填料塔流体力学特性PPT讲稿
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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
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-10PPT课件
• 选择喷淋装置的原则是能使液体均匀地分布在填料上，使 整个塔截面的填料表面湿润、结构简单、制造和检修方便。
• 喷淋装置的位置，通常高于填料表面150 ~ 300mm，以提 供足够的自由空间，让上升的气体不受约束地穿过喷淋装 置。
• 为了满足不同塔径、不同液体流量以及不同均匀程度的要 求，液体喷淋装置有多种结构形式，
-
4
填料塔
3．鲍尔环填料
鲍尔环填料是在拉西环的基础上经改进而得到一种性能优良的 填料，并有逐渐用其代替其它填料的趋势。其形状是在拉西环 的侧壁上开有两层长方形窗孔，每层几个，每个孔的舌叶弯向 环心，上下两层窗孔的位置是错开的，如图3-37（b）所示。 开孔的面积占环壁总面积的35%左右。 由于环壁窗孔可供气、液流通，使环的内壁面得以充分利用， 因此同样尺寸与材质的鲍尔环与拉西环相比，其相对效率要高 出30%左右；由于气、液流通截面积增加，通过填料层的气流 阻力大为降低，流体的分布状况也有所改善，因此在相同条件 下，鲍尔环比拉西环处理能力大、压力降小。
-
7
填料塔
5、鞍形填料
• 鞍形填料分为两类，即弧鞍形填料和矩鞍形填料，形状类似马 鞍，它们都是敞开式填料，
• 弧鞍形填料通常由陶瓷制成。这种填料虽然与拉西环比较性能 有一定程度的改善，但由于相邻填料容易产生叠合和架空的现 象，使一部分填料表面不能被湿润，即不能成为有效的传质表 面，目前基本被矩鞍形填料所取代。
填料塔
填料塔是是塔设备中另一种被广泛采用 的类型。填料塔的基本特点是结构简单、 压力降小、传质效率高、便于采用耐腐 蚀材料制造等。
• 近年来，随着高效新型填料和其它高性
能塔内件的开发，以及人们对填料流体
力学及传质机理的深入研究，使填料塔
• 喷淋装置的位置，通常高于填料表面150 ~ 300mm，以提 供足够的自由空间，让上升的气体不受约束地穿过喷淋装 置。
• 为了满足不同塔径、不同液体流量以及不同均匀程度的要 求，液体喷淋装置有多种结构形式，
-
4
填料塔
3．鲍尔环填料
鲍尔环填料是在拉西环的基础上经改进而得到一种性能优良的 填料，并有逐渐用其代替其它填料的趋势。其形状是在拉西环 的侧壁上开有两层长方形窗孔，每层几个，每个孔的舌叶弯向 环心，上下两层窗孔的位置是错开的，如图3-37（b）所示。 开孔的面积占环壁总面积的35%左右。 由于环壁窗孔可供气、液流通，使环的内壁面得以充分利用， 因此同样尺寸与材质的鲍尔环与拉西环相比，其相对效率要高 出30%左右；由于气、液流通截面积增加，通过填料层的气流 阻力大为降低，流体的分布状况也有所改善，因此在相同条件 下，鲍尔环比拉西环处理能力大、压力降小。
-
7
填料塔
5、鞍形填料
• 鞍形填料分为两类，即弧鞍形填料和矩鞍形填料，形状类似马 鞍，它们都是敞开式填料，
• 弧鞍形填料通常由陶瓷制成。这种填料虽然与拉西环比较性能 有一定程度的改善，但由于相邻填料容易产生叠合和架空的现 象，使一部分填料表面不能被湿润，即不能成为有效的传质表 面，目前基本被矩鞍形填料所取代。
填料塔
填料塔是是塔设备中另一种被广泛采用 的类型。填料塔的基本特点是结构简单、 压力降小、传质效率高、便于采用耐腐 蚀材料制造等。
• 近年来，随着高效新型填料和其它高性
能塔内件的开发，以及人们对填料流体
力学及传质机理的深入研究，使填料塔
填料塔PPT课件
现象，容易产生沟流。
强度差，易破碎。应用
较少。
20
❖ ⑤矩鞍型(intolox
saddle)：矩鞍形填料
结构不对称，堆积时
不重叠，均匀性更高。
该填料气流阻力小，
处理能ห้องสมุดไป่ตู้大，性能虽
不如鲍尔环好，但构
造简单，是一种性能
优良的填料。
21
