板式塔的流体力学性质
板式塔流体力学性质
化工基础实验报告实验名称板式塔流体力学实验班级化21 姓名张腾学号2012011864 成绩实验时间2014.5 同组成员张煜林一、实验目的1、观察塔板上气、液两相流动时的特性。
2、测量气体通过塔板的压力降与空塔气速的关系,测定雾沫夹带量、漏液量与气速的关系。
3、研究板式塔负荷性能图的影响因素，做出筛孔塔板的负荷性能图。
二、实验原理当液体流量一定，气体空塔速度从小到大变动时，可以观察到几种正常的操作状态：鼓泡态、泡沫态和喷射态。
当塔板在很低的气速下操作时，会出现漏液现象；在很高的气速下操作，又会产生过量液沫夹带；在气速和液相符合均过大时，还会产生液泛这种不正常的操作状态。
塔板的气液正常操作区通常以塔板的负荷性能图表示。
当塔板的类型、结构尺寸以及待分离的物系确定后，负荷性能图可通过实验测定。
三、实验装置与流程1、塔主体是用有机玻璃制成的，分段用法兰连接。
2、风源：罗茨鼓风机，D22 / 5型；风压：3500mm H2O；风量5m3/min。
3、气液流量测量用转子流量计：LZB-50，气体流量16～160m3/h。
LZB-25，液体体积流量100～1000 L/h4、U型管压差计：指示液为水，测量范围0～700 mm H2O实验装置图如下：1－水箱；2－泵；3－液体流量计；4－气体流量计；5－压差计；6－板式塔四、实验步骤及注意事项1、熟悉实验装置流程，了解各部分作用。
2、在启动气路前，要检查罗茨鼓风机旁路阀是否开启，转子流量计阀门是否关闭，以免损坏设备。
3、测量干板阻力降与气速关系。
4、启动水泵。
启动前要检查水泵内是否充满水，转动泵的联轴节是否灵活，关闭泵的出口阀门。
5、在一定的喷淋密度下，测定塔板的压降、漏液量和雾沫夹带与空塔速度的关系。
6、改变喷淋密度，重复5的内容。
7、实验结束，先关水，后关气。
五、实验原始数据表格1、设备参数塔内径D＝2000mm；堰长l w=130mm；堰高ℎw=30mm；堰宽w d=27mm；孔径d0=8mm；孔数n=36；t=20mm；开孔率φ=12.6%2、原始数据记录表1、干板压降2、不同喷淋密度下的操作状态六、数据处理1、对原始数据表格中的数据进行换算塔半径r=0.1m，则塔截面积A = 0.0314m2；空塔气速=流量÷截面积÷3600；压降(pa)＝ρgh＝压降(mmH2O)×9.8×1000÷1000=压降(mmH2O)×9.8；漏液量（ml/s）=夹带量/时间；夹带量（ml/s）=夹带量/时间；换算后的数据列表如下：干板气速-压降关系2、干板及各种喷淋密度下压力降与空塔速度的关系曲线（1）空塔压降与气速的关系：对压降与气速取对数做双对数图如下：拟合出的直线斜率为1.43，与理论值2相差较大，原因暂时还不是很清楚，可能是由于塔设备相对于直管路的不理想程度比较大，也有可能是某些参数的错误，但这样大的差距必然有其内在的原因，目前还不能从根本上得出具体的结论。
化工原理_36特殊精馏_板式塔的流体力学性能
塔板上的液面 落差示意图
一、板式塔的流体力学性能
分析 △
～
气液分布 均匀程度
～
泡罩塔板 浮阀塔板 筛孔塔板 塔径
塔板效率
△大 △中
与塔板的 结构有关
△
与塔径、液 体流量有关
△小
流量
～△ ～△
二、板式塔的操作特性
1.塔板上的异常操作现象 （1）漏液 在正常操作塔板上，液体横向流过塔板，然后 经降液管流下。当气体速度较小时，气体通过升气 孔道的动压不足以阻止板上液体经孔道流下时，便 会出现漏液现象。 为保证塔正常操作，漏液量应不大于液体流量 的10%。漏液量为10%的气体速度称为漏液速度，它 是板式塔操作气速的下限。
2. 塔板压降 气体通过塔板需克服一定的阻力塔板压降。 干板阻力 板上各部件所造成的局部阻力。 塔板 充气液层阻力 阻力 板上充气液层的静压力形成的阻力。 表面张力阻力 液体表面张力形成的阻力。 塔板压降=干板压降+充气液层压降+表面张力压降
一、板式塔的流体力学性能
分析 塔板压降 塔板压降
～ ～
气液接 触时间 塔釜温度 气体阻力
～
塔板效率
～ 能量消耗
对热敏性物系的分离，应采用较低的塔板压降。
一、板式塔的流体力学性能
