蒸留塔について

質問

蒸留塔における理論段数Nは小さいほど
装置の性能が良いとのことですが
還流比Rを大きくすると理論段数はどう変化して
装置の性能はよくなるのでしょうか？悪くなるのでしょうか？

大学の学生実験で、還流比を大きくすると
理論段数は小さくなるという結果が得られたので
還流比が大きいほど分離の性能がよくなるのだと思ったのですが・・・

H.E.T.P(height equivalent to a theoretical plate)を考えると、
理論段数が小さいほどH.E.T.Pの値は大きくなりますよね？
H.E.T.Pの値が大きいと装置の性能が悪くなるのだと思ったのですが
それでは先ほどの予想と矛盾しているように思えるのですが・・・。

還流比と装置の性能の関係について教えていただきたいと思っております。
また、間違っているところがありましたら指摘していただけると幸いです。

よろしくお願いいたします。

回答No.3

gohtraw · ベストアンサー

確かに混乱が生じていますね。一度基本から整理した方がいいと思います。
　ある決まった分離をしたい場合に必要な理論段数は、成分の物性（相互の気液平衡関係）と組成で決まります（実際には圧力が変わると気液平衡関係も変わるので、圧力はほぼ一定にできるものとします）。化学工学の教科書などでフェンスケの式を調べてみて下さい。この式で与えられる最少理論段数というのは、これ以下の理論段数では決して目的の分離はできないという下限値です。
　ただ、フェンスケの式は全還流状態でのことであり、これではいつまでたっても留分は得られません。そこである有限の還流比で留出するわけですが、そうすると必要な理論段数は大きくなります。ギリランドの相関を調べて下さい。これを見ると、還流比と必要理論段数は負の相関にあります。この意味は、成分の分離の仕方を固定した場合には還流比が大きいほど理論段数は少なくて済む、つまり充填物の高さや棚段の段数が少なくて済むということです。
　一方、ある高さに充填物を詰めた蒸留塔で成分の分離をする場合、還流比を大きくすると充填物に降り注ぐ液の流量が増えて気液間の物質移動が促進されるため成分の分離がよくなります（もちろん液流量はどこまでも増やせるわけではなく限度はあります）。このときＨＥＴＰは小さく、理論段数は大きくなっています。

お礼

回答ありがとうございました。

回答No.2

nakagori

＞実験では、還流比を大きくしたところ、
２つの成分がよく分離されるようになり、
理論段数が小さくなったのですが、
これは分離の性能がよくなったということではないのでしょうか。

精留塔で還流比を大きくすると、回収液中の低沸点成分の割合がより増えます。逆に還流比を小さくすれば低沸点成分の割合は減ります。
つまり、ある目的の濃度の低沸点成分の回収液を所望する場合、還流比を大きく取れば段数は少なくて済む。逆に還流比を小さく取れば段数が増える、ということになります。
「分離の性能」とは一般に精留塔の性能（この質問ケースでは段数）を言うと思います。「還流比を大きくしたので分離が良くなった」、とは言えても「性能が良くなった」とは表現しないでしょう。
なお、工業的には還流比を大きくするとエネルギーを増えますので、最適な段数と還流比で精留を行うのが常です。

お礼

回答ありがとうございました。

回答No.1

gohtraw

還流比を変えても蒸留塔の液、ガス負荷が適切な範囲に納まっているという前提でお答えします。

＞蒸留塔における理論段数Nは小さいほど
＞装置の性能が良いとのことですが
　　→それは逆でしょう。「ＨＥＴＰが小さいほど」ならば判りますが・・・。
＞還流比Rを大きくすると理論段数はどう変化して
＞装置の性能はよくなるのでしょうか？悪くなるのでしょうか？
　　→全還流の場合、Ｒは無限大となりますが、そのとき成分の分離はどうなるでしょうか？逆に、還流を全くかけずに留出するとどうでしょうか？
＞大学の学生実験で、還流比を大きくすると
＞理論段数は小さくなるという結果が得られたので
＞還流比が大きいほど分離の性能がよくなるのだと思ったのですが・・・
　　→前半と後半が矛盾していませんか？還流比を大きくした場合に成分の分離はどうなりましたか？

補足

回答ありがとうございます。

理論段数が小さいと、目的の分離のために必要な理想段の数が少なくてすむということを、分離の性能が良いことだと勘違いしていたようです。そうではないのですね・・・。

実験では、還流比を大きくしたところ、
２つの成分がよく分離されるようになり、
理論段数が小さくなったのですが、
これは分離の性能がよくなったということではないのでしょうか。

文献を調べたりしたのですが、完全に理解できていないせいか、
私自身、混乱しています。
なので教えていただけるとうれしいです。