规整填料的介绍

规整填料和散堆填料有什么区别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。由许多具有相同几何形状的填料单元构成。散堆填料是在随机乱堆过程中具有一定成都规则排列的特点，因而压降低、通量大、液体分布均匀、操作弹性大。但是与规整填料相比，规整填料还是相比更具有效率高、降压低、处理量大、气液布均匀、持液量小、放大效应不明显,操作弹性大等一系列优点。规整填料和散堆填料的价格不相同，用途也不相同.
【规整填料的介绍】

文章插图
什么是填料？填料
tiánliào [filling，stuffing] 可作填充物的东西
【化工】
packing，filler 泛指被填充于其他物体中的物料。在化学工程中，填料(packing)指装于填充塔内的惰性固体物料，例如鲍尔环和拉西环等，其作用是增大气-液的接触面，使其相互强烈混合。在化工产品中，填料(filler)又称填充剂，是指用以改善加工性能、制品力学性能并（或）降低成本的固体物料。其中可显著提高制品强度的填料，如长纤维和晶须等常专称增强材料，炭黑称补强填充剂。药品片剂、化妆品和去垢剂中常加入固体物料和碳酸钙等作填充剂，但其目的是调节剂量和浓度而不是改善性能，所以应称稀释剂。塑料增塑剂、橡胶充油以及纺丝油剂等，虽可改善性能，也能影响成本，但习惯上把这些液态物料视为加工助剂。在高分子化工中，填料（填充剂）是用量最大的添加剂，几乎所有的塑料(包括热塑性和热固性塑料)、天然橡胶和涂料都使用大量填料。例如，制造塑料时加入木粉、陶土或碳酸钙等，不仅能改善制品力学性能，增加硬度，而且还可降低成本；用石墨、磁粉或云母作填料，可提高塑料的导电、通磁和耐热性；橡胶中加入炭黑或二氧化硅（白炭黑）可显著提高制品的物性；纺丝液中加入钛白粉（二氧化钛）可以遮光和染色。在涂料工业中常加入白色或带色填料（如钛白粉、滑石粉、碳酸钙、硫酸钡等）以改善涂料的光学、物理和化学性能，这类用途的填料（填充剂）称为体质颜料或展色料。
[编辑本段]填料性能的优劣
主要取决于：①有较大的比表面积（m2/m3填料层）；②液体在填料表面有较好的均匀分布性能；③气流能在填料层中均匀分布；④调料具有较大的空隙率（m3/m3填料层）。另外，选择填料时还应考虑其机械强度、来源、制造及价格等因素。
填料的种类
填料的种类很多，根据装填方式的不同，可分为散装填料和规整填料。
一、散装填料
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。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。现介绍几种较为典型的散装填料: 拉西环鲍尔环阶梯环弧鞍填料矩鞍填料金属环矩鞍填料球形填料
拉西环
（1）拉西环填料拉西环填料于1914年由拉西（F. Rashching）发明，为外径与高度相等的圆环。拉西环填料的气液分布较差，传质效率低，阻力大，通量小，目前工业上已较少应用。
鲍尔环
（2）鲍尔环填料是对拉西环的改进，在拉西环的侧壁上开出两排长方形的窗孔，被切开的环壁的一侧仍与壁面相连，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶，诸舌叶的侧边在环中心相搭。鲍尔环由于环壁开孔，大大提高了环内空间及环内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。与拉西环相比，鲍尔环的气体通量可增加50%以上，传质效率提高30%左右。鲍尔环是一种应用较广的填料。
阶梯环
（3）阶梯环填料是对鲍尔环的改进，与鲍尔环相比，阶梯环高度减少了一半并在一端增加了一个锥形翻边。由于高径比减少，使得气体绕填料外壁的平均路径大为缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形翻边不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间由线接触为主变成以点接触为主，这样不但增加了填料间的空隙，同时成为液体沿填料表面流动的汇集分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。
弧鞍填料
（4）弧鞍填料属鞍形填料的一种，其形状如同马鞍，一般采用瓷质材料制成。弧鞍填料的特点是表面全部敞开，不分内外，液体在表面两侧均匀流动，表面利用率高，流道呈弧形，流动阻力小。其缺点是易发生套叠，致使一部分填料表面被重合，使传质效率降低。弧鞍填料强度较差，容破碎，工业生产中应用不多。
矩鞍填料
（5）矩鞍填料将弧鞍填料两端的弧形面改为矩形面，且两面大小不等，即成为矩鞍填料。矩鞍填料堆积时不会套叠，液体分布较均匀。矩鞍填料一般采用瓷质材料制成，其性能优于拉西环。目前，国内绝大多数应用瓷拉西环的场合，均已被瓷矩鞍填料所取代。
金属环矩鞍填料