3. 液面落差 当液体横向流过塔板时，为克服板上的摩擦阻 力和板上部件（如泡罩、浮阀等）的局部阻力，需 要一定的液位差，则在板上形成由液体进入板面到 离开板面的液面落差。
液面 落差
学 习 指 导
板式塔 塔板的主要类型 板式塔的流体力学性能 板式塔的操作特性 塔板效率
第九章 蒸 馏
9.9 板式塔 9.9.1 塔板的类型及性能评价 9.9.2 塔板的结构 9.9.3 板式塔的流体力学性能和操作特性
化工基础实验报告
化工基础实验报告实验名称 板式塔流体力学特性的测定 班级 姓名 学号 成绩 实验时间 同组成员一、实验目的1、观察塔板上气液两相流动状况，测量气体通过塔板的压力降与空塔气速的关系；测定雾沫夹带量、漏液量与气速的关系；2、研究板式塔负荷性能图的影响因素，作出筛孔塔板或斜孔塔板的负荷性能图；比较筛孔塔板与斜孔塔板的性能； 二、实验原理板式塔流体力学特性测定 塔靠自下而上的气体和自上而下的液体逆流流动时相互接触达到传质目的，因此，塔板传质性能的好坏很大程度上取决于塔板上的流体力学状态。
当液体流量一定，气体空塔速度从小到大变动时，可以观察到几种正常的操作状态：鼓泡态、泡沫态和喷射态。
当塔板在很低的气速下操作时，会出现漏液现象；在很高的气速下操作，又会产生过量液沫夹带；在气速和液相负荷均过大时还会产生液泛等几种不正常的操作状态。
塔板的气液正常操作区通常以塔板的负荷性能图表示。
负荷性能图以气体体积流量（m 3/s ）为纵坐标，液体体积流量（m 3/s ）为横坐标标绘而成，它由漏液线、液沫夹带线、液相负荷下限线、液相负荷上限线和液泛线五条线组成。
当塔板的类型、结构尺寸以及待分离的物系确定后，负荷性能图可通过实验确定。
传质效率高、处理量大、压力降低、操作弹性大以及结构简单、加工维修方便是评价塔板性能的主要指标。
为了适应不同的要求，开发了多种新型塔板。
本实验装置安装的塔板可以更换，有筛板、浮阀、斜孔塔板可供实验时选用，也可将自行构思设计的塔板安装在塔上进行研究。
筛板的流体力学模型如下： 1) 压降l c p p p ∆+∆=∆式中，Δp —塔板总压降，Δp c —干板压降，Δp l —板上液层高度压降， 其中20)(051.0c u g p v c ρ=∆式中 ρv —气相密度，kg/m 3；g —重力加速度，m/s 2，u 0—筛孔气速，m/s ，c 0—筛孔流量系数，筛板上因液层高度产生的压降Δp l 即液层有效阻力h l ：l l l gh p ρ=∆式中ρl —液相密度，kg/m 3，g —重力加速度,m/s 2，h l —液层有效阻力，m 液柱。
板式塔主要类型得结构与特点
板式塔主要类型得结构与特点工业上常用得板式塔有：泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流栅孔板塔浮阀塔具有得优点：生产能力大，塔板效率高，操作弹性大，结构简单，安装方便。
二、板式塔得流体力学特性1、塔内气、液两相得流动A 使气液两相在塔板上进行充分接触以增强传质效果B 使气液两相在塔内保持逆流，并在塔板上使气液量相保持均匀得错流接触，以获得较大得传质推动力。
2、气泡夹带：液体在下降过程中，有一部分该层板上面得气体被带到下层板上去，这种现象称为气泡夹带。
3、液（雾）沫夹带：气体离开液层时带上一些小液滴，其中一部分可能随气流进入上一层塔板，这种现象称为液（雾）沫夹带。
4、液面落差液体从降液管流出得横跨塔板流动时，必须克服阻力，故进口一侧得液面将比出口这一侧得高。
此高度差称为液面落差。
液面落差过大，可使气体向上流动不均，板效率下降。
5、气体通过塔板得压力降压力降得影响：A 气体通过塔板得压力降直接影响到塔低得操作压力，故此压力降数据就是决定蒸馏塔塔底温度得主要依据。
B 压力降过大，会使塔得操作压力改变很大。
C 压力降过大，对塔内气液两相得正常流动有影响。
压力降：ΔPP =ΔPC+ΔPL+ΔPδ塔板本身得干板阻力ΔPC板上充气液层得静压力ΔPL液体得表面张力ΔPδ折合成塔内液体得液柱高度M，则ΔPP /ρLg=ΔPC/ρLg +ΔPL/ρLg +ΔPδ/ρLg即hp =hc+hL+hδ浮阀塔得压力降一般比泡罩塔板得小，比筛板塔得大。
在正常操作情况，塔板得压力降以290—490 N/m2、在减压塔中为了减少塔得真空度损失，一般约为98—245Pa 通常应在保证较高塔板效率得前提下，力求减少塔板压力降，以降低能耗及改善塔得操作性能。
