有機廢氣處理設備 洗滌塔中常見的（de）填料（liào）

在很多（duō）VOCs廢氣治理項目中，洗滌塔（tǎ）是常見的預處理/治理設備，但洗滌塔（tǎ）內如何根據VOCs成分及風量進行合（hé）理設計？這裏涉及眾多化工知識，例如需要如何涉及塔高，直（zhí）徑，確定風速，確定洗滌液的循環量等等問題。甚至，如果該洗滌塔為填料塔，填料（liào）層如何設計，填料的選型該最終如何確定。今天，我們先來看看用於VOCs廢氣治理中（zhōng），洗滌塔中的填料種類及對應的（de）特點。

一、填料的定義

填料泛指（zhǐ）被填充於其他物體中的物料。

在（zài）化學工程中，填料指裝於填充塔內的惰性（xìng）固體物料，例如鮑爾環（huán）和拉西環等，其作用是增大氣-液的（de）接（jiē）觸麵，使其相（xiàng）互強烈混合。

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

在汙（wū）水處理領域（yù），主要用於接觸（chù）氧化（huà）工藝，微生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（diǎn）：結構簡單、壓力降小、易於用耐腐蝕非金（jīn）屬（shǔ）材料製造等。對於氣體吸收、真（zhēn）空蒸餾以（yǐ）及處（chù）理腐（fǔ）蝕性流體的操作，頗為適用。

缺點：當塔頸增大時，引（yǐn）起氣液分布不均、接觸不（bú）良等，造（zào）成效率下降（jiàng），即（jí）稱為（wéi）放大效應。同時填料塔還有重量大、造價高、清理檢修麻煩（fán）、填料損耗大等缺點（diǎn）。

二、填料選用準則

填料的幾（jǐ）何特性數據（jù）主要（yào）包括比（bǐ）表麵積、空（kōng）隙率、填料因子等，是評價填料性能的基本參數。

(1)比表麵積單位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。填料的比表麵積愈大（dà），所提供的（de）氣液傳質麵積愈大。因此，比表麵積（jī）是評價填料性能優劣的一個重要指標。

(2)空隙（xì）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（lǜ）越大，氣體通過的（de）能力越大且壓降（jiàng）低（dī）。因此，空隙率是評價填料性（xìng）能優劣的又一重要（yào）指標。

(3)填料因子填料的比表麵（miàn）積與空隙率三次方的比值，即a/e 3，稱為（wéi）填料因子，以（yǐ）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（yōu）劣主要（yào）取決於：

有（yǒu）較大的比表麵積(m2/m3填料層（céng）)

液（yè）體在填料表麵有較好的均勻分布性能

氣流能在填（tián）料層中均勻分布

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（qì）液分布越均勻，表麵（miàn）的潤濕（shī）性能越好，則傳質效率越高;填（tián）料的空隙率越大（dà），結（jié）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（chà）。

填料的選擇包括確定填料（liào）的種（zhǒng）類、規格及材質等（děng）。所選（xuǎn）填料既（jì）要滿足生產工藝的要（yào）求，又要使設備（bèi）投（tóu）資和操作費用（yòng）最低（dī）。

1. 填料種類的選擇

填料種類的選（xuǎn）擇要考慮分離工藝的要求,通常（cháng）考慮以下幾個方麵（miàn）：

1)傳質效率要高。一般而言，規整填料的傳（chuán）質效率高於散裝填料（liào）。

2)通量要大（dà）。在保證具（jù）有較高傳質效率（lǜ）的前提下（xià），應選（xuǎn）擇具有較高泛點氣速或氣相動能因（yīn）子的填料。

3)填（tián）料層的壓降要低。

4)填料抗汙堵性能強，拆裝、檢修方便。

2.填料（liào）規格的選擇

填料規格是（shì）指填料的（de）公稱尺寸或比表麵積。

(1)散（sàn）裝填料規格的選（xuǎn）擇

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

同類填料，尺寸（cùn）越小，分離效率（lǜ）越高，但阻力增加，通量（liàng）減少，填料費（fèi）用也增加很多。而（ér）大尺寸的填料應用於小直（zhí）徑塔中，又會產生液體分布（bù）不良及（jí）嚴重的壁流，使塔的分離效率降低。

