成许多的混乱！
* s; q- R2 o3 L% p% l    无论恒摩尔流假定是否成立，二元物系或者近似二元物系精馏塔精馏计算，都分为精馏塔精馏段精馏计算和精馏塔提馏段精馏计算。如果采用标准常规精馏工艺方案。标准常规精馏工艺方案基础上的单热泵及多热泵精馏工艺方案以及彻底开式热泵供冷供热精馏工艺方案中的单热泵及多热泵精馏工艺方案，则精馏原料入口处均为精馏塔精馏段和提馏段分界处！可以称为精馏塔的零号理论塔板。精馏塔零号理论塔板既不属于精馏塔精馏段，也不属于精馏塔提馏段。离开零号理论塔板的上升气进入精馏塔精馏段，离开零号理论塔板的下降液进入提馏段。如果精馏原料液态进料（组分沸点在环境温度以上的精馏塔），则离开零号理论塔板进入提馏段的下降液组成就是精馏原料组成。离开零号理论塔板进入精馏段上升气组成则是与精馏原料液体平衡的气相组成。如果气态进料（组分沸点在环境温度以下的精馏过程），则离开零号理论塔板进入精馏塔精馏段的上升气组成和精馏原料气组成。离开零号理论塔板进入提馏段的下降液但成则是与原料气平衡的液相组成！零号理论塔板其实就是精馏计算中的所谓夹点！
    精馏塔精馏段精馏计算，都是以离开零号理论塔板的上升气数量和组成，精馏段顶部回流液数量及回流液中的高沸点组分含量，进行物料热量平衡计算。计算出精馏塔精馏段一号理论塔板的下降液数量组成，再计算出离开1号理论塔板的上升气数量及组成（与离开1号理论塔板的下降液处于气液平衡状态），重复进行直至上升气中的高沸点组分含量达到低沸点组分产品纯度！
    精馏塔提馏段的精馏计算，同样以离开零号理论塔板的下降液组成和数量，提馏段底部回流气数量及组成，进行物料平衡和热量平衡，计算出离开1号理论塔板的上升气数量及组成，再计算出离开1号理论塔板的下降液组成及数量，重复以上计算直至下降液中的低沸点组分含量达到高沸点组分产品纯度！
6 _# C. |1 X$ M8 B: i& s   以上精馏计算中的热量平衡就是高低沸点组分气液交换的交换比，如果假定交换摩尔比为1比1！就是恒摩尔流假定下的精馏计算。如果高低沸点组分气液交换摩尔比为高低沸点组分相变热比值，就是恒摩尔流假定不成立的情况下的精馏计算！
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   深冷空分是氧氩氮三元物系精馏过程，首先必须根据产品方案（包括产品数量及产品纯度）确定合理的依次精馏组织方案及依次精馏组织方案基础上的隔板模型优化组织方案。然后才能就分解后的依次精馏每个近似二元物系精馏计算。精馏计算和精馏组织是一个互动的过程，根据精馏计算结果对精馏组织方案进行优化，再重复进行精馏计算，最后确定优化的精馏组织方案（包括精馏本体组织方案和开式热泵供冷供热方案）！