化工单元操作.docx
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化工单元操作.docx
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化工单元操作
1.化工单元操作有哪几点
2.流体动力传递过程(流体的输送,沉降,过滤,离心分离,固体流态化等).也称动量传递过程;
3.热量传递过程(加热,冷却,蒸发等)也称传热
4.质量传递过程(蒸馏,吸收,萃取,膜分离等)也简称传质;
5.热力过程(冷冻)注意:
干燥,结晶同时遵循传热和传质的基本规律
6.化工过程:
用化工方法对原料进行加工处理成为产品的过程
7.化工过程可以分为化学过程和化工单元操作过程
8.化工单元操作是物理过程
9.化工单元操作的特点是化工生产中共有的操作;不改变物料的化学性质,只改变物理性质;作用于不同的化工生产过程,原理是相同的,设备是通用的
10.化工单元操作的研究对象是化工生产中共通的部分,即化工单元操作的基本规律,基本计算,操作原理,典型设备的构造和操作。
11.化工单元操作所遵循的规律可分为物料衡算,能量衡算,平衡关系,过程速率四类
12.物料衡算遵循的是质量守恒定律,能量衡算遵循的是能量守恒定律;平衡关系表示的是过程能否进行以及进行的程度;平衡关系可以判断过程能否进行以及进行的程度;过程速率可以近似的表示为过程推动力过程阻力
13.我国实行的法定计量单位是国际单位制(SI制),特点是通用性强,使用方便
14.伯努利方程式在流体测量中应用,在化工生产中有:
孔板流量计,文丘里流量计,转子流量计
15.静力学基本方程式的应用:
A测量压强差与压强B测量容器内液面的高度C确定液封的高度
16.影响流体密度的主要因素是温度和压力。
压力对液体密度的影响较小,可以忽略,温度对液体密度有一定的影响;温度和压力对气体密度的影响均很大。
17.液体的黏度随温度升高而降低,气体的黏度随温度升高而升高
18.压力对液体和气体的黏度影响都可忽略,只有在高压下才考虑压力对气体黏度的影响
19.体积流量是单位时间内流经管道有效截面的流体体积,质量流量是单位时间内流经管道有效截面的流体质量
20.流速是单位时间内流体在流动方向流过的距离;质量流速是质量流量与管道截面积之比,即单位时间内流过单位管道截面流体的质量
21.稳定流动和不稳定流动的区别:
放水管中任一截面处的流速,流量,压强等与流动有关的物理量均不随时间而变化,这种流动称为稳定流动;放水管中任一截面处的流速,流量,压强等与流动有关的物理量随时间而变化,这种流动称为不稳定流动
22.何为层流内层:
流体在管内流动时,在壁面附近有一层作层流流动的流体薄层,称为层流边界层。
流体的湍动程度越剧烈,层流边界层厚度就越薄
23.减少流动的阻力:
管路尽可能短些,尽量走直线,少拐弯;没必要安装的管件和阀件尽量不装;适当放大管径
24.管路中安装弯头的目的是用来改变管路的方向
25.管路的连接方式有法兰连接,螺杆连接,承插连接,焊接连接
26.流体阻力的大小与流体的动力学性质(黏度),流体流动状况和管子粗糙程度等因素有关
27.在一定的温度和压力下,物质在一定量的溶剂中,达到溶解平衡时所溶解的量,叫做溶解度
28.重要的无机化学反应:
化合反应,分解反应,置换反应,复分解反应,氧化还原反应
29.有机化合物的特性:
容易燃烧,熔点沸点较低,难溶于水,易溶于有机溶剂,反应速率较慢,副反应多
