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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；3．研究板式塔負荷性能圖的影響因素并做出篩板塔的；二、實驗原理；板式塔為逐級接觸的氣～液傳質(zhì)設備，當液體從上層塔；1）當氣體的速度較低時，氣液兩相呈鼓泡接觸狀態(tài)；2）當氣體速度較高時，氣液兩相呈泡沫接觸狀態(tài)，此；3）當氣體速度很高

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(zhì)設備，當液體從上層塔板經(jīng)溢流管流經(jīng)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(jīng)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(xù)上升到上一層塔板。塔板傳質(zhì)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(xiàn)象。 （1）氣液兩相在塔板上接觸的三種狀態(tài)：

1）當氣體的速度較低時，氣液兩相呈鼓泡接觸狀態(tài)。塔板上存在明顯的清液層，氣體以氣泡形態(tài)分散在清液層中間，氣液兩相在氣泡表面進行傳質(zhì)。

2）當氣體速度較高時，氣液兩相呈泡沫接觸狀態(tài)，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(tài)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(zhì)。

3）當氣體速度很高時，氣液兩相呈噴射接觸狀態(tài)，液體以不斷更新的液滴形態(tài)分散在氣相中間，氣液兩相以液滴表面進行傳質(zhì)。 （2）塔板上不正常的流動現(xiàn)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(xiàn)漏液現(xiàn)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一層塔板引起濃度返混的現(xiàn)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，于是液體在塔板上不斷積累，液層不斷上升，使塔內(nèi)整個塔板間都充滿積液的現(xiàn)象稱為液泛。 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和液層壓降兩部分。干板壓降是指塔內(nèi)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(chǎn)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(chǎn)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。

（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。

3．篩板的流體力學模型 （1）壓降

式中：Δp——塔板總壓降，Pa； Δpc——干板壓降，Pa； ΔpL——板上液層高度壓降，Pa。

上式中，

式中：ρv——氣相密度，kg/m； g——重力加速度，m/s； u0——篩孔氣速，m/s； C0——篩孔流量系數(shù)，可通過圖2—69求取。

篩板上因液層高度產(chǎn)生的壓降ΔpL即液層有效阻力hL：

式中：ρL——液相密度，kg/m； g——重力加速度，m/s；

hi——液層有效阻力，m液柱，可通過圖2—70求取。

δ—板厚；d0—孔徑，mm

圖中，氣相動能因子表示為：

板上清液層高度表示為：

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Fo<17時：

Fo>17時：

（2）霧沫夾帶量：

式中：ev——霧沫夾帶量，kg液/kg氣； σ——液相表面張力，N/m； uG——按有效面積計算的氣速，m/s；

式中：V3

s——氣相流量，m/s； A2T——塔截面積，m； A2

f——降液管截面積，m； HT——板間距，m；

hf——塔板上鼓泡層高度，m；

ф——表示鼓泡層平均相對密度，一般情況下：取ф＝0.4， 即hf＝2.5hL。 （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(jīng)驗式計算：

式中：uow——漏液點的篩孔氣速，m/s； Co——篩孔流量系數(shù)； hL——板上清液層高度，m；

2—58）2—59）2—60）

hσ——與液體表面張力相當?shù)囊褐叨龋琺。

式中：σ——液體表面張力，N/m； g——重力加速度，m/s； do——篩孔孔徑，m； ρL——液體密度，kg/m3。

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（m/s）為縱坐標，液體體積流量（m/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(jié)構(gòu)尺寸以及待分離的物系確定后，負荷性能圖可通過實驗確定。

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OAB與界限曲線的交點的氣相zui大負荷V大與氣相允許zui小負荷V小之比稱為操作彈性，即：

操作彈性= （2—62）

設計塔板時，可適當調(diào)整塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)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

圖2-72 板式塔流體力學性能測定實驗裝置流程示意圖

1－空氣出口，2－霧沫夾帶收集板，3－霧沫夾帶液出口，4－進水流量計 5－進水口，6－實驗塔板（篩板、浮閥、泡罩塔板），7－泄漏率測定板 8－降液管，9－出水口，10－進氣流量計，11－空氣進口，12－泄漏液出口

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。

氣體從下面通入塔內(nèi)，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(shù)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(jié)構(gòu)參數(shù)：

塔內(nèi)徑 D=190mm； 板間距 HT＝200mm； 出口堰長Lw＝100mm； 出口堰高hw＝25mm； 降液管直徑d＝21mm； 降液管底隙高度h0＝18mm； 篩孔直徑d0＝3mm； 篩孔數(shù)n＝210。

其他結(jié)構(gòu)尺寸入板厚σ等應根據(jù)塔板的結(jié)構(gòu)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） 啟動風機改變氣體流量，測量干板壓降與氣速的關系。

（3） 選定一個液體流量，改變氣體流量，測量塔板壓降、霧沫夾帶率和泄漏率。 （4） 改變液體流量，重復（3）的內(nèi)容。 （5） 實驗結(jié)束，先關水，后關氣。