環保常用的填（tián）料知識介紹

一、填料的定義

填料泛指被填充（chōng）於其他物體中的物料。

在化學工（gōng）程（chéng）中（zhōng），填料（liào）指裝於填（tián）充塔內的惰性（xìng）固體物料，例如（rú）鮑爾環和拉西環等，其作用是增大氣-液（yè）的接觸麵，使其相互強烈混合。

在化（huà）工產品中，填料又稱填充劑，是指用以改善加工性能、製品力學性能（néng）並(或)降（jiàng）低成本的固（gù）體物料（liào）。

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

優點：結構（gòu）簡單、壓力降小、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（jí）處理腐蝕性流體（tǐ）的操作，頗為適用。

缺點：當塔頸增大（dà）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。同時填料塔還有重量（liàng）大、造價高、清理檢修麻煩、填料損耗大等缺點（diǎn）。

二（èr）、填料（liào）選用（yòng）準（zhǔn）則

填（tián）料的幾何特性數據主（zhǔ）要包括比表麵積、空隙率、填料因子等，是評價填料性能的基（jī）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（tián）料的比（bǐ）表麵積愈大，所提供（gòng）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)空隙率單位體積填料（liào）中的空隙體積稱為空隙（xì）率，以e 表示，其單位為m3/m3，或以%表示。填料的空隙率越大，氣（qì）體通過的能力越大且壓降低。因此，空隙率是評價填料性（xìng）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值，即a/e 3，稱為填料因子，以f表示，其單（dān）位為1/m。它表示填料的流體力學性能，f值越小，表（biǎo）明流動阻力越小。

填料性能優劣主要（yào）取決於：

有較大（dà）的比表麵積(m2/m3填料層)

液體在填料表（biǎo）麵有較好的均勻分（fèn）布性能

氣流能在填料層中均勻分布

調料具（jù）有較大的（de）空隙（xì）率（lǜ）(m3/m3填料層)。

在相同（tóng）的操作條件下，填料的比表麵積越大，氣液分布越均勻，表麵的潤濕性能越好，則傳質效（xiào）率（lǜ）越高;填料的空（kōng）隙率越大，結構越（yuè）開敞，則通（tōng）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（liào）綜（zōng）合性能最好，拉西環最差（chà）。

填料的選擇（zé）包括確定填料的種類（lèi）、規格及材質等。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

填料種類的選擇要考慮分離工（gōng）藝的要求,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（tián）料。

2)通量要大。在（zài）保證具有較高傳（chuán）質效率的前提下，應選擇（zé）具有較高（gāo）泛點氣速或氣相動能因子的填料。

3)填料層（céng）的壓降要低。

4)填料抗汙堵性能強，拆裝、檢修方便。

2.填料規格的選擇

填料規（guī）格是指填料的公稱尺寸或（huò）比表麵積（jī）。

(1)散裝填料規格的選擇

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

同（tóng）類（lèi）填料，尺寸越（yuè）小，分離效率越高，但（dàn）阻力增加，通量減少，填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應用（yòng）於小直徑塔中，又（yòu）會產生（shēng）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，一般塔徑與填料公稱直徑的比值D/d應大於8。

(2)規整填料規格的選擇

工業上常用規整填料的型（xíng）號和規（guī）格的表示方法很多，國內習慣用比表（biǎo）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（zhì）效率越高（gāo），但（dàn）阻力增加，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（chǎng）地條件、物料性質及設備投資、操作費用等方（fāng）麵綜合考（kǎo）慮（lǜ），使所選填料既能滿足技術（shù）要求（qiú），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。

(1)陶瓷填料

陶（táo）瓷填料具有很好（hǎo）的耐腐蝕性及耐熱（rè）性，陶瓷填料價格便宜，具有很（hěn）好的表麵潤濕性能，質脆、易碎（suì）是其 最（zuì）大缺點。在氣體吸收、氣體洗滌、液體萃取等（děng）過程（chéng）中應用較為普遍。

(2)塑料填料

塑料填料（liào）的材質主要包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)及（jí）聚氯乙烯(PVC)等，國內一般多采用聚丙烯（xī）材質。塑料填料的耐腐蝕性能較好（hǎo），可耐一般的無機酸、堿和有機溶劑的腐蝕。其耐溫性良好，可（kě）長（zhǎng）期（qī）在100℃以下使用。

塑（sù）料填料質輕、價廉，具有良好的（de）韌性，耐衝擊、不易碎，可以（yǐ）製成薄壁結構。它（tā）的通量大、壓降（jiàng）低，多用於（yú）吸收、解吸、萃取、除塵等裝置中。

塑料填料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（biǎo）麵（miàn）潤濕性能。

(3)金屬填料

金屬填料可用多種材質（zhì）製成，選擇時主要考慮腐蝕（shí）問題。

碳鋼填料造價低，且具有良好的表麵潤濕性（xìng）能，對於無腐蝕或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（bān）能耐除Cl- 以外常見物係的腐蝕，但其造價較高，且表（biǎo）麵潤濕性能較（jiào）差，在某（mǒu）些特殊場合(如極低噴淋密度下的減壓精餾過程)，需對其表麵進行處理，才（cái）能取得良好的使用效果。

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

一般來說，金屬填料可製成薄壁結構，它的通量（liàng）大、氣體阻力小，且具有很高的抗衝擊性（xìng）能，能在（zài）高溫、高壓、高衝（chōng）擊強度下（xià）使用，應用（yòng）範圍最為廣泛。

