環保常用的填料知識介紹

一（yī）、填料的定義

填料泛指被填充於其他（tā）物體中（zhōng）的物料。

在化學工程中（zhōng），填料指裝於填（tián）充塔內的惰性固體物料，例（lì）如鮑爾環和拉西環等，其作用是增大氣（qì）-液的接觸麵，使其相互強（qiáng）烈混合。

在化工產品中，填料又稱填充劑，是指用以改善加工性能、製品力（lì）學性能（néng）並(或)降低成本的固體物料。

在（zài）汙水處理（lǐ）領域，主要用於接觸氧（yǎng）化（huà）工藝，微生物會在（zài）填料的表麵進行（háng）累積（jī），以增大與汙水的表麵接觸，對汙水進行降解處理。

優點：結構簡單、壓力降小、易於用耐腐（fǔ）蝕非金屬材料製（zhì）造等。對於氣體吸（xī）收、真空（kōng）蒸餾以及處理腐蝕性流體的操作（zuò），頗為適用。

缺點：當塔（tǎ）頸增大時，引起氣液分布不均、接觸不良等，造（zào）成效率下降，即稱為放大效應。同時填料塔還有重量大、造價高、清理檢修麻煩、填料損耗大等缺點。

二、填料選用準則

填料的幾何特性數據主要包括比表麵積、空隙率、填料因子（zǐ）等，是評價填料性能的基本參數。

(1)比表麵積單位體積填（tián）料的填料表麵積稱為比表（biǎo）麵積，以a表（biǎo）示，其單位為m2/m3。填料的比表麵積愈大，所（suǒ）提供的氣液傳質麵（miàn）積愈大。因此，比（bǐ）表麵積是評（píng）價填料性能優劣的一個重（chóng）要（yào）指標。

(2)空（kōng）隙率單（dān）位體（tǐ）積填料中的空（kōng）隙體積稱為空隙率，以e 表示，其單位為m3/m3，或（huò）以%表（biǎo）示。填料的空隙率越大，氣體通過的能力越大且壓（yā）降（jiàng）低（dī）。因此（cǐ），空隙率是評價填（tián）料性能（néng）優劣的又一重要指標。

(3)填料因子填料的比表麵積與空隙（xì）率三次方的（de）比值，即a/e 3，稱為填料因子，以f表示，其單位為（wéi）1/m。它表示填料的流體力學性能（néng），f值越小，表明流（liú）動阻力越小（xiǎo）。

填料性能（néng）優劣（liè）主要取決於：

有較大的比表麵積(m2/m3填料層)

液體（tǐ）在填料（liào）表麵有較好的均勻分布性能

氣流能在填料層中均勻分（fèn）布

調料具有較大的空隙率(m3/m3填料層)。

在相同的操作條件下，填料的比表麵積越大，氣液分布越均（jun1）勻，表麵的潤濕性能越好，則傳質效率越高;填料的空隙率越大，結構越開敞，則通量越大，壓降亦越低。

采用模糊數學方法對九種常用填（tián）料的性能進行了評價，絲網波紋填料綜合（hé）性能最好，拉西環最（zuì）差。

填料的選擇包括（kuò）確定填（tián）料（liào）的種類、規格及（jí）材質等。所選填料既要滿足生產工藝的要求，又要使設（shè）備投（tóu）資（zī）和操作費用最低。

1.填料種類的選擇

填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求,通常考慮以下幾個方麵：

1)傳（chuán）質效率（lǜ）要高。一般而（ér）言，規整填料的傳質效率高於散裝填料。

2)通量要大。在保證具有較高傳質效率的前提下，應選擇具有較高泛點氣速或氣相（xiàng）動能因子的填料。

3)填料層的壓降要低。

4)填料抗汙（wū）堵性能強，拆裝、檢修方便。

2.填料規格的選擇

填料規格是指填料的公稱（chēng）尺寸或（huò）比表麵積。

(1)散（sàn）裝填料規格（gé）的選擇

工業（yè）塔常用的散裝填（tián）料主要（yào）有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等幾種規格。

同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但（dàn）阻力增加，通量減（jiǎn）少，填料費用也增（zēng）加很多（duō）。而大尺寸的填料應用於小直徑塔中，又會產生（shēng）液體分布不良及嚴重的壁流，使塔的分離效（xiào）率降低。

因此，對塔徑與填料尺寸的比值（zhí）要有一規定，一般塔徑與填料（liào）公稱直徑的比值D/d應大於8。

(2)規整填料規格的選擇

工業上常用規整填料的型號和規格（gé）的表示方法很多，國（guó）內習（xí）慣用比表麵積表示，主要有125、150、250、350、500、700等幾種規（guī）格。

同種類型的規整填（tián）料，其比表麵積越大，傳質效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費用也（yě）明顯增加。

