实验八 填料吸收塔流体力学性能测定

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'。

实验一填料塔吸收实验一、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. 通过实验了解ΔP—u曲线对工程设计的重要意义。

二、实验原理（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。

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。

三、装置及流程空气由风机供给进入空气缓冲罐再由阀调节空气流量，经空气转子流量计计量，并在管路中与氨（经转子流量计计量）混合后进入塔底，混合气在塔中经水吸收后，尾气从塔顶排出。

出口处有尾气稳压阀，以维持一定的尾气压力（约100-200mmH2O）作为尾气通过分析器的推动力。

自来水经转子流量计计量后，进入塔顶喷淋气喷出，塔底吸收液经排液管证液封。

氨气由氨瓶供给，缓慢开启氨瓶阀，二氨气即进入自动减压阀，稳压0.1Mpa 范围以内。

氨压表指示氨瓶内部压力，氨压表指示减压后的压力。

流程图如下所示1、氨气阀2、6氨压表3、减压阀4、氨瓶5、11温度计 7、空气缓冲罐 8、氨压表 9、15、28转子流量计 10、氨压计 12、空气缓冲罐 13、放净阀 14、空气调节阀 16、塔顶尾气压力计 17、填料支撑板 18、排液管 19、塔压降 20、填料塔 21、喷淋器 22、尾气稳压阀 23、尾气采样管 24、稳压瓶 25、采样考克 26、吸收分析盒 27、湿式体积流量计 29、放净阀 30、进水调节阀四、操作要点（1）测定于填料压强降时，塔内填料务必事先吹干，为开空气调解阀，开启气泵，缓慢调解改变空气流量6次左右，测定塔压降，得到ΔP 干—U 关系。

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，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.了解填料塔的液侧传质膜系数、总传质系数的测定方法。

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26氨压力表 27缓冲罐 28转子流量计 29表压计 30闸阀图2 吸收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。

水经总阀15进入水过滤减压器16，经调节阀17及流量计18入塔，水过滤减压器一方面滤去水中铁锈和污泥，另方面能自动稳定压力，以消除自来水压力波动引起的流量波动。

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。

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。

填料塔吸收实验流程示意图
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. 体积吸收系数测定记录
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）水流量：
（3）水流量：
2. 体积吸收系数
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a K y ⋅ 和p ∆有何实际意义？为测定a K y ⋅
需测得哪些参数？
2. 实验中气速对a K y ⋅
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？。

实验八吸收实验—填料塔吸收传质系数的测定一、实验目的⒈了解填料塔吸收装置的基本结构及流程；⒉掌握总体积传质系数的测定方法；⒊测定填料塔的流体力学性能；⒋了解气体空塔速度和液体喷淋密度对总体积传质系数的影响；⒌了解气相色谱仪和六通阀在线检测CO2浓度和测量方法；二、基本原理气体吸收是典型的传质过程之一。

由于CO2气体无味、无毒、廉价，所以气体吸收实验选择CO2作为溶质组分是最为适宜的。

本实验采用水吸收空气中的CO2组分。

一般将配置的原料气中的CO2浓度控制在10%以内，所以吸收的计算方法可按低浓度来处理。

又CO2在水中的溶解度很小，所以此体系CO2气体的吸收过程属于液膜控制过程。

因此，本实验主要测定Kxa和HOL。

⒈计算公式：填料层高度h为：h=⎰h0dh=LKXaΩ⎰XbdXX-X*Xa=HOL⋅NOL A=LmV，则：NOL=11-Aln[(1-A)Yb-mXaYb-mXb+A]令：吸收因数HOL=LKxaΩ=hNOLKXa=LHOLΩ式中：h──填料层高度，m；L──液体的摩尔流量，kmol/s；Ω──填料塔的横截面积，m2；Kxa──以△X为推动力的液相总体积传质系数，kmol/(m3〃s)；HOL──液相总传质单元高度，m；NOL──液相总传质单元数，无因次；Xa，Xb──CO2在塔顶、塔底液相中的摩尔比浓度，无因次；Ya，Yb──CO2在塔顶、塔底气相中的摩尔比浓度，无因次。

⒉测定方法(a)空气流量和水流量的测定本实验采用转子流量计测得空气和水的流量，并根据实验条件（温度和压力）和有关公式换算成空气和水的摩尔流量。

(b)测定塔顶和塔底气相组成yb和ya；(c)平衡关系。

本实验的平衡关系可写成： Y=mX 式中：m──相平衡常数，m=E/P；E──亨利系数，E＝f(t)，Pa，根据液相温度测定值由附录查得；P──总压，Pa。

对清水而言，Xa=0,由全塔物料衡算V(Yb-Ya)=L(Xb-Xa)，可得Xb。

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。

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。

填料吸收塔的流体力学性能及其吸收总传质系数的测定讲稿一、实验目的1.了解填料吸收塔的结构和流程；2.了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果的影响；3.了解填料吸收塔的流体力学特性，测定压降与空塔气速的关系；4.学习吸收总传质系数K Y a的测定方法。

