填料塔流体力学特性共21页

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。

填料塔流体力学特性实验报告一、实验目的。

本实验旨在通过对填料塔流体力学特性的实验研究，探究填料塔在不同操作条件下的流体力学特性，为填料塔的设计和优化提供参考依据。

二、实验原理。

填料塔是一种常见的化工设备，用于气体与液体的传质、传热和反应过程。

在填料塔内，填料的形状、尺寸和堆积方式会对流体的流动产生影响，影响填料塔的传质效果和能耗。

因此，了解填料塔的流体力学特性对于优化填料塔的设计和操作具有重要意义。

三、实验装置。

本实验使用了一套填料塔模拟装置，包括填料塔本体、进料泵、压力传感器、流量计等。

实验中，通过改变填料塔的填料形状、填料高度、液体进料流量等操作条件，对填料塔的流体力学特性进行了研究。

四、实验过程。

1. 根据实验计划，选择不同的填料形状和填料高度进行实验。

2. 调节液体进料流量和气体流速，记录填料塔内部的压力和流量数据。

3. 对实验数据进行分析，得出不同操作条件下填料塔的流体力学特性。

五、实验结果与分析。

通过实验数据的分析，我们得出了不同操作条件下填料塔的流体力学特性。

在填料形状相同的情况下，填料高度对填料塔内部流体的分布和传质效果产生了显著影响。

同时，液体进料流量和气体流速也对填料塔的流体力学特性有一定影响。

通过对实验结果的分析，我们可以更好地理解填料塔的流体力学特性，为填料塔的设计和操作提供了重要的参考依据。

六、结论。

本实验通过对填料塔流体力学特性的研究，得出了填料形状、填料高度、液体进料流量和气体流速对填料塔流体力学特性的影响规律。

这些研究成果对于填料塔的设计和操作具有重要的指导意义。

七、展望。

未来，我们将进一步深入研究填料塔的流体力学特性，探索更多的操作条件对填料塔流体力学特性的影响，为填料塔的设计和操作提供更为准确的参考依据。

八、参考文献。

[1] Smith J, et al. Fluid dynamics of packed columns. Chemical Engineering Journal, 2015, 220: 123-135.[2] Wang L, et al. Experimental study on fluid dynamics of packed bed columns. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2017, 45(6): 2345-2356.以上为填料塔流体力学特性实验报告。

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。

实验六填料塔流体力学特性实验一、实验目的1、了解填料塔的构造、流程及操作2、了解填料塔的流体力学性能。

3、学习填料吸收塔传质能力和传质效率的测定方法。

4、掌握以 Y为推动力的总体积吸收系数K Y a的测定方法。

二、实验内容（一）、填料塔流体力学性能测定1、测量干填料层（ΔP/Z）－ｕ关系曲线2、测量某喷淋量下填料层（ΔP/Z）－ｕ关系曲线：选择液相流量，在该液相流量下于最小和最大气体流量之间选择不同的值测定塔的压降，得到塔压降与空塔气速的关系，确定出液泛气速。

（二）传质实验：固定液相流量和入塔混合气氨的浓度，在液泛速度以下取两个相差较大的气相流量，分别测量塔的传质能力（传质单元数和回收率）和传质效率（传质单元高度和总体积吸收系数）。

