在很(hen)多VOCs废(fei)气治(zhi)理项目(mu)中(zhong)(zhong)，洗涤(di)塔(ta)(ta)是常见的(de)预处理/治(zhi)理设备，但(dan)洗涤(di)塔(ta)(ta)内(nei)如(ru)(ru)何(he)根(gen)据VOCs成分及(ji)(ji)(ji)风量进(jin)行合(he)理设计？这里涉及(ji)(ji)(ji)众多化工(gong)知识，例(li)如(ru)(ru)需要(yao)如(ru)(ru)何(he)涉及(ji)(ji)(ji)塔(ta)(ta)高(gao)，直径，确定风速，确定洗涤(di)液的(de)循环量等(deng)等(deng)问题。甚至，如(ru)(ru)果该洗涤(di)塔(ta)(ta)为填(tian)(tian)料(liao)塔(ta)(ta)，填(tian)(tian)料(liao)层(ceng)如(ru)(ru)何(he)设计，填(tian)(tian)料(liao)的(de)选型该终如(ru)(ru)何(he)确定。今天，我(wo)们先来(lai)看(kan)看(kan)用于VOCs废(fei)气治(zhi)理中(zhong)(zhong)，洗涤(di)塔(ta)(ta)中(zhong)(zhong)的(de)填(tian)(tian)料(liao)种类及(ji)(ji)(ji)对应的(de)特点。

　　1.填料的定义

　　填料泛指被填充于(yu)其他物体(ti)中的物料。

　　在(zai)化学工程(cheng)中，填料指(zhi)装于填充塔(ta)内的(de)惰性固体(ti)物(wu)料，例如鲍尔环和(he)拉西环等，其作用是增大气-液的(de)接触(chu)面，使(shi)其相(xiang)互强烈混合(he)。

　　在化工产品中，填(tian)料(liao)又称填(tian)充剂，是(shi)指(zhi)用(yong)以改善加工性能(neng)、制品力(li)学(xue)性能(neng)并(或)降低成(cheng)本(ben)的固体物(wu)料(liao)。

　　在(zai)污(wu)水(shui)处理(li)领域，主要用于接触(chu)(chu)氧(yang)化工艺(yi)，微生物会在(zai)填料的表(biao)面(mian)进行(xing)累(lei)积(ji)，以增大与污(wu)水(shui)的表(biao)面(mian)接触(chu)(chu)，对(dui)污(wu)水(shui)进行(xing)降(jiang)解(jie)处理(li)。

　　优点：结(jie)构简(jian)单、压(ya)力降(jiang)小、易(yi)于用耐腐蚀(shi)非金属材料制造等。对于气体(ti)吸收、真空(kong)蒸馏以(yi)及(ji)处(chu)理腐蚀(shi)性流体(ti)的操(cao)作，颇为(wei)适用。 缺(que)(que)点：当(dang)塔(ta)颈增大时，引(yin)起(qi)气液(ye)分(fen)布(bu)不均、接触不良等，造成效(xiao)率下降(jiang)，即(ji)称为(wei)放大效(xiao)应。同时填料塔(ta)还有(you)重(zhong)量大、造价高、清(qing)理检修麻烦、填料损耗大等缺(que)(que)点。

　　2.填料选用(yong)准(zhun)则

　　填(tian)(tian)料的几(ji)何特性数(shu)据主要(yao)包括比表面积、空隙率、填(tian)(tian)料因(yin)子(zi)等，是评价填(tian)(tian)料性能(neng)的基(ji)本参(can)数(shu)。

　　（1）比(bi)表(biao)面积(ji)单位体积(ji)填(tian)料的填(tian)料表(biao)面积(ji)称为比(bi)表(biao)面积(ji)，以a表(biao)示，其单位为m2/m3。填(tian)料的比(bi)表(biao)面积(ji)愈(yu)大(da)，所提(ti)供(gong)的气液传质面积(ji)愈(yu)大(da)。因此，比(bi)表(biao)面积(ji)是评价(jia)填(tian)料性能优劣的一个重要指标。

　　（2）空(kong)(kong)隙(xi)(xi)率(lv)(lv)单(dan)位体积填(tian)料中的空(kong)(kong)隙(xi)(xi)体积称为空(kong)(kong)隙(xi)(xi)率(lv)(lv)，以e 表示(shi)，其单(dan)位为m3/m3，或以%表示(shi)。填(tian)料的空(kong)(kong)隙(xi)(xi)率(lv)(lv)越大(da)(da)，气体通过的能力(li)越大(da)(da)且压降低。因此，空(kong)(kong)隙(xi)(xi)率(lv)(lv)是评(ping)价填(tian)料性能优劣(lie)的又一重要指标(biao)。

