塔器填料，不仅认识，更要会选

导语

        之前为大家介绍了多种塔设备工作原理及特点，塔设备作为一种重要的单元操作设备，要实现气—液相或液—液相之间的充分接触，从而达到相际间的进行传质及传热的目的，塔内部的填料或者塔板至关重要。

        今天我们先为大家详细介绍填料的各种类型，以及如何去选择填料以达到最优效果。

填料的类型

        填料作为填料塔的核心内件，与其他内件共同决定了填料塔的性能。因此，设计填料塔时，首先就要选择填料，要想选好填料，就得先了解不同填料的性能。

       填料按装填方法一般分为散装填料和规整填料两大类。

 

散装填料

        散装填料是指安装以乱堆为主的填料，这种填料是具有一定外形结构的颗粒体，故又称颗粒填料。根据形状，可分为环形，鞍形，环鞍形。

        以下是最常用的几种散装填料：

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拉西环  

       1914年、拉西环填料诞生、是填料塔的新纪元。拉西环填料作为最早提出的工业填料，其结构为外径与高度相等的圆环，可用陶瓷，塑料，金属等材质制造。

        其缺点是气液分布较差，传质效率低，阻力大，通量小，目前工业中已经很少应用。

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鲍尔环  

       1948年、在德国首先出现。鲍尔环填料是在拉西环的基础上改进而得。其结构为在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率。可以用陶瓷，金属，塑料等材质制造。

        优点是与拉西环相比，其通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。鲍尔环的气流阻力小，液体分布均匀，是目前应用较广泛的填料之一。 

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阶梯环  

        阶梯环填料又是对鲍尔环填料的改进，与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一般，并在一端增加了一个锥形翻遍。这样由于高径比的减少，使得气体通过填料的阻力降低。

        同时由于锥形翻边能增加填料的机械强度，同时使得填料之间由西安接触变成点接触为主，增加了填料间的空隙，有利于传质效率的提高。目前是所使用的环形填料中最优良的一种。

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弧鞍填料  

        它属于鞍形填料的一种，其形状如同马鞍，一般采用瓷质材料制成。其特点是表面全部敞开，不分内外，液体在表面两侧均匀流动，表面的利用率高，流到呈弧形，阻力小。

        但是缺点是容易发生套叠，致使一部分填料表面重合，传质效率降低，同时本身强度较差，容易破碎，工业生产中应用并不多。

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矩鞍填料  

        矩鞍填料是将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面，且两面大小不等。这样的好处是在堆积时不会发生套叠，液体分布较均匀。其材质一般也用瓷质材料，性能要优于拉西环，目前国内绝大多数应用瓷质拉西环的场合，均已被瓷矩鞍填料所取代。

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环矩鞍填料（国外称为Intalox）

        它是1978年美国NorTon公司推出的， 兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型填料，该填料一般由金属制成，故又称金属环鞍填料。

        环鞍形填料将环形填料和鞍形填料的优点集于一体，其综合性能优于鲍尔环的阶梯环，是工业应用最为广泛的一种金属散装填料。

 

规整填料

        规整填料是一种在塔内按均匀几何图形排布，整齐堆砌的填料。由于具有比表面积大、压降小、流体分均匀、传质传热效率高等优点，因此得到了广泛的应用。

        根据几何结构可以分为格栅填料，波纹填料，脉冲填料等。工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料。最早开发的是金属规整填料，以后相继开发的有塑料规整填料、陶瓷规整填料和碳纤维规整填料。

         金属规整填料有孔板波纹填料、丝网波纹填料、刺孔板波纹填料、丝网波纹填料及环形波纹填料。

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孔板波纹填料  

        孔板波纹填料是在金属薄板表面孔，大波纹最后组装而成的规整填料，具有阻力小，气液分布均匀，效率高，通量大、放大效应不明显等特点，应用于负压、常压和加压操作。

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丝网波纹填料  

        丝网波纹填料是规整填料发展的一个重要里程碑，这种填料由压成波纹的丝网片排列而成， 波纹片倾角30°或50°，相邻两波纹片方向相反，在塔内填装时，上下两人盘填料交错90°叠放。 具有高效、压降低和通量大的优点，产品有BX、CY型，常用于难分离和热敏性物系的真空精馏， 常压精馏和吸引过程。尽管其造价高，但因性能优良仍然得到了广泛的应用。

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刺孔板波纹填料  

        刺孔波纹填料是斜金属薄板先碾压出密度很高的小刺孔再压成波纹板片组装而成的规整填料，由于表面特殊等刺孔结构，提高了填料等润滑性能，并能保持金属丝网波纹填料等性能。

        波纹填料的优点就是结构紧凑，阻力小，传质效率高，处理能力大，比表面积大。

        但是缺点是不适用与处理粘度大，易聚合或者有悬浮物的物料，且装卸，清理困难，造价高。

填料的选择

        填料的选择包括确定填料的种类，规格及材质等。所选用的材料既要满足生产工艺要求，又要使设备的投资和操作费用较低。因此选择合适的填料至关重要。

 

