環保常用（yòng）的填料知識介紹（shào）

一、填料的定義

填料泛指被填充於其他物體中（zhōng）的物料。

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

在化工產品中（zhōng），填料又稱（chēng）填（tián）充劑，是（shì）指用以改（gǎi）善加工性能、製品力學性能（néng）並(或)降（jiàng）低成本的固體物料。

在汙水（shuǐ）處理領域，主（zhǔ）要用於（yú）接觸氧化工藝，微生（shēng）物會在填料的表麵進行累積，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（jiǎn）單、壓力降小、易於用（yòng）耐腐蝕非金屬材料製造等。對於氣（qì）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（diǎn）：當塔頸增大時，引起（qǐ）氣液分布不均、接觸不良等，造成（chéng）效（xiào）率下降，即稱（chēng）為放大（dà）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（zhǔ）要（yào）包（bāo）括比表麵積、空隙率、填料（liào）因子等，是評價填料性能（néng）的基本參數。

(1)比（bǐ）表麵積單位體積填料的填料表（biǎo）麵積稱（chēng）為比（bǐ）表麵積，以a表示，其單位（wèi）為m2/m3。填料的比表麵積愈大，所提供的氣液傳質麵積愈大。因此，比表麵積是評價填（tián）料性能（néng）優劣的一個重要指標。

(2)空隙率單位體積填料中的空隙體積稱為空隙率，以e 表示，其（qí）單位為m3/m3，或以%表示。填料的空隙率越大，氣體通過的能力越（yuè）大且壓降低（dī）。因此，空隙率（lǜ）是評價（jià）填（tián）料性能優（yōu）劣的又一重要指標。

(3)填料因子填料的比（bǐ）表（biǎo）麵積與空隙率三次方的比值，即a/e 3，稱為填料因子，以f表示，其單（dān）位為（wéi）1/m。它表示填料的流（liú）體力學性能，f值越小，表明流動阻力越（yuè）小。

填料性能優（yōu）劣主要取決於（yú）：

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勻分布

調料（liào）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（yuè）大，氣液分布越均勻，表麵的（de）潤濕性能越好，則傳質（zhì）效率越高;填（tián）料（liào）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（cháng）用填料的性能進行了（le）評價，絲網波紋填料綜合性能最好，拉西環最差。

填料（liào）的選擇包括確定填料的種類（lèi）、規格及材質（zhì）等。所選（xuǎn）填料既要滿（mǎn）足生產工藝的要求（qiú），又要使設備投資和操作費用（yòng）最（zuì）低。

1.填料種（zhǒng）類的選擇

填料種類的選擇要（yào）考慮分離工藝的要求（qiú）,通常考慮以下幾個方（fāng）麵：

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

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

3)填料層的（de）壓降（jiàng）要低。

4)填料抗汙堵性（xìng）能強，拆裝、檢修方便（biàn）。

2.填料規格的選擇

填料規格是指填料的公稱尺寸或比表麵積。

(1)散裝（zhuāng）填料規格的選擇

工業塔（tǎ）常用的散裝填料主（zhǔ）要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等幾種規格。

同類（lèi）填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力（lì）增加，通量（liàng）減少，填料費用也增加很多（duō）。而大尺寸的填料應（yīng）用於小直徑（jìng）塔中，又會產生液體分布不良（liáng）及（jí）嚴重的壁流，使塔的分離效率（lǜ）降低。

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

(2)規整填（tián）料（liào）規格的選擇

工業上常用（yòng）規整填料的型（xíng）號和規格的表示方法很多，國內（nèi）習慣用（yòng）比表麵積表示，主要有125、150、250、350、500、700等幾種規格。

同種類型的規整填料，其（qí）比表麵積越大，傳質效率越高，但阻力增加，通量減少，填料（liào）費用也明顯增加（jiā）。

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

3.填料材（cái）質的選（xuǎn）擇

填料的材（cái）質分為陶瓷、金屬和塑料三大類（lèi）。

(1)陶瓷填料

陶瓷填（tián）料具有很好的耐腐蝕性及耐熱性，陶瓷填料價（jià）格便宜，具有很好的表麵潤濕性能，質脆、易碎是其 最大缺點。在氣（qì）體吸收、氣體（tǐ）洗（xǐ）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包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)及聚氯乙烯(PVC)等，國內一般多（duō）采用聚丙烯材質。塑料填料的耐腐蝕性能較好，可耐一般（bān）的無機酸（suān）、堿和有機溶劑的腐（fǔ）蝕。其耐（nài）溫性良（liáng）好，可長期在100℃以下使（shǐ）用。

塑（sù）料填料質輕、價廉，具（jù）有良好的韌性，耐衝擊、不易碎，可以製成薄壁結構。它的通量大、壓降低（dī），多用於吸收、解吸、萃取、除塵等裝置中。

塑料（liào）填料（liào）的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（tián）料

金屬填料（liào）可用多（duō）種材質製成，選擇（zé）時主要考慮腐蝕問題。

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

不鏽鋼填料耐腐蝕性強，一般能耐除Cl- 以外常見物（wù）係的腐蝕（shí），但其造價較高，且表（biǎo）麵（miàn）潤濕性能較差，在某（mǒu）些特殊場合(如極低噴淋密度下（xià）的減（jiǎn）壓精餾（liú）過程)，需對其表麵進行處理，才能取得良好（hǎo）的使用效果。

