有機廢氣處理（lǐ）設備 洗滌塔中常見的填料

在很多VOCs廢氣治理（lǐ）項目中（zhōng），洗滌塔是常見的預處理/治理設備，但（dàn）洗（xǐ）滌塔內如何（hé）根據VOCs成分及風量進（jìn）行合理設計？這裏涉（shè）及（jí）眾多化工知識，例如（rú）需要如何涉及塔（tǎ）高，直（zhí）徑，確定風速，確定洗滌液（yè）的循環量等等問題。甚至，如果該洗滌塔為填料塔，填（tián）料層如何（hé）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（lǐ）中，洗滌塔中的填料種類及對應的特點。

一、填料的定（dìng）義

填料泛指（zhǐ）被填充於其他物體中的物料。

在化學工程中，填料指裝於填充塔內的惰性固體（tǐ）物料，例如鮑爾環和拉西環等，其作用是增大（dà）氣-液的接觸麵，使其相互強烈混合。

在（zài）化工產品中（zhōng），填料又稱填充劑，是指用以改善加工（gōng）性能、製（zhì）品力學性能並(或)降低成本（běn）的（de）固體（tǐ）物料。

在汙水處理領域，主要用（yòng）於（yú）接觸氧化工藝，微生物會在填料的表麵進行累積（jī），以增大與汙水的表（biǎo）麵接觸，對汙水進行降（jiàng）解處理。

優點：結構（gòu）簡單、壓力降小、易於用耐腐（fǔ）蝕非金屬材料製造等。對於氣體吸收、真空（kōng）蒸餾以及處理腐（fǔ）蝕性（xìng）流體的操作，頗為適用。

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

二、填料選用準則

填料的幾何特性數（shù）據（jù）主要包括（kuò）比表麵積、空隙率、填（tián）料因子等（děng），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（jī），以a表示，其單位為m2/m3。填料的比表麵積（jī）愈大，所提供的（de）氣液傳質麵積愈大（dà）。因此，比表麵積是評價（jià）填料性能優劣的一個重要指標。

(2)空隙率單位體積填料中的空隙體積稱為空隙率，以（yǐ）e 表示，其單位為m3/m3，或（huò）以%表示。填料的空隙率越大，氣體通過的能力越大且壓降低。因此，空隙率是評（píng）價（jià）填料性能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（de）比值，即a/e 3，稱為填（tián）料因子，以f表示，其單位（wèi）為1/m。它表（biǎo）示填料的流體力學性能，f值越小，表明流動阻力越小。

填料（liào）性能優劣主要取決於：

有較大的（de）比表麵積(m2/m3填料層)

液體在填料（liào）表麵（miàn）有較好的均（jun1）勻分布性能

氣流能在填料層中均勻分（fèn）布

調料具（jù）有較大的空隙率(m3/m3填料層（céng）)。

在（zài）相同的操作條件下，填料的比表麵積越大，氣液分布越均勻，表麵的（de）潤濕（shī）性能越好，則傳（chuán）質效率（lǜ）越高;填料的空隙率越大，結構（gòu）越開敞，則通量越（yuè）大，壓降亦越低（dī）。

采用模糊數學方（fāng）法對九種常用填（tián）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（tián）料的選擇包括確定填料的種類、規格及材質（zhì）等。所選填料既要滿足生產工藝的要（yào）求，又要使設備投資和（hé）操作費用最低。

1. 填（tián）料種類的選擇

填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求,通常考慮以下幾個方麵：

1)傳質效率要高（gāo）。一般而言，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（chuán）質（zhì）效（xiào）率的（de）前提下，應選擇具有較高泛點氣速或氣相動能因子的填料（liào）。

3)填料層的壓降要（yào）低。

4)填料抗汙堵性能強，拆裝、檢修方便。

2.填料規格的選擇

填料規格是指填料的（de）公稱尺寸或比表（biǎo）麵積。

(1)散裝填料規格的選擇

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

同類填料，尺（chǐ）寸越小，分（fèn）離效率越（yuè）高，但（dàn）阻（zǔ）力增加，通量減少，填料費用也（yě）增加很多。而大（dà）尺寸的填料應用於小直徑塔中，又會（huì）產生液體分布不良及嚴重的壁流，使塔的分離效率降低（dī）。

因此，對塔徑與填料尺寸的比值（zhí）要有一規（guī）定，一般塔徑與填料公稱直徑的比值D/d應大於8。

(2)規（guī）整填料規格的選擇（zé）

工業上常（cháng）用規整（zhěng）填料（liào）的型號和規格的表示方法很多，國內習慣用（yòng）比表麵積表示，主要有125、150、250、350、500、700等（děng）幾種規格。

同種類型的（de）規（guī）整填料，其比表麵積越大（dà），傳質效率越高（gāo），但阻（zǔ）力增加，通量減少，填料費（fèi）用也明顯增加。

選用時應從分（fèn）離（lí）要求、通量要求（qiú）、場地條件、物（wù）料性質及設備投（tóu）資、操作費用等方麵綜合考（kǎo）慮，使所選填料既能滿足技術要求，又具有（yǒu）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（liào）三大類。

(1)陶瓷填料

陶瓷填料具有很好的耐腐蝕性及耐熱性，陶瓷填料價格便宜，具有很好的表麵潤濕性能，質脆、易（yì）碎（suì）是其 最大（dà）缺點。在氣體吸收、氣（qì）體洗滌、液體萃取等（děng）過（guò）程中（zhōng）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)、聚乙烯(PE)及聚氯乙烯（xī）(PVC)等，國內一般多采（cǎi）用（yòng）聚丙烯材質。塑料填料（liào）的耐腐蝕性能較好，可耐一般的無機酸、堿和有機溶劑的腐（fǔ）蝕。其耐溫性良好，可長期在100℃以（yǐ）下使（shǐ）用。

