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谈谈精馏塔回流比的问题



什么是精馏塔回流比

精馏操作中,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。回流比的大小,对精馏过程的分离效果和经济性有着重要的影响。因此,在精馏设计时,回流比是一个需认真选定的参数。
 
从双组分精馏的图解法计算(见精馏)可知:增大回流比可减少分离所需的理论板数。但回流比的增大,必要求塔釜产生的蒸气量相应增加。回流比增大的上限是全回流即进入冷凝器的蒸气在冷凝后全部返回塔中。在全回流条件下,分离所需的理论板数最少。当回流比减小至某一数值时,理论上为达到指定分离要求所需板数趋于无穷大,这是回流比的下限,称为最小回流比[cdhmin]。当操作回流比下降到小于最小回流比时,就不能达到规定的分离要求。最小回流比不仅取决于分离要求,还与料液的相对挥发度和料液组成以及进料的热状态有关。对于相对挥发度在全塔接近常数的料液的分离,最小回流比[cdhmin]可由下列两式(常称安德伍德方程)算出:
M AiXfi
∑ ——— = 1-Q
i-1 A-θ (1)
M AiXdi
∑ ——— = Rmin+1
i-1 Ai-θ (2)
式中 为组分对某一基准组分的相对挥发度;为料液中组分的摩尔分率;[286-10]为组分在塔顶产品中的摩尔分率;为进料的热状态参数(进料变为饱和蒸气所耗热量与它的汽化热之比。显然,进料为饱和液体时=1,为饱和蒸气时=0),为料液所含组分数,为由式(1)确定的参变数,其值介于两个关键组分的相对挥发度之间。所谓关键组分是料液中对分离起关键作用的两个组分,也即生产要求把料液在此两组分间分割开来。对于双组分物料,关键组分就是此两组分。由式(1)求出 值以后,代入式(2)即可算出最小回流比。
在污水处理中,下列几种情况为回流:
1、利用污水厂的出水,或生物处理单元的出水稀释进水的做法;
2、利用沉淀池的污泥来补充生物处理单元内活性污泥浓度(即微生物浓度)的做法。
回流水量或泥量与进水量之比称为回流比。
 
理论板数
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。

作图求回流比

作图求回流比

 

精馏核心

      在精馏分离的整个过程中,回流比是精馏的核心,回流比是精馏设计和操作的重要参数。回流比的大
小不仅影响所需的理论塔板数、塔径、塔板的结构尺寸,还影响加热蒸汽和冷却水的消耗量。回流比的选取范围是在最小回流比至无穷大之间。若选取的回流比太大,不仅使加热蒸汽及冷却水的消耗量增大,操作费增大,还可能影响塔径,使设备投资费用也增大。而且回流比太大使塔在操作时改变的难度加大,调节塔的分离能力的作用也大大减小。因此,无论从经济上考虑,还是操作上考虑,在精馏设计或操作时都应选取适宜的回流比。因而找到最佳回流比在设计过程中很重要。
 

精馏 相关仪器

回流比优化

      对回流比的优化有许多方法,在本设计中所选择的回流比,参考了前人通过目标函数的建立及计算机求算出来的公式:即,其能够比较准确的表达过程总费用与回流比的关系,是一种比较理想的求实际回流比的方法。


回流比控制器
      回流比控制器是一种可安装在蒸馏塔内或塔外、用于分流的一种装置。该设备用芯片控制电磁阀的开启和关闭时间来控制回流的多少,能减轻操作工劳动强度,直观、易操控,易优选工艺指标,易维护,运行可靠,工艺重复方便,可在任时间段内任意调节回流量,能准确塔内回流量与采出量的比例调节。
      适用间歇式及连续式操作的常规精馏以及萃取精馏.恒沸精馏等殊精馏过程。特别适用高凝.高沸精馏。
      好的电磁线圈和结构部件、加上好的设计方案和制造工艺,使得好的回流比控制器比一般的更加方便耐用、控制精准!

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问:化工蒸馏塔可以用回流比控制温度和压力吗?
答:精馏控制温度包括进料预热温度、塔底温度及塔顶温度三部份。前两者是通过预热器和再沸器来实现控温,塔顶温度是通过冷凝冷却温度及回流比的大小来调节控制的。塔内压力一般操作平稳时压力平衡,提高底温则压力升高,增大回流比则压力下降。

问:
已经加工好的精馏塔可以再安装回流比控制器吗?
答:全采出,在采出口下加装回流比控制器。这要求采出口与回流口之间有一定的高度差,能安装回流比控制器。

问:
如果目前不安装回流比控制器,能不能通过采出流量来控制回流比?如果可以,具体怎么计算呢?在同一加热功率条件下,不同回流比的蒸发量是不是增大?那么是不是就不能通过采出量来计算回流比?
答:一般来说,随塔釜组分变重,单位质量的汽化热是增加的。也就是说相同功率,随精馏进行,蒸发量是减小的。B:随精馏进行,塔温度升高,散热增加,塔顶蒸汽量也会减小(在实验装备尤为明显)。
通过采出量控制回流比是可行的,蒸汽量逐渐减小,保持相同的采出速度,可逐渐增加回流比,有利于分离。
 
问:怎样控制蒸馏塔的回流比?
答:因为在精馏的操作中,只要进料不能解决稳定操作问题,就必须靠回流。根据前几节所讲,选择最适宜回流比是以设备费用和生产费用最小为标准。酒精精馏塔的最适宜回流比一般为3~4,即回流量为单位时间产品量的3~4倍。为了取得比较简单方便的操作手段,人们采用了多种方法,其中之一是用玻璃转子流量计,这种方法简单直观,效果较好。

转子流量计外壳为玻璃管状,表面有液面计刻度,管内装有一只能够上下活动的浮子,液体由管底进入,通过转子和锥形管之间的环隙而由管顶排出。转子随着流量的大小绕本身轴线上下旋转。如果流量稳定,则转于的位置不变,就可从管上的刻度直接读出单位时间的流量。

我们在产品采出部分和冷凝回流部位,分别设置两支转子流量计,通过回流量(刻度值)和产品量(刻度值)的对比,即可直接得出该时刻的回流比值。如某一时间内,回流转子流量计转子停留在100刻度值间,产品采出流量计转子停在33刻度值间,就可以根据:

R=QR(回流量)/P(产品量)=100/33≈3

就可得出该系统的回流比约为3。

使用转子流量计不仅可以直接读出单位时间的流量,计算出回流比,而且可以很方便地调节控制精馏塔的中温,以稳定操作。如某厂以精塔中温标准在86~87℃之间,如果大于88~89℃时,可以适当增加回流量,也应调节产品采出置。

 


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