外行学空分（227）一一回流比和最小回流比的定义和计算

Yb2021

   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。
: W! Y$ g2 ]- h' X) J! S  v   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。
& w" r: `3 ~" M   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！
' ^4 q& r# F6 s' a5 `7 ^   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！
- C8 z9 I& }% J   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！
0 y+ @+ ]5 J- |$ p8 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。
/ c7 P' v# x# P0 ~1 r   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。
    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。
    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。

Sunqh

同一层的气量-液量=塔顶产量，因此，三个参数中只有两个是自由变量，如果R=液量/产量确定，那么(同一层的)液量/气量(L/V)也就确定了，利用R或L/V代入操作线方程中都能作精馏计算，计算结果完全相同。
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对于非恒摩尔溢流，可以认为有多少块理论塔板就有多少个回流比，非恒摩尔溢流精馏计算中也有操作线方程，只是每个操作线方程中的回流比都不相同。

, x& ^$ Y: H1 k6 o; N/ c0 {1 ?当然最小回流比只有一个，那就是在夹点处达到气液平衡时的回流比。

Sunqh

例如空分下塔，塔底气量1，塔底回流液量0.55，塔顶气量1.07，那么塔顶回流液量必定是1.07+0.55-1=0.62
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按同一层回流液/上升气，塔底回流比=0.55/1=0.55，底部操作线方程中有这个0.55；塔顶回流比=0.62/1.07=0.58，塔顶回流比稍大一点，顶部操作线方程中也有这个0.58

如果是按塔内回流/塔顶产量，那么塔顶回流比R=0.58/0.45=1.29，塔底回流比R=0.55/0.45=1.22，还是塔顶回流比大于塔底，操作线方程中用这两个也行，计算结果完全一致。

( h* G% {+ Z/ g$ q( B& F/ T如果按尤总塔顶回流/塔底气量，那么回流比=0.62/1=0.62，这个没法用到操作线方程中。

Sunqh

尤总“(回流比)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”是民科扯淡。回流比定义有两个，一是“塔内回流液体量与塔顶取出产品量之比”，二是“塔内同一层液气量之比”，这两个回流比都是在精馏计算中要用到的。塔顶回流量/塔底气量，对于非恒摩尔溢流，这个没法用到精馏计算中，尤总抛出这么个“定义”，正好说明尤总不会精馏计算。

以空分下塔为例，氮蒸发潜热小于氧冷凝潜热，所以越往上气液量越大，但同一层气液量之差却是固定不变的。无论是按塔内回流/塔顶产量，还是按同一层回流液量/上升气量，下塔回流比随高度不同都是变化的。精馏计算需要交替使用平衡线方程和操作线方程，操作线方程中有回流比，这个用塔内回流/塔顶产量或同一层回流液量/上升气量都行，回流比随塔高不同是变化的。民科定义的塔顶回流/塔底气量，这个不能说明下塔回流比随塔高度变化，当然也没法用到操作线方程中，只能民科拿来扯淡。
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关于回流比的定义是讨论精馏问题和精馏计算的基础。

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一，首先要区分两个回流比的定义，一是冷凝塔（精馏段）塔顶低沸点组分摩尔数量和冷凝塔（精馏段）回流低沸点液压摩尔数量的比值。二是回流液气比。两个定义及用处差别很大。不在混在一块使用。

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  精馏计算中的所谓恒摩尔流假定，是对精馏计算的极大的简化，但在高低沸点组分相变热差距很大时（空分就是这样的情况）计算误差很大。根据恒摩尔流假定。回流液气比就无所谓同平面（其实是一块理论塔板的回流液气比）还是塔顶部回流液摩尔数量和塔底部上升气摩尔数量之比，它们数值都是一样的。所谓操作线方程式成立的前提条件是恒摩尔流假定！如果恒摩尔流假定不成立，所谓的操作线方程式也不成立了！精密的精馏计算只能逐板计算。

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  关于回流比的定义，我个人认为应该是冷凝塔（精馏段）顶部回流低沸点液体摩尔数量和冷凝塔底部上升气摩尔数量的比值。理由是一块理论塔板，回流液气比是进入理论塔板的回流液和进入理论塔板的上升气摩尔数量的比值，精馏段（几块理论塔板）当然相应就是精馏段顶部回流液摩尔数量和精馏段上升气摩尔数量的比值！更重要的是精馏段顶部回流液摩尔数量是精馏能力，精馏段底部上升气是需要精馏的对象。精馏段顶部及中间理论塔板的上升气及精馏段底部回流液及中间理论塔板的回流液不具有以上的意义。

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     冷凝塔（精馏段）上升气由下而上逐步增加，回流液自上而下逐步减少！先生讲了半天，先生还是没有讲清楚冷凝塔（精馏段）回流液气比具体是什么？还是先生认为多少块理论塔板数就有多少个回流液气比？

Sunqh

空分下塔理论塔板数计算，如果都用塔底液气比L/V计算，计算结果会偏大，因为下塔的中上段实际液气比要比塔底L/V更大一点，液气比越大，所需理论塔板数越少，都以塔底L/V计算，实际是液气比取值小了，计算出的结果当然偏大。
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如果都用塔顶液气比L/V计算，计算结果会偏小，因为下塔的中下段实际液气比要比塔顶L/V更小一点，液气比越小，所需理论塔板数越多，都以塔顶L/V计算，实际是液气比取值大了，计算出的结果当然偏小。
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计算机逐层塔板计算，每层L/V都变化，这并没有任何困难。尤总不会用计算机计算，才会觉得是多大的难题。