環保常用的填料知識介（jiè）紹

一、填料（liào）的定義

填料泛指被填（tián）充於其他物（wù）體中的物料。

在化（huà）學工程中，填料指裝於填充塔內的惰性固體物料，例如（rú）鮑爾環和拉西（xī）環等，其作用（yòng）是增大氣（qì）-液（yè）的接觸麵，使其相互強烈（liè）混合。

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

在汙水處理領域（yù），主要用於接觸氧化工藝，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（chù），對汙水進行降解處理。

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（qì）體吸收、真空蒸餾以及處（chù）理腐（fǔ）蝕性流體的操作，頗為適用。

缺點：當塔頸增大時，引起氣液分布不均、接觸不良等，造成（chéng）效率下降，即稱為放大效（xiào）應。同時填料塔（tǎ）還有重量大、造價高、清（qīng）理檢修麻（má）煩、填料損耗大等（děng）缺點。

二、填料選用準則

填（tián）料的幾何特性數據主要包括比（bǐ）表麵積、空隙率、填料因子等，是評（píng）價填料性（xìng）能的基本參（cān）數。

(1)比表（biǎo）麵積單位體積填料的填料表麵積稱為比（bǐ）表麵積，以a表示，其單位為m2/m3。填料的（de）比表麵積愈大，所提供的氣液傳質麵（miàn）積愈（yù）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（tǐ）積（jī）填料中的（de）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（tián）料的空隙率越大，氣體通過的能力越大且壓降低。因此，空隙率是評價填料性能優劣的又一重（chóng）要指（zhǐ）標。

(3)填料因子填料的比表麵積（jī）與（yǔ）空隙率三次方的（de）比值，即a/e 3，稱（chēng）為（wéi）填料因子，以f表（biǎo）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（xìng）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布（bù）性（xìng）能

氣流能在填（tián）料層中均勻分布

調（diào）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（biǎo）麵積越大，氣液分（fèn）布越均勻，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，結構越開敞，則通量越大（dà），壓降亦越低。

采用模糊數學方（fāng）法對九種常用填料的性（xìng）能進行了評價，絲網波紋填料綜合性能最好，拉西環最差。

填料（liào）的選擇包（bāo）括確定填料的種類、規格及材質等。所選（xuǎn）填料既要滿足生產工藝的（de）要求，又要使設備投資和操作費用最低。

1.填（tián）料種（zhǒng）類的選擇

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

1)傳質效率要高。一般而言，規整填料的傳質效率（lǜ）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)填料層的壓降（jiàng）要低。

4)填料抗汙堵（dǔ）性能強，拆裝、檢（jiǎn）修方便。

2.填（tián）料規格的選擇（zé）

填料規格是指填料的公稱尺寸或比表麵積。

(1)散（sàn）裝填料規格的選擇

工（gōng）業塔常用的散裝填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等（děng）幾種規格。

同類填（tián）料，尺寸越小，分離（lí）效率越高，但阻力增加，通量（liàng）減少，填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應用於小直徑塔中（zhōng），又會產生液體分布不良及嚴重的壁（bì）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（yīng）大於8。

(2)規整填料規格的選擇

工業上常用規整填料的型號和規格的表示方（fāng）法很多，國內習慣（guàn）用比表（biǎo）麵積表示，主要（yào）有125、150、250、350、500、700等幾（jǐ）種規格。

同種類型的規整填料，其（qí）比表麵積越大（dà），傳質效率越高（gāo），但（dàn）阻力增（zēng）加，通量減少，填（tián）料費用也明顯增（zēng）加（jiā）。

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

3.填料材質的選（xuǎn）擇（zé）

填料的材質分為陶瓷、金屬和塑料（liào）三（sān）大類（lèi）。

(1)陶瓷填料（liào）

陶瓷填料具有很好的耐腐蝕性及耐（nài）熱性（xìng），陶（táo）瓷填料價格便宜，具有（yǒu）很好的表麵潤濕性能，質脆、易碎是其 最大缺點。在（zài）氣體吸收、氣體洗滌（dí）、液體萃取等過（guò）程中應用較為普遍。

