有機（jī）廢（fèi）氣處理設備 洗滌塔中常見的填料（liào）

在很多VOCs廢氣（qì）治（zhì）理項目中，洗滌（dí）塔（tǎ）是常見的（de）預處理/治理設（shè）備，但洗滌塔內如何根（gēn）據VOCs成（chéng）分及風量進行合理設計？這裏涉及眾多化工知識，例如需要（yào）如何涉及塔高，直徑，確定（dìng）風速，確定洗滌液的循環量等等（děng）問題。甚至，如果該（gāi）洗滌塔為（wéi）填料塔（tǎ），填料層如何設計，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（yīng）的特點。

一、填料的定義

填料泛指被填充於其（qí）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（duò）性固體物料，例如鮑爾（ěr）環和拉西環等（děng），其作用是增大氣（qì）-液的接觸麵，使其相互強烈混合。

在化工產品中，填料又稱填充劑，是指用以改善加（jiā）工性（xìng）能、製（zhì）品力學性能（néng）並(或)降（jiàng）低成本的（de）固體物料。

在汙水處（chù）理領域，主要用於接觸氧化工藝（yì），微生物會在填料的表麵進行累積，以增大與汙（wū）水的表（biǎo）麵接觸，對汙水進行降解處理。

優點：結構簡單、壓力降小、易於用耐腐蝕（shí）非金屬材料製造等。對於氣（qì）體吸收、真（zhēn）空蒸餾以及處理腐蝕（shí）性流體的操作，頗為（wéi）適用。

缺點：當塔頸增大時（shí），引起氣液分布不均、接觸不良等（děng），造成效率下降，即稱為放大效應。同時（shí）填料塔（tǎ）還有重量大、造價高、清理檢修麻煩、填料損耗大等（děng）缺點。

二、填料選用準則

填料的幾何特性數據主要包括比表麵（miàn）積、空隙率、填料因子等，是評（píng）價填料性能的基本參數。

(1)比表麵積單（dān）位（wèi）體積填料的填料表（biǎo）麵積稱為比表麵積，以a表示，其單位為（wéi）m2/m3。填料的（de）比表麵（miàn）積愈大，所提（tí）供的氣液傳質麵積愈大。因此，比表麵積是評價填料（liào）性能優劣的一個重要指標。

(2)空隙率單位體積填（tián）料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（xì）率越（yuè）大，氣（qì）體通過的能力越大且壓（yā）降低。因此，空隙率是評價（jià）填料性能（néng）優劣的又一重要指標（biāo）。

(3)填料因子（zǐ）填料的比表麵積與空隙率三次方的比值，即a/e 3，稱（chēng）為（wéi）填（tián）料因（yīn）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（yuè）小，表明流動（dòng）阻力越小。

填料性能優劣主要取決於：

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（fèn）布性能

氣流能在填料層中均勻分布

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（tián）料的比表麵積越（yuè）大，氣液分布越（yuè）均勻，表麵的潤濕性能越好，則傳質效率越高;填料的空隙（xì）率越大，結構（gòu）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，拉西（xī）環最（zuì）差。

填料的選擇包括確定填料的種類、規格及材質等。所選填料既要滿（mǎn）足生產（chǎn）工藝的要求，又要使（shǐ）設（shè）備投資和操作費（fèi）用最低。

1. 填料種類的（de）選擇（zé）

填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求,通常（cháng）考慮以下（xià）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散裝（zhuāng）填料。

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

3)填料層的（de）壓降要低。

4)填料抗汙堵性能（néng）強，拆裝、檢修方便。

2.填料規格的選（xuǎn）擇

填料規格是指填料（liào）的（de）公稱（chēng）尺寸或比表麵積。

(1)散裝填料規格的選擇

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

同類填料，尺寸越小，分離效率越高（gāo），但阻力增加，通量減少，填料費用也增（zēng）加（jiā）很多。而大尺寸的（de）填料應用於小直徑塔（tǎ）中，又會產生液體分布不良及（jí）嚴（yán）重的（de）壁流，使塔的分離效率降低。

