吸收劑用量的確定及塔徑計(jì)算

1、藥品生產(chǎn)技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫-制藥單元操作技術(shù)教學(xué)設(shè)計(jì)教 師 姓 名授課班級(jí)授課形式講授授 課 日 期 授課時(shí)數(shù)2授課內(nèi)容情景6 吸收過程及操作任務(wù)4 吸收劑用量的確定及塔徑計(jì)算教學(xué)目的知 識(shí)目 標(biāo)1. 掌握吸收劑用量的計(jì)算方法2. 掌握最小液氣比的計(jì)算方法和選擇3. 掌握塔徑的計(jì)算能 力目 標(biāo)1能夠根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，合理選擇吸收劑的用量。2能夠正確分析吸收劑用量對(duì)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(wù)，較準(zhǔn)確的計(jì)算塔徑，以便進(jìn)行吸收塔的設(shè)計(jì)。思 想目 標(biāo)1. 具有分析問題解決問題的能力； 2. 具有一定組織協(xié)調(diào)能力；3. 具有搜索、整理材料及文字表達(dá)相關(guān)能力教 學(xué) 重 點(diǎn)吸收劑

2、用量的確定教 學(xué) 難 點(diǎn)最小液氣比的計(jì)算更新、補(bǔ)充、刪 節(jié) 內(nèi) 容使 用 教 具多媒體課 外 作 業(yè)課 后 體 會(huì)授課主要內(nèi)容及課堂教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié) 課 程 內(nèi) 容 設(shè) 計(jì)教學(xué)方法時(shí)間min組織復(fù)習(xí)引入新課小結(jié)作業(yè)1 寫出填料操作線方程？2 液氣比對(duì)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(jì)算？任務(wù)4吸收劑用量的確定及塔徑計(jì)算子任務(wù)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(guān)鍵因素之一，它直接影響吸收塔的結(jié)構(gòu)及操作費(fèi)用。當(dāng)V、Y1、Y2和X2均已知時(shí)，吸收操作線的起點(diǎn)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(diǎn)將在平行于X軸的Y=Y1上移動(dòng)，且由C右移至D時(shí)，吸收劑用量減少，而塔底吸收液出口濃度增至最大X1*，A點(diǎn)的吸收推動(dòng)力最小，此時(shí)若要滿足一定的吸收分離要求，必須增加塔高。當(dāng)吸收劑用量減少到操作線與平衡線時(shí)，交點(diǎn)D（X1*，Y1）, X1*為與氣相組成Y1相平衡時(shí)的組成，此時(shí)吸收塔底吸收推動(dòng)力為零，若仍需達(dá)到吸收要求Y2，則吸收塔高度應(yīng)為無窮大。實(shí)際上，這樣的操作是不可能的，此時(shí)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(duì)應(yīng)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(duì)一定

4、的分離任務(wù)、操作條件和分離物系，當(dāng)塔內(nèi)某截面吸收推動(dòng)力為零時(shí)，達(dá)到分離要求所需塔高為無窮大時(shí)的液氣比。若增加吸收劑的用量，其操作線的A點(diǎn)將沿水平線Y=Y1左移，如圖6-11所示由A向C點(diǎn)移動(dòng)。在此情況下，操作線遠(yuǎn)離平衡線，吸收推動(dòng)力增大，若達(dá)到一定的吸收要求，所需塔高將減小，設(shè)備投資費(fèi)用降低。但是當(dāng)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(fèi)用劇增。故實(shí)際生產(chǎn)，需綜合考慮吸收劑用量對(duì)設(shè)備費(fèi)及操作費(fèi)兩方面的影響，選擇合適的液氣比，使設(shè)備費(fèi)及操作費(fèi)之和最小。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)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(shí)間內(nèi)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(guān)系如圖6-11所示，則 （6-20）圖6-12 最小液氣比計(jì)算示意圖若平衡關(guān)系符合亨利定律,則上式為： （6-21）若平衡關(guān)系如圖6-12所示，則過點(diǎn)B做平衡線的切線，與水平線Y=Y1相交于點(diǎn)D（X1，max，Y1），此時(shí)最小液氣比為： （6-22）選擇吸收劑用量時(shí)應(yīng)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(fèi)和設(shè)備費(fèi)密切相關(guān)，所以應(yīng)通過經(jīng)濟(jì)核算選擇一適宜液氣比。（2）吸收劑用量除了應(yīng)大于最小用量之外，還應(yīng)滿足能將全部填料表面充分潤濕這一要求。子任

