填料塔流体力学特性-课件.ppt

1、吸收设备吸收设备填料塔填料塔一、一、填料塔的结构与填料性能填料塔的结构与填料性能 二、二、填料塔的流体力学性能填料塔的流体力学性能 三、三、填料塔的附件填料塔的附件 吸 收1-2022-12-30二、填料层内气液两相的流体力学特性二、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填料塔的流体力学性能主要包括主要包括填料层的持液量填料层的持液量、填料层的压降、液泛等。、填料层的压降、液泛等。1、填料层的持液量、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以及液膜与上升气体的摩擦，有部分液体停

2、留在填料表面及其缝隙中。料表面及其缝隙中。【定义定义】单位体积填料层内所积存的液体体积单位体积填料层内所积存的液体体积，以，以（m3液体）液体）/（m3填料）表示。填料）表示。2-2022-12-30 一般来说，一般来说，适当的持液量适当的持液量对填料塔操作的稳定性对填料塔操作的稳定性和传质是和传质是有益有益的，可以提供更大的气液相接触面积；的，可以提供更大的气液相接触面积；但但持液量过大持液量过大，将减少填料层的空隙和气相流通，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。截面，使压降增大，处理能力下降。【结论结论】持液量不宜太小，也不宜太大持液量不宜太小，也不宜太大。【持液量

3、的影响持液量的影响】3-2022-12-302、填料层的压降、填料层的压降【产生原因产生原因】在操作过程中，从塔顶喷淋下来的液在操作过程中，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，体，依靠重力在填料表面成膜状向下流动，上升气上升气体与下降液膜的体与下降液膜的摩擦阻力摩擦阻力形成了填料层的压降形成了填料层的压降。【影响因素影响因素】压降压降与液体喷淋量及气速有关与液体喷淋量及气速有关：（1）一定的气速一定的气速下，液体喷淋量越大，压降越大；下，液体喷淋量越大，压降越大；（2）在）在一定的液体喷淋量一定的液体喷淋量下，气速越大，压降也越下，气速越大，压降也越大。大。4-2022-1

4、2-30【构成构成】将不同液体将不同液体喷淋量下的单位高度喷淋量下的单位高度填料层的压降填料层的压降P/Z与与空塔气速空塔气速u的关系标的关系标绘在绘在对数坐标对数坐标纸上，纸上，所得到的曲线簇。所得到的曲线簇。【填料层压降填料层压降P/Z与空塔气速与空塔气速u的关系曲线图的关系曲线图】【空塔气速空塔气速】气体的体积流量除以塔截面积所得的气体的体积流量除以塔截面积所得的流速。流速。空塔气速空塔气速5-2022-12-30（1）干填料压降线）干填料压降线 在图中，直线在图中，直线0表表示无液体喷淋（示无液体喷淋（L=0）时，干填料的）时，干填料的P/Zu关系，称关系，称为干填料压降线。为干填料压

5、降线。【特点特点】P/Zu为线性关系。为线性关系。空塔气速空塔气速6-2022-12-30（2）填料操作压降线）填料操作压降线【构成构成】在不同液体喷淋在不同液体喷淋量下，填料层的量下，填料层的P/Zu关系，称为填料操作压降关系，称为填料操作压降线。线。【特点特点】在一定的喷淋量在一定的喷淋量下，下，P/Z随空塔气速的随空塔气速的变化变化曲线大致可分为三段曲线大致可分为三段（三个区域）（三个区域）。空塔气速空塔气速液体喷淋量液体喷淋量 L3L2L17-2022-12-30【特点特点】三个区域内的三个区域内的压降压降与与空塔气速空塔气速之间的之间的关系不同。关系不同。【现象现象】两个拐点；三个区

6、域。两个拐点；三个区域。8-2022-12-30（3）恒持液量区）恒持液量区【原因原因】当气速低于当气速低于载点载点时，气时，气体流动对液膜的曳力很小，液体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，因上覆盖的液膜厚度基本不变，因而填料层的而填料层的持液量不变持液量不变。【特点特点】此时此时P/Zu为一直为一直线线，位于干填料压降线的左侧，位于干填料压降线的左侧，且基本上且基本上与干填料压降线平行与干填料压降线平行。9-2022-12-30（4）载液区）载液区 当当气速超过载点时气速超过载点时，气体，气体对液膜的曳力较大，对液膜