　　（3）填料因子填料的(de)(de)(de)比表(biao)面积与空(kong)隙率三次方的(de)(de)(de)比值，即(a/e) 3，称(cheng)为填料因子，以f表(biao)示，其单位为1/m。它(ta)表(biao)示填料的(de)(de)(de)流体力(li)学性能，f值越小(xiao)，表(biao)明流动阻(zu)力(li)越小(xiao)。

　　填料性能优劣主要取决(jue)于(yu)：

　　有较(jiao)大(da)的比表(biao)面(mian)积(m2/m3填料层(ceng))；

　　液体(ti)在填(tian)料表面有较好的均(jun)匀分布性能；

　　气流能在填料(liao)层中均匀分布；

　　调料(liao)具有较大的空隙率(m3/m3填料(liao)层)。

　　在相同(tong)的操(cao)作条件下，填料(liao)的比表面积(ji)越(yue)大(da)，气(qi)液分布越(yue)均匀，表面的润湿性(xing)能越(yue)好，则传质效率(lv)越(yue)高;填料(liao)的空隙率(lv)越(yue)大(da)，结构(gou)越(yue)开敞，则通量越(yue)大(da)，压降亦越(yue)低。

　　采用模(mo)糊数学(xue)方法对九(jiu)种常用填料(liao)的性能进行了评价(jia)，丝网波纹填料(liao)综合性能好(hao)，拉西环最差。

　　填料(liao)的(de)(de)选(xuan)择(ze)包括确定填料(liao)的(de)(de)种(zhong)类、规格及材质等。所选(xuan)填料(liao)既(ji)要满足生产工(gong)艺(yi)的(de)(de)要求，又要使设备投资和操作(zuo)费用(yong)低。

　　填料种类的选择

　　填料种类的选择要(yao)考虑(lv)分离工艺的要(yao)求，通常考虑(lv)以下几个方面：

　　（1）传(chuan)质(zhi)效(xiao)率(lv)要(yao)高(gao)(gao)。一般而言，规整填(tian)料的(de)传(chuan)质(zhi)效(xiao)率(lv)高(gao)(gao)于散装填(tian)料。

　　（2）通量要(yao)大。在(zai)保(bao)证具有较高传质效率的前提(ti)下，应(ying)选择具有较高泛点气速或气相动能(neng)因(yin)子的填料(liao)。

　　（3）填料(liao)层(ceng)的压降要低。

　　（4）填料抗污堵性能强，拆(chai)装、检(jian)修方便。

　　填料规格的选择

　　填料(liao)规(gui)格是指(zhi)填料(liao)的公称尺寸(cun)或比表面积。

　　（1）散(san)装填料规格的(de)选(xuan)择

　　工业(ye)塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规(gui)格。

　　同类填料(liao)，尺寸越(yue)小，分(fen)离效(xiao)率越(yue)高，但(dan)阻(zu)力(li)增加，通量减少，填料(liao)费用也增加很多。而大尺寸的(de)填料(liao)应用于(yu)小直径(jing)塔中，又会产(chan)生液体分(fen)布不良及严重(zhong)的(de)壁流，使塔的(de)分(fen)离效(xiao)率降(jiang)低。

　　因(yin)此，对塔(ta)径与(yu)填料尺寸的比值(zhi)要有一(yi)规(gui)定，一(yi)般塔(ta)径与(yu)填料公称直(zhi)径的比值(zhi)D/d应大于8。

　　（2）规整填(tian)料规格的选择

　　工业上(shang)常(chang)用规(gui)整填料的型号和(he)规(gui)格(ge)的表示方法很多，国内习惯用比表面积表示，主要有(you)125、150、250、350、500、700等(deng)几种规(gui)格(ge)。

　　同种类型的规整填(tian)料，其比表面(mian)积越(yue)大，传质效率(lv)越(yue)高，但阻(zu)力增加，通量减少，填(tian)料费用(yong)也明(ming)显增加。

