隔壁精馏塔应用于空气分离的研究
低温精馏法空气分离的能耗分析与节能介文文
低温精馏法空气分离的能耗分析与节能介文文发布时间：2021-09-15T06:55:31.152Z 来源：《中国科技人才》2021年第18期作者：介文文[导读] 氮和氧作为一种重要的工业气体，在工业生产中得到了广泛的应用，尤其是在无氧氮不能炼钢的化工企业中大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司内蒙古锡林郭勒 027300摘要：氮和氧作为一种重要的工业气体，在工业生产中得到了广泛的应用，尤其是在无氧氮不能炼钢的化工企业中。
在工业生产和操作中，经常使用低温蒸馏从氮气和氧气中提取氧气。
但是，这种方式的空气分离会消耗大量的能量。
研究表明，一个制氧区的用电量接近企业总用电量的20%，对企业的发展和经营效率产生不利影响。
为了有效解决上述问题，降低能耗，节约成本，有必要采取措施降低低温精馏法能耗。
本文讨论了低温精馏法空气分离过程中能耗和其他能耗的精馏，提出了节能的有效措施。
关键词：低温精馏法；空气分离；能耗；节能对策1低温精馏制取高纯氧的方法目前市场上提供的高纯氧产品，大部分是通过工业氧低温再精馏提纯获得的，质量稳定。
为了使高纯氧的氧含量达到99.995%以上，低温精馏生产高纯氧主要以工业氧或馏分氧为原料。
这种方法必须在低温精馏的生产过程中进一步提纯，以保证高纯氧含量达到99.995%以上。
要生产纯度在99.995%至99.9999%之间的高纯氧，目前主要有两种工艺方法：一种是水力法制备工艺氧，然后通过催化脱氢、冷却、脱水和干燥生产；另一种是空分设备生产的工业氧气，然后通过低温精馏生产。
用低温精馏法生产高纯氧，工艺大致可分为两种：气相双塔（或一塔）工艺和液相工艺。
2 工业企业能耗现状2.1工业企业能耗总体情况工业能耗约占全国能源消费的70%，部分省份经济相对发达，工业能耗比例较高。
近年来，我国工业能效有了很大提高。
2016-2019年，单位规模以上企业单位工业增加值下降15%左右，实现节能目标。
但值得注意的是，我国资源能源消耗仍然较大，形势十分严峻。
隔壁塔精馏原理
隔壁塔精馏原理
x
《隔壁塔精馏原理》
一、精馏原理
精馏是一种蒸馏过程，是利用沸点差分离混合液体中的不同成分的一种工艺技术。
它是通过把混合液体加热加压，使其中的温度较低沸点的成分蒸发，把其它成分维持在原状的方法来实现液体分离。
精馏的基本原理是将混合液体加热，通过蒸汽将萃取液体中的某些物质蒸发出来，并冷却回收，以达到分离混合物的目的。
二、隔壁塔精馏
隔壁塔精馏（隔板塔精馏，Distillation）是一种特殊的精馏方法，它利用两个不同温度段的热源，通过两个温度段的蒸汽使混合液体中的低蒸馏物质继续蒸发，并将其分离出来，从而达到完全分离混合液体的目的。
其特点是：
1、节省能源：因为隔壁塔精馏可以利用一定温度段的蒸汽，从而节省能源。
2、高效率：因为隔壁塔精馏可以发挥低温段与高温段的温差效果，使混合物殊，从而达到快速、有效的高精度分离。
3、安全可靠：隔壁塔精馏可以提供一种安全可靠的精细分离，可以有效避免混合物的偏析和失活。
- 1 -。
空分精馏原理
空分精馏原理由本分离工艺可确保得到高纯度的产品，同时还可得到较好的产量。
空气精馏由氧气-氮气的气液相交换组成，液体与上升的O 2-N 2混合物逆流相遇。
故而精馏塔板（例如，多孔塔盘）主要被用于该类交换。
由于氮气的沸点较低，故而达到平衡时，直接位于液体混合物（液态空气）上方的蒸汽中的N 2浓度比液体中的N 2浓度较高。
蒸汽和液体馏分分别经过精馏塔盘，力图在接触时通过交换氧气和氮气来维持平衡：该过程同时还包括热交换（氧气的冷凝，氮气的汽化）。
于是上升中的气体混合物的氮气浓度越来越高，下降液体中的氧浓度越来越高。
T1T2T3T e m p .O 2 %ABCD Evaporliquid二相混合物中上升的气相馏分与下降的液体馏分相接触时所发生的分离效果可由下列所述得以理解：假设上升中的、饱和了液体组分（O2 和N2）的气态空气在顶部的终端处（例如，通过冷凝器）被完全液化，然后流回至筛盘且组成未发生变化。
根据上图，A 点处的少量蒸汽比具有相同组成的B 点处的沸腾液体的温度高。
后续的平衡将导致产生介于温度T1和 T2之间的温度T3，它们位于同一条垂直线上。
但是在该温度T3处，仅是液体E 中的氧气含量高于B 处的氧气含量，D 处蒸汽的氧气含量低于先前的氧气含量，达到平衡。
于是，氧气在向下流的液体中富集，氮气在上升的蒸汽中富集。
