填料塔的流体力学性能
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
28
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。
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%
28
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。
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。
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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
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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
【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。
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。
填料塔流体力学特性
•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
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。
2021/6/22
【特点】气体为分散相，液体为连续相。
正 常 操 作 时 的 填 料 塔
2021/6/22
填 料 塔 的 液 泛 现 象
2021/6/22
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
流体物性
液气比
泛点气速 uF
～ uF
～ ρL
uF
～ μL
uF
～ ρV
吸收设备填料塔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料表面及其缝隙中
吸收
吸收设备——填料塔
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
2021/6/22
二、填料层内气液两相的流体力学特性
）时，干填料的
△P/Z～u关系，称
为干填料压降线。
【特点】 △P/Z～u
为线性关系。
2021/6/22
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
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。
填料塔流体力学特性实验报告
填料塔流体力学特性实验报告填料塔是化工生产中常用的设备，用于进行气液或液固的传质和反应过程。
在填料塔中，流体的流动状态对传质和反应过程具有重要影响，因此对填料塔流体力学特性进行实验研究具有重要意义。
本实验旨在通过实验手段对填料塔流体力学特性进行研究，探究填料塔中流体的流动规律和传质特性，为填料塔的设计和运行提供理论依据和实验数据支持。
实验装置包括填料塔、流量计、压力传感器、温度传感器等。
首先进行了填料塔的静态实验，测量了填料塔的高度、直径和填料高度，确定了实验装置的基本参数。
然后进行了填料塔的动态实验，通过改变进料流量和塔顶压力，观察了填料塔内部流体的流动状态，并记录了流量、压力和温度等数据。
实验结果表明，填料塔内部流体的流动状态受到进料流量和塔顶压力的影响较大。
当进料流量增大时，塔内流体的速度增加，传质效果也随之增强；当塔顶压力增大时，塔内流体的压力和温度均会相应增加，对流动状态产生影响。
此外，填料塔内部流体的流动状态还受到填料形状和填料层间距的影响。
在实验中，我们通过改变填料形状和填料层间距，观察了填料塔内部流体的流动状态的变化。
实验结果显示，不同形状的填料对流体的流动状态有一定影响，而填料层间距的改变对流体的传质效果有显著影响。
综上所述，填料塔流体力学特性实验结果表明，填料塔内部流体的流动状态受到多种因素的影响，包括进料流量、塔顶压力、填料形状和填料层间距等。
因此，在填料塔的设计和运行过程中，需要充分考虑这些因素，以确保填料塔能够实现预期的传质和反应效果。
通过本次实验，我们对填料塔流体力学特性有了更深入的了解，为填料塔的优化设计和安全运行提供了重要参考。
希望本实验报告能够为相关领域的研究和工程实践提供一定的参考价值。
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。
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
8
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
填料塔吸收流体力学性能测定实验
实验填料塔吸收流体力学性能测定实验一、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. 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。
三、实验装置1、二氧化碳阀2、6二氧化碳压表3、减压阀4、二氧化碳瓶5、11温度计 7、空气缓冲罐 8、二氧化碳压表 9、15、28转子流量计 10、二氧化碳压计 12、空气缓冲罐 13、放净阀 14、空气调节阀 16、塔顶尾气压力计 17、填料支撑板 18、排液管 19、塔压降 20、填料塔 21、喷淋器 22、尾气稳压阀 23、尾气采样管 24、稳压瓶 25、采样考克 26、吸收分析盒 27、湿式体积流量计 29、放净阀 30、进水调节阀空气由风机供给进入空气缓冲罐12再由阀14调节空气流量，经空气转子流量计15计量，并在管路中与二氧化碳（经转子流量计9计量）混合后进入塔底，混合气在塔中经水吸收后，尾气从塔顶排出。
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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)