環保常用的填料知識介紹

一、填料的定義

填料泛指被填充於其他物體中的物料（liào）。

在化學工程中，填料指裝於填充塔內的惰性固體物料（liào），例如鮑爾環和拉西環等，其作用（yòng）是增大氣-液的接觸麵（miàn），使其相互強烈混合。

在化工產品中，填（tián）料又稱填充劑，是指用以改（gǎi）善加工性能、製品力學（xué）性能並(或)降低成本的固（gù）體物（wù）料。

在汙（wū）水處理領域（yù），主要用於（yú）接觸氧化工（gōng）藝（yì），微（wēi）生物會在填料的表麵進行累（lèi）積，以增大與汙水的表（biǎo）麵接觸，對汙水進行降解處理。

優點：結（jié）構簡單、壓力降小、易於用耐腐蝕非金屬材料製（zhì）造等。對於氣體吸收、真空蒸餾以及處理腐蝕性（xìng）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（jun1）、接觸不良等，造成（chéng）效率下降，即稱為放大效應。同時填料塔還有重量大（dà）、造價高、清（qīng）理檢修麻煩、填料損耗大等缺點（diǎn）。

二、填料選用準則

填料的幾何特性數（shù）據主要包（bāo）括比表（biǎo）麵積、空隙（xì）率、填料（liào）因子等，是評價填料性能（néng）的基本參數。

(1)比表麵積單位體積填料的（de）填料表麵積稱為比表麵積，以a表示（shì），其單（dān）位為m2/m3。填料的比表麵積愈大，所提供的（de）氣液傳質麵積（jī）愈大。因此，比表（biǎo）麵積是評價填料性能優劣的一（yī）個重要指標。

(2)空隙率單位體積填料中（zhōng）的空隙體積稱為空隙率，以e 表示，其（qí）單（dān）位為（wéi）m3/m3，或以%表示。填料（liào）的空隙率越大，氣體通過的能力越大且壓降低。因此，空隙率是評價填料性能優劣的又一（yī）重要指（zhǐ）標。

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

填料性能優劣主要（yào）取決（jué）於：

有較大的比表麵積(m2/m3填料層)

液體在填料表麵有較好的均勻分布性能

氣流能在填料層中均（jun1）勻分布（bù）

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（bǐ）表（biǎo）麵積越大，氣液（yè）分布（bù）越均勻，表麵（miàn）的潤濕性能越好，則傳（chuán）質（zhì）效率越高;填料的空隙率越大，結構越開敞（chǎng），則通（tōng）量越大，壓降亦越低。

采用模糊數學（xué）方法對九種常用填料的性能進行了評價，絲網波紋填料綜合性能（néng）最好（hǎo），拉西環最差。

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

1.填料種類的選擇

填料（liào）種類的選擇（zé）要考慮分離工藝的要求,通常考慮以下幾個方麵：

1)傳質效率要高。一（yī）般而言，規整填料的傳質效率高於（yú）散裝填料。

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

3)填料層的壓降（jiàng）要（yào）低（dī）。

4)填料抗汙堵性（xìng）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（de）公稱尺（chǐ）寸或比表麵積。

(1)散裝填料（liào）規格的選擇

工業塔常用的散裝填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等幾種規格。

同類填料，尺寸越（yuè）小（xiǎo），分離效率（lǜ）越（yuè）高，但阻力增加（jiā），通量減少，填料（liào）費用也增加很多（duō）。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及嚴重的壁流，使塔的分離效率降低。

因此，對塔徑與填料尺寸的比值要有一規定，一（yī）般塔徑與填料公稱（chēng）直徑的（de）比值（zhí）D/d應大於8。

(2)規整填料規（guī）格的選擇

工業上常用規整填料（liào）的型號和規格的表示方法很多，國內習慣用比表麵積表示，主要有125、150、250、350、500、700等幾（jǐ）種（zhǒng）規格。