鈦材、特種合金鋼等材質製成的填（tián）料造價很高，一般隻在某（mǒu）些腐蝕性極強的（de）物係下使用。

一般來說，金屬填料可製成薄壁結構（gòu），它的（de）通量大、氣體阻力小，且具有很高的抗衝擊性能，能在高溫、高壓、高（gāo）衝擊強度下使用（yòng），應用範圍最為廣泛。

三、填料的種類

1.拉西環填料

拉西環（huán）填料於1914年由拉西(F. Rashching)發明，為外徑與高度（dù）相等的圓環。拉西（xī）環填料的氣液分布（bù）較（jiào）差（chà），傳質效率（lǜ）低，阻力大，通量小，工業上已較少應（yīng）用。

2.鮑爾環填料（liào）

鮑爾環（huán）填料是對拉西環的改進（jìn），在拉西環的側壁上開出兩排長方形的窗孔，被切開的環壁的一（yī）側仍與（yǔ）壁麵相（xiàng）連，另一側（cè）向環內彎曲，形成內伸的舌葉，諸舌葉（yè）的側邊在環中心（xīn）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（huán）的氣體通量可增加（jiā）50%以上，傳質效率提高30%左右。鮑（bào）爾環是一種應用較廣的填料。

3.階梯環填料

階梯環填料（liào）是（shì）對鮑（bào）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（le）一（yī）個錐形翻邊（biān）。

由於高徑比減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短，減（jiǎn）少了氣體通過填料層的阻力。錐形（xíng）翻邊不（bú）僅增（zēng）加了（le）填料（liào）的機械強度，而且使填料之間由線接（jiē）觸為主變成以點接觸為主，這樣不但增加了填料間的（de）空隙，同時成為液體沿填料表麵流動的匯集（jí）分散點，可以促進液膜的表麵更新，有利於傳質效率的（de）提（tí）高。

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

4.弧鞍填料

弧鞍填料屬鞍形填料的一（yī）種（zhǒng），其形狀（zhuàng）如同馬鞍，一般采用瓷質材料製成。

弧鞍填料的特點是表麵全部敞開，不分內（nèi）外，液體在表麵兩（liǎng）側均勻流（liú）動，表麵利用率高（gāo），流道呈弧形，流動（dòng）阻力小。

其（qí）缺點是易發生套疊，致（zhì）使一部分（fèn）填料表麵被重合，使傳質效率降低（dī）。弧鞍填料強度較差，容破碎，工業生（shēng）產中應用不多。

5.矩鞍填料

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

矩鞍填料堆積時不會套疊，液體分布較均（jun1）勻。矩鞍填料一（yī）般采用（yòng）瓷質材料製成，其性能優於拉西環。國內絕大多數應用瓷拉西環的場合（hé），均已被瓷矩鞍填料所（suǒ）取代。

6.金屬環矩鞍填（tián）料

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

環（huán）矩鞍填料將環形填料和鞍形填料兩者的優點集於一體，其綜（zōng）合性能優（yōu）於鮑爾環和（hé）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（zhù）塑而成，其結構有多種。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（shēng）空穴和架（jià）橋，所以氣液分散性能好。球形填料一般（bān）隻適用於（yú）某些特定的（de）場合，工（gōng）程上（shàng）應用（yòng）較少。

除上述幾種較典型的散裝填料（liào）外，不斷有構型獨（dú）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（tián）料

規整（zhěng）填料是按一定的幾何構形排列，整齊（qí）堆砌的填料。規（guī）整填料種（zhǒng）類很多，根據其幾何結構可分為格柵填料、波（bō）紋填料等。

9.格柵填料

格柵填料是以條狀單元（yuán）體經一定規則組合而成的，具有多（duō）種結構形式。工業上（shàng）應用最早的格柵填料為木格柵填料（liào）。

應用較為普遍的有格（gé）裏奇格柵填（tián）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（zuì）具代表性。 格柵填料的比表麵積較低，主要（yào）用於要求壓降小（xiǎo）、負荷大及防堵等場合（hé）。

10.波紋（wén）填料

波紋填料在（zài）工（gōng）業上應用的規整填料絕大（dà）部分為波紋填料，它是由許多波（bō）紋薄板組成的圓盤狀填料（liào），波紋與塔軸的傾角有30°和（hé）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（nèi），相鄰的兩（liǎng）盤填料間交錯90°排列。

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

金屬絲（sī）網波紋填料是網波紋填料的主要（yào）形式，它（tā）是由金屬（shǔ）絲網製成的。金屬絲網波紋填料的壓（yā）降低，分離效率很（hěn）高，特別（bié）適用於精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物係、熱敏性物係的精餾提供了有效（xiào）的手段（duàn）。盡管其造價高，但（dàn）因其性能優良仍（réng）得到了廣泛的應（yīng）用。

金屬板波紋（wén）填（tián）料是板波紋（wén）填（tián）料的（de）一種主要形（xíng）式。該填料的波紋板片上衝壓有許多f5mm左右的小孔（kǒng），可起到粗（cū）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）表麵潤濕性能的作用。金屬（shǔ）孔板波紋填料強度高，耐腐蝕性強（qiáng），特別（bié）適用於大直徑塔及氣液負荷較大的場合。

金（jīn）屬壓延孔板波紋（wén）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（liào）的主（zhǔ）要區別在於板片（piàn）表麵不是衝壓孔，而是刺孔，用（yòng）輾軋方式在板片上輾出很密的孔徑（jìng）為0.4～0.5mm小刺孔（kǒng）。其分離（lí）能力類（lèi）似於網波紋填料，但抗堵能力比網波（bō）紋填料強，並且價格便宜，應用較為廣泛（fàn）。