技術專輯 | 教你如何正確選擇填料！一文圖解不同結構的填料優(yōu)缺點!常見填料，優(yōu)缺點一目了然，
填料泛指被填充于其他物體中的物料，被廣泛應用于化工的生產過程中。今天為大家介紹各種常見填料的類型，圖解不同結構的填料優(yōu)缺點，同時介紹如何正確的選擇填料，并配上相應圖片，讓微友一目了然。
填料的定義
填料泛指被填充于其他物體中的物料。
在工程中，填料指裝于填充塔內的惰性固體物料，例如鮑爾環(huán)和拉西環(huán)等，其作用是增大氣-液的接觸面，使其相互強烈混合。
在產品中，填料又稱填充劑，是指用以改善加工性能、制品力學性能并(或)降低成本的固體物料。
在污水處理領域，主要用于接觸氧化工藝，微生物會在填料的表面進行累積，以增大與污水的表面接觸，對污水進行降解處理。
優(yōu)點： 結構簡單、壓力降小、易于用耐腐蝕非金屬材料制造等。對于氣體吸收、真空蒸餾以及處理腐蝕性流體的操作，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，造成效率下降，即稱為放大效應。同時填料塔還有重量大、造價高、清理檢修麻煩、填料損耗大等缺點。
填料選用準則
填料的幾何特性數(shù)據(jù)主要包括比表面積、空隙率、填料因子等，是評價填料性能的基本參數(shù)。
(1)比表面積單位體積填料的填料表面積稱為比表面積，以a表示，其單位為m2/m3。填料的比表面積愈大，所提供的氣液傳質面積愈大。因此，比表面積是評價填料性能優(yōu)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e 表示，其單位為m3/m3，或以%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面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(yōu)劣主要取決于：
有較大的比表面積(m2/m3填料層)
液體在填料表面有較好的均勻分布性能
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，填料的比表面積越大，氣液分布越均勻，表面的潤濕性能越好，則傳質效率越高;填料的空隙率越大，結構越開敞，則通量越大，壓降亦越低。
采用模糊數(shù)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最好，拉西環(huán)最差。
填料的選擇包括確定填料的種類、規(guī)格及材質等。所選填料既要滿足生產工藝的要求，又要使設備投資和操作費用最低。
填料種類的選擇方法
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面：
1)傳質效率要高一般而言，規(guī)整填料的傳質效率高于散裝填料。
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子的填料。
3)填料層的壓降要低。
4)填料抗污堵性能強，拆裝、檢修方便。
填料規(guī)格的選擇原則
填料規(guī)格是指填料的公稱尺寸或比表面積。
(1)散裝填料規(guī)格的選擇
工業(yè)塔常用的散裝填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等幾種規(guī)格。
同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應用于小直徑塔中，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一規(guī)定，一般塔徑與填料公稱直徑的比值D/d應大于8。
(2)規(guī)整填料規(guī)格的選擇
工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號和規(guī)格的表示方法很多，國內習慣用比表面積表示，主要有125、150、250、350、500、700等幾種規(guī)格。
同種類型的規(guī)整填料，其比表面積越大，傳質效率越高，但阻力增加，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、場地條件、物料性質及設備投資、操作費用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿足技術要求，又具有經濟合理性。
填料常見結構分類
按照填料形式分類，填料可分為：規(guī)整填料、拉喜歡填料和鮑爾環(huán)填料。
1、規(guī)整填料
優(yōu)點：空隙大，故生產能力大，壓降小，且因流道規(guī)則，所以只要液體初始分布均勻，則在全塔中分布也均勻，因此規(guī)整填料幾乎無放大效應，通常具有很高的傳質效率。
缺點：造價較高，易堵塞難清洗，因此工業(yè)上一般用于較難分離或分離要求很高的情況。
2、拉西環(huán)(Raschig ring)填料
拉西環(huán)填料于1914年由拉西（F. Rashching）發(fā)明，為外徑與高度相等的圓環(huán)。拉西環(huán)填料的氣液分布較差，傳質效率低，阻力大，通量小，工業(yè)上已較少應用。
優(yōu)點：易于制造，價格低廉，且對它的研究較為充分，所以在過去較長的時間內得到了廣泛的應用。
缺點：由于高徑比大，堆積時填料間易形成線接觸，因此液體在填料層流動時，常存在嚴重的溝流和壁流現(xiàn)象。且拉西環(huán)填料的內表面潤濕率較低，因而傳質速率也不高。
3、鮑爾環(huán)(Pall ring)填料.
