板式塔流體力學(xué)性能測定；一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?．觀察塔板上氣、液兩相流動狀況；2．測定氣體通過塔板的壓力降與空塔氣速的關(guān)系,、霧；3．研究板式塔負(fù)荷性能圖的影響因素并做出篩板塔的,；二,、實(shí)驗(yàn)原理；板式塔為逐級接觸的氣～液傳質(zhì)設(shè)備,，當(dāng)液體從上層塔,；1）當(dāng)氣體的速度較低時，氣液兩相呈鼓泡接觸狀態(tài),；2）當(dāng)氣體速度較高時,，氣液兩相呈泡沫接觸狀態(tài)，此,；3）當(dāng)氣體速度很高

板式塔流體力學(xué)性能測定

一,、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1．觀察塔板上氣、液兩相流動狀況,。

2．測定氣體通過塔板的壓力降與空塔氣速的關(guān)系,、霧沫夾帶率與空塔氣速的關(guān)系、泄漏率和空塔氣速的關(guān)系,。

3．研究板式塔負(fù)荷性能圖的影響因素并做出篩板塔的負(fù)荷性能圖,。

二、實(shí)驗(yàn)原理

板式塔為逐級接觸的氣～液傳質(zhì)設(shè)備,，當(dāng)液體從上層塔板經(jīng)溢流管流經(jīng)塔板與氣體形成錯流通過塔板,，由于塔板上裝有一定高度的堰，使塔板上保持一定的液層,，然后越過堰從降液管流到下層塔板,。氣體從下層塔板經(jīng)篩孔或浮閥、泡罩齒縫等,，上升穿過液層進(jìn)行氣液兩相接觸,，然后與液體分開繼續(xù)上升到上一層塔板。塔板傳質(zhì)的好壞很大程度取決于塔板上的流體力學(xué)狀況,。 1．塔板上的氣液兩相接觸狀況及不正常的流動現(xiàn)象。 （1）氣液兩相在塔板上接觸的三種狀態(tài)：

1）當(dāng)氣體的速度較低時,，氣液兩相呈鼓泡接觸狀態(tài),。塔板上存在明顯的清液層，氣體以氣泡形態(tài)分散在清液層中間,，氣液兩相在氣泡表面進(jìn)行傳質(zhì),。

2）當(dāng)氣體速度較高時,，氣液兩相呈泡沫接觸狀態(tài)，此時塔板上清液層明顯變薄,，只有在塔板表面處才能看到清液,，清液層隨氣速增加而減少，塔板上存在大量泡沫,，液體主要以不斷更新的液膜形態(tài)存在于十分密集的泡沫之間,，氣液兩相以液膜表面進(jìn)行傳質(zhì)。

3）當(dāng)氣體速度很高時,，氣液兩相呈噴射接觸狀態(tài),，液體以不斷更新的液滴形態(tài)分散在氣相中間，氣液兩相以液滴表面進(jìn)行傳質(zhì),。 （2）塔板上不正常的流動現(xiàn)象 1）漏液

當(dāng)上升的氣體速度很低時,，氣體通過塔板升氣孔的動壓不足阻止塔板上液層的重力，液體將從塔板的開孔處往下漏而出現(xiàn)漏液現(xiàn)象,。 2）霧沫夾帶

當(dāng)上升的氣體穿過塔板液層時,，將板上的液滴挾裹到上一層塔板引起濃度返混的現(xiàn)象稱為霧沫夾帶。 3）液泛

當(dāng)塔板上液體量很大,，上升氣體速度很高,，塔板壓降很大時，液體不能順利地從降液管流下,，于是液體在塔板上不斷積累,，液層不斷上升，使塔內(nèi)整個塔板間都充滿積液的現(xiàn)象稱為液泛,。 2．流體力學(xué)性能測定 （1）壓降

在塔板的上面和下面氣液分離空間中各設(shè)置一個測壓口,，分別連在U型壓差計(jì)的兩端，可以測定氣體通過塔板的壓降,。

壓降通常包括干板壓降和液層壓降兩部分,。干板壓降是指塔內(nèi)不通液體，只有氣體穿過塔板時測得的塔板壓降,，這部分壓降主要是通過篩孔時克服阻力而產(chǎn)生的壓降,，液層壓降是指氣體通過塔板的清液層和泡沫層克服阻力而產(chǎn)生的壓降。 （2）霧沫夾帶率

在塔板上設(shè)置一層液體收集板,，可以把氣體從下層塔板帶上來的液體收集,，然后用一個導(dǎo)管將這些液體引出、收集并測量,，可得夾帶液體流量,，再除以氣體流量，可得霧沫夾帶率,。

（3）泄漏率

再塔板下面設(shè)置一個液體出口,，可以把從篩孔流下的液體收集并測量,，可得泄漏液體流量，泄漏液體流量除以液體流量即可得泄漏率,。

3．篩板的流體力學(xué)模型 （1）壓降

式中：Δp——塔板總壓降,，Pa； Δpc——干板壓降,，Pa,； ΔpL——板上液層高度壓降，Pa,。

上式中,，

式中：ρv——?dú)庀嗝芏龋琸g/m,； g——重力加速度,，m/s； u0——篩孔氣速,，m/s,； C0——篩孔流量系數(shù)，可通過圖2—69求取,。

