化原实验报告-填料塔流体力学性能

填料吸收塔吸收操作及体积吸收系数的测定课程名称：过程工程原理实验（乙）指导老师：成绩：__________________实验名称：同组学生姓名：一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的1.了解填料吸收塔的构造并熟悉吸收塔的操作。

2.观察填料吸收塔的液泛显现，测定泛点空塔气速。

3.测定填料层压降ΔP与空塔气速u的关系曲线。

4.测定含氨空气—水系统的体积吸收系数K Yα。

二、实验装置1.本实验装置的流程示意图见图5-1。

主体设备是内径70毫米的吸收塔，塔内装10×9×1陶瓷拉西环填料。

2.物系是（水—空气—氨气）。

惰性气体空气由漩涡气泵提供，氨气由液氨钢瓶供应，吸收剂水采用自来水，它们分别通过转子流量计测量。

水葱塔顶喷淋至填料层与自下而上的含氨空气进行吸收过程，溶液由塔底经液封管流出塔外，塔底有液相取样口，经吸收后的尾气由塔顶排至室外，自塔顶引出适量尾气，用化学分析法对其进行组成分析。

1—填料吸收塔2—旋涡气泵3—空气转子流量计4—液氨钢瓶5—氨气压力表6—氨气减压阀7—氨气稳压罐8—氨气转子流量计9—水转子流量计10—洗气瓶11—湿式流量计12—三通旋塞13、14、15、16—U型差压计17、18、19—温度计20—液位计 图5-1填料塔吸收操作及体积吸收系数测定实验装置流程示意图三、基本原理（一）填料层压力降ΔP 与空塔气速u 的关系气体通过干填料层时（喷淋密度L =0），其压力降ΔP 与空塔气速u 如图6中直线A 所示，此直线斜率约为1.8，与气体以湍流方式通过管道时ΔP 与u 的关系相仿。

如图6可知，当气速在L 点以下时，在一定喷淋密度下，由于持液量增加而使空隙率减小，使得填料层的压降随之增加，又由于此时气体对液膜的流动无明显影响，在一定喷淋密度下，持液量不随气速变化，故其ΔP ~u 关系与干填料相仿。

，位于干填料压降线的左侧，且
基本上与干填料压降线平行。
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（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
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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
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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。
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【特点】气体为分散相，液体为连续相。
正 常 操 作 时 的 填 料 塔
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填 料 塔 的 液 泛 现 象
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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

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【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 。
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填料塔流体力学特性
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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。
埃克特通用关联图
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横坐标
L ( V )0.5 V L
纵坐标
u
2 F
F
g
( V L
)
0.5 L
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
（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。
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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

序号化 工 原 理 实 验 报 告实 验 名 称：学 院： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号 指 导 教 师： 日 期：一、实验目的1、熟悉填料塔的构造及操作。

2、观察填料塔流体力学状况，测定压降与气速的关系曲线。

3、掌握总传质系数K x a的测定方法并分析影响因素。

4、学习气液连续接触式填料塔，利用传质速率方程处理传质问题的方法。

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。

图1 填料层压降-空塔气速关系示意图气体通过干填料（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4-7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4-7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（4-7）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、体积传质系数T的测定反映填料吸收塔性能的主要参数之一是传质系数。

影响传质系数的因素很多，因而对不同系统和不同吸收设备，传质系数各不相同，所以不可能有一个通用的计算式。

工程上往往利用现有同类型的生产设备或中间试验设备进行传质系数的实验测定，作为放大设计之用。

本实验是对富氧水进行解吸。

由于富氧水浓度很小，可以认为气液两相的平衡关系服从亨利定律，即平衡线为直线，操作线也是直线，因此可以用对数平均浓度差计算填料层传质平均推动力。