6、務(wù)2 塔徑的計(jì)算 填料塔的直徑可依據(jù)圓管內(nèi)流量方程計(jì)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(jì)算的混合氣體的流速，m/s。在吸收操作過程中，因溶質(zhì)不斷被吸收，混合氣體自進(jìn)塔到出塔其體積流量逐漸減小，計(jì)算塔徑時(shí)，一般以進(jìn)塔氣體量為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算，以保證一定的裕度。由式（6-33）可知，要確定塔徑，關(guān)鍵是先確定適宜的空塔氣速。常見的確定方法是泛點(diǎn)氣速法。一般地應(yīng)小于泛點(diǎn)氣速，空塔氣速一般取泛點(diǎn)氣速的5095%，也即是 （6-34）式中 泛點(diǎn)氣速，m/s。 泛點(diǎn)氣速是填料塔操作氣速的上限，實(shí)際操作氣速必須小于泛點(diǎn)氣速，操

7、作空塔氣速與泛點(diǎn)氣速之比，叫泛點(diǎn)率。泛點(diǎn)率有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)范圍。對(duì)于散裝填料：=0.50.85對(duì)于規(guī)整填料：=0.60.95已知泛點(diǎn)氣速，通過泛點(diǎn)率經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，可求出空塔氣速。泛點(diǎn)氣速可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，也可用關(guān)聯(lián)圖求解。最常采用的是Bain-Hougen關(guān)聯(lián)式和Eckert通用關(guān)聯(lián)圖。這些資料可查閱化學(xué)工程手冊(cè)或化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)。泛點(diǎn)率的選擇主要考慮兩方面的因素：物系的發(fā)泡情況，對(duì)易氣泡沫的物系，泛點(diǎn)率取低值，反之取高值；塔的操作壓力，加壓操作時(shí)，應(yīng)取較高的泛點(diǎn)率，反之取較低的泛點(diǎn)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?zèng)Q定的。且流量是由生產(chǎn)任務(wù)規(guī)定，氣速是設(shè)計(jì)時(shí)依據(jù)（6-34

8、）選取的。選擇氣速小，則壓降低，動(dòng)力消耗低，操作費(fèi)用低，但塔徑大，設(shè)備費(fèi)用高，同時(shí)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(shè)備費(fèi)用低，但壓降大，操作費(fèi)用較高。若選用氣速太接近泛點(diǎn)氣速，則生產(chǎn)條件稍有波動(dòng)，就有可能使操作失控。故適宜氣速的選擇需權(quán)衡總費(fèi)用較低。依據(jù)（6-33）計(jì)算出來的塔徑，需要依據(jù)塔徑公稱標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，同時(shí)還應(yīng)驗(yàn)算塔內(nèi)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(zhì)效率下降，此時(shí)可在許可范圍內(nèi)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(dāng)增加填料層高度進(jìn)行補(bǔ)償。噴淋密度是指單位時(shí)間內(nèi)，

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(yàn)公式計(jì)算，也可采用一般的經(jīng)驗(yàn)值。如對(duì)于直徑不超過75mm的散裝填料，其可取2.2×10-5m3/(m·s)；對(duì)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(duì)拉西環(huán)要求D /d20；鮑爾環(huán)D /d10；鞍形填料D /d15。訓(xùn)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(guān)系為，若吸收劑用量為最小用的2倍。此時(shí)塔內(nèi)每小時(shí)需清水量為多少kg？塔底液相濃度為多少？解析：實(shí)際用水量為： 此為塔底液相組成?！舅伎肌克兹芤褐邪钡淖畲蠛浚ㄓ媚柗?jǐn)?shù)表示）是多少？當(dāng)塔底氨含量最高時(shí)，其噴淋的水量是多少？當(dāng)增加噴淋用水量時(shí)，其尾氣中氨含量將如何變化？當(dāng)增加噴淋用水量時(shí)，則塔底液相組成的變化趨