最终，液体以纯氧气的形式达到冷凝器，同时主要含有的是氮气的气体在塔顶部逃逸。
沸腾的氧气－氮气混合物的平衡图1kg / cm² = 0,0980665 Mpa理论塔板气体的精馏分离需要一系列的精馏塔板，使得上升的蒸汽与下流的液体能在塔板上进行传热传质。
-从某块塔板上溢流下来的液体与塔板上的液体组份相同；-上升的蒸汽V0 通过筛孔进入塔板并与从上一块塔板溢流下来的液体L2；在传质传热过程中，上升的蒸汽V有一部分冷凝，塔板上的液体有一部分蒸发，最终，上升的蒸汽V1与塔板上的液体L1达到平衡，蒸汽中的易挥发组分含量逐渐高于L1中的易挥发组分；-当塔板上热质传递连续进行时，物料也同时不断得以平衡，这样就能获得一定流量，一定组份的液体L2。
Kaibel隔壁塔用于四组分精馏的模拟优化和实验研究
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2018年第37卷第5期·1646·化 工 进展Kaibel 隔壁塔用于四组分精馏的模拟优化和实验研究方静，相宁，李晓春，张淑婷，李春利（河北工业大学化工学院，天津 300130）摘要：隔壁精馏塔由于其特殊的结构可在单塔内实现多组分高纯度分离的目的。
本文针对Kaibel 隔壁精馏塔（KDWC ）分离四组分混合物的节能工艺进行了模拟优化和实验研究。
以甲醇、乙醇、正丙醇和正丁醇（MEPB ）为例，通过热力学分析建立了稳态模拟的“四塔模型”，并以塔内温度分布为依据对模型准确性进行了实验验证。
提出了一种基于再沸器能耗的优化流程，以再沸器最小能耗为目标函数，对KDWC 的液相分配比（R L ）及整体结构进行了优化。
分析了KDWC 的节能原理并考察了中间组分含量对KDWC 节能效果的影响。
对比了KDWC 与常规传统三塔序列的能耗并对二者的热力学效率进行了计算。
结果表明：温度分布的模拟值与实验值趋于一致，且液相分配比（R L ）是塔的重要操作参数；KDWC 结构相比于传统三塔序列节能的重要原因是有效降低了中间组分（乙醇和正丙醇）的返混程度，且随着中间组分含量的增加KDWC 节能效果越来越明显；当中间组分摩尔分数为80%时，KDWC 可节能35.65%，可提高热力学效率26.11%。
通过本文研究，为隔壁塔用于四组分精馏提供了基础实验数据并为其节能优化提供了理论指导。
关键词：精馏；Kaibel 隔壁塔；模拟；优化；节能中图分类号：TQ028.3 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）05–1646–09 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1327Optimization and experimental study of Kaibel dividing-wall column forseparating a quaternary systemF ANG Jing ，XIANG Ning ，LI Xiaochun ，ZHANG Shuting ，LI Chunli（School of Chemical Engineering ，Hebei University of Technology ，Tianjin 300130，China ）Abstract: Dividing-wall column （DWC ）has a special structure leading to a high purity in a single column which is designed for separating multi-mixture. The Kaibel dividing-wall column （KDWC ）energy-saving process for separating four-component mixture was simulated ，optimized ，experimented and investigated. KDWC was used to separate a quaternary mixture feed into four high purity product streams which included methanol ，ethanol ，n -propanol and n -butanol （MEPB ）. A rigorous simulation flowsheet called “four-column model ”was established through thermodynamic analysis ，and the accuracy of proposed model was verified based on the column temperature distribution. An optimization process was proposed for KDWC structure and split ratio （R L ）which regarded minimum energy consumption of reboiler as the target function. The energy-saving principle of KDWC was analyzed and the influence of intermediate composition on energy-saving was investigated. The energy consumption and thermodynamic efficiency of KDWC were compared with those of conventional three-column sequence. The results showed that the simulated values of column temperaturedistribution were consistent with the experiment ones and the split ratio （R L ）was an important operating通讯作者：李春利，教授，主要从事分离与纯化研究。
《隔壁塔分离煤制乙二醇副产物的稳态设计和动态控制研究》
《隔壁塔分离煤制乙二醇副产物的稳态设计和动态控制研究》一、引言随着煤制乙二醇（EG）工艺的不断发展，其副产物的处理成为工业生产中的重要环节。
隔壁塔技术作为一种高效的分离技术，在煤制乙二醇副产物的处理中具有显著的优势。
本文旨在研究隔壁塔分离煤制乙二醇副产物的稳态设计和动态控制，以提高分离效率，降低能耗，并保障生产过程的稳定性。
二、隔壁塔分离技术概述隔壁塔技术是一种高效的精馏技术，其特点是通过内部隔壁将传统精馏塔分割成多个区域，实现了不同组分的多次接触和分离。
在煤制乙二醇的生产过程中，隔壁塔技术能够有效地处理副产物，提高产品纯度，降低能耗。
三、稳态设计研究1. 隔壁塔结构设计：根据煤制乙二醇副产物的物理性质和化学性质，设计合理的隔壁塔结构，包括隔壁的数量、位置、高度等参数。
通过模拟计算和实验验证，确定最佳的结构参数。
2. 操作条件优化：通过调整操作条件，如进料位置、回流量、加热功率等，实现隔壁塔的最佳操作状态。
通过实验数据和模拟结果，确定各操作参数的最佳范围。
3. 副产物处理与回收：通过对隔壁塔的出口进行合理设计，实现副产物的有效处理和回收。
同时，考虑副产物的再利用途径，提高资源利用率。
四、动态控制研究1. 控制系统设计：根据隔壁塔的稳态设计结果，设计合理的控制系统。
通过控制算法的选择和参数调整，实现系统的自动控制和优化。
2. 实时监测与调整：通过安装传感器和监测设备，实时监测隔壁塔的工作状态和产品质量。
根据实时数据，及时调整操作参数和控制策略，保证系统的稳定运行。
3. 故障诊断与处理：建立故障诊断系统，对系统故障进行快速诊断和处理。
通过故障分析，找出故障原因并采取相应的措施，避免故障对生产过程的影响。
五、实验研究与结果分析1. 实验装置与材料：搭建实验装置，选择合适的实验材料和试剂。
确保实验装置的可靠性和实验结果的准确性。
2. 实验过程与数据记录：按照实验方案进行实验操作，记录实验过程中的关键数据和现象。
用分隔壁精馏塔对苯类混合物分离的工艺分析
位置、回流比、侧线采出位置、液体分配比均对分离效果产生影响。
关 键 词 ：分隔壁精馏塔；苯；甲苯；二甲苯
中 图 分 类 号 ：TQ028.1
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 :1671-4962(2008)04-0017-04
分 隔 壁 精 馏 塔 (Divided Wall Column, 简 称 DWC) 是 1 种完全热耦合的蒸馏塔, 具有能耗低、 投资少的优点。早在 1933 年，Luster 因裂解气分离 而提出了 DWC 概念[1，2]，并申请了美国专利。最简
