環保常（cháng）用的填料知識（shí）介紹

一、填料的（de）定義

填料泛指被填充於（yú）其他物體中的物料。

在化學工程中，填料指裝（zhuāng）於填充塔內的惰性固體物料，例如鮑爾環和拉西環等，其作用是（shì）增（zēng）大氣-液的接觸麵，使其相互強烈混合。

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

在汙水（shuǐ）處理領（lǐng）域，主要用於接觸氧化工藝，微生物會（huì）在填料（liào）的表麵進行累積，以增大與（yǔ）汙水的表麵接觸，對（duì）汙（wū）水進行降解處理。

優點：結構簡單、壓力（lì）降小、易（yì）於用（yòng）耐腐蝕非金屬（shǔ）材料製造等。對於（yú）氣體吸收、真空蒸（zhēng）餾以（yǐ）及處理（lǐ）腐蝕（shí）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，造成效率下降，即稱為放大（dà）效應（yīng）。同時填料塔還有重量大、造價高、清理（lǐ）檢修麻煩、填料損耗大（dà）等缺點。

二、填料選用準則

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

(1)比表（biǎo）麵（miàn）積單位（wèi）體積填料的填料（liào）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，所提供的氣液傳質麵積愈大。因此，比表麵積是評價填料性能優劣（liè）的一個重要指標。

(2)空隙（xì）率單（dān）位體積填料中（zhōng）的空隙體積稱為空隙率，以e 表示，其單位為m3/m3，或以%表示。填料的（de）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（yōu）劣的又一重要指標。

(3)填料因子填料的比表麵積與（yǔ）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。

填料性能優劣主要取決於（yú）：

有較大的比表麵（miàn）積(m2/m3填料層)

液（yè）體在填料表麵有較好的均（jun1）勻分布（bù）性能

氣流（liú）能在填料層中均勻分（fèn）布（bù）

調料具有較大的空（kōng）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;填料的空隙率越大，結構（gòu）越開敞，則通量越大，壓降亦越低。

采用（yòng）模糊數學方法對九種常用（yòng）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（tián）料的選擇包括確定填料的種類、規（guī）格及材質等。所（suǒ）選（xuǎn）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（zuì）低。

1.填料種類的選擇（zé）

填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求,通常考慮以（yǐ）下幾個方麵：

1)傳質效（xiào）率要高。一般而言，規整填（tián）料的傳質（zhì）效率高於散裝（zhuāng）填料。

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

3)填（tián）料層（céng）的壓降要低。

4)填料抗（kàng）汙堵（dǔ）性能強（qiáng），拆裝（zhuāng）、檢修方便。

2.填料規格的選擇

填料規格是指填料（liào）的（de）公稱尺寸或比表麵積。

(1)散裝填料規格的選擇

工業塔（tǎ）常用（yòng）的散裝填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等（děng）幾（jǐ）種規格。

同類填料，尺寸越（yuè）小，分離效率越高（gāo），但阻力增（zēng）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，又會產生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（yǒu）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（yè）上常用規整填料的型號和規（guī）格的表示方（fāng）法很多，國內習慣用比表麵積（jī）表示，主要有125、150、250、350、500、700等幾種規格（gé）。

同種類（lèi）型（xíng）的規整填料，其比表麵積越大，傳質效率越高，但阻力增（zēng）加（jiā），通量（liàng）減少，填料費用也明顯增加。

選用時應從分離要求、通量要求、場地條件（jiàn）、物料性質及設（shè）備投資、操作費用等方麵綜合考慮，使所選填（tián）料（liào）既能滿足技術要求，又具有（yǒu）經（jīng）濟合理性。

3.填（tián）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（cí）填料

陶（táo）瓷填料具有（yǒu）很好的耐腐蝕性及耐熱性，陶瓷填料價格便宜（yí），具有很好的表麵潤濕性（xìng）能，質脆、易碎是其 最（zuì）大缺點。在氣（qì）體吸收、氣體洗滌、液體萃取等過程中（zhōng）應用較（jiào）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（jí）聚氯乙烯(PVC)等，國（guó）內一般多采用聚丙（bǐng）烯材質。塑料填（tián）料的耐腐蝕性能較好，可耐一般（bān）的無機酸、堿和有機溶劑的腐蝕（shí）。其耐溫性良好，可長期在100℃以下（xià）使用。

