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填料的類型

        填料作為填料塔的核心內(nèi)件，與其他內(nèi)件共同決定了填料塔的性能。因此，設(shè)計填料塔時，首先就要選擇填料，要想選好填料，就得先了解不同填料的性能。

       填料按裝填方法一般分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。

散裝填料

        散裝填料是指安裝以亂堆為主的填料，這種填料是具有一定外形結(jié)構(gòu)的顆粒體，故又稱顆粒填料。根據(jù)形狀，可分為環(huán)形，鞍形，環(huán)鞍形。

        以下是zui常用的幾種散裝填料：

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拉西環(huán)  

       1914年、拉西環(huán)填料誕生、是填料塔的新紀(jì)元。拉西環(huán)填料作為zui早提出的工業(yè)填料，其結(jié)構(gòu)為外徑與高度相等的圓環(huán)，可用陶瓷，塑料，金屬等材質(zhì)制造。

        其缺點是氣液分布較差，傳質(zhì)效率低，阻力大，通量小，目前工業(yè)中已經(jīng)很少應(yīng)用。

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鮑爾環(huán)  

       1948年、在德國首先出現(xiàn)。鮑爾環(huán)填料是在拉西環(huán)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而得。其結(jié)構(gòu)為在拉西環(huán)的側(cè)壁上開出兩排長方形的窗孔，大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率?？梢杂锰沾?，金屬，塑料等材質(zhì)制造。

        優(yōu)點是與拉西環(huán)相比，其通量可增加50%以上，傳質(zhì)效率提高30%左右。鮑爾環(huán)的氣流阻力小，液體分布均勻，是目前應(yīng)用較廣泛的填料之一。 

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階梯環(huán)  

        階梯環(huán)填料又是對鮑爾環(huán)填料的改進(jìn)，與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減少了一般，并在一端增加了一個錐形翻遍。這樣由于高徑比的減少，使得氣體通過填料的阻力降低。

        同時由于錐形翻邊能增加填料的機(jī)械強(qiáng)度，同時使得填料之間由西安接觸變成點接觸為主，增加了填料間的空隙，有利于傳質(zhì)效率的提高。目前是所使用的環(huán)形填料中*良的一種。

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弧鞍填料  

        它屬于鞍形填料的一種，其形狀如同馬鞍，一般采用瓷質(zhì)材料制成。其特點是表面全部敞開，不分內(nèi)外，液體在表面兩側(cè)均勻流動，表面的利用率高，流到呈弧形，阻力小。

        但是缺點是容易發(fā)生套疊，致使一部分填料表面重合，傳質(zhì)效率降低，同時本身強(qiáng)度較差，容易破碎，工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用并不多。

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矩鞍填料  

        矩鞍填料是將弧鞍填料兩端的弧形面改為矩形面，且兩面大小不等。這樣的好處是在堆積時不會發(fā)生套疊，液體分布較均勻。其材質(zhì)一般也用瓷質(zhì)材料，性能要優(yōu)于拉西環(huán)，目前國內(nèi)絕大多數(shù)應(yīng)用瓷質(zhì)拉西環(huán)的場合，均已被瓷矩鞍填料所取代。

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環(huán)矩鞍填料（國外稱為Intalox）

        它是1978年美國NorTon公司推出的， 兼顧環(huán)形和鞍形結(jié)構(gòu)特點而設(shè)計出的一種新型填料，該填料一般由金屬制成，故又稱金屬環(huán)鞍填料。

        環(huán)鞍形填料將環(huán)形填料和鞍形填料的優(yōu)點集于一體，其綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)的階梯環(huán)，是工業(yè)應(yīng)用的一種金屬散裝填料。

規(guī)整填料

        規(guī)整填料是一種在塔內(nèi)按均勻幾何圖形排布，整齊堆砌的填料。由于具有比表面積大、壓降小、流體分均勻、傳質(zhì)傳熱效率高等優(yōu)點，因此得到了廣泛的應(yīng)用。

