有機廢氣處理設備 洗滌塔中常見的填料

在很多VOCs廢氣治理項目中，洗滌塔是常見的預處理/治理設備，但洗滌塔內如何根據VOCs成分及風量進行合理設計？這裏涉及眾多化工知（zhī）識，例如需要如何涉及塔高，直徑，確定風速，確定洗滌液的循環量（liàng）等等問題（tí）。甚至（zhì），如果（guǒ）該洗滌塔為填料塔，填料層如何設（shè）計，填料的選型該最終如何確定。今天，我（wǒ）們先來看看用於（yú）VOCs廢氣治理中，洗滌塔中的填料種類及對應的特點（diǎn）。

一、填料的定義（yì）

填料泛（fàn）指被填充於（yú）其他（tā）物體中的（de）物料。

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

在化工（gōng）產品中，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)降低成本的固體物料。

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

優（yōu）點（diǎn）：結構簡單、壓力降（jiàng）小、易於用耐腐蝕非金屬材料製造等。對於氣體吸收、真空蒸（zhēng）餾以及處（chù）理（lǐ）腐蝕性流體的操作，頗為適用。

缺點：當（dāng）塔頸增大時（shí），引起（qǐ）氣液分布不均、接觸不良等，造成效率下降，即稱為放大效（xiào）應。同時（shí）填料塔還有重量大、造價高、清理檢（jiǎn）修麻（má）煩、填料損（sǔn）耗大等缺（quē）點。

二、填料（liào）選用準（zhǔn）則

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

(1)比（bǐ）表麵積單位體積填料的填（tián）料表麵積稱為比表麵積，以a表示，其單位為m2/m3。填料的比（bǐ）表麵積愈（yù）大，所（suǒ）提（tí）供的氣液傳質（zhì）麵積（jī）愈大。因此，比表麵（miàn）積（jī）是評價填料性能優劣的一個重要指標。

(2)空隙（xì）率（lǜ）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（shì）。填（tián）料的空（kōng）隙率越大，氣體通過的能力越大且（qiě）壓降低。因此，空隙率是評價（jià）填料性（xìng）能（néng）優劣的又一重要指標。

(3)填（tián）料因子填料的比表麵積與空隙率三次方（fāng）的比值，即a/e 3，稱為填料（liào）因子，以f表示，其單（dān）位為1/m。它表示填料的流體力學性能，f值越小，表明流（liú）動阻（zǔ）力越小。

填料性能優劣主要取決於：

有較大的比表麵積（jī）(m2/m3填料層)

液體在填料表麵有較（jiào）好的（de）均勻分布性能

氣流能在填料層中均勻分布

調料（liào）具有較大的空（kōng）隙率(m3/m3填料層)。

在相同的操（cāo）作條件下（xià），填料的（de）比表麵積越大，氣液（yè）分布越均勻，表麵（miàn）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（kāi）敞，則通（tōng）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（sī）網波紋填料綜（zōng）合性能最（zuì）好，拉西環最差。

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

1. 填料種類的選擇

填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求（qiú）,通（tōng）常（cháng）考慮以下幾個（gè）方麵：

1)傳（chuán）質效率要高（gāo）。一般而言，規整填料的傳質效率高於散裝填（tián）料。

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

3)填料層的壓（yā）降要低。

4)填料（liào）抗汙堵性能強，拆裝、檢修方便。

2.填料規（guī）格的選擇

填料（liào）規格是指填料的（de）公稱尺寸或比表麵積。

(1)散裝（zhuāng）填料規格的選擇

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

同類填料，尺寸越小，分離效率（lǜ）越高，但阻力增加，通量減（jiǎn）少（shǎo），填料費用也增加很多。而大尺寸的填料應用於（yú）小直徑塔中，又會產生液體分布不良及嚴（yán）重的壁流，使塔的分離（lí）效率降低。

因此，對塔（tǎ）徑（jìng）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應大於8。

(2)規整填料規格的選擇

工業上（shàng）常用規整填（tián）料的（de）型號和規格的表示方法很（hěn）多，國內習慣用比表麵積表（biǎo）示，主要有125、150、250、350、500、700等幾（jǐ）種規格。

