實驗八、板式塔流體力學性能測定

一、實驗目的

1.觀察塔板上氣、液兩相流動狀況。

2.測定氣體通過塔板的壓力降與空塔氣速的關系、霧沫夾帶率與空塔氣速的關系、泄漏率和空塔氣

速的關系。

3.研究板式塔負荷性能圖的影響因素并做出篩板塔的負荷性能圖。

二、實驗原理

板式塔為逐級接觸的氣?液傳質設備，當液體從上層塔板經溢流管流經塔板與氣體形成錯流通過塔

板，由于塔板上裝有一定高度的堰，使塔板上保持一定的液層，然后越過堰從降液管流到下層塔板。

氣體從下層塔板經篩孔或浮閥、泡罩齒縫等，上升穿過液層進行氣液兩相接觸，然后與液體分開繼續

上升到上一層塔板。塔板傳質的好壞很大程度取決于塔板上的流體力學狀況。

1.塔板上的氣液兩相接觸狀況及不正常的流動現象。

（1）氣液兩相在塔板上接觸的三種狀態：

n當氣體的速度較低時，氣液兩相呈鼓泡接觸狀態A塔板卜存在明顯的清液層，氣體以氣泡形態分

散在清液層中間，氣液兩相在氣泡表面進行傳質。

2）當氣體速度較高時，氣液兩相呈泡沫接觸狀態，此時塔板上清液層明顯變薄，只有在塔板表面處

才能看到清液，清液層隨氣速增加而減少，塔板上存在大量泡沫，液體主要以不斷更新的液膜形態

存在于十分密集的泡沫之間，氣液兩相以液膜表面進行傳質。

3）當氣體速度很高時，氣液兩相呈噴射接觸狀態，液體以不斷更新的液滴形態分散在氣相中間，氣

液兩相以液滴表面進行傳質,

（2）塔板上不正常的流動現象

1）漏液

當上升的氣體速度很低時，氣體通過塔板升氣孔的動壓不足阻止塔板上液層的重力，液體將從塔

板的開孔處往下漏而出現漏液現象。

2）霧沫夾帶

當上升的氣體穿過塔板液層時，將板上的液滴挾裹到上?層塔板引起濃度返混的現象稱為霧沫夾

帶。

3）液泛

當塔板上液體量很大，上升氣體速度很高，塔板壓降很大時，液體不能順利地從降液管流下，于是

液體在塔板卜不斷積累，液層不斷卜升，使塔內整個塔板間都充滿枳液的現象稱為液泛c

2.流體力學性能測定

（1）壓降

在塔板的上面和下面氣液分離空間中各設置一個測壓口，分別連在U型壓差計的兩端，可以測

定氣體通過塔板的壓降。

壓降通常包括干板壓降司液層壓降兩部分。干板壓降是指塔內不通液體，只有氣體穿過塔板時測

得的塔板壓降，這部分壓降主要是通過篩孔時克服阻力而產生的壓降，液層壓降是指氣體通過塔板

的清液層和泡沫層克服阻力而產生的壓降。

（2）霧沫夾帶率

在塔板上設置一層液體收集板，可以把氣體從下層塔板帶上來的液體收集，然后用一個導管將

這些液體引出、收集并測量，可得夾帶液體流量、再除以氣體流量，可得霧沫夾帶率。

夾帶液體流量

霧沫夾帶率e=“00%

氣體流量(2—55)

(3)泄漏率

再塔板下面設置一個液體出口，可以把從篩孔流下的液體收集并測量，可得泄漏液體流量，泄

漏液體流量除以液體流量即可得泄漏率。

泄漏液體流量

泡糯率Q=H00%

液體流量(2-56)

3.篩板的流體力學模型

(1)壓降

&=睇,+々］

式中：Ap——塔板總壓降，Pa：

△pc---干板壓降，Pa；

ApL一—板上液層高度壓降，Pa0

上式中，

式中：PV一一氣相密度，kg/m3；

g---重力加速度，m/s2：

uO---篩孔氣速，m/s：

CO一一篩孔流量系數，可通過圖2—69求取。

篩板上因液層高度產生的壓降△pL即液層有效阻力hL:

電=從a(2-57)

