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化工填料的类型与选择

时间:2016/7/20阅读:4841
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  化工填料的类型与选择
  
  填料是填料塔中气液接触的基本构件,其性能的优劣是决定填料塔操作性能的主要因素,因此,塔填料的选择是填料塔设计的重要环节。
  
  (1)填料的类型
  
  根据装填方式不同,填料可分为散装填料与规整填料。
  
  A、散装填料是一个个具有一定几何形状和尺寸的颗粒体,一般以随机的方式堆积在塔内,又称为乱堆填料或颗粒填料,主要包括:①拉西环填料;②鲍尔环填料;③阶梯环填料;④弧鞍填料;⑤矩鞍填料;⑥环矩鞍填料等。
  
  B、规整填料是按一定的集合图形排列,蒸汽堆彻的填料。规整填料种类很多,根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等,目前工业上常用的规整填料为波纹填料,其基本类型有丝网形和孔板形两大类,可用陶瓷、塑料、金属等材质制造。加工中,波纹与塔轴的倾角有300和450两种,倾角为300的用代号BX(或X)表示,倾角为450用代号CY(或Y)表示。
  
  金属丝网波纹填料是网波纹填料的主要形式,是由金属丝网制成的。其特点是压降低、分离效率高,特别适用于精密精馏及真空精馏装置,为难分离物系、热敏性物系的精馏提供了有效的手段。
  
  金属网板波纹填料是板波纹填料的主要形式。该填料的波纹板片上冲压有许多φ4-φ6mm的小孔,可起到分配板片上的液体,加强横向混合的作用。金属孔板波纹填料强度高,耐腐蚀性强,特别适用于大直径塔及气液负荷较大的场合。
  
  波纹填料的优点是结构紧凑,阻力小,传质效率高,处理能力大,比表面积大。其缺点是不适于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料,且装卸、清理困难,造价高。
  
  总体来讲,规整填料可以实现单位理论级的压降zui小,从而它们非常适合于要求能耗zui小并需要很多理论级的分离过程。分离热敏性物系时,它们又可使塔底温度zui低。尽管规整填料的投资一般比散装填料高,但对分离过程的经济考察发现,在总费用中能耗经常是决定性因素,因此,许多情况下,宁可采用规整填料而不用散装填料。
  
  (2)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,所选填料既要满足生产工艺的要求,又要使设备投资和操作费用较低。
  
  考虑到本塔的气相负荷较大,塔径较大,考虑选用规整填料。进行规整填料种类的选择,应主要注意一下几个方面的问题。(3)填料种类的选择
  
  填料种类的选择要考虑分离工艺的要求,通常考虑一下几个方面。①传质效率传质效率即分离效率,它有两种表示方法:一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;另一是以传质效率进行计算的表示方法,以每个传质单元高度相当的填料层高度表示,即HTU值。在满足工艺要求的前提下,应选用传质效率高,即HETP值低的填料。
  
  ②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,塔的处理能力愈大。因此,在选择填料种类时,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。
  
  ③填料层的压降填料层的压降是填料的主要应用性能,填料层的压降愈低,动力消耗越低,操作费用愈小。选择低压降的填料对热敏性物系的分离尤为重要。
  
  ④填料的操作性能填料的操作性能主要指操作弹性、抗污阻性及抗热敏性等。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操作稳定。同时,还应具有一定的抗污阻、抗热敏能力,以适应物料的变化及塔内温度的变化。
  
  ⑤填料层分段
  
  当确定了总填料层高度后,应考虑填料层是否需分段,分段的目的是保证填料层中分布均匀,同时为上升气体提供横向混合的空间和机会,从而减小放大效应,提高传质效率。
  
  工业上常用规整填料的规格和型号有很多表示方法,国内习惯用比表面积表示。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、设备投资及操作费用等方面综合考虑。
  
  填料材质的选择
  
  工业上,填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。
  
  ①陶瓷填料。陶瓷填料具有较好的耐腐蚀性及耐热性,一般可耐出氢氟酸以外的其他各种无机酸和有机酸。陶瓷填料易碎,不宜在高冲击强度下使用,但具有较好的润湿性能。
  
  ②金属填料。金属填料可用多种材质制成,碳钢填料造价低,且具有较好的表面润湿性能,可适用于无腐蚀或低腐蚀的体系;不锈钢填料耐腐蚀性强,但造价较高。金属填料的抗冲击性强,能在高温、高压、高强度下应用,工业上主要以金属填料为主。
  
  ③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,其耐腐蚀性能较好,可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂等,但具有冷脆性,不宜在0℃一下使用,但表面润湿性能稍差。

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