選用（yòng）時應從（cóng）分離要（yào）求（qiú）、通量要求（qiú）、場地（dì）條件、物料性質及設備投資、操作費用等方（fāng）麵（miàn）綜合考慮，使所選填料既能滿足技術要求，又具有經濟合（hé）理性（xìng）。

3.填料材（cái）質的選擇

填料的材質分為陶瓷、金屬和塑料三大類。

(1)陶瓷填料

陶瓷填料具有很好的耐腐蝕（shí）性及耐熱性，陶瓷填料價格便宜，具有很好的表麵（miàn）潤濕性能，質脆、易碎是其 最大缺點。在氣體吸收、氣體洗滌、液體萃取等過程中應（yīng）用較（jiào）為普（pǔ）遍。

(2)塑料填料

塑料填料的材質主要（yào）包（bāo）括（kuò）聚丙烯(PP)、聚乙烯（xī）(PE)及聚氯乙烯(PVC)等，國內一般多采用聚丙烯材質。塑料（liào）填料的耐（nài）腐蝕性能（néng）較好，可耐一（yī）般的無機酸、堿和有機溶劑的腐蝕。其耐溫性良好，可長期在100℃以下使用。

塑料填料質輕（qīng）、價廉，具有良好的（de）韌性，耐衝擊、不易碎，可以製成薄壁結構。它的通量大、壓降低，多用於（yú）吸收、解吸、萃取、除塵等裝置中。

塑料填料（liào）的缺點是表麵潤濕性能差，但可通過適當的表麵處（chù）理來改善其表麵潤濕性能（néng）。

(3)金（jīn）屬填（tián）料

金屬（shǔ）填料可用多種材質製成，選擇（zé）時（shí）主要考慮腐蝕問題。

碳（tàn）鋼填料造價低，且具有良好的表麵潤濕性能（néng），對於無腐蝕或低（dī）腐蝕（shí）性物係應優先考慮使用。

不鏽鋼（gāng）填料耐腐（fǔ）蝕性強，一般能耐（nài）除（chú）Cl- 以外常見物係的腐蝕，但（dàn）其造價較高，且表麵潤濕性能較差，在（zài）某些特殊場合(如極低噴淋密度下的減壓精餾過（guò）程)，需對其表麵進行處理，才能取（qǔ）得良好的使用效果。

鈦材、特種合金鋼等材質製成（chéng）的填料造（zào）價很高，一般（bān）隻在某些腐蝕性（xìng）極強的物係下使（shǐ）用。

一般來說，金屬填料可製成薄壁結構，它的通量大、氣體阻（zǔ）力小，且具有很高（gāo）的抗衝擊性能，能（néng）在高溫、高壓、高衝擊強度下（xià）使用，應用範圍最為廣泛。

三、填（tián）料的種類

1.拉西環填料

拉（lā）西環填料於1914年由拉（lā）西(F. Rashching)發明，為外徑與高度相等的圓環。拉西環填料的氣液分布較差，傳質效率低，阻力大，通量（liàng）小，工業上已較少應用。

2.鮑爾環填料

鮑爾環填（tián）料是對拉西環的改進，在拉西環（huán）的側壁上開出兩排長方（fāng）形的窗孔，被切開的環壁的一側（cè）仍與壁麵相連（lián），另一側向環內彎曲，形成內伸的舌（shé）葉，諸舌葉的側邊在環中心相搭。

鮑爾環（huán）由於環壁開孔，大大提高了環內（nèi）空間及環內表麵的利（lì）用率，氣流阻力小，液體分布均勻。與拉西環相比，鮑爾環的氣體通量可（kě）增加50%以上，傳質效率提高30%左（zuǒ）右。鮑爾環是一種應用較廣的填料。

3.階梯環填料

階梯環填（tián）料是對鮑爾環的改進，與鮑爾環相比，階梯環高度減少了一半並在一端增加了一個錐形翻邊（biān）。

由於高徑比減少（shǎo），使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短，減少了氣體通（tōng）過填料層的阻力。錐形翻邊不僅增加了填料的（de）機械強度，而且使填料之間由線（xiàn）接觸為主變（biàn）成以點接觸為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時成為液體沿填料表（biǎo）麵流動的匯集分散點，可以促進液膜的表麵更新，有利於傳質效率（lǜ）的提高。

階梯環的（de）綜合性能優（yōu）於鮑爾環，成為所使用的環形填料中最為優良的一種。

4.弧鞍填料

弧鞍填（tián）料屬鞍形填料的一種，其形狀如（rú）同馬鞍，一（yī）般采用瓷質材料（liào）製成（chéng）。

弧（hú）鞍填料的特點是表麵全部敞開，不分內外，液體（tǐ）在表（biǎo）麵兩側（cè）均勻流（liú）動，表麵利用率高，流道（dào）呈弧形，流動（dòng）阻力小（xiǎo）。

