板式塔的流体力学性质

化工基础实验报告实验名称板式塔流体力学实验班级化21 姓名张腾学号2012011864 成绩实验时间2014.5 同组成员张煜林一、实验目的1、观察塔板上气、液两相流动时的特性。

2、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。

3、研究板式塔负荷性能图的影响因素，做出筛孔塔板的负荷性能图。

二、实验原理当液体流量一定，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；在气速和液相符合均过大时，还会产生液泛这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。

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测定。

三、实验装置与流程1、塔主体是用有机玻璃制成的，分段用法兰连接。

2、风源：罗茨鼓风机，D22 / 5型；风压：3500mm H2O；风量5m3/min。

3、气液流量测量用转子流量计：LZB-50，气体流量16～160m3/h。

LZB-25，液体体积流量100～1000 L/h4、U型管压差计：指示液为水，测量范围0～700 mm H2O实验装置图如下：1－水箱；2－泵；3－液体流量计；4－气体流量计；5－压差计；6－板式塔四、实验步骤及注意事项1、熟悉实验装置流程，了解各部分作用。

2、在启动气路前，要检查罗茨鼓风机旁路阀是否开启，转子流量计阀门是否关闭，以免损坏设备。

3、测量干板阻力降与气速关系。

4、启动水泵。

启动前要检查水泵内是否充满水，转动泵的联轴节是否灵活，关闭泵的出口阀门。

5、在一定的喷淋密度下，测定塔板的压降、漏液量和雾沫夹带与空塔速度的关系。

6、改变喷淋密度，重复5的内容。

7、实验结束，先关水，后关气。

五、实验原始数据表格1、设备参数塔内径D＝2000mm；堰长l w=130mm；堰高ℎw=30mm；堰宽w d=27mm；孔径d0=8mm；孔数n=36；t=20mm；开孔率φ=12.6%2、原始数据记录表1、干板压降2、不同喷淋密度下的操作状态六、数据处理1、对原始数据表格中的数据进行换算塔半径r=0.1m，则塔截面积A = 0.0314m2；空塔气速=流量÷截面积÷3600；压降(pa)＝ρgh＝压降(mmH2O)×9.8×1000÷1000=压降(mmH2O)×9.8；漏液量（ml/s）=夹带量/时间；夹带量（ml/s）=夹带量/时间；换算后的数据列表如下：干板气速-压降关系2、干板及各种喷淋密度下压力降与空塔速度的关系曲线（1）空塔压降与气速的关系：对压降与气速取对数做双对数图如下：拟合出的直线斜率为1.43，与理论值2相差较大，原因暂时还不是很清楚，可能是由于塔设备相对于直管路的不理想程度比较大，也有可能是某些参数的错误，但这样大的差距必然有其内在的原因，目前还不能从根本上得出具体的结论。

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（m 3/s ）为纵坐标，液体体积流量（m 3/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l c p p p ∆+∆=∆式中，Δp —塔板总压降，Δp c —干板压降，Δp l —板上液层高度压降， 其中20)(051.0c u g p v c ρ=∆式中 ρv —气相密度，kg/m 3；g —重力加速度，m/s 2，u 0—筛孔气速，m/s ，c 0—筛孔流量系数，筛板上因液层高度产生的压降Δp l 即液层有效阻力h l ：l l l gh p ρ=∆式中ρl —液相密度，kg/m 3，g —重力加速度,m/s 2，h l —液层有效阻力，m 液柱。

板式塔主要类型得结构与特点工业上常用得板式塔有：泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流栅孔板塔浮阀塔具有得优点：生产能力大，塔板效率高，操作弹性大，结构简单，安装方便。

二、板式塔得流体力学特性1、塔内气、液两相得流动A 使气液两相在塔板上进行充分接触以增强传质效果B 使气液两相在塔内保持逆流，并在塔板上使气液量相保持均匀得错流接触，以获得较大得传质推动力。

