回流比、塔板數(shù)及產(chǎn)品純度是精餾過程的三個(gè)核心工藝參數(shù),這三個(gè)參數(shù)只有兩個(gè)自由度,給定任意兩個(gè)參數(shù)則可以推算出第三個(gè)參數(shù)。在討論之前先明確一下回流比、塔板數(shù)和產(chǎn)品純度的定義。
回流比其實(shí)只是一個(gè)約定俗成的說法,在精餾過程中真正運(yùn)用的是精餾段的液氣比和提餾段的氣液比?;亓鞅葘?shí)際上是指上述兩者之一,這一點(diǎn)很重要。不區(qū)別精餾段的液氣比和提餾段的氣液比而籠統(tǒng)地談?wù)摶亓鞅仁欠浅2豢孔V的,更不要說什么用平均相對(duì)揮發(fā)度及氣液平衡數(shù)據(jù)圖計(jì)算較小回流比就更加不靠譜了。精餾段的液氣比是指精餾段頂部的回流液和精餾段底部上升氣的摩爾數(shù)之比。提餾段的氣液比是指提餾段底部的上升氣和提餾段頂部回流液摩爾數(shù)之比。以精餾段為例,精餾又可以稱為洗滌,精餾段頂部的回流液大小代表了洗滌(精餾)能力的大小,精餾段底部的上升氣則代表了需要洗滌(精餾)的數(shù)量和難度(上升氣中的高沸點(diǎn)產(chǎn)品的含量),兩者的比值其意義是非常明確的。其次精餾過程中氣液交換并不是等量交換,因此每一個(gè)截面的液氣比都不相同。至于為什么不用精餾段底部的上升氣和底部的液體數(shù)量之比作為液氣比,那是因?yàn)榫s段底部的液體數(shù)量和組成是一個(gè)從變量而不是一個(gè)自變量。提餾段氣液比的定義也是同樣的道理。
明確了回流比(實(shí)際回流比,分為精餾段液氣比和提餾段氣液比)就可以討論什么較小回流比和較大回流比的問題了。以精餾段的液氣化為例說明,所謂較小液氣比就是在無限塔板數(shù)條件下,要在精餾段頂部獲得純的低沸點(diǎn)產(chǎn)品所需要的回流液(空分塔中的液氮)數(shù)量和上升氣數(shù)量摩爾數(shù)之比。在氣液平衡數(shù)據(jù)圖上表現(xiàn)為以精餾原料氣相組成為始點(diǎn)的平行于橫軸的平行線。這當(dāng)然無法畫出操作線,是一個(gè)極限的狀況。那么什么是精餾段的較大的液氣比呢?就是無低沸點(diǎn)產(chǎn)品取出(全回流)情況下的回流比,這當(dāng)然也是一個(gè)極限的狀態(tài)。實(shí)際的液氣比當(dāng)然只能大于較小液氣比小于較大的液氣比。表現(xiàn)在氣液平衡數(shù)據(jù)圖上就是一根以精餾原料氣相組成為始點(diǎn)向上的一根線,其與橫軸夾角的大小決定于際液氣比和較小液氣比的比值。據(jù)此就可以畫出操作線了。
提餾段的操作線則是以精餾原料平衡液相組成為始點(diǎn)向下的一根線,其與橫軸的夾角則決定于實(shí)際氣液比和較小氣液比的比值。
有了較大的回流比的概念,就會(huì)明白在有限塔板數(shù)的條件下,任何精餾過程都有產(chǎn)品純度的極限。
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