填料塔的流体力学性能

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填料塔流体力学性能的测定

五、实验数据记录及处理
塔径Ф = 100 mm 填料层总高度2000 mm 填料名称：金属丝网波纹θ环乱堆填料室温：20℃
4.液体流量在600L/h下的实验数据记录
作图得：
液体流量200L/h时，未观察到液泛现象，400L/h时，当空气流量大于25.0 m3·h-1时，有明显的液泛现象，此时压降约为1570Kpa。

600L/h时，空气流量在20.0m3·h-1以上，有液泛出现，此时压降为4190Kpa；而在800L/h时，空气流量大于19.0 m3·h-1就出现液泛，此时压降约为3900Kpa。

六、思考题
1.实验过程中，为什么要在填料塔塔底设有液封？液封高度如何确定？
液封的目的是保证塔内的操作压强。

液封设置时： U形管作液封时，为防止管顶部积存气体，影响液体排放，应在最高点处设置放空阀或设置与系统相连接的平衡管道。

液封高度大于吸收塔内相对压力*1.1（视正负压确定方向）。

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。
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（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
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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
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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。
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【特点】气体为分散相，液体为连续相。
正常操作时的填料塔
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填料塔的液泛现象
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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

3-3填料塔

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二、填料塔工艺尺寸的计算
1）贝恩－霍根关联式
2 uF V 0.2 wL V lg 3 L A K wV L g L 1/4 1/8
式中：A、K ——关联式常数，由有关手册查出。 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。
5
2.填料塔操作特性
2）液泛在泛点气速下，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，此时气体呈气泡形式通过液层，气流出现脉动，液体被带出塔顶，塔的操作极不稳定，甚至被破坏，此种情况称为液泛。液泛时的空塔气速泛点气速 uF
6
液
分析填料特性影响液泛的因素
泛
8
3)液体喷淋密度和填料表面的润湿
2.最小液体喷淋密度为保证填料层的充分润湿，必须保证液体喷淋密度大于某一极限值 ——最小液体喷淋密度。
U min ( LW )min
最小喷淋密度计算式
式中：Umin ——最小液体喷淋密度，m3/(m2· h)；
Lmin—— 最小润湿速率，m3/(m· h)。

ρL
流体物性
μL
ρV
液气比
wL/wV
～ uF ～ uF ～ uF ～ uF ～ uF
7
3）液体喷淋密度和填料表面的润湿
a)液体喷淋密度单位塔截面积上单位时间内喷淋的液体体积 ——液体喷淋密度。
Lh U Ω
m3/(m2· h)
式中： Lh —— 液体体积流量，m3/h；
Ω ——填料塔的截面积，m2。
31
二、填料塔工艺尺寸的计算
2.填料层高度的计算 (1)传质单元高度法

填料塔吸收流体力学性能测定实验(09化工)

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，并掌握吸收操作方法。

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.了解填料塔的液侧传质膜系数、总传质系数的测定方法。

4.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26氨压力表 27缓冲罐 28转子流量计 29表压计 30闸阀图2 吸收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。

