有（yǒu）機廢（fèi）氣處理設備 洗滌塔中常見（jiàn）的填料

在很多（duō）VOCs廢氣治理項目中（zhōng），洗滌塔是常見的預處理/治理設備（bèi），但洗滌塔內如何根據VOCs成分及風（fēng）量進行合理設計？這裏涉及眾（zhòng）多化工知識，例如需要（yào）如何涉（shè）及塔高，直徑，確定風速，確定洗滌液（yè）的循環量等等問題。甚至，如（rú）果該洗滌（dí）塔為填料塔，填料層如何設計，填料的選型（xíng）該最終如（rú）何確定。今天，我們先來看（kàn）看用於VOCs廢氣治理中，洗滌塔中的填料種類及對應的特點。

一、填料的定義

填料泛指被填充於其他物（wù）體中的物料。

在化學工程中，填料指裝於填充（chōng）塔（tǎ）內的惰性固體物料，例如鮑爾環（huán）和拉西（xī）環等，其作用是增大氣-液的接（jiē）觸麵，使其相（xiàng）互強烈混合。

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

在汙水處理領域，主要（yào）用（yòng）於接觸氧化（huà）工藝，微生物會在填料的表麵進行累積，以增大（dà）與汙水的（de）表麵接觸（chù），對汙水進（jìn）行降解（jiě）處理。

優點：結構簡單、壓（yā）力降小、易於用耐腐蝕非金屬材料製造等。對於氣體吸收、真空蒸餾以及處理腐蝕性流體的操作，頗為適用。

缺點：當塔頸增大時，引起氣液分布不均、接觸不良等，造成效率下降，即稱為放大效應。同時（shí）填料（liào）塔還有重量大、造價高、清理檢（jiǎn）修麻煩、填料（liào）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（kōng）隙（xì）率、填料因（yīn）子等，是評價填料性能的基本（běn）參數。

(1)比表（biǎo）麵積（jī）單位（wèi）體積填料的填料表麵積稱為比表麵積，以a表示，其單位為m2/m3。填料（liào）的比表麵積愈大，所（suǒ）提供的氣液傳質麵積愈大。因此，比表麵積是評價填料性能優劣的一個重要指標。

(2)空隙率單（dān）位體積填料中的空隙體（tǐ）積稱為空隙率，以e 表示，其單位為m3/m3，或以%表示（shì）。填料的空隙率越（yuè）大，氣體通（tōng）過的能力越大且壓降低。因此，空隙率是（shì）評價填料（liào）性能優劣的又一重要指標。

(3)填料因子填料的比表麵積與空隙率三次方的比（bǐ）值（zhí），即a/e 3，稱為（wéi）填料因子，以f表（biǎo）示（shì），其單位為1/m。它表示填料的流體力學性能，f值越小，表明流（liú）動阻力越小。

填料性能優劣主要取決於：

有較（jiào）大的比表麵積(m2/m3填料層（céng）)

液體在填料表麵有較好的均勻分（fèn）布性能

氣流能在（zài）填料層中均勻分布

調料（liào）具有較大的空隙率(m3/m3填料（liào）層)。

在（zài）相同的操作條件下（xià），填（tián）料的比表麵積越大，氣液分布（bù）越均勻，表麵的潤濕性能越好，則傳質效（xiào）率（lǜ）越（yuè）高;填料的空隙率越大（dà），結構越開敞，則通量越（yuè）大，壓降（jiàng）亦越（yuè）低。

采用（yòng）模糊數學方法對九（jiǔ）種常用填料的性能進行了評價，絲網波紋（wén）填料綜合性能最好，拉西環最差。

填料的選擇包括確定填料（liào）的種類、規格及（jí）材（cái）質等。所選填料既要滿足生產（chǎn）工藝的要求，又要使設備投資和操作費用最低。

1. 填料種類的選擇（zé）

填料種類的選擇要考慮分離（lí）工（gōng）藝的要（yào）求,通常考慮以下幾個方麵：

1)傳質效率（lǜ）要高。一般而言，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（chuán）質效率（lǜ）的前提下，應選擇具有較高泛點氣速（sù）或氣相（xiàng）動能因子的填（tián）料。

3)填料層的壓降要低（dī）。

4)填（tián）料抗汙堵性能（néng）強，拆裝、檢修方便。

2.填料規格的選擇

填料（liào）規格是指（zhǐ）填料的公稱尺寸或（huò）比表麵積。

(1)散裝填料（liào）規格的選擇

工（gōng）業塔（tǎ）常（cháng）用的散裝（zhuāng）填料主要有（yǒu）DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等幾種規（guī）格。

