板式塔的流体力学特性介绍

塔的操作能否正常进行，与塔内气液两相的流体力学状况有关。板式塔的流体力学性能包括：塔板上的气液流动状态、塔板压降、液泛、雾沫夹带、漏液及液面落差等，下面分别进行详细介绍。

1.塔板上的气液流动状态

（1）气液接触状态 

随气流通过塔板的速度不同，接触状态大致分三种，见表1。

表1  板式塔气液接触状态

工业上，一般两相接触选为泡沫状态或喷射状态，很少采用鼓泡状态。

① 鼓泡接触状态 

当操作气速很低时，气流断裂成少数气泡在板面液层中上升，板上存在有大量清液层，相际接触面积为气泡表面。由于气泡数量较少，气泡表面的湍动程度也较低，所以鼓泡接触状态的传质阻力较大，效率较低。此时，气相为分散相而液相为连续相。

② 泡沫接触状态 

随着气速增大，气泡数量急剧增加，此时，塔板上液体大部分是以液膜形式存在于气泡之间，两相传质表面是面积很大的液膜，它高度湍动且不断合并与破裂，为两相传质创造良好的流体力学条件，因此传质阻力变小，传质效率有所提高。此时，气相仍为分散相而液相仍为连续相。

③ 喷射接触状态 

随着气速继续增大，气体射流穿过液层，将板上的液体破碎成大小不等的液滴而被反复抛起，两相传质表面是众多液滴的外表面。传质阻力很小，传质效率有所提高但容易造成过量的雾沫夹带。此时，液体为分散相而气体为连续相，这是喷射接触状态与泡沫接触状态的根本区别。由泡沫状态转为喷射状态的临界点称为转相点。转相临界点与气速、孔径、开孔率、持液量有关。

工业上的操作多控制在泡沫状态或喷射接触状态，其特征分别是有不断更新的液膜表面和液滴表面。

（2）不均匀流动 

不均匀流动包括气体和液体两相的不均匀流动。对于很大的塔盘来说：

① 液膜流过塔盘时很可能造成不均匀流动；

②因盘上液位落差导致气相流动不均匀（可采用出口安定区不开孔方法）。

以上两种情况均可能导致气液接触不充分。

2.塔板压降

上升的气流通过塔板时需要克服以下几种阻力：塔板本身的干板阻力（即板上各部件所造成的局部阻力）、板上充气液层的静压强和液体的表面张力。气体通过塔板时克服这三部分阻力就形成了该板的总压强降。

ΔΡ=ΔΡ干板+ΔΡ液层静压+ΔΡ液层表面张力

3.液泛

若气液两相中之一的流量增大，使降液管内液体不能顺利下流，管内液体必然积累，当管内液体增高到越过溢流堰顶部，于是两板间液体相连，该层塔板产生积液，并依次上升，这种现象称为液泛，亦称淹塔，常见的包括降液管液泛和夹带液泛。

液泛产生时，塔板压降急剧上升，全塔操作被完全破坏，所以操作时应避免液泛现象的发生。

4.漏液

对板面上方有通气孔的塔板，如筛孔、浮阀等，当上升气速较低时，液体易经孔道流至下一层塔板而造成漏液现象，漏液必然影响气液在塔板上的充分接触，使塔板效率下降，严重的漏液会使塔板不能积液而无法操作。

为保证塔的正常操作，漏液量应不大于液体流量的10%。

5.液面落差

当液体横向流过板面时，为克服板面的摩擦阻力和板上部件（如泡罩、浮阀）的局部阻力；或当塔径或液体流量很大时，则在板面上容易形成液面落差。

液层厚度的不均匀性将引起气流的不均匀分布，从而造成漏液，使塔板效率严重降低。对于大塔径的情况可采用双溢流、阶梯流等溢流形式来减小液面落差。