板式塔流体力学特性的测定

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

2

0)(

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。 2) 漏液

为保证筛孔不漏液的下限气速为u 0m ，筛板的u 0m 可按下面的经验式进行计算：

v

l

l om h h c u ρρσ)13.00056.0(4.40

-+=

式中，u 0m —漏液点的筛孔气速，m/s ；h L —板上清液层高；ow w L h h h ＋=，m ；

h σ—与液体表面张力相当的液柱高度，m 液柱。

.98104d h l ρσ

σ=

其中：σ—液体表面张力，N/m ；ρl —液体密度，kg/m 3；d 0—筛孔孔径，mm 3) 过量液沫夹带

2.36

)(

107.5f

T G

v h H u e -⨯=

-σ

式中：e v —液沫夹带量，kg 液/kg 气；σ—液相表面张力，N/m ；

u G —按有效截面积计算的气速； f

T s

G A A V u -=，m/s ；V s —气相负荷，m 3/s ；A T

—塔截面积，m 2；A f —降液管截面积，m 2；

H T —板间距，m ；

h f —鼓泡层高度，Φ

=

L

f h h ，h L —板上清液层高度，m ；Φ—鼓泡层平均相对密度，一般情况下，取Φ=0.4，即h f =2.5h L 。

斜孔塔板的流体力学模型

斜孔塔板一排排的斜孔与液流方向垂直，气体从斜孔水平喷出，相邻两排孔口方向相反，交错排列，起到相互牵制的作用。既有气流水平喷出的优点，又消除了气流对撞转为向上冲的现象，板上保证均匀的低液面，使得气体和液体不断分散和聚集，通量比普通筛板可增大30％～40％。

斜孔塔板属筛板型塔板，其设计及计算方法与筛板塔类似。由于其结构上的特点，在阻力降、漏液和夹带的计算公式上与筛板又有不同。 1) 压降 干板压降可按下式计算：

2

.2

u p v c ρζ=∆

式中：Δp c —干板压降，ζ—干板阻力系数，实验测定ζ=2.1； 液层压降可按下式计算：

)(.ow w l L l l h h g gh h +==ερρε

式中：h l —液层压降，Pa ；ε—发泡系数，对于水—空气系统，ε=0.5

h w —堰高；h ow —堰上液头高； 2) 漏液

为防止严重漏液，保证正常操作，斜孔塔板的孔动能因数F 0必须满足下式：

1000

8

0l

F ρ≥

式中：v u F ρ00=，ρl 、ρv —液相、气相密度，kg/m 3；u 0—孔速，m/s ；

3) 雾沫夹带 斜喷型塔板的雾沫夹带量均大大小于普通筛板的雾沫夹带值，但雾沫夹带的规律相似，斜孔塔板雾沫夹带计算公式如下：

2.07.09.1)(

)(

157.0σρρv

l v

f

T g v e H H u e --=

式中：e v —雾沫夹带量，kg(液)/kg(气)；

u g —液层上部的气体流速，m/s ；f

T s

G A A V u -=

，m/s ；s V —气相负荷，m 3/s ；T A —

塔截面积，m 2；f A —降液管截面积，m 2；ρl 、ρv —液相、气相密度，kg/m 3；

σ—液体表面张力，N/m ；H T —板间距，m ； H f —鼓泡层高度，L f h F H 3

.50

=

，m ；F 0—孔动能因子，无因次；h L —板上清液层高度，m ；

三、实验装置与流程 装置中的有关尺寸： 筛板塔

塔径D ＝190mm 板间距H T ＝294mm 堰高h W ＝30mm 降液管底距塔板h O ＝16mm 堰长L W ＝130mm 孔径d O ＝8mm 开孔数n ＝36个 孔心距t ＝21.5mm 开孔率：按传质区计算Ф＝12.6%，按塔截面积计算Ф＝6.38%