6、液泛（淹塔）汽液量相中之一得流量增大到某一数值，上、下两层板间得压力降便会增大到使降液管内得液体不能畅顺地下流。
当降液管内得液体满到上一层塔板溢流堰顶之后，便漫但上层塔板上去，这种现象，称为液泛（淹塔）如气速过大，便有大量液滴从泡沫层中喷出，被气体带到上一层塔板，或有大量泡沫生成。
实验八、板式塔流体力学性能测定【最新】
实验八、板式塔流体力学性能测定一、实验目的1．观察塔板上气、液两相流动状况。
2．测定气体通过塔板的压力降与空塔气速的关系、雾沫夹带率与空塔气速的关系、泄漏率和空塔气速的关系。
3．研究板式塔负荷性能图的影响因素并做出筛板塔的负荷性能图。
二、实验原理板式塔为逐级接触的气～液传质设备，当液体从上层塔板经溢流管流经塔板与气体形成错流通过塔板，由于塔板上装有一定高度的堰，使塔板上保持一定的液层，然后越过堰从降液管流到下层塔板。
气体从下层塔板经筛孔或浮阀、泡罩齿缝等，上升穿过液层进行气液两相接触，然后与液体分开继续上升到上一层塔板。
塔板传质的好坏很大程度取决于塔板上的流体力学状况。
1．塔板上的气液两相接触状况及不正常的流动现象。
（1）气液两相在塔板上接触的三种状态：1）当气体的速度较低时，气液两相呈鼓泡接触状态。
塔板上存在明显的清液层，气体以气泡形态分散在清液层中间，气液两相在气泡表面进行传质。
2）当气体速度较高时，气液两相呈泡沫接触状态，此时塔板上清液层明显变薄，只有在塔板表面处才能看到清液，清液层随气速增加而减少，塔板上存在大量泡沫，液体主要以不断更新的液膜形态存在于十分密集的泡沫之间，气液两相以液膜表面进行传质。
3）当气体速度很高时，气液两相呈喷射接触状态，液体以不断更新的液滴形态分散在气相中间，气液两相以液滴表面进行传质。
（2）塔板上不正常的流动现象1）漏液当上升的气体速度很低时，气体通过塔板升气孔的动压不足阻止塔板上液层的重力，液体将从塔板的开孔处往下漏而出现漏液现象。
2）雾沫夹带当上升的气体穿过塔板液层时，将板上的液滴挟裹到上一层塔板引起浓度返混的现象称为雾沫夹带。
3）液泛当塔板上液体量很大，上升气体速度很高，塔板压降很大时，液体不能顺利地从降液管流下，于是液体在塔板上不断积累，液层不断上升，使塔内整个塔板间都充满积液的现象称为液泛。
2．流体力学性能测定（1）压降在塔板的上面和下面气液分离空间中各设置一个测压口，分别连在U型压差计的两端，可以测定气体通过塔板的压降。
筛板式板式塔的基本原理及流体力学性能分析_胡维华
筛板式板式塔的基本原理及流体力学性能分析胡维华(江西昌九农科化工有限公司南昌330012)摘 要:本文介绍了板式塔(筛板式)的基本结构,并分析了其流体力学性能及产生原因,为解决板式塔在丙烯酰胺生产中遇到的问题,提高塔的使用效率提供了思路。
关健词:丙烯酰胺 板式塔 流体力学性能1 前言我公司丙烯酰胺生产装置年生产能力二万吨(计划再扩建二万吨),2000年一次开车成功并投入使用,它采用了国内最先进的微生物法生产技术和先进的DCS集散控制系统。
微生物法将丙烯腈、水、和固定化生物催化剂调配成水合溶液,在催化反应后分离出废催化剂就可得到丙烯酰胺产品。
其下游产品广泛应用于石油工业、水处理、纸浆、及造纸工业等,市场容量在逐年增加,丙烯酰胺产品市场前景看好。
在我公司丙烯酰胺生产中一个重要工序就是浓缩工序,其主体设备是板式塔(筛板式),此工序承担的任务是把丙烯酰胺的水溶液的浓度由28%提高到65%,对板式塔操作的好坏及其使用效率的高低,可以说决定了丙烯酰胺装置的生产效益。
2 板式塔的基本结构。
板式塔结构如图所示。
塔板上开有许多均布的筛孔,孔径为15mm,筛孔在塔板上作正三角形排列。
塔板上设置溢流堰,使板上能维持一定厚度的液层。
操作时,上升的气流通过筛孔分散成细小的流股,在板上液层中鼓泡而出,气液间密切接触而进行传质。
在正常的操作气速下,通过筛孔上升的气流,应能阻止液体经筛孔向下泄漏。
筛板塔的优点是:结构简单,造价低廉,气体压降小,板上液面落差也比较小,生产能力及板效率均比较高。
主要缺点是:操作弹性小,筛孔小时容易堵塞。
而我公司采用大孔径15mm筛板可避免堵塞,而且由于气速的提高,生产能力增大。
图 板式塔结构简图3 板式塔的流体力学性能塔板为气、液两相进行传质的场所。