同種（zhǒng）類型的規整填料，其比表麵（miàn）積越（yuè）大，傳質效率（lǜ）越高，但阻（zǔ）力增加，通量減少，填（tián）料費用也明顯增加。

選用時應從分離要求、通量要（yào）求、場地條件、物料性（xìng）質及設備投資、操作費用等方麵綜合考慮，使所選填（tián）料既能滿足技術要求，又具有（yǒu）經濟合理性（xìng）。

3.填料材質的（de）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（yǒu）很好的耐腐蝕性及耐熱性（xìng），陶（táo）瓷填料價格便宜，具有很好的表（biǎo）麵（miàn）潤濕性能，質脆、易碎是其 最大缺點。在（zài）氣體吸收、氣體洗滌、液體萃取等過程中應（yīng）用較為普遍。

(2)塑料（liào）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(PVC)等，國內一般多采用聚丙烯材質。塑料填料（liào）的耐腐蝕性能較好，可耐一般的無（wú）機酸、堿和有機溶劑的（de）腐蝕。其耐溫（wēn）性良好（hǎo），可（kě）長期在100℃以下使用。

塑料填料質輕、價廉（lián），具（jù）有良好的韌性（xìng），耐衝擊、不易碎，可以製成薄壁結構。它的通量大、壓降（jiàng）低，多用於吸收（shōu）、解吸、萃取、除塵等裝置（zhì）中。

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

(3)金屬填料

金屬（shǔ）填料可用多種（zhǒng）材質製成，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，對於無腐蝕或低腐蝕性物係應優先考（kǎo）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，但其造價較（jiào）高，且表麵潤濕性能較差，在某些特殊場合(如極低噴淋密度下的減壓精餾過（guò）程)，需對其表麵進（jìn）行（háng）處理，才能取（qǔ）得良好的（de）使用效果。

鈦材、特種合金鋼等材質製成的填料造價很高，一（yī）般隻在某些（xiē）腐蝕（shí）性極（jí）強的物係下使用（yòng）。

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

三、填料的種類

1.拉（lā）西環填料

拉西環填（tián）料於1914年由拉（lā）西(F. Rashching)發明（míng），為（wéi）外徑（jìng）與高度相等的（de）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（gōng）業上已較少應用。

2.鮑爾環填（tián）料

鮑爾環填料是對拉西環的改（gǎi）進，在拉西（xī）環的（de）側壁上開出兩排長（zhǎng）方形（xíng）的窗孔，被切開的（de）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（xiàng）搭。

鮑爾環由於環壁開孔，大大提高了環內（nèi）空間及環內（nèi）表麵的利用（yòng）率，氣流阻力小，液體（tǐ）分布均勻。與拉西環相比（bǐ），鮑爾環的氣體通量可增（zēng）加50%以上，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（huán）填料

階梯環填料是對鮑（bào）爾環的改進，與鮑爾環相（xiàng）比，階梯環高度減少了（le）一半並（bìng）在一端增加了（le）一（yī）個錐形翻邊。

由於高（gāo）徑比減少，使（shǐ）得氣體繞填（tián）料外壁的平均（jun1）路徑（jìng）大為縮短，減少了氣體通過填料層的阻（zǔ）力。錐形翻（fān）邊不僅增加了填（tián）料的機械強度，而且使填料之間由線接觸為主變成（chéng）以點接觸為主，這樣不但（dàn）增加（jiā）了填料間的空隙，同時成（chéng）為液體沿填料表麵（miàn）流動的（de）匯集分散點，可以促進液膜的表麵更新，有（yǒu）利於傳質效率的提高。