❖ ⑥环矩鞍(Intalox)：兼具 环型、鞍型填料的优点。 敞开的侧壁有利于气体 和液体通过，减少了填 料层内滞液死区。填料 层内流体孔道增多，使 气液分布更加均匀，传 质效率得以提高。
❖ 一般采用金属材质，机 械强度高。
22
❖ 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。
23
❖ ⑧格栅填料：以条状单 元体经一定规则组合而 成，其结构随条状单元 体的形式和组合规则而 变，具有多种结构形式。 特点是比表面积较低， 主要用于低压降、大负 荷、防堵的场合。
16
❖ 与同样尺寸的拉西环相比，鲍尔环的气液通 量可提高50%，而压降仅为其一半，分离效 果也得到提高。其改进为阶梯形鲍尔环，圆 筒部分的一端制成喇叭口形状。这样填料间 呈现点接触，床层均匀且空隙率大，与鲍尔 环相比气体阻力减少25%，生产能力提高 10%。
17
❖ ③阶梯环：鲍尔环基础上改 造得出的。环壁上开有窗孔， 其高度为直径的一半。由于 高径比的减少，使得气体绕 填料外壁的平均路径大为缩 短，减少了阻力。
6
❖ 当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁 集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增 大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液 两相在填料层中分布不均，从而使传质效率 下降。因此，当填料层较高时，需要进行分 段，中间设置再分布装置。液体再分布装置 包括液体收集器和液体再分布器两部分，上 层填料流下的液体经液体收集器收集后，送 到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层 填料上。
(课件)第七节：填料塔
2019/12/11
一般来说，金属填料可制成薄壁结构，它的通量大、气 体阻力小，且具有很高的抗冲击性能，能在高温、高压、高 冲击强度下使用，应用范围最为广泛。
(3)塑料填料 塑料填料的材质主要包括聚丙烯（PP）、 聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC）等，国内一般多采用聚丙烯 材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱 和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100°C以下使 用。塑料填料质轻、价廉，具有良好的韧性，耐冲击、不易 碎，可以制成薄壁结构。它的通量大、压降低，多用于吸收 、解吸、萃取、除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿 性能差，但可通过适当的表面处理来改善。
填料塔
2019/12/11
2019/12/11
一、填料类型
乱堆填料 如：拉西环、鲍尔环、鞍形、θ网环 按装填 （散装） 方式分 整砌填料 如：波纹板、波纹网
（规整）
鞍形填料 如弧鞍、矩鞍
实体填料 环形填料 如拉西环、鲍尔环
按基材分
板形
如栅板、波纹板
网体填料 如鞍形网、θ网、波纹网
2019/12/11
湿填料因子：填料被液体润湿后的 at ε3 ；反映填料 的流体力学特性。
Ф值越小，流动阻力越小。填料塔计算采用润湿条件
下的湿填料因子。 2、填料的性能评价——模糊评价（见下页表）
2019/12/11
填料名称 丝网波纹填料 孔板波纹填料 金属intalox 金属鞍形环 金属阶梯环 金属鲍尔环
瓷intalox 瓷鞍形环 瓷拉西环
2019/12/11
二、 填料塔的操作特性
填料塔中，气液两相分布要均匀，以保证传质推动力 及传质效率不变。
1、填料内的气液分布：包括初始分布和动态分布。 初始分布：进塔的气液两相通过分布装置进行的强制 分布。取决于分布装置的设计。 动态分布：一定操作条件下，气液两相在填料层内依 靠自身性质与流动状态所进行的随机分布。和操作条件、 填料的种类、规格、充填方式及塔径和垂直度等有关。 研究表明，气液两相的初始分布比动态分布更为重要.