（6）金属环矩鞍填料环矩鞍填料（国外称为Intalox）是兼顾环形和鞍形结构特点而设计出的一种新型填料，该填料一般以金属材质制成，故又称为金属环矩鞍填料。环矩鞍填料将环形填料和鞍形填料两者的优点集于一体，其综合性能优于鲍尔环和阶梯环，在散装填料中应用较多。
球形填料
（7）球形填料一般采用塑料注塑而成，其结构有多种。球形填料的特点是球体为空心，可以允许气体、液体从其内部通过。由于球体结构的对称性，填料装填密度均匀，不易产生空穴和架桥，所以气液分散性能好。球形填料一般只适用于某些特定的场合，工程上应用较少。除上述几种较典型的散装填料外，近年来不断有构型独特的新型填料开发出来，如共轭环填料、海尔环填料、纳特环填料等。工业上常用的散装填料的特性数据可查有关手册。
二、规整填料
规整填料是按一定的几何构形排列，整齐堆砌的填料。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。
格栅填料
（1）格栅填料是以条状单元体经一定规则组合而成的，具有多种结构形式。工业上应用最早的格栅填料为木格栅填料。目前应用较为普遍的有格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料等，其中以格里奇格栅填料最具代表性。格栅填料的比表面积较低，主要用于要求压降小、负荷大及防堵等场合。
波纹填料
（2）波纹填料目前工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料，它是由许多波纹薄板组成的圆盘状填料，波纹与塔轴的倾角有30°和45°两种，组装时相邻两波纹板反向靠叠。各盘填料垂直装于塔内，相邻的两盘填料间交错90°排列。波纹填料按结构可分为网波纹填料和板波纹填料两大类，其材质又有金属、塑料和陶瓷等之分。金属丝网波纹填料是网波纹填料的主要形式，它是由金属丝网制成的。金属丝网波纹填料的压降低，分离效率很高，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。尽管其造价高，但因其性能优良仍得到了广泛的应用。金属板波纹填料是板波纹填料的一种主要形式。该填料的波纹板片上冲压有许多f5mm左右的小孔，可起到粗分配板片上的液体、加强横向混合的作用。波纹板片上轧成细小沟纹，可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用。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。金属压延孔板波纹填料是另一种有代表性的板波纹填料。它与金属孔板波纹填料的主要区别在于板片表面不是冲压孔，而是刺孔，用辗轧方式在板片上辗出很密的孔径为0.4～0.5mm小刺孔。其分离能力类似于网波纹填料，但抗堵能力比网波纹填料强，并且价格便宜，应用较为广泛。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（常用的有125、150、250、350、500、700等几种）。波纹填料的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。（3）脉冲填料脉冲填料是由带缩颈的中空棱柱形个体，按一定方式拼装而成的一种规整填料。脉冲填料组装后，会形成带缩颈的多孔棱形通道，其纵面流道交替收缩和扩大，气液两相通过时产生强烈的湍动。在缩颈段，气速最高，湍动剧烈，从而强化传质。在扩大段，气速减到最小，实现两相的分离。流道收缩、扩大的交替重复，实现了“脉冲”传质过程。脉冲填料的特点是处理量大，压降小，是真空精馏的理想填料。因其优良的液体分布性能使放大效应减少，故特别适用于大塔径的场合。
填料塔的结构及其工作原理
填料塔的作用是起到吸收作用，是化工、石油化工和炼油生产中最重要的设备之一。以下讲一下填料塔的结构特点：填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。填料塔也有一些不足之处，如填料造价高；当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合等。
填料小知识
填料是填料塔中的传质元件，它可以有不同的分类。填料的类型有两大类：拉西环矩鞍填料；鲍尔环；鲍尔环是在拉西环的壁面上开一层或两层长方形小窗。波纹填料有丝网形和孔板形两大类。对填料的基本要求有：传质效率高，要求填料能提供大的气液接触面。即要求具有大的比表面积，并要求填料表面易于被液体润湿。只有润湿的表面才是气液接触表面。生产能力大，气体压力降小。因此要求填料层的空隙率大。不移引起偏流和沟流。经久耐用具有良好的耐腐蚀性，较高的机械强度和必要的耐热性。取材容易，价格便宜。
鲍尔环填料和规整填料哪个交换面积大鲍尔环填料具有通量大、阻力小、分离效率高及操作弹性大等优点，在相同的降压下,处理量可较拉西环大50%以上。在同样处理量时，降压可降低一半，传质效率可提高20%左右。与拉西环比较，这种填料具有生产能力大、阻力强...
