废气（涉VOCs）洗涤塔中常见填料种类、特点及选择.docx

废气（涉VOCs ）洗涤塔中常见填料种类、特点及选择在很多VOCs废气治理工程中，洗涤塔是常见的预处理/治理设 备，但洗涤塔内如何根据VOCs成分及风量进行合理设计？这里涉 及众多化工知识，例如需要如何涉及塔高，直径，确定风速，确 定洗涤液的循环量等等问题。甚至，如果该洗涤塔为填料塔，填 料层如何设计，填料的选型该最终如何确定。今天，我们先来看 看用于VOCs废气治理中，洗涤塔中的填料种类及对应的特点。1填料的定义填料泛指被填充于其他物体中的物料。在化学工程中，填料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)降低本钱的固体物料。在污水处理领域，主要用于接触氧化工艺，微生物会在填料 的外表进行累积，以增大与污水的外表接触，对污水进行降解处 理。优点：结构简单、压力降小、易于用耐腐蚀非金属材料制造 等。对于气体吸收、真空蒸储以及处理腐蚀性流体的操作，颇为 适用。缺点：当塔径增大时，引起气液分布不均、接触不良等，造 成效率下降，即称为放大效应。同时填料塔还有重量大、造价高、 清理检修麻烦、填料损耗大等缺点。2填料选用准那么填料的几何特性数据主要包括比外表积、空隙率、填料因子 等，是评价填料性能的基本参数。(1)比外表积：单位体积填料外表积称为比外表积，以a表示, 其单位为而/。填料的比外表积愈大，所提供的气液传质面积愈 大。因此，比外表积是评价填料性能优劣的一个重要指标。(2)空隙率：单位体积填料中的空隙体积称为空隙率，以e表 示，其单位为m3/m3,或以%表示。填料的空隙率越大，气体通过 的能力越大且压降低。因此，空隙率是评价填料性能优劣的又一 重要指标。(3)填料因子：填料的比外表积与空隙率比值的三次方，即 (a/e) 3,称为填料因子，以f表示，其单位为1/m。它表示填料的流体力学性能，f值越小，说明流动阻力越小。填料性能优劣主要取决于：有较大的比外表积（n?/填料层）液体在填料外表有较好的均匀分布性能气流能在填料层中均匀分布填料具有较大的空隙率（m'/填料层）。在相同的操作条件下，填料的比外表积越大，气液分布越均 匀，外表的润湿性能越好，那么传质效率越高；填料的空隙率越大, 结构越开敞，那么通量越大，压降亦越低。采用模糊数学方法对九种常用填料的性能进行了评价，丝网 波纹填料综合性能最好，拉西环最差。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最低。填料种类的选择填料种类的选择要考虑别离工艺的要求，通常考虑以下几个 方面：1）传质效率要高。一般而言，规整填料的传质效率高于散装 填料。2）通量要大。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）填料层的压降要低。4）填料抗污堵性能强，拆装、检修方便。填料规格的选择填料规格是指填料的公称尺寸或比外表积。(1)散装填料规格的选择工业塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76 等几种规格。同类填料，尺寸越小，别离效率越高，但阻力增加，通量减 少，填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中， 又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的别离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定，一般塔径与填料公称直径的比值D/d应大于8O(2)规整填料规格的选择工业上常用规整填料的型号和规格的表示方法很多，国内习 惯用比外表积表示，主要有125、150、250、350、500、700等几 种规格。同种类型的规整填料，其比外表积越大，传质效率越高，但 阻力增加，通量减少，填料费用也明显增加。选用时应从别离要求、通量要求、场地条件、物料性质及设 备投资、操作费用等方面综合考虑，使所选填料既能满足技术要 求，又具有经济合理性。填料材质的选择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很好的耐腐蚀性及耐热性，陶瓷填料价格廉价, 具有很好的外表润湿性能，质脆、易碎是其最大缺点。在气体吸 收、气体洗涤、液体萃取等过程中应用较为普遍。（2）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，国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能 较好，可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好, 可长期在10CTC以下使用。塑料填料质轻、价廉，具有良好的韧性，耐冲击、不易碎， 可以制成薄壁结构。它的通量大、压降低，多用于吸收、解吸、 萃取、除尘等装置中。塑料填料的缺点是外表润湿性能差，但可通过适当的外表处 理来改善其外表润湿性能。（3）金属填料金属填料可用多种材质制成，选择时主要考虑腐蚀问题。碳钢填料造价低，且具有良好的外表润湿性能，对于无腐蚀 或低腐蚀性物系应优先考虑使用。不锈钢填料耐腐蚀性强，一般能耐除C1-以外常见物系的腐 蚀，但其造价较高，且外表润湿性能较差，在某些特殊场合（如极 低喷淋密度下的减压精情过程），需对其外表进行处理，才能取得 良好的使用效果。钛材、特种合金钢等材质制成的填料造价很高，一般只在某 些腐蚀性极强的物系下使用。一般来说，金属填料可制成薄壁结构，它的通量大、气体阻 力小，且具有很高的抗冲击性能，能在高温、高压、高冲击强度 下使用，应用范围最为广泛。. 3填料的种类拉西环填料拉西环填料于1914年由拉西(F. Rashching)创造，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，工业上已较少应用。鲍尔环填料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外表的利 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。阶梯环填料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外表流动的汇集分 散点，可以促进液膜的外表更新，有利于传质效率的提高。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为所使用的环形填料中最 为优良的一种。弧鞍填料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。弧鞍填料的特点是外表全部敞开，不分内外，液体在外表两 侧均匀流动，外表利用率高，流道呈弧形，流动阻力小。其缺点是易发生套叠，致使一局部填料外表被重合，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。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，不断有构型独特的新型填 料开发出来，如共轲环填料、海尔环填料、纳特环填料等。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、波纹填料等。格栅填料格栅填料是以条状单元体经一定规那么组合而成的，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。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。波纹填料波纹填料在工业上应用的规整填料绝大局部为波纹填料，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，别离效率很高，特别适 用于精密精僧及真空精僧装置，为难别离物系、热敏性物系的精 僧提供了有效的手段。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f5nlm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、增强外表润湿性能的作用。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外表不是冲压孔，而是 刺孔，用辗轧方式在板片上辗出很密的孔径为0.40.5mm小刺 孔。其别离能力类似于网波纹填料，但抗堵能力比网波纹填料强, 并且价格廉价，应用较为广泛。