一般来说，金属填料可制成薄壁结构，它的通量大、气 体阻力小，且具有很高的抗冲击性能，能在高温、高压、高 冲击强度下使用，应用范围最为广泛。
(3)塑料填料 塑料填料的材质主要包括聚丙烯（PP）、 聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC）等，国内一般多采用聚丙烯 材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱 和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100°C以下使 用。塑料填料质轻、价廉，具有良好的韧性，耐冲击、不易 碎，可以制成薄壁结构。它的通量大、压降低，多用于吸收 、解吸、萃取、除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿 性能差，但可通过适当的表面处理来改善。
填料塔
2019/12/11
2019/12/11
一、填料类型
乱堆填料 如：拉西环、鲍尔环、鞍形、θ网环 按装填 （散装） 方式分 整砌填料 如：波纹板、波纹网
（规整）
鞍形填料 如弧鞍、矩鞍
实体填料 环形填料 如拉西环、鲍尔环
按基材分
板形
如栅板、波纹板
网体填料 如鞍形网、θ网、波纹网
2019/12/11
湿填料因子：填料被液体润湿后的 at ε3 ；反映填料 的流体力学特性。
Ф值越小，流动阻力越小。填料塔计算采用润湿条件
下的湿填料因子。 2、填料的性能评价——模糊评价（见下页表）
2019/12/11
填料名称 丝网波纹填料 孔板波纹填料 金属intalox 金属鞍形环 金属阶梯环 金属鲍尔环
瓷intalox 瓷鞍形环 瓷拉西环
2019/12/11
二、 填料塔的操作特性
填料塔中，气液两相分布要均匀，以保证传质推动力 及传质效率不变。
1、填料内的气液分布：包括初始分布和动态分布。 初始分布：进塔的气液两相通过分布装置进行的强制 分布。取决于分布装置的设计。 动态分布：一定操作条件下，气液两相在填料层内依 靠自身性质与流动状态所进行的随机分布。和操作条件、 填料的种类、规格、充填方式及塔径和垂直度等有关。 研究表明，气液两相的初始分布比动态分布更为重要.
化工原理课件(十一五)第五章5.6填料塔
—液体密度校正系数，
WL WV
V L
0.5
；
↓ufΒιβλιοθήκη 2gV L
L 0.2
↓
uf
9
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三、持液量
北京化工大学化工原理电子课件
定义：操作时单位体积填料层内持有的液体体积。 静持液量：仍然停留在填料层中的液体量。 动持液量：指一定喷淋条件下持于填料层中的液
体总量与静持液量之差。
总持液量 （静持液量与动持液量之和 ）
2）L点以上，u大，拦液现象，拦 液现象时的气速为载点气速， 超过载点气速后，ΔP∝u>2.0 。
7
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3）液泛区
北京化工大学化工原理电子课件
u↑↑，塔内液泛，泛点气速。ΔP∼u 斜率急剧增加,
使填料塔不能正常操作。
8
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北京化工大学化工原理电子课件
二、泛点气速的计算
Ф—湿填料因子，1/m；
Ψ
水 L
材料：陶瓷、金属、塑料
堆放：整砌、乱堆
4
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北京化工大学化工原理电子课件
拉西环
鲍尔环
阶梯环
5
环
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北京化工大学化工原理电子课件
鞍形环
丝网波纹
板波纹
6
槽式液体分布器
返回
北京化工大学化工原理电子课件
5.6.2 填料塔的流体力学性能
一、气体通过填料的压降
L=0 干填料 L↑，空隙率ε↓，压降大。 L:载点 F:泛点 1）L点以下， u小，ΔP∝u1.8∼2.0。
10
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北京化工大学化工原理电子课件
5.6.3 填料塔的附件
一、支承板
二、液体分布器
11
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填料塔的流体力学性能
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)
3.2.1 塔板类型
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3.2.1 塔板类型
上一页 下一页
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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
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
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
201110第七节：填料塔-PPT课件
5
6 7 8 9
2019/2/21
三、填料的选择
填料的选择包括确定填料的种类、规格及材质等。所 选填料既要满足生产工艺的要求，又要使设备投资和操作 费用最低。 1. 填料种类的选择：填料种类的选择要考虑分离工艺 的要求，通常考虑以下几个方面： (1)传质效率要高 一般而言，规整填料的传质效率高 于散装填料； (2)通量要大 在保证具有较高传质效率的前提下，应 选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料； (3)填料层的压降要低 (4)填料抗污堵性能强，拆装、检修方便。
2019/2/21
2019/2/21
一、填料类型
乱堆填料 如：拉西环、鲍尔环、鞍形、θ网环 按装填 （散装） 方式分 整砌填料 如：波纹板、波纹网 （规整）
鞍形填料 实体填料 环形填料 按基材分 网体填料 板形 如弧鞍、矩鞍 如拉西环、鲍尔环 如栅板、波纹板
如鞍形网、θ网、波纹网
2019/2/21
填料间呈多点接触，床层均匀，
较好地避免了沟流现象。 有塑料和金属材质。
2019/2/21
（4）弧鞍和矩鞍形填料 优点：液体在其 表面流动均匀、表面 利用率高、流动阻力 小。 缺点：面接触， 易套叠。 矩鞍填料两端为矩 形，且填料两面大小不 等。克服了弧鞍填料相 互重叠的缺点。
2019/2/21
（5）金属鞍环填料 有环形与鞍形的结构特点，生产能力大、压降低、液体 分布性能好、传质速率高及操作弹性大，在减压蒸馏中其优
势更为显著。
金属矩鞍环
2019/2/21
（6）网体填料
与实体填料对应的另一
类填料为网体填料。有多种 形式，如金属丝网制成的网 环和鞍型网等。
优点：网丝细密，空隙很高，比表面积很大。由于毛细管 作用，填料表面润湿性能很好。故网体填料气体阻力小，传质 速率高。
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2020/7/16
【特点】气体为分散相，液体为连续相。
正 常 操 作 时 的 填 料 塔