在正常的流动情况下,液体从上层塔板经降液管流到下层塔板时,若液体在降液管中有足够的停留时间,则可分离出所夹带的少量气泡,气体返回至板面上,不至于将上层塔板的气体带到下层塔板。
板式塔综述与流体力学性能 ppt课件
其他要求
在通量大，效率高，适应性强前提下，尽量满足流动阻力低，结构简单，
金属耗量少，造价低，易于操作控制等。
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各种指标综合考虑
一般来说，通量，效率和压强降是 互相影响甚至是互相矛盾的。
工业大规模生产：在保持高通量的 前提下，争取效率不过于降低。
精密分离：优先考虑高效率，其次 是通量和压强降。
作气速下，通过筛孔上升的气流可以阻止液体经筛孔向下泄露。
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筛板塔优缺点
优点：
结构简单便于维修 制造容易、成本低，造价为浮阀塔的80%左右
筛板板上塔液面的落设差计小，和气操体作压降精低度要求较高，过去工业上应用较 为生谨产慎能力。大近，年传质来效，率由高 于设计和控制水平的不断提高，可
定，可以适用于较污浊和有悬浮颗粒
的物料。
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筛板塔工作原理
含尘烟气由侧下部进入筒体，气流急
剧向上拐弯，并降低沉速。
较粗的粉尘在惯性力的作用下被甩出，
并与多孔筛板上落下的水滴相碰撞，
被水附带排走。
较细的粉尘随气流上升，通过多孔筛
板时，将筛板上的水层吹起成紊流剧
烈、沸腾状的泡沫层，增加了气体与
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喷
舌形塔板
射
型
浮舌塔板
塔
板
斜孔塔板
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舌形塔板
固定舌形塔板是一种定向喷对式的 塔板
塔板的液流部分与一般有降液管的 板式塔相同。
舌片与板面成一定的角度，按正三 角形排列。
塔板的液体流出口一侧不设溢流堰， 只保留降液管，降液管截面积要比 一般塔板设计得大些。
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化工基础实验报告
化工基础实验报告实验名称 板式塔流体力学特性的测定 班级 姓名 学号 成绩 实验时间 同组成员一、实验目的1、观察塔板上气液两相流动状况，测量气体通过塔板的压力降与空塔气速的关系；测定雾沫夹带量、漏液量与气速的关系；2、研究板式塔负荷性能图的影响因素，作出筛孔塔板或斜孔塔板的负荷性能图；比较筛孔塔板与斜孔塔板的性能； 二、实验原理板式塔流体力学特性测定 塔靠自下而上的气体和自上而下的液体逆流流动时相互接触达到传质目的，因此，塔板传质性能的好坏很大程度上取决于塔板上的流体力学状态。
当液体流量一定，气体空塔速度从小到大变动时，可以观察到几种正常的操作状态：鼓泡态、泡沫态和喷射态。
当塔板在很低的气速下操作时，会出现漏液现象；在很高的气速下操作，又会产生过量液沫夹带；在气速和液相负荷均过大时还会产生液泛等几种不正常的操作状态。
塔板的气液正常操作区通常以塔板的负荷性能图表示。
负荷性能图以气体体积流量（m 3/s ）为纵坐标，液体体积流量（m 3/s ）为横坐标标绘而成，它由漏液线、液沫夹带线、液相负荷下限线、液相负荷上限线和液泛线五条线组成。
当塔板的类型、结构尺寸以及待分离的物系确定后，负荷性能图可通过实验确定。
传质效率高、处理量大、压力降低、操作弹性大以及结构简单、加工维修方便是评价塔板性能的主要指标。
为了适应不同的要求，开发了多种新型塔板。
本实验装置安装的塔板可以更换，有筛板、浮阀、斜孔塔板可供实验时选用，也可将自行构思设计的塔板安装在塔上进行研究。
筛板的流体力学模型如下： 1) 压降l c p p p ∆+∆=∆式中，Δp —塔板总压降，Δp c —干板压降，Δp l —板上液层高度压降， 其中20)(051.0c u g p v c ρ=∆式中 ρv —气相密度，kg/m 3；g —重力加速度，m/s 2，u 0—筛孔气速，m/s ，c 0—筛孔流量系数，筛板上因液层高度产生的压降Δp l 即液层有效阻力h l ：l l l gh p ρ=∆式中ρl —液相密度，kg/m 3，g —重力加速度,m/s 2，h l —液层有效阻力，m 液柱。