因此，對塔徑與填料尺寸的（de）比值要有一規定（dìng），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（de）選擇

工業上常用規整填料的型號和規格的表示方法（fǎ）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（chuán）質效率越高，但阻力增加，通（tōng）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、場地條（tiáo）件、物料性質（zhì）及設備投資、操作費（fèi）用等方麵綜合考慮，使所選填料既能滿足技術要求，又（yòu）具有經濟合理性。

3.填料（liào）材質的選擇

填料的（de）材質分為陶瓷、金屬和塑料三大類。

(1)陶瓷填料

陶（táo）瓷填料具有很好的耐（nài）腐蝕性及耐熱性，陶瓷填料價格便宜（yí），具有很好的表麵潤濕性能，質脆、易碎是其 最大缺點。在氣體吸收（shōu）、氣體（tǐ）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包括聚丙烯(PP)、聚乙（yǐ）烯(PE)及聚氯乙烯(PVC)等，國內一般多采用（yòng）聚丙（bǐng）烯（xī）材質。塑料填料的耐腐蝕性能較好，可耐（nài）一般的無機酸、堿和有機溶劑的（de）腐蝕。其耐溫性良好（hǎo），可長期在100℃以下使用。

塑料填料質輕、價廉，具（jù）有良好的韌性，耐衝擊、不易碎（suì），可以製成薄壁結構。它的通（tōng）量大、壓（yā）降低，多用於吸（xī）收、解（jiě）吸、萃取（qǔ）、除塵等裝置中。

塑料填料的缺點是表（biǎo）麵潤濕性能差，但可通過適當（dāng）的表麵處理來改（gǎi）善其表麵潤濕性能。

(3)金屬填料

金屬填料可（kě）用多種材質製成，選擇時主要考慮腐蝕問題。

碳鋼（gāng）填料（liào）造價低，且具有良（liáng）好的表麵潤濕性能，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（chú）Cl- 以外常見物係（xì）的腐蝕，但其造價較高，且表麵潤濕性（xìng）能（néng）較差（chà），在某些特殊場合(如極（jí）低噴淋密度下（xià）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、特種（zhǒng）合金鋼等材（cái）質製成的填料造價很高（gāo），一般（bān）隻在某些腐蝕性極強的物係下使用。

一（yī）般來（lái）說，金屬填料可製成薄壁結構，它（tā）的通量大、氣體阻力小，且具有很高的抗衝擊（jī）性能，能在高溫、高壓、高衝擊強度下使用，應用範圍最為廣泛。

三（sān）、填料的種類

1.拉西環填料

拉西環填料於1914年由（yóu）拉西(F. Rashching)發明（míng），為外徑與高度（dù）相等的圓環（huán）。拉西環填（tián）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）西環的側壁上開出兩排長方形的窗（chuāng）孔，被（bèi）切開的環壁的一側仍與壁（bì）麵相連，另一側向環（huán）內彎曲，形成內伸（shēn）的舌葉，諸舌葉的側邊（biān）在環中心相搭。

鮑爾環由於環壁開（kāi）孔，大大提高了環內空間及環內表麵的利用率，氣流阻力小（xiǎo），液體分布均勻。與拉西環相比，鮑爾環的氣（qì）體通量可（kě）增加50%以上，傳質效率提高30%左右。鮑爾環是一種應用（yòng）較廣的填料。

3.階梯環填料

階梯環填料是（shì）對鮑爾環的改進，與鮑爾環相比，階梯（tī）環高度減（jiǎn）少了一半並在一端增加了一（yī）個錐形翻邊。

由於（yú）高（gāo）徑比減少，使得氣體繞填（tián）料外（wài）壁的平均路（lù）徑大為縮短，減少了氣體通過（guò）填料層（céng）的阻力。錐形翻邊不僅增加了填料的機械強度，而且使填料（liào）之間由線接觸為主變成（chéng）以點接觸為主，這樣不但增（zēng）加了填（tián）料間的空隙，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（lǜ）的提高。