同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但（dàn）阻力增加，通量減少，填料費用（yòng）也增加很多。而大尺寸的填料應用於小直徑塔中（zhōng），又會產生液體分布不良（liáng）及嚴（yán）重的壁流，使塔的分離效率降低。

因此，對（duì）塔徑與填料尺（chǐ）寸的比值要有（yǒu）一規定，一般塔徑與填料公稱直（zhí）徑的比值D/d應大於8。

(2)規整填料規格的選擇

工業上常（cháng）用規（guī）整填料的（de）型號和規格的表示方法很多（duō），國內習慣用比表麵積（jī）表示，主要有125、150、250、350、500、700等幾種規格。

同種類型的規整填料，其比（bǐ）表（biǎo）麵（miàn）積（jī）越大（dà），傳質（zhì）效率越高，但阻（zǔ）力增加，通量減少，填料費用也明顯增加。

選用時應從分離要求、通量要求、場地條件、物料性質及設備投資、操作費用等（děng）方麵綜合考慮，使所選填料既能滿（mǎn）足技術要求，又具有經濟合理性。

3.填料材質的選擇

填料的材質分為陶瓷、金屬和塑料三大類（lèi）。

(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（gé）便宜，具有（yǒu）很好的表麵潤濕性能，質脆、易（yì）碎是其 最大缺點。在氣（qì）體吸收、氣（qì）體洗滌、液體萃取等過程中應用較為普遍。

(2)塑料填料

塑（sù）料填料的材質（zhì）主要包括聚丙烯(PP)、聚乙（yǐ）烯(PE)及聚（jù）氯乙烯(PVC)等，國內一般多采用聚丙烯材質。塑料填料的耐腐（fǔ）蝕性能較好，可耐一般的無機酸、堿和有機溶劑的腐蝕。其耐溫性良好，可長期在（zài）100℃以下使用。

塑料填料（liào）質輕、價廉，具有良好的韌性（xìng），耐衝擊、不易碎，可以（yǐ）製成薄壁結構。它的通量大、壓降（jiàng）低，多用於吸收、解吸（xī）、萃取、除塵等裝置（zhì）中。

塑料填料的（de）缺點（diǎn）是表麵潤濕性能差，但可通過適當的表麵處理來改善其表麵潤濕性能。

(3)金屬填料

金屬填料可（kě）用多種材質製成（chéng），選擇時主要考慮腐蝕問題。

碳鋼填料造價低，且具有良好的表麵潤濕性能，對於無腐蝕或低腐蝕性物係應優先考慮使（shǐ）用。

不鏽鋼填料耐腐蝕性強，一般能耐（nài）除Cl- 以外常見物係的腐蝕，但其造（zào）價較高，且表麵潤濕性能較差，在某些特殊場合(如極低噴（pēn）淋密度下的減壓精餾（liú）過程)，需對其表麵進行處（chù）理，才能取（qǔ）得良好的使用效果。

鈦材、特種合金鋼（gāng）等材質製成的（de）填料造價很高，一（yī）般隻在某些腐蝕性極強的物係下使用。

一般來（lái）說，金（jīn）屬填料可製成薄壁結構，它（tā）的通量大、氣體阻力小，且（qiě）具有很高的抗衝擊性能，能在高溫、高壓、高衝擊強度下使用，應用範圍最為廣泛。

三、填料的（de）種類

1.拉西環填料（liào）

拉西環填料於1914年由拉西(F. Rashching)發明，為外徑（jìng）與高度相等的圓環（huán）。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（jiào）少應用。

2.鮑爾環填料

鮑爾環填料是對拉西（xī）環的改進，在拉西（xī）環的側壁上開出兩排長方形的窗孔，被切開的環壁（bì）的一側仍與壁麵相連，另一側向環內（nèi）彎曲，形成內伸的舌葉，諸舌葉的（de）側邊在環（huán）中心相搭。

鮑爾環由於環壁開孔，大大提（tí）高（gāo）了環內空（kōng）間及環（huán）內表麵的利用率，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增加50%以上，傳質效率提高30%左右。鮑爾環是一種應用較廣的填料。

