填料塔流体力学性能及传质

实验五 填料塔流体力学性能及传质

一、实验任务

1、 了解吸收塔的流程和结构；

2、 测量填料塔的流体力学特性；

3、 测定吸收系数。 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，可以确定吸收塔

所需的动力，而泛点是生产操作中的重要的控制因素。因此，填料塔的流体力学特性测定的目的，是为填料塔选择适宜的操作条件提供依据。 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，流体流动引起的压降和湍流流动引起的压降规律相一致。

在对数坐标纸上作 ~p u ∆关系曲线，为一直线，如图（1）所示，斜率为1.8~2次幂，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次幂，但大于同一气速下干填料的压降（线2中bc 段）。随气速增加，出现载点，出现载点（c 点），持液量增大， ~p u ∆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，出现液泛。 固定液体喷淋密度，记下塔内现象，空气流量、压降数。

日期： 设备型号： 大气压力： 填料高度： 水温： 气温 2T ： 空气流量计算状态 1T 、 1P ：

塔平均内径D ： 水流量L ： 空气流量： 压强降：

换算公式：

/

00/Q Q

Q γ==Ω

0T -----273K 0P =760mmHg 0r -----空气密度 1.293Kg/m 3

Ω

-----塔截面积

2

4

D

π

Ω=

以气速G /为横坐标，压降 2P

∆为纵坐标，作压降曲线，找寻载液点和液泛点。 2、 传质系数的测定

总体积传质系数Kga 是在单位时间内，单位填料体积吸收的溶质量，又是反映填料吸收塔性能的主要参数，是设计填料层高度的重要依据。

本实验是用水吸收空气---氨混合气体水中的氨，为使气液两相平衡关系服从亨利定律混合气中氨的浓度应少于10%。 吸收过程可有用下列方程表示。

y G K G F

=

y

K ----以气相摩尔比差为推动力的总传质系数

G------单位时间吸收的组分量（Kg/时） F-------气液两相接触面积（米2）

m Y ∆-----平均传质推动力

（1）Ｇ――可以通过测量气相进、出口浓度和惰性气体流量获得

()b a G V Y Y =-

Ｖ――惰性气体流量［Ｋg ／时］

a Y 、

b Y ――进出塔气相组成，以摩尔比表示［

m ol

m ol 组分载体］

（２）两相接触面积

2

14

F aV a D X

π

==

填料

Ｚ――填料层高度［米］ Ｖ――塔中填料的全部面积

r D ――塔内径［米］ a ――填料的单位面积的有效表面积［米２／米３

］一般a 并不等于干填料的比表面at ，而应乘以填料的表面效率 η，即 a at η= η――可根据最小润湿分率查下图表。

操作的润湿率最小润湿分率=

规定的最小润湿率

一般填料，规定最小润湿率为０.０８ [/] 3

米米小时 而操作的润湿率等于液体的喷淋密度/at [/] 3

米米小时

填料表面效率 η]

最小润湿率分率

根据以上公式及实验结果记录，计算出该填料塔的吸收系数

y

K ，一并记入下表中。

三、装置及流程：

1、 装置：填料塔 塔径 ϕ=111[mm] 填料高度h=0.8[m] 填料 1212 1.3[]mm ⨯⨯ 瓷拉西环 t a =403[ 1

m

-] ε=0.764

3

/at ε=903[ 1

m

-]

风机、氨瓶、尾气分析等辅助设备

2、 流程

见流程图，空气由风机1提供，经油分离器进入塔内，2是旁路调节阀。出口处有尾气调节调节阀9，这个阀在不同的流量能自动维持一定的尾气压力（约90-130mmH 2O 柱）作为尾气能过分析器的推动里，水经总阀15进入水过滤减压器，经调节阀17及流量计13进入塔，水过滤减压器一方面滤去水中的铁钙和污泥。另一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，氨气由氨瓶23攻击，开启氨瓶阀24氨气即进入自动减压阀25中，这阀能自动将输出氨气压力稳定在0.5~1Kg/cm 2范

围内，氨压力表26知识氨瓶内部压力，27知识减压后的压力，为了确保安全，缓冲罐上还装有安全阀29，以保证进入实验系统的氨压力不超过规定值（1.2Kg/cm 2

） 由于气体六与气体状态有关，所以每个气体流量计前均有表压计和温度计，为了测量管内力及填料层压降，装有表压计20个压差计19，另外还需测量大气压力，塔底压强测量口有一小段斜管是用以避免水堵现象。

四、实验注意事项

1、 罗茨鼓风机开启前先打开放空阀

2、 测定干填料压降时，塔内填料要先吹干

3、 测定湿填料压降时，要予液泛，使填料表面充分润湿

4、 本实验在固定喷淋液量（参考值100左右升/时）下，改变气体流量测定 ~P u ∆关

系，在接近液泛时，气量应缓慢增加，并注意观察气液接触状况和压降 P ∆变化幅度，注意不要使气速过分超过泛点，以避免冲破和冲跑填料。 5、 空气转子流量计前的调节珐要缓慢开启和关闭，以免撞碎玻璃管。

6、 做传质实验时，应注意减牙阀的使用方法，并使罐内压力保持在０.５～１

2

/K g cm ，氨气入塔速度在４-５％，空塔速度０.５-０.７m ／s 。