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本帖最后由 Yb2021 于 2024-1-2 07:32 编辑 & i: u, D" p# C/ V4 Y
, U% e0 t" z/ `/ H* X 回流比的定义和计算是精馏计算的最基础的内容,也是分析讨论精馏过程的框架基础,而在其中回流比的定义又是基础中的基础。是精馏的入门基础内容,只有掌握正确的回流比定义和计算,才能对精馏过程的一般问题进行分析和讨论,是基层技术人员都必须掌握的基本能力。一旦回流比的定义和计算出现偏差则地动山摇。
4 R& P0 o! [, l7 f" M. o! @ B; c 回流比只是一个约定俗成的土语,严格规范的术语应该分为低沸点组分产品回流比及对应的精馏段的回流液气比和高沸点组分产品回流比及对应的提馏段的回流气液比,这个道理非常浅显,回流的涵义在精馏段而言是精馏塔顶部冷凝器产生的低沸点组分回流液,而在提馏段而言回流涵义是由再沸器产生的高沸点组分回流气。一经指出大家非常容易取得共识,但这是极端重要的,不容有任何的模糊和混乱!理解以上既有联系又有区别的定义,关健在于以下几点,一是回流比分为高沸点组分产品回流比和低沸点组分产品回流比,两者之间不能混洧!二是高沸点组分产品回流比对应的是提馏段回流气液比,低沸点组分产品回流比对应的是回流液气比。三是精馏段的回流液气比和提馏段回流气液比两者之间是不同甚至是相反的。
3 S$ W$ |* _! W( t3 O 关于精馏段的回流比,常见的一共有两个,一是精馏段顶部回流液摩尔数量和精馏段底部上升气摩尔数量之比值(这是标准常规精馏过程的回流液气比的情况,如果是双效精馏多效精馏,及多热泵精馏则精馏回流液气比必须分段计算),如果是双效精馏多效精馏或多热泵精馏,那么低压精馏塔或者精馏塔精馏段可以有两个或者两个以上的回流液入口,精馏段回流液气比需要分段计算。二是精馏段顶部回流液摩尔数量和精馏段顶部取出低沸点产品摩尔数量之比值,这是精馏低沸点组分产品回流比。两者之间差距甚远,切不可混为一谈!8 g! ^0 f. _! F
关于提馏段回流比,常见的有两个,一是精馏塔提馏段底部回流气摩尔数量和高沸点组分产品摩尔数量的比值,这是精馏塔高沸点组分产品回流比。二是提馏段底部回流上升气摩尔数量和提馏段顶部下降液摩尔数量的比值,这是精馏塔提馏段回流气液比,两者之间差距甚远,切不可混为一谈!) j* r2 g( K+ B4 D+ l$ n9 E z
现在以双塔流程空分装置为例进行说明,下塔是冷凝塔相当于完整精馏塔的精馏段,其最小回流液气比0.493!即20.7%/42%(按照等摩尔流假定,氧氮交换比1比1,空气组成氧20.7%,氮79.3%)。其中20.7%是空气中的氧气含量,42%是下塔压力下与空气组成平衡的液相中的氧含量。下塔压力下,真实的氧氮相变热比值是1.4,计算出的最小回流液气比是0.576!恒摩尔流假定下,低沸点组分产品最小回流比是0.972,下塔压力下,真实的氧氮相变热比值为1.4,计算出的最小低沸点组分产品回流比是1.13!粗氩冷凝塔(氩馏分中的氩含量在10%)恒摩尔流假定下,计算出的最小回流液气比是0.967。在粗氩冷凝塔压力下,氧氩相变热比值1.081,计算出的最小回流液气比是0.97!在恒摩尔流假定下,计算出的最小低沸点组分产品(氩)回流比是是29.3!粗氩塔压力下,氧氩相变热热比值1.081,计算出的低沸点组分产品(氩)回流比是29.4!
# l# ^6 c( w) t3 w1 C. Z7 q) o 恒摩尔流假定是精馏计算中的一个非常重要的假定,极大地简化了精馏计算过程,但正如恒摩尔流假定中的假定一样,它只是一个假定并不是放之四海而皆准的真理。实际上由于高低沸点组分的冷凝气化潜热并不相等,精馏过程中的高沸点组分冷凝和低沸点组分的气化的交换比例并不是1比1!而是受热量平衡约束以两者相变热的比值进行交换,这样在高低沸点组分相变热差距较大时,所谓恒摩尔流假定事实上就不成立了,以恒摩尔流假定为前提的精馏计算误差较大。- Y& B0 f7 R" q7 D! q4 u
在恒摩尔流假定下,无论是精馏段还是提馏段上升气和下降液的数量都是不变的(这里不涉及双效精馏多效精馏和多热泵精馏)。回流液气比是精馏段顶部回流液摩尔数和精馏段底部上升气摩尔数量的比值还是同平面(又分为顶部和底部)的下降液和上升气摩尔数量比值都是一样的,但在实际上由于高低沸点组分产品相变热比值大时,它们之间差距很大。: V9 ^. j5 z& ]8 S
关于恩德伍德方程式稍微多说几句,恩德伍德方程式的运用场景是在环境温度以上的多元物系在一个精馏塔中完成精馏过程。其次一般情况下只讨论精馏段而不涉及提馏段,提馏段往往采用蒸馏方案,第三其中回流比的定义是指回流液摩尔数量和产品摩尔数量的比值。由于是多元物系在一个精馏塔中完成多元物系的精馏,所以精馏段有多个产品取出口,也就有了多个回流比和最小回流比。) T: h: | {% k7 q) M5 P4 U
这种运用场景一般多用于精细化工和大化工的精馏过程是很不一样。大化工的多元物系精馏过程,一般采取依次精馏的工艺方案及优化的隔板模型工艺方案,其原因在于,对于大化工而言,对精馏产品的纯度要求高,而在一个精馏塔中实现多元物系的精馏分离,其产品一般是混合物,达不到大化工对产品纯度的要求。但是对于从渗出水溶液中提取精细化工产品(香精等)而言,在一个精馏塔中提馏段采用蒸馏工艺方案,在精馏段得到多个不同的精馏产品是比较有利的。针对这样的运用场景,采用恩德伍德方程式计算最小回流比也是比较方便的,但不宜把这样的计算方法,运用于对产品纯度要求高的精馏过程,那会产生混乱的。 |
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