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1、前言 金属环料主要用于实验室及小批量、高纯度产品的精馏分离过程及同位 素的稳定分离和实验室规模的同位素研制。由60-100目金属丝网卷制形成，其 高度与直径相等，常用不锈钢、铜等材质。金属丝网的毛细作用可以很好地将 液体分散成膜，从而有利于气液两相进行充分的传质与传热，可显著消除沟流 等不稳定现象。在稳定条件下，理论板数每米最高可达到30快，是实验室最常 用的散装填料之一。 摘要：本实验以填料塔内填料层的压降原理在内径为30mm的填料塔内，对金属 环料的流体力学性能进行测定，推导出了适用于直径1.5-10mm和比表面积 大于2000m/m小型填料的压降计算公式和持液量计算公式。并对实验值和计
2、算值进行比较，计算出相对误差为6%。与大型填料相比金属环料具有更低 的压降和更小的持液量，具有较好的流体力学性能，更适用于惊喜化工品的分 离。 关键词：金属环料 填料塔 填料层压降 持液量 流体力学性能 一、实验名称：金属环填料流体力学性能研究 二、实验目的： 1、了解填料塔的结构及填料特性； 2、熟悉气液两相在填料层内的流动； 3、测定填料塔的气速并测定其与压降的关系； 4、了解填料层的压降与气相动能因子的关系。 三、实验原理： 1、填料层的压降填料层压降与空塔气速的关系，通常可用的关联式为p/Z=A（u G 1/2 ）B式中：u气体的空塔气速，m.s-1； G 气体密度，kg/m3；A,B
3、为关联式常数。 干填料和一定的喷淋密度下，气体通过每米填料层压降与气相动能因子的关系 如图所示。 通过对实验数据的回归，得到干塔压降与气体动能因子的关联式为： p/Z=0.5398F 1.7018 在 F=0.551.56 的范围内，上述关联式的最大误差为0.6%。 实验测试不同液体喷淋密度时的压降图可以看出，小型填料的载点不明显， 在泛点以下，压降随气相动能因子的增加而增大，在泛点以上，压降则直线上 升。随喷淋密度（L）的加大，液泛点的气相动能因子变小，从图填料层压降 p/Z与气相动能因子的关系曲线中压降的变化获得的泛点气速（up）及泛点压 降pZ见表1。采用最小二乘法对实验数据进行关联，在
4、载点以下，关联结果列于表 2。 采用最小二乘法对表2数据进行回归，得出 A= exp（- 0.0593L+0.5298） B=exp（0.0626L- 1.1211） p/Z=exp（- 0.0593L+0.5298） （u G 1/2 ） exp（0.0626L-1.1211） 2、填料的泛点特性 泛点的确定采用图解法，即根据不同液体喷淋密度下p/ZF 的关系曲线 的这点确定泛点，泛点特性见表 1。算出填料的泛点因子 ，计算结果列于 表3。由表中数据可看出，金属 环的泛点填料因子与L得关系通常关联成采用最小二乘法进行关联，关联结果为AF=2.8731；BF=0.4807 在喷淋密度14.01
5、325.48m3/m2h范围内，取泛点填料因子的平均值，得 =3115m- 1，按上述关联式计算出的泛点气速与实测值相比误差在 2%以内。 2、填料层的持液量 填料层的持液量是指在一定的操作条件下，在单位体积填料层内所积存的 液体体积，通常以（m3液体）/（m3 填料）表示，持液量分为静持液量、动持 液量和总持液量，实验中所测定的一般为动持液量，对金属 环的动持液量 进行了测定，在一定的喷淋密度下，填料层的东持液量 H 与空塔气速 u 的关 系如图 4所示。从上图可以看出，在一定的空塔气速下，随着液体喷淋密度的增加，动持 液量增大。在一定的液体喷淋密度下，随着空塔气速的增加，动持液量的变化 可
6、分为 3 个阶段：第一阶段为恒持液量区，此时随着空塔气速的增加，填料表 面的液膜厚度不变，故动持液量基本不变；第二个阶段为载液区，此时随着空 塔气速的增加，填料表面的液膜增厚，故动持液量增加；第三个阶段为液泛区， 此时空塔气速稍有增加，但因填料层已经积液，故动持液量急剧增加，该结果 与填料层的压降研究是一致的。 四、实验操作步骤：1.测定干填料的压降。塔内填料务必事先吹干。 改变空气流量，测定填 料塔压降，测取 6-8 组数据。2.测定湿填料的压降。 测定前要进行预液泛，使填料表面充分润湿。固 定水在某一喷淋量下，改变空气流量，测定填料塔压降，测取6-8 组数据。实 验接近液泛时，进塔气体的增
7、量不要过大，否则泛点不易找到。 密切观察填料 表面接触状况，并注意填料层压降变化幅度，务必 等各参数稳定后再读取数据， 液泛后填料塔压降在气速不变的情 况下明显上升，务必要掌握这个特点。稍增 加气量，再读取一两个点即可。注意不要使气速过分超过泛点，避免冲破和冲 跑填料。注意空气转子流量计的调节阀要缓慢开启和关闭，以免撞破玻璃管。五、实验装置： 1、氧气钢瓶 2、氧减压阀 3、氧压力表 4、氧缓冲罐 5、氧压力表 6、安全阀 7、氧气流量调节阀 8、氧转子流量计 9、吸收塔 10、 水流 量调节阀 11、水转子流量计 12、富氧水取样阀 13、风机 14、空气缓 冲罐 15、温度计 16、 空气
