北京化工大学实验报告——板式塔的流体力学性能的测定

实验名称：板式塔流体力学性能测定学生姓名：[你的姓名]学号：[你的学号]指导教师：[指导教师姓名]生助教：[生助教姓名]实验日期：[实验日期]交报告日期：[交报告日期]一、实验目的1. 了解板式塔的结构和工作原理。

2. 掌握板式塔的流体力学性能测定方法。

3. 分析不同操作条件下板式塔的流体力学性能。

4. 培养实验操作能力和数据处理能力。

二、实验原理板式塔是一种常用的分离设备，广泛应用于化工、石油、食品等行业。

板式塔的工作原理是利用气液两相在塔板上的接触、传质和分离作用，实现物质的分离。

本实验通过测定板式塔的流体力学性能，包括塔板压降、液相流量、气相流量等参数，分析不同操作条件下板式塔的流体力学性能。

三、实验装置与仪器1. 实验装置：板式塔、进料泵、流量计、压力计、温度计、流量调节阀、冷却水系统等。

2. 实验仪器：秒表、卷尺、计算器、数据采集器等。

四、实验步骤1. 搭建实验装置，检查各连接部分是否严密。

2. 将进料泵、流量计、压力计、温度计等仪器与板式塔连接。

3. 开启冷却水系统，保持实验温度稳定。

4. 调节进料泵，控制进料流量。

5. 测量塔板压降、液相流量、气相流量等参数。

6. 改变操作条件（如进料流量、塔板间距等），重复步骤5，记录实验数据。

7. 对实验数据进行处理和分析。

五、实验结果与分析1. 塔板压降：塔板压降是衡量板式塔流体力学性能的重要指标。

实验结果表明，塔板压降随液相流量和气相流量的增加而增加，这与流体力学原理相符。

2. 液相流量：液相流量是影响板式塔分离效果的重要因素。

实验结果表明，液相流量与塔板压降呈正相关关系，即液相流量越大，塔板压降越大。

3. 气相流量：气相流量对板式塔的分离效果也有较大影响。

实验结果表明，气相流量与塔板压降呈正相关关系，即气相流量越大，塔板压降越大。

4. 操作条件对流体力学性能的影响：实验结果表明，改变进料流量和塔板间距对板式塔的流体力学性能有显著影响。

增大进料流量和塔板间距，塔板压降增大，分离效果降低。

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(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。

如果充气液层的气体质量相对于液体质量可略而不计，则h fρf= h1ρl(4)式中，h f 、h1分别为充气液层和静液层的高度，m；ρf、ρl分别为充气液层的平均密度和静液层的密度，kg· m– 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∅=ρfρl=ℎlℎf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：V g=(ℎf−ℎl)/ℎf=1−∅ m3∙m−3（5）单位体积充气液层中滞留的液体量，即持液量可按下式计算：V l=ℎl/ℎf=∅ m3∙m−3（6）气体在塔板上的液层的平均停留时间为：t g=[ℎf S(1−∅ )]V s =ℎfu0(1−∅) s （7）液体在塔板上的平均停留时间为图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t l =ℎf ∙S∙∅L s=ℎf ∅Ws （8）式中，S 为空塔横截面积，m 2；V s 为气体体积流率，m 3∙s −1；L s 为液体体积流率，m 3∙s −1；W 为液体喷淋密度，m 3∙m −2∙s −1；u 0 为气体的空塔速度，m ∙s −1。

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
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。

如果充气液层的气体质量相对于液体质量可略而不计，则
h fρf= h1ρl(4)
调节阀和孔板流量计进入塔底。

通过塔板的尾气由塔顶排出。

气体通过塔板的压力降由压差计显示。

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。

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。

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。

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。

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。

实验五 板式精馏塔性能的测定一、 实验目的1、测定全回流条件下的全塔效率和单板效率2、测定部分回流条件下的全塔效率3、测定精馏塔的塔板浓度（温度）分布 二、实验原理本设备为DES —Ⅲ型精馏实验装置。

精馏塔共有8块塔板，塔身的结构尺寸为：塔内径为50mm ，塔板间距为80mm ，溢流管截面积为80mm 2，溢流堰高为12mm ，底隙高度为5mm ，每块塔板上开有直径为1.5mm 的小孔，正三角形排列，孔间距为6mm 。

除7、8板外，每块塔板上都有液相取样口。

回流分配装置由回流分配器与控制器组成。

回流分配器由玻璃制成，两个出口管分别用于回流和采出，引流棒为一根φ4mm 的玻璃棒，内部装有铁芯，可在控制器的作用下实现引流。

此回流分配器既可通过控制器实现手动控制回流比，也可通过计算机实现自动控制。

板效率是体现塔板性能及操作状况的主要参数，主要包括： 总板效率 NeN E 1-=单板效率 *11n n n n ml x x x x E --=--三、实验装置与流程本实验料液为乙醇—正丙醇溶液，从原料液罐用泵打入缓冲罐，由缓冲罐经泵打入塔内。

釜内液体经电加热器产生蒸汽逐板上升，经与各板上的液体热传质后，进入塔顶盘管式换热器壳程，管层走冷却水，再从回流分配器流出，一部分作为回流液从塔顶流入塔内，另一部分作为产品溜出，进入原料液罐贮罐。

四、实验步骤1）配料。

在配料罐中配制乙醇体积分率为20％的乙醇、丙醇溶液，启动循环泵搅匀并打入进料罐中。

2）进料。

开启进料泵，调节旁路阀、进料口阀门、进料流量计阀门等，向塔内进料至液位计高度4/5左右。

3）全回流操作。

先开塔顶放空阀门，然后按下塔釜加热器“手动加热”绿色按钮，调节加热电压至120V，或选择“自动加热”模式，打开冷却水，有回流后根据汽液接触状况对电压适当调整（80V）；约20分钟稳定后塔顶、塔釜及相邻两块塔板取样分析数据。

4）部分回流操作。

开进料泵、进料罐阀门及塔中进料口阀门，调整进料量为30ml/min，设置回流比为相应的数值3～4，开塔釜出料阀门及π型管阀门，调整合适的加热电压，稳定20分钟后塔顶、塔釜取样分析。