填料层的压降
填料吸收塔实验
填料吸收塔实验【实验目的】1. 了解填料吸收塔的结构和流体力学性能。
2. 学习填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法。
【实验内容】1 •测定填料层压强降与操作气速的关系，确定填料塔在某液体喷淋量下的液泛气速。
2•采用水吸收二氧化碳，空气解吸水中二氧化碳，测定填料塔的液侧传质膜系数和总传质系数。
【实验原理】1 •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 量有关，不同喷淋量下的填料层的压强降△ P 与气速u 的关系如图6-1-1所示：L 3> L 2 > L 1图6-1-1填料层的△ P 〜u 关系当无液体喷淋即喷淋量 L o =O 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：恒持液量区、载液区与液泛区。
2 •传质性能吸收系数是决定吸收过程速率高低的重要参数，而实验测定是获取吸收系数的根本途径。
对于相同的 物系及一定的设备(填料类型与尺寸)，吸收系数将随着操作条件及气液接触状况的不同而变化。
(1)膜系数和总传质系数根据双膜模型的基本假设，气相侧和液相侧的吸收质A 的传质速率方程可分别表达为L o =arK Hr△气膜G A = k g A( P A - p Ai)(6-1-7) 液膜 G A 二 k i A(C Ai - C A )式中：G A — A 组分的传质速率，kmoI s J ； 2A —两相接触面积，m ；P A —气侧A 组分的平均分压，Pa ; P Ai —相界面上A 组分的平均分压，Pa ； C A —液侧A 组分的平均浓度，kmol m C Ai —相界面上A 组分的浓度kmol m "k g —以分压表达推动力的气侧传质膜系数，kmol m^ s J Pa图6-1-2双膜模型的浓度分布图图6-1-3填料塔的物料衡算图以气相分压或以液相浓度表示传质过程推动力的相际传质速率方程又可分别表达为m s'。
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
2018/11/20
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
化工原理实验实验报告
篇一：化工原理实验报告吸收实验姓名专业月实验内容吸收实验指导教师一、实验名称：吸收实验二、实验目的：1.学习填料塔的操作；2. 测定填料塔体积吸收系数kya.三、实验原理：对填料吸收塔的要求，既希望它的传质效率高，又希望它的压降低以省能耗。
但两者往往是矛盾的，故面对一台吸收塔应摸索它的适宜操作条件。
（一）、空塔气速与填料层压降关系气体通过填料层压降△p与填料特性及气、液流量大小等有关，常通过实验测定。
若以空塔气速uo[m/s]为横坐标，单位填料层压降?p[mmh20/m]为纵坐标，在z?p~uo关系z双对数坐标纸上标绘如图2-2-7-1所示。
当液体喷淋量l0=0时，可知为一直线，其斜率约1.0—2，当喷淋量为l1时，?p~uo为一折线，若喷淋量越大，z?p值较小时为恒持z折线位置越向左移动，图中l2＞l1。
每条折线分为三个区段，液区，?p?p?p~uo关系曲线斜率与干塔的相同。
值为中间时叫截液区，~uo曲zzz?p值较大时叫液泛区，z线斜率大于2，持液区与截液区之间的转折点叫截点a。
姓名专业月实验内容指导教师?p~uo曲线斜率大于10，截液区与液泛区之间的转折点叫泛点b。
在液泛区塔已z无法操作。
塔的最适宜操作条件是在截点与泛点之间，此时塔效率最高。
图2-2-7-1 填料塔层的?p~uo关系图 z图2-2-7-2 吸收塔物料衡算（二）、吸收系数与吸收效率本实验用水吸收空气与氨混合气体中的氨，氨易溶于水，故此操作属气膜控制。
若气相中氨的浓度较小，则氨溶于水后的气液平衡关系可认为符合亨利定律，吸收姓名专业月实验内容指导教师平均推动力可用对数平均浓度差法进行计算。
其吸收速率方程可用下式表示： na?kya???h??ym（1）式中：na——被吸收的氨量[kmolnh3/h]；?——塔的截面积[m2]h——填料层高度[m]?ym——气相对数平均推动力kya——气相体积吸收系数[kmolnh3/m3·h]被吸收氨量的计算，对全塔进行物料衡算（见图2-2-7-2）：na?v(y1?y2)?l(x1?x2) （2）式中：v——空气的流量[kmol空气/h]l——吸收剂（水）的流量[kmolh20/h]y1——塔底气相浓度[kmolnh3/kmol空气]y2——塔顶气相浓度[kmolnh3/kmol空气]x1，x2——分别为塔底、塔顶液相浓度[kmolnh3/kmolh20]由式（1）和式（2）联解得：kya?v(y1?y2)（3） ??h??ym为求得kya必须先求出y1、y2和?ym之值。
填料分类选择
