主（zhǔ）页 > 技术文章 > 板式塔流体力（lì）学演示实验装置使用说明书 2025-07-16

板式塔流体力学演示实验装置（zhì）使用说明（míng）书

一、板式塔流体力（lì）学（xué）演示实验装置使（shǐ）用说明书-实验目的
1.观（guān）察板式塔各类型塔板的（de）结构，比较（jiào）各塔板（bǎn）上的气液接触状况（kuàng）。
2.实验研究板式塔（tǎ）的极（jí）限操作（zuò）状态，确定（dìng）各塔板的漏液点和液泛点（diǎn）。
二、实验原理
板式塔是一种应（yīng）用广泛的气液两相接触并进行传热、传（chuán）质（zhì）的塔设（shè）备，可用于吸收（解吸）、精馏和萃取等化工（gōng）单元操作。与填料塔不（bú）同，板式塔属于分段接触式气液传（chuán）质设备，塔板上气液接触（chù）的良好与否和塔板结构及气液两相相（xiàng）对（duì）流动情况有（yǒu）关，后者即是本（běn）实验（yàn）研究的流体力学性能。
1.塔板的组（zǔ）成
各种塔板板面大致可分为（wéi）三个区域，即溢流区、鼓泡区（qū）和无效区。
降液管所占的部（bù）分称为溢流区。降液（yè）管的作用除使液体下（xià）流（liú）外，还须使泡（pào）沫中的气体在降液管中得到分离（lí），不至（zhì）于（yú）使气泡带入（rù）下一塔板而影响传质效率。因此液体在降液管中的应有足够的停留时间使气体得以解脱，一般要求停留时间大于（yú）3～5s。一般溢流区所占总面积不超过塔板总面积的（de）25％，对液量很大的（de）情况，可超过（guò）此值。
塔板开孔部分称为鼓泡区，即气液（yè）两相传质（zhì）的场所，也是区别（bié）各种不同塔板的依据。而如图1所示则为（wéi）无效区，因为（wéi）在（zài）液（yè）体进口处液体容易

图1 塔板板面

自板上孔中漏下，故设一传质（zhì）无效的不开孔区，称为进口安定区，而在出口处（chù），由于进降液管的（de）的泡沫较多，也应设定不开（kāi）孔区来破除一（yī）部分泡沫，又称破沫区。
2.常（cháng）用塔板类型
泡（pào）罩塔：这是最早应用于生产上的塔板之一，因其操作性能稳定，故一直（zhí）到20世纪40年代（dài）还在板式塔中占绝对优势。后来逐渐被其他塔板代替，但至今（jīn）仍（réng）占（zhàn）有一定地位，泡罩塔特（tè）别适用（yòng）于容易堵塞的物系。
泡罩塔板见图2(A).塔板（bǎn）上装有许多升气管，每根升气管上（shàng）覆盖着一只泡罩（多为圆形（xíng），也可以是条形或是其他形状）。泡罩下边缘或开齿缝或不开齿缝，操作时气体从升气管上升再经泡罩塔与升气管的环隙（xì），然后从泡罩下边缘或经齿缝排（pái）出进入液层。
泡罩塔板操作稳定，传质效率（对塔板而言称（chēng）为塔板效率）也较高。但（dàn）有不（bú）少缺点：结构复杂（zá）、造价（jià）高、塔板阻力大。液体通过塔板的（de）液（yè）面落差较大，因而易使气流分布不均造成气液接触不良。
筛板塔：筛板塔也是最早出现的塔板之一。从图2(B)可知，筛（shāi）板就是在板上打（dǎ）很多筛孔（kǒng），操作时（shí）气体直接（jiē）穿过（guò）筛孔进入液层。这种塔板早期一直被认为很难操作，只要气流发生波动，液体就（jiù）不从降液管下来，而是（shì）从筛孔中大量（liàng）漏下，于是操（cāo）作也就被破（pò）坏（huài）。直到1949年以后才又对筛板（bǎn）进行试验，掌握（wò）了规律，发现能稳定操作。目前（qián）它在国（guó）内（nèi）外已大量应用（yòng），特别在美（měi）国其比例大于下面介绍的浮（fú）阀塔板（bǎn）。
筛（shāi）板（bǎn）塔的优点（diǎn）是构造简单、造价低，此外也能稳定操作，板效率也较高。缺点是小孔易堵（近年来发展了大孔径筛板，以适（shì）应大塔径、易堵塞物料的需要），操作弹性和板效率比（bǐ）下面介绍的浮阀塔板略差。
浮阀塔：这种塔板见图2(C)，是在（zài）20世纪40～50年代才发（fā）展（zhǎn）起来（lái）的，现在使用很广。在国（guó）内浮阀塔的应用占有重要地位，普遍获得好评。其特（tè）点是当气流在较大范围内波动时均能稳定地操作，弹性大，效率好（hǎo），适应性强（qiáng）。
浮阀塔结构特点是（shì）将浮阀装在塔板（bǎn）上的孔中，能自由地（dì）上下浮动，随气速的不同，浮阀打开的程度也不同。