30.氯气的漂白和消毒原理是它和水反应生成次氯酸,次氯酸具有较强的氧化能力,能使有些有色物质氧化而褪色,也能杀死病菌。
漂白粉的反应是氯气和氢氧化钙反应生成的氯化钙和次氯酸钙
31.酯化反应:
酸和醇作用生成酯和水的单元反应叫做酯化反应
32.釜式反应器由釜体,搅拌器和换热器构成。
33.什么叫催化剂:
催化剂是一种可以改变化学反应速度而本身的组成,质量和化学性质在反应前后保持不变的物质。
34.热量传递的三种基本方式:
热传导,对流,辐射
35.不同点:
热传导:
是指热量从物体的高温部分向同物体的低温部分,或从一个高温物体向
与其直接接触的低温物体传递的过程。
在热传导中,没有物质的宏观位移
36.对流传热:
是指流体中各部分质点发生相对位移而引起的热量传递。
对流传热过程中往往传伴有热传导
37.辐射传热:
是指因热的原因而产生电磁波进行热量传递的过程。
物体将热能以电磁波的形式向外界传播,当被另一物体部分或全部接受后,又重新转变为热能。
辐射传热不需要介质,物体温度越高,热辐射传递的热量越多
38.26.液体输送机械依结构及运行方式不同分为四种类型:
离心式,往复式,旋转式,流体作用式
39.10.化工生产中的贮罐主要有立式,卧式,球形
40.11.目前生产上广泛应用的填料:
拉西环,鲍尔环,阶梯环,矩鞍形填料,金属环矩鞍填料,球形填料,孔板波纹填料,丝网波纹填料
41.12.化工生产中常用的反应器:
釜式反应器,管式反应器,塔式反应器,流化床式反应
器
42.11.离心泵安装与运行时的注意事项:
安装注意事项:
1.选择安装地点,要求靠近液源,
场地明亮,便于检修,拆装;2.泵的地基要求坚实,一般用混凝土地基,地脚螺栓连接,防止震动3泵轴和电机转轴要严格控制水平4吸入管路的安装要严格控制好安装高度,并应尽量减少弯头,阀门等局部阻力,吸入管的直径不应小于泵入口的直径
43.运行注意事项:
启动前必须使泵内灌满被输送的液体,运转时应经常检查轴承是否过热,运行情况是否良好,停车时应先关闭出口阀。
44.11.离心泵的工作原理:
离心泵的叶轮在电机的带动下高速旋转,液体经吸入管从泵壳中心处被吸入泵内,然后经排出管从泵壳切线方向排出。
当泵内液体从叶轮中心被抛向叶轮边缘时,在叶轮中心处形成低压区,造成了吸入管储槽液面与叶轮中心处的压强差。
在静压强差的作用下,液体便沿着吸入管连续地进入叶轮中心,以补充被排出的液体。
45.12.气缚现象:
离心泵启动前必须向泵内注满被输送液体以排净泵内存在的空气。
由于
空气的密度比液体小得多,叶轮旋转时泵内产生的离心力很小,在吸入口处不能产生必要的真空度,使储槽液面与泵入口处的静压强差很小,不能推动液体流入泵内。
此外,操作中离心泵如有空气漏入,也会使泵中心存在空气,不能产生必要的真空度。
这种启动离心泵而不能输送液体的现象称为气缚。
在吸入管末端安装底阀的目的,也是为了开泵时能使泵内容易充满液体。
46.13.离心泵的构件:
叶轮,泵壳,密封环,轴封装置和轴向力平衡装置
47.14.填料函发热的原因:
填料压的太紧或填料不湿润。
在泵运转时需要液体保持软填料处于湿润状态,这是填料函密封正常操作的必要条件。
如果是干填料,可能由于与转轴摩擦产生的高温而被烧毁,正常运转时应允许液体有滴漏。
48.14.离心泵的主要性能参数:
流量,扬程,功率,效率,允许汽蚀余量等
49.流量是提单位时间内从泵内排出的液体体积,表示了离心泵的送液能力;扬程是单位重