塑料填料質輕、價廉，具有良好的韌（rèn）性，耐衝擊、不易碎，可以製成薄壁結構。它的通（tōng）量大、壓降低，多用於吸收、解吸、萃取、除塵等（děng）裝置中。

塑料填（tián）料的缺點是表麵潤濕性能差，但可通過適（shì）當的表麵處理（lǐ）來改善其表麵潤濕性能。

(3)金屬填料

金屬填料可用多種材（cái）質製成，選擇時主要考慮腐蝕問題。

碳鋼填料造價低，且具有良好的表麵潤濕性能，對於（yú）無腐蝕或低腐蝕性物（wù）係（xì）應優先考慮使用。

不鏽鋼填料耐腐蝕性強，一般能耐除Cl- 以外常見物係的腐蝕，但其造價較高，且表麵潤濕性能較差，在某些特殊場合(如極（jí）低噴淋密度下的減壓精餾過（guò）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（zhǒng）合金鋼等材質製成的填料（liào）造價很高，一（yī）般（bān）隻在某些（xiē）腐蝕性極強（qiáng）的物係（xì）下使用。

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

三、填料的種（zhǒng）類

1.拉西環填料

拉西環填料於1914年由拉西(F. Rashching)發（fā）明（míng），為外徑與高度相等的圓環。拉西環填（tián）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。

2.鮑爾環填料

鮑爾環填料是對拉西環（huán）的改進，在拉西（xī）環（huán）的側壁上開出兩排長（zhǎng）方形的窗孔，被（bèi）切開（kāi）的環壁（bì）的一側仍與壁麵相連，另一側向環內彎（wān）曲，形成內伸的舌（shé）葉，諸舌葉的側邊在環（huán）中心相搭。

鮑爾環由於環壁（bì）開（kāi）孔，大大提高了環內空間及環內（nèi）表麵的利用率，氣流阻力小，液體分（fèn）布均勻。與拉西環相比，鮑爾環的氣體通量可增加50%以上，傳質效率提高30%左右。鮑爾環是（shì）一種應用較廣的填料。

3.階梯環填料

階梯環（huán）填料是對鮑爾環的改進，與鮑爾環相比，階梯環高度減少了一半並（bìng）在一端增加了一個（gè）錐形翻邊。

由於高徑比（bǐ）減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑（jìng）大為縮短，減少了氣體通過填料層的（de）阻力。錐形翻邊不僅（jǐn）增加了（le）填料的（de）機械強度，而且使填料（liào）之間由線接觸為（wéi）主變成以點接觸（chù）為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時成為液體沿填料表麵流動的匯集分散（sàn）點，可以促進液膜的表麵更新，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（wéi）所使用的環形填料中最（zuì）為優良的（de）一種。

4.弧鞍填料

弧鞍填料屬（shǔ）鞍形填料的一種（zhǒng），其形狀如同馬鞍，一（yī）般采用瓷質材（cái）料製成（chéng）。

弧鞍填料的特點是表（biǎo）麵全部敞開，不分（fèn）內外，液體在表麵（miàn）兩側均勻流動，表麵利用（yòng）率高，流道呈弧形，流動（dòng）阻力（lì）小（xiǎo）。

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

5.矩鞍（ān）填料

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

矩鞍填料堆積時不會套疊，液體分布較均勻。矩鞍填料一般（bān）采用瓷質材料製成，其性能（néng）優於拉西（xī）環。國內絕大（dà）多數（shù）應用瓷拉西環的場合，均已（yǐ）被瓷矩鞍（ān）填料所取代。