        根據(jù)幾何結(jié)構(gòu)可以分為格柵填料，波紋填料，脈沖填料等。工業(yè)上應(yīng)用的規(guī)整填料絕大部分為波紋填料。zui早開發(fā)的是金屬規(guī)整填料，以后相繼開發(fā)的有塑料規(guī)整填料、陶瓷規(guī)整填料和碳纖維規(guī)整填料。

         金屬規(guī)整填料有孔板波紋填料、絲網(wǎng)波紋填料、刺孔板波紋填料、絲網(wǎng)波紋填料及環(huán)形波紋填料。

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孔板波紋填料  

        孔板波紋填料是在金屬薄板表面孔，大波紋zui后組裝而成的規(guī)整填料，具有阻力小，氣液分布均勻，效率高，通量大、放大效應(yīng)不明顯等特點，應(yīng)用于負(fù)壓、常壓和加壓操作。

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絲網(wǎng)波紋填料  

        絲網(wǎng)波紋填料是規(guī)整填料發(fā)展的一個重要里程碑，這種填料由壓成波紋的絲網(wǎng)片排列而成， 波紋片傾角30°或50°，相鄰兩波紋片方向相反，在塔內(nèi)填裝時，上下兩人盤填料交錯90°疊放。 具有、壓降低和通量大的優(yōu)點，產(chǎn)品有BX、CY型，常用于難分離和熱敏性物系的真空精餾， 常壓精餾和吸引過程。盡管其造價高，但因性能優(yōu)良仍然得到了廣泛的應(yīng)用。

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刺孔板波紋填料  

        刺孔波紋填料是斜金屬薄板先碾壓出密度很高的小刺孔再壓成波紋板片組裝而成的規(guī)整填料，由于表面特殊等刺孔結(jié)構(gòu)，提高了填料等潤滑性能，并能保持金屬絲網(wǎng)波紋填料等性能。

        波紋填料的優(yōu)點就是結(jié)構(gòu)緊湊，阻力小，傳質(zhì)效率高，處理能力大，比表面積大。

        但是缺點是不適用與處理粘度大，易聚合或者有懸浮物的物料，且裝卸，清理困難，造價高。

填料的選擇

        填料的選擇包括確定填料的種類，規(guī)格及材質(zhì)等。所選用的材料既要滿足生產(chǎn)工藝要求，又要使設(shè)備的投資和操作費用較低。因此選擇合適的填料至關(guān)重要。

*步：選擇填料種類

        填料種類的選擇需要考慮工藝分離的要求，通常從以下幾個方面去考慮。

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傳質(zhì)效率  

        傳質(zhì)效率即分離效率，它有兩種表示方法：一種是以理論級進(jìn)行計算的表示方法，以每個理論級當(dāng)量的填料層高度表示，即HETP值；另一種是以傳質(zhì)速率進(jìn)行計算的表示方法，以每個傳質(zhì)單元想當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨缺硎荆碒TU值。在滿足工藝的前提下，應(yīng)選用傳質(zhì)效率高，即HETU（或HTU）值低的填料。對于常用的工業(yè)填料，HETU（或HTU）值可以由相關(guān)手冊或者文獻(xiàn)中查到，也可以通過一些經(jīng)驗公式來估算。

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通量  

        在相同的液體負(fù)荷下，填料的泛點氣速愈高或氣相動能因子愈大，則通量愈大，塔的處理能力也就越大。因此，在選擇填料的種類時，在保證具有較高傳質(zhì)效率的前提下，應(yīng)選擇具有較高泛點氣速或氣相動能因子的填料。對于大多數(shù)常用填料，其泛點氣速或氣相動能因子可由相關(guān)手冊或文獻(xiàn)中查到，也可以通過一些經(jīng)驗公式來估算。

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填料層的壓降

        填料層的壓降是填料的主要應(yīng)用性能，填料層的壓降越低，動力消耗越低，操作費用越少。比較填料的壓降有兩種方法，一是比較填料層單位高度的壓降ΔP/Z；另一種是比較填料層單位傳質(zhì)效率的比壓降ΔP/NT。填料層的壓降可用經(jīng)驗公式計算，亦可從有關(guān)圖表中查出。