量的液体在泵出口截面具有的总机械能与在泵进口截面具有的总机械能的差值,称为扬程或泵压头;功率是单位时间泵对输出液体所做的功,称为有效功率;效率是指有效功率和轴功率之比,轴功率是指泵轴从电机获得的功率称为泵的轴功率;允许汽蚀余量是指离心泵入口处液体的静压头与动压头之和必须大于饱和液体的静压头,其差值以表示,即能保证不发生汽蚀的的最小的值,称为允许汽蚀余量。
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15.离心泵常用调节流量的方法:
调节离心泵出口阀开度,改变叶轮转速,改变叶轮直
径
16.汽蚀现象:
若吸上高度高至某一限度,使泵入口处压强降至等于输送温度下液体的饱和蒸汽压时,在泵进口处液体就会沸腾,大量汽化并产生气泡,大量气泡随液体进入高压区。
在高压的作用下气泡迅速凝结破裂。
在气泡消失处产生局部真空,周围的液体质点以极大的速度冲向气泡中心,在冲击点产生极大的冲击力,冲击力使泵体振动并产生噪声。
叶轮或泵壳的局部在巨大冲击力的反复作用下,表面的金属粒子脱落,逐渐形成斑点,小裂缝,日久使叶轮变成海绵状或整块脱落,这种现象称为气蚀。
气蚀现象会使使流量,扬程下降,严重时不能正常工作。
因此,泵在工作时,必须要防止汽蚀现象发生
17.输送液体的密度变化心泵的扬程无影响,效率也不变,但液体的密度增大,轴功率增大,液体在出口处压强增大
18、输送液体的黏度增大,扬程,流量,效率均变小,只有功率增大
19.叶轮转速,直径变化对泵性能的影响是:
20.离心泵泵壳的作用是:
既有汇集和导出液体的作用,又是一种能量转换装置
21.活塞往复一次,只吸入和排出液体各一次,这各往复泵称作单动泵
22.正位移泵在启动前必须将出口阀开启
23.离心泵离心式清水泵,耐腐蚀泵,油泵,污水泵,杂质泵
a)往复泵正位移泵适用于输送高压,小流量和高黏度液体
b)旋涡泵离心式适流量小外加压头高的清液,不适高黏度液体,常送酒精汽油碱液
c)螺杆泵正位移泵旋转泵特别适用于高压下输送高黏度液体,但制造加工要求
高
d)齿轮泵正位移泵旋转泵可用于黏稠液体以至膏状物料,不能输送含固体颗粒的
悬浮液
注意的是:
旋涡泵虽是离心式泵,但旁路支路调节,开泵时要开出口阀
24.旋涡泵的工作原理:
当叶轮高速转动时,在叶片间凹槽内的液体从叶片顶部被抛向流道,动能增加。
在流道内液体的流速变慢,使部分动能转变为静压能。
同时,由于凹槽内侧液体被甩出而形成低压,在流道中部分高压液体经过叶片根部又重新注入叶片间的凹槽内,再次接受叶片给予的动能,又从叶片顶部进入流道中,使液体在叶片间形成旋涡运动,并在惯性的作用下沿流道前进
25.螺杆泵的工作原理:
是用两根互相啮合的螺杆推动液体做轴向运动。
液体从两端进入,由中央排出。
螺杆越长,则扬程越高
26.离心通风机主要由蜗形机壳和多叶片的叶轮组成
27.罗茨鼓风机的工作原理:
是依靠两个转子不断旋转,使机壳内形成两个空间,即低压区和高压区。
气体由低压区进入由高压区排出。
28.何谓多级压缩,为什么要采用多级压缩:
多级压缩就是把两个或两个以上的气缸串联起来,气体在一个气缸被压缩后,又送入另一个气缸再被压缩,经过几次压缩才达到
要求的最终压力
65.多级压缩的目的:
1.避免压缩后气体温度过高2.提高气缸容积系数3.减小压缩所需的功率
66.29.压缩比是出口压力和进口压力之比
67.30.离心压缩机调节流量的方法:
1.调整出口阀的开度2.调整入口阀的开度(最常用)3.改变叶轮的转速
68.31.往复压缩机排气量的调节:
1补充余隙调节法2顶开吸入阀调节法3旁路回流调节法
