板式塔的流体力学性能与操作特性16页PPT
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。
板式塔的流体力学性质1
第四节 板式塔
逐级接触式
气液传质设备 微分接触式
板式塔
填料塔
一、板式塔的构造
1、板式塔的结构
1）பைடு நூலகம்板的构造 •筛孔 •降液管 •溢流堰 （剖面图）
俯视图
安定区
开孔区
受 液 区
降 液 管
溢流堰
2）塔板类型 a）泡罩塔板
b）筛孔塔板
c）浮阀塔板
d）舌型塔板
e）斜孔塔板
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
随堂练习
1、板式塔塔板上的异常现象有
2、板式塔的几种主要类型有 3、液沫夹带指 一般允许的液沫夹带量是 会导致 。
、 、 。 、 、 、 。 。 。过多的液沫夹带
4、液泛是指 或 引起。
，主要由
• 5,当出现液泛时如何操作? • 6,当塔顶组分浓度偏低时如何操作? • 7,当塔压过高时如何操作?
筛板
效率较高， 安装要求水平,易 分离要求高,塔板较 成本低 堵,操作范围窄 多;化工中丙烯塔
舌型板 结 构 简 单 , 操 作 范 围 窄 ， 分离要求较低的闪 生产能力大 效率较低 蒸塔
斜孔板 生 产 能 力 操作范围比浮阀 分离要求高 ， 生产 大,效率高 塔和泡罩塔窄 能力大
二、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
2）泡沫接触状态
传质表面面积很大的液膜
3）喷射接触状态
两相传质面积是液滴的外表面
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
化工原理：9-9 板式塔
0.75，0.82，试找出Y6、X6，Y7，X7的对应值， Y6= ，
X6= ，Y7= ，X7=
参见附图：
7、连续精馏塔设计时，当采用塔顶全凝器，泡点回流方
案时，为完成分离任务所需理论板数为NT1。若采用 塔顶分凝器，而回流比和前方案相同时，则完成同样
u (0.6 ～ 0.8)umax
最大空 塔气速
二、板式塔直径的计算
3.气相体积流量的计算
（1）精馏段体积流量的计算
qV ,V
qn,V M m
n3600V
M m
yiM i
i1
操作压力较低时，气相可视为理想气体混合物
qV ,V
22.4qn,V 3600
Tp0 T0 p
二、板式塔直径的计算
（2）提馏段体积流量的计算
4. 精馏中引入回流，下降的液相与上升的汽相发生传 质使上升的汽相易挥发组分浓度提高，最恰当的说法 是______________。
A：液相中易挥发组分进入汽相；
B：汽相中难挥发组分进入液相；
C：液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相， 但其中易挥发组分较多；
D：液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分 进入液相的现象同时发生。
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与操作特性 9.9.4 板式塔工艺尺寸的计算（自学）
一、塔有效高度的计算
1. 基本计算公式
板式塔有效高度是指安装塔板部分的高度，其
计算方法是，先通过板效率将理论板层数换算为实
际板层数，再选择合适的板间距计算板式塔的有效
几种板式塔流体力学性能演示
a. 漏液点 当上升气体流速减小，致使气体通过筛孔的动压不足以阻
止板上液体流下时，便会出现泄漏现象。 b. 液泛点 当气速大到一定程度，液体就不再从降液管下流，而是从
下塔板上升，这就是板式塔的液泛。液泛速度也就是达到液泛 时的气速。
化工原理实验中心
三、实验装置及演示操作要求
5 6 3 7
化工原理实验中心
一、实验目的 ①了解板式塔各类型塔板的结构，观察各塔板上的气
液接触状况； ②了解板式塔的极限操作状态，确定各塔板的漏液点
和液泛点。
化工原理实验中心
二、基本原理
① 塔板的组成
各种塔板板面大致可分为四个区域，即溢流区、鼓泡区、安定区
和边缘区。
边缘区
安定区
溢
鼓
溢
流
泡
流
区
区
区
化工原理实验中心
⑤ 实验结束，关闭风机和水泵，关闭电源。
观察实验的两个临界气速，即操作下限的“漏液点”和操作上限的“液泛
