填料塔流體力學(xué)特性

填料塔流體力學(xué)特性2024/4/23二、填料層內(nèi)氣液兩相的流體力學(xué)特性

填料塔的流體力學(xué)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。【定義】單位體積填料層內(nèi)所積存的液體體積，以（m3液體）/（m3填料）表示。第2頁(yè),共21頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/23一般來(lái)說(shuō)，適當(dāng)?shù)某忠毫繉?duì)填料塔操作的穩(wěn)定性和傳質(zhì)是有益的，可以提供更大的氣液相接觸面積；但持液量過(guò)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(jié)論】持液量不宜太小，也不宜太大。【持液量的影響】第3頁(yè),共21頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/232、填料層的壓降【產(chǎn)生原因】在操作過(guò)程中，從塔頂噴淋下來(lái)的液體，依靠重力在填料表面成膜狀向下流動(dòng)，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(guān)：（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。

第4頁(yè),共21頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/23【構(gòu)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(guān)系標(biāo)繪在對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，所得到的曲線簇。【填料層壓降ΔP/Z與空塔氣速u的關(guān)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?？账馑俚?頁(yè),共21頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/23（1）干填料壓降線

在圖中，直線0表示無(wú)液體噴淋（L=0）時(shí)，干填料的△P/Z～u關(guān)系，稱為干填料壓降線?！咎攸c(diǎn)】△P/Z～u為線性關(guān)系?？账馑俚?頁(yè),共21頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/23（2）填料操作壓降線【構(gòu)成】在不同液體噴淋量下，填料層的△P/Z～u關(guān)系，稱為填料操作壓降線。【特點(diǎn)】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(gè)區(qū)域）。

空塔氣速液體噴淋量

L3＞L2＞L1第7頁(yè),共21頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/23【特點(diǎn)】三個(gè)區(qū)域內(nèi)的壓降與空塔氣速之間的關(guān)系不同。【現(xiàn)象】?jī)蓚€(gè)拐點(diǎn)；三個(gè)區(qū)域。第8頁(yè),共21頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/23（3）恒持液量區(qū)

【原因】當(dāng)氣速低于載點(diǎn)時(shí)，氣體流動(dòng)對(duì)液膜的曳力很小，液體流動(dòng)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(diǎn)】此時(shí)△P/Z～u為一直線，位于干填料壓降線的左側(cè)，且基本上與干填料壓降線平行。第9頁(yè),共21頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/23（4）載液區(qū)當(dāng)氣速超過(guò)載點(diǎn)時(shí)，氣體對(duì)液膜的曳力較大，對(duì)液膜流動(dòng)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(shí)的空塔氣速稱為載點(diǎn)氣速，曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為載點(diǎn)。載點(diǎn)氣速【有關(guān)規(guī)律】載點(diǎn)氣速隨噴淋量增大而減小。第10頁(yè),共21頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/23（5）液泛區(qū)若氣速繼續(xù)增大，到達(dá)泛點(diǎn)時(shí)，由于液體不能順利向下流動(dòng)，使填料層的持液量不斷增大，填料層內(nèi)幾乎充滿液體。此時(shí)，氣速增加很小便會(huì)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(shí)的氣速稱為泛點(diǎn)氣速，以u(píng)F表示，曲線上的拐點(diǎn)稱為泛點(diǎn)。

【填料塔的正常操作范圍】從載點(diǎn)到泛點(diǎn)的載液區(qū)，是填料塔的正常操作范圍。泛點(diǎn)氣速第11頁(yè),共21頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/233、填料塔的液泛【現(xiàn)象】在泛點(diǎn)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啵朔N情況稱為淹塔或液泛?！疚：Α恳悍簳r(shí)，氣體呈氣泡形式通過(guò)液層，傳質(zhì)速率下降；液體被大量帶出塔頂，塔的操作極不穩(wěn)定，甚至?xí)黄茐??！居绊懸悍旱囊蛩亍坑绊懸蛩睾芏啵缣盍系奶匦?、流體的物性及操作的液氣比等。第12頁(yè),共21頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/23正常操作時(shí)的填料塔【特點(diǎn)】氣體為分散相，液體為連續(xù)相。第13頁(yè),共21頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/23填料塔的液泛現(xiàn)象第14頁(yè),共21頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/233、填料塔的液泛液泛時(shí)的空塔氣速泛點(diǎn)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

第15頁(yè),共21頁(yè)，2024年2月25日，星期天3、填料塔的液泛(3)泛點(diǎn)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(yīng)低于泛點(diǎn)氣速，操作氣速與泛點(diǎn)氣速的比值稱為泛點(diǎn)率。安全系數(shù)uFu第16頁(yè),共21頁(yè)，2024年2月25日，星期天3、填料塔的液泛(4)泛點(diǎn)氣速的計(jì)算①貝恩－霍根關(guān)聯(lián)式

A、K

關(guān)聯(lián)式常數(shù)，由表查出。②?？颂?Eckert)通用關(guān)聯(lián)圖

散裝填料的泛點(diǎn)氣速可用埃克特通用關(guān)聯(lián)圖計(jì)算。第17頁(yè),共21頁(yè)，2024年2月25日，星期天?？颂赝ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖橫坐標(biāo)縱坐標(biāo)第18頁(yè),共21頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/23

在填料塔內(nèi)，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(zhì)推動(dòng)力變小，傳質(zhì)效率降低

放大效應(yīng)。填料層內(nèi)的氣液分布不均氣體和液體在填料層內(nèi)的溝流氣液的湍流脈動(dòng)使氣液微團(tuán)停留時(shí)間不一致4、填料塔的返混第19頁(yè),共21頁(yè)，2024年2月25日，星期天填料表面的潤(rùn)濕狀況取決于塔內(nèi)液體噴淋密度及填料材質(zhì)的表面潤(rùn)濕性能。噴淋密度U5、液體噴淋密度和填料表面的潤(rùn)濕——指單位塔截面積上，單位時(shí)間