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探究板式塔流体力学现象

时间:2023-07-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:2)塔板上的不正常操作现象有漏液、过量液沫夹带、液泛等。液沫夹带是指液滴被气流从一层塔板带到上一层塔板,引起浓度返混的现象,液沫夹带通常是在高气速时产生。

探究板式塔流体力学现象

17.4.1 实验目的

(1)观察筛板塔正常操作时塔板上气、液两相的接触状况,同时观察不正常的流动——漏液、液沫夹带及液泛现象,并与装在同一塔内的无溢流管筛板塔进行比较。

(2)观察浮阀塔漏液情况,浮阀的浮升程度与气流的关系,并与泡罩塔做比较。

17.4.2 基本原理

1)塔板上气液接触和塔内气液流动,都与塔板上的流体力学有关。为了研究塔板上流体力学,一般用空气-水体系,在冷模装置上进行实验,观察塔板上气液的接触情况。操作时,液体在重力作用下从上层塔板经降液管流到下层塔板,与上升气体在塔板上形成错流接触,由于塔板上装有一定高度的出口堰,使塔板上保持着一定的液层,液体会越过堰从降液管流到下层塔板。气体由于压差从下一层塔板经筛孔(或阀孔)上升,穿过液层,形成气液混合物,进行气液接触,然后又与液体分开,继续上升到上一层塔板。

一般来说,在气液接触过程中,随着气流速度的变化,大致有如下三种状态。

(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在板上层中浮升,这时,形成的气液混合物基本上以液体为主,气泡占的比例较小,气液接触面积不大。

(2)泡沫接触状态。当气流速度增加,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时,板上液体大部分以液膜形式存在于气泡之间,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小。

(3)喷射接触状态。当气流速度很高时,由于气体动能很大,不能形成气泡,而把液体喷成液滴,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,这种气液接触状态称为喷射状态。在喷射接触情况下,气流速度很大,液体分散较好,对传质传热是有利的,但产生过量液沫夹带,会影响和破坏传质过程,工业上设计气液接触状态都采用第(2)和第(3)种状态。(www.xing528.com)

2)塔板上的不正常操作现象有漏液、过量液沫夹带、液泛等。

一般情况下,气体和液体不能同时通过同一个筛孔,当塔在低气速操作状态时,气体不能在全部塔板抵消板上液层的重力,因此液体将会穿过塔板上的部分孔往下漏,即产生漏液现象。

液沫夹带是指液滴被气流从一层塔板带到上一层塔板,引起浓度返混的现象,液沫夹带通常是在高气速时产生。和漏液现象一样,液沫夹带也是无法避免的,但都不能太严重,工业设计往往以液沫夹带率不超过10%为上限。

当塔板上液体量很大,上升气体速度很高,塔板压降很大,液体来不及从溢流管向下流动时,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,此即为液泛现象。液泛发生后完全破坏了气液的总体逆流操作,使塔失去分离效果。

17.4.3 实验装置

本实验装置由直径200mm、高为200mm的四个有机玻璃塔节,两个封头组成的塔身,鼓风机,气、液转子流量计和相应的管线、阀门等部件构成。共有两套,每一套有四块塔板。甲套装浮阀塔板和泡罩塔板各两块,乙套装筛板和无溢流管筛板各两块。浮阀为F1型标准浮阀,筛板孔径为3mm,无溢流管筛板孔径为6mm,降液管均为内径25mm的圆管。

17.4.4 操作

先向塔内供水,并维持某一恒定值,然后逐渐加大空气量,观察气液在塔板上的接触情况。

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