corrosion in oil refining［J］.British Corrosion，1999，34(2):125-131. ［10］ Skippins J. Corrosion-mitigation program improves economics
for processing naphthenic crudes［J］. Oil & Gas， 2000，98(37):64-69. ［11］ 祝馨怡，田松柏．高酸原油的加工方法研究进展［J］．石油化工 腐蚀与防护，2005，22(1):7-10. ［12］ Saul Charlse Blmu，William Neergaard Olmstead，Roby Barden． Thermal Decomposition of Naphthenic Acid［s P］．US5820750，1998. ［13］ Saul Charlse Blmu，William Neergaard Olmstead．Viscosity Reduction by Heat Soak-induced Naphthenic Acid Decomposition in Hydrocarbon Oils［P］．US5976360，1999. 收 稿 日 期 ：2008-10-25 作 者 简 介 ：代保才，男，四川大学化学工程学院 2006 级硕士研究 生，研究方向为重油加工工艺。
制氧系统中深冷空气分离技术的运用探讨
制氧系统中深冷空气分离技术的运用探讨摘要：随着现代社会经济发展速度不断加快，氧气在各行业中的作用得以凸显，并且需求量也逐渐开始加大。
在现代工业以及医疗产业中，氧气所具备应用优势也得到凸显。
因此，研究高纯度制氧技术，已经成为现代氧气制造企业所关注的重点。
深冷空气分离法一般情况下能够较好应用于我国制氧企业中，尤其是部分纯度要求较高的大型空气分离技术方面。
本文研究深冷空气分离制氧特点，针对制氧系统中深冷空气分离技术的运动进行深入性探究，以期为现代制氧企业对氧气的制造和提取提供一定参考。
关键词：制氧系统；深冷空气分离技术；运用引言深冷空气分离法作为现代制氧企业最为常见制氧方式之一，也被称为低温精馏法。
从本质上来说，深冷空气法属于一种气体液化技术，研究人员根据空气中各组分沸点的不同，对空气中各组分采取连续多次的部分蒸发和冷凝后获取所需要的纯净氧气、氮气或者是稀有气体。
现代医学和工业行业发展，离不开氧气。
因此，如何制备出高纯度氧气，是现代科学研究的重要课题。
1深冷空气分离制氧的特点1.1对设备材料要求高制氧人员在对空气进行液化处理时，需要采用空气体积压缩及热交换的方式。
因此，制氧企业会对制氧设备的热传导材料提出较高的要求，制造低温设备材料时，需要选用较强耐压能力，并且接口焊接要求较高合金材料。
为防止外源热量传入，选用的热传导材料需要安装保冷箱，设备管道需要采用热绝缘性较为良好的材料对其进行包裹。
此外，保冷箱的填充物则需要选用一些热传导较为惰性的材料。
对此，我们需要注意的是，设备材料不可选用碳钢，这类材料较为脆弱并且无法承担强大的压力，导致制氧设备在运作时出现故障。
1.2杂质组分易产生问题空气中含有一定二氧化碳以及水蒸气，二者凝固点较高，氧气还未被液化时，他们就会逐渐开始成为固态。
在深冷空气分离制氧设备进行运作时，空气中的二氧化碳及水蒸气等杂质组分对管道及阀门出入口进行堵塞，等到精馏时，液态氧无法被分流出来，会对装置的正常运作产生影响。
空分精馏塔工作原理
空分精馏塔工作原理
空分精馏塔工作原理是一种通过蒸馏过程将混合物中的不同成分分离的方法。
该方法基于混合物中不同组分的沸点差异，利用升温和降温的方式使成分逐步分离。
空分精馏塔由多个层次的托盘和塔壳组成。
混合物首先进入塔底，然后从底部加热。
当混合物在加热的过程中达到某个组分的沸点时，该组分会蒸发，并随着蒸汽进入塔体上部。
塔体上部设置冷凝器，用来冷却蒸汽和将其转化为液体。
由于不同组分的沸点差异，冷凝器能够将蒸汽中的特定组分冷凝成液体，在塔体上部的液体收集器中收集。
随着过程的进行，不同组分逐渐分离并收集在不同的托盘上。
较重的组分会逐渐下降，而较轻的组分则会向上升至更高的托盘。
这是因为在塔体的整个高度上存在温度梯度，不同组分在不同温度下会产生不同的汽化和冷凝速率，从而导致分离。
在塔体底部，未蒸发的残余液体会被收集并排出系统。
最终，通过连续的蒸发和冷凝过程，混合物中的不同成分可以被有效地分离和纯化。
空分精馏塔工作原理的关键是利用了不同组分的沸点差异，并通过适当的温度和压力条件下的蒸发和冷凝过程将其分离。