2、气泡夹带：液体在下降过程中，有一部分该层板上面得气体被带到下层板上去，这种现象称为气泡夹带。

3、液（雾）沫夹带：气体离开液层时带上一些小液滴，其中一部分可能随气流进入上一层塔板，这种现象称为液（雾）沫夹带。

4、液面落差液体从降液管流出得横跨塔板流动时，必须克服阻力，故进口一侧得液面将比出口这一侧得高。

此高度差称为液面落差。

液面落差过大，可使气体向上流动不均，板效率下降。

5、气体通过塔板得压力降压力降得影响：A 气体通过塔板得压力降直接影响到塔低得操作压力，故此压力降数据就是决定蒸馏塔塔底温度得主要依据。

B 压力降过大，会使塔得操作压力改变很大。

C 压力降过大，对塔内气液两相得正常流动有影响。

压力降：ΔPP =ΔPC+ΔPL+ΔPδ塔板本身得干板阻力ΔPC板上充气液层得静压力ΔPL液体得表面张力ΔPδ折合成塔内液体得液柱高度M，则ΔPP /ρLg=ΔPC/ρLg +ΔPL/ρLg +ΔPδ/ρLg即hp =hc+hL+hδ浮阀塔得压力降一般比泡罩塔板得小，比筛板塔得大。

在正常操作情况，塔板得压力降以290—490 N/m2、在减压塔中为了减少塔得真空度损失，一般约为98—245Pa 通常应在保证较高塔板效率得前提下，力求减少塔板压力降，以降低能耗及改善塔得操作性能。

6、液泛（淹塔）汽液量相中之一得流量增大到某一数值，上、下两层板间得压力降便会增大到使降液管内得液体不能畅顺地下流。

当降液管内得液体满到上一层塔板溢流堰顶之后，便漫但上层塔板上去，这种现象，称为液泛（淹塔）如气速过大，便有大量液滴从泡沫层中喷出，被气体带到上一层塔板，或有大量泡沫生成。

实验八、板式塔流体力学性能测定一、实验目的1．观察塔板上气、液两相流动状况。

2．测定气体通过塔板的压力降与空塔气速的关系、雾沫夹带率与空塔气速的关系、泄漏率和空塔气速的关系。

3．研究板式塔负荷性能图的影响因素并做出筛板塔的负荷性能图。

二、实验原理板式塔为逐级接触的气～液传质设备，当液体从上层塔板经溢流管流经塔板与气体形成错流通过塔板，由于塔板上装有一定高度的堰，使塔板上保持一定的液层，然后越过堰从降液管流到下层塔板。

气体从下层塔板经筛孔或浮阀、泡罩齿缝等，上升穿过液层进行气液两相接触，然后与液体分开继续上升到上一层塔板。

塔板传质的好坏很大程度取决于塔板上的流体力学状况。

1．塔板上的气液两相接触状况及不正常的流动现象。

（1）气液两相在塔板上接触的三种状态：1）当气体的速度较低时，气液两相呈鼓泡接触状态。

塔板上存在明显的清液层，气体以气泡形态分散在清液层中间，气液两相在气泡表面进行传质。

2）当气体速度较高时，气液两相呈泡沫接触状态，此时塔板上清液层明显变薄，只有在塔板表面处才能看到清液，清液层随气速增加而减少，塔板上存在大量泡沫，液体主要以不断更新的液膜形态存在于十分密集的泡沫之间，气液两相以液膜表面进行传质。

3）当气体速度很高时，气液两相呈喷射接触状态，液体以不断更新的液滴形态分散在气相中间，气液两相以液滴表面进行传质。

（2）塔板上不正常的流动现象1）漏液当上升的气体速度很低时，气体通过塔板升气孔的动压不足阻止塔板上液层的重力，液体将从塔板的开孔处往下漏而出现漏液现象。

2）雾沫夹带当上升的气体穿过塔板液层时，将板上的液滴挟裹到上一层塔板引起浓度返混的现象称为雾沫夹带。

3）液泛当塔板上液体量很大，上升气体速度很高，塔板压降很大时，液体不能顺利地从降液管流下，于是液体在塔板上不断积累，液层不断上升，使塔内整个塔板间都充满积液的现象称为液泛。