（A）泡罩（zhào）塔（B）筛板（bǎn）塔（C）浮阀塔

图2 常用塔板示意图

3.板式（shì）塔的操作
塔板的操作上限与操作（zuò）下限之比称为操作弹性（即最大气量与最小气量之比或最大液（yè）量与最小液量之比）。操作弹性是塔板的（de）一个重要特性。操作弹性大，则（zé）该塔稳定操作范围大，这是我们所希望的。
为了使塔（tǎ）板在稳定范围内（nèi）操作，必须了解（jiě）板式塔的几个极限操作状态。在本演示实验中，主要观察（chá）研究各塔板的漏液点（diǎn）和液（yè）泛点，也即塔板的操作上（shàng）、下限。
漏液点：可以（yǐ）设（shè）想，在一定液量下，当气速不够大时，塔板上的液体（tǐ）会有一部分（fèn）从筛孔漏下，这样就会降低塔板的传质（zhì）效率（lǜ）。因此一般要求塔板应在不漏液的情（qíng）况下操作。所谓“漏液点”是指刚（gāng）使液体不从塔板（bǎn）上泄漏（lòu）时的气速，此气体也（yě）称（chēng）为最小气速。
液泛点：当气速大到一定程度，液体就不（bú）再（zài）从降（jiàng）液管下流，而是从下（xià）塔板上升，这就是板（bǎn）式塔的液泛。液泛（fàn）速度也就是达到液泛时的气速。
现以筛板塔为例来说明板式塔的操作（zuò）原理。如图3，上一层塔板上的液体由降液管流至塔板上，并经过板上由另一降液管流至下一层塔板上。而下一层板上升的气体（或蒸汽）经塔板上的筛孔，以鼓泡的形式穿过塔板上的液体层，并在此进行气液接触传质。离开液层的气体继续升至上一层（céng）塔板，再次进行气液接触传质（zhì）。由（yóu）此经过若（ruò）干层塔板，由塔板结构和（hé）气液（yè）两相（xiàng）流量而定。在塔板结构和液量已（yǐ）定的情况下，鼓泡层高度随（suí）气速而变。通常在塔板以上形成三种不同状态的区间，靠近塔板的（de）液层底部属鼓泡（pào）区，如图3中的1；在液层表面属泡沫区，如（rú）图3中的2；在液层上（shàng）方空间属雾沫区，如图3中的3。

图3筛板塔操作简图

这三种状态都能起气液接（jiē）触传质作用，其中泡沫状态的传质（zhì）效果尤为良好。当气速不很大时，塔板上以鼓泡区为主，传质效果不够理想。随着气速增大到一定值，泡沫区（qū）增（zēng）加，传质效果显著改善，相（xiàng）应的（de）雾沫（mò）夹带虽有增加，但还不至于影响传质效果。如果气速超过一定范围，则雾沫区显著（zhe）增大，雾沫夹带过量（liàng），严重影（yǐng）响（xiǎng）传质效果。为此，在板式塔中必须在（zài）适宜的液体流（liú）量和气速下操作，才能达到良好的传质效果。
三、演示（shì）操作
本装置主（zhǔ）体由直径（jìng）200mm，板间距为300mm的四个有机玻璃塔节与两个封（fēng）头组成的塔体，配以风机、水泵和气、液转子流量计及相应的管线（xiàn）、阀（fá）门等部件构成。塔体内由（yóu）上而（ér）下安装四块塔板，分别为泡罩塔板、浮阀塔板、有降液管的筛孔板和无降液管的筛孔板，降液管均为内（nèi）径25mm的有机圆柱管。流（liú）程示意如图4。

实验开始前，先检查水泵和（hé）风机电源，并（bìng）保持（chí）所有阀门全关（guān）状态。以下以有降液管的筛孔板（bǎn）（即自下而上第二块塔板（bǎn））为例，介绍该塔板流体力学性质演示操作。
水（shuǐ）泵进口连接水源（自来水接口或水槽（cáo）），塔底排液阀接地沟或循（xún）环接入水槽，打开水泵出口调节阀，开启水泵电源。观察液流从（cóng）塔顶流出的（de）速度，通过水转子流量计（jì）调节液流量在转子流量计显示适中的位置，并保持稳定（dìng）流动。
打开（kāi）风机出口阀，打开无降液（yè）管的（de）筛孔板下对应的（de）气流进口阀，开启风机电源。通过（guò）空气转子流量计自小而大调（diào）节气流量，观察塔板上气液接触的几个不同阶段，即由漏液（yè）至鼓泡、泡沫和雾沫（mò）夹带到最后淹塔。
观察实验的两个临（lín）界气速，即（jí）作为操作（zuò）下限的“漏液点”——刚使液体不从塔板上泄漏时的（de）气速，和作为操（cāo）作上（shàng）限的“液泛点”——使液体不再从降液管（对（duì）于无降液管的筛孔板，是指不（bú）降液）下流，而是从下塔板上升（shēng）直至淹（yān）塔时（shí）的气速。
对于其余（yú）另两种类型的塔板也是作（zuò）如上（shàng）的操（cāo）作，最后记录各塔板的气液两相流动参数，计算塔板弹性，并（bìng）作出比较。
也可（kě）作全塔液泛实验，从有降液管（guǎn）的第二块筛塔板作起，可观察全塔液泛的状况。实验过程中，注意塔身与下水箱的接口处应液封（fēng），以免漏出风（fēng）量。

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