填料塔流体力学特性解读
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
流体力学与传热：第三章 塔设备第二次课
3）环矩鞍填料
（3）球形填料
共轭环 华南理工大学化工学院研制
双鞍环 RICTM填料
Impac填料
规整填料
规整填料是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。 规整填料根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、 脉冲填料等。
波纹填料
格栅型填料
规 整 波 纹 填 料 塔 示 意 图
塔填料的发展趋势
1、散堆填料:
散堆填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体， 一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗 粒填料。材料通常为陶瓷、金属、塑料、玻璃、石墨 等。
按基本构形：环形填料、鞍形填料和球形填料三个 系列
在每一系列中，基于减少压强降、增大比表面积、 增加气、液扰动和改善表面润湿性能的要求，形成 了各自的发展序列。
第二节 填料塔
3.2.1 填料塔的结构特点
填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传 质设备。
优点：生产能力大，分离效率高，压降小，持液量 小，操作弹性大。
缺点：填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地 润湿填料表面；不能直接用于有悬浮物或容易聚合 的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。
3.2.2 填料
压强降的大小决定了填料塔 的动力消耗，是设计过程的 重要参数。
常将不同喷淋量(包括LS=0) 下，随气速变化的Δp分别 画在同一个坐标上
恒定喷淋量下：
①气速较低，填料表面液膜厚∝(液固间摩擦力 和LS)，与u几乎无关；但比无喷淋量时阻力要大。
②气速增至一定值后，气液间பைடு நூலகம்力不容忽视，液 膜加厚→出现拦液现象，载液线斜率>2；但载点 难测。
③再增大气速至液体不能顺利下流，此时填料层 中的持液量增加迅速，往往可以看到填料层的某 个高度上出现“积液层”。
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。
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、
填料塔流体力学性能实验报告
填料塔流体力学性能实验报告填料塔是一种常用的化工设备，用于气体和液体的传质和传热过程。
本文将以填料塔流体力学性能实验为主题，探讨其在化工工艺中的重要性和实验结果。
一、填料塔的流体力学性能填料塔是一种用于气体和液体传质传热的设备，其内部填充了大量填料，形成了大量的表面积，提高了传质传热效率。
填料塔的流体力学性能是指在不同操作条件下，气体和液体在填料层中的流动特性，包括压降、液滴分布、气液接触等。
二、实验目的本次实验旨在研究填料塔在不同操作条件下的流体力学性能，以便优化填料塔的设计和操作参数。
具体实验目的包括：测量填料塔的压降、液滴分布和气液接触情况，分析填料塔的传质传热效率。
三、实验装置和方法实验装置包括填料塔、气体供给系统、液体供给系统和数据采集系统。
实验方法为在不同操作条件下，通过改变气体和液体的流量和温度，观察填料塔内气液流动情况，并记录实验数据。
四、实验结果与分析1. 压降测量通过实验得到了不同操作条件下的压降数据。
结果显示，随着气体和液体流量的增加，压降逐渐增大。
这是因为气体和液体在填料层中的摩擦和阻力增加导致的。
同时，随着填料层的高度增加，压降也会增大。
2. 液滴分布实验中观察到了填料塔内液滴的分布情况。
结果显示，液滴在填料层中呈现出较好的分散状态，且随着液体流量的增加，液滴的分布更加均匀。
这是因为液体在填料层中受到填料的阻力，导致液滴分散。
3. 气液接触实验中还观察到了气液接触情况。
结果显示，在填料塔内，气体和液体之间发生了充分的接触和混合。
这是因为填料层提供了大量的表面积，增加了气液间的接触机会。
五、实验结论通过本次实验，我们得到了填料塔在不同操作条件下的流体力学性能数据。
根据实验结果分析，我们可以得出以下结论：1. 填料塔的压降随着气体和液体流量的增加而增大。
2. 填料塔内液滴呈现出较好的分散状态，液滴分布更均匀。
