四、实验数据记录与处理
解释所看到的实验现象，运用柏努利方程进行分析各压头的变化规律。
A B C D 总压头 测压管压头 1 静压头 压头损失hW 轴心速度u(m/s) 总压头 测压管压头 2 静压头 压头损失hW 轴心速度u(m/s) 实验管中心线距基准线的高度Z（即位压头）(mm) 实验管测试截面的内径（mm） 静压头（mm）
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实验3板式塔流体力学性能的测定
板式塔是实现精馏、吸收和萃取等单元操作过程的重要传质设备。板式塔的传质效果主要取决于两相流体在塔板上的流动特性。生产处理能力、效率、操作弹性及操作费用是评价塔板性能的主要指标。研究塔板的结构和操作参数、塔板负荷性能是工程技术人员在板式塔设计中必不可少的工作。
一、实验目的：
⒈观察和分析塔板上气、液两相接触状态，掌握塔板流体力学的一般规律。 ⒉掌握塔板流体力学性能的实验研究方法。
(1)测定气体通过塔板的压力降与空塔气速的关系； (2)测定雾抹夹带量、漏液量与气速的关系； (3)比较不同类型的塔板对流体力学性能的影响； (4)研究不同开孔率或板间距对流体力学性能的影响
3. 研究板式塔负荷性能的影响因素，做出塔板的负荷性能图。
二、实验原理：
在塔设备中，自下而上的气体和自上而下的液体作逆流流动，相互接触传质，塔板上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。
1、塔的正常操作状态
（1）鼓泡接触状态当气流速度很低时，气体通过筛孔时断裂成气泡，向上升，形成的气液混合物以液体为主（连续相），气泡较少（分散相），气液接触面积较小。
（2）泡沫接触状态当气流速度增加时，气泡数量急剧增加，气泡表面连成一片，并且不断发生合并与破裂，板上液体大部分以液膜形式存在，仅在靠近塔板表面处才能看到清液，清液层高度随气流速度增加而减少。此时，液体仍为连续相，气体为分散相。
（3）喷射接触状态当气流速度很高时，液体被喷射成液滴，液滴又被气流抛起。直径较大液滴因为重力作用又落到塔板上，直径较小液滴容易被气流带走形成液沫夹带。在喷射接触状态下，气流速度很大，液体分散较好，对传质传热有利，但产生过量液沫夹带，会影响和破坏传质过程。此时，液体为分散相，气体为连续相。
2、塔板上不正常的操作状态
（1）漏液 在低气速下操作时，气体通过塔板为克服开孔处液体的表面张力，以及液层摩擦阻力所形成的压强降，不能抵消塔板上的液层的重力时，液体将会从塔板上的开孔处漏下来。严重的漏液会导致塔板上不能积液而无法操作。测定漏液点的气速在设计塔板和过程操作中都起着重要作用。?
（2）雾沫夹带 是指操作板上上升气流将下层塔板的部分液滴带到上一层塔板，这种返混现象导致传质推动力下降。为保证一定的板效率，过量的雾沫夹带量应受到限制，一般应控制在0.1 kg液/kg汽以下。
漏液量和雾沫夹带量可用称重法进行测量，计算方法为：? 漏液量 kg漏液／kg液量?
