填料塔流体力学特性
填料塔吸收实验(环境工程原理)
实验九 填料塔吸收实验一．实验目的1．了解填料吸收装置的设备结构及操作。
2．测定填料吸收塔的流体力学特性。
3．测定填料吸收塔的体积吸收总系数K Y α。
4．了解气体空塔流速与压力降的关系。
二．实验原理1．填料塔流体力学特性吸收塔中填料的作用主要是增加气液两相的接触面积，而气体在通过填料层时，由于有局部阻力和摩擦阻力而产生压强降。
填料塔的流体力学特性是吸收设备的重要参数，它包括压强降和液泛规律。
测定填料塔的流体力学特性是为了计算填料塔所需动力消耗和确定填料塔的适宜操作范围，选择适宜的气液负荷，因此填料塔的流体力学特性是确定最适宜操作气速的依据。
气体通过干填料（L=0）时，其压强降与空塔气速之间的函数关系在双对数坐标上为一直线，如左图中AB 线，其斜率为1.8～2。
当有液体喷淋时，在低气速时，压强降和气速间的关联线与气体通过干填料时压强降和气速间的关联线AB 线几乎平行，但压降大于同一气速下干填料的压降，如图中CD 段。
随气速的进一步增加出现载点（图中D 点），填料层持液量开始增大，压强降与空塔气速的关联线向上弯曲，斜率变大，如图中DE 段。
当气速增大到E 点，填料层持液量越积越多，气体的压强几乎是垂直上升，气体以泡状通过液体，出现液泛现象，此点E 称为泛点。
2．传质实验填料塔与板式塔内气液两相的接触情况有着很大的不同。
在板式塔中，两相接触在各块塔板上进行，因此接触是不连续的。
但在填料塔中，两相接触是连续地在填料表面上进行，需计算的是完成一定吸收任务所需填料的高度。
填料层高度计算方法有传质系数法、传质单元法以及等板高度法等。
气相体积吸收总系数K Y α是单位填料体积、单位时间吸收的溶质量，它是反映填料吸收塔性能的主要参数，是设计填料高度的重要数据。
本实验是用水吸收空气-氨混合气体中的氨。
混合气体中氨的浓度很低。
吸收所得的溶液浓度也不高。
气液两相的平衡关系可以认为服从亨利定律（即平衡线在x-y 坐标系为直线）。
填料塔流体力学特性解读
，位于干填料压降线的左侧，且
基本上与干填料压降线平行。
2018/11/20
（4）载液区
当气速超过载点时，气体
【有关规律】载点气速随喷
对液膜的曳力较大，对液膜流 淋量增大而减小。
动产生阻滞作用，使液膜增厚
，填料层的持液量随气速的增 加而增大，此现象称为拦液。 开始发生拦液现象时的空塔气 速称为载点气速，曲线上的转
吸收设备——填料塔
吸 收
一、填料塔的结构与填料性能 二、填料塔的流体力学性能 三、填料塔的附件
2018/11/20
二、填料层内气液两相的流体力学特性
填料塔的流体力学性能主要包括填料层的持液量 、填料层的压降、液泛等。 1、填料层的持液量 在一定操作条件下，由于液膜与填料表面的摩擦
以及液膜与上升气体的摩擦，有部分液体停留在填
填料层内的气液分布不均 气体和液体在填料层内的沟流 气液的湍流脉动使气液微团停留时间不一致
2018/11/20
5、液体喷淋密度和填料表面的润湿
填料表面的润湿状况取决于塔内液体喷淋密度 及填料材质的表面润湿性能。 •喷淋密度U
——指单位塔截面积上，单位时间内喷淋的液体体积，以 U表示，单位为m3/（m2· h）。 为保证填料层的充分润湿，喷淋密度大于最小喷淋密度
【影响液泛的因素】影响因素很多，如填料的特性、
流体的物性及操作的液气比等。
2018/11/20
【特点】气体为分散相，液体为连续相。
正 常 操 作 时 的 填 料 塔
2018/11/20
