板式塔流动特性实验数据处理

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1、实验十板式塔流动特性实验姓名：____________班级：______________学号：_______________一、实验目的目前工业上普遍应用的两相流体的传质设备，主要有填料塔和板式塔两大类。板式塔的应用比较广泛，研究工作也十分活跃，因此，新型塔板层出不穷。目前化学工业中常用的板式塔主要泡罩塔、筛板塔或浮阀塔。从某种意义上讲，板式塔的传质效率主要取决与两相流体在塔板上的流动特性。因此，本实验采用目前工业上常用的筛板塔或浮阀塔，实验测定两相流体在塔板上的流动特性，考察塔板上的气液接触方式、操作状况及其变化规律，寻求适宜操作范围。通过实验掌握板

2、式塔在结构、操作状况和性能上的特点，以及板式塔流动特性的实验研究方法。二、实验原理当气体通过塔板时，因阻力造成的压强降Δp应为气体通过干塔板的压力降ΔPd与气体通过塔板上液层的压力降Δp1之和，即Δp=ΔPd+Δp1(1)干板压力降又可表达为如下关系式：2ugaΔPdPa(2a)22ΔPdguo或Δhm液柱(2b)g2g11–1式中ua－气体通过筛孔或阀孔时的速度，m·s；–3ρg、ρ1－气体和液体的密度，kg·m；ζ－干板阻力系数。对于筛孔塔板，干板压降ΔPd与筛孔速度ua的变化关系可由实验直接测定，并可在双对数坐标上给出一条

3、直线。实验曲线如图1所示，并可由此曲线拟合得出干板阻力系数ζ值。气体通过塔板上液层的压力降Δp1主要是由克服液体表面张力和液层重力所造成的。液层压力降Δp1可简单地表示为Δp1=Δp－Δpd=εhfρ1gPa(4a)或Δhf=Δh－Δhd=εhfm液柱(4b)式中hf－塔板上液层高度，m，相当于溢流堰的高度hw与堰上液面高度how之和。ε－比例系数。该比例系数常称为充气系数（或发泡系数）。图1筛孔塔板干板压头降Δhd图3板式塔的Δh与空塔速度的关系曲线与筛孔速度ua之间的关系气体通过湿塔板的总压力降Δp和塔板上液层的状况，将随着气流速度的变化而发生如下

4、阶段性的变化，如图3所示。(1)当气流速度较小时，塔板上未能形成液层，液体全部由筛孔漏下。在这阶段，塔板的压力降随气速增大而增大。(2)当气流速度增大到某一数值时，气体开始拦截液体，使塔板上开始积存液体而形成液层。该转折点称为拦液点，如图中A点。这时气体的空塔速度称为拦液速度。(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

5、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

6、气体质量相对于液体质量可略而不计，则hfρf=h1ρL(5)式中hfh1－分别为充气液层和静液层的高度，m；–3ρfρe－分别为充气液层的平均密度和静液层的密度，kg·m；若将充气液层的平均密度与静液层的密度之比定义为充气液层的相对密度，即ρhfLρhLf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：hfhL3–3V1m·m(6)ghf单位体积充气液层中滞留的液体量，即持液量又可按下式计算：h13–3Vm·m(7)1hf气体在塔板上的平均停留时间为hfS(1)hL1t()s(8)gVus液体在塔板上的平均停

7、留时间为hfShLSh1ts(9)1LLWss2式中S－空塔横截面积，m；32W－喷淋密度m/m·h3–1Vs－气体体积流率，m·s；3–1Ls－液体体积流率，m·s；–1uo－气体的空塔速度，m·s；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、

8、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4所示。图4筛板塔1．塔体2．筛