填料塔流体力学特性PPT讲稿

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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。
2018/11/20
（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
2018/11/20
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
2018/11/20
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。
2018/11/20
【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
2018/11/20
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

填料塔流体力学特性

空塔气速
液体喷淋量 L3＞L2＞L1
【现象】两个拐点；三个区域。
【特点】三个区域内的压降与空塔气速之间的关系不同。
2017/2/7
（3）恒持液量区
【原因】当气速低于载点时，气
体流动对液膜的曳力很小，液体
流动不受气流的影响，填料表面上覆盖的液膜厚度基本不变，因而填料层的持液量不变。【特点】此时△P/Z～u为一直线
，位于干填料压降线的左侧，且
基本上与干填料压降线平行。
2017/2/7
（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
横坐标
L V 0.5 ( ) V L
纵坐标
2 uF F V 0.5 ( ) L g L

埃克特通用关联图
H 2O L
4、填料塔的返混
在填料塔内，气液两相的逆流并不呈理想的活塞流状态，而是存在着不同程度的返混。返混的影响传质推动力变小，传质效率降低放大效应。造成返混现象原因
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
2017/2/7
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
【影响液泛的因素】影响因素很多，如填料的特性、

填料塔-10PPT课件

• 选择喷淋装置的原则是能使液体均匀地分布在填料上，使整个塔截面的填料表面湿润、结构简单、制造和检修方便。
• 喷淋装置的位置，通常高于填料表面150 ~ 300mm，以提供足够的自由空间，让上升的气体不受约束地穿过喷淋装置。
• 为了满足不同塔径、不同液体流量以及不同均匀程度的要求，液体喷淋装置有多种结构形式，
-
4
填料塔
3．鲍尔环填料
鲍尔环填料是在拉西环的基础上经改进而得到一种性能优良的填料，并有逐渐用其代替其它填料的趋势。其形状是在拉西环的侧壁上开有两层长方形窗孔，每层几个，每个孔的舌叶弯向环心，上下两层窗孔的位置是错开的，如图3-37（b）所示。开孔的面积占环壁总面积的35%左右。由于环壁窗孔可供气、液流通，使环的内壁面得以充分利用，因此同样尺寸与材质的鲍尔环与拉西环相比，其相对效率要高出30%左右；由于气、液流通截面积增加，通过填料层的气流阻力大为降低，流体的分布状况也有所改善，因此在相同条件下，鲍尔环比拉西环处理能力大、压力降小。
-
7
填料塔
5、鞍形填料
• 鞍形填料分为两类，即弧鞍形填料和矩鞍形填料，形状类似马鞍，它们都是敞开式填料，
• 弧鞍形填料通常由陶瓷制成。这种填料虽然与拉西环比较性能有一定程度的改善，但由于相邻填料容易产生叠合和架空的现象，使一部分填料表面不能被湿润，即不能成为有效的传质表面，目前基本被矩鞍形填料所取代。
填料塔
填料塔是是塔设备中另一种被广泛采用的类型。填料塔的基本特点是结构简单、压力降小、传质效率高、便于采用耐腐蚀材料制造等。
• 近年来，随着高效新型填料和其它高性
能塔内件的开发，以及人们对填料流体
力学及传质机理的深入研究，使填料塔

填料塔PPT课件

现象，容易产生沟流。
强度差，易破碎。应用
较少。
20
❖ ⑤矩鞍型(intolox
saddle)：矩鞍形填料
结构不对称，堆积时
不重叠，均匀性更高。
该填料气流阻力小，
处理能ห้องสมุดไป่ตู้大，性能虽
不如鲍尔环好，但构
造简单，是一种性能
优良的填料。
21
❖ ⑥环矩鞍(Intalox)：兼具环型、鞍型填料的优点。敞开的侧壁有利于气体和液体通过，减少了填料层内滞液死区。填料层内流体孔道增多，使气液分布更加均匀，传质效率得以提高。
❖ 一般采用金属材质，机械强度高。
22
❖ ⑦球型：球体为空心，气体和液体从其内部经过。由于球体结构的对称性，填料装填密度均匀，不易产生空穴和架桥，故气液分散性能好。
❖ 常采用塑料材质。一般用于特定场合，工程上应用较少。
23
❖ ⑧格栅填料：以条状单元体经一定规则组合而成，其结构随条状单元体的形式和组合规则而变，具有多种结构形式。特点是比表面积较低，主要用于低压降、大负荷、防堵的场合。
16
❖ 与同样尺寸的拉西环相比，鲍尔环的气液通量可提高50%，而压降仅为其一半，分离效果也得到提高。其改进为阶梯形鲍尔环，圆筒部分的一端制成喇叭口形状。这样填料间呈现点接触，床层均匀且空隙率大，与鲍尔环相比气体阻力减少25%，生产能力提高 10%。
17
❖ ③阶梯环：鲍尔环基础上改造得出的。环壁上开有窗孔，其高度为直径的一半。由于高径比的减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了阻力。
6
❖ 当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。