階梯環的綜合性能優於鮑（bào）爾環（huán），成為所使用的環形填料中最為優良的一種（zhǒng）。

4.弧鞍填料

弧鞍填料屬鞍形填料的（de）一種，其形狀如同馬鞍，一般采用瓷質材料製成。

弧鞍填料的特點是表麵全部敞開，不分內外，液體在表麵（miàn）兩側均勻流動，表麵利用率高，流道呈弧形，流動阻力小。

其缺點是易發（fā）生套疊，致使一部分填料（liào）表麵被重合，使傳質效（xiào）率降低。弧鞍填料強度較差，容破碎，工業生產中應用（yòng）不多。

5.矩（jǔ）鞍填料

矩（jǔ）鞍填料（liào）將（jiāng）弧鞍填料兩端的弧形麵改為矩形麵，且兩（liǎng）麵大小不等，即成（chéng）為矩（jǔ）鞍填料（liào）。

矩鞍（ān）填料堆積時不會套疊，液體（tǐ）分布較（jiào）均勻。矩鞍填料（liào）一般采（cǎi）用瓷質材料製成，其性能（néng）優於拉西環。國內絕大多數應用瓷拉（lā）西（xī）環的場合，均已（yǐ）被瓷矩（jǔ）鞍填料所取代。

6.金屬環矩鞍填料

環矩鞍填料(國外（wài）稱為Intalox)是兼顧環形和鞍（ān）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（zhì）製成，故（gù）又稱為金屬（shǔ）環矩鞍填料。

環矩（jǔ）鞍填料將環形填料和鞍形填料兩者的優點集於一體，其綜合（hé）性能優於鮑爾環和階梯環，在（zài）散裝填料中應用較多。

7.球形填料

球形填料一般采用塑料（liào）注塑（sù）而成，其結構有多種。球形填料的特點是球體（tǐ）為空心，可以允許氣體（tǐ）、液體從其內部通過。由於球體（tǐ）結構的（de）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。球形填料一般隻適用（yòng）於某些特定的場合，工程上應（yīng）用較少。

除上述幾種較典（diǎn）型的散裝填料外，不斷有構型獨特的新（xīn）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（guī）整填料是按一定的幾何構（gòu）形排列，整齊堆砌的填料（liào）。規整填料（liào）種類很多，根據其（qí）幾何結構可（kě）分為格柵填料、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（zé）組合而（ér）成（chéng）的，具有多種結構形式。工業上應用最（zuì）早的格柵填料為木格柵（shān）填料。

應用（yòng）較為普遍的有格裏奇格柵填料、網孔格柵（shān）填料、蜂窩格柵填料等，其中以格（gé）裏奇格柵填（tián）料最具代表性。 格柵（shān）填料的比表麵積較低，主（zhǔ）要用於要求壓降小、負荷大及（jí）防堵等場合。

10.波紋填料

波紋填料在工業上應用的規整（zhěng）填料絕大部分為波紋填料，它是由許多波紋薄板組成的圓盤狀填料，波紋與塔軸的傾角有30°和45°兩（liǎng）種，組裝時相（xiàng）鄰兩波紋板反向靠疊。各盤填料垂直裝於塔內，相鄰的兩盤填料間交錯90°排列。

波紋填料按結構可分（fèn）為網波紋（wén）填料和（hé）板波紋填料兩大類，其材質又有金屬、塑料和陶瓷等之分。

金（jīn）屬絲網波紋填料是網波紋（wén）填料的主要形式，它是由金屬絲（sī）網製成的。金屬絲網波（bō）紋填料的壓降（jiàng）低，分離（lí）效（xiào）率很高，特別（bié）適用於精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物係（xì）、熱（rè）敏性物係的精（jīng）餾提供了有效的手段。盡管其（qí）造價（jià）高，但因（yīn）其性能優（yōu）良仍得到了廣泛的應（yīng）用。

金屬板（bǎn）波紋填料是板波紋填料的一種主要形式（shì）。該填料的（de）波紋板片上衝壓有許（xǔ）多f5mm左右的小孔（kǒng），可起（qǐ）到粗分（fèn）配板（bǎn）片上的液（yè）體、加強橫（héng）向混（hún）合（hé）的作用。波紋板片上（shàng）軋成細小溝紋（wén），可起到細分配板片上的液體（tǐ）、增強（qiáng）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，特別適用於大直徑塔及氣液負荷較大的（de）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（liào）。它與金屬孔板波紋填料（liào）的主（zhǔ）要區別在於（yú）板片表麵不是衝壓孔，而（ér）是刺孔，用輾軋方式在板（bǎn）片上輾（niǎn）出很密的（de）孔徑為0.4～0.5mm小刺孔。其分離能力類似於網波紋填料，但（dàn）抗堵能力比（bǐ）網波紋填料強，並且價格便宜，應用較為廣泛。

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