板式塔流体力学性能测定 实验报告

化学实验教学中心

实验报告

化学测量与计算实验Ⅱ

实验名称：板式塔流体力学性能测定实验报告

学生姓名：学号：

院（系）：年级：级班指导教师：研究生助教：

实验日期： 2017.05.25 交报告日期： 2017.06.01

(3) 当气流速度略微增加时，塔板上积液层将很快上升到溢流堰的高度，塔板压力降也随之急剧增大。当液体开始由溢流堰溢出时，为另一个转折点，如图中B 点。这时，仍有部分液体从筛孔中泄漏下去。自该转折点之后，随着气流速度增大，液体的泄漏量不断减少，而塔板压力降却变化不大。

(4) 当气流速度继续增大到某一数值时，液体基本上停止泄漏，则称该转折点为泄漏点，如图中C 点。自C点以后，塔板的压力降随气速的增加而增大。

(5)当气速高达某一极限值时，塔板上方的雾沫挟带将会十分严重、或者发生液泛。自该转折点（如图中D点）之后，塔板压降会随气速迅速增大。

塔板上形成稳定液层后，塔板上气液两相的接触和混和状态，也将随着气速的改变而发生变化。当气速较较小时，气体以鼓泡方式通过液层。随着气速增大，鼓泡层逐渐转化为泡沫层，并在液面上形成的雾沫层也将随之增大。

对传质效率有着重要作用的因素是充气液层的高度及其结构。充气液层的结构通常用其平均密度大小来表示。如果充气液层的气体质量相对于液体质量可略而不计，则

h fρf= h1ρl(4)

式中，h f 、h1分别为充气液层和静液层的高度，m；

ρf、ρl分别为充气液层的平均密度和静液层的密度，kg· m– 3；

若将充气液层的平均密度之比定义为充气液层的相对密度，即

∅=ρf

ρl

=

ℎl

ℎf

则单位体积充气液层中滞留的气体量，即持气量可按下式计算：

V g=(ℎf−ℎl)/ℎf=1−∅ m3∙m−3（5）单位体积充气液层中滞留的液体量，即持液量可按下式计算：

V l=ℎl/ℎf=∅ m3∙m−3（6）气体在塔板上的液层的平均停留时间为：

t g=[ℎf S(1−∅ )]

V s =ℎf

u0

(1−∅) s （7）

液体在塔板上的平均停留时间为

图1 筛孔塔板干板压头降Δh d 与筛孔速度u a 之间的关系图2 板式塔的Δh 与空塔速度的关系曲线

t l =

ℎf ∙S∙∅L s

=

ℎf ∅W

s （8）

式中，S 为空塔横截面积，m 2；V s 为气体体积流率，m 3∙s −1；L s 为液体体积流率，m 3∙s −1

；

W 为液体喷淋密度，m 3∙m −2∙s −1；u 0 为气体的空塔速度，m ∙s −1。

显然，气体和液体在塔板上的停留时间对塔板效率有着显著的影响。

塔板的压力降和气液两相的接触与混合状态不仅与气流的空塔速度有关，还与液体的喷淋密度、两相流体的物理化学性质和塔板的型式与结构（如开孔率和溢流堰高度）等因素 有关。这些复杂关系只能通过实验进行测定，才能掌握其变化规律。对于确定型式和结构的 塔板，则可通过实验测定来寻求其适宜操作区域。

三、实验装置及流程

本实验装置筛板塔，采用单层塔板和外溢流结构，如图 3所示。

实验装置流程如图 4 示。水自高位槽，通过转子流量计，由塔板上方一侧的进水口进如入，并由塔板上另一侧溢流堰溢入溢流装置。通过塔板泄漏的液体，可由塔底排放口排出。来自空气源的空气，通过流量调节阀和孔板流量计进入塔底。通过塔板的尾气由塔顶排出。气体通过塔板的压力降由压差计显示。

四、实验方法

实验前，先检查空气调节阀和进水阀是否关严，放空阀是否全部开启。然后将高位水槽充满水，并保持适当的溢流量。

实验时，可按如下步骤进行操作：

(1)启动空气源。空气流量由空气调节阀和旁路放空阀联合调节。通过不断改变气体流量，测定干板压降与气速的变化关系。对于筛板塔，一般测取 5～6 组数据即可。

(2)当进行塔板流动特性试验时，应先缓慢打开水调节阀，调定水的喷淋密度（一般喷淋密度在5－10 m 3∙m −2∙s −1 范围内为宜，相对于水流量为 40－80 L ·h −1 ，然后再按上述方法调节空气流

图3 筛板塔

1.塔体；

2.筛孔塔板；

3.漏液排放口；

4.温度计；

5.溢流装置

图4 板式塔流动特性实验装置流程

1.空气源；

2.放空阀；

3.消声器；

4.孔板流量计；

5.U 型水柱压差计；

6. U 型汞柱压差计；

7.板式塔；转子流量计；9. U 型水柱塔压差计；10.高位槽；11.排水管

备注：

① 空气温度 T g 取入口温度与出口温度的平均值。

② 由于温度/压强-空气密度表中温度均为整数值，因此采取以下公式对密度进行直接计算： ρ：在温度t 与压力p 状态下的干空气密度（kg.m -3）

ρ0:0℃，压力为0.1013MPa 状态下干空气的密度，ρ0=1.293（kg.m -3） P ：绝对压力（MPa ） t ：热力学温度（℃） ③ 孔板流量计体积流量Vs 的计算公式：

式中，C 0：流量系数，无因次，通常为0.6~0.7 （本次试验C 0=0.61） A 0：孔板小孔（锐孔）的截面积（A 0=7.85×10-5m 2）

ρ：待测流体（空气）密度 ρi ：U 管压差计指示液密度（ρ水=1×103kg/m 3 ） ④ 孔气速 u a =

V s nS a

S a ：单个筛孔的面积，n ：筛孔数目

⑤ 筛板塔板干板压力降 Δℎd 与筛孔速度 u a 之间的关系

273p

=273+t 0.1013

ρρ⨯

()

i s 00

2g -=R V C A ρρρ

y = 9E-05x 2.0655R² = 0.973

/通用格式

/通用格式

/通用格式

/通用格式

双对数坐标图

y = 2.0655x-4.0493

R² = 0.973

/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式/通用格式

算术坐标图

Δℎd /m m H 2O

Δℎd /m m H 2O

T u a /(m ∙s −1

) T u a /(m ∙s −1)