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其表面润湿性能。(3)金属填料 金属填料可用多种材质制成，选择时主要考虑腐蚀问题。碳钢填料造价低，且具有良好的表面润湿性能，对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用；不锈钢填料耐腐蚀性强，一般能耐除Cl– 以外常见物系的腐蚀，但其造价较高，且表面润湿性能较差，在某些特殊场合（如极低喷淋密度下的减压精馏过程），需对其表面进行处理，才能取得良好的使用效果；钛材、特种合金钢等材质制成的填料造价很高，一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用。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。
填料的几何特性数据主要包括比表面积、空隙率、填料因子等，是评价填料性能的基本参数。
（1）比表面积单位体积填料的填料表面积称为比表面积，以a表示，其单位为m2/m3。填料的比表面积愈大，所提供的气液传质面积愈大。因此，比表面积是评价填料性能优劣的一个重要指标。
（2）空隙率单位体积填料中的空隙体积称为空隙率，以e 表示，其单位大且压降低。因此，空隙率是评价填料性能优劣的又一重要指标。3）填料因子填料的比表面积与空隙率三次方的比值，即a/e 3，称为填料因子，以f表示，其单位为1/m。它表示填料的流体力学性能，f值越小，表明流动阻力越小。 填料性能的优劣通常根据效率、通量及压降三要素衡量。在相同的操作条件下，填料的比表面积越大，气液分布越均匀，表面的润湿性能越好，则传质效率越高；填料的空隙率越大，结构越开敞，则通量越大，压降亦越低。采用模糊数学方法对九种常用填料的性能进行了评价，丝网波纹填料综合性能最好，拉西环最差。
关于填料吸收塔的计算
本例中： 本例中：
气相质量流量为： 气相质量流量为：
wV = 2400 × 1.257 = 3016.8kg / h
液相质量流量可近似按纯水的流量计算，即 液相质量流量可近似按纯水的流量计算，
Eckert通用关联图的横坐标为： Eckert通用关联图的横坐标为： 通用关联图的横坐标为
WL ρV 0.5 78321.77 1.257 0.5 ( ) = ( ) = 0.921 WV ρ L 3016.8 998.2
L Y −Y ( ) min = 1 2 V X '1 − X 2
或 所以
操作液气比
L L = (1.1 ~ 2.0)( ) min V V
⑴ 进塔气相摩尔比： 进塔气相摩尔比： ⑵ 出塔气相摩尔比： 出塔气相摩尔比：
y1 0.05 Y1 = = = 0.0526 1 − y1 1 − 0.05
Y1 = Y1 (1 − ϕ ) = 0.0526(1 − 0.095) = 0.00263
⑶ 溶解度系数为： 溶解度系数为：
988.2 H= = = 0.0156kmol /( kPa ⋅ m 3 ) EM s 3.来自5 × 103 × 18.02
ρL
3.最小液气比 3.最小液气比
L Y1 − Y2 由图解得 ( ) min = * V X1 − X 2
若 则
Y * = mX
L Y1 − Y2 ( ) min = Y1 V − X2 m
此例采用“脱吸因素法” 此例采用“脱吸因素法”求解
Y1* = mX 1 = 35.04 × 0.0011 = 0.0385
Y2 * = mX 2 = = 0 Y * = mX 0
2 2
脱吸因素为： 脱吸因素为：
第四章塔径泛点气速空塔气速填料高度压降等计算
第四章 填料精馏塔的工艺计算4.1 低压塔塔径、泛点气速、空塔气速、填料高度及压降计算由第一章PROII 模拟出的说明书可以得到数据表4.1塔顶蒸汽量G 2 塔中蒸汽量G 14 塔中蒸汽量G 15 塔底蒸汽量G 27 4368Kg/HR 4383Kg/HR 4445Kg/HR 4886Kg/HR 塔顶液体量L 1 塔中液体量L 13 塔中液体量L 14 塔底液体量L 26 3140Kg/HR 3155Kg/HR 7784Kg/HR 8224Kg/HR 汽相密度ρG2 汽相密度ρG14汽相密度ρG15汽相密度ρG272.874369Kg/m 33.03973Kg/m 33.06215Kg/m 33.34082Kg/m 3液相密度ρL1 液想密度ρL13液相密度ρL14液相密度ρL26816.676Kg/m 3 796.028Kg/m 3793.248Kg/m 3777.496Kg/m 3汽相粘度μG2 汽相粘度μG14汽相粘度μG15汽相粘度μG278.9907E-06Pa ·s 9.1563E-06Pa ·s9.1528E-06Pa ·s9.0660E-06Pa ·s液相粘度μL1液想粘度μL13液相粘度μL14液相粘度μL263.1054E-04Pa ·s 2.6658E-04Pa ·s 2.6165E-04Pa ·s 2.2445E-04Pa ·s根据表4.1求平均值可得下表4.2表4.2低压塔精馏段 提馏段 液体量L Kg/HR 3147.5 8004 液相密度ρ Kg/m 3 806.352 785.372 液相粘度μ Pa ·s 2.8856 E-04 2.4305 E-04 蒸汽量G Kg/HR 4375.5 4665.5 汽相密度ρ Kg/m 3 2.9570453.2014854.1.1 塔经的计算L G GL FP ρρ=式中：L ——塔内液相流率，Kg/h ； G ——塔内气相流率，Kg/h ； ρG ——塔内气相密度，Kg/m 3； ρL ——塔内液体密度，Kg/m 3。
