填料塔流体力学特性解读

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。

(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。

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。

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。

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。

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。