式中：PL一一液相密度，kg/m3：

g---重力加速度，m/s2；

hi一一液層有效阻力，m液柱，可通過圖2—70求

4

圖2-69干篩孔的流量系數圖2-70有效液層阻力

6一板厚?dO—孔徑，mm

6—板厚：do—孔徑，mm

圖中，氣相動能因了?表示為：

板上清液層高度衣示為：

式中：hw----堰高，m；

how---堰上液流高度，m。

液層有效阻力hi,也可用如下方程計算：

當Fc<17時:

h產0005352+14776h工T86h；+93.54h：

當Fo>17時：

h,=0006675+1.2419h「15.64h：+83.45h；

(2)霧沫夾帶量:

(2—58)

式中：ev----霧沫夾帶量，kg液/kg氣:

。---液相衣面張力，N/m：

uG一一按有效面積計算的氣速，n/s；

U

°-AT-Af

(2-59)

式中：Vs---氣相流量，m3/s；

AT---塔截面積，m2：

Af一—降液管截面積，m2：

HT----板間距，m：

hf——塔板上鼓泡層高度，m：

小一一衣示鼓泡層平均相對密度，一般情況下：取少=0.4,

即h,=2.5hi

(3)漏液

為保證篩孔不漏液的下限氣速為uow,篩板的uow可按下面的經驗式計算:

/(00056+043%一也)鼻

UCEW—4C0。

VA(2-60)

式中：uow----漏液點的篩孔氣速，m/s：

Co---篩孔流量系數：

hL一一板上清液層高度：m；

ho一一與液體表面張力相當的液柱高度：m。

4cr

d°Rg(2-61)

式中：。----液體表面張力，N/m；

g----重力加速度，m/s2；

do一一篩孔孔徑，m；

PL----液體密度，kg/m3o

4.塔板負荷性能圖及操作彈性

塔板的氣液正常操作通常以塔板的負荷性能圖表示，如圖2—71,負荷性能圖以氣體體

積流量(m3/s)為縱坐標，液體體積流量(m3/s)為橫坐標標繪而成，它由漏液線、霧沫夾帶線、液

相負荷下限線、液相負荷上限線和液泛線五條線組成，其中每條線代表一個極限操作情況，五條線包

圍部分是正常操作范圍。當塔板的類型、結構尺寸以及待分離的物系確定后，負荷性能圖可通過實驗

圖2-71塔板負荷性能圖

1.霧沫夾帶線2。液冷線3。液相上限線4。漏液線5。液相下限線

塔的操作彈性是評價塔性能的重要指標，在塔的操作液氣比下，如圖2-71所示，操作線0AB與界限

曲線的交點的氣相最大負荷V大馬氣相允許最小負荷V小之比稱為操作彈性，即：

限

操作彈性=4(2-62)

設計塔板時，可適當調整塔板結構參數使操作點P在圖中適中位置，以提高塔的操作彈性。

三、實驗裝置及流程

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圖2―2板式塔流體力學性能測定實驗裝置流程示意圖

1一空氣出口，2—霧沫夾帶收集板，3—霧沫夾帶液出口，4一進水流量計

5—進水口，6—實驗塔板（篩板、浮閥、泡罩塔板），7一泄漏率測定板

8一降液管，9一出水口，10一進氣流量計，11一空氣進口，12一泄漏液出口

板式塔流體力學性能測定實驗裝置的塔體是用有機玻璃制成，三層塔板分段用法蘭連接。上層塔

板為霧沫夾帶收集板，中間塔板為可更換實驗板（篩板、浮閥、泡罩塔板），下層塔板為泄漏率測定

板。

氣體從卜面通入塔內，從塔頂流出：液體從中間塔板上面加入，從下層塔板的降液管中流出。

塔板壓降的測定：在中間實驗塔板的上下各設置了一個測壓口，分別連在U型壓差計的兩端，

壓差計的讀數直接反映了塔板壓降的大小。

霧沫夾帶的測定：在霧沫夾帶收集板的下面引出這些液體，并測定流率，可以計算霧沫夾帶。

泄漏率的測定：在塔底引出泄漏液，收集后測定泄漏速率，可計算泄漏率。

塔板主要結構參數：

塔內徑D=190mm；板間距Hr=200mm：出口堰長L=130mm；

出口堰高h.=25mm；降液管直徑d=2lmm；降液管底隙高度％=18mm：

篩孔直徑（1?=3mm；篩孔數n=210o

其他結構尺寸入板厚。等應根據塔板的結構測量求得。

四.實驗步驟及主意事項。

1.實驗步驟

（1）熟悉實驗裝置流程，了解各部分的作用。

（2）啟動風機改變氣