点”。对于另三种类型的塔板也是作如上的操作，最后记录各塔板的气液两相
流动参数，计算塔板弹性，并作出比较。
化工原理实验中心
昆明理工大学化学工程学院
几种板式塔 流体力学性能演示
化工原理实验中心
板式塔是一种应用广泛的气液两相接触并进行传热、传质的塔设 备，可用于吸收（解吸）、精馏和萃取等化工单元操作。与填料塔不 同，板式塔内沿塔高装有若干层塔板，液体靠重力作用由顶部逐板流 向塔底，并在各块板面上形成流动的液层；气体靠压强差推动，由塔 底向上依次穿过各塔板上的液层流向塔底。板式塔属于分段接触式气 液传质设备，塔板上气液接触的良好与否和塔板结构及气液两相相对 流动情况有关，后者即是本实验研究的流体力学性能。
板式塔的流体力学性能与操作特性共18页
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
实验五板式塔的流体力学性能的测定(新)
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、立体传质塔板有一个初步认识；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板式塔，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。
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：()22000.051()1vd Lw h C γϕγ=- ϕ-----开孔率（开孔面积/开孔区域面积）；v γ-----气相密度；L γ-----液相密度；d h -----干板压降，米液柱；0C -----孔流系数；0w -----孔气速；（单位如不说明均为国际单位制）（假设矩形孔和导向孔气速一致，开孔面积=矩形开孔面积+导向孔面积） 2、测定湿板压降、夹带和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。
板式塔课件
3、筛板塔内气液两相的非理想流动 液沫夹带 反向流动 气泡夹带 a、液沫夹带 液滴的一部分被上升的气流裹夹至上层塔板 主要影响因素 气量↑ →夹带量↑ 板间距HT↓ →夹带量↑
不均匀流动
气体 液体
b、气泡夹带 原因：液体在降液管中停留时间过短，气泡来 不及解脱，而被液体卷入下层塔板。 c、气体沿塔板的不均匀流动 1. 液面有落差和液层波动，引起气体分布不均匀。 2. 液层厚，阻力大，汽速小； 3. 液层薄，阻力小，汽速大。
六、板式塔的流体力学性能和操作特性
1、 塔板上的气液两相接触状态
喷射接触状态 更新的液滴表面
2、 气体通过塔板的压力降 • 压降由两部分构 成 干板压降 h0
液层阻力 he
总压力降：ΔHt=h0+he 气速↑→ ΔHt↑ 影响因素 液量↑→ ΔHt↑ 板结构：开孔率↑→u0 ↓ → ΔHt ↓
板式塔
一、板式塔简介
板式塔是一类用于气液或液液系统的分 级接触传质设备，由圆筒形塔体和按一定间距 水平装置在塔内的若干塔板组成。广泛应用于 精馏和吸收,有些类型（如筛板塔）也用于萃取 ，还可作为反应器用于气液相反应过程。操作 时（以气液系统为例），液体在重力作用下,自 上而下依次流过各层塔板,至塔底排出；气体在 压力差推动下，自下而上依次穿过各层塔板， 至塔顶排出。每块塔板上保持着一定深度的液 层，气体通过塔板分散到液层中去，进行相际 接触传质。
二、塔设备研制开发思路
1、总体上保证气液两相呈逆流流动
提供最大的传质推动力
2、每块板上或填料层内保证气液两相充分接触
尽可能减小传质阻力
3、提供足够大的气液两相通道
保证大通量、低压降、合适的弹性
三、板式塔的设计意图
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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第四节 板式塔
授课时间
授课课时
授课形式
授课章节
名称
第六章蒸馏
第四节板式塔
教学目的
1.掌握板式塔主要类型的结构与特点
2.理解板式塔的流体力学性能与操作特性
3.能运用所学知识解释工业现象。
教学重点
理解板式塔的流体力学性能与操作特性
教学难点
理解板式塔的流体力学性能与操作特性
教学方法
理实一体
使用教具
多媒体教ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ平台