3. 填料塔提供了充分的气液接触和混合。
六、实验意义和应用价值填料塔作为一种常用的化工设备，在化工工艺中起着重要的作用。
填料塔内的流体力学特性
(1) 填料塔内的流体力学特性填料塔内气液两种流体逆向流动时具有一定的特性，即假定给液量保持不变，在逆流情况下，气体的流速达到一定值时，就发生所谓液体的泛滥现象，此时液体停止下降，且开始随同上逸的气体被吹出塔外，此时气体的流速称为“泛点”。
若在对数坐标上标出压强降△P 对气体空塔速度U 的关系，并以不同的液体喷淋量（L ）作为第三参数，可以画出如图8-5所示的各种不同的曲线。
当喷淋量L ＝0，即所谓干塔情况，所得关系为一条直线，其斜率为1.8～2.0，即 1.8 2.0P U ∆=，这时阻力与气速的关系如同气体高度湍流状态流过真空管道时的情况。
当有液体喷淋时，所得的关系就不再是一条直线，而是由三条线段组成的一条曲线。
当气速达到A 点时，液体向下游动受逆向气流的牵制开始明显起来，表现在填料上的滞留液量剧增，气流通过截面不断减小，因此从A 点之后，压强降随空塔气速有较大的增加，图8-6中曲线斜率不断加大，A 点称为“载点”。
当气速增加到B 点时，压强降几乎直线上升，表示塔内发生了气泛，称之为“泛点”，此时气体托住液滴，逐渐使液滴形成连续相，气体反变成分散相，吸收操作无法正常进行。
填料塔只能在泛点下操作。
有的学者认为开始拦液之点（载点）为吸收填料塔的最大可允许的操作情况。
而实际最经济的操作速度，最好相当于载点速度的80％左右或泛点速度的50％～70％。
（2）泛液速度（f v ）通过上面分析，不难了解在决定吸收塔的操作情况或塔径的设计上，都必须首先确定可允许的最大气流速度，即在泛点时的空塔气速。
从实验数据刊出，泛点时的空塔气速f v 与流体物性、液气流量比、填料充填方式和填料特性有关。
实验结果一般用通用关联图的形式把有关因素关联起来。
当前工程设计中最常用的关联图如8-7。
填料塔吸收实验_2
实验填料塔吸收实验一、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. 掌握总传质系数的测定方法，测定在一定喷淋量下水吸收氨的体积传质系数T。
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1. 填料塔的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.传质实验总体积传质指数Kya是单位填料体积、单位时间吸收的溶质量。
它是反应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（即平衡在X—Y坐标系位置线）。
故可用对树皮平均浓度差法计算填料层传质平均推动力，相应的传质速率方程式为：GA =KYa·VP·ΔYm所以 KY a=GA/VPΔYm其中ΔYm =[(Y1-Ye1)-(Y2-Ye2)]/[ln(Y1-Ye1)/ (Y2-Ye2)]式中GA—单位时间内氨的吸收量[Kmol/h]Kya—总体积传质系数[Kmol/m3h]Vp—填料层体积[m3]ΔYm—气相对数平均浓度差。
9.1.17.1.2填料塔力学性能与附属结构
Ht＝Hc＋ Hs m3（液体）/m3（填料） 总持液量可由经验式或曲线图来估算。
分析
Ht
～
～
填料层 压降
生产能力 传质效率
6
填料塔的流体力学性能与传质性能
2. 填料塔的水力学性能
5）润湿速率
润湿速率
喷淋密度 填料比表面积
液体体积流量 / 填料层截面积 填料层表面积 / 填料层体积
液体体积流量
液体体积流量
填料塔
➢ 填料塔与填料 ➢ 填料塔的流体力学性能与传质性能 ➢ 填料塔的附属结构
1
填料塔的流体力学性能与传质性能
1. 填料塔内的气、液两相流动
1）流体在填料层内的流动
流体在填料层内的流动与流体在颗粒层内的流动类似。 填料塔中压降与气速的变化关系如图所示。
填 料 表 面
填 料 表 面
持液量
持液量
空塔气速 实际气速 喷淋密度
填料层表面积 / 填料层高度 填料层的周长
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，其计算式为：
U=Lh /Ω m3/(m2·h) 式中： Lh —— 液体体积流量，m3/h；
Ω —— 填料塔的截面积，m2。
7
填料塔的流体力学性能与传质性能
2. 填料塔的水力学性能
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
Umin= (Lw)min σ
最小喷淋密 度计算式
