吸收劑用量的確定及塔徑計算

1、藥品生產(chǎn)技術專業(yè)教學資源庫-制藥單元操作技術教學設計教 師 姓 名授課班級授課形式講授授 課 日 期 授課時數(shù)2授課內容情景6 吸收過程及操作任務4 吸收劑用量的確定及塔徑計算教學目的知 識目 標1. 掌握吸收劑用量的計算方法2. 掌握最小液氣比的計算方法和選擇3. 掌握塔徑的計算能 力目 標1能夠根據(jù)生產(chǎn)任務，合理選擇吸收劑的用量。2能夠正確分析吸收劑用量對吸收操作有何影響，以選擇最適宜的液氣比。3能夠根據(jù)生產(chǎn)任務，較準確的計算塔徑，以便進行吸收塔的設計。思 想目 標1. 具有分析問題解決問題的能力； 2. 具有一定組織協(xié)調能力；3. 具有搜索、整理材料及文字表達相關能力教 學 重 點吸收劑

2、用量的確定教 學 難 點最小液氣比的計算更新、補充、刪 節(jié) 內 容使 用 教 具多媒體課 外 作 業(yè)課 后 體 會授課主要內容及課堂教學設計教學環(huán)節(jié) 課 程 內 容 設 計教學方法時間min組織復習引入新課小結作業(yè)1 寫出填料操作線方程？2 液氣比對吸收的影響及液氣比的選擇？吸收劑的用量如何確定的？塔徑怎樣計算？任務4吸收劑用量的確定及塔徑計算子任務1 吸收劑用量與最小液氣比 圖6-11逆流吸收最小液氣比吸收劑用量是影響吸收操作的關鍵因素之一，它直接影響吸收塔的結構及操作費用。當V、Y1、Y2和X2均已知時，吸收操作線的起點B（X2、Y2）是固定的。而操作線的末端A則隨吸收劑用量的不同發(fā)生變化

3、，也即是隨液氣比的變化而變化，如圖6-11所示，A點將在平行于X軸的Y=Y1上移動，且由C右移至D時，吸收劑用量減少，而塔底吸收液出口濃度增至最大X1*，A點的吸收推動力最小，此時若要滿足一定的吸收分離要求，必須增加塔高。當吸收劑用量減少到操作線與平衡線時，交點D（X1*，Y1）, X1*為與氣相組成Y1相平衡時的組成，此時吸收塔底吸收推動力為零，若仍需達到吸收要求Y2，則吸收塔高度應為無窮大。實際上，這樣的操作是不可能的，此時的液氣比是吸收操作液氣比的下限，該情況下的液氣比為最小液氣比，以（）min表示。對應的吸收劑用量即為最小吸收劑用量，以Lmin表示。由上述分析可知，最小液氣比是針對一定

4、的分離任務、操作條件和分離物系，當塔內某截面吸收推動力為零時，達到分離要求所需塔高為無窮大時的液氣比。若增加吸收劑的用量，其操作線的A點將沿水平線Y=Y1左移，如圖6-11所示由A向C點移動。在此情況下，操作線遠離平衡線，吸收推動力增大，若達到一定的吸收要求，所需塔高將減小，設備投資費用降低。但是當液氣比增加到一定程度后，塔高降低的幅度不顯著，而吸收劑消耗增加，造成吸收劑的輸送及再生費用劇增。故實際生產(chǎn)，需綜合考慮吸收劑用量對設備費及操作費兩方面的影響，選擇合適的液氣比，使設備費及操作費之和最小。實際經(jīng)驗表明，吸收劑用量一般為最小液氣比的1.12.0倍。即或 需要說明：L值必須保證操作條件下，

5、填料表面被液體充分潤濕，即保證單位塔截面上單位時間內流下的液體流量不得小于某一最低值。最小液氣比可依據(jù)物料衡算，采用作圖法求解，若平衡關系如圖6-11所示，則 （6-20）圖6-12 最小液氣比計算示意圖若平衡關系符合亨利定律,則上式為： （6-21）若平衡關系如圖6-12所示，則過點B做平衡線的切線，與水平線Y=Y1相交于點D（X1，max，Y1），此時最小液氣比為： （6-22）選擇吸收劑用量時應考慮以下兩方面：（1）因吸收劑用量的大小與吸收塔的操作費和設備費密切相關，所以應通過經(jīng)濟核算選擇一適宜液氣比。（2）吸收劑用量除了應大于最小用量之外，還應滿足能將全部填料表面充分潤濕這一要求。子任

