板式塔流体力学特性的测定.docx

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（m3/s）为纵坐标，液体体积流量（m3/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 式中，p塔板总压降，pc干板压降，pl板上液层高度压降，其中 式中 v气相密度，kg/m3；g重力加速度，m/s2，u0筛孔气速，m/s，c0筛孔流量系数， 筛板上因液层高度产生的压降pl即液层有效阻力hl：式中l液相密度，kg/m3，g重力加速度,m/s2，hl液层有效阻力，m液柱。2) 漏液为保证筛孔不漏液的下限气速为u0m，筛板的u0m可按下面的经验式进行计算： 式中，u0m漏液点的筛孔气速，m/s；hl板上清液层高；，m；h与液体表面张力相当的液柱高度，m液柱。 其中：液体表面张力，n/m；l液体密度，kg/m3；d0筛孔孔径，mm3) 过量液沫夹带 式中：ev液沫夹带量，kg液/kg气；液相表面张力，n/m；ug按有效截面积计算的气速；，m/s；vs气相负荷，m3/s；at塔截面积，m2；af降液管截面积，m2；ht板间距，m；hf鼓泡层高度，hl板上清液层高度，m；鼓泡层平均相对密度，一般情况下，取=0.4，即hf=2.5hl。斜孔塔板的流体力学模型斜孔塔板一排排的斜孔与液流方向垂直，气体从斜孔水平喷出，相邻两排孔口方向相反，交错排列，起到相互牵制的作用。既有气流水平喷出的优点，又消除了气流对撞转为向上冲的现象，板上保证均匀的低液面，使得气体和液体不断分散和聚集，通量比普通筛板可增大3040。斜孔塔板属筛板型塔板，其设计及计算方法与筛板塔类似。由于其结构上的特点，在阻力降、漏液和夹带的计算公式上与筛板又有不同。1) 压降干板压降可按下式计算： 式中：pc干板压降，干板阻力系数，实验测定=2.1；液层压降可按下式计算： 式中：hl液层压降，pa；发泡系数，对于水空气系统，=0.5hw堰高；how堰上液头高；2) 漏液为防止严重漏液，保证正常操作，斜孔塔板的孔动能因数f0必须满足下式： 式中：，l、v液相、气相密度，kg/m3；u0孔速，m/s；3) 雾沫夹带斜喷型塔板的雾沫夹带量均大大小于普通筛板的雾沫夹带值，但雾沫夹带的规律相似，斜孔塔板雾沫夹带计算公式如下： 式中：ev雾沫夹带量，kg(液)/kg(气)；ug液层上部的气体流速，m/s；，m/s；气相负荷，m3/s；塔截面积，m2；降液管截面积，m2；l、v液相、气相密度，kg/m3；液体表面张力，n/m；ht板间距，m；hf鼓泡层高度，m；f0孔动能因子，无因次；hl板上清液层高度，m；三、实验装置与流程装置中的有关尺寸：筛板塔塔径d190mm板间距ht294mm 堰高hw30mm降液管底距塔板ho16mm堰长lw130mm孔径do8mm开孔数n36个孔心距t21.5mm开孔率：按传质区计算12.6%，按塔截面积计算6.38%图1 板式塔流体力学实验流程1、水箱 2、离心泵 3、液体流量计 4、压差计 5、测量雾沫夹带 6、测量漏液 7、测量板上清液层高度8、板式塔 9、气体流量计 10、漩涡气泵四、操作注意事项塔设备实验：1 不得急速开关阀门，以防损坏设备。2 不要让衣物、长发、饰品等接近风机吸入口；3 打开风机、水泵时务必保证出口阀门关闭，以防打坏转子流量计；4 进行实验操作时不要超过设备正常操作范围，以防设备损坏、大量水飞溅。5 先测定干塔、干填料压降与空塔速度的关系，不要开水泵以免淋湿塔板、填料。6 注意开关水泵、风机的顺序，防止水倒灌入气路。五、实验原始数据表格：1）设备参数塔内径d190mm；堰长；堰高；堰宽；孔径；孔数n=36；t=20mm；开孔率。