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填料的操作性能  

        填料的操作性能主要是指操作彈性、扛污堵性及扛熱敏性等。所選填料應(yīng)具有較大的操作彈性，以保證塔內(nèi)氣液負(fù)荷發(fā)生波動時維持穩(wěn)定操作。同時還應(yīng)具有一定的抗污堵，抗熱敏能力，以適應(yīng)物料的變化及塔內(nèi)溫度的變化。

此外，所選的填料要便于安裝、拆卸和檢修。

第二步，填料規(guī)格的選擇

       通常，散裝填料和規(guī)整填料的規(guī)格表示方法不同，選擇的方法亦不盡相同，下面我們逐一進(jìn)行介紹。

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散裝填料規(guī)格的選擇 

        散裝填料規(guī)格通常是指填料的公稱直徑。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，吃寸越小，分離率越高，但阻力增加，通量減少，填料費用也會增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑的塔中，又會產(chǎn)生液體分布不均及嚴(yán)重的壁流，使塔的分離效率降低。因此對于塔徑和填料尺寸的比值要有一定的規(guī)定。

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規(guī)整填料規(guī)格的選擇 

        工業(yè)常用的規(guī)整填料的型號和規(guī)格的表示方法很多，國內(nèi)習(xí)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(zhì)效率越高，但阻力增加，通量減小，填料費用也明顯增加。選用時應(yīng)從分離要求，通量要求，場地條件，物料性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費用等方面綜合去考慮。

第三步，填料材質(zhì)的選擇

工業(yè)上，填料的材質(zhì)分為陶瓷，金屬，塑料三大類。

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陶瓷填料  

        陶瓷填料具有良好的耐腐蝕性和耐熱性，一般能耐除氫氟酸以外的常見的各種有機(jī)酸，無機(jī)酸的腐蝕，對強(qiáng)堿介質(zhì)，可以選用耐堿配方制造的耐堿陶瓷填料。

其質(zhì)脆，易碎，不宜在高沖擊強(qiáng)度下使用。陶瓷填料的價格便宜，具有很好的表面潤濕性能，工業(yè)上，主要用于氣體吸收，氣體洗滌，液體萃取等過程。

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金屬填料  

       金屬填料可以由多種材質(zhì)制成，金屬材質(zhì)的選擇主要是根據(jù)物系的腐蝕性和金屬材質(zhì)的耐腐蝕性來綜合考慮的。碳鋼填料造價低，具有良好的表面潤濕性能，對于無腐蝕或低腐蝕性的物性應(yīng)優(yōu)先予以使用。不銹鋼填料耐腐蝕性強(qiáng)，一般能耐除Cl- 以外的常見物系的腐蝕，但是造價較高；鈦材，特種合金鋼等材質(zhì)制成的填料造價*，一般只在某些腐蝕性*的物系下使用。工業(yè)上主要還是以金屬填料為主。

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塑料填料  

        塑料填料的材質(zhì)主要包括聚丙烯（PP），聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC）等，國內(nèi)一般對采用聚丙烯材質(zhì)。塑料填料的耐腐蝕性能較好，可耐一般的無機(jī)酸，堿，有機(jī)溶劑的腐蝕。其耐溫性也良好，可長期在100℃的條件下使用。聚丙烯填料在低溫時具有冷脆性，在低于0℃的條件下使用要慎重，可選用耐低溫性能良好的聚氯乙烯填料。

        塑料填料具有質(zhì)量輕，價廉，耐沖擊，不易破碎等優(yōu)點，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，在，某些特殊場合需要對其表面進(jìn)行處理，以提高表面潤濕性能。

小結(jié)

       填料塔中填料的選取至關(guān)重要，一座塔填料塔可以選用同類型，同規(guī)格的填料，也可以選用同類型，不同規(guī)格的的填料；有的塔段可以選用規(guī)整填料，而有的塔段又可以用散裝填料。設(shè)計選用時，應(yīng)靈活掌握，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一的原則來選擇塔料的規(guī)格。