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第六节
回流比对精馏操作的影响
及适宜回流比的确定
一、回流比的影响
回流是保证精馏塔连续稳定操作的主要条件之一，且回流比的大小影响到精馏操作费和设备费用的大小。因为精馏段操作线的斜率和截距与回流比有关。对一定的分离任务（即xF、xW、xD、进料状态）而言，操作线位置仅随回流比而变。回流比愈大，精馏段操作线的截距xD/R+1越小，操作线离平衡线就越远，此时每一梯级的垂直线段和水平线段的长度都增大，每层理论塔板的分离程度加大，为达一定分离要求所需的理论塔板数就会减少。这就减少了设备费用。但是另一方面回流比增大，回流量L=RD及上升蒸气量V=（R+1）D均随之增大，塔顶冷凝器和塔底再沸器负荷随之增大，这就增加了操作费用。因而应选择适宜的回流比使精馏操作效果为最佳。回流比有两个极限值，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者之间。
二、全回流和最少理论板数
将塔顶上升的蒸气全部冷凝后又全部回流至塔内，即D=0,这样方式称为全回流。此时不向塔内进料，F=0，也不取出塔底产品，W=0。全塔也就无精馏和提馏段之分，两段操作线合二为一，即对角线y=x，因为：全回流时，R=L/D=∞，精馏段操作线的斜率R/（R+1）=1，提馏段操作线的斜率（R+f）/(R+1)=1,而A、B点分别在精馏板操作线和提馏段操作线上，而且也在对角线y=x 上，故此时精馏段、提馏段操作线没有分别，均为x-y上的对角线y=x。在这样的情况下，显然操作线和平衡线的距离最远，因此达到给定分离程度所需的理论塔板数为最少。
图4-17 全回流时理论塔板数
如图4-17所示，以Nmin表示最少理论板数。Nmin可在x-y
图上平衡线和操作线之间直接图解求得，图4-17所示的Nmin=5。
Nmin还可以用芬斯克公式求得，芬斯克公式将在下一节介绍。
三、最小回流比
当回流液从全回流逐渐减小时，两操作线的位置将向平衡线移动，于是为达到指定分离程度所需的理论塔板数逐渐增多。如图4-18所示.
图4-18 求Rmin的示意图
当回流比减小到两操作线的交点d正好落在平衡线上时，所需的理论塔数就要无穷多。此时若在平衡线和操作线之间作梯级，就要无限多梯级才能达到d点，这种情况下的回流比称为最小回流比，以Rmin表示。下面将介绍泡点进料时，Rmin的求取方法。
1、图解法 如图4-18所示，过d(xF,yF)点作x轴的平行线交AxD线于h，精馏段操作线AC的斜率为：
式中ye----------与xF成平衡的气相组成，即:
2、解析法
| 将 | |
代入式（4-26）整理得： |
此式称为恩德伍德（Undenwood）方程，用来计算双组分理想体系、泡点进料情况下的Rmin。
四、适宜回流比的确定
通常情况下实际回流比取最小回流比的某个倍数。究竟取多大为宜，主要根据经济核算来决定。精馏塔的经济指标主要有两项：一是设备费；二是操作费。二者费用之和称总费用。设备费主要取决于设备的大小，如塔高和塔径等。操作费主要取决于加热蒸汽和冷却水的耗用量，而这些又取决于上升蒸气的量。上升蒸气量V=L+D=（R+1）D。由此可见，操作费与（R+1）成正比，若把操作费随回流比的变化作图，如图4-18所示.得直线2。由此可见，操作费随回流比的加大而上升。
图4-19 适宜回流比的确定
回流比对设备费（包括材料、加工、仪表、安装等费用）的影响比较复杂，如曲线1所示。当回流比接近最小回流比Rmin时，随着R的增大，因所需的塔板数急剧下降，设备费急剧下降，当R增大到一定值后，再增大R值，则塔板数下降不多，但加热和冷凝设备却要增大，设备费反而上升。所以设备费和回流比之间有一设备费最低的最适宜回流比R适宜。
若将总费用随回流比的变化作图，得曲线3。曲线3有一最低点，此点所对应的回流比就是最适宜回流比。目前还没有找到R适宜与Rmin之间的简单数学关系。通常取R适宜=1.3～2.0 Rmin。对于难分离的体系，R适宜要取得大些，使塔板数不至于太多，以利降低设备费用；对易分离体系可取小些，使板数增加不多，但能明显降低操作费用。
例4-4 将含苯60mol%的苯-甲苯混合液用精馏分离，xD=0.95,R=2.4×Rmin,α=2.52
泡点进料，求精馏段操作线方程。
解：只要求得Rmin,则可写出精馏段操作线方程。
=（2.52×0.6）/(1+1.52×0.6)=0.791
由式（4-26）
=（0.95-0.791）/(0.791-0.60)=0.8324
R=2.4×Rmin=2.4×0.8324≈2
精馏段操作线方程为：
y=(2/3)x + (0.95/3)=0.67x + 0.32