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。
板式塔
2011-11-20
2）泡沫接触状态 ） 当气速继续增加，气泡数量急剧增加， 当气速继续增加， 气泡数量急剧增加，气泡不断发 生碰撞和破裂， 生碰撞和破裂，此时板上液体大部分以液膜的形式存 在于气泡之间，形成一些直径较小， 在于气泡之间，形成一些直径较小，扰动十分剧烈的 动态泡沫，在板上只能看到较薄的一层液体。 动态泡沫，在板上只能看到较薄的一层液体。 由于泡沫接触状态的表面积大，并不断更新， 由于泡沫接触状态的表面积大，并不断更新， 为两 相传热与传质提供了良好的条件， 相传热与传质提供了良好的条件，是一种较好的接触 状态。 状态。 传质表面： 传质表面：面积很大的液膜
气液传质设备
一、板式塔的构造 二、板式塔的流体力学性质 三、板式塔的操作特性
第一节 板式塔
四、塔板效率
2011-11-20
逐级接触式 气液传质设备 微分接触式
板式塔
填料塔
2011-11-20
一、板式塔的构造
1、板式塔的结构 、
1）塔板的构造 ） （剖面图）
•筛孔 筛孔 •降液管 降液管 •溢流堰 溢流堰
2011-11-20
3）喷射接触状态 ） 当气速继续增加，由于气体动能很大， 当气速继续增加，由于气体动能很大， 把板上的液体向 上喷成大小不等的液滴， 上喷成大小不等的液滴，直径较大的液滴受重力作用又落 回到板上，直径较小的液滴被气体带走，形成液沫夹带。 回到板上，直径较小的液滴被气体带走，形成液沫夹带。 此时塔板上的气体为连续相，液体为分散相， 此时塔板上的气体为连续相， 液体为分散相，两相传质 的面积是液滴的外表面。由于液滴回到塔板上又被分散， 的面积是液滴的外表面。由于液滴回到塔板上又被分散， 这种液滴的反复形成和聚集，使传质面积大大增加， 这种液滴的反复形成和聚集，使传质面积大大增加，而且 表面不断更新，有利于传质与传热进行， 表面不断更新，有利于传质与传热进行，也是一种较好的 接触状态。 接触状态。 两相传质面积： 两相传质面积：液滴的外表面
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
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
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)
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。
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
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。
北京化工大学实验报告——板式塔的流体力学性能的测定
实验五板式塔的流体力学性能的测定一、实验名称：板式塔的流体力学性能的测定二、实验目的：1、对板式塔的结构、普通筛板、导向筛板有一个初步认识；2、对塔板上流体流动状态有初步认识；3、测定塔板的流体力学性能，包括塔的干板压降、湿板压降、漏液点、雾沫夹带点等。
4、观察流体在塔板上的流动状态。
三、实验原理与流程：实验流程见图1，来自储槽的水经过转子流量计自塔顶送入塔顶，由鼓风机送来的气体，经孔板流量计送入塔的底部。
塔内共装有三层塔板，从下至上分别是气体分布板、实验塔板、雾沫补集板。
实验塔板采用U型压差计测定其压降，漏液和夹带量采用质量测量法。
通过风机闸阀和玻璃转子流量计调节气体流量和液体流量，测定不同状态下塔板的流体力学参数，观察塔板上液体流动状况。
图1 实验装置流程图四、实验步骤：1、测定干板压降将液封管内冲满水，启动风机，根据孔板流量计连接的压差计调节气体流量大小，测定塔的干板压降，气体流量由小至大调节。
孔板流量计计算公式：0v q C A =由《化工原理》查询孔流系数，并计算气体流量。
测定的压降值与筛板塔干板压降计算公式进行验证，并计算误差。
干板压降经验式：()220'00.051()1vd Lw h C ρϕρ=- ϕ-----开孔率；v ρ-----气相密度；L ρ-----液相密度；d h -----干板压降，米液柱；'0C -----筛孔孔流系数；0w -----筛孔气速；（单位如不说明均为国际单位制）2、测定湿板压降和夹带、漏液调节气体流量为一定值，打开转子流量计。
固定液体流量，将气体流量由小至大调节，每次增加200Pa ，至到2000Pa 。
每个测量点稳定30秒，读取压降，由质量法测量一定时间的漏液量和夹带量。
计算每个点的漏液率和夹带率，寻找漏液点和夹带点，并计算出对应的孔气速，确定正常操作范围。
3.观察塔板上气液接触状态随着气速的增大，塔板之上的气液接触状态由鼓泡状态，变为泡沫状态，最终达到喷射状态。
板式塔流体力学实验报告
板式塔流体力学实验报告引言本实验旨在研究板式塔的流体力学特性。
板式塔是一种常用于化工领域的设备，用于分离液体混合物中的组分。
通过实验观察和数据分析，我们可以了解板式塔的流体流动行为，从而优化塔的设计和操作参数，提高分离效率。
实验装置和方法实验中使用的板式塔装置由一根垂直立管和多层水平放置的板组成。
我们通过向塔底注入液体混合物，控制流量和温度，观察在不同操作条件下的塔内流体流动情况。
实验结果与分析根据实验数据，我们可以得出以下结论：1. 流体流动模式在不同操作条件下，板式塔内流体的流动模式会发生变化。
当流速较低时，流体呈现层流状态，流线整齐有序；而当流速增加时，流体会变为湍流状态，流线杂乱无序。
这对于塔内物质传递和分离过程有着重要影响。
2. 流体分布在塔内的不同位置，流体的浓度和温度分布不均匀。