4降低吸入压强调节法5改变转速调节法(最常用)6改变操作台数调节法
69.32.离心压强机的喘振现象:
当实际流量小于性能曲线所表明的最小流量时,离心压缩机就会出现一种不稳定的工作状态,称为喘振
70.如何防止喘振现象的发生:
必须严格限制它的流量操作范围,不能小于稳定工作范围的最小流量,一般最小流量约为设计流量的70%—85%
71.23.往复压缩机每一工作循环有四个过程,它是吸气,压缩,排气,膨胀阶段
72.24.往复压缩机开车时注意事项:
1不允许关闭出口阀门,以防压力过高出现事故2要防止液体带入气缸,因为气缸余隙很小而液体是不可压缩的,极少的带液有时会造成很高的压强而发生设备事故
73.25.为什么压强机要及时的排放油水等液体:
要防止液体带入气缸,因为气缸余隙很小而液体是不可压缩的,极少的带液有时会造成很高的压强而发生设备事故
74.26.压缩比过大的坏处:
气体在压缩过程中,排出气体的温度总是高于吸入气体的温度,上升幅度取决于过程性质及压缩比,如果压缩比过大,则造成出口温度过高,有可能使润滑油变稀或着火,且造成增加功耗等。
因此当压缩比大于8时,常采用多级压缩
75.27.压缩机余隙过大的害处:
当活塞在排气过程中到达端点时,活塞与气缸端盖和阀门之前的容积称为余隙容积。
在气缸吸气前余隙中残留的高压气体会膨胀而占去部分工作容积,使吸气量减少,甚至不能吸气,因此在能防止活塞与气缸端盖碰撞的前提下,要尽可能的减小往复压缩机的余隙容积
76.24.石油化工厂常用的压缩机主要有往复式和离心式两类
77.25.压缩机的送气量都是折合成单位时间的体积流量来表示
78.26.工业用通风机主要有离心通风机和轴流通风机
79.27.罗茨鼓风机被称为定容式鼓风机
80.28.若降尘室的高度增加,沉降时间增加,气流速度减小,生产能力不变
81.29.降尘室通常只适用于分离粒度大于75微米的粗颗粒,一般作为预除尘使用
82.30.非均相分离的目的主要是:
将原料或产品进行分离与提纯;回收混合物中的有用物质;劳动保护和环境保护
83.31.非均相混合物的分离有沉降,过滤,离心分离三种方法
84.32.转筒真空过滤机,转速越大,生产能力大,每转一周所获得的滤液量就越多,形成的滤饼厚度越厚,过滤阻力越大
85.33.通常气态非均相物系的离心沉降在旋风分离器中进行,液态悬浮物系一般可在旋液分离器或沉降离心机中进行
86.34.沉降槽是分离悬浮液或乳浊液的设备
87.17.重力沉降法和离心沉降法的异同点:
88.沉降的方法是从含有固体颗粒的流体中将固体和流体分离,其基本原理是利用流体和固体颗粒之间的密度差,在力的作用下使颗粒与流体之间产生相对运动,从而实现两者的分离,由于沉降操作所用的力可以分为重力或离心力,故沉降可分为重力沉降和离心沉降。
89.不同点:
微粒在流体中受重力作用慢慢降落而从流体中分离出来的过程称为重力沉降。
重力沉降适用于分离较大的固体颗粒;而离心沉降法是利用惯性离心力的作用代替重力,从而可以提高颗粒的沉降速度和分离效率,提高生产能力,并缩小设备的尺寸。
90.18.旋风分离器的工作原理:
含尘气体由圆筒上侧的矩形进气管,以很大的流速沿切线方向进入。
气体先自上而下,后自下而上在旋风分离器壳体内形成双层螺旋形运动。
灰尘受惯性离心力作用被抛向外围,与器壁碰撞后失去动能而沉降下来,由除尘管排出。
净制后的气体从中心的出口管排出。
91.18.分离悬浮液,获得澄清的液体和固体物料的较为有效的单元操作是什么?
工作原理?
