填料塔的這些性能，你知道嗎？

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導語

上周末，小七去看《猩球崛起3》了。深深被這個比人類重情重義的猩猩凱撒圈粉了。這是一個關於復仇的故事，影片最後，凱撒終於帶領猴群找到了安全的家園，本以為他們從此可以過上快樂的生活，可是凱撒卻因為身負重傷永遠離開了他親愛的夥伴們。不說了，淚目......

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好了，上一次小七給大家整理了一些填料塔的知識。可是，下面這些你知道嗎？

填料的性能是什麼？

什麼是填料層的持液量？

填料層的壓降是什麼？

壁流和溝流現象是怎樣造成的？

這一次呢，小七繼續給大家整理填料塔的相關知識。

看在小七幸苦找資料碼字的份上，各位行行好，看完點個贊。

填料的特性

填料塔的核心，是氣液兩相接觸進行質、熱傳遞的場所。

填料的流體力學和傳質性能與填料的材質、大小和幾何形狀緊密相關，材質一定時，表徵填料特性的數據主要有：

比表面積a

【定義】塔內單位體積填料層具有的填料表面積，m2/m3。

【影響】填料比表面積的大小是氣液傳質比表面積大小的基礎條件。填料的比表面積愈大，所提供的氣液傳質面積愈大。因此，比表面積是評價填料性能優劣的一個重要指標。

同一種填料，尺寸愈小，比表面積愈大。

兩點說明

操作中有部分填料表面不被潤濕，以致比表面積中只有某個分率的面積才是潤濕面積。據資料介紹，填料真正潤濕的表面積（有效表面積）只佔全部填料表面積的（20～50）%。

有的部位填料表面雖然潤濕，但液流不暢，液體有某種程度的停滯現象。這種停滯的液體與氣體接觸時間長，氣液趨於平衡態，在塔內幾乎不構成有效傳質區。

【結論】填料的比表面積並非有效的傳質面積。

空隙率ε

【定義】塔內單位體積填料層具有的空隙體積，m2/m3。

【影響】ε為一分數。ε值大則氣體通過填料層的阻力小，故ε值以高為宜。

填料的空隙率越大，氣體通過的能力（處理能力）越大且壓降低。因此，空隙率是評價填料性能優劣的又一重要指標。

【結論】填料的空隙率大，氣液通過能力大且氣體流動阻力小。

填料因子Φ

【定義】比表面積a與空隙率ε所組成的複合量a/ε3。

干填料因子：填料未被液體潤濕時的a/e3稱為干填料因子，它反映了填料的幾何特性；

濕填料因子：填料被液體潤濕後，填料表面覆蓋了一層液膜，空隙率變小，此時的a/e 3稱為濕填料因子，用φ表示。其單位為1/m。

【結論】濕填料因子反映了填料的流體力學性能，空隙率e越大，φ值越小，表明流動阻力越小。

堆積密度p

【定義】單位體積填料的質量(kg/m3)。在機械強度允許的條件下，填料壁要盡量薄，以減小填料的堆積密度，從而既可降低成本又可增加空隙率。

【影響】機械強度大，化學穩定性好以及價格低廉等也是優良填料應盡量兼有的性質。

注意：一些難以定量表達的因素(幾何形狀)對填料的流體力學和傳質性能也有重要的影響。

新型填料的開發一般是改進填料幾何形狀使之更為合理，從而獲得高的填料效率。

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。

填料層的持液量

在一定操作條件下，由於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】單位體積填料層內所積存的液體體積，以（m3液體）/（m3填料）表示。

靜持液量：當填料被充分潤濕後，停止氣液兩相進料，並經排液至無滴液流出時存留於填料層中的液體量，其取決於填料和流體的特性，與氣液負荷無關。

動持液量：指填料塔停止氣液兩相進料時流出的液體量，它與填料、液體特性及氣液負荷有關。

總持液量：指在一定操作條件下存留於填料層中的液體總量。

適當的持液量對填料塔操作的穩定性和傳質是有益的，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。

【持液量的影響】

一般來說，適當的持液量對填料塔操作的穩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。

【結論】持液量不宜太小，也不宜太大。

填料層的壓降

【產生原因】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：

一定的氣速下，液體噴淋量越大，壓降越大；

在一定的液體噴淋量下，氣速越大，壓降也越大。

填料層壓降ΔP/Z與空塔氣速u的關係曲線圖

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的關係標繪在對數坐標紙上，所得到的曲線簇。

直線0（干填料壓降線）：無液體噴淋（L=0）

曲線1、2、3（填料操作壓降線）表示不同液體噴淋量下，填料層的P/Z～u關係。

P/Z～u為直線：當氣速較低時，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，填料層的持液量不變，該區域稱為恆持液量區。

P/Z～u不為直線：當氣速增加時，氣體對液膜流動產生阻滯作用，使液膜增厚，填料層的持液量隨氣速的增加而增大，此現象稱為攔液。

載點：開始發生攔液現象時的空塔氣速稱為載點氣速，曲線上相應的轉折點為載點。

P/Z～u不為直線：繼續增大氣速，由於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。氣速增加很小便會引起壓降的劇增，此現象稱為液泛。