式中：Umin ——最小液体喷淋密度，m3/(m2·h)； (Lw)m—in— 最小润湿速率，m3/(m·h)。
经验值
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填料塔的流体力学性能与传质性能
3. 填料的传质性能
1)填料润湿表面的计算
填料塔培训教材解析
规整填料用定位器（固定在塔壁上）
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谢谢欣赏
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3-2-3 填料塔的计算
塔径：关键是确定空塔气速 u=（50~85）%u泛 塔高：计算填料层高度的方法。
3-2-4 填料塔附件 填料支撑装置
液体分布器
液体再分布器
填料压紧器
床层定位器
除沫装置
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散装填料支撑板
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规整填料支撑板
-9Leabharlann 液体分布器-10
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液体再分布器
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散装填料用压紧器（不固定，随填料下移）
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规整填料
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3-2-2 填料塔的流体力学性能
一、气体通过填料层的压强降
二、液泛 特 征： 气体在液体中鼓泡，操作不稳定。 泛点气速：允许的最大气速，此值大为好。 影响泛点气速的因素： 填料特性、流体物性、
液气比 泛点气速确定：用埃克特通用图 三、润湿性能
与填料的材质、表面形状、装填方法及 液体喷淋量有关。 液体喷淋量用喷淋密度表示：单位时间内单 位塔截面上喷淋的液体体积。
填料塔培训教材
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第二节 填料塔 3-2-1 填料 一、填料的性能 比表面积 空隙率
填料因子=/ （有干、湿填料因子） 3
二、选择填料的原则
比表面积大、空隙率大、润湿性能好、单位体积填料的 重量轻、造价低、机械强度高。
三、填料的材质
陶瓷 金属 塑料 四、填料类型
散装（乱堆）填料和规整填料
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2
散装填料(乱堆填料)
基本原理1填料塔流体力学特性填料塔的流体力学特性是吸收设备的重要
尾气分析方法
1 原理 硫酸吸收氨的反应方程式如下： 2NH3+H2SO4+2H2O= (NH4)2SO4+2H2O
nNH 3 nH 2 SO4
2 2 1
nNH 3 2nH 2 SO4 2M H 2 SO4VH 2 SO4 103
2 分析方法 吸收盒预先装入已知浓度的吸收液，加入
实验预习要求
(1)预习吸收内容，熟悉有关计算公式及其单位。
(2)清楚气体标准状态、标定状态和使用状态的
变换关系，掌握气体转子流量计的换算关系。
(3)熟悉操作步骤，做好人员分工。
(4)掌握尾气分析方法。 (5)绘制出数据记录表格。
实验装置流程
下 水
上 水
空气
排 污
排 污
1－液氨钢瓶 2－氨减压阀 3－仪表柜 4－转子流量计 5－单管压差计 6－吸收塔 7－喷头 8－玻璃考克 9－尾气 调节阀 10－水调节阀 11－氨调节阀 12－放空阀 13－铂电阻 14－空气调节阀 15－氨缓冲罐 16－空气缓冲罐 17－排液管 18－稳压瓶 19－吸收盒 20－漩涡气泵 21－湿式气体流量计
2 体积传质系数 KY a的测定 本实验是用水吸收空气—氨混合气中的氨。 所用的混合气体中氨的浓度很低(＜10%)，
气、液两相的平衡关系可以认为服从亨利定律，
故：
G A KY a
4
2 DT ZYm
KY a
4
GA
2 DT ZYm
GA V (Y1 Y2 )
(Y1 Y1 ) (Y2 Y2 ) Ym Y1 Y1 ln Y2 Y2
主要设备
(1) 填料吸收塔 玻璃塔内径 D内=0.102 m， 塔内填料高 m， 填料为瓷质拉西环，规格为12×12×2 mm。 (2) 旋涡气泵 1台。 (3) 空气转子流量计 (4) 氨气转子流量计 (5) 水转子流量计 LZB—40 LZB—15 LZB—15 1只。 1只。 1只。
