化工填料的类型与选择

　　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。