6.金屬（shǔ）環矩鞍填料

環矩鞍（ān）填料(國外稱為Intalox)是兼顧環形（xíng）和（hé）鞍形結構特（tè）點（diǎn）而設計出的一種新型填料，該填料一般（bān）以金屬材質製（zhì）成，故又稱為金屬環矩（jǔ）鞍填料。

環矩（jǔ）鞍填（tián）料將環（huán）形填（tián）料和鞍形填料兩者的優點集於（yú）一體，其綜合性能優於鮑爾環和（hé）階梯環，在散裝填料中應用（yòng）較多。

7.球形填料

球形填（tián）料一般采用塑料注塑而成，其結構有多種。球形填料（liào）的特點是（shì）球體為空心，可（kě）以允許氣（qì）體（tǐ）、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，不易產生空穴和架橋，所以氣液分散性能好。球形填料（liào）一般（bān）隻適用於某些特定（dìng）的場合，工程上（shàng）應用較少。

除上述幾種較典型的散裝填料（liào）外，不斷有構型獨特的（de）新型（xíng）填（tián）料開發出來，如共軛環填料（liào）、海爾環填（tián）料、納特環填料等。

8.規（guī）整填料

規整填料是按一定（dìng）的幾何構形排列，整齊堆砌的（de）填料（liào）。規整填料種類很多，根據其幾何結構可分（fèn）為格柵填料、波紋填料等。

9.格（gé）柵填料

格柵填料是以條狀單元體（tǐ）經一定規（guī）則組合而成的，具有多種結（jié）構形式。工業上應用最早的格柵填料（liào）為（wéi）木格柵填料。

應用較（jiào）為普遍的（de）有格裏奇格柵填料、網（wǎng）孔格柵填料（liào）、蜂窩格柵填料等，其中以格裏奇格柵填料最具代表性。 格柵（shān）填料的比表麵積較低，主要（yào）用（yòng）於要（yào）求壓降小、負荷大及防堵等場合。

10.波紋（wén）填料（liào）

波紋填（tián）料在工業上應用的規整填料絕大部分為波（bō）紋填料，它是由許多波紋薄板組（zǔ）成的（de）圓盤狀填（tián）料，波紋與（yǔ）塔軸（zhóu）的（de）傾角有30°和45°兩種，組裝時相鄰兩（liǎng）波紋板反向靠疊（dié）。各（gè）盤填料垂（chuí）直裝於塔內，相鄰的兩盤填料間交錯90°排列。

波紋填（tián）料（liào）按結構可（kě）分為網波紋填料和板波紋填料兩大類，其材質又有金屬、塑料和陶瓷等之分（fèn）。

金屬絲網波紋填料是網波紋填料的主要形式，它是由金屬絲網製成的。金屬絲網波（bō）紋（wén）填料的壓降低，分離效率很高，特別適用於精密精餾及真空精餾裝（zhuāng）置，為難分離物係、熱敏性物係（xì）的（de）精餾提供了有效的手（shǒu）段。盡（jìn）管其造價高，但因其性能優良仍（réng）得到了廣泛的應用。

金屬板（bǎn）波紋填料（liào）是板波紋填料的一種主要形式。該填料的波紋板片上衝（chōng）壓有許多（duō）f5mm左右的小孔，可起到粗分配板片上的液（yè）體、加強橫向混合的作用。波紋板片上軋成細小（xiǎo）溝紋（wén），可起到細分配板片上的液體、增強表麵潤濕性能的作用。金屬孔板波紋填料強度高（gāo），耐腐蝕性強（qiáng），特別適（shì）用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是另一種（zhǒng）有代表性的（de）板波紋填料。它與金屬孔板波紋填料的主要區別在（zài）於板片表麵不是衝壓孔，而是刺孔，用輾（niǎn）軋（zhá）方（fāng）式在板（bǎn）片上輾（niǎn）出很密的孔徑為0.4～0.5mm小（xiǎo）刺孔。其分離能力類似於網波紋填料，但抗堵能力比網波紋填料強，並（bìng）且價格便宜，應（yīng）用較為廣（guǎng）泛。