填 料 塔 的 液 泛 现 象
2018/11/20
3、填料塔的液泛
液泛时的空塔气速
(2)影响液泛的因素 填料特性 影响液泛 的因素
实验七填料塔吸收实验
实验七填料吸收塔的操作和吸收系数的测定一、实验目的１.了解填料吸收塔的结构、填料特性及吸收装置的基本流程。
２.熟悉填料塔的流体力学性能。
３.掌握总传质系数K Y a测定方法。
４.了解空塔气速和液体喷淋密度对传质系数的影响。
二、实验内容１．测定干填料及不同液体喷淋密度下填料的阻力降∆P与空塔气速u的关系曲线，并确定液泛气速。
２．测量固定液体喷淋量下，不同气体流量时，用水吸收空气—氨混和气体中氨的体积吸收系数K Y a。
三、基本原理1．填料塔流体力学特性填料塔是一种重要的气液传质设备，其主体为圆柱形的塔体，底部有一块带孔的支撑板来支承填料，并允许气液顺利通过。
支撑板上的填料有整堆和乱堆两种方式，填料分为实体填料和网体填料两大类，如拉西环、鲍尔环、θ网环都属于实体填料。
填料层上方有液体分布装置，可以使液体均匀喷洒在填料上。
液体在填料中有倾向于塔壁的流动，故当填料层较高时，常将其分段，段与段之间设置液体再分布器，以利液体的重新分布。
吸收塔中填料的作用主要是增加气液两相的接触面积，而气体在通过填料层时,由于克服摩擦阻力和局部阻力而导致了压强降∆P的产生。
填料塔的流体力学特性是吸收设备的主要参数,它包括压强降和液泛规律。
了解填料塔的流体力学特性是为了计算填料塔所需动力消耗，确定填料塔适宜操作范围以及选择适宜的气液负荷。
填料塔的流体力学特性的测定主要是确定适宜操作气速。
在填料塔中,当气体自下而上通过干填料〔L=0〕时,与气体通过其它固体颗粒床层一样,气压降∆P与空塔气速u的关系可用式∆P=u表示。
在双对数坐标系中为一条直线,斜率为。
在有液体喷淋〔L≠0〕时,气体通过床层的压降除与气速和填料有关外,还取决于喷淋密度等因素。
在一定的喷淋密度下,当气速小时,阻力与空塔速度仍然遵守∆P∝u这一关系。
但在同样的空塔速度下，由于填料外表有液膜存在,填料中的空隙减小,填料空隙中的实际速度增大,因此床层阻力降比无喷淋时的值高。
实验八--填料吸收塔流体力学性能测定
实验八填料吸收塔流体力学性能测定一、实验目的1.了解吸收过程的流程、设备结构；2.在不同空塔气速下，观察填料塔中流体力学状态。
测定气体通过填料层的压降与气速的关系曲线。
3. 通过实验了解ΔP—u曲线和传质系数对工程设计的重要意义。
二、实验原理吸收塔中填料的作用主要是增加气液两相的接触面积，而气体在通过填料层时，由于有局部阻力和摩擦阻力而产生压强降。
填料塔的流体力学特性是吸收设备的重要参数，它包括压强降和液泛规律。
测定填料塔的流体力学特性是为了计算填料塔所需动力消耗和确定填料塔的适宜操作范围，选择适宜的气液负荷，因此填料塔的流体力学特性是确定最适宜操作气速的依据。
气体通过干填料（L=0）时，其压强降与空塔气速之间的函数关系在双对数坐标上为一直线，如图中AB线，其斜率为1.8～2。
当有液体喷淋时，在低气速时，压强降和气速间的关联线与气体通过干填料时压强降和气速间的关联线AB线几乎平行，但压降大于同一气速下干填料的压降，如图中CD段。
随气速的进一步增加出现载点（图中D点），填料层持液量开始增大，压强降与空塔气速的关联线向上弯曲，斜率变大，如图中DE段。
当气速增大到E点，填料层持液量越积越多，气体的压强几乎是垂直上升，气体以泡状通过液体，出现液泛现象，此点E称为泛点。