2．流体力学性能测定（1）压降在塔板的上面和下面气液分离空间中各设置一个测压口，分别连在U型压差计的两端，可以测定气体通过塔板的压降。

筛板式板式塔的基本原理及流体力学性能分析胡维华(江西昌九农科化工有限公司南昌330012)摘 要:本文介绍了板式塔(筛板式)的基本结构,并分析了其流体力学性能及产生原因,为解决板式塔在丙烯酰胺生产中遇到的问题,提高塔的使用效率提供了思路。

关健词:丙烯酰胺 板式塔 流体力学性能1 前言我公司丙烯酰胺生产装置年生产能力二万吨(计划再扩建二万吨),2000年一次开车成功并投入使用,它采用了国内最先进的微生物法生产技术和先进的DCS集散控制系统。

微生物法将丙烯腈、水、和固定化生物催化剂调配成水合溶液,在催化反应后分离出废催化剂就可得到丙烯酰胺产品。

其下游产品广泛应用于石油工业、水处理、纸浆、及造纸工业等,市场容量在逐年增加,丙烯酰胺产品市场前景看好。

在我公司丙烯酰胺生产中一个重要工序就是浓缩工序,其主体设备是板式塔(筛板式),此工序承担的任务是把丙烯酰胺的水溶液的浓度由28%提高到65%,对板式塔操作的好坏及其使用效率的高低,可以说决定了丙烯酰胺装置的生产效益。

2 板式塔的基本结构。

板式塔结构如图所示。

塔板上开有许多均布的筛孔,孔径为15mm,筛孔在塔板上作正三角形排列。

塔板上设置溢流堰,使板上能维持一定厚度的液层。

操作时,上升的气流通过筛孔分散成细小的流股,在板上液层中鼓泡而出,气液间密切接触而进行传质。

在正常的操作气速下,通过筛孔上升的气流,应能阻止液体经筛孔向下泄漏。

筛板塔的优点是:结构简单,造价低廉,气体压降小,板上液面落差也比较小,生产能力及板效率均比较高。

主要缺点是:操作弹性小,筛孔小时容易堵塞。

而我公司采用大孔径15mm筛板可避免堵塞,而且由于气速的提高,生产能力增大。

图 板式塔结构简图3 板式塔的流体力学性能塔板为气、液两相进行传质的场所。

在正常的流动情况下,液体从上层塔板经降液管流到下层塔板时,若液体在降液管中有足够的停留时间,则可分离出所夹带的少量气泡,气体返回至板面上,不至于将上层塔板的气体带到下层塔板。

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（m 3/s ）为纵坐标，液体体积流量（m 3/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l c p p p ∆+∆=∆式中，Δp —塔板总压降，Δp c —干板压降，Δp l —板上液层高度压降， 其中20)(051.0c u g p v c ρ=∆式中 ρv —气相密度，kg/m 3；g —重力加速度，m/s 2，u 0—筛孔气速，m/s ，c 0—筛孔流量系数，筛板上因液层高度产生的压降Δp l 即液层有效阻力h l ：l l l gh p ρ=∆式中ρl —液相密度，kg/m 3，g —重力加速度,m/s 2，h l —液层有效阻力，m 液柱。

板式塔的流体力学性能介绍★评价塔设备性能的主要指标生产能力塔板效率操作弹性塔板压强降★板式塔的流体力学性能塔板压强液泛雾沫夹带漏液液面落差一、塔板压降也就是气体通过塔板时的阻力损失。

包括：干板阻力：由板上各部件所造成的局部阻力板上充气液层的静压强板上液体的表面张力（摩擦阻力）∙塔板压降对板式塔操作特性的影响∙影响塔底操作压强：塔板压降↑若为吸收操作，则要求送气压强↑ ；若为精馏操作，则要求釜底压强↑ ；若为真空精馏操作，则同样要求釜底压强↑ →导致实际操作不能在真空下进行。

∙影响板效率：∙干板压降↑ → 气体流动不畅↑ 气液接触时间↑ → 板效率↑∙板上充气液层静压↑（即板上液层厚度↑）→ 气液传质时间↑→板效率↑总而言之，要综合考虑，原则：在保证较高板效率的前提下，力求减小塔板压强，以降低能耗，改善塔的操作性能。