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，规整填料中应用最广的是垂直波纹填料。垂直波纹填料又分板波纹型和网波纹型。波纹填料的规格型号表示方式中，数字一般代表其比表面积数值，字母X、Y分别代表其波纹倾角为30℃，45℃例如，400X则表示此种波纹填料其比表面积为400m2/m3，波纹倾角为30℃ 。X型填料压降小；Y型填料传质性能较好。
填料在工业运用中的类型及特点填料的作用是为气、液两相提供充分的接触面，并为提高其湍动程度(主要是气相)创造条件，以利于传质(包括传热) 。它们应能使气、液接触面大、传质系数高，同时通量大而阻力小，所以要求填料层空隙率高、比表面积大、表面湿润性能好，并在结构上还要有利于两相密切接触，促进喘流。制造材料又要对所处理的物料有耐腐蚀性，并具有一定的机械强度，使填料层底部不致因受压而碎裂、变形常用的塔填料可分为两大类：散装填料与规整填料。
a.散装填料
散装填料有中空的环形填料，表面敞开的鞍形填料等。常用的构造材料包括陶瓷、金属、玻璃、石墨等。几种主要散装填料的特点如下。
(1)拉西环拉西环为高与直径相等的圆环，常用的直径为25～75mm(亦有小至6mm，大至150mm的，但少用)，陶瓷环壁厚2.5～9.5mm，金属环壁厚0.8～1.6mm 。填料多乱堆在塔内，直径大的亦可整砌，以降低阻力及减少液体流向塔壁的趋势。拉西环结构简单，但与其他填料相比，气体通过能力低，阻力也大，液体到达环内部比较困难，因而湿润不易充分，传质效果差，故近年来使用较少。
在拉西环内部空间的直径位置上加一隔板，即成为列辛环；环内加螺旋形隔板则成为螺旋环。隔板有提高填料能力与增大表面的作用。
(2)弧鞍
弧鞍又称贝尔鞍(Berl saddle)，是出现较早的鞍形填料，形如马鞍，大小自25mm至50mm的较常用。弧鞍的表面不分内外，全部敞开，流体在两侧表面分布同样均匀。它的另一特点是堆放在塔内时，对塔壁侧压力比环形填料小。但由于两侧表面构形相同，堆放时填料容易叠合，因而减少暴露的表面，最近已渐为构形改善了的矩鞍填料所代替。弧鞍填料多用陶瓷制造。
(3)矩鞍
矩鞍两侧表面不能叠合，且较耐压力，构形简单，加工比弧鞍方便，多用陶瓷制造。在以陶瓷为材料的填料中，此种填料的水力性能与传质性能都比较优越。
以上各种散装填料的壁上不开孔或槽，多用陶瓷制成。此外，又有在壁上开孔或槽的，多用金属或塑料制成。后者的性能比前者的提高很多，因此被称为“高效”填料。常见的散装开孔填料有下列几种
(4)鲍尔环(Pall ring)
鲍尔环的构造，相当于在金属拉西环的壁面上开一排或两排正方形或长方形孔，开孔时只断开四条边中的三条边，另一边保留，使原来的金属材料片呈舌状弯入环内，这些舌片在环内几乎对接起来。填料的空隙率与比表面并未因而增加。但堆成层后气、液流动通畅，有利于气、液流动通畅，有利于气、液进入环内。因此，鲍尔环比拉西环气体通过能力与体积传质系数都有显著提高，阻力也减少。鲍尔环还可用塑料制造。
(5)阶梯环(Cascade miniring)
阶梯环是一端有喇叭口的开孔环形填料，环高与直径之比略小于1，环内有筋，起加固与增大接触面的作用，喇叭口能防止填料冻死靠紧，使空隙率提高，并使表面更易暴露。制造材料多为金属或塑料。
(6)金属鞍环
用金属作的矩鞍，并在鞍的背部冲出两条狭带，弯成环形筋，筋上又冲出四个小爪弯入环内。它在构形上是鞍与环的结合，又兼有鞍形填料液体分布均匀和开孔环形填料气体通量大、阻力小的优点，故称鞍环为环矩鞍。
b.规整填料
规整填料不同散装填料，在于它具有成块的规整结构，可在塔内逐层叠放。最早出现的规整填料是由机木板条排列成的栅板，后来也有用金属条或塑料板条做的。栅板填料气流阻力小，传质效果却比较差，现已不大用于气液传质设备，但在凉水塔中仍有使用。20世纪60年代以后开发出来的丝网波纹填料和板波纹填料，是目前使用比较广泛的规整填料。现将它们的构形和特点分述如下：
(1)丝网波纹填料
将金属丝网切成宽50～100mm的矩形条，并压出波纹，波纹与长边的斜角为30°，45°或60°，网条上打出小孔以利气体穿过。然后将若干网条并排成较塔内截面略小的一圆盘，盘高与条宽相等，许多盘在塔内叠成所需的高度。若塔径大，则将一盘分成几份，安装时再并合。一盘之内，左右相邻两盘的网条又互成90°交叉。
