1.觀察板式塔各類型塔板的結構，比較各塔板上的氣液接觸狀況。

2.實驗研究板式塔的極限操作狀態，確定各塔板的漏液點和液泛點。

二.實驗原理

板式塔是一種應用廣泛的氣液兩相接觸并進行傳熱、傳質的塔設備，可用于吸收（解吸）、精餾和萃取等化工單元操作。與填料塔不同，板式塔屬于分段接觸式氣液傳質設備，塔板上氣液接觸的良好與否和塔板結構及氣液兩相相對流動情況有關，后者即是本實驗研究的流體力學性能。

2.1塔板的組成

各種塔板板面大致可分為三個區域，即溢流區、鼓泡區和無效區。

降液管所占的部分稱為溢流區。降液管的作用除使液體下流外，還須使泡沫中的氣體在降液管中得到分離，不至于使氣泡帶入下一塔板而影響傳質效率。因此液體在降液管中的應有足夠的停留時間使氣體得以解脫，一般要求停留時間大于3～5s。一般溢流區所占總面積不超過塔板總面積的25％，對液量很大的情況，可超過此值。

塔板開孔部分稱為鼓泡區，即氣液兩相傳質的場所，也是區別各種不同塔板的依據。                                

而如圖1所示則為無效區，因為在液體進口處液體容易

圖1 塔板板面

自板上孔中漏下，故設一傳質無效的不開孔區，稱為進口安定區，而在出口處，由于進降液管的的泡沫較多，也應設定不開孔區來破除一部分泡沫，又稱破沫區。

2.2常用塔板類型

泡罩塔  這是最早應用于生產上的塔板之一，因其操作性能穩定，故一直到20世紀40年代還在板式塔中占絕對優勢。后來逐漸被其他塔板代替，但至今仍占有一定地位，泡罩塔特別適用于容易堵塞的物系。

泡罩塔板見圖2(A).塔板上裝有許多升氣管，每根升氣管上覆蓋著一只泡罩（多為圓形，也可以是條形或是其他形狀）。泡罩下邊緣或開齒縫或不開齒縫，操作時氣體從升氣管上升再經泡罩塔與升氣管的環隙，然后從泡罩下邊緣或經齒縫排出進入液層。

泡罩塔板操作穩定，傳質效率（對塔板而言稱為塔板效率）也較高。但有不少缺點：結構復雜、造價高、塔板阻力大。液體通過塔板的液面落差較大，因而易使氣流分布不均造成氣液接觸不良。

篩板塔  篩板塔也是最早出現的塔板之一。從圖2(B)可知，篩板就是在板上打很多篩孔，操作時氣體直接穿過篩孔進入液層。這種塔板早期一直被認為很難操作，只要氣流發生波動，液體就不從降液管下來，而是從篩孔中大量漏下，于是操作也就被破壞。直到1949年以后才又對篩板進行試驗，掌握了規律，發現能穩定操作。目前它在國內外已大量應用，特別在美國其比例大于下面介紹的浮閥塔板。

篩板塔的優點是構造簡單、造價低，此外也能穩定操作，板效率也較高。缺點是小孔易堵（近年來發展了大孔徑篩板，以適應大塔徑、易堵塞物料的需要），操作彈性和板效率比下面介紹的浮閥塔板略差。

浮閥塔  這種塔板見圖2(C)，是在20世紀40～50年代才發展起來的，現在使用很廣。在國內浮閥塔的應用占有重要地位，普遍獲得好評。其特點是當氣流在較大范圍內波動時均能穩定地操作，彈性大，效率好，適應性強。

 浮閥塔結構特點是將浮閥裝在塔板上的孔中，能自由地上下浮動，隨氣速的不同，浮閥打開的程度也不同。

（A）泡罩塔                 （B）篩板塔               （C）浮閥塔

圖2 常用塔板示意圖

2.3 板式塔的操作

塔板的操作上限與操作下限之比稱為操作彈性（即最大氣量與最小氣量之比或最大液量與最小液量之比）。操作彈性是塔板的一個重要特性。操作彈性大，則該塔穩定操作范圍大，這是我們所希望的。