通常情况下，塔底的浓度较高，而塔顶的浓度较低。
这是由于塔内的物质传递和分离过程导致的。
3. 塔板效率塔板效率是评价板式塔分离效果的重要指标。
通过实验观察和数据分析，我们可以计算出塔板效率，并比较不同操作条件下的效率差异。
从实验结果可以看出，塔板效率随着流速的增加而提高，但也存在一个最佳操作点，超过此点后效率会下降。
结论本实验通过观察和数据分析，深入了解了板式塔的流体力学特性。
我们发现流体流动模式、流体分布和塔板效率对于塔的设计和操作至关重要。
在实际应用中，我们可以根据不同的分离要求和操作条件，优化塔的结构和操作参数，以提高分离效率。
通过本实验，我对板式塔的流体力学特性有了更深入的了解。
我将继续深入研究和探索，在化工领域的实际应用中发挥作用，为工业生产提供技术支持和解决方案。
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。
板式塔的流体力学性能介绍
板式塔的流体力学性能介绍★评价塔设备性能的主要指标生产能力塔板效率操作弹性塔板压强降★板式塔的流体力学性能塔板压强液泛雾沫夹带漏液液面落差一、塔板压降也就是气体通过塔板时的阻力损失。
包括：干板阻力：由板上各部件所造成的局部阻力板上充气液层的静压强板上液体的表面张力（摩擦阻力）∙塔板压降对板式塔操作特性的影响∙影响塔底操作压强：塔板压降↑若为吸收操作，则要求送气压强↑ ；若为精馏操作，则要求釜底压强↑ ；若为真空精馏操作，则同样要求釜底压强↑ →导致实际操作不能在真空下进行。
∙影响板效率：∙干板压降↑ → 气体流动不畅↑ 气液接触时间↑ → 板效率↑∙板上充气液层静压↑（即板上液层厚度↑）→ 气液传质时间↑→板效率↑总而言之，要综合考虑，原则：在保证较高板效率的前提下，力求减小塔板压强，以降低能耗，改善塔的操作性能。
二、液泛正常操作时，降液管中有一足够的液体高度，以克服两板间由气体压差造成的压降使液体能够自上而下流动。
∙但若气相的流量↑→塔板压降↑→降液管内液体流动不畅→管内液体积累；∙若液相的流量↑→降液管内截面不能满足该液体顺利流过→管内液体积累；从而必然使降液管内液体不断增高→最终使整个板间充满液体→塔操作被严重破坏。
这种现象即为液泛（淹塔）。
一般，气速↑→有利于形成湍动的泡沫层→传质速率↑。
但显然不能超过液泛时的气速。
因此，液泛时的气速应为塔操作的极限速度。
此外，板间距↑→可提高液泛速度。
三、雾沫夹带∙当气速↑，使塔板处于泡沫状态或喷射状态时→液体被吹塔板，该现象称为雾沫夹带。
∙雾沫夹带造成的影响：液相在塔板间返混→塔板效率↓∙因此，应限制雾沫夹带。
eV<0.1kg(液)/kg(气)∙影响雾沫夹带量的因素：空塔气速↑塔板间距↓雾沫夹带量↑四、漏液∙在正常操作的塔板上，液体横向流过塔板，然后通过降液管流下。
∙但若气体通过塔板的速度↓ → 上升气体通过孔道的动压不足以克服板上液体的重力→液体从塔板上的开孔处往下漏，称漏液。
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安定区
——板式塔操作的气速下限
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2）液沫夹带 现象： 液滴随气体进入上层塔板。
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eV＜0.1kg(液)/kg(气)。 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： 气液两相流速过大 影响因素： 流量、塔板结构
板间距大
液泛速度高
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液面落差 气流的不均匀分布 严重 漏液 与塔板结构、塔径、流量有关。
板效率下降
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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↓
板效率↓
原因： 气速太小、板面上液面落差引起的气流分布不均匀
控制：漏液量不大于液体流量的10%。
漏液气速： 漏液量达到10%的气体速度。
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2、塔板的负荷性能图
V
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1）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 •液泛线（线2） •液相负荷上限线（线3） •漏液线（气体流量下限线，线4） •液相负荷下限线（线5）
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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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: 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
塔板压降
干板压降
克服板上泡沫层的静压
液层阻力 形成气液界面的能量消耗
通过液层的摩擦阻力损失
压降增大
接触时间↑ 板效率↑ 板数↓ 设备费↓
塔釜温度↑
能耗↑
操作费↑
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
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