(课件)第七节：填料塔

2019/12/11
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。
(3)塑料填料塑料填料的材质主要包括聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC）等，国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100°C以下使用。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。
填料塔
2019/12/11
2019/12/11
一、填料类型
乱堆填料如：拉西环、鲍尔环、鞍形、θ网环按装填（散装）方式分整砌填料如：波纹板、波纹网
（规整）
鞍形填料如弧鞍、矩鞍
实体填料环形填料如拉西环、鲍尔环
按基材分
板形
如栅板、波纹板
网体填料如鞍形网、θ网、波纹网
2019/12/11
湿填料因子：填料被液体润湿后的 at ε3 ；反映填料的流体力学特性。
Ф值越小，流动阻力越小。填料塔计算采用润湿条件
下的湿填料因子。 2、填料的性能评价——模糊评价（见下页表）
2019/12/11
填料名称丝网波纹填料孔板波纹填料金属intalox 金属鞍形环金属阶梯环金属鲍尔环
瓷intalox 瓷鞍形环瓷拉西环
2019/12/11
二、填料塔的操作特性
填料塔中，气液两相分布要均匀，以保证传质推动力及传质效率不变。
1、填料内的气液分布：包括初始分布和动态分布。初始分布：进塔的气液两相通过分布装置进行的强制分布。取决于分布装置的设计。动态分布：一定操作条件下，气液两相在填料层内依靠自身性质与流动状态所进行的随机分布。和操作条件、填料的种类、规格、充填方式及塔径和垂直度等有关。研究表明，气液两相的初始分布比动态分布更为重要.

化工原理课件(十一五)第五章5.6填料塔

—液体密度校正系数，
WL WV
V L
0.5
；
↓ufΒιβλιοθήκη 2gV L
L 0.2
↓
uf
9
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三、持液量
北京化工大学化工原理电子课件
定义：操作时单位体积填料层内持有的液体体积。静持液量：仍然停留在填料层中的液体量。动持液量：指一定喷淋条件下持于填料层中的液
体总量与静持液量之差。
总持液量（静持液量与动持液量之和）
2）L点以上，u大，拦液现象，拦液现象时的气速为载点气速，超过载点气速后，ΔP∝u>2.0 。
7
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3）液泛区
北京化工大学化工原理电子课件
u↑↑，塔内液泛，泛点气速。ΔP∼u 斜率急剧增加,
使填料塔不能正常操作。
8
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北京化工大学化工原理电子课件
二、泛点气速的计算
Ф—湿填料因子，1/m；
Ψ
水 L
材料：陶瓷、金属、塑料
堆放：整砌、乱堆
4
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北京化工大学化工原理电子课件
拉西环
鲍尔环
阶梯环
5
环
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北京化工大学化工原理电子课件
鞍形环
丝网波纹
板波纹
6
槽式液体分布器
返回
北京化工大学化工原理电子课件
5.6.2 填料塔的流体力学性能
一、气体通过填料的压降
L=0 干填料 L↑，空隙率ε↓，压降大。 L:载点 F:泛点 1）L点以下， u小，ΔP∝u1.8∼2.0。
10
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北京化工大学化工原理电子课件
5.6.3 填料塔的附件
一、支承板
二、液体分布器
11
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填料塔的流体力学性能

3 液泛
定义：塔板上的液体不能正常流下，产生积液，也叫淹塔原因：气体或液体流量过大，气速过高，塔板间距过小种类：降液管液泛，雾沫夹带液泛结果：塔板压降升高，不能正常操作
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3.2.2 板式塔的流体力学性能
4 雾沫夹带
定义：上升气流将板上液体带入上一层塔板的现象结果：造成液相反混，降低板效率规定：雾沫夹带量不超过10％或ev<0.1kg(液)/kg(气)
3.2.1 塔板类型
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3.2.1 塔板类型
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3.2.1 塔板类型
2 筛板塔
结构：筛孔，直径3－8mm，正三角形排列；溢流堰优点：结构简单，造价低；气体压降小，液面落差小；生产
能力大，板效率高
3.2.1 塔板类型
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hp
p pLg,mhlpl
L g
,m
hc

pc
Lg
,m
h

p
Lg
,m
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3.2.3 板式塔的工艺设计
1）干板阻力
阀全开前 u0 u0c
hp
19.9
u 0.175 0 L
阀全开后 u0 u0c
hc