在拉西環(huán)的基礎上發(fā)展起來的鮑爾環(huán)是是對拉西環(huán)的改進，在拉西環(huán)的側壁上開出兩排長方形的窗孔——一層或兩層長方形小孔，被切開的環(huán)壁的一側仍與壁面相連，另一側向環(huán)內彎曲，形成內伸的舌葉，諸舌葉的側邊在環(huán)中心相搭。小孔的母材并不脫離側壁而是形成向內彎的葉片。
鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開孔，大大提高了環(huán)內空間及環(huán)內表面的利用率，氣流阻力小，液體分布均勻。與拉西環(huán)相比，鮑爾環(huán)的氣體通量可增加50%以上，傳質效率提高30%左右。鮑爾環(huán)是一種應用較廣的填料。
比之拉西環(huán)，鮑爾環(huán)不僅具有較大的生產能力和較低的壓降，且分離效率較高，溝流現(xiàn)象也大大降低。
4、階梯環(huán)填料(Stair ring);
階梯環(huán)填料是對鮑爾環(huán)的改進，與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減少了一半并在一端增加了一個錐形翻邊。
階梯環(huán)填料的環(huán)壁上開有長方形小孔，環(huán)內有兩層交錯45°的十字形葉片，環(huán)的高度為直徑的一半，環(huán)的一端成喇叭口形狀的翻邊。
這樣的結構使得階梯環(huán)填料的性能在鮑爾環(huán)的基礎上又有提高，其生產能力可提高約10%，壓降則可降低25%，且由于填料間呈多點接觸，床層均勻，較好地避免了溝流現(xiàn)象。
由于高徑比減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短，減少了氣體通過填料層的阻力。錐形翻邊不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表面流動的匯集分散點，可以促進液膜的表面更新，有利于傳質效率的提高。
階梯環(huán)一般由塑料和金屬制成，由于其性能優(yōu)于其它側壁上開孔的填料，因此獲得廣泛的應用。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，成為所使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種。
5、弧鞍形(Berl saddle)矩鞍形(Intalox saddle)填料;
優(yōu)點：與拉西環(huán)相比，空隙率高，氣體阻力小，液體分布性能較好，性能優(yōu)于拉西環(huán)。
缺點：相鄰填料易發(fā)生互套疊現(xiàn)象，使填料有效表面降低，從而影響傳質速率，因此弧鞍填料很快就被矩鞍填料所取代。
矩鞍是在弧鞍基礎上發(fā)展起來的一種結構不對稱的鞍形填料。矩鞍填料的兩端為矩形，且填料的兩面大小不等。這樣的結構使矩鞍克服了弧鞍填料相互重疊的缺點，填料的均勻性得到改善。因而使液體分布均勻，氣液傳質速率得到提高。瓷矩鞍填料是目前采用最多的一種瓷質填料。
6、金屬英特洛克斯(Intalox)填料（金屬環(huán)矩鞍填料）
環(huán)矩鞍填料（國外稱為Intalox）將環(huán)形結構與鞍形結構的特點集于一體而形成的一種獨特結構的填料，具有生產能力大、壓降低、液體分布性能好、傳質速率高及操作彈性大等優(yōu)良性能，因而獲得廣泛應用，在減壓蒸餾中其優(yōu)勢更為顯著。
金屬英特洛克斯(Intalox)填料是兼顧環(huán)形和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制成，故又稱為金屬環(huán)矩鞍填料。
