在很多VOCs廢氣(qi)治理(li)項目中，洗(xi)(xi)滌(di)塔(ta)是(shi)常見的預處理(li)/治理(li)設(she)備，但洗(xi)(xi)滌(di)塔(ta)內如(ru)何根據VOCs成分及(ji)風量進行合理(li)設(she)計？這(zhe)里涉(she)及(ji)眾多化工知識，例如(ru)需要(yao)如(ru)何涉(she)及(ji)塔(ta)高，直徑，確(que)定風速，確(que)定洗(xi)(xi)滌(di)液的循環量等(deng)等(deng)問題。甚(shen)至，如(ru)果(guo)該洗(xi)(xi)滌(di)塔(ta)為填(tian)料塔(ta)，填(tian)料層如(ru)何設(she)計，填(tian)料的選型該終如(ru)何確(que)定。今天，我們先來看看用于(yu)VOCs廢氣(qi)治理(li)中，洗(xi)(xi)滌(di)塔(ta)中的填(tian)料種類及(ji)對應的特點。

　　1.填料的定義

　　填料泛指被填充于其他物(wu)體中的物(wu)料。

　　在(zai)化學工程中，填料(liao)指(zhi)裝于填充塔內(nei)的惰性固(gu)體物料(liao)，例如鮑爾環和拉西環等(deng)，其作(zuo)用是增(zeng)大氣-液的接觸面，使其相互強烈混合。

　　在(zai)化工產品(pin)中(zhong)，填料(liao)又稱填充劑，是指用以改善加工性能(neng)、制品(pin)力學性能(neng)并(bing)(或)降(jiang)低成本的固(gu)體物料(liao)。

　　在(zai)污水處(chu)(chu)理領域，主要(yao)用(yong)于接(jie)觸氧化工藝，微生物會在(zai)填料的表(biao)(biao)面進行累積，以增大與污水的表(biao)(biao)面接(jie)觸，對污水進行降(jiang)解處(chu)(chu)理。

　　優點(dian)(dian)：結構(gou)簡(jian)單(dan)、壓(ya)力降小、易于(yu)用耐腐蝕(shi)非金屬材(cai)料(liao)制(zhi)造(zao)等。對于(yu)氣體(ti)吸收、真空(kong)蒸餾以及處理(li)腐蝕(shi)性流(liu)體(ti)的操(cao)作，頗(po)為適用。 缺點(dian)(dian)：當塔頸(jing)增大(da)時，引起氣液分布不(bu)均、接觸不(bu)良(liang)等，造(zao)成效率下降，即(ji)稱(cheng)為放大(da)效應。同時填料(liao)塔還有重量(liang)大(da)、造(zao)價(jia)高、清理(li)檢修麻煩(fan)、填料(liao)損(sun)耗大(da)等缺點(dian)(dian)。

　　2.填料選用準(zhun)則

　　填(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)的幾何特性數(shu)(shu)據主(zhu)要包括比(bi)表(biao)面積、空隙率、填(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)因(yin)子等(deng)，是評(ping)價填(tian)(tian)(tian)料(liao)(liao)性能的基(ji)本參數(shu)(shu)。

　　（1）比(bi)表(biao)面(mian)(mian)積單位體積填(tian)料的(de)填(tian)料表(biao)面(mian)(mian)積稱(cheng)為比(bi)表(biao)面(mian)(mian)積，以a表(biao)示(shi)，其單位為m2/m3。填(tian)料的(de)比(bi)表(biao)面(mian)(mian)積愈大，所(suo)提供的(de)氣(qi)液傳質面(mian)(mian)積愈大。因(yin)此，比(bi)表(biao)面(mian)(mian)積是(shi)評價填(tian)料性能優(you)劣的(de)一(yi)個重要指標。

　　（2）空(kong)(kong)(kong)隙(xi)(xi)率(lv)(lv)(lv)單(dan)位(wei)體(ti)積(ji)填(tian)(tian)料中(zhong)的空(kong)(kong)(kong)隙(xi)(xi)體(ti)積(ji)稱(cheng)為空(kong)(kong)(kong)隙(xi)(xi)率(lv)(lv)(lv)，以e 表示，其單(dan)位(wei)為m3/m3，或以%表示。填(tian)(tian)料的空(kong)(kong)(kong)隙(xi)(xi)率(lv)(lv)(lv)越(yue)大，氣體(ti)通(tong)過的能(neng)力越(yue)大且壓(ya)降低。因此，空(kong)(kong)(kong)隙(xi)(xi)率(lv)(lv)(lv)是(shi)評價(jia)填(tian)(tian)料性能(neng)優劣的又一重要(yao)指標。