这种方法在石油化工、化学工艺和空气分离等领域广泛应用，为各种物质的提纯和分离提供了一种有效的手段。
空气分离制氧技术-第5章 空气的精馏
图5-1第五章空气的精馏5.1空气的精馏5.1.1气液相平衡每种聚集态内部均匀的部分，称之为相。
相的内部达到平衡时，宏观物理化学性质均匀一致。
当两相接触时，物质从一相迁移到另一相中去的过称叫相变，比如：蒸发、冷凝、溶解、结晶、凝固、升华等，都属于相变。
在相变过程中，当宏观上物质迁移过程停止时候的状态，叫相平衡。
如图5-1中，在一个密闭容器中，随着液体蒸发，液面上的气体分子逐渐增多，蒸气压力也不断升高。
由于蒸气分子在空间不断作无规则运动，相互碰撞，其中一部分蒸汽分子接近液面，被液相分子吸引，重新凝结回液相。
蒸气压力越升高，凝结回液相的蒸气分子越增多。
当到达某一时候，微观上蒸发的分子数与凝结的分子数相等。
气相和液相的分子数量不再发生变化，容器中的液相与液面上的气相建立了平衡，称之为气液相平衡。
气液相平衡时，整个气液系统处于恒定的压力和温度之下，各部分状态参数将保持不变。
气液相平衡状态下，液面上方的蒸气叫饱和蒸气，饱和蒸气对应的压力称为饱和气压，相对应的温度叫饱和温度，也叫沸点。
一旦压力或温度发生了变化，原来的气液相平衡就被打破，宏观上蒸发和冷凝将继续进行，直到在新的条件下重新建立起平衡。
图5-2是氧、氮、氩的饱和蒸气压与温度的关系曲线。
在同一温度下，即在图中作一条垂线，饱和蒸气压越高，表明该物质越容易气P(Mpa)0.10.0111050100140T （K ）图5-2N 2ArO 21008060402010080604020图5-3化，亦即“易发挥”。
相同温度下，氮的饱和蒸气压总是大于氧，氮相对于氧就是易挥发组分，氧是难挥发组分，氩介于氧、氮之间。
液态的氧和氮可以任何比例均匀混合，空气的主要组分是氧和氮，所以液态空气通常可称为氧、氮二元系混凝土合溶液。
图5-3表示不同压力下氧在液空溶液气相和液相的平衡含量的关系。
在98Kpa 绝对压力下，含有21%氧的液空上方的空气中仅含6.3%氧气；如图A 点；如使气相氧含量达到21%，则液相中氧含量达到52%，从图中可以看出，氧氮混合溶液中，液相氧浓度总是大于气相氧浓度，因此，气相氮浓度也总是大于液相氮浓度。
用共沸精馏隔壁塔生产无水乙醇的研究
用共沸精馏隔壁塔生产无水乙醇的研究下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢！本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注！Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!用共沸精馏隔壁塔生产无水乙醇的研究1. 引言在化工工业中，无水乙醇是一种重要的溶剂和中间体，广泛用于制药、化妆品、油墨和化学合成等领域。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2011年第30卷第11期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·2393·化 工 进 展 隔壁精馏塔应用于空气分离的研究 李 军1，2，王汝军1，张月明1，马占华1，孙兰义1 （1中国石油大学（华东）化学工程学院，山东 青岛 266555；2中国海洋大学化学化工学院，山东 青岛 266100）
摘 要：以空气分离为例，考察了将隔壁精馏塔应用于空气分离的建模与基于年总成本的优化过程。首先对于空分上塔的氩浓度剖面进行了分析，提出了两种应用隔壁精馏塔的可能性，最终选择了带侧线精馏段的隔壁塔。然后考察了空分隔壁精馏塔上塔的各个结构参数与操作参数对其年总成本的影响，在保证产品质量的基础上得到优化的结构参数与操作参数。研究表明，与传统流程相比，将隔壁精馏塔应用于空气分离过程可使年总成本减少7.69%。 关键词：隔壁精馏塔；空气分离；年总成本优化；节能 中图分类号：TQ 028.31 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2011）11–2393–06
Study on the application of dividing wall column to air separation