泛點氣速：開始發生液泛現象時的氣速稱為泛點氣速。

【空塔氣速】氣體的體積流量除以塔截面積所得的流速。

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關係，稱為干填料壓降線。

【特點】P/Z～u為線性關係。

填料操作壓降線

在不同液體噴淋量下，填料層的P/Z～u關係，稱為填料操作壓降線。

【特點】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（三個區域）。

液體噴淋量 L3＞L2＞L1

恆持液量區

當氣速低於載點時，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。

【特點】此時P/Z～u為一直線，位於干填料壓降線的左側，且基本上與干填料壓降線平行。

載液區

當氣速超過載點時，氣體對液膜的曳力較大，對液膜流動產生阻滯作用，使液膜增厚，填料層的持液量隨氣速的增加而增大，此現象稱為攔液。開始發生攔液現象時的空塔氣速稱為載點氣速，曲線上的轉折點稱為載點。

【有關規律】載點氣速隨噴淋量增大而減小。

液泛區

若氣速繼續增大，到達泛點時，由於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，此現象稱為液泛，開始發生液泛現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。

【填料塔的正常操作範圍】從載點到泛點的載液區，是填料塔的正常操作範圍。

液泛

在泛點氣速下，持液量的增多使液相由分散相變為連續相，而氣相則由連續相變為分散相，此時氣體呈氣泡形式通過液層，氣流出現脈動，液體被帶出塔頂，塔的操作極不穩定，甚至被破壞，此種情況稱為液泛。

液泛時的空塔氣速：泛點氣速uf

【現象】在泛點氣速下，持液量的增多使液相由分散相變為連續相，而氣相則由連續相變為分散相，此種情況稱為淹塔或液泛。

【危害】液泛時，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，塔的操作極不穩定，甚至會被破壞。

【影響液泛的因素】影響因素很多，如填料的特性、流體的物性及操作的液氣比等。

載液和液泛對傳質的影響：

載點(B)後，持液量增加-，氣液相互作用加強-，相界面積增大-，湍動增強-，傳質過程增加-，填料效率增加(HETP減小)；

P點後，液沫夾帶量增加-，液相返混可導致填料效率減小，(HETP 增加-)。

填料塔的操作一般控制在偏離泛點一定距離的載液區內，這樣，既可得到較高的傳質效率，填料層的壓降也不會過大。

液體噴淋密度和填料表面的潤濕

填料表面的潤濕狀況取決於塔內的液體噴淋密度及填料材質的表面潤濕性能。

液體噴淋密度

液體噴淋密度是指單位塔截面積上，單位時間內噴淋的液體體積，以U表示，單位為m3/（m2·s）。

為保證填料層的充分潤濕，必須保證液體噴淋密度大於某一極限值，該極限值稱為最小噴淋密度，以Umin表示。

實際操作的噴淋密度必須大於最小噴淋密度。

若噴淋密度過小，可採用液體再循環的方法加大液體流量，以保證填料表面的充分濕潤；

也可以採用減小塔徑來補償，對於金屬、塑料材質的填料，可採用表明處理方法，改善其表面的潤濕能力。

填料表面的潤濕

潤濕速率 ：在塔的截面上，單位長度的填料周邊上液體的體積流量。

最小噴淋密度與最小潤濕速率的關係：

返混

【定義】在填料塔內，氣液兩相的逆流並不呈理想的活塞流狀態，而是存在著不同程度的返混。

【返混的影響】傳質推動力變小，傳質效率降低?放大效應。

【造成返混現象原因】

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

壁流和溝流現象

拉西環是最早使用的人造填料（此前的填料為碎石、磚塊、焦炭等），製造容易，曾得到極為廣泛的應用。

大量的工業實踐表明，拉西環由於高徑比太大，堆積時相鄰之間容易形成線接觸，填料層的均勻性差。因此，拉西環填料層中的液體存在著嚴重的壁流和溝流現象。

溝流

【溝流】液體的偏流稱為「溝流」（channeling）。產生溝流的原因可從兩方面考慮：

因操作時液體並不能全部潤濕填料表面，於是，液體只沿潤濕表面流下，形成溝流。

因為每個填料與相鄰填料都有若干個接觸點，該填料自某些接觸點得到液體，又從某些接觸點流走液體。液體來去之間總優先「走近路」。可見，即使填料表面全部潤濕，仍存在液流不均勻問題。

壁流

【壁流】液體有朝塔壁彙集的趨向，即存在「塔壁效應」。液體自一個填料流至下一個填料的過程中，液體通過填料與塔壁的接觸點流至塔壁後，即順塔壁流下，基本上不再返回填料層中。

液體流過一段填料層後，填料層中心部位液流量明顯減小，甚至出現干填料區。

【溝流和壁流的影響】填料塔操作時存在著氣、液相在塔橫截面上分布不均勻，其結果必減少氣、液接觸機會，影響傳質效果。

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本文內容來源：百度文庫

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