图1 填料层的ΔP～u关系调压阀调节阀18水流量计19压差计20塔顶表压计21表压计22温度计23氨瓶24氨瓶阀25氨自动减压阀26氨压力表27缓冲罐28转子流量计29表压计30闸阀图2实验装置流程图空气由风机1供给，阀2用于调节空气流量（放空法），阀2开大，空气入塔流量减少。
这是因为容积式风机不能用启闭出口阀门来调节空气流量的缘故，当然，如果采用离心式风机，也可不用这种调节方法。
在气管中空气与氨混合入塔，经吸收后排出，出口处有尾气调压阀9，这个阀在不同的流量下能自动维持一定的尾气压力（约90至130mmH2O柱），作为尾气通过分析器的推动力。
填料塔流体力学特性实验
一、实验目的1、了解填料塔的结构及填料特性2、熟悉气液两相在填料层内的流动3、测定干填料及不同液体喷淋密度下的填料的压降与空塔速度的关系曲线二、实验原理填料塔是一种应用普遍，结构简单的企业传质设备。
当气体自下而上，液体自上而下流经必然高度的填料层时，将气体通过此填料层的压降和空塔气速在双对数坐标上作图，并以液体的喷洒量q(L)为参数，可取得如图1所示曲线。
图中最下一条直线代表气体流经没有液体喷淋的干填料层的情形。
直线斜率为～，即压降与空塔气速的～次方成正比，这时压降要紧用来克服流经填料层的形体阻力。
当填料塔内有液体喷淋时，由于表面张力的作用，液体将使填料的内外表面润湿，形成一层液膜，占据一部份空间；但气体逆流流动时，液膜使气体流道截面减小，提高了气体在填料层的实际流速。
同时，由于液体在塔顶喷淋，从上而下流动，与自下而上流动的气体在同一流道内流过，气体对液体产生一部份曳力，阻碍液体往下流动，使液膜增厚。
因此气液两相逆流流动时，填料层对气体产生的压降比气体通过干填料床层时要大得多。
压降～流速曲线可分为三个区域：⑴在较低的气体流速下，气液两相彼此干挠少，填料层表面上附有液膜，使床层的孔隙减少，但压降与气体流速仍然遵循1.82.0Pv Z∆∝的关系。
⑵当气速增加到某一值时，由于上升气流与下降液体间的摩擦力增大，开始阻碍液体的下流，以致于填料层内的持液量随气速的增加而增加，此种现象称为拦液现象。
开始拦液时的空塔气速称为载点气速，进入载液区后，压降曲线斜率增大（>～）。
⑶继续增大气速，达到某一值时，气、液间的摩擦力完全阻止液体向下流动，填料层的压力降急剧升高。
由于床层中液体的积存，显现液泛现象，液体由分散相变成持续相，气体由持续相变成份散相，气体以鼓泡形式通过液体。
由ΔP/Zv图1 填料塔压降和空塔气速的关系曲线载液区转变成液泛区时的气体流速称为泛点气速。
填料塔的设计应保证在空塔气速低于泛点气速下操作；若是要求压降很稳固，那么宜在载液区工作。
08填料塔流体力学特性曲线测定
实验八填料塔流体力学特性曲线测定一、实验目的1.了解填料吸收塔的结构和吸收操作流程；2. 测定不同喷林密度下气体流速和压强降的关系曲线；3. 测定不同不同喷林密度下的载点和泛点气速；4. 观察持液和液泛现象。
二、实验装置图1所示装置用于测定填料塔流体力学特性时，关停CO2管路即可。
填料塔是一内径为90mm的塔体，塔内装填填料采用φ8×6mm瓷拉西环，水由水泵输送，流经转子流量计至塔顶，从塔顶喷林而下，最后从塔底流回水槽。
空气由风机吸入，风机为旋涡风机，输入功率为250W，转速为2800/min,风压为10.5KPa,风量为26m3/h。
通过转子流量计后到进口管，最后在塔顶排空。
空气和水的流量均由转子流量计测量，通过床层的压强降由差压计测定。
