6.8最小回流比的影响与选择

6.8.1全回流和最小理论塔板数6.8.2最小回流比6.8.3适宜回流比的选择6.8最小回流比的影响与选择最小回流比及其计算全回流时的最小理论塔板数、最小回流比及其计算、回流比的选择及其对精馏操作及设计的影响。1、掌握的内容：2、本节难点：6.8最小回流比的影响与选择生产中采用的回流比界于二者之间。在精馏过程中，回流比的大小直接影响精馏的操作费用和设备费用。回流比有两个极限：全回流时的回流比最小回流比6.8.1全回流和最小理论塔板数1．全回流的特点全回流即塔顶上升蒸气经冷凝器冷凝后全部冷凝液均引回塔顶作为回流。全回流时塔顶产品量D=0，塔底产品量W=0，为了维持物料平衡，不需加料，即F=0。见图(6－42）。LRD(6－62)全回流时回流比为:全回流时的操作线方程式为：nnxy1(6－63)全塔无精馏段与提馏段之分，故两条操作线应合二为一。由图(6－42）可见，全回流时操作线距平衡曲线最远，说明理论板上的分离程度最大，对完成同样的分离任务，所需理论板数可最少，故是回流比的上限。2．全回流时理论板数的确定全回流时，D=0，F=0，W=0；达到给定分离程度所需的理论板层数最少为Nmin。1）Nmin的求法a）图解法xWxD在平衡线和对角线之间做直角梯级。图6-43图解法求理论塔板数全回流时的理论板数除用上述的(y—x)图解法和逐板计算法(与前同)外，还可用芬斯克方程进行计算。b）解析法——芬斯克(Fenske)方程式全回流时操作线方程式为：nnxy1nAnAxy)()(11()()BnBnyx(6－66)(6－65)(6－64)离开任一层板的汽液组成间的关系为：nBAnnBAxxyy若塔顶采用全凝器：1()()AADyx1()()BBDyx(6－67)(6－68)(6－69)111AAABBBDyxxyxx第一层板的汽液平衡关系为：第一层板和第二层板之间的操作关系为：12AAxy21BByx(6－70)(6－71)(6－72)21AABByxyx即21BADBAyyxx同理，第二板的气液平衡关系为：222BABAxxyy(6－75)(6－74)(6－73)221BADBAxxxxWBANDBAxxxx121......1121......NmN若令WBANmDBAxxxx1(6－79)(6－78)(6－77)(6－76)mWABDBAxxxxNloglog1minmwwDDxxxxNlog11log1min——芬斯克方程（6－81）(6－80)Nmin——全回流时所需的最少理论板数（不包括再沸器）；式中：——全塔平均相对挥发度。式（6－81）称为芬斯克公式，用于计算全回流下采用全凝器时最少理论板数。nnm...21若逐板计算至进料位置，令：1DF可得到精馏段所需的最少理论板数。由上述分析可知，因全回流时无产品，故其生产能力为零，可见它对精馏塔的正常操作无实际意义，但全回流对精馏塔的开工阶段，或调试及实验研究具有实际意义。11minlglgFABDBAxxxxN6.8.2最小回流比在最小回流比条件下操作时，在q点上下塔板无增浓作用，所以此区称为恒浓区（或称挟紧区），q点称为挟紧点。在精馏塔计算时，对一定的分离要求(指定xD，xW)而言，当回流比减到某一数值时，两操作线交点q点恰好落在平衡线上，相应的回流比称为最小回流比，以Rmin表示。因此，最小回流比是回流比的下限。此时：minRR所对应的理论板数TN最小回流比可用作图法或解析法求得。求aq线的斜率为：1、作图法minmin1DqDqxyRagRxxqg（6－82）整理上式得：minDqqqxyRyx（6－83）式中xq，yq为q线与平衡线交点的坐标，可用图解法由中读得，或由q线方程与平衡线方程联立确定。2、解析法因在最小回流比下，操作线与q线交点坐标（xq，yq）位于平衡线上，对于相对挥发度为α（或取平均值）的理想溶液，可用下式表示：1(1)qqqxyx（6－84）将式（6－84）代入式（6－83）可得：min1(1)1(1)qDqqqqxxxRxxx（6－85）简化上式可得：min(1)111DDqqxxRxx（6－86）当进料热状态为泡点液体进料时，xq=xF：FDFDxxaxxaR1)1(11min（6－87）若为饱和蒸汽进料，yq=yF：min(1)1111DDFFaxaxRayy（6－88）将式（6－10）代入式（6－82）可得：式中：yF——饱和蒸气原料中易挥发组分的摩尔分数。3、非理想体系的最小回流比q点坐标（xq，yq）可由图（6-45）中读出，仍可采用（6－83）式计算出Rmin。对于这种情况下Rmin求法是：由点a（xD，xD）向平衡线作切线，再由切线的斜率或截距求Rmin。图6-45不同平衡线形状的最小回流比qq6.8.3适宜回流比的选择精馏操作存在一个适宜回流比。在适宜回流比下进行操作，设备费及操作费之和为最小。1）操作费：DRDLV)1('(1)(1)(1)VVqFRDqF——取决于回流比R；在精馏设备的设计计算中，通常操作回流比为最小回流比的1.1～2倍。即：min(1.12)RR2）折旧费：取决于实际板数，实际板数又取决于理论板数，与R有直接关系。综合以上两点，操作费与折旧费都与R有关。例、在常压连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液，已知XF=0.4（摩尔分率、下同），XD=0.97,Xw=0.04相对挥发度α=2.47。试分别求以下三种进料方式下的最小回流比和全回流下的最小理论板数。（1）冷液进料q=1.387（2）泡点进料（3）饱和蒸汽进料034.1584.31387.14.01387.1387.111xxqxxqqyF解：（1）q=1.387则q线方程：相平衡方程：xxxxy47.1147.2)1(1两式联立；xq=0.483,yq=0.698265.1483.0698.0698.097.0minqqqDxyyxR(2)泡点进料，q=1则xq=xF=0.4622.04.047.114.047.2)1(1qqqxxy568.14.0622.0622.097.0minqqqDxyyxR(3)饱和蒸汽进料，q=0则yq=xF=0.4213.04.047.147.24.0)1(qqqyyx048.3213.04.04.097.0minqqqDxyyxR(4)全回流时的最小理论板数min1lg[()()]11lg0.970.96lg[()()]0.030.0416lg2.47()WDDWxxxxN不包括再沸器因此，在分离要求一定的情况下，最小回流比Rmin与进料热状况q有关，q,Rmin.3、对一般物系取使用回流比R=（1.1~2）Rmin，而对难分离物系，使用回流比可超出上述范围。本节要点：1、全回流时精馏段操作线与提馏段操作线均与对角线重合，这时y=x；所需理论板数最少。2、最小回流比是针对一定的分离任务而定，分离任务有变化，最小回流比也会变化。若回流比小于最小回流比，不能达到要求的分离任务，但它能正常操作。End图6-42全回流与最少理论板数图6-42全回流与最少理论板数minDqqqxyRyx（6－83）1(1)qqqxyx（6－84）minmin1DqDqxyRagRxxdg（6－82）1(1)xyx（6-10）图6-44最小回流比eqfyqxq图6-44最小回流比eqfyqxq图6-44最小回流比eqfyqxq图6-46适宜回流比