填料類型及作用

填料的作用是為氣、液兩相提供充分的接觸面，并為提高其湍動程度(主要是氣相)創(chuàng)造條件，以利于傳質(zhì)(包括傳熱)。它們應(yīng)能使氣、液接觸面大、傳質(zhì)系數(shù)高，同時通量大而阻力小，所以要求填料層空隙率高、比表面積大、表面濕潤性能好，并在結(jié)構(gòu)上還要有利于兩相密切接觸，促進(jìn)喘流。制造材料又要對所處理的物料有耐腐蝕性，并具有一定的機械強度，使填料層底部不致因受壓而碎裂、變形常用的塔填料可分為兩大類：散裝填料與規(guī)整填料。    a.散裝填料散裝填料有中空的環(huán)形填料，表面敞開的鞍形填料等。常用的構(gòu)造材料包括陶瓷、金屬、玻璃、石墨等。幾種主要散裝填料的特點如下。    (1)拉西環(huán)拉西環(huán)為高與直徑相等的圓環(huán)，常用的直徑為25～75mm(亦有小至6mm，大至150mm的，但少用)，陶瓷環(huán)壁厚2.5～9.5mm，金屬環(huán)壁厚0.8～1.6mm。填料多亂堆在塔內(nèi)，直徑大的亦可整砌，以降低阻力及減少液體流向塔壁的趨勢。拉西環(huán)結(jié)構(gòu)簡單，但與其他填料相比，氣體通過能力低，阻力也大，液體到達(dá)環(huán)內(nèi)部比較困難，因而濕潤不易充分，傳質(zhì)效果差，故近年來使用較少。在拉西環(huán)內(nèi)部空間的直徑位置上加一隔板，即成為列辛環(huán)；環(huán)內(nèi)加螺旋形隔板則成為螺旋環(huán)。隔板有提高填料能力與增大表面的作用。    (2)弧鞍弧鞍又稱貝爾鞍(Berl saddle)，是出現(xiàn)較早的鞍形填料，形如馬鞍，大小自25mm至50mm的較常用。弧鞍的表面不分內(nèi)外，全部敞開，流體在兩側(cè)表面分布同樣均勻。它的另一特點是堆放在塔內(nèi)時，對塔壁側(cè)壓力比環(huán)形填料小。但由于兩側(cè)表面構(gòu)形相同，堆放時填料容易疊合，因而減少暴露的表面，*近已漸為構(gòu)形改善了的矩鞍填料所代替?；“疤盍隙嘤锰沾芍圃?。   (3)矩鞍矩鞍兩側(cè)表面不能疊合，且較耐壓力，構(gòu)形簡單，加工比弧鞍方便，多用陶瓷制造。在以陶瓷為材料的填料中，此種填料的水力性能與傳質(zhì)性能都比較優(yōu)越。以上各種散裝填料的壁上不開孔或槽，多用陶瓷制成。此外，又有在壁上開孔或槽的，多用金屬或塑料制成。后者的性能比前者的提高很多，因此被稱為“高效”填料。常見的散裝開孔填料有下列幾種    (4)鮑爾環(huán)(Pall ring) 鮑爾環(huán)的構(gòu)造，相當(dāng)于在金屬拉西環(huán)的壁面上開一排或兩排正方形或長方形孔，開孔時只斷開四條邊中的三條邊，另一邊保留，使原來的金屬材料片呈舌狀彎入環(huán)內(nèi)，這些舌片在環(huán)內(nèi)幾乎對接起來。填料的空隙率與比表面并未因而增加。但堆成層后氣、液流動通暢，有利于氣、液流動通暢，有利于氣、液進(jìn)入環(huán)內(nèi)。因此，鮑爾環(huán)比拉西環(huán)氣體通過能力與體積傳質(zhì)系數(shù)都有顯著提高，阻力也減少。鮑爾環(huán)還可用塑料制造。    (5)階梯環(huán)(Cascade miniring)  階梯環(huán)是一端有喇叭口的開孔環(huán)形填料，環(huán)高與直徑之比略小于1，環(huán)內(nèi)有筋，起加固與增大接觸面的作用，喇叭口能防止填料凍死靠緊，使空隙率提高，并使表面更易暴露。制造材料多為金屬或塑料。    (6)金屬鞍環(huán)    用金屬作的矩鞍，并在鞍的背部沖出兩條狹帶，彎成環(huán)形筋，筋上又沖出四個小爪彎入環(huán)內(nèi)。它在構(gòu)形上是鞍與環(huán)的結(jié)合，又兼有鞍形填料液體分布均勻和開孔環(huán)形填料氣體通量大、阻力小的優(yōu)點，故稱鞍環(huán)為環(huán)矩鞍。    b.規(guī)整填料規(guī)整填料不同散裝填料，在于它具有成塊的規(guī)整結(jié)構(gòu)，可在塔內(nèi)逐層疊放。*早出現(xiàn)的規(guī)整填料是由機木板條排列成的柵板，后來也有用金屬條或塑料板條做的。柵板填料氣流阻力小，傳質(zhì)效果卻比較差，現(xiàn)已不大用于氣液傳質(zhì)設(shè)備，但在涼水塔中仍有使用。20世紀(jì)60年代以后開發(fā)出來的絲網(wǎng)波紋填料和板波紋填料，是目前使用比較廣泛的規(guī)整填料?，F(xiàn)將它們的構(gòu)形和特點分述如下：    (1)絲網(wǎng)波紋填料 將金屬絲網(wǎng)切成寬50～100mm的矩形條，并壓出波紋，波紋與長邊的斜角為30°，45°或60°，網(wǎng)條上打出小孔以利氣體穿過。然后將若干網(wǎng)條并排成較塔內(nèi)截面略小的一圓盤，盤高與條寬相等，許多盤在塔內(nèi)疊成所需的高度。若塔徑大，則將一盤分成幾份，安裝時再并合。一盤之內(nèi)，左右相鄰兩盤的網(wǎng)條又互成90°交叉。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是：    1)各片排列整齊而峰谷之間空隙大，氣流阻力??；   2)波紋間通道的方向頻繁改變，氣流滑動加劇    3)片與片之間以及盤與盤之間網(wǎng)條交錯，促使液體不斷再分布；    4)絲網(wǎng)細(xì)密，液體可在網(wǎng)面形成穩(wěn)定薄膜，即使液體噴淋密度小，也易于達(dá)到完全潤濕。上述特點使這種填料層的通量大，在大直徑塔內(nèi)使用也沒有液體分布不勻及填料表面潤濕**的缺點。絲網(wǎng)波紋填料的缺點：  1)造價高；   2)裝砌要求高，塔身安裝的垂直度要求嚴(yán)格，盤與塔壁間的縫隙要堵實；    3)填料內(nèi)部通道狹窄，易被堵塞且不易清洗。然而，由于其傳質(zhì)效率很高且阻力很小，在精密精餾和真空精餾中使用很合適。開始時，多用于直徑比較小的塔，現(xiàn)可用于直徑達(dá)幾米的塔，使用領(lǐng)域也不再局限于蒸餾。(2)板波填料為了克服絲網(wǎng)波紋填料價格高及安裝要求高的缺點，將絲網(wǎng)條改為板條，填料的構(gòu)形相同，構(gòu)造材料除金屬外，還可用塑料。板波填料的傳質(zhì)性能雖低于絲網(wǎng)波紋填料，但仍屬高效填料之列。