二、实验内容1.在各种喷淋量下（包括喷淋量为零）测量气速和压降的关系，并记录塔内拦液和液泛的现象。

2. 固定液相流量和入塔混合气氨的浓度，在液泛速度以下取某一气相流量，测定气体进出口浓度，由此计算组分回收率η，传质推动力ΔY m和总传质系数K Y a。

内容拓展：(1)填料塔吸收的工业应用。

(2)填料塔技术的发展趋势。

(3)各种填料的认识（教具）和新型填料开发介绍。

三、基本原理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，不同喷淋量下填料层的压强降ΔP与空塔气速u的关系如下图所示：图1 填料层的ΔP～u关系当无液体喷淋即喷淋量L0=0时，干填料的ΔP～u的关系是直线，如图中的直线0。

当有一定的喷淋量时，ΔP～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ΔP～u关系分为三个区段：恒持液量区、载液区与液泛区。

2.吸收塔的操作和调节吸收操作的结果最终表现在出口气体的组成Y2上，或组分的回收率η上。

在低浓度气体吸收时，回收率η可按下式计算：121211Y Y Y Y Y -=-=η 吸收塔的气体进口条件是由前一道工序决定的，吸收剂的进口条件：流率L 、温度T 、浓度X 2是控制和调节吸收操作的三要素。

3．吸收总传质系数的计算实验物系是清水吸收氨，惰性气体为空气，气体进口中氨浓度Y 1＜10%，属于低浓度气体吸收。

传质速率式：m t Y A Y V a K N ∆⋅⋅= （1）物料衡算式：)()(2121X X L Y Y V -=- （2）相平衡式： mX Y = （3）(1)和(2)式联立得：mt Y Y V Y Y V a K ∆-=)(21 （4） 22112211ln )()(mX Y mX Y mX Y mX Y Y m -----=∆ （5） 式中t V ——填料层体积，m 3四、实验装置和流程（可先由同学介绍，再进行补充讲解，注意指出实验的关键之处）实验装置包括氨气钢瓶、风机、填料塔与尾气分析装置等，其流程如图所示。

填料塔流体力学特性与吸收系数的测定一、实验目的：1．观察填料塔内气液两相流动情况和液泛现象2．测定干、湿填料层压降，在双对数坐标纸上标绘出空塔气速与湿填料层压降的关系曲线。

3．了解填料吸收塔的流程及构造。

4．测定在一定条件下，用水吸收空气中氨的吸收系数。

二、实验原理：填料塔压降和泛点与气、液相流量的关系是其主要的流体力学特性。

吸收塔的压降与动力消耗密切相关，而根据泛点则可确定吸收塔的适宜气、液相流量。

气体通过填料塔时，由于存在形体及表皮阻力而产生压力降。

无液体喷淋时，气体的压力降仅与气体的流速有关，在双对数坐标纸上压力降与空塔速度的关系为一直线，称为干填料压降曲线。

当塔内有液体喷淋时，气体通过填料塔的压力降，不仅与气体流速有关，而且与液体的喷淋密度有关。

在一定的喷淋密度下，随着气速增大，依次出现载点和泛点，相应地∆P/Z ~U 曲线的斜率也依次增大，成为湿填料压降曲线。

因为液体减小了空隙率，所以后者的绝对值和斜率都要比前者大。

吸收系数是吸收设备的主要性能参数，影响吸收系数的因素包括气体流速、液体喷淋密度、温度、填料的自由体积、比表面积以及气液两相的物化性质等。

本吸收实验以水为吸收剂，吸收空气－氨气体系中的氨。

因为氨气为易溶气体，所以此吸收操作属气膜控制。

吸收系数随着气速的增大而增大，但气速增大至某一数值时，会出现液泛现象，此时塔的正常操作将被破坏。

本实验所用的混合气中，氨气浓度很低，吸收所得的溶液浓度也不高。

气液两相的平衡关系可认为符合亨利定律mX Y =*吸收过程的传质速率方程为：m Y A Y V a K N ∆⋅=填 吸收过程的物料衡算式为：()21Y Y V N A -= 式中：A N ——氨的吸收量，kmol/sV ——空气流量，kmol/s1Y ——塔底气相浓度，kmolNH 3/kmolair 2Y ——塔顶气相浓度，kmolNH 3/kmolaira K Y ——以气相摩尔比差为推动力的体积吸收系数，s kmol/m 3⋅本实验所用装置与流程如图1所示，清水的流量由转子流量计显示。