因（yīn）此，對塔徑與填料尺寸的比值要有一規定，一（yī）般塔徑（jìng）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（xuǎn）擇

工業上常用規整填料的型號（hào）和規（guī）格的表（biǎo）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等幾種規格。

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

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

3.填料材質（zhì）的選擇

填料的材質分（fèn）為陶瓷、金（jīn）屬和塑料三（sān）大類。

(1)陶瓷填料

陶瓷填料（liào）具有很好（hǎo）的耐腐（fǔ）蝕性及耐熱性，陶（táo）瓷填料（liào）價格（gé）便宜，具（jù）有很好的表麵潤濕性能，質脆、易碎是其 最（zuì）大缺（quē）點。在氣體吸收、氣體洗（xǐ）滌、液體萃取（qǔ）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（jù）丙烯(PP)、聚乙烯(PE)及聚氯乙烯(PVC)等，國內一般多采用聚丙烯材質（zhì）。塑料填料的耐腐蝕性能較好，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（tián）料質輕（qīng）、價（jià）廉，具有良（liáng）好的韌性（xìng），耐衝擊、不易碎，可以製成薄壁（bì）結構。它的通量大（dà）、壓降低，多用於吸收、解吸、萃取、除塵等裝置中。

塑料填（tián）料的缺點是（shì）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（tián）料可用多種材質製成，選擇時主要考慮腐蝕問題。

碳鋼填（tián）料造價低，且具有良好的表麵潤濕性能，對於無（wú）腐蝕或低腐蝕性（xìng）物係應優先（xiān）考慮使用。

不鏽（xiù）鋼（gāng）填料耐腐蝕性強，一般能耐除Cl- 以外常見物係的腐（fǔ）蝕，但其造價較高，且表麵潤濕性能較差，在某些特殊場合(如極低噴淋密度下的減壓（yā）精餾過（guò）程)，需對其表麵進行處理，才（cái）能取（qǔ）得良好（hǎo）的使用效果。

鈦材、特種合金（jīn）鋼等材質（zhì）製成的填料造價很高，一般隻在某（mǒu）些腐（fǔ）蝕性極（jí）強的物係下使用。

一（yī）般來說，金屬填（tián）料可（kě）製成薄壁結構，它的通量大、氣體阻力小，且具（jù）有很高的抗（kàng）衝擊（jī）性能，能在高溫、高壓（yā）、高衝擊強度下使用，應用範圍最（zuì）為（wéi）廣泛。

三、填料的（de）種類

1.拉西環（huán）填（tián）料

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

2.鮑爾環填料（liào）

鮑爾環填料是對拉西環的改進（jìn），在拉西環的側壁上開出兩排長（zhǎng）方（fāng）形的窗孔，被（bèi）切開的（de）環壁的一側仍與壁麵相連，另一側向環內彎曲，形（xíng）成內伸的舌葉，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（de）利用率，氣流阻力小，液（yè）體分布均勻。與拉西（xī）環相比（bǐ），鮑爾環的氣體通量可增（zēng）加50%以上，傳質效率提高30%左右。鮑爾環是（shì）一種（zhǒng）應用較廣的填料（liào）。

3.階梯環（huán）填料

階梯環填料是對鮑爾環的改進（jìn），與鮑爾環相（xiàng）比，階梯環高度減少了一（yī）半並在一端增加了一個錐形翻邊。

由於高徑比減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑（jìng）大為縮（suō）短，減少（shǎo）了（le）氣體通過填料層（céng）的阻力。錐形翻邊不僅增加了填料的機械強度（dù），而且使填料之間由線接觸為主變成以點（diǎn）接觸為（wéi）主，這樣（yàng）不但增加了填料間（jiān）的空隙，同時成（chéng）為液體沿填（tián）料表麵流動的匯集分散點，可以促進液膜的表（biǎo）麵更新，有利於傳質效率的提高。

階梯環的綜合性能優於鮑爾環，成為所使用的環形填料中最為優良（liáng）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，一般采用瓷質材料製成。