2020/7/16
填 料 塔 的 液 泛 现 象
2020/7/16
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
空塔气速
液体喷淋量 L3＞L2＞L1
【现象】两个拐点；三个区域。
2020/7/16
【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。
【特点】此时△P/Z～u为一直线，
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
lg[
u
2 F
g
(
at
3
)(
V L
)
0.2 L
]
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
纵坐标
u F2 F
g
( V L
)
0.5 L
位于干填料压降线的左侧，且基 本上与干填料压降线平行。
2020/7/16
（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，曲线上的转折
uF
L V
～ uF
2020/7/16
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
安全系数
散装填料 50％ ～ 85%
规整填料 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
2020/7/16
【填料层压降ΔP/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ΔP/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。
2020/7/16
（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
△P/Z～u关系，称
为干填料压降线。
【特点】 △P/Z～u
为线性关系。
2020/7/16
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
化曲线大致可分为三段 （三个区域）。
2020/7/16
填料塔流体力学特性课件
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 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。
为泛点气速，以uF表示，曲线
上的拐点称为泛点。
泛点气速
2020/7/16
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。 【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。
点称为载点。
载点气速
2020/7/16
（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称
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
2020/7/16
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
2020/7/16
【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。
2020/7/16
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。
【特点】气体为分散相，液体为连续相。
正 常 操 作 时 的 填 料 塔
2020/7/16
填 料 塔 的 液 泛 现 象
2020/7/16
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
空塔气速
液体喷淋量 L3＞L2＞L1
【现象】两个拐点；三个区域。
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【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。
【特点】此时△P/Z～u为一直线，
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
lg[
u
2 F
g
(
at
3
)(
V L
)
0.2 L
]
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
纵坐标
u F2 F
g
( V L
)
0.5 L
位于干填料压降线的左侧，且基 本上与干填料压降线平行。
2020/7/16
（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，曲线上的转折
uF
L V
～ uF
2020/7/16
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
安全系数
散装填料 50％ ～ 85%
规整填料 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
2020/7/16
【填料层压降ΔP/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ΔP/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。
2020/7/16
（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
△P/Z～u关系，称
为干填料压降线。
【特点】 △P/Z～u
为线性关系。
2020/7/16
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
化曲线大致可分为三段 （三个区域）。
2020/7/16
填料塔流体力学特性课件
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 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。
为泛点气速，以uF表示，曲线
上的拐点称为泛点。
泛点气速
2020/7/16
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。 【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。
点称为载点。
载点气速
2020/7/16
（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称
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
2020/7/16
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
2020/7/16
【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。
2020/7/16
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。