图1填料塔流体力学特性曲线测定工艺流程图填料塔流体力学特性包括压强降和液泛规律。
计算填料塔需用动力时，必须知道压强降的大小。
而确定吸收塔的气、液负载量时，则必须了解液泛的规律，所以测量流体力学性能是吸收实验的一项内容。
实验可用空气与水进行。
在各种喷淋量下，逐步增大气速，记录必要的数据直至刚出现液泛时止。
测量结果经整理后标绘在双对数坐标纸上。
气体通过填料层时压降ΔP与气速u及填料特性（形状，尺寸）有关：ΔP∝u1.5～2.0（u空塔气速）。
气液两相逆流通过填料层时，气体的压降ΔP除与气速u和填料特性有关外，还取决于喷淋密度等因素。
在一定喷淋密度下，当气速较小时ΔP∝u1.5～2.0但比无喷淋时的ΔP值高。
当气速增加到一定值时。
气液间的摩擦力开始牵制液体向下流动。
液膜增厚，气流通道变小。
阻力增加较快，此时㏒ΔP～㏒u关系曲线上出现一个拐点，称为泛点。
当喷淋密度增加时，压力降增加，载点与泛点的气速下降。
一般填料塔的设计均应在泛点以下操作。
（对于一般乱堆填料当每米高的填料层压降值为200～250mmH2o左右时即产生液泛）。
如果要求压降很稳定。
则宜在载点以下，但因为很多场合下没有明显载点，难以准确确定之。
实验9 填料塔流体力学特性测定实验
实验9 填料塔流体力学特性测定实验一、计划学时4学时二、实验目的1．了解填料塔的结构及填料特性；2．观察填料塔的操作状态；3．测定填料塔的流体力学特性，从而确定吸收适宜操作条件。
三、基本原理填料塔是一种应用广泛、结构简单的气液传质设备，其结构如后图所示。
填料塔操作时，气体由下而上呈连续相通过填料层孔隙，液体则沿填料表面流下，形成相继接触界面并进行传质。
填料塔流体力学特性包括压降和液泛规律，它和填料的形式、大小及气液两相的流量和性质等有关。
各种填料特性可用下面几个量来表示：（1）填料的比表面积a a=na0式中:n为每m3填料层的填料个数；a0是每个填料的比表面积，用测量方法获得（2）填料孔隙率εε=1-nV0 V0是一个填料的实际体积（m3）（3）干填料因子a/ε3和填料因子φ各种填料的形状和特性及详细概念请参考《化工原理》教材。
当气体自下而上，液体自上而下流经一定厚度的填料层时，由于局部阻力和摩擦力的影响，使气体产生压强降。
塔内无液体喷淋及喷淋量不同时压降不同。
1．当气体通过干填料时：气体的压降仅与气体的流速有关，Δp在双对数坐标纸上进行标绘可得到压降(Δp)与流速 (u)的关系为一直线（如右图所示直线L）。
2、当塔内有液体喷淋时：气体通过填料塔的压降，不但与气体的流速有关，而且与液体的喷淋密度有关。
在 一定的喷淋密度下其气速与压降的关系为一折线（如图所示折线L 1、L 2、L 3）它表明随气速的增大Δp ～u 关系也逐渐变化，在不同的流速范围内有不同的变化规律：a. 当气速较小时Δp ～u 关系在双对数坐标纸上几乎与干塔线平行，但在干塔线的上面。
b. 当气速增加到某一值时，压降突然增加，线形出现一折点A i (i=1、2、3)，此点称为截点，此时塔内部分液体开始截留。
c. 气体再继续增加，液体在塔内的拦截量不断增加，达到此线上出现另一折点B i (i=1、2、3)，此点为液泛点，此时可观察到塔内溶液全部充满填料孔隙。
填料塔流体力学特性
① 贝恩－霍根关联式
lg[ uF2 g
(
at
3
)(
V L
)L0.2 ]
A
K ( L )1/4 ( V V L
)1/8
A、K 关联式常数，由表查出。
② 埃克特(Eckert)通用关联图
散装填料的泛点气速可用埃克特通用关联图计算。
