【正文】 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) %。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。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。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。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。 (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。冷凝蒸發(fā)器 的傳熱溫差是由上、下塔的壓力差保證的。 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。 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。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。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。 (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。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。分離出來(lái)高純度的氧和氮。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 )。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。 (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。圖中每一個(gè)壓力，對(duì)應(yīng)一條平衡曲線。 (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。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。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。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。 對(duì)于單一物質(zhì)，例如氧、氮等，其飽和蒸汽壓與沸點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，而沸點(diǎn)隨飽和蒸汽壓的升高而升高，反之亦然。 (1).氧 氮二元體系氣液平衡 某物質(zhì)在一定溫度、壓力下，如果單位時(shí)間內(nèi)離開(kāi)液體的分子數(shù)目和回到液體內(nèi)的分子數(shù)目相等，這是整個(gè)氣液系統(tǒng)便處于平衡狀態(tài)。 在第二節(jié)開(kāi)始介紹了空氣是混合物，其中氧和氮占了 99% ，因此在一般情況下可以近似地把空氣當(dāng)成二元混合物，將氬 歸到氮組分中去。 (注：對(duì)于內(nèi)壓流程而言，冷損中還包括高壓氧氣帶走的 冷，該項(xiàng)冷量相當(dāng)于等溫壓縮制冷的逆過(guò)程。根據(jù)能量守恒定律，則有：等溫節(jié)流制冷量 +膨脹機(jī)制冷量 =跑冷損失 +熱交換不完全損失 +液體產(chǎn)品帶走的冷損。 ：當(dāng)裝置有泄漏時(shí)，損失了一部分低溫液體或氣體，這種損失屬于其它冷損。 ：低溫氣體離開(kāi)冷箱時(shí)，在理想狀態(tài)下它應(yīng)復(fù)熱到 正流工質(zhì)進(jìn)入冷箱的溫度，這樣冷量可全部回收，但由于存在傳熱溫差，在換熱器熱端，復(fù)熱工質(zhì)不能達(dá)到正流工質(zhì)的進(jìn)口溫度而帶走的冷量損失。 根據(jù)以上特點(diǎn)，在全低壓空分裝置中．一般都同時(shí)采用節(jié)流制冷與膨脹制冷，互補(bǔ)所缺。 ，節(jié)流閥結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，操作也方便，而膨脹機(jī)是一套機(jī)組，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作、 維修要求高。所以說(shuō)它是先進(jìn)的。當(dāng)空分裝置的冷量要求一定時(shí)，膨脹量就可以因此減少。增壓器獲得膨脹功后，將送入膨脹機(jī)的工質(zhì)進(jìn)一步升壓。過(guò)去常用電機(jī)或風(fēng)機(jī)作為膨脹機(jī)的制動(dòng)設(shè)備。 (5).膨脹機(jī)的制冷量 膨脹機(jī)的作用相當(dāng)于 — 個(gè)對(duì)外作功的節(jié)流閥。如果膨脹機(jī)的等熵效率保持不變，進(jìn)口溫度一定時(shí)，當(dāng)壓差越大，那么單 位質(zhì)量的工質(zhì)膨脹后的焓降也越大，對(duì)外作功也越多，溫度降低越顯著，當(dāng)膨脹機(jī)前后的壓差一定時(shí)，提高進(jìn)膨脹機(jī)的溫度，膨脹后的工質(zhì)溫度升高，則降溫效果變大，單位質(zhì)量工質(zhì)的制冷量增加。 經(jīng)膨脹機(jī)膨脹后的降溫效果要比節(jié)流好的多，這是由于當(dāng)氣體經(jīng)膨脹機(jī)膨脹時(shí)，除了產(chǎn)生節(jié)流降溫效果．氣體還同時(shí)在膨脹機(jī)中對(duì)外作功，消耗氣體自身的能量，使分子的動(dòng)能進(jìn)一步減少，因此降溫更顯著。 圖 6 T –S 圖 通常把氣體實(shí)際的絕熱膨脹焓降與理想的絕熱膨脹焓降之比，稱為膨脹機(jī)的 等熵效率，用η s 表示； η s=(i1is)/(i1i2) 透平膨脹機(jī)的等熵效率與設(shè)計(jì)制造的質(zhì)量有關(guān)，同時(shí)與安裝、維修也密切相關(guān)。 如圖 6 中 1→ 2 所示：實(shí)際上，由于氣體與氣體之間，氣體與機(jī)器壁面之間不可避免地要產(chǎn)生摩擦，摩擦熱又傳給氣體，使膨脹后氣體的溫度及焓值增加，熵也增加。 單位質(zhì)量的工質(zhì) 節(jié)流后，恢復(fù)到換熱器 I 進(jìn)口溫度 T1時(shí)，吸收的熱量等于 h 3 h h1h2 這部分熱量用來(lái)冷卻了壓縮工質(zhì)，因此制冷量； q /＝ (h3 h4)— (h1 h2) 而 h2 = h4 故 q /＝ h3 h1 即制冷量 q /與上面推導(dǎo)出來(lái)的沒(méi)有換熱器的制冷量 q 相同，都等于 h3— h1。真正的制冷量是在等溫壓縮過(guò)程中產(chǎn)生的，即冷卻水從壓縮機(jī)帶走的能量大于驅(qū)動(dòng)機(jī)傳給壓縮機(jī)的能量，致使壓縮機(jī)出口工質(zhì)的焓值 H1小于入口工質(zhì)的焓值 H0 。 (3).等溫節(jié)流制冷量 既然通過(guò)節(jié)流可以降低溫度，那么節(jié)流后的工質(zhì)相對(duì)于節(jié)流前的溫度就具備一定的