谈精馏操作最小回流比的确定
第1卷第2期 兰州石化职业技术学院学报 V ol.
1N o. 22001年12月 Journal of Lanzhou C ollege of Petrochemical T echnology Dec. , 2001文章编号:1671-4067(2001) 02-0009-03
Ξ
谈精馏操作最小回流比的确定
陆小荣
(上海石化工业学校, 上海201500)
摘 要:论述了回流在精馏操作和精馏过程分析和计算中的作用, 推导了多股进料塔最
小回流比的计算公式。
关键词:精馏; 回流; 回流比; 操作线; 平衡线中图分类号:T Q028. 3 文献标识码 , 。
(L min )
对精馏段作物料衡算:
V (1-y ) =L (1-x ) +(V -L ) (1-x D ) V [(1-y ) -(1-x D ) ]=L [(1-x ) -(1-x D ) ]x D -y =V x D -x
1 比较一下蒸馏与精馏过程, 可以看出, 精馏区别
于蒸馏就在于回流。精馏的回流包括塔顶的液相回流与塔釜的气相回流。回流是构成汽液两相接触并进行传质的必要条件。当x D 与塔顶气相y 1相接触时, 由于y 1和x D 是不平衡的气液两相, 其结果是轻组分从液相向气相传递。
当V 不变, L 减小, x 增大, L 降至L min , x 与y 建立平衡, 此时最小液气比为:
V
x D -min
=
αx
x D -x
2 不需要全回流
考虑一个极限情况, 当x D =1(或x W =0) 时, 若可证x D =1不用全回流, 而x D x , 所以, (1-y )
y >x , V
因而
V
min
=f (α, x D , x )
讨论:
(1) 若我们取精馏塔某一个横截面, x 、x D 均无变化, 从上式可见, α减小, 变, x D 增大,
V
V
增大; 若x 与α不
min
也增大。所以对于一指定的物
min
系, 其最小液气比取决于对混合物的分离要求。 (2) 当α、x D 一定, 我们考察各个不同的截面, 当x 减小, L ΠV 增大, 而整个塔的每个端面算出的
V
V
是按全塔
min
求, 全回流是不需要的也是不必要的。
中最大的一个, 即
min
V
min
=
Ξ 收稿日期:2001-11-29
作者简介:陆小荣(1955-) , 女, 江苏无锡人, 副教授, 从事化工过程的研究与教学工作.
兰州石化职业技术学院学报 2001年・10 ・
max
V
min
, 只有这样才能保证每个截面都在理
气比增大, 提馏段的液气比减小, 在精馏段气相是加工的对象, 液相是加工的动力。塔顶的目的是得到符合产品质量要求的气体, 它相当于一个吸收塔, 用一种溶剂把上升气体中的难挥发组分吸收掉, 只不过是难挥发组分被吸收的同时, 易挥发组分进入气
大对分离有利。而在提馏段液V
想情况下有良好传质。 上面是根据
V
min
=f (α、x D 、x ) 的函数关系定
V
性讨论了α、x D 和x 对
的影响, 因为
min
L =D
相, 因此在精馏段
R min 最小回流比, 所以可以通过讨论各因素对R min
相是加工的对象, 气相是加工的动力, 它相当于一个解吸塔,
小即大对分离有利。所以无论是精馏V L
的影响来间接的看对
V
的影响。
min
α=2. 000 当x F =0. 5000 x D =0. 995
q R min
段还是提馏段增大回流比对分离都是有利的。
-0. 2000-0. 30003. 2472
3. 3936
1. 20001. 8470
1. 0001. 9700
0. 50002. 3851
0. 0002. 9700
α=2. 000 当q =1. 000 x D =0. 9950
x F R min
0. 30003. 3024
0. 35002. 8275
0. 40002. 4708
0. 45002. 1929
0. 50000. 1. 2. 当x F =0. q =x D R min
0. 0. 8000
1. 1000
0. 1. 4000
0. 95001. 7000
0. 99001. 9400
0. 99901. 9940
当q =1. 000 x D =0. 9950 x F =0. 5000
α
R min
1. 100019. 790
1. 30006. 5900
1. 50003. 9500
1. 70002. 8186
2. 00001. 9700
2. 50001. 3100
计算结果表明:
a . q 增大, R min 减小; b . x F 增大, R min 减小; c . x D 增大, R min 增大; d . α增大, R min 减小。
图1 精馏回流示意图
5 回流比与能耗
增大回流比, 既加大了精馏段的液气比加大了提馏段的
, 也V
4 增大回流对分离有利
图1为精馏塔回流示意图
