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较小回流比和较大回流比

较小回流比和较大回流比
2021.12.15
作者: 迪尔空分

回流比、塔板数及产品纯度是精馏过程的三个核心工艺参数,这三个参数只有两个自由度,给定任意两个参数则可以推算出第三个参数。在讨论之前先明确一下回流比、塔板数和产品纯度的定义。

回流比其实只是一个约定俗成的说法,在精馏过程中真正运用的是精馏段的液气比和提馏段的气液比。回流比实际上是指上述两者之一,这一点很重要。不区别精馏段的液气比和提馏段的气液比而笼统地谈论回流比是非常不靠谱的,更不要说什么用平均相对挥发度及气液平衡数据图计算较小回流比就更加不靠谱了。精馏段的液气比是指精馏段顶部的回流液和精馏段底部上升气的摩尔数之比。提馏段的气液比是指提馏段底部的上升气和提馏段顶部回流液摩尔数之比。以精馏段为例,精馏又可以称为洗涤,精馏段顶部的回流液大小代表了洗涤(精馏)能力的大小,精馏段底部的上升气则代表了需要洗涤(精馏)的数量和难度(上升气中的高沸点产品的含量),两者的比值其意义是非常明确的。其次精馏过程中气液交换并不是等量交换,因此每一个截面的液气比都不相同。至于为什么不用精馏段底部的上升气和底部的液体数量之比作为液气比,那是因为精馏段底部的液体数量和组成是一个从变量而不是一个自变量。提馏段气液比的定义也是同样的道理。

明确了回流比(实际回流比,分为精馏段液气比和提馏段气液比)就可以讨论什么较小回流比和较大回流比的问题了。以精馏段的液气化为例说明,所谓较小液气比就是在无限塔板数条件下,要在精馏段顶部获得纯的低沸点产品所需要的回流液(空分塔中的液氮)数量和上升气数量摩尔数之比。在气液平衡数据图上表现为以精馏原料气相组成为始点的平行于横轴的平行线。这当然无法画出操作线,是一个极限的状况。那么什么是精馏段的较大的液气比呢?就是无低沸点产品取出(全回流)情况下的回流比,这当然也是一个极限的状态。实际的液气比当然只能大于较小液气比小于较大的液气比。表现在气液平衡数据图上就是一根以精馏原料气相组成为始点向上的一根线,其与横轴夹角的大小决定于际液气比和较小液气比的比值。据此就可以画出操作线了。

提馏段的操作线则是以精馏原料平衡液相组成为始点向下的一根线,其与横轴的夹角则决定于实际气液比和较小气液比的比值。

有了较大的回流比的概念,就会明白在有限塔板数的条件下,任何精馏过程都有产品纯度的极限。

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