一、填料层的持液量 填料层的持液量是指在一定操作的条件下,在单位体积填料层内所积存的液体体积。
填料床层发生松动和跳动。
填料压紧 装置类型
栅板型√
网板型
三、液体分布装置
液体分布装置作用是将进塔液体均匀分布，以 喷洒在填料层的上方。
液体分布 装置类型
喷头式 盘式
管式√ 槽式√ 槽盘式√
喷头式液体分布器
盘式液体分布器
管式液体分布器
槽式液体分布器
槽盘式液体分布器
四、液体收集及再分布装置
纵坐标
u 2
g
(
V L
)
0.5 L
H2O L
二、填料塔工艺尺寸的计算
(2) 动能因子法
气相动能因子 F
操作气速 u
F u V
气相动能因子 F的获得
❖ 查有关填料手册 ❖ 由实验测定
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
二、填料塔工艺尺寸的计算
① 贝恩－霍根关联式
lg[
u
2 F
g
( a )( V 3 L
)
0.2 L
]
A K(WL WV
)1/ 4 ( V L
)1/ 8
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。
埃克特通用关联图
横坐标
WL ( V )0.5 WV L
填料
公称
塔
直径
径
一、填料的选择
(2)规整填料规格的选择 规整填料常用的规格（比表面积） 125 150 250 350 500 700
同种类型的规整填料，其比表面积越大，传 质效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用 也明显增加。故选用时，应从分离要求、通量要 求、场地条件、物料性质以及设备投资、操作费 用等方面综合考虑。
化工原理实验报告吸收实验要点
化工原理实验报告吸收实验要点————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:ﻩ一、 实验名称：吸收实验二、实验目的：１.学习填料塔的操作;2． 测定填料塔体积吸收系数K Y ａ.三、实验原理：对填料吸收塔的要求,既希望它的传质效率高,又希望它的压降低以省能耗。
但两者往往是矛盾的,故面对一台吸收塔应摸索它的适宜操作条件。
(一)、空塔气速与填料层压降关系气体通过填料层压降△P 与填料特性及气、液流量大小等有关,常通过实验测定。
若以空塔气速o u [m/s]为横坐标，单位填料层压降ZP∆[mmH 20／m]为纵坐标，在双对数坐标纸上标绘如图2-2-7-１所示。
当液体喷淋量L 0＝0时,可知ZP∆~o u 关系为一直线,其斜率约1.0—2，当喷淋量为L 1时,ZP∆~o u 为一折线,若喷淋量越大，折线位置越向左移动,图中L 2>L 1。
每条折线分为三个区段,ZP∆值较小时为恒持液区，Z P ∆~o u 关系曲线斜率与干塔的相同。
Z P ∆值为中间时叫截液区,ZP∆~o u 曲线斜率大于２,持液区与截液区之间的转折点叫截点Ａ。
Z P ∆值较大时叫液泛区,ZP∆~o u 曲线斜率大于10,截液区与液泛区之间的转折点叫泛点B 。
在液泛区塔已无法操作。
塔的最适宜操作条件是在截点与泛点之间,此时塔效率最高。
吸收实验图2-2－7－1 填料塔层的ZP∆～o u 关系图图2－２-7-２ 吸收塔物料衡算（二)、吸收系数与吸收效率本实验用水吸收空气与氨混合气体中的氨，氨易溶于水,故此操作属气膜控制。
若气相中氨的浓度较小，则氨溶于水后的气液平衡关系可认为符合亨利定律,吸收平均推动力可用对数平均浓度差法进行计算。
其吸收速率方程可用下式表示:m Ya A Y H K N ∆⋅⋅Ω⋅=(1)式中:N A ——被吸收的氨量[kmolN Ｈ3／h];Ω——塔的截面积［m 2]H ——填料层高度[m ］∆Y m ——气相对数平均推动力ＫY a ——气相体积吸收系数[k ｍolN Ｈ3／m ３·h] 被吸收氨量的计算,对全塔进行物料衡算(见图2-2-７-２)：)()(2121X X L Y Y V N A -=-=(2)式中：V ——空气的流量[ｋmol 空气／h]Ｌ——吸收剂（水）的流量[kmol Ｈ2０/h] Y １——塔底气相浓度[ｋｍｏｌNH 3/kmol 空气] Y ２——塔顶气相浓度[kmolNH 3/km ｏｌ空气］X 1，X ２——分别为塔底、塔顶液相浓度［kmo ｌＮH 3/kmolH 20]由式(1）和式（2)联解得:mYa Y H Y Y V K ∆⋅⋅Ω-=)(21（3）为求得ＫＹa 必须先求出Y １、Y 2和∆Y m 之值。
