精馏系统中什么叫回流比
由精馏塔塔顶返回塔内的回流液流量L与塔顶产品流量D的比值,即R=L/D,叫回流比。
回流比与分离所需理论板数的关系(见图[理论板数与回流比的关系])表明:回流比从最小值逐渐增大的过程中,所需理论板数起初急剧减少,设备费用亦明显下降,足以补偿能耗费用的增加;
但当回流比继续增大时,所需理论板数减少趋势缓慢 (其极限值是全回流所需要的最少理论板数),此时设备费用的减少将不能补偿能耗费用的增加。
回流比的选择是一个经济问题,是在操作费(主要取决于能耗)和设备费(塔板数以及再沸器和冷凝器的传热面积)之间作出权衡。实际使用的回流比通常为最小回流比的1.1~2.0倍。
操作中精馏塔的分离能力,主要取决于回流比的大小。增大回流比,就可提高产品纯度,但也增加了能耗。改变回流比,是调节精馏塔操作的方便而有效的手段。
精馏原理
精馏通常在精馏塔中进行,气液两相通过逆流接触,进行相际传热传质。液相中的易挥发组分进入气相,气相中的难挥发组分转入液相,于是在塔顶可得到几乎纯的易挥发组分,塔底可得到几乎纯的难挥发组分。
料液从塔的中部加入,进料口以上的塔段,把上升蒸气中易挥发组分进一步增浓,称为精馏段;进料口以下的塔段,从下降液体中提取易挥发组分,称为提馏段。
从塔顶引出的蒸气经冷凝,一部分凝液作为回流液从塔顶返回精馏塔,其余馏出液即为塔顶产品。塔底引出的液体经再沸器部分气化,蒸气沿塔上升,余下的液体作为塔底产品。塔顶回流入塔的液体量与塔顶产品量之比称为回流比,其大小会影响精馏操作的分离效果和能耗。
在化工生产中,回流比一般是指塔内下流液体量与塔顶馏出液体量之比。
精馏产品的纯度,在塔板数一定的条件下,取决于回流比的大小。回流比大时所得到的气相氮纯度高,液相氧纯度就低。回流比小时得到的气相氮纯度低,液相的氧纯度就高。这是因为温度较高的上升气与温度较低的下流液体在塔板上混合,进行热质交换后,在理想情况下它们的温度可趋于一致,即达到同一个温度。这个温度介于原来的气、液温度之间。如果回流比大,即下流的冷液体多或者上升的蒸气少时,则气液混合温度必然偏于低温液体一边,于是上升蒸气的温降就大,蒸气冷凝得就多。因氧是难挥发组分,故氧组分冷凝下来相应也较多些,这样离开塔板的上升气体的氮浓度也提高得快。每块塔板都是如此,因此在塔顶得到的气体含氮纯度就高。另一方面,因为气液混合温度偏于低温液体一边,于是下流液体的温升就小,液体蒸发得也少,因而液体中蒸发出来的氮组分相应也少些,这样离开塔板的下流液体中氧浓度就提高得慢。每块塔板都是如此,因而在塔底得到的液体的氧浓度就低。
回流比小时则与上述情况相反,不再重复。精馏工况的调整,实际上主要就是改变塔内各部位的回流比的大小。操作工人常说的精馏塔塔温高,实际就是指回流比小;塔温低,就是回流比大的情况。