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

塑（sù）料填料的缺點是表（biǎo）麵潤濕性能差，但可通過（guò）適當的表麵處理來改善（shàn）其表（biǎo）麵（miàn）潤濕性能。

(3)金（jīn）屬填料

金屬（shǔ）填（tián）料可用多種材質製成（chéng），選擇時主要考慮腐蝕問題。

碳鋼填料造（zào）價低，且具有良好的表麵潤濕性能（néng），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（nài）腐蝕性強，一般能耐除Cl- 以外常見物係的腐蝕，但其造（zào）價（jià）較高，且表麵潤濕性能較差，在某些特殊場合(如極低噴淋（lín）密度下的減壓精餾過程)，需對其表麵進行處理，才能取得良好的使用效果。

鈦材、特種合金鋼等材質（zhì）製成（chéng）的（de）填料造價很高，一般隻在某些腐蝕性極強的物係下使用。

一般來說，金屬填料可製成薄壁結（jié）構，它的通量大、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、填料的（de）種類

1.拉西環填料

拉西環填料於（yú）1914年由拉西(F. Rashching)發明，為外徑與高度相（xiàng）等的圓（yuán）環（huán）。拉西環填料（liào）的氣液分布較差，傳質效（xiào）率低，阻力大（dà），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，在拉西環的側壁上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（xiàng）連，另一側向環內彎（wān）曲，形成內伸的舌葉，諸（zhū）舌葉的側邊（biān）在環中心相搭。

鮑爾環由（yóu）於環壁開孔，大大提高了（le）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（xī）環相（xiàng）比，鮑爾環的（de）氣（qì）體通量可增加50%以（yǐ）上，傳質效率（lǜ）提高30%左（zuǒ）右。鮑爾（ěr）環是（shì）一種應用較廣的填（tián）料。

3.階梯環填料

階梯環填料（liào）是對鮑爾環（huán）的改（gǎi）進，與鮑爾環相比，階梯環（huán）高度減少了一半並在一端（duān）增加了一個（gè）錐形翻邊。

由於高徑比減少，使得氣體（tǐ）繞填料外（wài）壁的平均路徑大為縮短，減（jiǎn）少了氣體通過填（tián）料層（céng）的阻力。錐形翻邊不僅增加了填料的機械強（qiáng）度，而且使填料之間由線接觸為（wéi）主變成（chéng）以點接觸為（wéi）主，這樣（yàng）不但增加了填料間的空隙，同時（shí）成為液（yè）體（tǐ）沿填料表麵流動的匯集分散點，可以促進液（yè）膜的（de）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（chéng）為所使用的環形填料中（zhōng）最為優（yōu）良的一種（zhǒng）。

4.弧鞍填（tián）料

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

弧鞍填料的特點是表麵全部敞開，不分內（nèi）外，液體在表麵兩側均勻流動，表麵利用（yòng）率（lǜ）高，流道呈弧形，流動（dòng）阻力小。

其缺點是易發生套疊，致使一（yī）部分填料表麵被重合，使傳質（zhì）效率降（jiàng）低。弧鞍填料（liào）強度較差，容破碎，工業生產中應用不多。

5.矩鞍填料

矩鞍填料將弧鞍填料兩端的弧形麵改為矩形麵，且兩麵大小不等，即成為矩鞍填料。

矩鞍填料堆積時不會套疊，液（yè）體分布較均勻。矩鞍填料一般采用瓷質材料製成，其性能優於拉西（xī）環。國內絕大多數應用（yòng）瓷（cí）拉西（xī）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（chēng）為Intalox)是兼（jiān）顧環形（xíng）和鞍形結構特點（diǎn）而設計出的一種（zhǒng）新型填料，該填料一（yī）般（bān）以金屬材質製成，故又稱為金（jīn）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（tián）料中應用較多。

7.球形填料（liào）

球形填料一般采用塑（sù）料注塑而成，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（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（kōng）穴和架橋，所以氣液（yè）分散（sàn）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料開發出來，如共軛環填料、海爾環填料、納特環填料等。

8.規整填料

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

9.格柵（shān）填料

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

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

10.波紋填料

波紋填料在工業上應用的規整填（tián）料絕大部分為波紋填料，它是由許多波紋薄板組成的（de）圓盤狀（zhuàng）填料，波紋與塔軸的傾角有（yǒu）30°和45°兩種，組裝時相鄰兩波（bō）紋板反向靠疊。各盤（pán）填料垂直裝於塔內，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兩大類，其材（cái）質又有金屬、塑料和陶瓷等之分（fèn）。

金屬絲網波紋填料是網（wǎng）波紋填料的主要形式，它（tā）是由金屬絲網製成的。金屬絲網波紋填料的壓降低，分離效率很高，特別適用於精密精餾及真空精餾裝置，為難（nán）分離物係、熱敏性物係的精餾（liú）提供了有效的手段。盡管其造價高，但因其性能優良仍得到了廣泛的應用。

金（jīn）屬板波紋填料是板波紋填料（liào）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（bǎn）片上軋成細小溝紋，可起到細分配（pèi）板片上的液體、增強表麵（miàn）潤濕性（xìng）能的作用。金屬孔板（bǎn）波（bō）紋填料強度高，耐腐蝕性強，特別（bié）適用於大直徑塔及氣（qì）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。它與金屬孔板波紋填料的主要區（qū）別在於（yú）板片表麵不是衝壓孔，而是刺孔，用輾軋方式在板片（piàn）上輾出很密的孔徑為（wéi）0.4～0.5mm小刺孔（kǒng）。其分離能力類似於網波紋填料，但抗堵能（néng）力比網波紋填料強，並且價格（gé）便宜，應用較為廣泛。

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