化工原理实验（思考题答案）
化⼯原理实验（思考题答案）实验1 流体流动阻⼒测定1. 启动离⼼泵前，为什么必须关闭泵的出⼝阀门？答：由离⼼泵特性曲线知，流量为零时，轴功率最⼩，电动机负荷最⼩，不会过载烧毁线圈。
2. 作离⼼泵特性曲线测定时，先要把泵体灌满⽔以防⽌⽓缚现象发⽣，⽽阻⼒实验对泵灌⽔却⽆要求，为什么？答：阻⼒实验⽔箱中的⽔位远⾼于离⼼泵，由于静压强较⼤使⽔泵泵体始终充满⽔，所以不需要灌⽔。
3. 流量为零时，U 形管两⽀管液位⽔平吗？为什么？答：⽔平，当u=0时柏努利⽅程就变成流体静⼒学基本⽅程：21212211,,Z Z p p g p Z g P Z ==+=+时当ρρ4. 怎样排除管路系统中的空⽓？如何检验系统内的空⽓已经被排除⼲净？答：启动离⼼泵⽤⼤流量⽔循环把残留在系统内的空⽓带⾛。
关闭出⼝阀后，打开U 形管顶部的阀门，利⽤空⽓压强使U 形管两⽀管⽔往下降，当两⽀管液柱⽔平，证明系统中空⽓已被排除⼲净。
5. 为什么本实验数据须在双对数坐标纸上标绘？答：因为对数可以把乘、除变成加、减，⽤对数坐标既可以把⼤数变成⼩数，⼜可以把⼩数扩⼤取值范围，使坐标点更为集中清晰，作出来的图⼀⽬了然。
6. 你在本实验中掌握了哪些测试流量、压强的⽅法？它们各有什么特点？答：测流量⽤转⼦流量计、测压强⽤U 形管压差计，差压变送器。
转⼦流量计，随流量的⼤⼩，转⼦可以上、下浮动。
U 形管压差计结构简单，使⽤⽅便、经济。
差压变送器，将压差转换成直流电流，直流电流由毫安表读得，再由已知的压差~电流回归式算出相应的压差，可测⼤流量下的压强差。
7. 读转⼦流量计时应注意什么？为什么？答：读时，眼睛平视转⼦最⼤端⾯处的流量刻度。
如果仰视或俯视，则刻度不准，流量就全有误差。
8. 假设将本实验中的⼯作介质⽔换为理想流体，各测压点的压强有何变化？为什么？答：压强相等，理想流体u=0，磨擦阻⼒F=0，没有能量消耗，当然不存在压强差。
,2222222111g u g p Z g u g P Z ++=++ρρ∵d 1=d 2 ∴u 1=u 2 ⼜∵z 1=z 2（⽔平管）∴P 1=P 29. 本实验⽤⽔为⼯作介质做出的λ－Re 曲线，对其它流体能否使⽤？为什么？答：能⽤，因为雷诺准数是⼀个⽆因次数群，它允许d 、u 、ρ、变化。
填料塔泛点_压降模型计算比较
A 36198 66159 61118 36130 65136 81166 56194 112139 26187 48163 51170 75131 16156 21162 30183 24168 41161 31106 32152
Cp 01763 11003 01957 01698 01927 01865 01662 11242 01435 01632 01641 01882 01292 01344 01355 01295 01453 01252 01262
表 2 填料塔压降范围[1 ] 单位 : mmH2O/ m
吸收
系统不起泡 系统起泡
20～35
8～20
蒸馏 常压或加压
35～65
真空 8～35
(1) 目前 , 工程上广泛运用的散堆填料压 降计算模型是 Eckert 填料层压降通用关联图 , 总的来说 , 通用关联图具有较高的准确性 , 特别 是对于空气 —水系统 。对于大多数非水系统 , 当 流动参数 FP 在 0105～013 时 , 其准确性较高 ; 当流动参数 FP > 013 或 FP < 0105 时 , 其准确性 比较差 , 且往往偏低 。同时 , Eckert 压降通用关 联图仅适用于散堆填料 , 对于规整填料误差较 大。
从上世纪 60 年代至今 , 国内外科研人员对 各种填料进行了广泛的实验研究 , 得到了泛点 、 压降 、持液量等大量数据和计算公式[1～6 ] 。近年 来一些研究者从基本原理出发 , 综合了现代填料 的实验数据 , 提出了系统的流体力学参数和计算 关联式 , 其中国外报道运用较好的有 Billet 模型 和 S - B - F 模型 。对于国产的各类散堆和规整 填料 , Billet 模型和 S - B - F 模型在设计中的具 体运用情况未见详细报道 。
化工原理实验(10个)资料
实验一 流体流动阻力的测定一、实验目的1. 掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法；2. 测定直管摩擦系数λ~R e 的关系，验证在一般湍流区内λ、R e 与ε/d 的函数关系；3. 测定流体流经阀门及突然扩大管时的局部阻力系数ζ；4.测定层流管的摩擦阻力。
二、实验原理流体流经直管时所造成机械能损失为直管阻力损失。
流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。