為了使塔板在穩定范圍內操作，必須了解板式塔的幾個極限操作狀態。在本演示實驗中，主要觀察研究各塔板的漏液點和液泛點，也即塔板的操作上、下限。

漏液點  可以設想，在一定液量下，當氣速不夠大時，塔板上的液體會有一部分從篩孔漏下，這樣就會降低塔板的傳質效率。因此一般要求塔板應在不漏液的情況下操作。所謂“漏液點”是指剛使液體不從塔板上泄漏時的氣速，此氣體也稱為最小氣速。

液泛點  當氣速大到一定程度，液體就不再從降液管下流，而是從下塔板上升，這就是板式塔的液泛。液泛速度也就是達到液泛時的氣速。

現以篩板塔為例來說明板式塔的操作原理。如圖3，上一層塔板上的液體由降液管流至塔板上，并經過板上由另一降液管流至下一層塔板上。而下一層板上升的氣體（或蒸汽）經塔板上的篩孔，以鼓泡的形式穿過塔板上的液體層，并在此進行氣液接觸傳質。離開液層的氣體繼續升至上一層塔板，再次進行氣液接觸傳質。由此經過若干層塔板，由塔板結構和氣液兩相流量而定。在塔板結構和液量已定的情況下，鼓泡層高度隨氣速而變。通常在塔板以上形成三種不同狀態的區間，靠近塔板的液層底部屬鼓泡區，如圖3中的1；在液層表面屬泡沫區，如圖3中的2；在液層上方空間屬霧沫區，如圖3中的3。

圖3篩板塔操作簡圖

這三種狀態都能起氣液接觸傳質作用，其中泡沫狀態的傳質效果尤為良好。當氣速不很大時，塔板上以鼓泡區為主，傳質效果不夠理想。隨著氣速增大到一定值，泡沫區增加，傳質效果顯著改善，相應的霧沫夾帶雖有增加，但還不至于影響傳質效果。如果氣速超過一定范圍，則霧沫區顯著增大，霧沫夾帶過量，嚴重影響傳質效果。為此，在板式塔中必須在適宜的液體流量和氣速下操作，才能達到良好的傳質效果。

三．演示操作

本裝置主體由直徑200mm，板間距為300mm的四個有機玻璃塔節與兩個封頭組成的塔體，配以風機、水泵和氣、液轉子流量計及相應的管線、閥門等部件構成。塔體內由上而下安裝四塊塔板，分別為泡罩塔板、浮閥塔板、有降液管的篩孔板和無降液管的篩孔板，降液管均為內徑25mm的有機圓柱管。流程示意如圖4。

實驗開始前，先檢查水泵和風機電源，并保持所有閥門全關狀態。以下以有降液管的篩孔板（即自下而上第二塊塔板）為例，介紹該塔板流體力學性質演示操作。

水泵進口連接水源（自來水接口或水槽），塔底排液閥接地溝或循環接入水槽，打開水泵出口調節閥，開啟水泵電源。觀察液流從塔頂流出的速度，通過水轉子流量計調節液流量在轉子流量計顯示適中的位置，并保持穩定流動。

打開風機出口閥，打開無降液管的篩孔板下對應的氣流進口閥，開啟風機電源。通過空氣轉子流量計自小而大調節氣流量，觀察塔板上氣液接觸的幾個不同階段，即由漏液至鼓泡、泡沫和霧沫夾帶到最后淹塔。

觀察實驗的兩個臨界氣速，即作為操作下限的“漏液點”——剛使液體不從塔板上泄漏時的氣速，和作為操作上限的“液泛點”——使液體不再從降液管（對于無降液管的篩孔板，是指不降液）下流，而是從下塔板上升直至淹塔時的氣速。

對于其余另兩種類型的塔板也是作如上的操作，最后記錄各塔板的氣液兩相流動參數，計算塔板彈性，并作出比較。

也可作全塔液泛實驗，從有降液管的第二塊篩塔板作起，可觀察全塔液泛的狀況。實驗過程中，注意塔身與下水箱的接口處應液封，以免漏出風量。