这种结构的优点是：
1)各片排列整齐而峰谷之间空隙大，气流阻力小；
2)波纹间通道的方向频繁改变，气流滑动加剧
3)片与片之间以及盘与盘之间网条交错，促使液体不断再分布；
4)丝网细密，液体可在网面形成稳定薄膜，即使液体喷淋密度小，也易于达到完全润湿。
上述特点使这种填料层的通量大，在大直径塔内使用也没有液体分布不匀及填料表面润湿不良的缺点。
丝网波纹填料的缺点：
1)造价高；
2)装砌要求高，塔身安装的垂直度要求严格，盘与塔壁间的缝隙要堵实；
3)填料内部通道狭窄，易被堵塞且不易清洗。然而，由于其传质效率很高且阻力很小，在精密精馏和真空精馏中使用很合适。开始时，多用于直径比较小的塔，现可用于直径达几米的塔，使用领域也不再局限于蒸馏。
(2)板波填料
为了克服丝网波纹填料价格高及安装要求高的缺点，将丝网条改为板条，填料的构形相同，构造材料除金属外，还可用塑料。板波填料的传质性能虽低于丝网波纹填料，但仍属高效填料之列。
塑料规整波纹填料是什么填料1.1　金属丝网波纹填料　由金属丝网压成的波纹板片组成,波高小,比表面积大,表面湿润性能好,分离效率极高,每m填料层可达10块或更多理论板的分离效率。但因其制造材料不锈钢等丝网价格贵,单位体积填料造价高,且强度较低,一般适用于难分离和热敏性物系的真空精馏、常压精馏与吸收,塔径不大(2　m以下)、不易堵塞和腐蚀的场合。分单层和双层金属丝网波纹填料。单层金属丝网波纹填料有250型、500型、700型,以500型应用最为广泛。1.2　网孔(板网)波纹填料　网孔波纹填料是近期开发成功的一种新型波纹填料,是直接将不锈钢等薄带适当处理拉制成特定规格的菱形网板,成本比丝网显著降低的同时具有金属丝网波纹填料的优良性能,工业应用日趋扩大,适用范围类似于金属丝网波纹填料的应用场合及特殊工况。1.3　金属孔板波纹填料　多由不锈钢波纹板片组成,板片上钻有许多5　mm左右的小孔。其性能介于金属网波纹填料与散堆填料之间。由于结构合理,强度高,造价较金属丝网波纹填料低,耐腐蚀性好,抗污染能力强,压降低,通量大,它特适用于常压和中等真空度及有污染危险的有机物蒸馏,并适用于常压及加压逆流吸收过程。在设计新塔和改造旧塔中,它用来代替鲍尔环之类的散堆填料和某些板式塔。尤其是在大型塔器改造中,对提高产品的产量和质量,降低能耗都有明显的经济效果。1.4　塑料孔板波纹填料　结构与金属孔板波纹填料类似,材质有聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯等。主要优点是耐腐蚀、质轻、价廉、阻力小、效率较高、放大效应小。目前主要有125　Y和250　Y两种规格,它们适用于各种吸收和解吸过程,也用于废气净化及大液体负荷和高操作压力的过程与提高现有塔器的生产能力,还适合于易起泡沫的物系。应用于化肥及环保部门都取得了良好的效果。工程应用注意事项　工业上应用规整填料塔,塔径、塔体倾斜度、填料分段和安装都必须符合规定要求。液体分布、液体收集和再分布、填料支承圈、填料限位压圈等塔内件都必须设计合理,加工安装精确。对于大直径塔或气体入口动压头与塔压差之比大于2.5(如加压塔)时,应考虑气相分布装置。被处理物系带有悬浮固体的情况下,一般不宜用丝网型波纹填料。塔内易产生聚合物或有焦油的情况下,不仅丝网填料不适用,用孔板波纹填料也要格外谨慎,应采取一定措施。填料一旦被污染,只宜用化学方法清洗。波纹填料比表面积很大,在塔停止操作后,填料表面会有较大静持液量。这时塔内温度还未降下来,对于易氧化的物料,若有大量空气快速进入,塔内温度可进一步升高,烧毁填料。这种情况不停车,应向塔内通入氮气保护,或先用其他溶剂清洗介质再停车。在大多数情况开车时,丝网填料要进行充分预液泛,使其形成良好的液膜,方能达到高效。一般说来预液泛有三种方式:①淹塔后泛塔;②泛点通量下,采用大通量全回流操作;③在大于泛点通量下全回流操作。通常采用第三种方法。规整填料塔在分离效率、压降等方面优于板式塔和散堆填料塔,但它仍具有散堆填料塔的局限:换热不便,侧线抽出困难,抗腐蚀性相对于板式塔较差,过程控制困难等。工程中要具体问题具体分析。4　结　语选用规整填料虽然一次费用较高,但从缩小塔体积和节能收益来看,费用可以很快收回