(2)塑料填料

塑（sù）料填料的（de）材質主要包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)及聚氯乙烯(PVC)等，國內一般多采用聚丙烯材質。塑料填料的耐腐蝕性能較好，可耐一般的無機（jī）酸、堿和有機溶（róng）劑的腐蝕（shí）。其耐溫性良好，可長期（qī）在100℃以下使用。

塑料填料質輕、價廉，具有良好的韌性，耐衝擊、不易碎，可以製成薄壁（bì）結構。它的通量大、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（quē）點是表麵潤濕性能差（chà），但可通過（guò）適（shì）當的（de）表麵處理來改善其表麵潤濕性能。

(3)金屬填料

金屬填料可用多種材質製成，選擇時主要考慮腐蝕問題。

碳鋼（gāng）填（tián）料造價低，且具有良好的表（biǎo）麵潤濕性能，對於無腐（fǔ）蝕或低腐蝕性物係應優先考慮使用。

不鏽鋼（gāng）填料耐腐蝕性強，一般能耐除Cl- 以外常見物係的腐蝕，但其（qí）造價較高，且表麵潤濕性（xìng）能較差，在某些特（tè）殊場合(如極低噴淋密度下（xià）的減壓精餾過程)，需對其表麵進行處理（lǐ），才能取得良好的使用效果。

鈦材、特種合金鋼等材質製成的填料造價很高，一般隻在某些（xiē）腐蝕性（xìng）極強的物係下使用（yòng）。

一般來說，金屬（shǔ）填料可製成薄壁結構，它的通量大、氣體阻力（lì）小，且（qiě）具有很高的抗衝擊性能，能在高溫、高壓、高衝擊強度下使用，應（yīng）用範圍最為廣泛。

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（fā）明，為（wéi）外徑與高度相等的圓環。拉西環填料的氣液分布較差，傳質效率低，阻力大，通量小，工業上已較少應用（yòng）。

2.鮑爾環（huán）填（tián）料

鮑（bào）爾環填料是對拉西環的改進，在拉西環的側壁上（shàng）開出兩排長方形的窗孔（kǒng），被切開的環壁的一側仍與壁麵相連，另一側向環內彎曲，形成內伸的舌葉，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（huán）內（nèi）空間及環內表麵的利用率（lǜ），氣流阻力小，液體分布均（jun1）勻。與拉西（xī）環相比，鮑爾環的氣體通量可增加50%以（yǐ）上（shàng），傳質效率提高30%左右。鮑爾環是一種應用較廣的填料。

3.階梯環填料

階梯（tī）環填料是對鮑爾環的改（gǎi）進，與鮑爾環相比，階梯環高度減（jiǎn）少了一半並在（zài）一端增加了一個錐形翻邊。

由於高（gāo）徑比減少，使得氣（qì）體繞填料外壁的平均路徑大（dà）為縮短，減（jiǎn）少（shǎo）了氣（qì）體通過填料層的（de）阻力。錐形翻邊不僅增加（jiā）了填料的機械強度，而且使填料之間由（yóu）線（xiàn）接（jiē）觸為（wéi）主變成以（yǐ）點接觸為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時成為液體沿填料（liào）表麵流動的匯（huì）集分散點，可以（yǐ）促進液膜的表麵更新，有利於傳質效率的提高（gāo）。