92.过滤分离法:
过滤是用多孔物质作介质从悬浮液中分离固体颗粒的操作。
在外力的作用下,悬浮液中的液体通过多孔介质的孔道而固体颗粒被截留下来,实现液固分离。
93.19.工业上的过滤方式有两种:
滤饼过滤和深层过滤
94.区别:
滤饼过滤时,液体通过过滤介质而颗粒沉积在过滤介质表面而形成滤饼,滤饼层成为有效的过滤介质,适用于含固体颗粒含量较高的悬浮液;在深层过滤中,固体颗粒并不形成滤饼而是沉积于较厚的过滤介质内部。
由于颗粒尺寸小于介质孔隙,当液体在过滤介质曲折孔道内穿过时,颗粒随流体一起进入长而曲折的孔道内,在惯性和扩散作用下,颗粒在流动过程中黏附于孔道壁面上。
深层过滤常用于净化含固量很少的悬浮液,在过滤介质床层上面没有滤饼形成。
95.20.过滤介质分为三种:
织物状介质,堆积介质,多孔性固体介质
96.21.增加过滤推动力的方法:
重力过滤,加压过滤,真空过滤,离心过滤
97.22.气体净化的方法:
重力沉降法,离心沉降法,过滤净制(袋滤器),湿法静制(文
丘里除尘器,泡沫除尘器,湍球塔),静电除尘法
a)重力沉降法(降尘室)不超过40%-75%,适用于尘粒直径大于75微米的气体的初步净制
b)离心沉降法(旋风分离器)构造简单分离效率较高,约70-80,5微米,可分高温
含尘气
c)过滤净制(袋滤器)1微米以下,除尘效率高达99.9%
d)湿法净制(文丘里)0.5-1.5微米可达99%(泡沫)大于5微米,可达99%(湍球塔)
e)静电除尘法:
能有效搜捕0.1微米以下甚至更小的烟尘或雾滴,分离效率高哒99.99%
98.23.对流传热在化工生产中包括:
固体壁面与流体质点间,流体层流内层的热传导和流体内湍流主体的对流传热过程
99.24.强化传热的措施:
增大传热温度差,增大传热面积,提高传热系数
100.25.工业换热方式:
间壁式换热,混合式换热,蓄热式换热
101.26.间壁式换热器:
列管式换热器,蛇管式,夹式,翅片管式,螺旋板式,板式,板
翅式
102.27.列管式换热器主要由壳体,管板(花板),换热管,顶盖(封头)等部件构成
103.28.列管式换热器的热补偿:
浮头补偿,补偿圈补偿,U形管补偿
104.29.冷却剂可使载热体的温度下降,冷凝可使热流体由气相变为液相
105.30.满足工业要求的的换热器其热负荷小于等于传热速率
106.31.对流传热过程中,热阻主要集中在层流内层内
107.32.当两侧对流传热膜系数相差很大时,K值接近较小一侧的对流传热膜系数
108.33.当两侧对流传热膜系数相差很大时,壁温接近对流传热膜系数较大一侧流体的温度
109.34.当两侧对流传热膜系数相差很大时,要提高传热速率就提高较小一侧的最有效,如果相差不大,要考虑同时提高。
110.35.根据流体对流情况不同,对流传热可分为强制对流和自然对流
111.36.为了提高管程流体的对流传热膜系数,换热器可采用多管程结构以提高流速,是强化对流传热的有效措施;为了提高壳程内的对流传热膜系数,可装折流挡板提高流体湍动程度;
112.37.工业中常用的加热剂有热水,饱和蒸汽,烟道气,矿物油,联苯混合物,熔盐;工业中常用的冷却剂有水和空气,各种冷冻剂
113.加热剂:
1蒸汽加热,必须不断排除冷凝水2水加热,要定期排出不凝气体3烟道气加热,加热温度高,热源易获得4导热油加热,在所需温度超过180度时
114.冷却剂1水冷却,容易获得2空气冷却3冷冻盐水冷却,温度低,腐蚀性较大,要定期放空和排污
115.39.流体流动方向的选择:
在换热器中,若传热面两侧液体温度均有变化,一般选择逆流操作;对黏稠的冷流体加热时采用并流,使其进入换热器后可以迅速提高温度,降低黏度,有利于提高传热效果;当工艺上要求控制被加热流体的最终温度不得高于某一温度或冷却流体的最终温度不能低于某一温度时,利用并流
116.28.如何选择流体在换热器内通过的空间1.不洁净和易结垢的流体易走管程,便于清洗2
腐蚀性流体宜走管程,以免管束和壳体同时受腐蚀,而且管内便于清洗3高压流体宜走管程,以免壳体受压,并且可以节省壳体金属的消耗量4有毒流体宜走管程,以减少流体泄漏5被冷却流体易走壳程,可利用壳散热,增强冷却效果6黏度较大或流量较小的流体宜走壳程,因壳程有折流挡板,在雷诺指数很小时就能达到湍流,可提高对流传热系数;7饱和蒸汽宜走壳程,便于及时排出冷凝液,而且蒸汽较洁净,不易污染壳程