LI Jun1，2，WANG Rujun1，ZHANG Yueming1，MA Zhanhua1，SUN Lanyi1 （1School of Chemical Engineering，China University of Petroleum，Qingdao 266555，Shandong，China；
2Department of Chemistry and Chemical Engineering，Ocean University of China，
Qingdao 266100，Shandong，China）
Abstract：In this work，air separation in dividing-wall distillation column was modeled and then optimized in terms of total annual cost（TAC）. By analyzing the concentration profile of the argon ion laser gas，two types of dividing-wall columns were found suitable for the application，and the one with the side rectifying section was chosen for simulation study. Then，the effect of operation and equipment parameters in its upper section on TAC was investigated and the optimal operating condition was obtained without compromising product purity requirements. Compared to the conventional process of air separation，TAC is reduced by 7.69%. Key words：dividing wall columns；air separation；total annual cost optimization；energy saving
在石油化工行业众多分离手段中，精馏是最耗能的一项分离技术。随着国际能源价格逐渐上涨，高耗能的工业过程必将因操作成本不断增加而面临更大的挑战。发展低能耗的热集成精馏技术以及将精馏过程与其它化工过程单元（例如反应过程）集成的技术，将会是化工过程的一个重要发展趋势[1]。隔壁精馏塔（dividing wall column，DWC）是精馏过程集成强化的一个有效手段。在分离三组分混合物时，传统的分离方法是采用二塔流程，即必须要两个精馏塔才能完成所要求的分离任务，而采用隔壁精馏塔，只需一个塔就可完成相同的分离任务。该精馏技术不但可节能30%～50%，而且由于节省了一个冷凝器和一个换热器，其设备投资也大为减少。近年来，相对常规精馏塔，隔壁精馏塔因其能耗更低、投资成本更少而被广泛关注[2-5]。 空气分离的一个重要产品氧气是世界上生产体积第二大的化工气体，约占全球气体市场的30%。其主要用于冶金工业、化学合成、玻璃制造、造纸、
研究开发 收稿日期：2011-05-12；修改稿日期：2011-06-24。 基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金（27R0904075A）及山东省优秀中青年科学家科研奖励基金（BS2010NJ023）项目。 第一作者：李军（1980—），男，硕士，讲师，主要研究方向为轻烃分离与催化转化。E-mail upclijun@126.com。联系人：孙兰义，博士，副教授，从事传质与分离工程研究。E-mail sunlanyi@163.com。 化 工 进 展 2011年第30卷 ·2394· 石油炼制以及医疗卫生等行业。在另外一些行业也有增长的趋势，如发电系统的整体煤气化联合循环过程以及固体氧化物燃料电池堆[6]。空气分离的主要方法有：低温精馏法、变压吸附法、膜分离法及化学吸附法。其中低温精馏法都是大规模生产，产品纯度较高；而吸附法都是在低负荷下运行，产品纯度相对较低。当生产大量的液相高纯度产品或氩产品时，通常选择低温精馏法。 本文作者在对空分上塔的氩浓度剖面进行分析的基础上，考察在空分流程中应用隔壁精馏塔的可能性，然后对隔壁精馏塔空分流程进行建模，分析空分隔壁精馏塔上塔的各个结构参数与操作参数对其年总成本的影响，并在保证产品质量的基础上得到优化的结构参数与操作参数。
1 低温空气分离简介