填料塔的流体力学性能
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)
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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hp
p pLg,mhlpl
L g
,m
hc
pc
Lg
,m
h
p
Lg
,m
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3.2.3 板式塔的工艺设计
1）干板阻力
阀全开前 u0 u0c
hp
19.9
u 0.175 0 L
阀全开后 u0 u0c
hc
5.34
V u02 2Lg
19.9 u0c 0.175 5.34 V u0c 2
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
填料塔的流体力学性能气体通过填料层的压力降
直线 • 线B:有液体喷淋,液体量小 • 线C:有液体喷淋,液体量大
第四章 吸收操作技术
化工单元操作技术
第四章 吸收操作技术
以线B为例: u较低（点L以下）:线与A线 大致平行。u P 液体下 流与流速无关 u大于uL以后:线斜率增大,上 升气流开始阻碍液体顺利下 流,P u大于uF以后:P与u成垂直关 系,表明上升气体足以阻止液 体下流,于是液体填料层充满 填料层空隙,气体只能鼓泡上 升,随之液体被气流带出塔顶, 发生液泛。
3、对流传质
J
D
DE
dcA dz
发生在流动着的流体与相界面之间的传质
过程。在滞流内层主要是分子扩散。在过渡层既
有分子扩散,也有对流扩散。在湍流主体中主要 是对流扩散,阻力很小,可以忽略,即认为浓度一致。
第四章 吸收操作技术
化工单元操作技术
（二）双膜理论
1 在气液两流体相接触处,有一稳定的分界面,叫相界面。在 相界面两侧附近各有一层稳定的气膜和液膜。这两层薄膜 可以认为是由气液两流体的滞流层组成,即虚拟的层流膜层, 吸收质以分子扩散方式通过这两个膜层。
2 全部浓度变化集中在这两个膜层内。
3 在相界面处,气液浓度达成平衡,即界面上没有阻力。
通过以上假设,就把整个吸收过程简化为,吸收质经过双膜 层的过程,吸收阻力就是双膜的阻力。故该理论又称为双膜 阻力理论。
第四章 吸收操作技术
化工单元操作技术
五、传质阻力的控制
（一）吸收速率方程 1、 气膜吸收速率方程
二、吸收操作技术：
工作任务：
（1）吸收、解吸塔的仿真操作； （2）填料塔的结构类型、特点与流体力学 性能； （3）低浓度吸收原理及基本计算； （4）其他吸收及解吸； （5）吸收塔的实际操作。
填料塔
持液量分为静持液量Hs、动持液量Ho和总持 液量Ht。 静持液量是指当填料被充分润湿后，停止气 液两相进料，并经排液至无滴液流出时存留 于填料层中的液体量，其取决于填料和流体 的特性，与气液负荷无关。
动持液量是指填料塔停止气液两相进料时流 Ht H0 H s 出的液体量，它与填料、液体特性及气液负 荷有关。总持液量是指在一定操作条件下存 留于填料层中的液体总量。显然，总持液量 为静持液量和动持液量之和，即
填料层压降与液体喷淋量及气速有关，在一 定的气速下，液体喷淋量越大，压降越大； 在一定的液体喷淋量下，气速越大，压降也 越大。将不同液体喷淋量下的单位填料层的 压降ΔP/Z与空塔气速u的关系标绘在对数坐 标纸上，可得到如图示的线群。
4.2.3 填料塔的流体力学性能(续)
在图中，直线0表 示无液体喷淋（L=0） 时，干填料△P/Z～u关 系，称为干填料压降线， 直线，斜率为1.8～2.0。
2.填料的性能评价 填料性能的优劣常根据效率、通量及压降三 要素衡量。 相同条件下，比表面积愈大，气液分布愈均 匀，表面的润湿性能愈优良，传质效率愈高； 空隙率愈大，则通量愈大，压降也愈低。 常用填料综合性能评价见P269表4-5。
三. 填料塔的流体力学性能
包括填料层的持液量、填料层的压降、液泛、 填料表面的润湿及返混等。 1. 填料层的持液量 指在一定操作条件下，在单位体积填料层内 所积存的液体体积，以(m3液体)/(m3填料)表 示。
⑦球型：球体为空心，气体和液体从其内 部经过。由于球体结构的对称性，填料装 填密度均匀，不易产生空穴和架桥，故气 液分散性能好。 常采用塑料材质。一般用于特定场合，工 程上应用较少。
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。