117.29.蒸发和蒸馏的区别:
蒸馏和蒸发虽然都是将液体混合物加热到沸腾进行组分分离的单元操作,但这两种操作有着本质的不同。
A在进行蒸发的溶液中,溶剂是挥发的,溶质是不挥发,进行蒸馏的溶液,溶质与溶剂都有挥发性B经蒸发操作除去的是一部分溶剂而使液相中溶质的浓度增加,其产物是被浓缩了的溶液或固体溶质。
在蒸馏过程中溶质与溶剂同时变成蒸气,蒸气冷凝液或残液可能都是蒸馏操作的产品。
118.30.化工生产中蒸发的度要目的是:
A获得浓缩的溶液产品B将溶液蒸发增浓后,冷却结晶,用以获得固体产品C脱除杂质,获得纯净的溶剂产品或半成品
119.31.工业上经常采用减压操作,使溶液沸点降低,其优点如下:
A有利于提高蒸发的传
热温差,减小蒸发器的传热面积B有利于对热敏性物质的蒸发C操作温度低,热损失较小D可以利用低压蒸汽作为加热剂
120.32.精馏原理:
利用从塔底部上升的含轻组分较少的蒸气,与从塔顶部回流的含重组分较少的液体逆流接触,同时进行多次部分汽化和部分冷凝,使原料得到分离,最终得到高纯度的组分
121.33.进料板位置随进料状况而异。
适宜的加料板位置一般在塔内液相或气相组成与进料组成相同或相近的塔板上,这样可以达到较好的分离效果,或对于一定的分离任务所需的塔板数较少。
进料为液相时,料液加到进料板上:
气相进料时,料应加到进料板下方;气液混合进料时,原则上将液体和气体分别进入加料板上,下两侧,实际上为了操作方便,可全部加到进料板上。
122.35.回流比的调节:
回流比是回流流量和塔顶采出量之比。
增加回流比,顶产品减少,降低了精馏塔的生产能力。
回流比过大,将会造成塔内物料循环量过大,甚至破坏塔的正常操作。
;回流比的调节是保证生产优质,高效,低消耗的重要手段
123.36.工业上对塔设备的要求:
A技术性能优良,保证气液相达到最充分的传热和传质作
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B生产
用,塔板效率高,操作稳定,操作弹性大,操作条件改变时,板效率变化不大能力大,单位塔截面的处理量大C气体阻力小D结构简单,易于制造,操作,调节和维修方便,耐腐蚀,不易堵塞
37.筛板塔和浮阀塔各自的优缺点:
筛板塔优点是结构简单,汽液相之间接触比较充分,生产能力大,塔板效率比泡罩塔高15%,压强差小,液面落差小,造价约为泡罩塔的
60%,浮阀塔的8%,缺点是操作弹性小,普通筛板易堵塞等;浮阀塔优点是定气流向浮阀周边横向吹入液层,气液接触时间加长,且雾沫夹带减小,塔板效率高,生产能力大,操作弹性大,结构比泡罩塔简单,对物料适应性强,能处理较脏的物料,缺点是浮阀对而腐蚀性要求比较高,不适用于处理易结垢,易聚合及高黏度的物料,阀片易于塔板黏结,操作时会有阀片脱落或卡阀现象,必须采用不锈钢制作,增加了造价。
37.在泡罩塔,筛板塔等板式塔中,为什么溢流管的顶部要高出塔板,降液管下端要伸到下层塔板的液层内:
为了维持塔板上有一定的液层高度,溢流管的顶部要高出塔板,降液管要插入下层塔板的液层中形成液封,以阻止板下蒸气从降液管进入上层空间。
38.液体再分布器的作用是用来改善液体在填料层的壁流,沟流问题
39.填料塔的基本构造及作用:
主要由圆柱形的塔体及各种塔内件组成。
填料是填料塔的核心部件,提供气液相接触的场所;液体分布器作用是把液体均匀的分布在填料表面上,以确保填料有效工作;液体再分布器是用来发送液体在填料层中向塔壁流动的效应;气体分布装置是为了实现气相均匀分布;除沫装置是为了回收气体离开填料时带有大量液沫和雾滴;填料支撑板是用来堆放填料。
38.雾沫夹带:
气流离开液层时,往往会带出一部分液滴,小液滴随气流进入上一层塔板的现象称为雾沫夹带。
过量雾沫夹带使各层塔板的分离效果变差,塔板效率降低,操作不稳定。
一般控制雾沫夹带量在0。
1KG液体/KG气体下操作。
影响雾沫夹带的主要因素是操作的气速和塔板的间距。
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39.液泛现象:
当气量或液量增大到使降液管内液面升至顶部时,塔板上液体不能顺利流下,使两板间充满液体,不能进行正常操
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