旋流塔板
这种气体通过能力大、板间距小的新型塔板，也是中国开发的。当气流通过类似于风车叶片式的塔板时，发生旋转运动，并将降液管流下的液体喷散,使气液较好地接触。因为离心力的作用,雾沫夹带大为减小，故可采用较高气速；但因气液接触时间短，板效率较低。
斜孔塔板
由中国开发，它的结构特点是使舌孔的开口方向与液流垂直，相邻两排的开孔方向相反，这样既允许较大气速且液层不会过薄，保证高效率。
③降液管液体自上层塔板流至下层塔板的通道，也是气（汽）体与液体分离的部位。为此，降液管中必须有足够的空间，让液体有所需的停留时间。此外，还有一类无溢流塔板，塔板上不设降液管，仅是块均匀开设筛孔或缝隙的圆形筛板。操作时，板上液体随机地经某些筛孔流下，而气体则穿过另一些筛孔上升。无溢流塔板虽然结构简单，造价低廉，板面利用率高，但操作弹性太小，板效率较低，故应用不广。
塔板
又称塔盘，是板式塔中气液两相接触传质的部位，决定塔的操作性能，通常主要由以下三部分组成：
①气体通道 为保证气液两相充分接触，塔板上均匀地开有一定数量的通道供气体自下而上穿过板上的液层。气体通道的形式很多，它对塔板性能有决定性影响，也是区别塔板类型的主要标志。筛板塔塔板的气体通道最简单，只是在塔板上均匀地开设许多小孔（通称筛孔）,气体穿过筛孔上
化工原理6.7 板式塔
夹带较小，故塔板效率较高。
③ 操作弹性大。
④ 结构简单、造价低，安装检修方便。
⑤ 浮阀对材料的抗腐蚀性能要求较高。
脚钩
F-1型
6.7
板式塔
6.7.6.4 导向筛板（林德筛板）
（1）适用范围
适用于真空精馏操作的高效低压降塔板。
（2）评价指标
每块塔板的压降与板效率的比值。
6.7
6.7.1
板式塔
板式塔的结构特点和流体力学特性
6.7.1.1 板式塔的结构及功能
（1）主要构件：
塔体、塔板及气、液体进出口管等。塔体为圆柱形壳体。
（2）塔内流体流动：
塔内液体在重力作用下自上而下流经各层塔板，最后由塔
底排出。
塔内气体在压力差作用下经塔板上的小孔由下而上穿过塔
板上的液层，最后由塔顶排出。
操作范围宽
缺点
适用范围
结构复杂
阻力大
生产能力低
某些要求弹性好的特殊
塔
浮阀板
效率高
操作范围宽
采用不锈钢
浮阀易脱落
分离要求高
负荷变化大
原油常压分馏塔
筛板
效率较高
成本低
安装要求水平易堵
操作范围窄
分离要求高
塔板较多
化工中丙烯塔
舌型塔板
结构简单
生产能力大
操作范围窄
效率较低
分离要求较低的
闪蒸塔
斜孔板
生产能力大
效率高
注意：气体和液体沿塔板的不均匀流动，传质量减少，
效率下降。
6.7
板式塔
6.7.2.3 板式塔的不正常操作
（1）液泛
8-2板式塔
大
气体以射流穿过液层，液体成 液滴外 小滴，表面不断更新 表面
液相
塔板上的不正常接触状态: 1. 严重漏液 气速太小会造成严重漏液，特别是筛板塔。漏液量 10%以下 属于正常操作范围。 2. 严重的液沫夹带 液滴来不及沉降回到塔板，而是向上进入上层塔 板，造成液相返混，降低板效率。小液滴是由气流的 裹挟造成夹带，大液滴是由弹溅造成夹带。 主要因素：板间距、空塔气速
3. 喷射状态 气速很高，气体将液体向上喷射成液滴，气体成 为连续相，液滴反复形成和更新，传质效率高。
状态 气速 鼓泡 小
现象 气泡少，液层厚，清晰，气泡 在液层表面破裂 液膜存在于气泡之间，泡沫高 度湍动，塔板表面有少许清液
两相接 触表面 分散相 气泡 表面 液膜 表面 气相
泡沫
中
气相
喷射 接触
操作弹性 = 最大气相流量：最小气相流量
雾沫夹带线
.
.
液 泛 线
液相负荷下限线
液相负荷上限线
. .
漏液线
M又称为默弗里（Murphree）板效率， 用蒸气（或液体）经过一块实际塔板时的组成变化 与此板为理论板时的组成变化之比表示，分别用气 相单板效率EMV或液相单板效率EML表示：
E MV y n − y n +1 = y ne − y n +1
E ML
x n −1 − x n = x n −1 − x ne
NT NP = ET
四、板式塔的流体力学性能和操作特性
（一）板式塔的流体力学性能 塔板上气液两相的接触状态 1. 鼓泡状态 气速较低，气泡数量不多，占的比例较小，塔板上存 在大量的清液，相界面不大，传质效率低。 2. 泡沫状态 气速较高，气泡数量多，占的比例大，液体大部分 以液膜形式存在于气泡中，相界面大而且不断更新， 传质效率高。