填料專(zhuān)欄

一、概述

填料是用以改善復合材料性能（如硬度、剛度及沖擊強度等），并能降低成本的固體添加劑，它與增強材料不同，填料呈顆粒狀。主要分為：多孔球懸浮填料、斜管填料、組合填料 、軟性填料 、絲網(wǎng)除沫器、金屬規整填料、拉西環(huán)、矩鞍環(huán)、鮑爾環(huán)填料等。

對填料的基本要求有：傳質(zhì)效率高，要求填料能提供大的氣液接觸面。即要求具有大的比表面積，并要求填料表面易于被液體潤濕。只有潤濕的表面才是氣液接觸表面。生產(chǎn)能力大，氣體壓力降小。因此要求填料層的空隙率大。不移引起偏流和溝流。經(jīng)久耐用具有良好的耐腐蝕性，較高的機械強度和必要的耐熱性。取材容易，價(jià)格便宜。

二、用途

廣泛應用于石油、化工、化肥、冶煉、電力、煤氣、制藥、制酸等行業(yè)的填料塔中；蜂窩陶瓷系列產(chǎn)品不僅應用于汽車(chē)（摩托車(chē)）尾氣凈化、工業(yè)廢氣處理，廢水凈化等環(huán)境保護工業(yè)中。

三、 填料性能的優(yōu)劣

主要取決于：

1 、有較大的比表面積（ m2/m3 填料層）。

2 、液體在填料表面有較好的均勻分布性能。

3 、氣流能在填料層中均勻分布。

4 、調料具有較大的空隙率（ m3/m3 填料層）。

另外，選擇填料時(shí)還應考慮其機械強度、來(lái)源、制造及價(jià)格等因素。

四、填料的種類(lèi)

　　填料的種類(lèi)很多，根據裝填方式的不同，可分為散裝填料和規整填料。

1 、散裝填料

　　散裝填料是一個(gè)個(gè)具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機的方式堆積在塔內，又稱(chēng)為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據結構特點(diǎn)不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等。現介紹幾種較為典型的散裝填料： 拉西環(huán) 、 鮑爾環(huán) 、 階梯環(huán) 、弧鞍填料、矩鞍填料、金屬環(huán)矩鞍填料、球形填料

①拉西環(huán)

拉西環(huán)填料拉西環(huán)填料于 1914 年由拉西（ F. Rashching ）發(fā)明，為外徑與高度相等的圓環(huán)。拉西環(huán)填料的氣液分布較差，傳質(zhì)效率低，阻力大，通量小，目前工業(yè)上已較少應用。

②鮑爾環(huán)

　　鮑爾環(huán)填料是對拉西環(huán)的改進(jìn)，在拉西環(huán)的側壁上開(kāi)出兩排長(cháng)方形的窗孔，被切開(kāi)的環(huán)壁的一側仍與壁面相連，另一側向環(huán)內彎曲，形成內伸的舌葉，諸舌葉的側邊在環(huán)中心相搭。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開(kāi)孔，大大提高了環(huán)內空間及環(huán)內表面的利用率，氣流阻力小，液體分布均勻。與拉西環(huán)相比，鮑爾環(huán)的氣體通量可增加 50% 以上，傳質(zhì)效率提高 30% 左右。鮑爾環(huán)是一種應用較廣的填料。

③階梯環(huán)

　　階梯環(huán)填料是對鮑爾環(huán)的改進(jìn)，與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減少了一半并在一端增加了一個(gè)錐形翻邊。由于高徑比減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短，減少了氣體通過(guò)填料層的阻力。錐形翻邊不僅增加了填料的機械強度，而且使填料之間由線(xiàn)接觸為主變成以點(diǎn)接觸為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時(shí)成為液體沿填料表面流動(dòng)的匯集分散點(diǎn)，可以促進(jìn)液膜的表面更新，有利于傳質(zhì)效率的提高。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，成為目前所使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)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，一般采用瓷質(zhì)材料制成。弧鞍填料的特點(diǎn)是表面全部敞開(kāi)，不分內外，液體在表面兩側均勻流動(dòng)，表面利用率高，流道呈弧形，流動(dòng)阻力小。其缺點(diǎn)是易發(fā)生套疊，致使一部分填料表面被重合，使傳質(zhì)效率降低。弧鞍填料強度較差，容破碎，工業(yè)生產(chǎn)中應用不多。

⑤矩鞍填料

　　矩鞍填料將弧鞍填料兩端的弧形面改為矩形面，且兩面大小不等，即成為矩鞍填料。矩鞍填料堆積時(shí)不會(huì )套疊，液體分布較均勻。矩鞍填料一般采用瓷質(zhì)材料制成，其性能優(yōu)于拉西環(huán)。目前，國內絕大多數應用瓷拉西環(huán)的場(chǎng)合，均已被瓷矩鞍填料所取代。

⑥金屬環(huán)矩鞍填料

　　金屬環(huán)矩鞍填料（國外稱(chēng)為 Intalox ）是兼顧環(huán)形和鞍形結構特點(diǎn)而設計出的一種新型填料，該填料一般以金屬材質(zhì)制成，故又稱(chēng)為金屬環(huán)矩鞍填料。環(huán)矩鞍填料將環(huán)形填料和鞍形填料兩者的優(yōu)點(diǎn)集于一體，其綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)，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成，其結構有多種。球形填料的特點(diǎn)是球體為空心，可以允許氣體、液體從其內部通過(guò)。由于球體結構的對稱(chēng)性，填料裝填密度均勻，不易產(chǎn)生空穴和架橋，所以氣液分散性能好。球形填料一般只適用于某些特定的場(chǎng)合，工程上應用較少。