8、流量调节阀 17、空气转子流量计 18、解吸 塔 19、 液位平衡罐 20、贫氧水取样阀 21、温度计 22、压差计 23、 流量计前表压计 24、防水倒灌阀 六、预测研究结果：1 、金属 环高效填料与大型散装填料相比，具有更低的压降特性， 泛 点以下，压降随气相动能因子的增加而增大，在泛点以上，压降 则直线上升。 大型散装填料的压降计算公式不适用于小型填料，否 则会引起很大误差。 2 金属 环小型高效精密填料具有良好的流体力学性能，更适合 于精细 化工品的分离，得到的压降为流体力学性能的研究和应用提 供了可靠的理论根 据。 3. 在泛点以下，压降随气相动能因子的增加而增大，在泛点以上， 压降
9、则 直线上升。 七、数据记录：空气 流量 （m h） 空气 温度 水 温 度 T/ 空气 压力 kPa 全 塔 压 降 kpa 孔 板 压 降 水流 量 （m h） 截留面 积（） 0.005 31.8 14.1 0.2 0.23 0.17 0.0871 0.00785 0.01 31.8 13.9 0.4 0.28 0.32 0.0836 0.00785 0.015 32.6 14 0.7 0.32 0.56 0.0846 0.00785 0.02 33.3 13.9 1.3 0.54 1.38 0.0796 0.00785 0.025 35.1 13.9 1.7 0.65 3.41 0.0
10、829 0.00785 0.03 35.6 13.9 2.5 0.89 2.02 0.0859 0.00785 0.035 36.2 13.9 3.4 1.05 2.73 0.0864 0.00785 0.04 38.4 13.9 4.8 1.5 3.62 0.0865 0.00785 0.005 37.1 13.9 0.2 0.24 0.17 0.1495 0.00785 0.01 34.3 13.9 0.4 0.29 0.31 0.1538 0.00785 0.015 34.7 13.9 0.7 0.32 0.56 0.1556 0.00785 0.02 36.1 13.9 1.1 0.4
11、6 0.9 0.1563 0.00785 0.025 36.5 13.9 1.8 0.72 1.37 0.1549 0.00785 0.03 37.6 13.9 2.7 0.99 1.97 0.1531 0.00785 0.035 38.3 13.9 4 1.74 2.69 0.1517 0.00785 0.04 39.9 13.9 5.1 2.9 2.63 0.1535 0.007850.005 35.7 13.6 0.2 0.24 0.18 0.2579 0.00785 0.01 36 13.7 0.4 0.32 0.32 0.2615 0.00785 0.015 36.4 13.7 0.
12、7 0.42 0.56 0.2583 0.00785 0.02 37.1 13.7 1.3 0.64 0.92 0.2583 0.00785 0.025 37.8 13.7 2.3 1.31 1.37 0.2631 0.00785 0.03 38.7 13.7 4.7 3.01 1.88 0.2591 0.00785 0.035 38.9 13.7 3.1 2.16 0.68 0.2636 0.00785 数据处理 喷淋密度（m/ h) 实际空气流量 (mh) 空气流速 （m/h） 11.0955414 0.114787183 14.62257106 10.64968153 0.1623335
13、91 20.67943832 10.77707006 0.184310274 23.47901575 10.14012739 0.18053533 22.99813122 10.56050955 0.197920675 25.2128248 10.94267516 0.19601026 24.96945992 11.00636943 0.196280754 25.00391773 11.01910828 0.189464271 24.13557589 19.04458599 0.115780381 14.749093119.59235669 0.162997643 20.76403099 19
14、.82165605 0.184942145 23.5595089 19.91082803 0.197157172 25.11556327 19.73248408 0.192780619 24.55804063 19.50318471 0.189220861 24.10456823 19.32484076 0.181575098 23.13058579 19.55414013 0.184249293 23.47124748 32.85350318 0.115518857 14.7157779 33.31210191 0.163447658 20.8213577 32.9044586 0.185452083 23.62446915 32.9044586 0.181651206 23.14028108 33.51592357 0.183271259 23.34665721 33.00636943 0.186139775 23.71207329 33.57961783 0.206454029 26.29987632
