化工填料的類型與選擇

　　化工填料的類型與選擇
　　
　　填料是填料塔中氣液接觸的基本構件，其性能的優劣是決定填料塔操作性能的主要因素，因此，塔填料的選擇是填料塔設計的重要環節。
　　
　　（1）填料的類型
　　
　　根據裝填方式不同，填料可分為散裝填料與規整填料。
　　
　　A、散裝填料是一個個具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機的方式堆積在塔內，又稱為亂堆填料或顆粒填料，主要包括：①拉西環填料；②鮑爾環填料；③階梯環填料；④弧鞍填料；⑤矩鞍填料；⑥環矩鞍填料等。
　　
　　B、規整填料是按一定的集合圖形排列，蒸汽堆徹的填料。規整填料種類很多，根據其幾何結構可分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等，目前工業上常用的規整填料為波紋填料，其基本類型有絲網形和孔板形兩大類，可用陶瓷、塑料、金屬等材質制造。加工中，波紋與塔軸的傾角有300和450兩種，傾角為300的用代號BX（或X）表示，傾角為450用代號CY（或Y）表示。
　　
　　金屬絲網波紋填料是網波紋填料的主要形式，是由金屬絲網制成的。其特點是壓降低、分離效率高，特別適用于精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物系、熱敏性物系的精餾提供了有效的手段。
　　
　　金屬網板波紋填料是板波紋填料的主要形式。該填料的波紋板片上沖壓有許多φ4-φ6mm的小孔，可起到分配板片上的液體，加強橫向混合的作用。金屬孔板波紋填料強度高，耐腐蝕性強，特別適用于大直徑塔及氣液負荷較大的場合。
　　
　　波紋填料的優點是結構緊湊，阻力小，傳質效率高，處理能力大，比表面積大。其缺點是不適于處理粘度大、易聚合或有懸浮物的物料，且裝卸、清理困難，造價高。
　　
　　總體來講，規整填料可以實現單位理論級的壓降zui小，從而它們非常適合于要求能耗zui小并需要很多理論級的分離過程。分離熱敏性物系時，它們又可使塔底溫度zui低。盡管規整填料的投資一般比散裝填料高，但對分離過程的經濟考察發現，在總費用中能耗經常是決定性因素，因此，許多情況下，寧可采用規整填料而不用散裝填料。
　　
　　（2）填料的選擇
　　
　　填料的選擇包括確定填料的種類、規格及材質等，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較低。
　　
　　考慮到本塔的氣相負荷較大，塔徑較大，考慮選用規整填料。進行規整填料種類的選擇，應主要注意一下幾個方面的問題。（3）填料種類的選擇
　　
　　填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求，通常考慮一下幾個方面。①傳質效率傳質效率即分離效率，它有兩種表示方法：一是以理論級進行計算的表示方法，以每個理論級當量的填料層高度表示，即HETP值；另一是以傳質效率進行計算的表示方法，以每個傳質單元高度相當的填料層高度表示，即HTU值。在滿足工藝要求的前提下，應選用傳質效率高，即HETP值低的填料。
　　
　　②通量在相同的液體負荷下，填料的泛點氣速愈高或氣相動能因子愈大，則通量愈大，塔的處理能力愈大。因此，在選擇填料種類時，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填料層的壓降填料層的壓降是填料的主要應用性能，填料層的壓降愈低，動力消耗越低，操作費用愈小。選擇低壓降的填料對熱敏性物系的分離尤為重要。
　　
　　④填料的操作性能填料的操作性能主要指操作彈性、抗污阻性及抗熱敏性等。所選填料應具有較大的操作彈性，以保證塔內氣液負荷發生波動時維持操作穩定。同時，還應具有一定的抗污阻、抗熱敏能力，以適應物料的變化及塔內溫度的變化。
　　
　　⑤填料層分段
　　
　　當確定了總填料層高度后，應考慮填料層是否需分段，分段的目的是保證填料層中分布均勻，同時為上升氣體提供橫向混合的空間和機會，從而減小放大效應，提高傳質效率。
　　
　　工業上常用規整填料的規格和型號有很多表示方法，國內習慣用比表面積表示。同種類型的規整填料，其比表面積越大，傳質效率越高，但阻力增加，通量減小，填料費用也明顯增加。選用時應從分離要求、通量要求、設備投資及操作費用等方面綜合考慮。
　　
　　填料材質的選擇
　　
　　工業上，填料的材質分為陶瓷、金屬和塑料三大類。
　　
　　①陶瓷填料。陶瓷填料具有較好的耐腐蝕性及耐熱性，一般可耐出氫氟酸以外的其他各種無機酸和有機酸。陶瓷填料易碎，不宜在高沖擊強度下使用，但具有較好的潤濕性能。
　　
　　②金屬填料。金屬填料可用多種材質制成，碳鋼填料造價低，且具有較好的表面潤濕性能，可適用于無腐蝕或低腐蝕的體系；不銹鋼填料耐腐蝕性強，但造價較高。金屬填料的抗沖擊性強，能在高溫、高壓、高強度下應用，工業上主要以金屬填料為主。
　　
　　③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（PVC）等，其耐腐蝕性能較好，可耐一般的無機酸、堿和有機溶劑等，但具有冷脆性，不宜在0℃一下使用，但表面潤濕性能稍差。