金屬英特洛克斯(Intalox)填料將環(huán)形填料和鞍形填料兩者的優(yōu)點集于一體，其綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)，在散裝填料中應用較多。
7、球形填料
球形填料一般采用塑料注塑而成，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、液體從其內部通過。由于球體結構的對稱性，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。球形填料一般只適用于某些特定的場合，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(fā)出來，如共軛環(huán)填料、海爾環(huán)填料、納特環(huán)填料等。
按照填料材質分類，填料按材質可分為：陶瓷填料、金屬填料和塑料填料。
1、陶瓷填料;
陶瓷填料具有優(yōu)異的耐酸耐熱性能、能耐除氟氧酸以外的各種酸、堿的腐蝕。陶瓷填料價格便宜，具有很好的表面潤濕性能，質脆、易碎是其最大缺點。在氣體吸收、氣體洗滌、液體萃取等過程中應用較為普遍。可用于化工、冶金、制酸、煤氣、制氧、鋼鐵、制藥、精細化工等行業(yè)的洗滌塔、冷卻塔、回收再生塔、脫硫塔、干燥塔、吸收塔及反應器的內襯。
1）.陶瓷散堆填料包括三Y環(huán)、拉西環(huán)、十字隔板環(huán)、鮑爾環(huán)、矩鞍環(huán)、異鞍環(huán)、共軛環(huán)、扁環(huán)等四十多種陶瓷散堆填料。
2）.陶瓷波紋規(guī)整填料與散堆填料相比具有效率高、降壓低、處理量大、持液量小、放大效應不明顯，操作彈性大等一系列優(yōu)點。它由許多具有相同幾何形狀的填料單元體構成。陶瓷規(guī)整波紋板填料的單元體是相互平行疊加的波紋片。根據(jù)波紋豎同傾角的不同，可分為X型和Y型兩大類，X型的傾角為30°，Y型的傾角為45°。我公司可生產下列定型產品，并可根據(jù)用戶委托，生產不同比表面積的非定型規(guī)整填料。
一般說來，X型具有較小的壓降，而Y型則具有更好的傳質性能。為了兼顧壓降和傳質性能，可在板上開孔。由于規(guī)整填料無明顯的放大效應，其表面粗糙度和材質獨具的抗腐蝕特性，在石油化工的蒸餾、汽提、吸收、抽提等傳質過程中，有著廣泛的應用前景和明顯的商業(yè)競爭優(yōu)勢。
陶瓷波紋規(guī)整填料適用場合：
(1).鹵化有機化合物的精餾;
(2).對壓降和理論板數(shù)有嚴格要求的腐蝕性混合物的精餾、吸收等過程;
(3).硫酸吸收、硝酸提濃及化肥廠氣體凈化等含有大量本性介質的塔中;
(4).絕壓從100Pa起的真空操作;
(5).用作換熱器、除霧器或催化劑載體等。
2、金屬填料;
金屬填料是以碳鋼、不銹鋼及組合金等材料制成的塔填料。金屬填料具有壁薄、耐冷熱、空隙率大、通量大，壓降低、阻力小、分離效果好、壽命長等優(yōu)點，雖說一次性投資稍大，但能充分發(fā)揮設備的潛在力。
金屬填料可用多種材質制成，選擇時主要考慮腐蝕問題。
碳鋼填料造價低，且具有良好的表面潤濕性能，對于無腐蝕或低腐蝕性物系應優(yōu)先考慮使用。
不銹鋼填料耐腐蝕性強，一般能耐除Cl- 以外常見物系的腐蝕，但其造價較高，且表面潤濕性能較差，在某些特殊場合（如極低噴淋密度下的減壓精餾過程），需對其表面進行處理，才能取得良好的使用效果。
鈦材、特種合金鋼等材質制成的填料造價很高，一般只在某些腐蝕性極強的物系下使用。
一般來說，金屬填料可制成薄壁結構，它的通量大、氣體阻力小，且具有很高的抗沖擊性能，能在高溫、高壓、高沖擊強度下使用，應用范圍最為廣泛。
金屬填料適用場合：
