回流是保证精馏塔连续定态操作的基本条件，因此回流比是精馏过程的重要参数，它的大小影响精馏的投资费用和操作费用。对一定的料液和分离要求，如回流比增大，精馏段操作线的斜率增大，截距减小，精馏段操作线向对角线靠近，提馏段操作线也向对角线靠近，相平衡线与操作线之间的距离增大，从xD 到xW 作阶梯时，每个阶梯的水平距离与垂直距离都增大，即每一块板的分离程度增大，分离所需的理论塔板数减少，塔设备费用减少;但回流比增大使塔内气、液相量，操作费用提高。反过来，对于一个固定的精馏塔，增加回流比，每一块板的分离程度增大，提高了产品质量。因此，在精馏塔的设计中，对于一定的分离任务而言，应选定适宜的回流比。
回流比有两个极限，上限为全回流时的回流比，下限为最小回流比。适宜的回流比介于两极限之间。
( 一) 全回流与最少理论塔板数
塔顶上升蒸气经冷凝后全部流回塔内，这种回流方式称为全回流。
1.全回流特点 全回流时回流比R→∞，塔顶产品量D 为零，通常进料量F 及塔釜产品量W 均为零，即既不向塔内进料，也不从塔内取出产品。此时生产能力为零。
2.全回流时操作线方程 全回流时全塔无精馏段、提馏段之分，操作线方程y =x，操作线与对角线重合。
3.最少理论塔板数 操作线离平衡线的距离最远，完成一定的分离任务所需的理论塔板数最少，称为最小理论板数，记作Nmin，如图3 -37 所示。
最小理论板数Nmin也可采用芬斯克方程计算:
式中:Nmin——全回流时的最小理论板数( 不包括再沸器) ;
αm——全塔平均相对挥发度( 一般可取塔顶、塔底或塔顶、塔底、进料的几何平均值) 。
全回流在实际生产中没有意义，但在装置开工、调试、操作过程异常或实验研究中多采用全回流。
图3-37 全回流时的最少理论板数
( 二) 最小回流比
精馏过程中，当回流比逐渐减小时，精馏段操作线的斜率减小、截距增大，精馏段、提馏段操作线皆向相平衡线靠近，操作线与相平衡线之间的距离减小，气液两相间的传质推动力减小，达到一定分离要求所需的理论塔板数增多。当回流比减小至两操作线的交点落在相平衡线上时，交点处的气液两相已达平衡，传质推动力为零，图解时无论绘出多少阶梯都不能跨过点d，则达到一定分离要求所需的理论塔板数为无穷多，此时的回流比称为最小回流比，记作Rmin，如图3-38所示。
图3-38 最小回流比的确定
图3-39 不正常的相平衡曲线
在最小回流比下，两操作线与平衡线的交点称为夹紧点，其附近( 通常在加料板附近) 各板之间气、液相组成基本上没有变化，即无增浓作用，称为恒浓区。(www.xing528.com)
最小回流比可用图解法或解析法求得。当回流比为最小时精馏段操作线的斜率为:
整理得:
式中:xq、yq——相平衡线与进料线交点坐标( 互为平衡关系) 。
想一想 xq、yq 的求取是计算最小回流比的关键，应如何求取? 当q =1、q =0 时，xq、yq 分别等于多少?
若如图3 -39 所示的乙醇—水物系的平衡曲线，具有下凹的部分，当操作线与q 线的交点尚未落到平衡线上之前，操作线已与平衡线相切，如图中点g 所示。点g 附近已出现恒浓区，相应的回流比便是最小回流比。对于这种情况下的Rmin的求法是由点( xD、xD) 向平衡线作切线，再由切线的截距或斜率求之。如图所示情况，可按下式计算:
应予指出，最小回流比Rmin的值对于一定的原料液与规定的分离程度( xD、xW) 有关，同时还和物系的相平衡性质有关。
( 三) 适宜回流比的选择
实际操作回流比应根据经济核算确定，以期达到完成给定任务所需设备费用和操作费用的总和为最小。设备费是指精馏塔、再沸器、冷凝器等设备的投资费，此项费用主要取决于设备的尺寸;操作费主要取决于塔底再沸器加热剂用量及塔顶冷凝器中冷却剂的用量。
当回流比增大时，所需塔板数急剧减少，设备费减少，但回流液量和上升蒸气量增加，操作费增大; 当回流比增大至某一值时，由于塔径增大，再沸器和冷凝器的传热面积也要增加，设备费又上升，总费用为设备费及操作费之和，如图3 -40 所示。总费用中的最低值所对应的回流比为适宜回流比，即实际生产中的操作回流比。通常情况下，适宜回流比为最小回流比的(1.1 ～2.0) 倍，即:
实际生产中操作回流比应视具体情况选择。对于难分离体系，相对挥发度接近1，此时应采用较大的回流比，以降低塔高并保证产品的纯度; 对于易分离体系，相对挥发度较大，可采用较小的回流比，以减少加热蒸气消耗量，降低操作费用。
【例3 -8】在常压操作的精馏塔中分离苯—甲苯混合液。已知物系的相对挥发度为2.4，原料液组成为0.44，要求将混合液分离为含苯0.974 的馏出液和釜残液中含苯不高于0.0235( 均为摩尔分数) 。泡点进料，塔顶为全凝器，塔釜为间接蒸汽加热，操作回流比为最小回流比的2倍。求精馏段操作线方程。
解:对于泡点进料，则:
图3-40 适宜回流比的确定
1—设备费 2—操作费 3—总费用
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