水经总阀15进入水过滤减压器16，经调节阀17及流量计18入塔，水过滤减压器一方面滤去水中铁锈和污泥，另方面能自动稳定压力，以消除自来水压力波动引起的流量波动。

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。

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。

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。

填料塔流体力学性能测定

五、实验数据记‎录与处理1、实验数据的‎记录塔内径10‎00mm 填料高度0‎.8m 填料名称：拉西环室温：20℃1.1、干填料塔下‎的实验数据‎记录实验次数空气流量/m3*h-1空气温度/℃空气压力/KPa孔板压降/KPa水温度/℃全塔压降/KPa1 7 27.7 0.36 0.28 20.2 0.122 9 27.5 0.52 0.43 20.2 0.153 11 27.4 0.68 0.58 20.1 0.194 13 27.7 0.86 0.75 20.0 0.225 15 27.8 1.07 0.94 20.1 0.276 17 27.9 1.28 1.15 20.1 0.317 19 28.1 1.53 1.38 20.1 0.368 21 28.4 1.8 1.64 20.0 0.419 23 28.6 2.07 1.9 20.0 0.4610 25 28.8 2.38 2.19 20.0 0.5211 27 29.3 2.72 2.51 20.0 0.5912 29 29.5 3.08 2.85 20.0 0.6613 31 29.8 3.48 3.22 20.0 0.73 1.2、在水流量为‎50L/h下的填料‎塔的实验数‎据记录实验次数空气流量/m3*h-1空气温度/℃空气压力/KPa孔板压降/KPa水温度/℃全塔压降/KPa1 7 27.3 0.39 0.27 12.9 0.172 9 27.4 0.58 0.41 12.9 0.243 11 27.4 0.8 0.58 13 0.314 13 27.6 1.02 0.74 13 0.385 15 27.8 1.27 0.94 13 0.476 17 28 1.53 1.14 13 0.567 19 28.2 1.82 1.36 13 0.678 21 28.4 2.15 1.63 13 0.779 23 28.6 2.53 1.9 13 0.9210 25 28.9 2.91 2.18 13 1.0611 27 29.2 3.37 2.51 13 1.2412 29 29.4 3.85 2.85 13 1.4413 31 29.7 4.38 3.22 13 1.64 1.3、在水流量为‎70L/h下的填料‎塔的实验数‎据记录实验次数空气流量/m3*h-1空气温度/℃空气压力/KPa孔板压降/KPa水温度/℃全塔压降/KPa1 4 28.2 0.2 0.12 13 0.12 5 27.8 0.26 0.17 13 0.123 6 27.7 0.32 0.21 13 0.144 7 27.6 0.39 0.26 13 0.175 8 27.6 0.49 0.34 12.9 0.26 9 27.6 0.58 0.41 13 0.247 10 27.7 0.71 0.5 13 0.288 11 27.8 0.8 0.57 12.9 0.329 12 27.9 0.92 0.66 13 0.3610 13 28 1.03 0.75 13 0.411 14 28.1 1.14 0.83 12.9 0.4412 15 28.2 1.26 0.92 12.9 0.4813 16 28.3 1.41 1.03 12.9 0.5314 17 28.4 1.56 1.14 13 0.5915 18 28.5 1.68 1.25 12.9 0.6216 19 28.6 1.85 1.38 13 0.6917 20 28.7 2.02 1.49 13 0.7618 21 28.8 2.21 1.63 12.9 0.8319 22 29.1 2.38 1.75 12.9 0.8820 23 29.2 2.58 1.9 12.9 0.9721 24 29.3 2.77 2.04 13 1.0522 25 29.4 3 2.2 13 1.1523 26 29.5 3.24 2.35 12.9 1.2624 27 29.9 3.46 2.5 13 1.3525 28 30 3.73 2.66 13 1.4826 29 30.1 4.04 2.85 13 1.6327 30 30.6 4.33 3 13 1.7828 31 30.8 4.66 3.21 13 1.9529 32 31.1 5 3.4 13 2.1230 33 31.2 5.27 3.64 13 2.152、实验数据的‎处理2.1干填料塔‎与水流量为‎50L/h的实验数‎据处理2.2 水流量为7‎0L/h时填料塔‎的实验数据‎处理实验次数Δp/z v/A lg(Δp/z)lg(v/A) 实验次数Δp/z v/A lg(Δp/z)lg(v/A)1 0.125 0.142 -0.903 -0.849 16 0.863 0.672 -0.064 -0.1722 0.150 0.177 -0.824 -0.752 17 0.950 0.708 -0.022 -0.1503 0.175 0.212 -0.757 -0.673 18 1.038 0.743 0.016 -0.1294 0.213 0.248 -0.673 -0.606 19 1.100 0.779 0.041 -0.1095 0.250 0.283 -0.602 -0.548 20 1.213 0.814 0.084 -0.0896 0.300 0.319 -0.523 -0.497 21 1.313 0.849 0.118 -0.0717 0.350 0.354 -0.456 -0.451 22 1.438 0.885 0.158 -0.0538 0.400 0.389 -0.398 -0.410 23 1.575 0.920 0.197 -0.0369 0.450 0.425 -0.347 -0.372 24 1.688 0.955 0.227 -0.02010 0.500 0.460 -0.301 -0.337 25 1.850 0.991 0.267 -0.00411 0.550 0.495 -0.260 -0.305 26 2.038 1.026 0.309 0.01112 0.600 0.531 -0.222 -0.275 27 2.225 1.062 0.347 0.02613 0.663 0.566 -0.179 -0.247 28 2.438 1.097 0.387 0.04014 0.738 0.602 -0.132 -0.221 29 2.650 1.132 0.423 0.05415 0.775 0.637 -0.111 -0.196 30 2.688 1.168 0.429 0.0673、实验结果在双对数坐‎标系中以l‎g(Δp/z)为纵坐标，以lg(v/A)为横坐标绘‎制在以上三‎种不同情况‎下的图形如‎下：图2、填料塔-氧解吸实验‎流程1、氧气钢瓶2、减压阀3、氧气缓冲罐‎4、氧气流量计‎5、水缓冲罐6、水流量调节‎阀7、水流量计8、涡轮流量计‎9、氧气吸收柱‎ 10、风机 11、空气缓冲罐‎ 12、空气流量调‎节阀 13、空气流量计‎ 14、计前压差计‎ 15、全塔压差计‎ 16、孔板流量计‎ 17、富氧水取样‎口 18、氧气解吸塔‎ 19、贫氧水取样‎口。