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1）负荷性能图中各线的意义 ）负荷性能图中各线的意义 •雾沫夹带线（气体流量上限线）线1 雾沫夹带线（气体流量上限线） 雾沫夹带线 •液泛线（线2） 液泛线（ 液泛线 ） •液相负荷上限线（线3） 液相负荷上限线（ 液相负荷上限线 ） •漏液线（气体流量下限线，线4） 漏液线（气体流量下限线， 漏液线 ） •液相负荷下限线（线5） 液相负荷下限线（ 液相负荷下限线 ） 1，2，3，4，5五条线所包围的区域，既是一定物系在一 定的结构尺寸塔板上正常操作区。
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原因： 气速太小、板面上液面落差引起的气流分布不均匀 原因： 控制：漏液量不大于液体流量的10%。 控制： 漏液气速： 漏液量达到10%的气体速度。 ——板式塔操作的气速下限 安定区
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2）液沫夹带 ） 现象： 现象： 液滴随气体进入上层塔板。 后果： 后果：过量液沫夹带，造成液相在板间的返混，板效率下降 控制： 液沫夹带量e ＜0.1kg(液)/kg(气)。 控制： V 影响因素 •空塔气速：空塔气速减小，液沫夹带量减小 •塔板间距：板间距增大，液沫夹带量减小
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3）液泛 ） 液泛
夹带液泛 降液管液泛
原因： 原因： 气液两相流速过大 影响因素： 影响因素： 流量、塔板结构 板间距大 液泛速度高
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2、塔板的负荷性能图 、
V
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保证较高效率的前提下，力求减小塔板压降，以降低能耗 和改善塔的操作。
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3、塔板上的液面落差 、
液面落差△： 塔板进、出口侧的清液高度差
液面落差
气流的不均匀分布 严重 漏液
板效率下降
与塔板结构、塔径、流量有关。
2011-5-2
三、板式塔的操作特性
1、塔板上的异常操作现象 、
1）漏液 ） 漏液 两相在塔板上的接触时间↓ 011-5-2
2）负荷性能图的分析 ） V
操作极限 C 操作点
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•操作弹性 操作弹性: 操作弹性
两极限的气体流量之比
•操作点位于操作区内的适中位置,可获得稳定良好的操作效果 •同一层塔板，操作情况不同，控制负荷上下限的因素也不同 •物系一定时，负荷性能图中各线的相对位置随塔板尺寸而变 例：加大板间距或增大塔径可使液泛线上移， 增加降液管截面积可使液相上限线右移， 减少塔板开孔率可使漏液线下移。
板式塔的流体力学性质
1、塔板上气液两相的接触状态 、
1）鼓泡接触状态 ）
两相接触面积为气泡表面
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2）泡沫接触状态 ）
传质表面面积很大的液膜
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3）喷射接触状态 ）
两相传质面积是液滴的外表面
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2、气体通过塔板的压降 、
干板压降 塔板压降 液层阻力 克服板上泡沫层的静压 形成气液界面的能量消耗 通过液层的摩擦阻力损失 接触时间↑ 压降增大 塔釜温度↑ 能耗↑ 操作费↑ 板效率↑ 板数↓ 设备费↓