7、流对液膜的曳力较大，对液膜流动产生阻滞作用，使液膜增厚动产生阻滞作用，使液膜增厚，填料层的，填料层的持液量随气速的增持液量随气速的增加而增大加而增大，此现象称为，此现象称为拦液拦液。开始发生拦液现象开始发生拦液现象时的空塔气时的空塔气速称为速称为载点气速载点气速，曲线上的转，曲线上的转折点称为折点称为载点载点。载点气速载点气速【有关规律有关规律】载点气速随喷载点气速随喷淋量增大而减小。淋量增大而减小。10-2022-12-30（5）液泛区）液泛区 若气速继续增大，到达若气速继续增大，到达泛点泛点时，由于液体不能顺利向下流时，由于液体不能顺利向下流动，使填料层的持液量不断增动，使填料层的持液量不

8、断增大，填料层内几乎充满液体。大，填料层内几乎充满液体。此时，气速增加很小便会引起此时，气速增加很小便会引起压降的剧增，压降的剧增，此现象称为液泛此现象称为液泛，开始发生液泛现象时的气速，开始发生液泛现象时的气速称为称为泛点气速泛点气速，以，以uF表示，曲表示，曲线上的拐点称为线上的拐点称为泛点泛点。【填料塔的正常操作范围填料塔的正常操作范围】从载点到泛点的从载点到泛点的载液区载液区，是，是填料塔的正常操作范围。填料塔的正常操作范围。泛点气速泛点气速11-2022-12-303、填料塔的液泛、填料塔的液泛【现象现象】在泛点气速下，持液量的增多在泛点气速下，持液量的增多使液相由分散使液相由分散相

9、变为连续相，而气相则由连续相变为分散相相变为连续相，而气相则由连续相变为分散相，此种，此种情况称为情况称为淹塔或液泛淹塔或液泛。【危害危害】液泛时，气体呈气泡形式通过液层，传质速液泛时，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，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。甚至会被破坏。【影响液泛的因素影响液泛的因素】影响因素很多，如填料的特性、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。流体的物性及操作的液气比等。12-2022-12-30正常操作时的填料塔正常操作时的填料塔【特点特点】气体为分散相，液体为连续相。13-2022-1

10、2-30填料塔的液填料塔的液 泛现象泛现象14-2022-12-303、填料塔的液泛、填料塔的液泛液泛时的空塔气速泛点气速 uFuF影响液泛的因素填料特性流体物性LLV液气比uFuFuFuFLV(2)影响液泛的因素 15-2022-12-303、填料塔的液泛、填料塔的液泛(3)泛点率100Fuu散装填料50规整填料6085%95%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。安全系数uFu16-3、填料塔的液泛、填料塔的液泛(4)泛点气速的计算 贝恩霍根关联式 20.21/41/83Llg()()()()VtVVFLLLauAKgA、K 关联式常数，由表查

11、出。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。17-埃克特通用关联图0.5L()VVL横坐标纵坐标5.02)(LLVFFguLO2H18-在填料塔内，气液两相的逆流并不呈理想的活在填料塔内，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。塞流状态，而是存在着不同程度的返混。造成返混现象原因 返混的影响传质推动力变小，传质效率降低放大效应。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4、填料塔的返混、填料塔的返混19-2022-12-30 填料表面的润湿状况取决于塔内液体喷淋密度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。及填料材质的表面润湿性能。喷淋密度U5、液体喷淋密度和填料表面的润湿、液体喷淋密度和填料表面的润湿指单位塔截面积上，单位时间内喷淋的液体体积，以U表示，单位为m3/（m2h）。为保证填料层的充分润湿，喷淋密度大于最小喷淋密度 20-填料表面的润湿状况取决于塔内液体喷淋密度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。及填料材质的表面润湿性能。最小润湿速率LW5、液体喷淋密度和填料表面的润湿、液体喷淋密度和填料表面的润湿指在塔截面上，单位长度填料周边的最小液体体积流量。其值可由经验公式计算，也可采用经验值。21-