5.34
V u02 2Lg
19.9 u0c 0.175 5.34 V u0c 2
若精馏段与提馏段上升气量差别较大时，两段塔径应分别计算
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3.2.3 板式塔的工艺设计
3）溢流装置 (1)降液管的类型与溢流方式
降液管：圆形，弓形降液管的布置：U型流，单溢流，双溢流，阶梯式双溢流

9.1.17.1.2填料塔力学性能与附属结构

Ht＝Hc＋ Hs m3（液体）/m3（填料）总持液量可由经验式或曲线图来估算。
分析
Ht
～
～
填料层压降
生产能力传质效率
6
填料塔的流体力学性能与传质性能
2. 填料塔的水力学性能
5）润湿速率
润湿速率
喷淋密度填料比表面积
液体体积流量 / 填料层截面积填料层表面积 / 填料层体积
液体体积流量
液体体积流量
填料塔
➢ 填料塔与填料 ➢ 填料塔的流体力学性能与传质性能 ➢ 填料塔的附属结构
1
填料塔的流体力学性能与传质性能
1. 填料塔内的气、液两相流动
1）流体在填料层内的流动
流体在填料层内的流动与流体在颗粒层内的流动类似。填料塔中压降与气速的变化关系如图所示。
填料表面
填料表面
持液量
持液量
空塔气速实际气速喷淋密度
填料层表面积 / 填料层高度填料层的周长
液体喷淋密度：单位塔截面积上单位时间内喷淋的液体体积，其计算式为：
U=Lh /Ω m3/(m2·h) 式中： Lh —— 液体体积流量，m3/h；
Ω —— 填料塔的截面积，m2。
7
填料塔的流体力学性能与传质性能
2. 填料塔的水力学性能
最小液体喷淋密度：为保证填料层的充分润湿，必须保证液体喷淋密度大于某一极限值
Umin= (Lw)min σ
最小喷淋密度计算式
式中：Umin ——最小液体喷淋密度，m3/(m2·h)； (Lw)m—in— 最小润湿速率，m3/(m·h)。
经验值
8
填料塔的流体力学性能与传质性能
3. 填料的传质性能
1)填料润湿表面的计算

201110第七节：填料塔-PPT课件

5
6 7 8 9
2019/2/21
三、填料的选择
填料的选择包括确定填料的种类、规格及材质等。所选填料既要满足生产工艺的要求，又要使设备投资和操作费用最低。 1. 填料种类的选择：填料种类的选择要考虑分离工艺的要求，通常考虑以下几个方面： (1)传质效率要高一般而言，规整填料的传质效率高于散装填料； (2)通量要大在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料； (3)填料层的压降要低 (4)填料抗污堵性能强，拆装、检修方便。
2019/2/21
2019/2/21
一、填料类型
乱堆填料如：拉西环、鲍尔环、鞍形、θ网环按装填（散装）方式分整砌填料如：波纹板、波纹网（规整）
鞍形填料实体填料环形填料按基材分网体填料板形如弧鞍、矩鞍如拉西环、鲍尔环如栅板、波纹板
如鞍形网、θ网、波纹网
2019/2/21
填料间呈多点接触，床层均匀，
较好地避免了沟流现象。有塑料和金属材质。
2019/2/21
（4）弧鞍和矩鞍形填料优点：液体在其表面流动均匀、表面利用率高、流动阻力小。缺点：面接触，易套叠。矩鞍填料两端为矩形，且填料两面大小不等。克服了弧鞍填料相互重叠的缺点。
2019/2/21
（5）金属鞍环填料有环形与鞍形的结构特点，生产能力大、压降低、液体分布性能好、传质速率高及操作弹性大，在减压蒸馏中其优
势更为显著。
金属矩鞍环
2019/2/21
（6）网体填料
与实体填料对应的另一
类填料为网体填料。有多种形式，如金属丝网制成的网环和鞍型网等。
优点：网丝细密，空隙很高，比表面积很大。由于毛细管作用，填料表面润湿性能很好。故网体填料气体阻力小，传质速率高。

