填料塔流体力学特性

填料塔流体力学特性2024/4/23二、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。第2页,共21页，2024年2月25日，星期天2024/4/23一般来说，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。【持液量的影响】第3页,共21页，2024年2月25日，星期天2024/4/232、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。

第4页,共21页，2024年2月25日，星期天2024/4/23【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。【填料层压降ΔP/Z与空塔气速u的关系曲线图】【空塔气速】气体的体积流量除以塔截面积所得的流速。空塔气速第5页,共21页，2024年2月25日，星期天2024/4/23（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。空塔气速第6页,共21页，2024年2月25日，星期天2024/4/23（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）。

空塔气速液体喷淋量

L3＞L2＞L1第7页,共21页，2024年2月25日，星期天2024/4/23【特点】三个区域内的压降与空塔气速之间的关系不同。【现象】两个拐点；三个区域。第8页,共21页，2024年2月25日，星期天2024/4/23（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。第9页,共21页，2024年2月25日，星期天2024/4/23（4）载液区当气速超过载点时，气体对液膜的曳力较大，对液膜流动产生阻滞作用，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，曲线上的转折点称为载点。载点气速【有关规律】载点气速随喷淋量增大而减小。第10页,共21页，2024年2月25日，星期天2024/4/23（5）液泛区若气速继续增大，到达泛点时，由于液体不能顺利向下流动，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为泛点气速，以uF表示，曲线上的拐点称为泛点。

【填料塔的正常操作范围】从载点到泛点的载液区，是填料塔的正常操作范围。泛点气速第11页,共21页，2024年2月25日，星期天2024/4/233、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。第12页,共21页，2024年2月25日，星期天2024/4/23正常操作时的填料塔【特点】气体为分散相，液体为连续相。第13页,共21页，2024年2月25日，星期天2024/4/23填料塔的液泛现象第14页,共21页，2024年2月25日，星期天2024/4/233、填料塔的液泛液泛时的空塔气速泛点气速uF～uF影响液泛的因素填料特性

流体物性～ρLμL～ρV～液气比～uFuFuFuF(2)影响液泛的因素

第15页,共21页，2024年2月25日，星期天3、填料塔的液泛(3)泛点率散装填料规整填料～85%～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uFu第16页,共21页，2024年2月25日，星期天3、填料塔的液泛(4)泛点气速的计算①贝恩－霍根关联式

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。第17页,共21页，2024年2月25日，星期天埃克特通用关联图横坐标纵坐标第18页,共21页，2024年2月25日，星期天2024/4/23

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。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、填料塔的返混第19页,共21页，2024年2月25日，星期天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U5、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