话题 | 外行学空分(144)一一双塔流程的提氩(一)
双塔流程进入下塔和过膨胀机数量分配是一个非常重要的问题，但对这个极为重要的问题，深冷空分教科书却没有对此进行充分的讨论，我现在试着就这个问题提出一些看法。
深冷空分最重要技术指标是氧气的纯度和氧气提取率！至于氮气纯度从来不是一个重要的问题，更没有氮气提取率的说法。双塔流程刚出现的时候，深冷空分制冷的唯一方式是等温焓差，这个时候空气全部进入下塔，主冷凝器热负荷最大，上塔提馏段气液比和上塔精馏段液氮数量达到了最大。此时氧气的纯度大约在95%左右，氧气提取率也不能达到百分之百！其中氧气纯度之所以只能达到95%，主要的原因在于塔板数的不足及氧氩精馏分离的困难。而在液氮数量最大的情况下氧气提取率仍然不能接近百分之百，其原因除了塔板数不足之外，还有一个原因那就是双塔流程的上塔精馏段仍然达不到最小回流比！& q; |* |: Q; K |7 U
后来出现了膨胀机制冷，进入下塔的空气数量减少了，上塔提馏段气液比下降，液氮数量下降，受限于上塔的精馏状况，在保持氧气纯度和氧气提取率基本不变(不出现严重下降)的条件下，膨胀制冷空气量只能占到空气量的15%左右，这种情况一直保持到了现在。% G( f- o( L1 K
后来出现了规整填料，上塔精馏状况出现了重大的改兽，首先是膨胀制冷空气可以进入上塔参加精馏了，使氧气提取率上升，这个节能效果是最明显最直接的！同时上塔提馏段塔板数增加使氧气纯度不断提高，达到了99,5%！其实这个时候不知不觉间空分塔发生了一个重大的变化，即空分塔从氮一氧氩精馏分离塔变为氮一氧氩精馏分离塔！
规整填料的出现也使全精馏提氩成为了可能。提氩流程的出现又使双塔流程的上塔再次发生了重大的变化，出现了从氮氩一氧分离塔向氮一氧氩分离塔转变的趋势，但这种转变是不彻底的，也不为大家所认识，其原因是复杂的。下面进行详细讨论+ | V7 A8 {! H4 g+ e
双塔流程的提氩流程大体上是这样的，从空分塔馏富集区引出富氩馏分在粗氩塔中进氮氩一氧精馏分离，现行粗氩塔采用的是常规精馏流程，从主流程来的压缩空气进入设置在粗氩塔底部的加热器(精馏标准术语叫再沸嚣)加热粗氩塔内的液氧使其气化，气化后的氧气一部作为上升气参加提馏，一部分作为产品氧气引出。压缩空气自身液化成为液空返回主流程的下塔作为回流液，双塔流程的下塔来的富氧液空进入设置在粗氩塔顶部的粗氩冷凝器(精馏标准术语叫冷凝器)自身气化成为富氧空气，返回主流程的上塔提馏段作为上升气参加提馏过程。另一方面粗氩塔内的粗氩冷凝为粗氩液体作为粗氩塔精馏段回流液。以上只是简单描述，还有许多的变化。
现在比较一下有提氩装置和没有提氩装置的双塔流程空分塔相同和不同的地方。相同的地方是膨胀制冷空气量都是总空气量的15%，氧气产品的纯度都是99,5%！不同的地方在于不带提氩装置的空分装置氧气产品全部从空分塔底部引出，而带提氩装置的空分装置氧气产品则分别从空分塔底部和粗氩塔底部引出，两者的比例大约是六比四。3 j' ]9 K; ~- A' ?# U
但最大的不同在主冷凝器热负荷和提馏段发生的变化，带提氩装置的空分主冷凝器热负荷比不带提氩的空分装置主冷凝器热负荷下降近30%，带提氩装置的空分上塔提馏段增加了一个氩馏分引出口，增加了一个富氧空气进口，提馏状况发生重大的变化。
另外还有一个问题那就是进入下塔的空气数量还是占空气总量的85%吗？似乎是又似乎不是！从主冷凝器来看肯定不是，从液氮富氧液空数量看似乎又是！
以上的比较都是在空分装置进入稳态化运行后的情况，如果我们将带提氩装置的空分装置提氩装置未投入运行前状态和不带提氩装置空分进行一下比较，我们会看到一个完全不同的情况，会颠覆我们的一些固有看法。
在提氩装置未投入运行前，由于受到主冷凝器热负荷的影响，进入下塔的空气量只能达到空气量的70%，其余的空气只能过膨胀机用于制冷，同时无法全部进入上塔参加精馏，氧气提取率会下降。这个时候氧气产品纯度也不可能达到99,5%，但会比95%高，其原因是氧气提取率降低，减少了氧气产品引出数量，在主冷凝器热负荷不变的情况下，相应增加了上升气数量导致！这个时候除了上塔提馏段有一个氩富集区，而上塔精馏段的氩富集区没有出现或者不明显。这种状况空分塔当然不是氮氩一氧分离塔而是非常接近于氮一氧氩分离塔。