(1) 直管阻力摩擦系数λ的测定:流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：2122f p p l u h d λρ-== 即 1222()d p p luλρ-= 层流时：λ=64/Re; 湍流时：λ是Re 和ε/d 的函数，须由实验测定。
（2）局部阻力系数的测定: 局部阻力通常有两种表示方法，即当量长度法和阻力系数法。
本实验采用阻力系数法进行测定。
22f u h ζ=三、实验装置与流程实验装置部分是由水箱，离心泵，不同管径、材质的水管，各种阀门、管件，涡轮流量计和倒U 形压差计等所组成。
管路部分由五段并联的长直管，自上而下分别为用于测定层流阻力、局部阻力、光滑管直管阻力、粗糙管直管阻力和扩径管阻力。
测定阻力部分使用不锈钢管，其上装有待测管件（球阀或截止阀）；光滑管直管阻力的测定同样使用内壁光滑的1、水箱2、离心泵3、涡轮流量计4、层流水槽5、层流管6、截止阀7、球阀8、光滑管9、粗糙管 10、突扩管 11、孔板流量计 12、流量调节阀不锈钢管，而粗糙管直管阻力的测定对象为管道内壁较粗糙的镀锌管。
本装置的流量使用涡轮流量计测量。
管路和管件的阻力采用各自的倒U形压差计测量，同时差压变送器将差压信号传递给差压显示仪。
四、实验步骤1. 首先对水泵进行灌水，然后关闭出口阀门，启动水泵电机，待电机转动平稳后，把泵的出口阀缓缓开到最大；2. 同时打开被测管线上的开关阀及面板上与其相应的切换阀，关闭其他的开关阀和切换阀，保证测压点一一对应；3. 改变流量测量流体通过被测管的压降，每次改变流量（变化10L/min左右），待流动达到稳定后，分别仪表控制箱上的压降数值；4. 实验结束，关闭出口阀，停止水泵电机，清理装置。
氨气吸收(清水)化工原理课程设计 (2)精选全文
可编辑修改精选全文完整版设计任务书（一）设计题目试设计一座填料吸收塔，采用清水吸收混于空气中的氨气。
混合气体的处理量为2200m3/h，其中含氨为8%（体积分数），混合气体的进料温度为25℃。
要求：氨气的回收率达到97% 。
（二）操作条件（1）操作压力：常压（2）操作温度：20℃（3）采用清水进行吸收，吸收剂的用量为最小用量的1.5倍。
（20C°氨在水中的溶解度系数为H＝0.725kmol/m3.kPa）（三）填料类型采用散装聚丙烯DN阶梯环填料。
50（四）设计内容（1）设计方案的确定和说明（2）吸收塔的物料衡算；（3）吸收塔的工艺尺寸计算；（4）填料层压降的计算；（5）液体分布器简要设计；（6）绘制液体分布器施工图（7）吸收塔接管尺寸计算；（8）设计参数一览表；（9）绘制生产工艺流程图（A3号图纸）；（10）绘制吸收塔设计条件图（A3号图纸）；（11）对设计过程的评述和有关问题的讨论。
目录1. 设计方案简介 (1)1.1设计方案的确定 (1)1.2填料的选择 (1)2. 工艺计算 (2)2.1 基础物性数据 (2)2.1.1液相物性的数据 (2)2.1.2气相物性的数据 (2)2.1.3气液相平衡数据 (2)2.1.4 物料衡算 (3)2.2 填料塔的工艺尺寸的计算 (4)2.2.1 塔径的计算 (4)2.2.2 填料层高度计算 (5)2.2.3 填料层压降计算 (8)2.2.4 液体分布器简要设计 (8)3. 辅助设备的计算及选型 (9)3.1 填料支承设备 (9)3.2填料压紧装置 (10)3.3液体再分布装置 (10)4. 设计一览表 (10)5. 后记 (11)6. 参考文献 (11)7. 主要符号说明 (12)8. 附图（工艺流程简图、主体设备设计条件图） (13)1.设计方案简介1.1设计方案的确定本设计任务为吸收空气中的氨气。
用水吸收氨气属易溶解的吸收过程，所以本次设计的吸收剂为清水。
填料塔的原理及结构,一看就懂!
填料塔的原理及结构，一看就懂！填料塔（Packing Column）是塔设备的一种。
塔内填充适当高度的填料，以增加两种流体间的接触表面。
例如应用于气体吸收时，液体由塔的上部通过分布器进入，沿填料表面下降。
气体则由塔的下部通过填料孔隙逆流而上，与液体密切接触而相互作用。
结构较简单，检修较方便。
广泛应用于气体吸收、蒸馏、萃取等操作。
1填料塔的结构◆填料层：提供气液接触的场所。
◆液体分布器：均匀分布液体，以避免发生沟流现象。
◆液体再分布器：避免壁流现象发生。
◆支撑板：支撑填料层，使气体均匀分布。
◆除沫器：防止塔顶气体出口处夹带液体。
气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。
填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。
2填料塔的附件填料塔的附件有填料支撑装置、液体分布装置、液体再分布器、除沫装置、填料压紧装置这五种。
⑴填料支撑装置主要用途是支撑塔内的填料，同时又能保证气液两相顺利通过。
若设计不当，填料塔的液泛可能首先在填料支撑装置上发生。
对填料支撑装置的要求：◆对于普通填料，支撑装置的自由截面积应不低于全塔面积的50%，并且要大于填料层的自由截面积；◆具有足够的机械强度、刚度；◆结构要合理，利于气液两相均匀分布，阻力小，便于拆装。