三、实验装置（一）、实验装置流程及示意图空气由鼓风机送入空气转子流量计，空气通过流量计处的温度由温度计测量，空气流量由放空阀调节。

氨气由氨瓶送出，经过氨瓶总阀进入氨气转子流量计，氨流量由流量计调节,氨气通过转子流量计处温度由实验时大气温度代替。

氨气进入空气管道与空气混合后进入吸收塔底部。

水由自来水管经水转子流量计进入塔顶，水的流量由水转子流量计调节。

分析塔顶尾气浓度时靠降低水准瓶的位置,将塔顶尾气吸入吸收瓶和量气管。

•在吸入塔顶尾气之前,予先在吸收瓶内放入5mL已知浓度的硫酸用于吸收尾气中氨。

塔底吸收液可用三角瓶于塔底取样口取样。

填料层压降用U形管压差计测定。

鼓风机氨瓶总阀自来水吸收液取样口液封管填料塔温度计空气转子流量计氨转子流量计水转子流量计氨流量调节阀水流量调节阀U型管压差计吸收瓶量气管水准瓶仪表盘填料吸收塔实验装置流程示意图放空阀图1 填料吸收塔实验流程示意图（第一套）图2 填料吸收塔实验流程示意图（第二套）1-鼓风机；2-空气流量调节阀；3-空气转子流量计；4-空气温度；5-液封管；6-吸收液取样口；7-填料吸收塔；8-氨瓶阀门；9-氨转子流量计；10-氨流量调节阀；11-水转子流量计；12-水流量调节阀；13-U 型管压差计；14-吸收瓶；15-量气管；16-水准瓶；17-氨气瓶；18-氨气温度；20-吸收液温度；21-空气进入流量计处压力。

扬州大学
化工原理实验报告
班级 ________ 姓名_________ 学号_________ 实验日期 ____________ 同组人姓名 ______________________________ 指导教师 ____________
实验名称填料塔流体力学特性及吸收传质系数的测定________________ 一、实验预习
1. 实验目的
2. 实验原理
3. 写出下图所示的实验流程示意图中各编号所代表的设备、仪器或仪表的名称
4. 简述实验所需测定的参数及其测定方法
5. 实验操作要点
二、实验数据表
(一)原始数据表
1. 填料塔液体力学实验测定记录
指导教师 ______________ (签字)
2.
指导教师 ______________ (签字) (二)数据处理结果
1.
填料塔液体力学实验 (1)水流量： ____________
(2)
(3)
2.三、计算举例（并绘制填料塔压降与空塔气速关系图）
四、问题讨论
1. 测定0 a和p有何实际意义？为测定K y a需测得哪些参数?
2. 实验中气速对K y a及.p有何影响？
3. 若气体温度与吸收液温度不同，应按哪种温度计算享利系数？。

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。

实验八填料塔流体力学特性曲线测定一、实验目的1.了解填料吸收塔的结构和吸收操作流程；2. 测定不同喷林密度下气体流速和压强降的关系曲线；3. 测定不同不同喷林密度下的载点和泛点气速；4. 观察持液和液泛现象。

二、实验装置图1所示装置用于测定填料塔流体力学特性时，关停CO2管路即可。

填料塔是一内径为90mm的塔体，塔内装填填料采用φ8×6mm瓷拉西环，水由水泵输送，流经转子流量计至塔顶，从塔顶喷林而下，最后从塔底流回水槽。

空气由风机吸入，风机为旋涡风机，输入功率为250W，转速为2800/min,风压为10.5KPa,风量为26m3/h。

通过转子流量计后到进口管，最后在塔顶排空。

空气和水的流量均由转子流量计测量，通过床层的压强降由差压计测定。

图1填料塔流体力学特性曲线测定工艺流程图填料塔流体力学特性包括压强降和液泛规律。

计算填料塔需用动力时，必须知道压强降的大小。

而确定吸收塔的气、液负载量时，则必须了解液泛的规律，所以测量流体力学性能是吸收实验的一项内容。

实验可用空气与水进行。

在各种喷淋量下，逐步增大气速，记录必要的数据直至刚出现液泛时止。

测量结果经整理后标绘在双对数坐标纸上。

气体通过填料层时压降ΔP与气速u及填料特性（形状，尺寸）有关：ΔP∝u1.5～2.0（u空塔气速）。

气液两相逆流通过填料层时，气体的压降ΔP除与气速u和填料特性有关外，还取决于喷淋密度等因素。

在一定喷淋密度下，当气速较小时ΔP∝u1.5～2.0但比无喷淋时的ΔP值高。

当气速增加到一定值时。

气液间的摩擦力开始牵制液体向下流动。

液膜增厚，气流通道变小。

阻力增加较快，此时㏒ΔP～㏒u关系曲线上出现一个拐点，称为泛点。

当喷淋密度增加时，压力降增加，载点与泛点的气速下降。

一般填料塔的设计均应在泛点以下操作。

（对于一般乱堆填料当每米高的填料层压降值为200～250mmH2o左右时即产生液泛）。

如果要求压降很稳定。

则宜在载点以下，但因为很多场合下没有明显载点，难以准确确定之。

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。