篩板上因液層高度產(chǎn)生的壓降ΔpL即液層有效阻力hL：

式中：ρL——液相密度,，kg/m； g——重力加速度,，m/s,；

hi——液層有效阻力，m液柱,，可通過圖2—70求取,。

δ—板厚；d0—孔徑,，mm

圖中,，氣相動能因子表示為：

板上清液層高度表示為：

式中：hw——堰高，m,；

how——堰上液流高度,，m。

液層有效阻力hi,，也可用如下方程計(jì)算： 當(dāng)Fo<17時：

Fo>17時：

（2）霧沫夾帶量：

式中：ev——霧沫夾帶量,，kg液/kg氣； σ——液相表面張力,，N/m,； uG——按有效面積計(jì)算的氣速，m/s,；

式中：V3

s——?dú)庀嗔髁?，m/s； A2T——塔截面積,，m,； A2

f——降液管截面積，m,； HT——板間距,，m；

hf——塔板上鼓泡層高度,，m,；

ф——表示鼓泡層平均相對密度，一般情況下：取ф＝0.4,， 即hf＝2.5hL,。 （3）漏液

為保證篩孔不漏液的下限氣速為uow，篩板的uow可按下面的經(jīng)驗(yàn)式計(jì)算：

式中：uow——漏液點(diǎn)的篩孔氣速,，m/s,； Co——篩孔流量系數(shù)； hL——板上清液層高度,，m,；

2—58）2—59）2—60）

hσ——與液體表面張力相當(dāng)?shù)囊褐叨龋琺,。

式中：σ——液體表面張力,，N/m； g——重力加速度,，m/s,； do——篩孔孔徑，m,； ρL——液體密度,，kg/m3。

4．塔板負(fù)荷性能圖及操作彈性

塔板的氣液正常操作通常以塔板的負(fù)荷性能圖表示,，如圖2—71,，負(fù)荷性能圖以氣體體積流量（m/s）為縱坐標(biāo)，液體體積流量（m/s）為橫坐標(biāo)標(biāo)繪而成,，它由漏液線,、霧沫夾帶線、液相負(fù)荷下限線,、液相負(fù)荷上限線和液泛線五條線組成,，其中每條線代表一個極限操作情況，五條線包圍部分是正常操作范圍。當(dāng)塔板的類型,、結(jié)構(gòu)尺寸以及待分離的物系確定后,，負(fù)荷性能圖可通過實(shí)驗(yàn)確定。

1．霧沫夾帶線2,。液冷線3,。液相上限線4。漏液線5,。液相下限線

塔的操作彈性是評價(jià)塔性能的重要指標(biāo),，在塔的操作液氣比下，如圖2-71所示,，操作線OAB與界限曲線的交點(diǎn)的氣相zui大負(fù)荷V大與氣相允許zui小負(fù)荷V小之比稱為操作彈性,，即：

操作彈性= （2—62）

設(shè)計(jì)塔板時，可適當(dāng)調(diào)整塔板結(jié)構(gòu)參數(shù)使操作點(diǎn)P在圖中適中位置,，以提高塔的操作彈性,。

三、實(shí)驗(yàn)裝置及流程

圖2-72 板式塔流體力學(xué)性能測定實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖

1－空氣出口,，2－霧沫夾帶收集板,，3－霧沫夾帶液出口，4－進(jìn)水流量計(jì) 5－進(jìn)水口,，6－實(shí)驗(yàn)塔板（篩板,、浮閥、泡罩塔板）,，7－泄漏率測定板 8－降液管,，9－出水口，10－進(jìn)氣流量計(jì),，11－空氣進(jìn)口,，12－泄漏液出口

實(shí)驗(yàn)裝置的塔體是用有機(jī)玻璃制成，三層塔板分段用法蘭連接,。上層塔板為霧沫夾帶收集板,，中間塔板為可更換實(shí)驗(yàn)板（篩板、浮閥,、泡罩塔板）,，下層塔板為泄漏率測定板。

氣體從下面通入塔內(nèi),，從塔頂流出,；液體從中間塔板上面加入，從下層塔板的降液管中流出,。 塔板壓降的測定：在中間實(shí)驗(yàn)塔板的上下各設(shè)置了一個測壓口,，分別連在U型壓差計(jì)的兩端,，壓差計(jì)的讀數(shù)直接反映了塔板壓降的大小。

霧沫夾帶的測定：在霧沫夾帶收集板的下面引出這些液體,，并測定流率,，可以計(jì)算霧沫夾帶。 泄漏率的測定：在塔底引出泄漏液,，收集后測定泄漏速率,，可計(jì)算泄漏率。 塔板主要結(jié)構(gòu)參數(shù)：

塔內(nèi)徑 D=190mm,； 板間距 HT＝200mm； 出口堰長Lw＝100mm,； 出口堰高h(yuǎn)w＝25mm,； 降液管直徑d＝21mm； 降液管底隙高度h0＝18mm,； 篩孔直徑d0＝3mm,； 篩孔數(shù)n＝210。

其他結(jié)構(gòu)尺寸入板厚σ等應(yīng)根據(jù)塔板的結(jié)構(gòu)測量求得,。

四．實(shí)驗(yàn)步驟及主意事項(xiàng),。 1． 實(shí)驗(yàn)步驟

（1） 熟悉實(shí)驗(yàn)裝置流程，了解各部分的作用,。

（2） 啟動風(fēng)機(jī)改變氣體流量,，測量干板壓降與氣速的關(guān)系。

（3） 選定一個液體流量,，改變氣體流量,，測量塔板壓降、霧沫夾帶率和泄漏率,。 （4） 改變液體流量,，重復(fù)（3）的內(nèi)容。 （5） 實(shí)驗(yàn)結(jié)束,，先關(guān)水,，后關(guān)氣。