　　（3）填(tian)料(liao)因子填(tian)料(liao)的比表(biao)面積與空隙率三次方的比值(zhi)，即(a/e) 3，稱(cheng)為填(tian)料(liao)因子，以(yi)f表(biao)示(shi)，其單位為1/m。它表(biao)示(shi)填(tian)料(liao)的流體(ti)力學性能，f值(zhi)越小，表(biao)明流動阻力越小。

　　填料性能(neng)優劣主(zhu)要取決于：

　　有較大的比(bi)表面(mian)積(m2/m3填料層)；

　　液體在填料(liao)表面有較好的均(jun)勻分布性能；

　　氣流(liu)能(neng)在(zai)填料層中均勻分布；

　　調料具(ju)有較大的空隙(xi)率(m3/m3填(tian)料層)。

　　在相同的操作(zuo)條件下(xia)，填(tian)料的比表(biao)(biao)面積越(yue)(yue)(yue)大(da)，氣(qi)液分布越(yue)(yue)(yue)均勻(yun)，表(biao)(biao)面的潤濕性(xing)能越(yue)(yue)(yue)好，則傳質(zhi)效率越(yue)(yue)(yue)高;填(tian)料的空隙率越(yue)(yue)(yue)大(da)，結構越(yue)(yue)(yue)開敞(chang)，則通量(liang)越(yue)(yue)(yue)大(da)，壓降亦越(yue)(yue)(yue)低。

　　采用模糊數學(xue)方法對九種常用填料的性能(neng)進行了評(ping)價，絲網波紋填料綜合(he)性能(neng)好，拉西環最差。

　　填(tian)料(liao)的(de)選擇(ze)包括確定(ding)填(tian)料(liao)的(de)種類、規格及材質等。所選填(tian)料(liao)既要滿足生產工(gong)藝的(de)要求，又(you)要使(shi)設備投(tou)資和(he)操作費用低。

　　填料種類的選擇

　　填料(liao)種類的選擇要考慮(lv)分離工藝的要求(qiu)，通常(chang)考慮(lv)以下幾個方面(mian)：

　　（1）傳質(zhi)效(xiao)率要高。一般而言，規整填料的傳質(zhi)效(xiao)率高于(yu)散(san)裝填料。

　　（2）通量要大。在(zai)保證具(ju)有較高傳質效率的前提下，應選(xuan)擇具(ju)有較高泛點(dian)氣速或氣相動能(neng)因子(zi)的填料。

　　（3）填料層的(de)壓降要低。

　　（4）填料(liao)抗污堵性(xing)能強，拆裝(zhuang)、檢修方(fang)便。

　　填料規格的選擇

　　填(tian)料(liao)規(gui)格(ge)是指填(tian)料(liao)的公稱尺寸或比(bi)表面(mian)積。

　　（1）散(san)裝填(tian)料規(gui)格的(de)選擇

　　工業塔常用的(de)散裝填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等(deng)幾(ji)種規格。

　　同(tong)類(lei)填料(liao)，尺寸越小(xiao)，分離效率越高，但阻力增(zeng)(zeng)加，通(tong)量減少(shao)，填料(liao)費用(yong)也增(zeng)(zeng)加很(hen)多(duo)。而大(da)尺寸的(de)填料(liao)應用(yong)于小(xiao)直徑塔中，又會產生液體分布不良及(ji)嚴重的(de)壁(bi)流，使塔的(de)分離效率降(jiang)低。

　　因(yin)此，對塔(ta)徑與填(tian)料(liao)尺(chi)寸的比值要有一規(gui)定，一般塔(ta)徑與填(tian)料(liao)公稱直徑的比值D/d應大于8。

　　（2）規整填(tian)料規格的選擇

　　工(gong)業上常(chang)用規(gui)整填料的型號和規(gui)格的表(biao)示方法(fa)很多，國內習慣用比表(biao)面積表(biao)示，主要有125、150、250、350、500、700等幾種(zhong)規(gui)格。

