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。
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
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。
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，
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
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）
uF
wenku.baidu.com
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
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
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
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
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。
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
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。
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
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。
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，
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
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）
uF
wenku.baidu.com
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
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
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
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
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。
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