式中：Q漏液量，kg／min；L液体流量，m3／h；液相密度kg／m3 雾沫夹带量： kg夹带量／kg气量
２
式中：e夹带量，kg／min；u气速，m／s；A塔截面积，m；气体密度kg／m3
（3）液泛 当气体和液体速度都很大时，塔板压降增大，液体来不及从溢流管向下流动，于是液体在塔板上不断积累，液层不断上升，使整个塔板空间都充满气液混合物。液泛现象发生后完全破坏了气、液的逆流操作，使塔失去分离效果。
塔的正常操作区域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
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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。
3、塔板压降
压强降是板式塔一项重要的流体力学性能，它关系到塔板上蒸汽分布，塔底操作压力的确定。特别对热敏性物料的减压精馏，塔板压降的大小往往是选择板型的主要依据。在实验中可用压差计来测取塔板压降。
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）
干板压力降可表达为如下关系式：
式中u0——气体通过筛孔或阀孔时的速度，m/s ——干板阻力系数。 对于筛孔塔板，干板压降△Pd与筛孔速度u0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。并可由此曲线拟合得出干板阻力系数ζ。
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，则可通过实验测定来寻求其适宜操作区域。为了适应不同的要求，开发了多种新型塔板。本实验台安装的塔板可以更换，已加工好的有筛板、浮阀、三维塔板，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。
三、实验装置
本实验采用空气—水作为试验体系，其装置流程如图3 -1所示。
水经过转子流量计，由塔板上方一侧的进水口进人，并由下一块塔板的降液管引出至水箱。通过塔板泄漏的液体，可由塔底排放口排出，称重计量。来自空气源的空气，通过流量调节阀和孔板流量计（或热球风速仪）计量后由塔底进人。通过塔板的尾气经分离器后由塔顶排出，雾沫夹带量由塔上收集装置经侧口引出，称重计量。气体通过塔板的压力降由U管压差计显示。
除沫器 排
锅炉引风机
水阀 进风管道 皮托管
水 图3-1板式塔流体力学性
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四、实验操作步骤及注意事项：
1. 将选定的待测塔板安装好，记录下塔的结构参数，熟悉实验装置流程，了解各部分的作用。 2. 开启风机。空气流量由空气调节阀和旁路放空阀联合调节。用皮托管测量气流速度。在启动气路前，一定要检查罗茨鼓风机旁路阀是否开启，以免损坏设备。
3.不断改变气体流量，测量干板压降与气速的变化关系。板压降由U形压差计读取。（对于筛板搭，测取5～6组数据即可，而对于浮阀塔，则需多测几组数据，以保证临界转折点前后各有4～5组数据。）
4.缓慢打开水调节阀，调至一定喷淋密度（约5～10m3. m-2. h-1，相当于40～80L.h-1），调节空气流量，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，特别注意不正常的流动——漏液、雾沫夹带及液泛现象。
5. 调节液流强度为某定值，改变气体流量由小到大取（15—20个）实验点，在每一实验点分别测取塔板压降、泄漏量及雾沫夹带；泄漏量及雾沫夹带量用称重法测取（注意在漏点附近每次调节阀门要慢些，使空塔气速变化的间隔小一些），用秒表计时，量筒计量。
6. 改变喷淋密度，重复步骤5的内容。
7. 实验结束，先关闭水调节阀，然后完全打开旁路放空阀，再将空气调节阀关严，最后关掉引风机，以免设备和管道内积水。
五、实验数据记录及处理?
塔径：塔板型式：开孔尺寸：出口堰：开孔率：板间距： 液体流量 气速 m／s 空风液流强度 塔速m3/（m2.h） 气仪 速 塔板压降 U型管 ΔP mmH左 右 ２O 雾沫夹带 e kg/min 泄漏 QL Q kg／kgkg/min 液 流量 m３/h eV kg／kg气 六、实验报告
1. 在双对数坐标纸上标绘出干板压降与筛孔速之间的关系曲线，并通过曲线拟合建立回归方程，求取干板阻力系数。
2. 在双对数坐标纸上标绘出在不同喷淋密度下塔板压降与空塔速度之间的关系曲线，并标出各转折点的气流速度及适宜操作区域。
3. 标绘出漏液量、夹带量与空塔速度的关系图。 4. 示意标出塔板的负荷性能图，说明理由。
七、思考题
1. 塔板上的气液接触状态主要取决于哪几个方面? 2. 板式塔的不正常操作现象有哪几种？ 3. 板式塔内有哪些主要的非理想流动？ 4. 液泛产生的原因是什么？它与哪些因素有关？ 5. 板间距加大，塔板的负荷性能图将发生什么变化？ 6. 分析液相负荷对ΔP-u、eV -u、QL-u的影响。
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