同種類（lèi）型的規整填料，其比表麵積越大，傳（chuán）質效率越高，但阻力（lì）增加，通量減少，填料費用也明顯增加（jiā）。

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

3.填料材（cái）質的選擇

填料的材質（zhì）分為陶瓷、金屬（shǔ）和塑料三大類。

(1)陶瓷填料（liào）

陶瓷填料具有很（hěn）好的耐腐蝕性及耐熱性，陶瓷填料價格便宜，具有很好的表麵潤濕性能（néng），質脆、易碎（suì）是其 最大缺點。在氣體吸收、氣體洗滌、液體萃取等過程中應用較為普遍。

(2)塑料填料

塑料填料的材質主要（yào）包括（kuò）聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)及（jí）聚（jù）氯乙（yǐ）烯(PVC)等，國內一般多采用聚丙烯材質。塑（sù）料填料的耐腐蝕性能較好，可耐一般的（de）無機酸、堿（jiǎn）和有機溶劑（jì）的腐蝕。其（qí）耐溫性良好，可長期（qī）在100℃以下（xià）使用。

塑料填料質輕、價廉，具有良好的韌性，耐衝（chōng）擊、不易碎，可以製成薄壁結構（gòu）。它的通量大、壓降低，多用於吸收、解吸、萃取、除（chú）塵等裝置中。

塑料（liào）填料的（de）缺點是表麵潤濕性能差，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

金屬填料可用多種材質製成，選擇時主要考慮腐蝕問題。

碳鋼填料造價低，且（qiě）具有良好的（de）表麵潤濕性能，對於無腐蝕或低腐蝕性物係應優先（xiān）考慮使用。

不鏽鋼填料耐腐蝕性強，一般（bān）能耐除Cl- 以外常見物係的腐蝕，但其造價較高，且表麵（miàn）潤濕性（xìng）能較差，在某（mǒu）些（xiē）特（tè）殊（shū）場合(如極低噴淋密度下的減壓精餾過程)，需對（duì）其表（biǎo）麵進行處理，才能取得良好的使用效果。

鈦材、特種合金（jīn）鋼等材質製（zhì）成的填料（liào）造價很高，一般隻在某些腐蝕性極強的物係（xì）下使用。

一般來說，金屬填料可製成薄壁結構，它的通量大、氣（qì）體阻力小，且（qiě）具有很高的抗衝擊性能，能在高溫、高壓（yā）、高衝擊強度下使用，應用範圍最為廣泛。

三、填料的種類

1.拉西（xī）環填料

拉西（xī）環填料於1914年由拉西（xī）(F. Rashching)發明，為外徑與（yǔ）高度相等的圓（yuán）環。拉西環填料的氣（qì）液分布較差，傳質效率低，阻力大，通量小，工業上已較少應用。

2.鮑爾（ěr）環填料

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

鮑爾環由於環壁開孔，大大提高了環內空間及環內表麵的利用率，氣流阻力小，液體分布均勻。與拉西環相比，鮑爾環的氣體通（tōng）量可增加（jiā）50%以（yǐ）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（liào）

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（le）一半並（bìng）在（zài）一端增加（jiā）了一個錐形翻邊。

由於高（gāo）徑比減少，使得氣體繞（rào）填料外壁的平均路徑大為（wéi）縮短，減少了氣體通過填料層的阻力。錐形翻邊不（bú）僅增加了填料的機械強度，而且使填料之間（jiān）由線接觸為主變成以點接觸為主，這樣不但增加了填（tián）料間的空隙，同時成為液（yè）體沿填料表（biǎo）麵流動的匯集分散點，可以促進液膜（mó）的表麵更新，有利於傳質效率的提高。

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

4.弧鞍填料

弧（hú）鞍填料屬鞍（ān）形填（tián）料的（de）一種，其（qí）形狀如同馬鞍，一般采（cǎi）用（yòng）瓷質材料製成。

弧鞍填料的特點（diǎn）是表麵（miàn）全部敞開（kāi），不分內外，液體在表麵兩側均勻流動，表麵（miàn）利用率高，流（liú）道呈弧形，流動阻力小。

其缺（quē）點（diǎn）是易發（fā）生套疊（dié），致使一部分填料表麵被（bèi）重合，使傳質效（xiào）率（lǜ）降低（dī）。弧鞍填料強度較差（chà），容破碎，工業生產中（zhōng）應（yīng）用不多。

