填料塔流體力學特性

填料塔流體力學特性第1頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月二、填料層內氣液兩相的流體力學特性

填料塔的流體力學性能主要包括填料層的持液量、填料層的壓降、液泛等。1、填料層的持液量在一定操作條件下，由于液膜與填料表面的摩擦以及液膜與上升氣體的摩擦，有部分液體停留在填料表面及其縫隙中?！径x】單位體積填料層內所積存的液體體積，以（m3液體）/（m3填料）表示。2023/5/14第2頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月一般來說，適當?shù)某忠毫繉μ盍纤僮鞯姆€(wěn)定性和傳質是有益的，可以提供更大的氣液相接觸面積；但持液量過大，將減少填料層的空隙和氣相流通截面，使壓降增大，處理能力下降?！窘Y論】持液量不宜太小，也不宜太大?！境忠毫康挠绊憽?023/5/14第3頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月2、填料層的壓降【產(chǎn)生原因】在操作過程中，從塔頂噴淋下來的液體，依靠重力在填料表面成膜狀向下流動，上升氣體與下降液膜的摩擦阻力形成了填料層的壓降。

【影響因素】壓降與液體噴淋量及氣速有關：（1）一定的氣速下，液體噴淋量越大，壓降越大；（2）在一定的液體噴淋量下，氣速越大，壓降也越大。

2023/5/14第4頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月【構成】將不同液體噴淋量下的單位高度填料層的壓降ΔP/Z與空塔氣速u的關系標繪在對數(shù)坐標紙上，所得到的曲線簇?！咎盍蠈訅航郸/Z與空塔氣速u的關系曲線圖】【空塔氣速】氣體的體積流量除以塔截面積所得的流速。空塔氣速2023/5/14第5頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）干填料壓降線

在圖中，直線0表示無液體噴淋（L=0）時，干填料的△P/Z～u關系，稱為干填料壓降線?！咎攸c】△P/Z～u為線性關系?？账馑?023/5/14第6頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）填料操作壓降線【構成】在不同液體噴淋量下，填料層的△P/Z～u關系，稱為填料操作壓降線?！咎攸c】在一定的噴淋量下，△P/Z隨空塔氣速的變化曲線大致可分為三段（三個區(qū)域）。

空塔氣速液體噴淋量

L3＞L2＞L12023/5/14第7頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月【特點】三個區(qū)域內的壓降與空塔氣速之間的關系不同。【現(xiàn)象】兩個拐點；三個區(qū)域。2023/5/14第8頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）恒持液量區(qū)

【原因】當氣速低于載點時，氣體流動對液膜的曳力很小，液體流動不受氣流的影響，填料表面上覆蓋的液膜厚度基本不變，因而填料層的持液量不變?！咎攸c】此時△P/Z～u為一直線，位于干填料壓降線的左側，且基本上與干填料壓降線平行。2023/5/14第9頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）載液區(qū)當氣速超過載點時，氣體對液膜的曳力較大，對液膜流動產(chǎn)生阻滯作用，使液膜增厚，填料層的持液量隨氣速的增加而增大，此現(xiàn)象稱為攔液。開始發(fā)生攔液現(xiàn)象時的空塔氣速稱為載點氣速，曲線上的轉折點稱為載點。載點氣速【有關規(guī)律】載點氣速隨噴淋量增大而減小。2023/5/14第10頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）液泛區(qū)若氣速繼續(xù)增大，到達泛點時，由于液體不能順利向下流動，使填料層的持液量不斷增大，填料層內幾乎充滿液體。此時，氣速增加很小便會引起壓降的劇增，此現(xiàn)象稱為液泛，開始發(fā)生液泛現(xiàn)象時的氣速稱為泛點氣速，以uF表示，曲線上的拐點稱為泛點。

【填料塔的正常操作范圍】從載點到泛點的載液區(qū)，是填料塔的正常操作范圍。泛點氣速2023/5/14第11頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月3、填料塔的液泛【現(xiàn)象】在泛點氣速下，持液量的增多使液相由分散相變?yōu)檫B續(xù)相，而氣相則由連續(xù)相變?yōu)榉稚⑾?，此種情況稱為淹塔或液泛?！疚：Α恳悍簳r，氣體呈氣泡形式通過液層，傳質速率下降；液體被大量帶出塔頂，塔的操作極不穩(wěn)定，甚至會被破壞?！居绊懸悍旱囊蛩亍坑绊懸蛩睾芏?，如填料的特性、流體的物性及操作的液氣比等。2023/5/14第12頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月正常操作時的填料塔【特點】氣體為分散相，液體為連續(xù)相。2023/5/14第13頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月填料塔的液泛現(xiàn)象2023/5/14第14頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月3、填料塔的液泛液泛時的空塔氣速泛點氣速uF～uF影響液泛的因素填料特性流體物性～ρLμL～ρV～液氣比～uFuFuFuF(2)影響液泛的因素

2023/5/14第15頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月3、填料塔的液泛(3)泛點率散裝填料規(guī)整填料～85%～95%

為保證填料塔正常操作，其操作氣速應低于泛點氣速，操作氣速與泛點氣速的比值稱為泛點率。安全系數(shù)uFu第16頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月3、填料塔的液泛(4)泛點氣速的計算①貝恩－霍根關聯(lián)式

A、K

關聯(lián)式常數(shù)，由表查出。②埃克特(Eckert)通用關聯(lián)圖

散裝填料的泛點氣速可用?？颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖計算。第17頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月?？颂赝ㄓ藐P聯(lián)圖橫坐標縱坐標第18頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月

在填料塔內，氣液兩相的逆流并不呈理想的活塞流狀態(tài)，而是存在著不同程度的返混。造成返混現(xiàn)象原因

返混的影響傳質推動力變小，傳質效率降低放大效應。填料層內的氣液分布不均氣體和液體在填料層內的溝流氣液的湍流脈動使氣液微團停留時間不一致4、填料塔的返混2023/5/14第19頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月填料表面的潤濕狀況取決于塔內液體噴淋密度及填料材質的表面潤濕性能。噴淋密度U5、液體噴淋密度和填料表面的潤濕