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2020/7/16
【特点】气体为分散相，液体为连续相。
正常操作时的填料塔
2020/7/16
填料塔的液泛现象
2020/7/16
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
流体物性
液气比
泛点气速 uF
～ uF
～ ρL
uF
～ μL
uF
～ ρV
空塔气速
液体喷淋量 L3＞L2＞L1
【现象】两个拐点；三个区域。
2020/7/16
【特点】三个区域内的压降与空塔气速之间的关系不同。
（3）恒持液量区
【原因】当气速低于载点时，气体流动对液膜的曳力很小，液体流动不受气流的影响，填料表面上覆盖的液膜厚度基本不变，因而填料层的持液量不变。
【特点】此时△P/Z～u为一直线，
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
lg[
u
2 F
g
(
at
3
)(
V L
)
0.2 L
]
A
K ( L )1/4 ( V V L
)1/8
A、K 关联式常数，由表查出。
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
L ( V )0.5 V L
纵坐标
u F2 F
g
( V L
)
0.5 L
位于干填料压降线的左侧，且基本上与干填料压降线平行。
2020/7/16
（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，曲线上的转折
uF
L V
～ uF
2020/7/16
3、填料塔的液泛
(3)泛点率
为保证填料塔正常操作，其操作气速应低于泛点气速，操作气速与泛点气速的比值称为泛点率。
u 100％ uF
安全系数
散装填料 50％～ 85%
规整填料 60％～ 95% uF
u
3、填料塔的液泛
(4)泛点气速的计算
① 贝恩－霍根关联式
2020/7/16
【填料层压降ΔP/Z与空塔气速u的关系曲线图】
【构成】将不同液体喷淋量下的单位高度
填料层的压降ΔP/Z与
空塔气速u的关系标绘在对数坐标纸上，所得到的曲线簇。
空塔气速
【空塔气速】气体的体积流量除以塔截面积所得的流速。
2020/7/16
（1）干填料压降线
在图中，直线0表
示无液体喷淋（L=0）
时，干填料的
△P/Z～u关系，称
为干填料压降线。
【特点】 △P/Z～u
为线性关系。
2020/7/16
空塔气速
（2）填料操作压降线
【构成】在不同液体喷淋
量下，填料层的△P/Z～u
关系，称为填料操作压降线。【特点】在一定的喷淋量
下， △P/Z随空塔气速的变
化曲线大致可分为三段（三个区域）。
2020/7/16
填料塔流体力学特性课件
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料表面及其缝隙中。【定义】单位体积填料层内所积存的液体体积，以（m3液体）/（m3填料）表示。

为泛点气速，以uF表示，曲线
上的拐点称为泛点。
泛点气速
2020/7/16
3、填料塔的液泛【现象】在泛点气速下，持液量的增多使液相由分散相变为连续相，而气相则由连续相变为分散相，此种情况称为淹塔或液泛。【危害】液泛时，气体呈气泡形式通过液层，传质速率下降；液体被大量带出塔顶，塔的操作极不稳定，甚至会被破坏。【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。
点称为载点。
载点气速
2020/7/16
（5）液泛区
【填料塔的正常操作范围】
若气速继续增大，到达泛点从载点到泛点的载液区，是
时，由于液体不能顺利向下流填料塔的正常操作范围。
动，使填料层的持液量不断增
大，填料层内几乎充满液体。
此时，气速增加很小便会引起
压降的剧增，此现象称为液泛，
开始发生液泛现象时的气速称
H2O L
4、填料塔的返混在填料塔内，气液两相的逆流并不呈理想的
活塞流状态，而是存在着不同程度的返混。返混的影响
传质推动力变小，传质效率降低放大效应。
造成返混现象原因
❖ 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
2020/7/16
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
2020/7/16
【持液量的影响】一般来说，适当的持液量对填料塔操作的稳定性
和传质是有益的，可以提供更大的气液相接触面积；但持液量过大，将减少填料层的空隙和气相流通
截面，使压降增大，处理能力下降。【结论】持液量不宜太小，也不宜太大。
2020/7/16
2、填料层的压降【产生原因】在操作过程中，从塔顶喷淋下来的液体，依靠重力在填料表面成膜状向下流动，上升气体与下降液膜的摩擦阻力形成了填料层的压降。【影响因素】压降与液体喷淋量及气速有关：（1）一定的气速下，液体喷淋量越大，压降越大；（2）在一定的液体喷淋量下，气速越大，压降也越大。