⑵液体分布装置液体在填料塔内均匀分布，可以增大填料的润湿表面积。
以提高分离效率，因此液体的初始分布十分重要。
常用的液体分布装置有：莲蓬式、盘式、齿槽式及多孔环管式分布器等。
液体分布器的性能主要由分布器的布液点密度（即单位面积上的布液点数），各布液点均匀性，各布液点上液相组成的均匀性决定，设计液体分布器主要是决定这些参数的结构尺寸。
对液体分布器的选型和设计，一般要求：液体分布要均匀；自由截面率要大；操作弹性大；不易堵塞，不易引起雾沫夹带及起泡等；可用多种材料制作，且操作安装方便，容易调整水平。
化工原理第五章(填料塔)
2013-7-14
④弧鞍与矩鞍（berl saddle and intolox saddle）
【弧鞍形填料】
1931年出
现的这类填
料称弧鞍形
填料，是因
形如马鞍而
得名。
2013-7-14
【结构特点】这种填料层中主要为弧形的液体通道
，填料层内的空隙较环形填料（尤其较拉西环填料
主，增加了填料间的空隙，可以促进液膜的表面更
新，有利于传质效率的提高。
2013-7-14
2013-7-14
【性能特点】（1）由于高径比减少，使得气体绕填 料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料
层的阻力。
（2）阶梯环的性能略优于鲍尔环，与鲍尔环相比，
生产能力可提高10%，气体阻力可降低5%左右，是
2013-7-14
金属拉西环
2013-7-14
塑料拉西环
2013-7-14
【拉西环的性能特点】 （1）拉西环是最早使用的人造填料（此前的填料为
碎石、砖块、焦炭等），制造容易，曾得到极为广
泛的应用。
（2）大量的工业实践表明，拉西环由于高径比太大，
堆积时相邻之间容易形成线接触，填料层的均匀性
差。因此，拉西环填料层中的液体存在着严重的壁
接触时间长，气液趋于平衡态，在塔内几乎不构成
有效传质区。
【结论】填料的比表面积并非有效的传质面积。
2013-7-14
（2） 空隙率ε 【定义】塔内单位体积填料层具有的空隙体积， m2/m3。 【影响】ε为一分数。ε值大则气体通过填料层的阻 力小，故ε值以高为宜。 填料的空隙率越大，气体通过的能力（处理能力 ）越大且压降低。因此，空隙率是评价填料性能优 劣的又一重要指标。
吸收实验
1、单位时间氧解吸量GA
L=150L/h=150×1000÷18×(1-2.025×10-6) =8.33Kmol/h
GA=L（x1-x2）=8.33×（2.025×10-6-1.575×10-6）=3.748×10-6Kmol/h
4、液相总传质单元高度
HoL= =8.33/(1034.34×0.25×3.14×0.12)=1.026m
六、实验结果分析与讨论
从实验仪器可以大致知道液相总传质单元高度大约在1米左右，与实验计算结果近似，说明实验基本正确。
七、思考题解答
1、填料塔在一定喷淋量时，气相负荷应控制在那个范围内进行操作？
答：水喷淋密度取10~15(m3/m2.h)，空塔气速则维持在0.5~0.8(m/s)，氧气流0.01~0.02(m3/s)
式中：
GA–单位时间内氧的解析量[kmol/h]
Kxa–总体积传质系数[kmol/m3·h·Δx]
Vp–填料层体积[m3]
Δxm–液相对数平均浓度差
x1-液相进塔时的摩尔分率(塔顶)
x2–液相出塔时的摩尔分率(塔底)
xe2–与出塔气相y2平衡的液相摩尔分率(塔底)
Z–填料层高度[m]
Ω–塔截面积[m2]
L–解吸液流量[kmol/h]
HOL-以液相为推动力的传质单元高度
NOL–以液相为推动力的传质单元数
由于氧气为难溶气体，在水中的溶解度很小，因此传质阻力几乎全部集中于液膜中，即Kx=kx，由于属液膜控制过程，所以要提高总传质系数Kxa，应增大液相的湍流程度。
在y-x图中，解吸过程的操作线在平衡线下方，本实验中海是一条平行于横坐标的水平线(因氧在水中浓度很小)。
化工分离过程过程性考核试卷(三) - 答案
化工分离过程过程性考核试卷（三）一．填空题（每空1分，本大题共16分）1.填料层的压降由 载 点和 泛 点分为恒持液量区、载液区和液泛区。
2.液-液萃取中，萃取相和萃余相脱除溶剂后，分别称为 萃取液 和 萃余液 。
3.正常操作的填料吸收塔内，连续相为 气相 ，分散相为 液相 。
4.液-液萃取的三角形相图中，两相区内的混合物分成两个互相平衡的液相，称为共轭 相；当加入A 的量使混合液恰好由两相变成一相时，其组成点称为 混溶点 。
5.正常操作的板式精馏塔内，连续相为 液相 ，分散相为 气相 。
6.适宜的溶剂用量应根据 操作 费用和 设备 费用之和最小的原则来确定。
7.填料的几何特性数据主要包括 比表面积 、 空隙率 和 填料因子 。
8.多级萃取主要包括多级 逆流 萃取和多级 错流 萃取。
二、单项选择题：（每空1分，本大题共16分） 在每小题列出的四个备选项中选出一个正确答案的代号填写在题后的括号内。
