【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 下，有不同的飽和蒸汽壓。在同一溫度下蒸汽壓的大小，表明液體的氣化難易程度，容易氣化的，揮發(fā)性大，飽和蒸汽壓大。氧與氮相比，氧就是相對(duì)難揮發(fā)的物質(zhì)，在相同溫度下，氮的飽和蒸汽壓總是大于氧的飽和蒸汽壓。如圖 10 所示，對(duì)于由氧、氮組成的二元溶液來(lái)說(shuō)，飽和蒸汽壓不但與溫度有關(guān)，還與組分的濃度存在一定關(guān)系，壓力一定時(shí)氧氮溶液的沸點(diǎn)隨著氮組分 (低沸點(diǎn)組分 )的增加而降低。 圖 10 氧、氮、氬飽和壓力與溫度的關(guān)系 當(dāng)壓力不很高時(shí)．氧一氮二元溶液可以看作理想溶液 ，該理想溶液的蒸發(fā)氣體可以看作理想氣體。因?yàn)槔硐霘怏w遵循道爾頓分壓定律，因此飽和蒸汽壓 P 可表示為： P = PO2 + PN2 (PO2：氧組分的分壓力， PN2:氮組分的分壓 ) 且 Po2=P*YO2 ,PN2 =P*YN2 Yo2 氧在氣相中的摩爾濃度， YN2 氮在氣相中的摩爾濃度 又因?yàn)槔硐肴芤鹤裱瓰鯛柖?；氣液平衡時(shí)，某組分的蒸汽分壓等于該組分在相同溫度下的飽和蒸汽壓與該組分在溶液中的摩爾濃度乘積 即： PO2 = PO2O XO2 PN2 = PN20 XN2 PO2O 相同溫度下氧飽和蒸汽壓， PN20 相同溫度下氮飽和蒸汽壓 XO2 液相中氧組分的摩爾濃度； XN2 液相中氮組分的摩爾濃度 且： XO2 + XN2 = 1 結(jié)論：氧氮二元溶液，當(dāng)氣液處于平衡狀態(tài)時(shí)，氣相中的氧濃度總是小于液相中的氧濃度，氣相中的氮濃度總是大于液相中的氮濃度。 下面將借助兩種相平衡圖加深對(duì)這個(gè)結(jié)論的認(rèn)識(shí)。 (2).相平衡圖 a T— X— Y 圖 (溫度一濃度圖 ) 橫坐標(biāo)表示氮組分的濃度，縱坐標(biāo)表示溫度 T，在同一壓力下，對(duì)應(yīng)著兩條曲線，上面的一條曲線 稱為氣相線，下面的一條曲線稱為液相線，氣相線與液相線將全圖劃分為三部分，見(jiàn)下圖 11 所示 b X— Y 圖（圖 12） 它的橫坐標(biāo)為液相中的氮的濃度，用 X 表示?？v坐標(biāo)為與液相相平衡的氣相中的氮濃度，用 Y 表示。圖中每一個(gè)壓力，對(duì)應(yīng)一條平衡曲線。從圖中看出，平衡曲線上任一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo) Yn 總是大于橫坐標(biāo) Xn，而且壓力越大．曲線越平癟，氣液相之間的濃度差越小。 (3).空氣的精餾 在某一壓力下，非平衡狀態(tài)的氧氮混合物的上升蒸汽和下流液體接觸，蒸汽和液體濃度將不斷變化。直到它們達(dá)到平衡狀態(tài)為止。在這 個(gè)過(guò)程中，由于上升的蒸汽溫度高于下流液體的溫度，接觸后液體與蒸汽之間就將發(fā)生熱交換，并且 圖 11 溫度 —濃度圖 部分冷凝的蒸汽釋放的冷凝熱將蒸發(fā)一部分液體 (由于氧、氮的氣化潛熱相近。所以蒸發(fā)的液體量近似等于冷凝的液體量 )。當(dāng)液相與氣相達(dá)到平衡時(shí)．上升的蒸汽中易揮發(fā)組分的濃度將相對(duì)增加 (即氮組分的濃度增加 )，下流液體中不易揮發(fā)組分的濃度也將相對(duì)增加 (即氧組分的濃度增加 )。多次這樣的蒸發(fā)、冷凝過(guò)程就構(gòu)成了空氣的精餾。分離出來(lái)高純度的氧和氮。 圖 12 X – Y 圖 氣液是在塔板上充分接觸的。當(dāng)氣液達(dá)到平衡后，每塊塔板上的液體中組分的平均濃度就保持恒定。并且從下往上塔板上液體中的易揮發(fā)組分 (氮 )的濃度依次階躍地增加。 (4).雙級(jí)精餾塔 精餾塔有單級(jí)精餾塔和雙級(jí)精餾塔，因?yàn)閱渭?jí)精餾塔只能制取一種純產(chǎn)品，而且空氣分離得很不完善、經(jīng)濟(jì)性能差，不能滿足制取雙高產(chǎn)品的要求，所以在此不作介紹。 雙級(jí)精餾塔是由下塔、上塔及上、下塔之間的冷疑蒸發(fā)器組成的。接近冷凝的空氣從下塔底部進(jìn)入，自下向上穿過(guò)每一塊塔板。在塔頂部得到高純度的氮?dú)?，在下塔底部得到富氧液?(38— 40％ O2)。氮?dú)獠糠肿鳛楫a(chǎn)品氣引出，大部分進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器壓力側(cè)，在冷凝蒸發(fā)器中，由于氮?dú)獾臏囟缺鹊蛪簜?cè)的液氧溫度高，因而氮?dú)獗焕湟沙梢旱〔糠肿鳛橐簯B(tài)產(chǎn)品引出，其余作為下塔的回流液。 