2）原始数据记录表 5.2.1干板压降序号12345流量/(m3/h)205080100120压差计左/pa30024011510-90压差计右/pa4004605606607505.2.2不同喷淋密度下操作状态喷淋密度830l/h序号气体流量/(m3/h)压差计左/pa压差计右/pa漏液量/ml时间/s夹带量/ml时间/s11614056092603602241105707330160332100590816006044070600296006054860620460060656506202.5120060764506400.560060872306700.456006098007000.35600601088-507400.36049401196-907700601406012104-1508200601826013112-1808600602576014120-2409000603286015128-30095006057260喷淋密度1230l/h序号气体流量/(m3/h)压差计左/pa压差计右/pa漏液量/ml时间/s夹带量/ml时间/s116756203906006022480620318600603326063010360060440406406260060548106601660060656106708.760060764-15700860060872-407205.960060980-907603607.5601088-12579016046.8601196-1508300.5601266012104-2008700602176013112-2509000602886014120-2809400604806015128-350101006045745六、数据处理1对原始数据表格中的数据进行换算塔内径d190mm, 则塔截面积a = 0.028m2；气速（m/s）=气体流量(m3/h)截面积（m2）3600=气体流量(m3/h)100.8压降(pa)= 压差计右（pa）-压差计左（pa）漏液量（ml/s）=漏液量（ml）时间（s）2.干板压降气速0.20 0.50 0.79 0.99 1.19 压降1002204456508403.不同喷淋密度下操作状态喷淋密度830l/h喷淋密度1230l/h气速m/s压降pa漏液量/(ml/s)夹带量/(ml/s)压降pa漏液量/(ml/s)夹带量/(ml/s)0.164201.530.055456.5000.244602.430.025405.3000.324901.350.005701.7200.405300.480.006001.0300.485600.070.006500.2700.565700.020.006600.1500.635900.010.007150.1300.716400.010.007600.1000.797000.010.008500.050.130.877900.011.239150.020.780.9586002.339800.012.101.0397003.03107003.621.11104004.28115004.801.19114005.47122008.001.27125009.531360010.16（1）喷淋密度830l/h下压降与气速的关系（2）喷淋密度1230l/h下压降与气速的关系)（3）不同喷淋密度下漏液量与气速的关系（3）不同喷淋密度下夹带量与气速的关系4. 气速从小到大塔板上的几种流动状态实验时观察到了以下几种状态：漏液、鼓泡、泡沫。理论上，随着气速的继续增加，还会出现喷射态，但实验时未观察到。漏液：气速很低时，液体从直接从筛孔中流下；鼓泡：气速较低时气体以鼓泡形式通过液层；泡沫：气速增加，形成了在液体中大小不同尺寸的气泡的不规则运动及强烈的液体环流；喷射：气速继续增加，而液体成为分散相，气体成为连续相。七思考题1）从结构上分析斜孔塔板有何特点？它对塔的气体通量、板效率、阻力降有何影响？答：斜孔的方向与液流方向垂直，气体从孔中水平喷出，相邻两孔的孔口方向相反，交错排列，造成气、液高度湍流。防止了垂直上喷，减少雾沫夹带，有利于提高气体通量。同时该设计保证了板上均匀的低液面，使得气体和液体不断分散和聚集，板上的传质效率提高。同时，低液面也使得板上的压降大大降低。2）定性分析液泛与哪些因素有关答：当塔板上液体流量很大，上升气体的速度很高时，液体被气体夹带到上一层塔板上的量猛增，使塔板间充满了气、液混合物，最终使整个塔内都充满液体，这种现象称为夹带液泛。还有一种情况就是因降液管设计太小，流动阻力过大，液体不能正常地通过降液管向下流，使得液体在塔板上积累而充满整个板间，这种液泛成为溢流液泛。所以，液泛主要与气液两相的流量、以及降液管的设计等因