弧鞍填料的特點是表麵全部（bù）敞開，不分（fèn）內外，液體在表麵兩側均勻流動，表麵利用率高，流道呈弧形，流（liú）動阻力小（xiǎo）。

其缺點是易（yì）發生套疊，致使一部（bù）分填料表麵被重合，使傳質效率降低。弧鞍填料（liào）強度較差，容（róng）破碎，工業生產中（zhōng）應用不多。

5.矩鞍填料

矩鞍填料（liào）將弧鞍填料兩端的弧形麵改為矩形（xíng）麵，且兩（liǎng）麵大小不（bú）等，即成為矩鞍（ān）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（tián）料一般采用瓷質材料製成，其性能優於拉西環。國內（nèi）絕大（dà）多數應用瓷拉西環（huán）的場合，均已（yǐ）被瓷矩鞍填料所取代。

6.金屬環矩鞍填料

環矩鞍填料(國外稱為Intalox)是（shì）兼顧環形和鞍形結構特（tè）點而設（shè）計（jì）出的一種新型填料，該填料一般以金屬材質製（zhì）成（chéng），故（gù）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（cǎi）用（yòng）塑（sù）料注塑而成，其結構（gòu）有多種。球形填料（liào）的特點是球（qiú）體為空心，可（kě）以允許氣體、液體從（cóng）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（xué）和架（jià）橋，所以氣液分散性能好。球形填料一般隻適用於某些特定的場合，工程上應用較少。

除上述幾種較典型的散裝填料外，不斷有構型獨特的新型填（tián）料開發出來，如共軛環填料、海（hǎi）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，整齊堆砌的填料。規（guī）整填料種類（lèi）很多，根據其幾何結構（gòu）可（kě）分為格柵填（tián）料、波紋填料等。

9.格柵（shān）填料

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

應用較為普遍的有格裏奇格柵填料（liào）、網（wǎng）孔格柵填（tián）料、蜂窩格柵填料等，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低，主要用於要（yào）求壓降小、負荷大及防堵等場合。

10.波紋（wén）填料

波紋填料在工業上應用的規整填料絕大部（bù）分為波紋填料，它是由許多波紋薄板組成的圓盤（pán）狀（zhuàng）填料，波紋與塔軸的傾角（jiǎo）有30°和45°兩種，組裝時相鄰兩波紋板反向靠（kào）疊。各盤填料垂直裝於塔內，相鄰的兩盤填料間交（jiāo）錯90°排（pái）列。

波紋填料按結構可分（fèn）為網波紋填料和板波紋填料兩大類，其材（cái）質又有金屬、塑料和（hé）陶瓷等（děng）之分。

金屬絲網波紋（wén）填料是網波紋填（tián）料的主要形式，它是由金屬絲網製成的。金屬絲（sī）網（wǎng）波紋填料的壓降低，分離效率（lǜ）很高，特別適用於精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物係（xì）、熱敏性物係的精餾提供了有效的手段。盡管（guǎn）其造（zào）價高，但因其性能（néng）優良仍得到（dào）了廣泛（fàn）的應用。

金（jīn）屬板波紋（wén）填料是板波紋填料的一種主要形式。該填（tián）料的波紋板片上衝壓有許多f5mm左右的小孔，可起到粗分配板（bǎn）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（xì）分配（pèi）板片上的液體、增強表麵潤濕（shī）性能（néng）的作用。金屬孔板波紋（wén）填料強度高，耐腐蝕性強，特（tè）別適用（yòng）於大直徑塔及氣液負荷較大的場合。

金屬壓延孔板波紋填料（liào）是另一種有代表（biǎo）性的板波紋填料。它與（yǔ）金屬孔板（bǎn）波紋填料的主要區別在於（yú）板片表麵不是衝（chōng）壓孔（kǒng），而是刺（cì）孔，用輾軋方（fāng）式在板片上輾出很密的孔徑為0.4～0.5mm小刺孔。其分離能力類似（sì）於網（wǎng）波紋填料，但抗堵（dǔ）能（néng）力比網波（bō）紋填料強，並且價格便（biàn）宜，應用較為廣泛。

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