实验五 板式塔流动特性实验
一,实验目的
目前工业上普遍应用于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
板式塔主要是泡罩塔,筛板塔和浮阀塔.
从某种意义上讲,板式塔的传质效率主要取决于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和浮阀塔,实验测定两相流体在塔板上的流动特
性,对比考察这两种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△P应为气体通过干塔板的压力降△Pd与
气体通过塔板上液层的压力降△Pl之和,即
△P=△Pd十△Pl (1)
干板压力降又可表达为如下关系式:
式中ua——气体通过筛孔或阀孔时的速度,m·s-1
ρgρl——气体和液体的密度,kg·m-3
ζ——干板阻力系数.
对于筛孔塔板,干板压降△Pd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直线.实验曲线如图5-1所示,并可由此曲线拟合得出干板阻力系数ζ.
对于浮阀塔板,干板压降△Pd与阀孔速度ua的关系曲线如图5-2所示.由图可见,随着气速不断增大该曲线具有三个阶段.第一阶段是浮阀处于尚未浮起阶段.第二阶段是浮阀开始浮动,但尚未完全开启阶段.在此阶段里,气体通过缝隙的开度(环隙面积)可自行调节,使气体通过缝隙的速度保持不变,维持压力降与浮阀重量相平衡,即
△Pd=mg/sa (3)
式中 m——浮阀的质g,kg
sa ——阀孔的面积,m2;
g——重力加速度,m·s-2
因此,在这一区域内,干塔板压降几乎不随气速而改变.第三阶段是当浮阀升至最大 开度时,塔板与浮阀之间的缝隙面积保持不变,浮阀重量对压力降不再发生影响.只有在此转折点之后,干板压力降与阀孔速度的关系才符合式( 2)所示的关系式.

图5-l筛孔塔板干板压头降△hd 图5-2浮阀塔干板压头降△hd
与筛孔速度ua之间的关系 与阀孔速度ua之间的关系
气体通过塔板上液层的压力降△Pl 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△Pl 可简单地表示为
△Pl =△P -△Pd =εhfρlg Pa (4a)
或 △hf=△h -△hd = εhf m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).
气体通过湿塔板的总压力降△p和塔板上液层的状况,将随着气流速度的变而发生如下阶段性的变化,如图5-3所示.
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)当气流速度略为增加时,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. 图5-3 板式塔的压降△h与空塔速度的关系曲线
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.

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