第一步：选择填料种类

      

        填料种类的选择需要考虑工艺分离的要求，通常从以下几个方面去考虑。

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传质效率  

        传质效率即分离效率，它有两种表示方法：一种是以理论级进行计算的表示方法，以每个理论级当量的填料层高度表示，即HETP值；另一种是以传质速率进行计算的表示方法，以每个传质单元想当的填料层高度表示，即HTU值。在满足工艺的前提下，应选用传质效率高，即HETU（或HTU）值低的填料。对于常用的工业填料，HETU（或HTU）值可以由相关手册或者文献中查到，也可以通过一些经验公式来估算。

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通量  

        在相同的液体负荷下，填料的泛点气速愈高或气相动能因子愈大，则通量愈大，塔的处理能力也就越大。因此，在选择填料的种类时，在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料。对于大多数常用填料，其泛点气速或气相动能因子可由相关手册或文献中查到，也可以通过一些经验公式来估算。

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填料层的压降

        填料层的压降是填料的主要应用性能，填料层的压降越低，动力消耗越低，操作费用越少。比较填料的压降有两种方法，一是比较填料层单位高度的压降ΔP/Z；另一种是比较填料层单位传质效率的比压降ΔP/NT。填料层的压降可用经验公式计算，亦可从有关图表中查出。

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填料的操作性能  

        填料的操作性能主要是指操作弹性、扛污堵性及扛热敏性等。所选填料应具有较大的操作弹性，以保证塔内气液负荷发生波动时维持稳定操作。同时还应具有一定的抗污堵，抗热敏能力，以适应物料的变化及塔内温度的变化。

此外，所选的填料要便于安装、拆卸和检修。

 

第二步，填料规格的选择

       通常，散装填料和规整填料的规格表示方法不同，选择的方法亦不尽相同，下面我们逐一进行介绍。

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散装填料规格的选择 

        散装填料规格通常是指填料的公称直径。工业塔常用的散装填料主要有DN16，DN25，DN38，DN50，DN76等几种规格。同类填料，吃寸越小，分离率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也会增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径的塔中，又会产生液体分布不均及严重的壁流，使塔的分离效率降低。因此对于塔径和填料尺寸的比值要有一定的规定。

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规整填料规格的选择 

        工业常用的规整填料的型号和规格的表示方法很多，国内习惯用比表面积表示，主要有125，150，250，350，500，700等几种规格，同种类型的规整填料，其比表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也明显增加。选用时应从分离要求，通量要求，场地条件，物料性质及设备投资、操作费用等方面综合去考虑。

 

第三步，填料材质的选择

工业上，填料的材质分为陶瓷，金属，塑料三大类。

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陶瓷填料  

  

        陶瓷填料具有良好的耐腐蚀性和耐热性，一般能耐除氢氟酸以外的常见的各种有机酸，无机酸的腐蚀，对强碱介质，可以选用耐碱配方制造的耐碱陶瓷填料。

其质脆，易碎，不宜在高冲击强度下使用。陶瓷填料的价格便宜，具有很好的表面润湿性能，工业上，主要用于气体吸收，气体洗涤，液体萃取等过程。

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金属填料  

       金属填料可以由多种材质制成，金属材质的选择主要是根据物系的腐蚀性和金属材质的耐腐蚀性来综合考虑的。碳钢填料造价低，具有良好的表面润湿性能，对于无腐蚀或低腐蚀性的物性应优先予以使用。不锈钢填料耐腐蚀性强，一般能耐除Cl- 以外的常见物系的腐蚀，但是造价较高；钛材，特种合金钢等材质制成的填料造价极高，一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用。工业上主要还是以金属填料为主。

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塑料填料  

        塑料填料的材质主要包括聚丙烯（PP），聚乙烯（PE）及聚氯乙烯（PVC）等，国内一般对采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸，碱，有机溶剂的腐蚀。其耐温性也良好，可长期在100℃的条件下使用。聚丙烯填料在低温时具有冷脆性，在低于0℃的条件下使用要慎重，可选用耐低温性能良好的聚氯乙烯填料。

        塑料填料具有质量轻，价廉，耐冲击，不易破碎等优点，多用于吸收，解吸，萃取，除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿性能差，在，某些特殊场合需要对其表面进行处理，以提高表面润湿性能。

小结

       填料塔中填料的选取至关重要，一座塔填料塔可以选用同类型，同规格的填料，也可以选用同类型，不同规格的的填料；有的塔段可以选用规整填料，而有的塔段又可以用散装填料。设计选用时，应灵活掌握，根据技术经济统一的原则来选择塔料的规格。