5.矩鞍填料（liào）

矩鞍填料將弧鞍填料兩端的弧形麵改為矩形麵，且兩麵大（dà）小不等，即成為矩鞍填料。

矩鞍填料堆積時不會（huì）套疊，液體分布（bù）較均（jun1）勻。矩鞍填料一般采用瓷質（zhì）材料製（zhì）成，其性能優於拉西環。國內絕大多數應用瓷拉西（xī）環的場合，均已被瓷矩鞍填料所取代。

6.金屬環矩（jǔ）鞍（ān）填料

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

環矩鞍填（tián）料將環形填料和鞍形填料兩者的優點集於（yú）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（liào）一般采用塑（sù）料注塑而成，其結構有（yǒu）多種。球形填料的特點是球體為空心，可以允許氣體、液體從其內部通過。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（hé）架橋（qiáo），所以氣液分散性（xìng）能好。球形填料（liào）一般（bān）隻適用於某些特定的場合，工程上應（yīng）用較少。

除上述幾種較典型的散裝填料外，不斷有構型獨特的新型填料開發出來，如共軛環填料、海爾環填料、納特環填料等。

8.規整填料

規整填料是按一定的幾何構形排列，整齊堆砌（qì）的填料。規整填料種類很多，根據其幾何結構可分為格柵填料、波紋填料等。

9.格柵填（tián）料

格柵填料是以條狀單元體經一定規則組合而成的，具（jù）有多種結構形式。工業上應用（yòng）最早（zǎo）的格柵填料為木格柵填料。

應用（yòng）較為普（pǔ）遍（biàn）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（lǐ）奇（qí）格柵填（tián）料最具（jù）代表性。 格柵填料（liào）的比表麵積較低，主要（yào）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（guī）整（zhěng）填料絕大部分為波紋填（tián）料，它是由許多波紋薄板組成的圓（yuán）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（fǎn）向靠疊。各（gè）盤（pán）填料垂（chuí）直裝於塔內，相鄰的兩盤填料間交錯90°排列。

波紋填料按結構可（kě）分為網波紋填料和板波紋填料（liào）兩大（dà）類，其（qí）材質又有（yǒu）金屬、塑料和陶瓷等之分。

金屬絲網波紋填料是網波紋填料（liào）的主要形式，它是由金屬絲網製成的（de）。金屬絲網波紋填料的壓降低，分離效率很高，特別適用於精密精餾（liú）及真空精餾裝置，為（wéi）難分離物係（xì）、熱敏（mǐn）性物係（xì）的（de）精餾提（tí）供了有效的手段。盡管其造價高，但（dàn）因其性能優良仍得到（dào）了廣泛的應用。

金屬板波紋填料是板波紋填（tián）料的一種主要形式。該填料的波紋板（bǎn）片上（shàng）衝壓有許多f5mm左右（yòu）的小孔，可起到粗分配（pèi）板（bǎn）片上的液體、加強橫向混合的作用。波紋板片（piàn）上軋成細小（xiǎo）溝紋，可起到細分配板片（piàn）上的液體、增強表（biǎo）麵潤濕性能的作用。金屬孔板波紋填料強度高，耐腐蝕性（xìng）強，特別適用於大直徑塔及氣液負荷較大的場合（hé）。

金屬壓延孔板波紋填料是另一種有代表性的板波（bō）紋填（tián）料。它與金屬孔板波（bō）紋填料的主要（yào）區別在於板片表麵不是衝壓孔，而是刺孔，用輾軋方式在板（bǎn）片上輾出很密的孔徑為0.4～0.5mm小刺孔。其分離能力類似（sì）於網波紋填（tián）料，但抗堵能力比網波紋填料強，並且價（jià）格便（biàn）宜，應用較為廣泛。