3.階梯環填料

階梯環填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（duān）增加了一個錐形翻邊。

由於高徑比減少，使得（dé）氣（qì）體繞填料外（wài）壁的平均路徑大為縮短（duǎn），減少（shǎo）了氣體通過填料層的阻（zǔ）力。錐形翻邊不僅增加了（le）填料的機械強度（dù），而且使填料（liào）之間（jiān）由線接觸為主變成以點（diǎn）接（jiē）觸為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時（shí）成為液體沿填料表麵流動（dòng）的匯集分散點，可以促進液膜的表麵更（gèng）新，有利於傳（chuán）質效率的提高。

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

4.弧鞍填料

弧鞍填料屬鞍形填料的一種，其形狀如同馬鞍，一般采（cǎi）用瓷質材料製成。

弧鞍填料的特點是表麵全部敞開，不分內外，液體在表麵兩側均勻流動，表麵利用率高，流（liú）道（dào）呈弧形，流動阻力（lì）小。

其缺點（diǎn）是易發生套（tào）疊，致（zhì）使一部分填料表麵被重合，使傳質效率降低。弧鞍填料強度較（jiào）差，容破碎，工業生產中（zhōng）應用不多（duō）。

5.矩鞍填料

矩鞍（ān）填料將弧鞍填料（liào）兩端的弧形麵改為矩形麵，且兩（liǎng）麵大小不等，即成（chéng）為矩鞍填料。

矩鞍填料堆積時不（bú）會套疊，液體分布較均勻。矩鞍填料一般采用瓷質材料製成，其性能優於拉（lā）西環。國內絕大多數（shù）應用瓷拉（lā）西環的場合（hé），均已被瓷矩鞍（ān）填料所取代。

6.金屬環矩鞍填料

環矩鞍填料(國外稱為Intalox)是兼顧環形和鞍形結構特點（diǎn）而設計出的一種新（xīn）型填料，該填料一般以金屬材質製成，故又稱為金屬環矩鞍填料。

環矩鞍填料將環形填料和鞍（ān）形填料兩者的優點（diǎn）集於一體，其綜合性能優於鮑爾環和階梯環，在散裝填料中應用較多。

7.球形填料

球形填料一般采用塑料注塑而（ér）成，其結構（gòu）有多種。球形填料的特點是球體為空心，可（kě）以允許氣體、液體（tǐ）從其內部通過。由於球體結構的對稱性，填料裝填密度均勻，不易產生空穴和架橋，所以氣液分（fèn）散（sàn）性能好。球形填料一般隻適用於某些特定的場合，工程上應用較少。

除上述幾（jǐ）種較典型的（de）散裝填料外，不斷有構（gòu）型獨（dú）特的（de）新型填料開發出（chū）來，如共軛環填料、海爾環填料、納特環填料等（děng）。

8.規整填料

規整填料是按一定的幾何構形排列，整齊（qí）堆砌的填料。規整填料種類很多，根據其幾何結構可（kě）分為格（gé）柵填料（liào）、波紋填（tián）料等。

9.格柵填料（liào）

格柵填料是以條狀單元體經一定規則組合而成的，具有多種（zhǒng）結構形式（shì）。工業上應用最早的格柵填料為木（mù）格柵填（tián）料。

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

10.波紋填料

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

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

金屬絲（sī）網波（bō）紋填料是網波紋填料的主要形式（shì），它是由金屬（shǔ）絲網製成的。金屬絲網波紋填料的（de）壓降低（dī），分離效率（lǜ）很（hěn）高，特別適用於精密精餾（liú）及（jí）真空（kōng）精餾裝置，為難分離物係、熱敏性物係的精餾提供了有效的手段。盡管（guǎn）其造（zào）價高，但因其（qí）性能優良仍得到了廣（guǎng）泛（fàn）的應用。

金屬板波紋填（tián）料是板波紋填料的一種主要形式。該填料的波紋板（bǎn）片上衝壓有許多f5mm左右的小孔，可起到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（kě）起到細分配板片上的液體、增強表麵潤濕性（xìng）能的作用（yòng）。金屬孔板波紋填料強度高（gāo），耐腐蝕性強，特別適用於大直徑塔及氣液（yè）負（fù）荷較大（dà）的場合。

金屬（shǔ）壓延（yán）孔（kǒng）板波紋填料是（shì）另一種有代表性的板波紋填料。它與金屬孔板波紋填料的主要（yào）區別在於板（bǎn）片表麵不是（shì）衝壓孔，而是刺孔，用輾（niǎn）軋（zhá）方式在板片上輾出很密的孔徑（jìng）為0.4～0.5mm小刺孔。其分離（lí）能力類似於網波紋填料，但抗堵能力比網波紋填料（liào）強，並且價格便宜，應用較為廣泛。

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