埃克特通用关联图
横坐标
L ( V )0.5 V L
2019/5/22
空塔气速
液体喷淋量 L3＞L2＞L1
【现象】两个拐点；三个区域。
2019/5/22
【特点】三个区域内的 压降与空塔气速之间的 关系不同。
（3）恒持液量区
【原因】当气速低于载点时，气 体流动对液膜的曳力很小，液体 流动不受气流的影响，填料表面 上覆盖的液膜厚度基本不变，因 而填料层的持液量不变。
2019/5/22
【填料层压降Δ P/Z与空塔气速u的关系曲线图】
【构成】将不同液体 喷淋量下的单位高度
填料层的压降Δ P/Z与
空塔气速u的关系标 绘在对数坐标纸上， 所得到的曲线簇。
空塔气速
【空塔气速】气体的体积流量除以塔截面积所得的 流速。
2019/5/22
（1）干填料压降线
在图中，直线0表
纵坐标
u
2 F
F
g
( V L
)
0.5 L
H2O L
4、填料塔的返混 在填料塔内，气液两相的逆流并不呈理想的
活塞流状态，而是存在着不同程度的返混。 返混的影响
传质推动力变小，传质效率降低放大效应。
造成返混现象原因
填料层内的气液分布不均 气体和液体在填料层内的沟流 气液的湍流脉动使气液微团停留时间不一致
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空塔气速
液体喷淋量 L3＞L2＞L1
【现象】两个拐点；三个区域。
【特点】三个区域内的 压降与空塔气速之间的 关系不同。
2017/2/7
（3）恒持液量区
【原因】当气速低于载点时，气
体流动对液膜的曳力很小，液体
流动不受气流的影响，填料表面 上覆盖的液膜厚度基本不变，因 而填料层的持液量不变。 【特点】此时△P/Z～u为一直线
，位于干填料压降线的左侧，且
基本上与干填料压降线平行。
2017/2/7
（4）载液区
当气速超过载点时，气体
【有关规律】载点气速随喷
对液膜的曳力较大，对液膜流 淋量增大而减小。
动产生阻滞作用，使液膜增厚
，填料层的持液量随气速的增 加而增大，此现象称为拦液。 开始发生拦液现象时的空塔气 速称为载点气速，曲线上的转
横坐标
L V 0.5 ( ) V L
纵坐标
2 uF F V 0.5 ( ) L g L
埃克特通用关联图
H 2O L
4、填料塔的返混
在填料塔内，气液两相的逆流并不呈理想的 活塞流状态，而是存在着不同程度的返混。 返混的影响 传质推动力变小，传质效率降低放大效应。 造成返混现象原因
吸收设备——填料塔
吸 收
一、填料塔的结构与填料性能 二、填料塔的流体力学性能 三、填料塔的附件
2017/2/7
二、填料层内气液两相的流体力学特性
填料塔的流体力学性能主要包括填料层的持液量 、填料层的压降、液泛等。 1、填料层的持液量 在一定操作条件下，由于液膜与填料表面的摩擦
以及液膜与上升气体的摩擦，有部分液体停留在填
【影响液泛的因素】影响因素很多，如填料的特性、
流体的物性及操作的液气比等。
2017/2/7
【特点】气体为分散相，液体为连续相。
正 常 操 作 时 的 填 料 塔
2017/2/7
填 料 塔 的 液 泛 现 象
2017/2/7
3、填料塔的液泛
液泛时的空塔气速
(2)影响液泛的因素 填料特性 影响液泛 的因素
料表面及其缝隙中。
【定义】单位体积填料层内所积存的液体体积，以
（m3液体）/（m3填料）表示。
2017/2/7
【持液量的影响】
一般来说，适当的持液量对填料塔操作的稳定性
和传质是有益的，可以提供更大的气液相接触面积；