金屬填料適用于真空精餾塔，處理過敏性、易分解、易緊合、易結碳的物料。金屬填料廣泛用于石化、化肥、化工、環(huán)保等行業(yè)的填料塔中。
(一)金屬散堆填料：
金屬散堆填料的分類有三Y環(huán)、共軛環(huán)、八四內弧環(huán)、扁環(huán)、矩鞍環(huán)、階梯環(huán)等產品。
(二)金屬規(guī)整填料：
1、金屬絲網波紋填料
金屬絲網波紋填料特性：
(1)比表面積大、孔隙率大、重量輕;
(2)氣相通路傾角小、有規(guī)則、壓降低;
(3)徑向擴散良好、氣液接觸充分。
金屬絲網波紋填料適用場合：
(1)250(AX)生產能力大、理論級數(shù)較少的精密精餾;
(2)500(BX)熱敏性，難分離特系的真空精餾，尤其是壓力小于7KPa的真空精餾;
(3)700(CY)同位素混合物、同分異構混合物的分離。
2、金屬孔板波紋填料
金屬孔板波紋填料性能特點：
金屬孔板波紋填料采用表面有溝紋的孔板制成，保持了金屬波紋填料結構特點，增加了液體的均布和填料潤濕性能，提高了傳質效率。直徑超過1.5m，填料制成分塊形式。金屬孔板波紋填料是在金屬薄板孔面打孔、軋制小紋、大波紋最后組裝而成，具有阻力小，氣液分布均勻，效率高，通量大，放大效應不明顯等特點，應用于負壓常壓和加壓操作。用金屬孔板波紋填料改造板式塔效果尤為明顯。加工填料的塔徑范圍為φ150mm～12000mm以上。下表為金屬孔板波紋填料的特性數(shù)據(jù)。
金屬孔板波紋填料適用場合：金屬孔板波紋填料具有通量大、阻力小、效率高、抗堵能力強的優(yōu)點。在精餾、吸收、萃取等單元操作中廣泛應用。根據(jù)填料型號，最小直徑為80~200mm，最大直徑已達13m，液體噴淋密度可從0.2~220m3/m2.hr，壓力范圍可從真空到高壓。是適用于化工、化肥、煉油、石油化工、天然氣等工業(yè)的通用性高效規(guī)整填料。
金屬孔板波紋填料是應用最廣泛的規(guī)整填料之一，金屬孔板波紋填料是由金屬薄片壓成帶斜齒的波紋行片組合成的填料盤，波紋對軸線傾角30度或45度，板片上可小孔，以促進液體的分散和橫向混合。保持了金屬波紋填料結構特點，增加了液體的均布和填料潤濕性能，提高了傳質效率。具有效率高、壓降低、通量大、抗堵能力強等特點。每盤單元高度為50-200mm，根據(jù)填料型號，最小直徑為80-200mm,最大直徑已達13m。直徑超過1.5m ，填料制成分塊形式。液體噴淋密度可從0.2~220m3/m2.hr，壓力范圍可從真空到高壓。
3、壓延刺孔板波紋填料
壓延刺孔板波紋填料在金屬板片上，每平方厘米輾出70個帶刺微細小孔，而后將刺孔板壓制成波紋板片，最后組裝成盤。
壓延刺孔板波紋填料性能特點：
填料的潤濕性增大，在流量較大時，仍能保持絲網填料的優(yōu)良分離性能。
壓延刺孔板波紋填料適用場合：
適用于分離要求較高的化工、精細化工、溶劑回收、化工產品精制等領域。
4、金屬網板波紋填料
金屬網板波紋填料將金屬薄帶拉制成特定規(guī)定的菱形網板，省去了拉絲編網的復雜工序，仍操持絲網波紋填料的優(yōu)良分離性能。
金屬網板波紋填料適用場合：
1、常壓與真空精餾;
2、特殊工藝，如需要鈦、鋁等網狀填料。
3、要求阻力小的吸收和熱泵蒸餾等。
5、HT 半管式規(guī)整填料
HT 半管式規(guī)整填料具有通量小、阻力小、傳質效率高，抗污染氣液分布均勻等優(yōu)點。
3、塑料填料
塑料填料具有重量輕、耐熱、耐化學腐蝕等特點，包括PP、PE、RPP、PVC、CPVC、PVDF等材料制成的塔填料，塑料填料具有空隙率大、壓降和傳質單元高度低、泛點高、汽液接觸充分、傳質效率高等特點。在各種介質中的使用溫度為60-150℃，塑料填料廣泛用于石油、化工、氯堿、煤氣、環(huán)保等待業(yè)的填料塔中。