三、填料的種類

1.拉西環填料

拉西環填料於1914年（nián）由拉西(F. Rashching)發明，為外徑與高（gāo）度相等（děng）的圓環。拉西環填料的（de）氣（qì）液分布較差，傳質效率低，阻力大，通量小，工業（yè）上已較（jiào）少應用。

2.鮑爾環填料

鮑（bào）爾環（huán）填料是（shì）對拉西環的改進，在拉西環（huán）的側壁上開出兩排長方（fāng）形的窗孔，被（bèi）切開的環壁的一側仍（réng）與壁（bì）麵相連，另一側向環內彎曲，形（xíng）成內伸的舌葉，諸（zhū）舌葉的側邊在環中（zhōng）心相搭。

鮑爾環由（yóu）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，鮑爾環的氣體通量（liàng）可增加50%以上，傳質效率提高30%左右。鮑爾環是一種（zhǒng）應用（yòng）較廣的填料。

3.階梯環填料

階梯環填料是對（duì）鮑爾環的改進，與鮑爾環相比，階梯環（huán）高度減少了一半並（bìng）在一端增加了一個（gè）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大為縮短，減少了（le）氣體通過（guò）填料層的阻力。錐形翻邊不（bú）僅增加了填料的機械強度，而且使填料之間由線接觸為主變成以（yǐ）點接觸為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同（tóng）時成為液體沿填料表麵流動的匯集分（fèn）散點，可（kě）以促進（jìn）液（yè）膜的表麵更新（xīn），有利於傳質效率（lǜ）的提高。

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

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（liào）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（biǎo）麵（miàn）利用率高，流道呈弧形，流動阻力小。

其缺點是易發生套疊，致使一部分填料表麵被重合，使傳質（zhì）效率降低。弧鞍填（tián）料強度較差，容（róng）破碎，工業生產中應用不多。

5.矩（jǔ）鞍填料

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

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

6.金屬環（huán）矩鞍填料

環矩鞍填料(國（guó）外稱為Intalox)是兼顧環（huán）形和鞍形結構特點而設計出的（de）一（yī）種新型填料，該填料一般以金屬材質製成，故又稱為金屬環矩（jǔ）鞍填料。

環矩鞍填料將（jiāng）環形填料和鞍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（qiú）形填料（liào）一（yī）般采用塑料注塑而（ér）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（jun1）勻，不易產生空穴和（hé）架橋，所（suǒ）以氣液分散性能好。球形填料一般隻適用（yòng）於某些特（tè）定的場合，工程上應用較（jiào）少。

除上（shàng）述幾（jǐ）種（zhǒng）較典型的散裝填料外，不斷（duàn）有構型獨特的新型（xíng）填料開發出來，如共軛環填料、海爾環填（tián）料、納特環填料等。

8.規整填料

規整填料是按一定的幾何構（gòu）形排列，整齊堆砌的填料。規整填料（liào）種類很多，根據其幾何結（jié）構可分為格柵（shān）填料、波紋填料等。

9.格柵填料

格柵填料是以條狀單元體經（jīng）一定規則（zé）組（zǔ）合而成的，具有多種結構形式。工業上應用最早的格柵填料為木格柵填料。

應用較為普遍的有格裏奇格柵填料、網孔格（gé）柵填料、蜂窩格柵填料等，其中以格裏奇格柵填料最具代表性。 格（gé）柵填料的比表麵積較低，主要用（yòng）於要求（qiú）壓降小、負荷大及防（fáng）堵等場（chǎng）合。

10.波紋填料

波紋填料在（zài）工業上應用（yòng）的規整填料絕（jué）大部分（fèn）為波紋填料，它是由許多波紋薄板組成的圓盤狀填料，波紋與（yǔ）塔軸的（de）傾角有30°和45°兩種，組裝時相鄰（lín）兩波紋板反向靠疊。各盤填料垂直裝於塔內，相鄰的兩盤填料間交（jiāo）錯（cuò）90°排列（liè）。

波紋填料按結構（gòu）可分為網波紋填料和（hé）板（bǎn）波紋填料兩大類，其材質又有金屬、塑料和陶瓷等之分。

金屬絲網波紋填料（liào）是網波紋填料的主（zhǔ）要形式，它是由金屬絲網（wǎng）製成的。金屬絲（sī）網波紋填料的壓（yā）降低，分離效率很高，特別適用於精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物（wù）係、熱敏性物係的精餾提供了有（yǒu）效的手段。盡管其造價高（gāo），但因其性能優良仍得到了廣泛的應用。

金屬板波紋填料是（shì）板（bǎn）波紋填料的一種主要形式。該填料的波紋板片上衝壓有許多f5mm左右的小（xiǎo）孔（kǒng），可起到粗分配板片上的液體、加強橫（héng）向（xiàng）混合的作用。波紋板片上軋成細小（xiǎo）溝紋（wén），可起到細分（fèn）配板片上的液（yè）體、增強表麵（miàn）潤濕性能（néng）的作用。金屬孔板波紋填料強度（dù）高，耐腐蝕性強，特別適用於大直（zhí）徑塔（tǎ）及氣液負荷較大的場合。

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（shǔ）孔板波紋填料的主要區別在於板片表麵不是衝壓孔，而是刺孔，用輾軋方式（shì）在板片上輾（niǎn）出很密的孔徑為0.4～0.5mm小刺孔。其分離能力類似於（yú）網波紋填料，但抗堵能力比網波紋（wén）填料強，並且價格便宜，應（yīng）用（yòng）較為廣泛。