　　除上述幾種較典型的散裝填料外，近年來(lái)不斷有構型獨特的新型填料開(kāi)發(fā)出來(lái)，如共軛環(huán)填料、 海爾環(huán) 填料、納特環(huán)填料等。

2 、規整填料

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

①格柵填料

　　格柵填料是以條狀單元體經(jīng)一定規則組合而成的，具有多種結構形式。工業(yè)上應用最早的格柵填料為木格柵填料。目前應用較為普遍的有格里奇格柵填料、網(wǎng)孔格柵填料、蜂窩格柵填料等，其中以格里奇格柵填料最具代表性。

　　格柵填料的比表面積較低，主要用于要求壓降小、負荷大及防堵等場(chǎng)合。

②波紋填料

　　波紋填料目前工業(yè)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(pán)狀填料，波紋與塔軸的傾角有 30° 和 45° 兩種，組裝時(shí)相鄰兩波紋板反向靠疊。各盤(pán)填料垂直裝于塔內，相鄰的兩盤(pán)填料間交錯 90° 排列。

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

　　金屬絲網(wǎng)波紋填料是網(wǎng)波紋填料的主要形式，它是由金屬絲網(wǎng)制成的。金屬絲網(wǎng)波紋填料的壓降低，分離效率很高，特別適用于精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物系、熱敏性物系的精餾提供了有效的手段。盡管其造價(jià)高，但因其性能優(yōu)良仍得到了廣泛的應用。

　　金屬板波紋填料是板波紋填料的一種主要形式。該填料的波紋板片上沖壓有許多 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，可起到細分配板片上的液體、增強表面潤濕性能的作用。金屬孔板波紋填料強度高，耐腐蝕性強，特別適用于大直徑塔及氣液負荷較大的場(chǎng)合。

　　金屬壓延孔板波紋填料是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區別在于板片表面不是沖壓孔，而是刺孔，用輾軋方式在板片上輾出很密的孔徑為 0.4 ～ 0.5mm 小刺孔。其分離能力類(lèi)似于網(wǎng)波紋填料，但抗堵能力比網(wǎng)波紋填料強，并且價(jià)格便宜，應用較為廣泛。

　　波紋填料的優(yōu)點(diǎn)是結構緊湊，阻力小，傳質(zhì)效率高，處理能力大，比表面積大（常用的有 125 、 150 、 250 、 350 、 500 、 700 等幾種）。波紋填料的缺點(diǎn)是不適于處理粘度大、易聚合或有懸浮物的物料，且裝卸、清理困難，造價(jià)高。

③脈沖填料

脈沖填料是由帶縮頸的中空棱柱形個(gè)體，按一定方式拼裝而成的一種規整填料。脈沖填料組裝后，會(huì )形成帶縮頸的多孔棱形通道，其縱面流道交替收縮和擴大，氣液兩相通過(guò)時(shí)產(chǎn)生強烈的湍動(dòng)。在縮頸段，氣速最高，湍動(dòng)劇烈，從而強化傳質(zhì)。在擴大段，氣速減到最小，實(shí)現兩相的分離。流道收縮、擴大的交替重復，實(shí)現了“脈沖”傳質(zhì)過(guò)程。

　　脈沖填料的特點(diǎn)是處理量大，壓降小，是真空精餾的理想填料。因其優(yōu)良的液體分布性能使放大效應減少，故特別適用于大塔徑的場(chǎng)合。

五、填料塔的結構及其工作原理

填料塔 的作用是起到吸收作用，是化工、石油化工和煉油生產(chǎn)中最重要的設備之一。

　　填料塔的結構特點(diǎn)：

　　填料塔是以塔內的填料作為氣液兩相間接觸構件的傳質(zhì)設備。填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安裝填料 壓板 ，以防被上升氣流吹動(dòng)。液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續通過(guò)填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。填料塔屬于連續接觸式氣液傳質(zhì)設備，兩相組成沿塔高連續變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續相，液相為分散相。

　　當液體沿填料層向下流動(dòng)時(shí)，有逐漸向塔壁集中的趨勢，使得塔壁附近的液流量逐漸增大，這種現象稱(chēng)為壁流。壁流效應造成氣液兩相在填料層中分布不均，從而使傳質(zhì)效率下降。因此，當填料層較高時(shí)，需要進(jìn)行分段，中間設置再分布裝置。液體再分布裝置包括液體收集器和液體再分布器兩部分，上層填料流下的液體經(jīng)液體收集器收集后，送到液體再分布器，經(jīng)重新分布后噴淋到下層填料上。

　　填料塔具有生產(chǎn)能力大，分離效率高，壓降小，持液量小，操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)。

　　填料塔也有一些不足之處，如填料造價(jià)高；當液體負荷較小時(shí)不能有效地潤濕填料表面，使傳質(zhì)效率降低；不能直接用于有懸浮物或容易聚合的物料；對側線(xiàn)進(jìn)料和出料等復雜精餾不太適合等。

 

相關(guān)產(chǎn)品：

1 、乙丙共聚蜂窩斜管

2 、六角蜂窩斜管填料

3 、玻璃鋼填料

4 、組合填料

5 、軟性填料

6 、半軟性填料

7 、立體彈性填料

8 、懸浮球填料

9 、多面空心球

10 、鮑爾環(huán)

11 、階梯環(huán)

12 、塑料花環(huán)填料

13 、液面覆蓋球

14 、纖維球、纖維束濾料

15 、 EPS 泡沫濾珠

16 、多孔 PVC 填料

17 、冷卻塔系列填料