塑料填料的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，可耐一般的無機酸、堿和有機溶劑的腐蝕。其耐溫性良好，可長期在100℃以下使用。
塑料填料質輕、價廉，具有良好的韌性，耐沖擊、不易碎，可以制成薄壁結構。它的通量大、壓降低，多用于吸收、解吸、萃取、除塵等裝置中。
塑料填料的缺點是表面潤濕性能差，但可通過適當?shù)谋砻嫣幚韥砀纳破浔砻鏉櫇裥阅堋?/span>
1）.塑料散堆填料
塑料散堆填料主要包括：多面空心球、花環(huán)、海爾環(huán)、階梯環(huán)、共軛環(huán)、鮑爾環(huán)、矩鞍環(huán)、異鞍環(huán)、共軛環(huán)、扁環(huán)、拉西環(huán)、雪花環(huán)、六棱形環(huán)、旋轉環(huán)、五角環(huán)、錐形環(huán)、網環(huán)、十字球形環(huán)、浮球、液面覆蓋球、菱形覆蓋球等。
塑料規(guī)整填料具有重量輕、大容量、低壓降、高比表面積、易更換等優(yōu)點。絲網波紋填料由聚丙烯與聚丙烯腈線混合編織網組成。斜波紋填料用聚丙烯或PVDF板，為提高傳質效率，板上可開孔。
塑料散堆填料主要技術特點及性能：在填料片上開有小孔，具有大能量、低壓降和高的比表面積，在提高產量，降低能耗，提高效率上有較大的優(yōu)勢。同時由于填料的有序排列，物料中含有的固相顆粒可通過填料的波紋底排出，因此抗堵性能優(yōu)良，操作彈性比一般通用塔器大，取代散裝塔填料，可提高生產能力5%，提高生產效率50%。同時具有質輕、價廉的特點，適用大容積塔器。該產品主要為聚丙烯材質，可耐溫100℃;對于玻纖增強聚丙烯材質塑料規(guī)整填料，使用溫度范圍為小于等于120℃。兩種材質的產品均具有耐化學腐蝕性強，耐次氯酸鈉氧化、耐強酸、堿溶液腐蝕等優(yōu)點。
5）.
塑料規(guī)整波紋填料產品介紹：
塑料規(guī)整波紋填料是繼金屬板波紋填料開發(fā)應用之后開發(fā)的板波紋填料。它質輕、通量大，適宜大容塔器。90年代以來在氣體凈化、化肥、環(huán)保、冶金等行業(yè)中得到廣泛應用。
塑料規(guī)整波紋填料產品主要技術特點及性能：
在填料片上開有小孔，具有大能量、低壓降和高的比表面積，在提高產量，降低能耗，提高效率上有較大的優(yōu)勢。同時由于填料的有序排列，物料中含有的固相顆粒可通過填料的波紋底排出，因此抗堵性能優(yōu)良，操作彈性比一般通用塔器大，取代散裝塔填料，可提高生產能力5%，提高生產效率50%。同時具有質輕、價廉的特點，適用大容積塔器。該產品主要為聚丙烯材質，可耐溫100℃;對于玻纖增強聚丙烯材質塑料規(guī)整填料，使用溫度范圍為小于等于120℃。兩種材質的產品均具有耐化學腐蝕性強，耐次氯酸鈉氧化、耐強酸、堿溶液腐蝕等優(yōu)點。
目前國外最大的塑料填料塔已達11米,最小可用于直徑200米的塔器,可在負壓及加壓狀態(tài)下操作.廣泛用于各種吸收和解吸單元操作,如鹽酸、硫酸工業(yè)、天然氣行業(yè)、環(huán)保廢氣凈化處理及解吸脫氣裝置等，均取得喜人的效果。
小編總結
選擇填料時，對于某種特殊應用，填料的最佳標準是根據(jù)復合材料所期望達到的性能而定，必須考慮到下述基本原則。
1、填料在加工過程中必須保持其原有結構，并保持惰性、不溶性、熱穩(wěn)定性、不揮發(fā)性、無催化活性和低的吸附性。
2、填料必須與基材能夠相容，無腐蝕性。
3、容易處理，堆積密度高，水分含量低，低塵，無毒性。
4、必須易得，貨源充足，價格適中，質量穩(wěn)定。
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