在下塔底部的液空經(jīng)節(jié)流后送入上塔中部，由上往下沿塔板逐塊流下，與上升的蒸汽接觸，在塔板上進(jìn)行傳質(zhì)傳熱，液體中的氧組成逐漸富集，只要塔板數(shù)足夠多，在低 壓塔底部便可得到純液氧，部分液氧在冷凝蒸發(fā)器中蒸發(fā)，作為上升蒸汽，部分作為產(chǎn)品引出。 污液氮從壓力塔中部引出，經(jīng)節(jié)流后送入上塔中上作為上塔精餾段的回流液，用來(lái)提高蒸汽中易揮發(fā)組分（氮）的濃度。 另外，還從下塔抽出液氮，送入上塔頂部，作為上塔頂部的回流液（針對(duì)二期流程）。 冷凝蒸發(fā)器對(duì)上塔而言是一個(gè)蒸發(fā)器，對(duì)下塔而言是一個(gè)冷凝器。雖然在同等的壓力下，氧的沸點(diǎn)比氮高，但下塔的工作壓力高于上塔，使氮在下塔壓力下的沸點(diǎn)大于上塔壓力下液氧的沸點(diǎn)，這樣氮?dú)庥隼淅淠聛?lái)，同時(shí)將冷凝熱傳給液氧，作為液氧的蒸發(fā)熱。冷凝蒸發(fā)器 的傳熱溫差是由上、下塔的壓力差保證的。對(duì)于冷凝蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)，首先應(yīng)考慮保證傳熱溫差。 (5).回流比（ L/G） 精餾塔內(nèi)工況與“回流比”有著密切的關(guān)系 “回流比”是指精餾塔內(nèi)下流液體量 L 與上升蒸汽量 G 的比值?！盎亓鞅取痹谝欢ǔ潭壬洗砹怂迳掀褐g進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱過(guò)程的推動(dòng)力。如果回流比 L/G 較大，則達(dá)到指定的分離要求所需的理論塔板數(shù)較少。但是增大回流比是以增加能耗為代價(jià)的。因此，回流比的選擇是個(gè)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，需要在操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用之間作出權(quán)衡。 從回流比的定義式來(lái)看，回流比可以在零至無(wú)窮大之間變化。前者對(duì)應(yīng) 于無(wú)回流，后者對(duì)應(yīng)于全回流，但實(shí)際上對(duì)指定的分離要求，回流比不能小于某一下限，否則即使有無(wú)窮多個(gè)理論塔板也達(dá)不到要求，回流比的這一下限稱為最小回流比，這不是個(gè)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，而是技術(shù)上對(duì)回流比選擇所加的限制。 理論計(jì)算與實(shí)際操作均表明，在一般雙級(jí)精餾塔中，上塔的實(shí)際氣液比比精餾所需要的氣液比大，存在富裕的回流比。富裕的回流比表明：在減少回流比后只要適當(dāng)增加塔板數(shù)仍能保證所需的產(chǎn)品純度，即精餾尚有一定的潛力可挖。 (6).抽取氬組分的雙級(jí)精餾塔 氬是一種重要的工業(yè)氣體，從空分裝置中提取氬，不僅能 夠帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，而且也有利于上塔內(nèi)的氧、氮分離。 空氣進(jìn)入下塔后，經(jīng)下塔初步精餾，在塔頂獲得高純氮，氧、氬相對(duì)氮是高沸點(diǎn)組分，因此氬絕大部分冷凝在液空中，液空中含氬量可達(dá) %。 由于氬的沸點(diǎn)處于氧、氮之間，當(dāng)氬隨液空進(jìn)上塔后，在提餾段由于氮相對(duì)氬和氧是易揮發(fā)組分。液空在下流時(shí)氮組分蒸發(fā)的多，因此液體中氧、氬的濃度有所升高。待到經(jīng)過(guò)一定數(shù)量的塔板精餾后，氮含量已很少，則主要是實(shí)現(xiàn)氧氬的分離，而氬相對(duì)于氧來(lái)說(shuō)是易揮發(fā)組分，隨著液體繼續(xù)下流，氬濃度將減少。因此，在提餾段存在一個(gè)氬的富集區(qū)。 由于在提餾段主要是實(shí)現(xiàn)氧、氬分離，而氬是易揮發(fā)組分，所以在同一截面上氣相中的氬濃度將高于液相中的氬濃度。 在精餾段，蒸汽在上升過(guò)程中開(kāi)始由于氧相對(duì)于氣氮、氬是難揮發(fā)組分，氧組成冷凝較多，所以氬、氮組分自下而上有所增加。經(jīng)一定塔板數(shù)后，氬相對(duì)于氮是難揮發(fā)組分，因而它的濃度沿塔自下而上流動(dòng)時(shí)又減少。在精餾段也存在一個(gè)高濃度的氬區(qū)域。 提氬原料一般在提留段的氬富集區(qū)偏下的地方抽取。用全精餾法制氬流程，精氬在冷箱里一次提取完成。從雙級(jí)精餾塔抽取的氬餾分作為制氬的原料氣，先經(jīng)兩段粗氬塔提取，脫除餾分中的氧氣，一段粗氬 塔粗脫氧，經(jīng)提取粗氬后，底部的氧氬混合液返回主塔（上塔）；二段精脫氧，制得不含氧的氬餾分供給精氬。 由于