階（jiē）梯環的（de）綜合性能優於鮑爾環，成為所使用的環形填料中最為優（yōu）良的一種。

4.弧鞍填料

弧鞍填料屬鞍形填（tián）料的一種，其形狀如同馬鞍，一般（bān）采用瓷質材料製成（chéng）。

弧鞍填料的特（tè）點是表麵全部（bù）敞開，不（bú）分內外（wài），液（yè）體在表麵兩側均勻流動，表麵利用率高，流道呈弧形，流動阻力（lì）小。

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

5.矩（jǔ）鞍填料

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

矩鞍填料堆積時不會（huì）套疊，液體分（fèn）布較均勻（yún）。矩鞍填料一般采用（yòng）瓷質材（cái）料製成，其性能優於拉西環（huán）。國內絕大多數應用（yòng）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（guó）外（wài）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（tián）料一般以金屬（shǔ）材質（zhì）製成，故又稱為金屬環矩鞍填料。

環（huán）矩（jǔ）鞍填料（liào）將環形（xíng）填料和鞍形填（tián）料（liào）兩者的優點集於一體，其綜合性能優於鮑爾（ěr）環和階梯（tī）環，在散裝填料中應（yīng）用較多。

7.球（qiú）形填（tián）料

球形（xíng）填料一般（bān）采用塑料注（zhù）塑（sù）而成，其結構有多種。球形填料的特點是（shì）球（qiú）體（tǐ）為空心，可以允許（xǔ）氣體、液體從其內部通（tōng）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（yǐ）氣液分散性能好。球（qiú）形填料一般隻適用（yòng）於某（mǒu）些特（tè）定（dìng）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（dú）特的新型填料開發出來，如共軛（è）環填料、海爾環填料、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（zhěng）齊堆砌的填料。規整填料種（zhǒng）類很多，根（gēn）據其幾何結構可分為格柵填（tián）料、波紋填料等。

9.格柵填料

格（gé）柵填料是以條狀單（dān）元（yuán）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（gé）柵填料為木格柵填料。

應用（yòng）較為普遍的有格裏奇格柵填料、網孔格柵填料、蜂窩格柵填料等（děng），其中以格裏奇格柵填料最具代表（biǎo）性。 格柵填（tián）料的比表麵積較低，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

波紋填料（liào）在工業上（shàng）應用（yòng）的規（guī）整填料絕大部分為波（bō）紋填料，它是由許多波紋薄（báo）板組成的（de）圓盤狀填料，波紋與（yǔ）塔軸的傾角有30°和45°兩（liǎng）種，組（zǔ）裝時相鄰兩波紋板（bǎn）反向靠疊。各盤（pán）填料垂直裝於塔（tǎ）內，相鄰的兩盤填料間交錯90°排列。

波紋填料按結構可分為網波紋填料和板波紋填料（liào）兩大類（lèi），其（qí）材質又有金屬、塑料和陶（táo）瓷等之分。

金屬絲網波紋填料是網波紋填料（liào）的（de）主要形式，它是由金屬絲網製成（chéng）的。金屬絲網波紋填料的（de）壓（yā）降低，分離效率很高，特別適用於精密精（jīng）餾及真空精餾裝置，為難分離物係（xì）、熱敏性物係（xì）的精餾提供了有效的手段。盡管其造價高（gāo），但因其性（xìng）能（néng）優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（bǎn）片上（shàng）衝壓有許多（duō）f5mm左右的小（xiǎo）孔，可起到（dào）粗分配板片上的液體、加強橫向混合的作用。波紋板片上軋（zhá）成細小溝紋，可起到細分（fèn）配板片上的液（yè）體、增強表麵潤濕性能的作用。金屬孔板波紋填料強度高，耐腐蝕性強，特別適用於（yú）大直（zhí）徑塔及氣液負荷較大的場合。

金（jīn）屬壓延孔板波紋填（tián）料是另（lìng）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於板片表麵不是衝壓孔，而是刺（cì）孔，用輾軋方式在板片上輾出很密的孔徑為0.4～0.5mm小刺（cì）孔。其分離能力（lì）類似於網波紋（wén）填料，但抗堵能力比網波紋填料強，並且價（jià）格便宜，應用較為廣泛。