　　同(tong)種類型的(de)規整填料(liao)，其比表(biao)面積越大(da)，傳質效率(lv)越高，但阻力增加(jia)，通量減少，填料(liao)費用也(ye)明顯增加(jia)。

　　選(xuan)用(yong)時應從分離要求、通(tong)量(liang)要求、場(chang)地條件(jian)、物料性質及(ji)設備(bei)投資(zi)、操作費用(yong)等方面綜合考慮，使(shi)所選(xuan)填料既(ji)能滿足技術(shu)要求，又具有(you)經濟合理(li)性。

　　填料材質的選擇

　　填(tian)料(liao)的材質分為陶瓷、金屬和塑料(liao)三大類。

　　①陶瓷填料

　　陶瓷填料具(ju)(ju)有很(hen)好的(de)耐腐蝕性(xing)及耐熱性(xing)，陶瓷填料價格便宜，具(ju)(ju)有很(hen)好的(de)表面潤濕性(xing)能(neng)，質脆、易碎(sui)是其 大缺點。在氣(qi)體(ti)吸收(shou)、氣(qi)體(ti)洗滌、液體(ti)萃(cui)取等過程中應用較為(wei)普遍(bian)。

　　②塑料填料

　　塑(su)料(liao)填料(liao)的材質主要包括聚(ju)丙烯(xi)(xi)(PP)、聚(ju)乙烯(xi)(xi)(PE)及聚(ju)氯(lv)乙烯(xi)(xi)(PVC)等，國內(nei)一般(ban)多采用聚(ju)丙烯(xi)(xi)材質。塑(su)料(liao)填料(liao)的耐腐(fu)蝕性(xing)能較(jiao)好，可(ke)耐一般(ban)的無(wu)機酸、堿和有機溶劑(ji)的腐(fu)蝕。其耐溫性(xing)良好，可(ke)長期在100℃以下使用。

　　塑(su)料填料質輕、價廉，具(ju)有(you)良好的(de)韌性，耐沖擊、不易(yi)碎，可以(yi)制成薄壁結(jie)構。它的(de)通(tong)量(liang)大、壓降低，多用于吸收、解吸、萃取、除(chu)塵等(deng)裝置中。

　　塑料(liao)(liao)填料(liao)(liao)的(de)缺點(dian)是(shi)表面潤(run)濕性能差，但可通(tong)過適當的(de)表面處理來(lai)改(gai)善(shan)其(qi)表面潤(run)濕性能。

　　③金屬填料

　　金屬填(tian)料可用多種材質(zhi)制成(cheng)，選擇(ze)時主要考慮腐蝕問題(ti)。

　　碳鋼填料造價(jia)低，且(qie)具有良好的表面(mian)潤濕性能，對于無(wu)腐蝕或低腐蝕性物系應優先考慮(lv)使用。

　　不銹鋼填料耐(nai)腐蝕性(xing)強，一(yi)般能(neng)(neng)耐(nai)除Cl-以外常見(jian)物系的(de)腐蝕，但其造價(jia)較高，且表面潤濕性(xing)能(neng)(neng)較差，在某些特殊場(chang)合(如(ru)極低噴淋(lin)密度下的(de)減壓精餾過程(cheng))，需(xu)對其表面進行處理，才能(neng)(neng)取得良(liang)好的(de)使用效果。

　　鈦材(cai)(cai)、特種合金鋼等材(cai)(cai)質(zhi)制成的填料造(zao)價很高，一般只在某些腐蝕性極強的物(wu)系(xi)下使用(yong)。

　　一般(ban)來說，金屬填料(liao)可制成薄壁結構，它的通量大、氣體阻(zu)力小，且具有很高(gao)的抗沖擊性能(neng)，能(neng)在(zai)高(gao)溫(wen)、高(gao)壓(ya)、高(gao)沖擊強(qiang)度下使用(yong)，應用(yong)范圍(wei)為廣泛。

　　3.填料的種類

　　拉西環填料

　　拉西環填料于1914年由(you)拉西(F. Rashching)發明，為(wei)外徑(jing)與高度相等(deng)的(de)(de)圓環。拉西環填料的(de)(de)氣液分布(bu)較差(cha)，傳質(zhi)效率低，阻力大(da)，通(tong)量小(xiao)，工(gong)業(ye)上(shang)已較少應用。