F =2 D =1 R =2 饱和液体进料L =R ×D V =L ×D =2+1=3L =L +F =2+2=4 V =V =3
, 两者均有利于精馏过程的传质。L
设计时采用较大的回流比, 在y ～x 图上, 精馏段和提馏段的操作线均移向对角线, 达到指定分离要求的理论板较少。但是回流比增大, 上升蒸气量也随之增大, 再沸器和冷凝器的费用也增大, 因此增大回流比操作能耗必然增大。
在L 、V 、L 、V 中均有2, 它就是回流, 回流在塔内循环, 组成和状态不断发生变化, 每循环一周就将F =2的料液分离成D =1 W =1, 精馏段
=2Π3, , 提V
馏段
=4Π3, 回流比R =2。若增大回流比R =3, V
V
=5ΠV
6 多股进料塔的最小回流比的计算
图2为有N 股进料的塔。精馏塔被分成N +1段, 每段有一定的气液流量, 当料液进入塔系时流量则发生变化, 因此每两相邻段的界面在加料点处, 界
此时L =3 V =4 L =
5 V =4=3Π44, 比较上两种情况可见, 增大回流比使精馏段的液
陆小荣. 谈精馏操作最小回流比的确定 ・11・
(9b ) (10)
面处q J 为进料F J 中液相的摩尔分数, 由这个界面和恒摩尔流的假定, 可写出每段精馏塔中液体流量的关系式:
(1) L J =L J -1+q J -1F J -1 同样也能写出各段中气体流量关系式:
V J =V J -1+(q J -1-1) F J -1 在加料F J -1以上部分展开方程(1)
L J =L 1+q 1F 1+q 2F 2+q 3F 3…q J -1F J -1=L 1+Σq K F K
(3) (4) (5) (6) (2)
V J y i +1+ΣF K Z K =Dx D +L J x i y i +1=
L J
x i +V J
Dx D -ΣF K Z K
V J
将(7) (8) 两式代入方程(10) , 分子分母除以D 得:
R +Σq K
F K ΠD
y i +1=x i +
(R +1) +Σ(q K -1) F K ΠD
Σ(R +1) +Σ(q K -1) F K ΠD
(11) (12)
对角线方程为y i +1=x i 将(12) 代入(11) 整理得:
ΣF K Z K -Dx D
x int , J =
ΣF K -D
同样, 从方程(2) 可得:
V J =V 1+Σ(q K -1) F K
从回流比定义可知:L 1=RD 又因为V 1=L 1+D =(R +1) D 将方程式(5) (6) 代入方程(3) (4) 得: L =RD +Σq K F K
K =1J -1
(13)
(x int , J , x int , J ) 为第J 坐标(int , J , x int , J ) 与点F K ΠD ) Z K
的连线表示该段的(+F K K -1)
V J =(R +1) D +Σ(q -1) K 要找出两相邻的操作线的交点, 将方程(11) 分别用于第J 段和第J +1段, 可得到塔的第J 段和第
J +1段操作线交点轨迹方程:
q J q J -1
Z J q J -1
y =x - (14)
在最小回流比下, 第J 段和第J +1段的操作线在平衡线上相交, 此交点即在平衡线上又在第J 段的进料线上。 为了确定第J 段的最小液气比, 将点(x =x int , J
y =x int , J ) 与第J 段进料线与平衡线的交点相连, 此线
的斜率即为最小液气比。最小液气比即可用此线的斜率即方程(11) 中的x i 前的系数导出, 也可用此线在y 轴上的截距y 0=
图2 多股进料塔示意图
R min
Σ() 导
+1+Σ(F K D q K -1)
出。参考文献:
[1] 陈敏恒. 化工原理. [M ].北京:化学工业出版社,1988.
对第J 段的第i 块板的易挥发组分进行物料衡算:
V J y i +1+(F 1Z 1+F 2Z 2+F 3Z 3+…F J -1Z J -1) =Dx D +L J x J
(9a )
Determining of the smallest reflux ratio of distillation operation
LU X iao -rong
(School of Shanghai Chemical Industry , Shanghai 201500,China )
Abstract :Thatreflux play a role in distillation operation and process analysis and calculation was described ,the calcula 2tion formula of the smallest reflux ratio in multistream feed column was derived. K ey w ords :distillation reflux ;reflux ratio ; operation line ;balance line