6、務2 塔徑的計算 填料塔的直徑可依據(jù)圓管內流量方程計算，即 整理得： （6-33）式中 吸收塔的直徑，m； 操作條件下混合氣體的體積流量，m3/s； 空塔氣速，即按空塔截面積計算的混合氣體的流速，m/s。在吸收操作過程中，因溶質不斷被吸收，混合氣體自進塔到出塔其體積流量逐漸減小，計算塔徑時，一般以進塔氣體量為依據(jù)進行計算，以保證一定的裕度。由式（6-33）可知，要確定塔徑，關鍵是先確定適宜的空塔氣速。常見的確定方法是泛點氣速法。一般地應小于泛點氣速，空塔氣速一般取泛點氣速的5095%，也即是 （6-34）式中 泛點氣速，m/s。 泛點氣速是填料塔操作氣速的上限，實際操作氣速必須小于泛點氣速，操

7、作空塔氣速與泛點氣速之比，叫泛點率。泛點率有一個經(jīng)驗范圍。對于散裝填料：=0.50.85對于規(guī)整填料：=0.60.95已知泛點氣速，通過泛點率經(jīng)驗關系，可求出空塔氣速。泛點氣速可用經(jīng)驗公式計算，也可用關聯(lián)圖求解。最常采用的是Bain-Hougen關聯(lián)式和Eckert通用關聯(lián)圖。這些資料可查閱化學工程手冊或化工工藝設計手冊。泛點率的選擇主要考慮兩方面的因素：物系的發(fā)泡情況，對易氣泡沫的物系，泛點率取低值，反之取高值；塔的操作壓力，加壓操作時，應取較高的泛點率，反之取較低的泛點率。由式（6-33）可知填料塔的直徑是由混合氣體的體積流量和空速決定的。且流量是由生產(chǎn)任務規(guī)定，氣速是設計時依據(jù)（6-34

8、）選取的。選擇氣速小，則壓降低，動力消耗低，操作費用低，但塔徑大，設備費用高，同時低氣速不利于氣液兩相充分接觸，分離效率低；反之，選擇氣速大則塔徑小，設備費用低，但壓降大，操作費用較高。若選用氣速太接近泛點氣速，則生產(chǎn)條件稍有波動，就有可能使操作失控。故適宜氣速的選擇需權衡總費用較低。依據(jù)（6-33）計算出來的塔徑，需要依據(jù)塔徑公稱標準進行圓整，同時還應驗算塔內噴淋密度是否大于最小噴淋密度。因若噴淋密度過低，填料表面不能充分潤濕，使氣液兩相有效接觸面積降低，造成傳質效率下降，此時可在許可范圍內采用減小塔徑，或利用液體部分循環(huán)以加大液體流量，或適當增加填料層高度進行補償。噴淋密度是指單位時間內，

9、單位塔截面上噴淋的液體體積，以表示,單位是m3/(m2·s)。最小噴淋密度用表示，且 （6-35）式中 最小潤濕速率，m3/(m·s)； 填料的比表面積，m2/m3。最小潤濕速率是指在塔的截面上，單位長度填料周邊的最小液體體積流量。填料層的周邊長度在數(shù)值上等于單位體積填料層的比表面積，即干填料的比表面積。通常由經(jīng)驗公式計算，也可采用一般的經(jīng)驗值。如對于直徑不超過75mm的散裝填料，其可取2.2×10-5m3/(m·s)；對于直徑大于75mm的散裝填料，其可取3.3×10-5m3/(m·s)。最后為保證填料均勻潤濕，避免壁流現(xiàn)象的發(fā)生，

10、需要校核塔徑D/填料直徑d之比。且不同填料其值要求亦不一樣，如對拉西環(huán)要求D /d20；鮑爾環(huán)D /d10；鞍形填料D /d15。訓練 用20 的清水逆流吸收氨空氣混合氣中的氨，已知混合氣體溫度為20，總壓為101.3 kPa，其中氨的分壓為1.0133 kPa，要求混合氣體處理量為773m3/h，水吸收混合氣中氨的吸收率為99。在操作條件下物系的平衡關系為，若吸收劑用量為最小用的2倍。此時塔內每小時需清水量為多少kg？塔底液相濃度為多少？解析：實際用水量為： 此為塔底液相組成。【思考】塔底溶液中氨的最大含量（用摩爾分數(shù)表示）是多少？當塔底氨含量最高時，其噴淋的水量是多少？當增加噴淋用水量時，其尾氣中氨含量將如何變化？當增加噴淋用水量時，則塔底液相組成的變化趨