填料塔流体力学特性与吸收系数的测定
实验一 填料塔流体力学特性与吸收系数的测定一、实验目的:1.了解填料吸收塔的结构、性能和特点，练习并掌握填料塔操作方法；通过实验测定数据的处理分析，加深对填料塔流体力学性能基本理论的理解，加深对填料塔传质性能理论的理解。
2.掌握填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法，练习实验数据的处理分析。
二、实验内容：1.测定填料层压强降与操作气速的关系，确定在一定液体喷淋量下的液泛气速。
2.固定液相流量和入塔混合气二氧化碳的浓度，在液泛速度以下，分别测量塔的传质能力（传质单元数和回收率）和传质效率（传质单元高度和体积吸收总系数）。
3.进行纯水吸收混合气体中的二氧化碳、用空气解吸水中二氧化碳的操作练习，同时测定填料塔液侧传质膜系数和总传质系数。
三、实验原理：气体通过填料层的压强降：压强降是塔设计中的重要参数，气体通过填料层压强降的大小决定了塔的动力消耗。
压强降与气、液流量均有关，不同液体喷淋量下填料层的压强降P ∆与气速u 的关系如图1所示：图1 填料层的P ∆～u 关系当液体喷淋量00=L 时，干填料的P ∆～u 的关系是直线，如图中的直线0。
当有一定的喷淋量时，P ∆～u 的关系变成折线，并存在两个转折点，下转折点称为“载点”，上转折点称为“泛点”。
这两个转折点将P ∆～u 关系分为三个区段：既恒持液量区、载液区及液泛区。
传质性能：吸收系数是决定吸收过程速率高低的重要参数，实验测定可获取吸收系数。
对于相同的物系及一定的设备（填料类型与尺寸），吸收系数随着操作条件及气液接触状况的不同而变化。
若气液平衡关系遵循享利定律，即平衡曲线为直线，可用解析法解得填料层高度的计算式，亦即可采用下列平均推动力法计算填料层的高度或液相传质单元高度：Am A A L sL C C C aS K V h ∆-⋅=21（11） SK V hH hN L sL LL α==（12） 式中m A C .∆为液相平均推动力，即其中：1110A A C Hp Hy p *==, 2220A A C Hp Hy p *==，0P 为大气压。
填料塔流体力学性能及传质
试验五填料塔流体力学性能及传质一、试验任务1、了解汲取塔的流程和结构；2、测量填料塔的流体力学特性；3、测定汲取系数。
二、基本原理1、流体力学性质a、填料塔的流体力学特性包括压降和泛点，知道压降的大小，可以确定汲取塔所需的动力，而泛点是生产操作中的重要的掌握因素。
因此，填料塔的流体力学特性测定的目的，是为填料塔选择相宜的操作条件供应依据。
流体力学特性测定时•，使用的是空气和水。
b、气体通过干填料时，流体流淌引起的压降和湍流流淌引起的压降规律相全都。
在对数坐标纸上作△〃〜“关系曲线，为始终线，如图（1）所示，斜率为 1.8-2次幕，当有喷淋量时，低气速时（c点以前）压降也正在于气速的1.8~2次第，但大于同一气速下干填料的压降（线2中be段）。
随气速增加,消失载点，消失载点（c点），持液量增大，△〃〜"线向上弯曲，斜率变陡（cd段），到达泡点（d点）后，在几乎不变的气速下，压降持续增大，消失液泛。
固定液体喷淋密度，登记塔内现象，空气流量、压降数。
填料塔流体阻力试验纪录表日期：设施型号：大气压力：填料高度：水温：气温心：空气流量计算状态（、＜：塔平均内径D：空气流量：水流量L：2）=吟佚光=勿。
/。
换算公式：2θ V 7l 127θ —-273K 4=760mmHg为一一空气密度 1.293Kg∕n√2、传质系数的测定总体积传质系数Kga 是在单位时间内，单位填料体积汲取的溶质量，乂是反映填料 汲取塔性能的主要参数，是设计填料层高度的重要依据。
本试验是用水汲取空气…氨混合气体水中的氨，为使气液两相平衡关系听从亨利定律 混合气中氨的浓度应少于10%o 汲取过程可有用下列方程表示。
G = K x GFKy__—以气相摩尔比差为推动力的总传质系数 G ——单位时间汲取的组重量（Kg∕时） F ——气液两相接触面积（米2） △4__ 一平均传质推动力（1）G 一—可以通过测量气相进、出口浓度和惰性气体流量获得G = V （ZT ）V — —惰性气体流量［Kg∕时］组分〃7。
填料塔基础知识解析
填料层的持液量可由实验测出，也可由经验公式计算。 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，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。
气体通过填料层的压力降
填 料 表 面