其缺點是易（yì）發生套疊，致（zhì）使一部分填（tián）料表麵被重合（hé），使傳質效率降低。弧鞍填料強度較差，容破碎，工業生產中應用不多（duō）。

5.矩鞍填料

矩鞍填料將弧鞍填料兩端的弧形麵改為矩形（xíng）麵，且兩麵大小不等，即成（chéng）為矩鞍填（tián）料。

矩鞍填料（liào）堆積時不會套疊，液體分布較均勻。矩鞍填料一般采用瓷質材料製（zhì）成，其性能優（yōu）於拉西環。國內絕大多數（shù）應用（yòng）瓷拉西環的場合（hé），均已被瓷矩鞍填料所取代。

6.金屬環矩鞍填料

環矩鞍（ān）填料(國（guó）外稱為（wéi）Intalox)是兼顧環形和鞍形結（jié）構特點而設計出的一種新型填料，該填料（liào）一般以金（jīn）屬（shǔ）材（cái）質製成，故又稱為金屬環矩鞍填料。

環矩鞍填料將環形（xíng）填料和鞍形填料兩者的優點集於一體，其綜合性能優（yōu）於鮑爾環和階（jiē）梯環，在散裝填料中應（yīng）用較多。

7.球形（xíng）填料

球（qiú）形填料一般采用塑（sù）料注塑而成（chéng），其（qí）結構有多種。球形填料（liào）的特點是球體為空心，可以允許氣體、液體從（cóng）其內部通過。由於球體（tǐ）結構的對稱性，填（tián）料裝（zhuāng）填密度均勻，不易產生空穴和架橋，所以氣液分散性（xìng）能好。球（qiú）形填料（liào）一般隻適用於某些特定的場合（hé），工程上應用（yòng）較少。

除（chú）上述幾種較典型的散裝填料外（wài），不斷有構型獨特的（de）新型填（tián）料開發出來，如共軛環（huán）填料、海爾環填料、納特環填料等。

8.規整填（tián）料

規整（zhěng）填料是按（àn）一定（dìng）的幾何構形排列，整（zhěng）齊堆砌的（de）填料。規整填料（liào）種（zhǒng）類很多（duō），根據其幾（jǐ）何結構可分為格柵填料、波紋填料等。

9.格柵填料

格柵填（tián）料是以條狀單元體經一定規則組合而成的（de），具有多種結構形式。工（gōng）業上應用最早的格柵填料為木格（gé）柵填料。

應用較為普遍的有格裏奇格柵填料、網孔格柵填料、蜂窩格（gé）柵填料等，其中以格裏奇格柵填料最具代表性。 格柵填料的比表麵積較（jiào）低，主要用於要求壓降小、負荷大及防堵等場合。

10.波紋填料

波紋填料在工業上應用的規整填料絕大部分為波紋填料，它是由許多波紋薄板組成的圓盤狀填料，波紋與（yǔ）塔軸的傾角有30°和45°兩種，組裝時相鄰兩波紋板反向靠疊。各盤填料垂直裝於塔內，相鄰的兩盤填料間交錯90°排列。

波紋填（tián）料按結構可分（fèn）為網波紋填料和板波紋（wén）填料兩大類，其材質又有金屬、塑料和陶瓷等之分。

金屬（shǔ）絲網波紋填料是網波紋填料的主（zhǔ）要（yào）形式，它是由金屬絲網製成的（de）。金屬（shǔ）絲網波紋填料的壓降低，分離效率很高，特別（bié）適用於精密精餾及（jí）真空精餾裝置，為難分（fèn）離物（wù）係、熱敏性物係的精餾提供了有效的手段。盡管其造價高，但因其性能優良仍得到了（le）廣泛的應（yīng）用。

金屬板波紋（wén）填（tián）料是板波紋填料的（de）一種主要形式。該（gāi）填料的波紋板片上衝壓有許多f5mm左（zuǒ）右的小孔，可起到（dào）粗分配板片上的液體、加強橫向混合的作用。波紋板片上軋成細小溝紋，可起到細分配板片上的液體、增強（qiáng）表麵潤（rùn）濕性能的作用。金屬孔板波紋填料強（qiáng）度高，耐腐蝕性強，特別（bié）適用於大直徑塔及氣液負荷較大的場合。

金屬壓（yā）延孔板波紋填料是另一（yī）種有代（dài）表性（xìng）的（de）板波紋填料。它與（yǔ）金屬孔板波紋填料的主要區別在於板片表麵不是衝壓孔，而是刺（cì）孔（kǒng），用輾（niǎn）軋方式在板片上輾（niǎn）出很密的孔（kǒng）徑為0.4～0.5mm小刺孔。其分離能（néng）力類（lèi）似於網波紋填料，但抗堵（dǔ）能力比網波紋填料強，並且價格便宜，應用較為廣泛（fàn）。