填料塔

规整填料 u / uF 60％～ 95%
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二、填料塔工艺尺寸的计算
1）贝恩－霍根关联式
lg

uF2 g

3

V L

0.2 L

A
K

wL wV
1/ 4

V L
1/8

式中：A、K ——关联式常数，由有关手册查出。
①查有关填料手册； ②由实验测定。
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二、填料塔工艺尺寸的计算
2.填料层高度的计算 (1)传质单元高度法
Z HOG NOG
(2)等板高度法
Z NT HETP
注意问题： ①填料层的分段；
②设计填料层高度 Z 1.3 ~ 1.5 Z。
32
三、填料层压降的计算
1.散装填料压降的计算计算方法：由埃克特通用关联图计算。
Ht＝Hc＋ Hsm3(液体)/ m3(填料)
～～分析 Ht

填料层压降
生产能力传质效率
2
1.填料塔流体力学性能
2）气体通过填料层的压降
填料层的压降形成
液膜与上升气体的摩擦
分析
p
u 一定， L ～ p L 一定， u ～ p
p / Z ～u
填料塔的流体力学性能
单位高c度填料层
压降
3
11
一、填料支承装置
填料支承装置的作用是支承塔内的填料。
填料支承装置类型
栅板型 √
孔管型驼峰型
12
二、填料压紧装置
填料上方安装压紧装置可防止在气流的作用下填料床层发生松动和跳动。

填料塔流体力学特性

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。
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（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。
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（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、

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3.2.1 塔板类型
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3.2.1 塔板类型
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3.2.1 塔板类型
2 筛板塔
结构：筛孔，直径3－8mm，正三角形排列；溢流堰优点：结构简单，造价低；气体压降小，液面落差小；生产
能力大，板效率高
3.2.1 塔板类型
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3.2.2 板式塔的流体力学性能
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3.2.2 板式塔的流体力学性能
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3.2.2 板式塔的流体力学性能
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3.2.2 板式塔的流体力学性能
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3.2.2 板式塔的流体力学性能
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3.2.2 板式塔的流体力学性能
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3.1 概述
1 塔设备的基本功能和性能评价指标
1)基本原则
充分接触,适当湍动,提供大的传质面积和传质系数,并能及时分离逆流,提供最大传质推动力
2)评价指标
通量分离效率适应能力流动阻力低结构简单造价低易于操作与控制
2 塔设备的类型
1)类型
板式塔填料塔
3)主要内容
结构与性能工艺设计方法选型
3.1 概述
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3.2 板式塔
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3.2.1 塔板类型 3.2.2 板式塔的流体力学性能 3.2.3 板式塔的工艺设计
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3.2.1 塔板类型
1 逐级接触式气液传质设备 2 液相为连续相，气相为分散相 3 错流塔板：泡罩塔、筛板塔、浮阀塔 4 逆流塔板：筛板塔、栅缝板、波纹板
若精馏段与提馏段上升气量差别较大时，两段塔径应分别计算
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3.2.3 板式塔的工艺设计
3）溢流装置 (1)降液管的类型与溢流方式
降液管：圆形，弓形降液管的布置：U型流，单溢流，双溢流，阶梯式双溢流
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3.2.3 板式塔的工艺设计
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3.2.3 板式塔的工艺设计
3.2.3 板式塔的工艺设计
设计步骤
（1）根据设计任务和工艺要求，确定设计方案（2）根据设计任务和工艺要求，选择塔板类型（3）确定塔径、塔高等工艺尺寸（4）塔板结构设计（5）流体力学验算（6）绘制塔板负荷性能图（7）对设计进行分析与修正
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3.2.3 板式塔的工艺设计
3.2.1 塔板类型
3 浮阀塔板
结构：浮阀，F1、V-4、T型优点：生产能力大，操作弹性大，塔板效率高，气体压降小
及液面落差小，造价低缺点：易堵，不易处理易结焦或粘度大的物料
3.2.1 塔板类型
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3.2.1 塔板类型
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3.2.1 塔板类型
4 喷射型塔板
(2)溢流装置的设计计算
出口堰
堰长：
单溢流：lW 0.6 0.8 D
双溢流：lW 0.5 0.6 D
堰高：
hL hW hOW
堰上液层高度
2
平直堰：hOW