　　鮑爾環填料

　　鮑爾環(huan)填(tian)料是對拉(la)西環(huan)的(de)改進，在拉(la)西環(huan)的(de)側壁上開(kai)出兩排長方形的(de)窗孔(kong)，被切(qie)開(kai)的(de)環(huan)壁的(de)一(yi)側仍與壁面相連，另一(yi)側向環(huan)內(nei)彎曲，形成內(nei)伸的(de)舌(she)(she)葉，諸舌(she)(she)葉的(de)側邊在環(huan)中心相搭。

　　鮑爾(er)(er)環(huan)(huan)(huan)(huan)由于環(huan)(huan)(huan)(huan)壁開孔，大(da)大(da)提高了環(huan)(huan)(huan)(huan)內空間及環(huan)(huan)(huan)(huan)內表面的利用率，氣流阻力小，液體分布均勻。與拉西環(huan)(huan)(huan)(huan)相(xiang)比，鮑爾(er)(er)環(huan)(huan)(huan)(huan)的氣體通量可增加50%以上(shang)，傳質效率提高30%左右。鮑爾(er)(er)環(huan)(huan)(huan)(huan)是(shi)一種應用較廣的填料(liao)。

　　階梯環填料

　　階梯環填料是對鮑爾環的改進，與鮑爾環相比，階梯環高度減少了一半并在(zai)一端增加了一個(ge)錐形翻邊。

　　由于高(gao)(gao)徑比減(jian)少，使得氣體(ti)繞填(tian)料(liao)外壁(bi)的(de)(de)平均路徑大為(wei)縮(suo)短，減(jian)少了氣體(ti)通過填(tian)料(liao)層的(de)(de)阻力(li)。錐形翻(fan)邊不僅增(zeng)加了填(tian)料(liao)的(de)(de)機械(xie)強度，而且使填(tian)料(liao)之間由線接(jie)觸為(wei)主變成以點接(jie)觸為(wei)主，這樣不但增(zeng)加了填(tian)料(liao)間的(de)(de)空隙，同時成為(wei)液體(ti)沿(yan)填(tian)料(liao)表面流動的(de)(de)匯集分散點，可以促進液膜的(de)(de)表面更新，有利于傳(chuan)質效率的(de)(de)提高(gao)(gao)。

　　階梯環的綜合性能優于(yu)鮑(bao)爾環，成為所使用的環形(xing)填料(liao)中為優良的一(yi)種。

　　弧鞍填料

　　弧(hu)鞍填料(liao)(liao)屬鞍形(xing)填料(liao)(liao)的一種，其形(xing)狀如同馬鞍，一般采(cai)用瓷質材料(liao)(liao)制成。

　　弧鞍填料的特點是表面全部敞開，不分內外(wai)，液體在表面兩側均勻流動(dong)，表面利(li)用率高，流道(dao)呈弧形(xing)，流動(dong)阻力小。

　　其缺點(dian)是易發(fa)生(sheng)套疊，致使(shi)一部分填料表面被重合，使(shi)傳(chuan)質效率降低。弧鞍填料強度較差(cha)，容破碎，工業生(sheng)產(chan)中應用不多。

　　矩鞍填料

　　矩鞍填(tian)料將弧(hu)鞍填(tian)料兩(liang)端的弧(hu)形面(mian)改(gai)為矩形面(mian)，且兩(liang)面(mian)大小不等，即(ji)成為矩鞍填(tian)料。

　　矩(ju)鞍填(tian)料堆(dui)積時不會套(tao)疊，液體分布較均勻。矩(ju)鞍填(tian)料一般采用(yong)瓷(ci)質材料制(zhi)成(cheng)，其性能優于(yu)拉西環(huan)。國內絕大多(duo)數(shu)應用(yong)瓷(ci)拉西環(huan)的場(chang)合，均已被瓷(ci)矩(ju)鞍填(tian)料所取代。

　　金屬環矩鞍填料

　　環(huan)(huan)(huan)矩(ju)鞍填(tian)料(國外稱(cheng)為Intalox)是兼顧環(huan)(huan)(huan)形(xing)和(he)鞍形(xing)結構特點而(er)設計出的一(yi)種新型填(tian)料，該(gai)填(tian)料一(yi)般以(yi)金屬(shu)材質制成，故又稱(cheng)為金屬(shu)環(huan)(huan)(huan)矩(ju)鞍填(tian)料。