持液量
填
料
表 面
kPa
，
?p
适宜操作应在载点气速和泛点气速之间
（1）散装填料：鞍形
矩鞍 Intalox saddle ring
属敞开型填料。
矩鞍形填料结构不对称， 堆积时不会重叠，填料均匀性 大为提高。
矩鞍形填料传质性能比拉 西环好，但比鲍尔环差，但在 制造上比鲍尔环方便。
矩鞍形填料的缺点是，因 开放式结构使其强度差，特别 是瓷质填料，易破碎。
（1）散装填料：鞍环形
鲍尔环 Pall ring
其构造大大提高了 环内空间与环内表面的 利用率，而且使气液流 通顺畅，有利于气液进 入环内。
因此，鲍尔环比拉 西环传质效率高、气体 通过能力大。
（1）散装填料：环形
阶梯环 Cascade ring
高度仅为直径的一半； 环的一端制成喇叭口，这种喇叭结构，使填料个体之间多呈点接触； 与鲍尔环相比，其气体通量高，阻力小，传质效率大。
填料塔
一、填料塔结构及填料 二、填料塔的流体力学性能 三、填料塔的附属结构
填料塔结构及填料
填 料 塔
填料塔结构
塔体
液体分布器 填料
填料支承板 液体收集器 液体再分布器
进气管
填料
?比表面积 填料特性 ??空隙率
?? 填料因子
类型： 散装填料
规整填料
在选择填料时，一般要求：
比表面积及空隙率要大，
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，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
折点称为载点。
载点气速
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（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
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。
称为泛点气速，以uF表示，曲 线上的拐点称为泛点。
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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。
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。
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
△P/Z～u关系，称
为干填料压降线。 【特点】 △P/Z～u 为线性关系。
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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
化曲线大致可为三段（ 三个区域）。
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泛点气速 uF
～
ρL
μL ρV
L V
uF
流体物性
液气比
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～ 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%
大。
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【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。
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（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
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
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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
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。
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【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。