板式塔流体力学性能测定-实验报告

化学实验教学中心实验报告化学测量与计算实验Ⅱ实验名称：板式塔流体力学性能测定实验报告指导教师：研究生助教：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。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△Pa与气体通过塔板上液层的压力降△pi之和，即干板压力降又可表达为如下关系式：或液柱(2b)式中，ua为气体通过筛孔时的速度，ms⁻¹;ζ为干板阻力系数。对于筛孔塔板，干板压降△Pa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△p₁主要是由克服液体表面张力和液层重力所造成的。液层压△p₁=△p—△pa=εh:P₁gPa(3a)或式中，h:为塔板上液层高度，m;相当于溢流堰的高度hw与堰上液面高度ho.之和。ε为比例系数，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化而发生如下阶段性的变化，如图2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。该转折点称为拦截点，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C点。自C点以后，塔板的压力降随气速的增加而增大。点(如图中D点)之后，塔板压降会随气速迅速增大。hh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式中，he、h₁分别为充气液层和静液层的高度，m;P:、P₁分别为充气液层的平均密度和静液层的密度，kgm⁻³;若将充气液层的平均密度之比定义为充气液层的相对密度，即液体在塔板上的平均停留时间为式中，为空塔横截面积，2;为气体体积流率，3.-¹;为液体体积流率，3.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↑尾气↑尾气1空气3424.温度计：5.溢流装置7.板式塔；转子流量计：9.U型水柱塔压差计；10.高位槽：11.排水管实验前，先检查空气调节阀和进水阀是否关严，放空阀是否全部开启。然后将高位水槽充满水，并保持适当的溢流量。实验时，可按如下步骤进行操作：(1)启动空气源。空气流量由空气调节阀和旁路放空阀联合调节。通过不断改变气体流量，测定干板压降与气速的变化关系。对于筛板塔，一般测取5～6组数据即可。(2)当进行塔板流动特性试验时，应先缓慢打开水调节阀，调定水的喷淋密度(一般喷淋密度在5-103.-2.-1范围内为宜，相对于水流量为40-80L·h⁻¹,然后再按上述方法调节空气流量。在一定喷淋密度下，测定塔板总压降、塔板上充气液层高度等数据。在全部量程范围内，一般需测取15组以上数据，尤其是在各转折点附近，空塔速度变化的间隔以小一些为宜。实验过程中要仔细观察并记录塔板上气液接触和混合状态的发展变化过程，特别要注意各阶段的转折点。严，记下静液层高度，再关闭水，最后关掉空气源的电源。实验时应注意的事项：(1)空气源切不可在所有出口全部关闭下启动和运行，以防烧坏设备；空气源的启动和空气流量的调节，必须严格按上述操作步骤，用旁路阀和调节阀联合调节。(2)实验过程中，应密切注意高位水槽的液面和溢流水量，需要根据实验时水流量的变化，随时调节自来水的进水量。1.测量并记录实验设备及操作的基本参数。设备结构参数与操作参数：筛塔板规格孔板流量计锐孔直径//管道直径/孔流系数/筛板开孔率/%操作参数室温/℃筛板厚度/气压//溢流堰高度/操作气压/2.记录与整理实验数据(1)干板实验实验序号12345空气温度入口温度出口温度平均温度空气流量干板压降12差值干板阻力系数ζ①空气温度g取入口温度与出口温度的平均值。p:在温度t与压力p状态下的干空气密度(kg.m³)po:0℃,压力为0.1013MPa状态下干空气的密度，po=1.293(kg.m³)P:绝对压力(MPa)t:热力学温度(℃)式中，Co:流量系数，无因次，通常为0.6~0.7(本次试验Co=0.61)Ao:孔板小孔(锐孔)的截面积(Ao=7.85×10⁻⁵m²)④孔气速二—:单个筛孔的面积，:筛孔数目⑤筛板塔板干板压力降h与筛孔速度之间的关系双对数坐标图;;算术坐标图y=2.R3/通用格式通用格式通用格式通用格式通用格式通用格式通用对于双对数坐标图，趋势线方程y=0.00009x⁰655,对应的公式为：而对于算术坐标图，趋势线方程y=2.0655x-4.0493,对应的公式为：则有1操作存在人为误差，干板阻力系数实际上是随着温水的温度=26.2℃水的流量n=60/h=0.063/h=21631空塔截面积So=3.14×0.25×(0.1)²=7.85×10³2喷淋密度W=n/S=275×103.-2.-1其他数据见附纸，由于△h、△只有5组数据，相应的充气系数ε也只有五组数据。筛板塔的压力降△h与空塔速度u₀之间的关系(双对数作图)转折点转折点如图所示，BC段为一条水平直线，可认为适宜操作区间为B点与C点之间，即(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(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(0.097·-1)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(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(0.488·-1)。