1.1 低温空气分离的原理 空气由氮气、氧气、氩气等稀有气体及二氧化碳构成，去除二氧化碳和其它杂质以后，空气中3个主要组分含量（摩尔分数）分别为氮气78.1%、氧气21%以及氩气0.9%。在常压下，氮气的沸点最低为－195.81 ℃，氩气为－185.86 ℃，氧气为－182.96 ℃，可见氮气与氧气之间沸点相差13 ℃，而氧气与氩气之间沸点只差3 ℃。相对于氧气与氩气，氮气属于易挥发组分。两种挥发度不同的物质的混合液相在吸收热量后会部分蒸发，易挥发组分将较多的蒸发到气相中去。同样，当混合气相被冷凝时，难挥发的组分将较多地被冷凝到液相。将温
度较高的气相与温度较低的液相相互接触时，液体将吸收来自蒸汽的热量而部分蒸发，气体则相反被部分冷凝。如此反复，可通过多次的热量交换实现挥发度不同的两股物流之间的分离，这就是最简单的精馏原理。空气分离的原理也是精馏原理，承载这个过程的装置就是精馏塔。与一般常规精馏塔不同的就是，空气分离的精馏设备都是在低温高压下操作，需要设备更耐压、保温措施更完善。 1.2 低温空气分离的流程 低温空气分离过程的单元主要包括：压缩单元、净化单元及分离单元。其功能就是将空气进料转化为想要的液氧、液氮和氩气产品。空气进料后首先被压缩，至一定压力后利用吸附的方法去除其中的水和CO2，然后再通过换热器与产品、废气换
热，最后进入精馏分离单元。 图1所示为一个典型的空分低温精馏单元。空气进料经过净化，压缩后冷却至饱和状态，进入下塔（高压塔）的底部，在下塔的顶部得到高纯度的液氮，在下塔的塔釜得到富氧液空。高纯的液氮与富氧液空经“液空液氮”过冷器节流后进入上塔（低压塔）。液氮进入上塔的顶部，而富氧液空进入上塔的中部，其进料上方为上塔的精馏段，主要分离氧、氮，其下方为提馏段，主要分离氧、氩。由于液氮与富氧液空同时进入上塔，必然导致上塔的回流过大，导致精馏塔分离效率降低。为了挖掘上塔的精馏潜力，将部分空气直接引进上塔参与分离，这部分空气称做拉赫曼气体。另外上、下塔之间通过一个换热器同时现实上塔的再沸与下塔的冷凝，
图1 空气分离低温精馏流程 第11期 李军等：隔壁精馏塔应用于空气分离的研究 ·2395· 这是空分的一大特色。下塔因高压操作，塔顶的液氮温度高于上塔塔底氧气的温度，这样可以通过下塔的气氮对上塔的塔底的液氧进行加热，即对上塔而言为一个再沸器；同样对下塔，上塔的液氧也能使得下塔的气氮部分冷凝作为回流，相当于下塔的一个冷凝器。 对于低温分离空气的两塔模型，只有上述的上、下两个塔，最终在上塔的顶部得到高纯度的液氮，在上塔的塔底得到氧气产品。而对于三产品的工艺，则需要另外增加一个粗氩塔和一个精氩塔，即在上塔的提馏段氩浓度较高的位置抽出一股气相进入粗氩塔，在粗氩塔的塔顶得到纯度为95%左右的液氩，同时塔底的富氧液体重新进入上塔内参与分离，粗氩进入精氩塔继续分离得到精氩产品。通常在上塔的精馏段适合的位置抽出一股氮气，以增加精馏段回流比，从而提高氮气与氧气产品的纯度。
2 隔壁精馏塔空气分离流程的建模
2.1 热力学方法的选择 对于过程模拟计算，涉及到过程的质量及能量的计算，需要精确地计算出体系各物质的物性数据；另外，对于精馏模拟，存在热量与能量传递的过程，又需要精确的热力学数据。所以，一个能够准确提供上述两方面内容的数据库显得尤为重要。 Aspen Plus软件本身就具有强大的物性数据库，可以提供绝大多数常用气液平衡的计算方法和传递模型。对空气分离过程进行模拟，Aspen Plus软件推荐采用PENG-ROB模型，但马金亮[7]发现利
用Aspen Plus自带的二元参数在模拟空气分离时设计数据与实际运行数据存在差异，很难达到实际应有的产品纯度与提取率，因而对PENG-ROB参数进行了修正，经修正后可准确模拟空分过程。本文作者也采用了该修正值，结果显示该热力学模拟能够准确模拟空分过程。 2.2 隔壁精馏塔空气分离流程的建模 对于传统双塔流程，其上塔内组分氩浓度剖面如图2所示。从图中不难发现，在上塔的第16块与第50块理论板上存在氩浓度的两个峰值，若需要生产氩气，可以考虑在这两个位置抽出氩气进入粗氩塔。本研究考虑了两种抽出方式，第一种就是分别在第16块与第50块理论板上抽出粗氩气并进入粗氩塔，即如图3所示的完全热耦合模型。
图2 上塔的氩浓度剖面图 图3 完全热耦合模型 经过对图3所示完全热耦合隔壁精馏塔模型的模拟，发现无论怎样调整上、下两个耦合位置及流量之比，也无法实现侧线的分离，并出现如图4的浓度剖面，导致上塔在两个抽出口之间有多块理论板没有分离效率。其主要原因是组分氩在这两点并非主要成分，特别在精馏段出现的峰值，其峰点的