2.84 1000
E

Lh lW
3
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3.2.3 板式塔的工艺设计
5 漏液
原因：气速太小，板面液面落差大规定：小于液体流量的10％
6 液面落差
原因：流动阻力，与结构、塔径、液体流量有关大小：泡罩塔，浮阀塔，筛板塔
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3.2.2 板式塔的流体力学性能
7 负荷性能图
（1）雾沫夹带线（2）液泛线（3）液相负荷上限线（4）漏液线（5）液相负荷下限线（6）操作线与操作点
（1）舌形塔板
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3.2.1 塔板类型
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3.2.1 塔板类型
（2）斜孔塔板
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3.2.2 板式塔的流体力学性能
1 塔板上气液两相的接触状态
鼓泡状，蜂窝状，泡沫状，喷射状
2 塔板压降
干板阻力，液层静压强阻力，表面张力阻力
1 浮阀塔工艺尺寸的计算
1）塔高
Z

NT ET
1 HT

板间距大，空塔气速高，塔径小，塔高板间距小，空塔气速低，塔径大，塔低板数较多的塔，板间距应小，塔径大板间距根据经济指标确定板间距的数值应按照规定选取整数易起泡物系，负荷波动大，板间距应大
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3.2.3 板式塔的工艺设计
2）塔径
D 4Vs
u
umax C
L V V
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3.2.3 板式塔的工艺设计
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3.2.3 板式塔的工艺设计
C

C20

20
0.2
u 0.6 ~ 0.8 umax
标准塔径（mm）：600，700，800，1000，1200， 1400，1600，1800，2000，……4200
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3.2.3 板式塔的工艺设计
2
齿形堰：hOW
0.0442

Lh hn lW
5
Lh

2646

lw hn

5
[hOW 2 (hOW

5
hn ) 2 ]
hOW 60 70mm
hL 0.05 0.1m
0.1 hOW hW 0.05 hOW
3.2.1 塔板类型
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3.2.1 塔板类型
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3.2.1 塔板类型
1 泡罩塔板
结构：升气管，泡罩优点：不易漏液，操作弹性高，不易堵塞，适于处理各种物
料缺点：结构复杂，造价高；板上液层厚，气体流径曲折，塔
板压降大；雾沫夹带严重，生产能力及板效率均较低
3 液泛
定义：塔板上的液体不能正常流下，产生积液，也叫淹塔原因：气体或液体流量过大，气速过高，塔板间距过小种类：降液管液泛，雾沫夹带液泛结果：塔板压降升高，不能正常操作
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3.2.2 板式塔的流体力学性能
4 雾沫夹带
定义：上升气流将板上液体带入上一层塔板的现象结果：造成液相反混，降低板效率规定：雾沫夹带量不超过10％或ev<0.1kg(液)/kg(气)