階梯環的綜合（hé）性能優於鮑爾環，成為（wéi）所使用的環形填料中最為優良的（de）一（yī）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（zhì）成（chéng）。

弧鞍填料的特點是表麵全部敞開，不分內外，液體在表（biǎo）麵兩側均勻流動，表麵利用（yòng）率（lǜ）高，流（liú）道（dào）呈弧形，流動阻力小。

其缺點是易發生套疊，致使一部分（fèn）填料表麵被重合（hé），使傳質效率降低。弧（hú）鞍（ān）填料強度較差，容破碎，工業（yè）生產中應用不多。

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麵，且（qiě）兩麵（miàn）大小不等，即成為矩鞍填料。

矩鞍填料堆積時不會套疊，液（yè）體分布較均勻。矩鞍填料一般采用瓷（cí）質材料（liào）製（zhì）成，其性能優於拉西環（huán）。國內（nèi）絕大多數（shù）應用瓷拉西環的場合，均已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)是兼顧環形（xíng）和（hé）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，故又稱為金屬環矩鞍填料。

環矩鞍填料將環形填料和鞍形填（tián）料兩（liǎng）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（tián）料中應用較多。

7.球形填料

球形填料（liào）一般采（cǎi）用塑料注塑（sù）而成，其結構有多種。球（qiú）形填料的特點是球體為空（kōng）心，可以允許（xǔ）氣體、液體（tǐ）從其內部通過。由於球體結構的對稱性，填料裝填密度均勻，不易產生空穴和架橋，所以氣液分散性能好。球（qiú）形填料一（yī）般（bān）隻適用於某些特（tè）定的場合，工（gōng）程上應用較少。

除上（shàng）述（shù）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（chū）來，如共軛環填料、海爾環填料、納（nà）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。規整填料種（zhǒng）類（lèi）很多，根據（jù）其幾何結構可分為格柵填料、波紋填料等。

9.格柵填料

格柵（shān）填料是以條狀單元體經一定規則組合而成的（de），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（tián）料。

應用較為普遍的有格裏奇（qí）格（gé）柵填料、網孔格柵填料、蜂窩（wō）格柵（shān）填料等（děng），其中以格裏奇格柵填料最具代表性。 格柵填料的（de）比表麵積較低，主要用於要求壓降（jiàng）小、負荷大及（jí）防堵等場合（hé）。

10.波紋填料

波紋（wén）填（tián）料在工業上應用的規整填（tián）料絕大部分為波紋（wén）填（tián）料，它是由許（xǔ）多波紋薄板組成的圓盤狀填料，波紋（wén）與塔軸（zhóu）的傾（qīng）角有30°和（hé）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（lín）的兩盤（pán）填料間交錯90°排列。

波紋（wén）填料按結構可分為（wéi）網波紋填料和板波紋填料兩大類，其材質又（yòu）有金屬、塑（sù）料和陶瓷等之分。

金屬絲網波紋填料是網波（bō）紋填料的主要（yào）形式，它是由金屬絲網製成的（de）。金屬絲網波紋填料的（de）壓降（jiàng）低，分離效率很高（gāo），特別適用於精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物係、熱敏性（xìng）物係的精餾提（tí）供了有效的手段。盡管其造（zào）價高，但因（yīn）其（qí）性能優良仍得到了廣泛的應用。

金屬板波紋填料是板波紋（wén）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（de）小孔，可起到粗分配板片上的液體、加強橫向混合的作（zuò）用。波紋板片上軋成細小溝紋，可起到細分（fèn）配板片上的液體、增強表麵潤濕性能的作（zuò）用。金屬孔（kǒng）板波紋填料強（qiáng）度高，耐腐蝕性強，特別適用於大直徑塔及氣（qì）液負荷較大的場（chǎng）合。

金屬壓延孔板波紋填料是（shì）另一種有代表性的板波紋填料。它與（yǔ）金屬孔板波紋（wén）填料的主要區別在於板（bǎn）片表麵不是衝壓孔，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（néng）力類似於網波紋填料，但抗堵能力比網波紋填料強，並且價格便宜，應（yīng）用較為廣泛。

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