二、液泛正常操作时，降液管中有一足够的液体高度，以克服两板间由气体压差造成的压降使液体能够自上而下流动。

∙但若气相的流量↑→塔板压降↑→降液管内液体流动不畅→管内液体积累；∙若液相的流量↑→降液管内截面不能满足该液体顺利流过→管内液体积累；从而必然使降液管内液体不断增高→最终使整个板间充满液体→塔操作被严重破坏。

这种现象即为液泛（淹塔）。

一般，气速↑→有利于形成湍动的泡沫层→传质速率↑。

但显然不能超过液泛时的气速。

因此，液泛时的气速应为塔操作的极限速度。

此外，板间距↑→可提高液泛速度。

三、雾沫夹带∙当气速↑，使塔板处于泡沫状态或喷射状态时→液体被吹塔板，该现象称为雾沫夹带。

∙雾沫夹带造成的影响：液相在塔板间返混→塔板效率↓∙因此，应限制雾沫夹带。

eV<0.1kg(液)/kg(气)∙影响雾沫夹带量的因素：空塔气速↑塔板间距↓雾沫夹带量↑四、漏液∙在正常操作的塔板上，液体横向流过塔板，然后通过降液管流下。

∙但若气体通过塔板的速度↓ → 上升气体通过孔道的动压不足以克服板上液体的重力→液体从塔板上的开孔处往下漏，称漏液。

板式塔流体力学事故（实用版）目录1.板式塔的概述2.板式塔的流体力学原理3.板式塔的常见事故及其原因4.板式塔事故的预防和处理措施正文【板式塔的概述】板式塔是一种常用的塔式设备，广泛应用于化工、石油、制药等行业。