但持液量过大，将减少填料层的空隙和气相流通
截面，使压降增大，处理能力下降。 【结论】持液量不宜太小，也不宜太大。
称为泛点气速，以uF表示，曲 线上的拐点称为泛点。
2017/2/7
泛点气速
3、填料塔的液泛 【现象】在泛点气速下，持液量的增多使液相由分散 相变为连续相，而气相则由连续相变为分散相，此种 情况称为淹塔或液泛。 【危害】液泛时，气体呈气泡形式通过液层，传质速 率下降；液体被大量带出塔顶，塔的操作极不稳定， 甚至会被破坏。
2017/2/7
2、填料层的压降 【产生原因】在操作过程中，从塔顶喷淋下来的液
体，依靠重力在填料表面成膜状向下流动，上升气
体与下降液膜的摩擦阻力形成了填料层的压降。 【影响因素】压降与液体喷淋量及气速有关：
（1）一定的气速下，液体喷淋量越大，压降越大；
（2）在一定的液体喷淋量下，气速越大，压降也越
大。
2017/2/7
【填料层压降Δ P/Z与空塔气速u的关系曲线图】
【构成】将不同液体
喷淋量下的单位高度
填料层的压降Δ P/Z与 空塔气速u的关系标 绘在对数坐标纸上， 所得到的曲线簇。
空塔气速
【空塔气速】气体的体积流量除以塔截面积所得的
流速。
2017/2/7
（1）干填料压降线 在图中，直线0表 示无液体喷淋（L=0 ）时，干填料的
5、液体喷淋密度和填料表面的润湿
填料表面的润湿状况取决于塔内液体喷淋密度 及填料材质的表面润湿性能。 •最小润湿速率LW
——指在塔截面上，单位长度填料周边的最小液体体积 流量。 ——其值可由经验公式计算，也可采用经验值。
泛点气速 uF
～
ρL
μL ρV
L V
uF
流体物性
液气比
2017/2/7
～ uF ～ uF ～ uF ～ uF
3、填料塔的液泛 (3)泛点率 为保证填料塔正常操作，其操作气速应低于泛 点气速，操作气速与泛点气速的比值称为泛点率。
u 100％ uF
散装填料 规整填料
安全系数
50％ ～ 85% 60％ ～ 95%
uF
u
3、填料塔的液泛 (4)泛点气速的计算 ① 贝恩－霍根关联式
2 at V 0.2 uF L 1/4 V 1/8 lg[ ( 3 )( ) L ] A K ( ) ( ) g L V L
A、K 关联式常数，由表查出。 ② 埃克特(Eckert)通用关联图
散装填料的泛点气速可用埃克特通用关联图计算。
填料层内的气液分布不均 气体和液体在填料层内的沟流 气液的湍流脉动使气液微团停留时间不一致
2017/2/7
5、液体喷淋密度和填料表面的润湿
填料表面的润湿状况取决于塔内液体喷淋密度 及填料材质的表面润湿性能。 •喷淋密度U
——指单位塔截面积上，单位时间内喷淋的液体体积，以 U表示，单位为m3/（m2· h）。 为保证填料层的充分润湿，喷淋密度大于最小喷淋密度
△P/Z～u关系，称
为干填料压降线。 【特点】 △P/Z～u 为线性关系。
2017/2/7
空塔气速
（2）填料操作压降线
【构成】在不同液体喷淋
量下，填料层的△P/Z～u 关系，称为填料操作压降 线。 【特点】在一定的喷淋量
下， △P/Z随空塔气速的变
017/2/7
折点称为载点。
载点气速
2017/2/7
（5）液泛区
【填料塔的正常操作范围】
若气速继续增大，到达泛点 从载点到泛点的载液区，是
时，由于液体不能顺利向下流 填料塔的正常操作范围。
动，使填料层的持液量不断增 大，填料层内几乎充满液体。 此时，气速增加很小便会引起 压降的剧增，此现象称为液泛
，开始发生液泛现象时的气速