　　環(huan)(huan)矩(ju)鞍填料(liao)(liao)將環(huan)(huan)形(xing)填料(liao)(liao)和鞍形(xing)填料(liao)(liao)兩者的優(you)點集(ji)于(yu)一體，其綜合性能優(you)于(yu)鮑(bao)爾環(huan)(huan)和階梯環(huan)(huan)，在(zai)散裝填料(liao)(liao)中應用較多。

　　球形填料

　　球(qiu)形填(tian)料(liao)一般(ban)(ban)采用(yong)(yong)塑料(liao)注塑而成，其(qi)結(jie)構有多種。球(qiu)形填(tian)料(liao)的特點是球(qiu)體(ti)為空(kong)心，可(ke)以允(yun)許(xu)氣體(ti)、液(ye)體(ti)從(cong)其(qi)內部通過。由于球(qiu)體(ti)結(jie)構的對稱性，填(tian)料(liao)裝填(tian)密度(du)均(jun)勻，不易產生空(kong)穴和架橋，所(suo)以氣液(ye)分散性能好。球(qiu)形填(tian)料(liao)一般(ban)(ban)只適用(yong)(yong)于某些特定的場合，工程(cheng)上(shang)應用(yong)(yong)較少。

　　除上述幾(ji)種(zhong)較典(dian)型的(de)散裝填料外，不斷有構型獨(du)特的(de)新型填料開發出來(lai)，如共(gong)軛環(huan)填料、海爾環(huan)填料、納特環(huan)填料等。

　　規整填料

　　規(gui)整(zheng)填(tian)料(liao)(liao)是按一定的(de)幾(ji)何構形排(pai)列，整(zheng)齊堆砌的(de)填(tian)料(liao)(liao)。規(gui)整(zheng)填(tian)料(liao)(liao)種(zhong)類(lei)很多，根據其幾(ji)何結構可分為格柵填(tian)料(liao)(liao)、波紋填(tian)料(liao)(liao)等。

　　格柵填料

　　格柵(zha)(zha)填料(liao)是以條(tiao)狀單元體經一定規則組(zu)合而成的(de)，具(ju)有多種結構形式(shi)。工業上應用早的(de)格柵(zha)(zha)填料(liao)為木格柵(zha)(zha)填料(liao)。

　　應(ying)用較(jiao)(jiao)為普遍的有(you)格(ge)里奇格(ge)柵(zha)(zha)填(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)、網孔格(ge)柵(zha)(zha)填(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)、蜂窩格(ge)柵(zha)(zha)填(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)等，其中以(yi)格(ge)里奇格(ge)柵(zha)(zha)填(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)具有(you)代表(biao)性。格(ge)柵(zha)(zha)填(tian)料(liao)(liao)(liao)(liao)(liao)的比表(biao)面積(ji)較(jiao)(jiao)低(di)，主要(yao)用于要(yao)求壓降小、負荷大及防堵等場合。

　　波紋填料

　　波紋(wen)(wen)填(tian)料(liao)(liao)(liao)在工(gong)業上(shang)應用的規整填(tian)料(liao)(liao)(liao)絕大部(bu)分為(wei)波紋(wen)(wen)填(tian)料(liao)(liao)(liao)，它是由許多波紋(wen)(wen)薄板組成的圓盤(pan)狀填(tian)料(liao)(liao)(liao)，波紋(wen)(wen)與(yu)塔軸的傾角有(you)30°和45°兩(liang)種，組裝時相(xiang)鄰(lin)兩(liang)波紋(wen)(wen)板反向靠疊。各盤(pan)填(tian)料(liao)(liao)(liao)垂(chui)直裝于(yu)塔內，相(xiang)鄰(lin)的兩(liang)盤(pan)填(tian)料(liao)(liao)(liao)間交錯90°排(pai)列(lie)。

　　波(bo)(bo)(bo)紋填料按結構可分(fen)為網(wang)波(bo)(bo)(bo)紋填料和(he)板波(bo)(bo)(bo)紋填料兩大(da)類，其材質(zhi)又(you)有金屬、塑料和(he)陶瓷等之(zhi)分(fen)。