其主要功能是通过塔内液体和气体的接触，实现物质的分离、吸收或反应等过程。

板式塔通常由塔体、塔板、进出口、支撑结构等部分组成，其中塔板是核心部件，起到增大气液接触面积、提高传质效果的作用。

【板式塔的流体力学原理】板式塔的流体力学原理主要涉及两个方面：一是气体在塔内的流动状态，二是液体在塔内的分布和流动。

在塔内，气体自下而上流动，通过塔板时，会形成气泡并扩大接触面积，从而促进物质的传递。

液体则在塔内自上而下流动，与气体进行逆流接触，以提高吸收或反应效果。

板式塔的设计需要充分考虑流体的动力学特性，以实现高效的物质传递。

【板式塔的常见事故及其原因】板式塔在运行过程中可能会发生一些流体力学事故，如气泡夹带、压降过大、泛液等。

这些事故的原因多种多样，包括：1.气泡夹带：气泡在塔内夹带液体，导致塔顶液体泡沫过多，影响塔内分离效果。

原因可能包括气速过快、液体黏度过高、塔板设计不合理等。

2.压降过大：塔内气体流动阻力过大，导致压力降过高，影响气体流动和物质传递。

原因可能包括塔板结构不合理、气体流速过快、管道阻力过大等。

3.泛液：塔内液体超过设计高度，从塔顶溢出。

原因可能包括进液量过大、塔内液体分布不均、塔板堵塞等。

【板式塔事故的预防和处理措施】为预防和处理板式塔的流体力学事故，可以采取以下措施：1.合理设计塔板结构，提高气液分布均匀性，降低气泡夹带和泛液的风险。

2.控制进液量和进气量，避免过大的流速导致压降过大和气泡夹带。

3.定期对塔内进行清洗和维护，确保塔板畅通，避免塔内液体分布不均和泛液现象。

4.安装监测设备，实时监测塔内压力、流量等参数，以便及时发现并处理异常情况。

总之，板式塔作为一种重要的化工设备，其流体力学事故的预防和处理至关重要。

板式塔流体力学实验报告引言本实验旨在研究板式塔的流体力学特性。

板式塔是一种常用于化工领域的设备，用于分离液体混合物中的组分。

通过实验观察和数据分析，我们可以了解板式塔的流体流动行为，从而优化塔的设计和操作参数，提高分离效率。

实验装置和方法实验中使用的板式塔装置由一根垂直立管和多层水平放置的板组成。

我们通过向塔底注入液体混合物，控制流量和温度，观察在不同操作条件下的塔内流体流动情况。

实验结果与分析根据实验数据，我们可以得出以下结论：1. 流体流动模式在不同操作条件下，板式塔内流体的流动模式会发生变化。

当流速较低时，流体呈现层流状态，流线整齐有序；而当流速增加时，流体会变为湍流状态，流线杂乱无序。

这对于塔内物质传递和分离过程有着重要影响。

2. 流体分布在塔内的不同位置，流体的浓度和温度分布不均匀。

通常情况下，塔底的浓度较高，而塔顶的浓度较低。

这是由于塔内的物质传递和分离过程导致的。

3. 塔板效率塔板效率是评价板式塔分离效果的重要指标。

通过实验观察和数据分析，我们可以计算出塔板效率，并比较不同操作条件下的效率差异。

从实验结果可以看出，塔板效率随着流速的增加而提高，但也存在一个最佳操作点，超过此点后效率会下降。

结论本实验通过观察和数据分析，深入了解了板式塔的流体力学特性。

我们发现流体流动模式、流体分布和塔板效率对于塔的设计和操作至关重要。

在实际应用中，我们可以根据不同的分离要求和操作条件，优化塔的结构和操作参数，以提高分离效率。

通过本实验，我对板式塔的流体力学特性有了更深入的了解。

我将继续深入研究和探索，在化工领域的实际应用中发挥作用，为工业生产提供技术支持和解决方案。

板式塔的流体力学性能的测定一、实验名称：板式塔的流体力学性能的测定二、实验目的：1、对板式塔的结构、立体传质塔板有一个初步认识；2、对塔板上流体流动状态有初步认识；3、测定塔板的流体力学性能，包括塔的干板压降、湿板压降、漏液点、雾沫夹带点等。

4、观察流体在塔板上的流动状态。

三、实验原理与流程：实验流程见图1，来自储槽的水经过转子流量计自塔顶送入板式塔，由鼓风机送来的气体，经孔板流量计送入塔的底部。

塔内共装有三层塔板，从下至上分别是气体分布板、实验塔板、雾沫补集板。

实验塔板采用U型压差计测定其压降，漏液和夹带量采用质量测量法。

通过风机闸阀和玻璃转子流量计调节气体流量和液体流量，测定不同状态下塔板的流体力学参数，观察塔板上液体流动状况。

图1 实验装置流程图四、实验步骤：1、测定干板压降将液封管内冲满水，启动风机，根据孔板流量计连接的压差计调节气体流量大小，测定塔的干板压降，气体流量由小至大调节。

由《化工原理》查询孔流系数，并计算气体流量。

测定的压降值与筛板塔干板压降计算公式进行验证，并计算误差。

干板压降经验式：()22000.051()1vd Lw h C γϕγ=- ϕ-----开孔率（开孔面积/开孔区域面积）；v γ-----气相密度；L γ-----液相密度；d h -----干板压降，米液柱；0C -----孔流系数；0w -----孔气速；（单位如不说明均为国际单位制）（假设矩形孔和导向孔气速一致，开孔面积=矩形开孔面积+导向孔面积） 2、测定湿板压降、夹带和漏液调节气体流量为一定值，打开转子流量计。

固定液体流量，将气体流量由小至大调节，每次增加200Pa ，至到2000Pa 。

每个测量点稳定30秒，读取压降，由质量法测量一定时间的漏液量和夹带量。

计算每个点的漏液率和夹带率，寻找漏液点和夹带点，并计算出对应的孔气速，确定正常操作范围。

3.观察塔板上气液接触状态随着气速的增大，塔板之上的气液接触状态由鼓泡状态，变为泡沫状态，最终达到喷射状态。

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
学生姓名：学号：
院（系）：年级：级班
指导教师：研究生助教：
实验日期： 2017.05.25 交报告日期： 2017.06.01
图1 筛孔塔板干板压头降Δh d 与筛孔速度u a 之间的关系图2 板式塔的Δh 与空塔速度的关系曲线
四、实验方法
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(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 范围内为宜，相对于水流量为图3 筛板塔
1.塔体；
2.筛孔塔板；
3.漏液排放口；
4.温度计；
5.溢流装置
图4 板式塔流动特性实验装置流程
空气源；2.放空阀；3.消声器；4.孔板流量计；5.U 型水柱压差计；6. U 型汞柱压差计；
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。