9.板式精馏塔操作时，塔板上气液两相的接触状态通常控制在（C ）A .鼓泡接触状态B .蜂窝状接触状态C .泡沫接触状态D .喷雾接触状态10.三元液-液萃取中，若组分B 、S 完全不互溶，则萃取的选择性系数（ C ）A .等于0B .等于1C .趋于无穷大D .大于0而小于111.若增加塔板间距，而其他条件不变，则板式塔的液沫夹带现象将（ A ）A .减小B .增加C .不受影响D .不确定12.液-液萃取的三角形相图中，联结两共轭组成坐标的直线称为（ B ）A .溶解度曲线B .联结线C .辅助曲线D .分配曲线13.通常为了保证板式塔的正常操作，塔板的漏液量应不大于液体流量的（ B ）A .1%B .10%C .20%D .30%14.在三元液-液萃取的三角形相图中，将相图分为两相区和均相区的曲线称为（A ）A.溶解度曲线B.联结线C.辅助曲线D.分配曲线15.三元液-液萃取中，若y A=0.4，y B=0.1，x B=0.8，x S=0.1，则选择性系数为（D ）A.4B.8C.16D.3216.下列因素，可增加填料塔泛点气速的为（B ）A.气体密度增大B.液体密度增大C.液体黏度增大D.液气比增大17.塔板的负荷性能图中，增大塔板间距，液泛线将（A ）A.上移B.下移C.不变D.不确定18.关于液-液萃取中萃取剂的选择原则，下列结论不正确的是（C ）A.选择性要高B.与原料液中组分的相对挥发度要大C.界面张力要大D.黏度要低19.三元液-液萃取中，若y A=0.4，y B=0.1，x B=0.7，x S=0.1，则S的分配系数为（C ）A.2B.4C.5D.720.与板式塔相比，填料塔（A ）A.生产能力大B.分离效率低C.压力降大D.持液量大21.塔板的负荷性能图中，减小塔板开孔率，漏液线将（B ）A.上移B.下移C.不变D.不确定22.下列萃取设备中，属于连续接触式的为（B ）A.混合澄清器B.填料萃取塔C.筛板萃取塔D.脉冲筛板塔23.辅助曲线与溶解度曲线的交点称为（B ）A.混溶点B.临界混溶点C.差点D.和点24.下列装置中，不属于填料塔内件的为（A ）A.溢流堰B.液体分布器C.液体再分布器D.支撑板三、判断题：判断下列各题是否正确，正确的在题后括号内划√，错误的划×。
填料层的压强降与气速的关系曲线
填料层的压强降与气速的关系曲线在化工工艺中，填料层是一种常见的传质设备，用于气体与液体之间的传质和传热。
而填料层的压强降与气速的关系曲线，则是描述填料层内气体在不同气速下所产生的压降变化规律。
本文将深入探讨填料层的压强降与气速的关系曲线，帮助读者全面理解这一重要概念。
1. 填料层的压强降与气速的关系在填料层内，气体经过填料层时，会产生压降。
这种压降与气速之间存在着一定的关系。
一般来说，随着气速的增大，填料层内的压降也会相应增大。
这种关系可以用曲线来表示，即填料层的压强降与气速的关系曲线。
2. 曲线的特点填料层的压强降与气速的关系曲线呈现出一些特点。
当气速较小时，曲线呈现近似线性的增长趋势，随着气速的升高，曲线逐渐变为非线性增长。
而在一定范围内，曲线可能会出现拐点，拐点之后压降的增长速率会变得更快。
这些特点对于填料层的设计和操作具有重要的指导意义。
3. 压降与传质传热的关系填料层的压降与气速的关系对于填料层内的传质传热过程具有直接影响。
一般来说，对于需要进行传质传热的化工过程，填料层内需要适当的气体流速，以保证传质效果。
高气速下的较大压降也会带来一定的能耗成本。
通过填料层的压强降与气速的关系曲线，可以优化填料层的运行参数，提高传质传热效率，降低能耗。
4. 个人观点和理解我个人认为，填料层的压强降与气速的关系曲线是填料层设计和运行过程中的重要参考依据。
了解这一曲线的特点和规律，有助于优化填料层的操作参数，提高传质传热效果，降低能耗成本。
对于填料层的改进和创新也具有一定的指导意义，可以进一步完善传质设备的性能。
总结回顾在本文中，我们深入探讨了填料层的压强降与气速的关系曲线，分析了曲线的特点以及与传质传热的关系。
通过对这一重要概念的全面理解，读者可以更好地应用填料层于化工工艺中，提高工艺效率，降低能耗成本。
本文也共享了个人对这一主题的观点和理解，希望能为读者提供一些启发和借鉴。
填料层的压强降与气速的关系曲线是化工领域中的重要概念，具有广泛的应用价值和深远的意义。
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第四章 吸收操作技术
化工单元操作技术
二、亨利定律
当总压不高时,在一定温度下,稀溶液上方气体溶质的平 衡分压与溶质在液相中的摩尔分率成正比,这就是亨利定 律。
其表达式为: p*=Ex
E:亨利系数,由实验测定，单位与压强单位一致。
T E 溶解度
在同一溶剂中，难溶气体的E值很大，易溶气体的E值则 很小。
第四章 吸收操作技术
化工单元操作技术
填料塔正常操作
第四章 吸收操作技术
化工单元操作技术
吸收的理论知识
一、吸收操作的分类
