一、回流比的影响回流是保证精馏塔连续稳定操作的主要条件之一,且回流比的大小影响到精馏操作费和设备费用的大小。
因为精馏段操作线的斜率和截距与回流比有关。
对一定的分离任务(即xF、xW、xD、进料状态)而言,操作线位置仅随回流比而变。
回流比愈大,精馏段操作线的截距xD/R+1越小,操作线离平衡线就越远,此时每一梯级的垂直线段和水平线段的长度都增大,每层理论塔板的分离程度加大,为达一定分离要求所需的理论塔板数就会减少。
这就减少了设备费用。
但是另一方面回流比增大,回流量L=RD及上升蒸气量V=(R+1)D均随之增大,塔顶冷凝器和塔底再沸器负荷随之增大,这就增加了操作费用。
因而应选择适宜的回流比使精馏操作效果为最佳。
回流比有两个极限值,上限为全回流时的回流比,下限为最小回流比,适宜的回流比介于两者之间。
二、全回流和最少理论板数将塔顶上升的蒸气全部冷凝后又全部回流至塔内,即D=0,这样方式称为全回流。
此时不向塔内进料,F=0,也不取出塔底产品,W=0。
全塔也就无精馏和提馏段之分,两段操作线合二为一,即对角线y=x,因为:全回流时,R=L/D=∞,精馏段操作线的斜率R/(R+1)=1,提馏段操作线的斜率(R+f)/(R+1)=1,而A、B点分别在精馏板操作线和提馏段操作线上,而且也在对角线y=x 上,故此时精馏段、提馏段操作线没有分别,均为x-y上的对角线y=x。
在这样的情况下,显然操作线和平衡线的距离最远,因此达到给定分离程度所需的理论塔板数为最少。
如图4-17所示,以Nmin表示最少理论板数。
Nmin可在x-y 图上平衡线和操作线之间直接图解求得,图4-17所示的Nmin=5。
Nmin还可以用芬斯克公式求得。
三、最小回流比当回流液从全回流逐渐减小时,两操作线的位置将向平衡线移动,于是为达到指定分离程度所需的理论塔板数逐渐增多。
如图4-18所示.当回流比减小到两操作线的交点d正好落在平衡线上时,所需的理论塔数就要无穷多。
此时若在平衡线和操作线之间作梯级,就要无限多梯级才能达到d点,这种情况下的回流比称为最小回流比,以Rmin表示。
下面将介绍泡点进料时,Rmin的求取方法。
1、图解法 如图4-18所示,过d(xF,yF)点作x轴的平行线交AxD线于h,精馏段操作线AC的斜率为:式中ye----------与xF成平衡的气相组成,即:2、解析法将代入式(4-26)整理得:此式称为恩德伍德(Undenwood)方程,用来计算双组分理想体系、泡点进料情况下的Rmin。
四、适宜回流比的确定通常情况下实际回流比取最小回流比的某个倍数。
究竟取多大为宜,主要根据经济核算来决定。
精馏塔的经济指标主要有两项:一是设备费;二是操作费。
二者费用之和称总费用。
设备费主要取决于设备的大小,如塔高和塔径等。
操作费主要取决于加热蒸汽和冷却水的耗用量,而这些又取决于上升蒸气的量。
上升蒸气量V=L+D=(R+1)D。
由此可见,操作费与(R+1)成正比,若把操作费随回流比的变化作图,如图4-18所示.得直线2。
由此可见,操作费随回流比的加大而上升。
回流比对设备费(包括材料、加工、仪表、安装等费用)的影响比较复杂,如曲线1所示。
当回流比接近最小回流比Rmin时,随着R的增大,因所需的塔板数急剧下降,设备费急剧下降,当R增大到一定值后,再增大R值,则塔板数下降不多,但加热和冷凝设备却要增大,设备费反而上升。
所以设备费和回流比之间有一设备费最低的最适宜回流比R适宜。
若将总费用随回流比的变化作图,得曲线3。
曲线3有一最低点,此点所对应的回流比就是最适宜回流比。
目前还没有找到R适宜与Rmin之间的简单数学关系。
通常取R适宜=1.3~2.0 Rmin。
对于难分离的体系,R适宜要取得大些,使塔板数不至于太多,以利降低设备费用;对易分离体系可取小些,使板数增加不多,但能明显降低操作费用。
例4-4 将含苯60mol%的苯-甲苯混合液用精馏分离,xD=0.95,R=2.4×Rmin,α=2.52 泡点进料,求精馏段操作线方程。
解:只要求得Rmin,则可写出精馏段操作线方程。
=(2.52×0.6)/(1+1.52×0.6)=0.791由式(4-26)=(0.95-0.791)/(0.791-0.60)=0.8324R=2.4×Rmin=2.4×0.8324≈2精馏段操作线方程为:y=(2/3)x + (0.95/3)=0.67x + 0.32更多精彩内容请点击关注,或微信搜索“生物基可降解材料”,关注微信公众号!