• 按是否有化学反应分:物理吸收、化学吸收 • 按有无明显温度变化分:等温吸收、非等温
吸收 • 按组分数分:单组分吸收、多组分吸收 • 按浓度分:低浓度气体吸收、 高浓度气体吸
收 • 本章主要讨论:低浓度单组分等温的物理吸
吸收 吸收
x=0.1 y=0.05 y*=0.1×0.94=0.094 > y x*=0.05/0.94=0.053 < x
气体通过填料层的压力降
• 当液体自塔顶向下借重力在填料表面作膜状流动时,膜 内平均流速决定于流动的阻力。而此阻力来自于液膜 与填料表面,及液膜与上升气流之间的摩擦。
• 液膜厚度不仅取决于液体流量,而且与气体流量有关 • 气量 液膜厚 填料内的持液量 • 图7-29为不同液体喷淋量下取得的填料层压力降与空
化工单元操作技术
载点（L点）:空塔气速u增大到uL以后,气速以使上升 气流与下降液体间摩擦力开始阻碍液体顺利下流,使 填料表面持液量增多,占去更多空隙,气体实际速度与 空塔气速的比值显著提高,故压力降比以前增加的快, 这种现象称载液,L点称载点。
泛点F:u增大到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,塔的 操作极不稳定,甚至被完全破坏,这种现象称液泛,F点 称为泛点。
第四章 吸收操作技术
化工单元操作技术
亨利定律的不同表达形式： p*=c/H
H:溶解度系数,单位:kmol/(kN ·m) H=/Ems
y*=mx m:相平衡常数 总压P一定时y*=p*/P=(E/P)x=mx m=E/P T p m溶解度
第四章 吸收操作技术
化工单元操作技术
x X 1 X
线C的载点和泛点气速都比线B的更低 目前一般认为填料塔的正常操作状态只到泛点为止.
第四章 吸收操作技术
化工单元操作技术
埃克特通用关联 图的应用： (1)求泛点气速。 (2)根据工艺规定 的允许压降值计 算空塔气速，或 根据选定的空塔 气速计算压降。
第四章 吸收操作技术
化工单元操作技术
填料塔的液泛与持液量 • 填料塔液泛
单位:l/m。 填料阻力 发生液泛时的气速 亦即流体 力学性能好 • 4 单位堆积体积的填料数目 • 填料尺寸 数目 气流阻力 填料造价 • 填料尺寸 塔壁处 气流易短路,为控制气流不均匀,填料 尺寸不应大于（1/10----1/8）D
第四章 吸收操作技术
化工单元操作技术
的耐腐蚀填料。 • （6）适用于热敏性物料，因为填料塔持液量低
，物料在塔内停留时间短。 • （7）操作弹性较小，对液体负荷的变化特别敏
感。当液体负荷较小时，填料表面不能和好地润 湿，传质效果急剧下降；当液体负荷过大时，则 易产生液泛。 • （8）不宜处理易聚合或含有固体颗粒地物料。
第四章 吸收操作技术
化工单元操作技术
三、填料塔的结构与特点
填料塔的结构与特点 ：
• （1）结构简单，便于安装，小直径的填料塔造 价低。
• （2）压力降较小，适合减压操作，且能耗低。 • （3）分离效率高，用于难分离的混合物，塔高
较低。 • （4）适于易起泡物系的分离，因为填料对泡沫
有限制和破碎作用。 • （5）适用于腐蚀性介质，因为可采用不同材质
化工单元操作技术
填料的类型及性能评价
• 填料特性有： • 1 比表面积 单位体积填料层所具有的表面积称为填料的
比表面积，以表示，其单位为m2/m3 ； 传质面积 • 2 空隙率 • 单位体积填料层所具有的空隙体积，应尽可能大,以提高
气液通过能力和减小气液阻力 • 3 填料因子 • 把有液体喷淋条件下实测的/ 3相应数值称湿填料因子,
塔气速的双对数关系线： • 线A:气体通过干填料层时,压力降与空塔气速的关系,为
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。
1、实体填料
第四章 吸收操作技术
化工单元操作技术
2、网状填料
第四章 吸收操作技术
化工单元操作技术
填料塔的附件
填料支承装置
填料压紧装置
第四章 吸收操作技术化工单元操作技术液体分布装置液体再分布装置
第四章 吸收操作技术
化工单元操作技术
除沫装置
第四章 吸收操作技术
化工单元操作技术
四、填料塔的流体力学性能
y*=mx
Y* 1Y*
mX 1 X
y Y 1Y
Y * mX 1 (1 m)X
亨利定律是稀溶液定律,则x很小,1+（1-m）X=1则
Y*=mX
第四章 吸收操作技术
化工单元操作技术
三、相平衡与吸收的关系
1、判断过程进行方向
x=0.05 y=0.1 y*=0.94x y*=0.94×0.05=0.047 > y x*=0.1/0.94=0.106 > x
一、工业吸收过程
必须解决问题：
1、选择合适的吸 收剂；
2、提供合适的气 液传质设备；
3、吸收剂的再生 循环使用。
吸收塔
解吸塔
第四章 吸收操作技术
化工单元操作技术
二、吸收在工业生产中的应用
（1）净化或精制气体 （2）制备某种气体的溶液 （3）回收混合气体中的有用组分 （4）废气治理，保护环境
第四章 吸收操作技术