　　选用时应从分离要求(qiu)、通量要求(qiu)、场地条件、物料(liao)性质(zhi)及(ji)设备(bei)投资、操作费用等方(fang)面综合考虑，使(shi)所(suo)选填料(liao)既能满足(zu)技术要求(qiu)，又具有(you)经济(ji)合理性。

　　填料材质的选择

　　填料的材质分为陶瓷、金(jin)属和塑料三(san)大类。

　　①陶瓷填料

　　陶瓷填(tian)料具有(you)很(hen)好(hao)的耐腐蚀(shi)性(xing)及耐热性(xing)，陶瓷填(tian)料价格便宜，具有(you)很(hen)好(hao)的表面(mian)润湿性(xing)能，质脆、易碎是(shi)其 大缺点。在气体(ti)吸收、气体(ti)洗涤(di)、液(ye)体(ti)萃取等(deng)过程(cheng)中(zhong)应用较为普(pu)遍。

　　②塑料填料

　　塑料填(tian)料的材质(zhi)主要包括聚(ju)(ju)丙烯(xi)(PP)、聚(ju)(ju)乙烯(xi)(PE)及聚(ju)(ju)氯乙烯(xi)(PVC)等，国内一般(ban)多采用聚(ju)(ju)丙烯(xi)材质(zhi)。塑料填(tian)料的耐(nai)(nai)腐(fu)蚀性能较好(hao)，可(ke)耐(nai)(nai)一般(ban)的无机酸(suan)、碱(jian)和有机溶剂(ji)的腐(fu)蚀。其(qi)耐(nai)(nai)温性良好(hao)，可(ke)长期在100℃以下使用。

　　塑(su)料填(tian)料质轻、价(jia)廉(lian)，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(liang)大、压降(jiang)低(di)，多用于(yu)吸收、解吸、萃取(qu)、除(chu)尘等装置中。

　　塑(su)料填料的缺点是(shi)表面(mian)润湿性能差(cha)，但可通过适当的表面(mian)处理来改善(shan)其表面(mian)润湿性能。

　　③金属填料

　　金属填料(liao)可(ke)用多种材质制成，选择时(shi)主(zhu)要考虑腐蚀问题。

　　碳钢填料造价低(di)，且(qie)具有(you)良好的表(biao)面润湿性能，对于无腐蚀(shi)(shi)或(huo)低(di)腐蚀(shi)(shi)性物系应优(you)先考虑使用(yong)。

　　不锈钢填料耐腐(fu)(fu)蚀性(xing)(xing)强，一般能耐除Cl-以外常见物系的(de)腐(fu)(fu)蚀，但其造(zao)价较高(gao)，且表面(mian)润湿性(xing)(xing)能较差(cha)，在(zai)某些特殊(shu)场合(如(ru)极低喷淋密度下(xia)的(de)减压(ya)精馏过程)，需(xu)对其表面(mian)进行(xing)处(chu)理，才能取得良好的(de)使用效(xiao)果。

　　钛材(cai)、特种合金钢等材(cai)质制(zhi)成的(de)(de)填料造价很高，一(yi)般只在某些(xie)腐蚀性极(ji)强的(de)(de)物系下使用。

　　一般来说，金属填(tian)料可制(zhi)成薄(bo)壁结构，它的通(tong)量大、气(qi)体阻力小，且具有很高(gao)的抗冲(chong)击性能(neng)，能(neng)在高(gao)温(wen)、高(gao)压、高(gao)冲(chong)击强度下使用(yong)，应用(yong)范围为广(guang)泛。

　　3.填料的种类

　　拉西环填料

　　拉(la)西环(huan)填料于1914年由拉(la)西(F. Rashching)发明，为外径(jing)与高度相(xiang)等(deng)的(de)圆环(huan)。拉(la)西环(huan)填料的(de)气液分布较差(cha)，传质效率低，阻力大，通(tong)量小，工业上(shang)已较少应用(yong)。

　　鲍尔环填料

　　鲍尔环(huan)填料(liao)是对拉(la)西环(huan)的(de)改进，在拉(la)西环(huan)的(de)侧壁上开(kai)出两排长(zhang)方形的(de)窗孔，被切开(kai)的(de)环(huan)壁的(de)一侧仍与壁面相连，另一侧向环(huan)内弯曲，形成内伸(shen)的(de)舌叶，诸(zhu)舌叶的(de)侧边在环(huan)中心相搭(da)。

　　鲍(bao)尔环由(you)于环壁开孔，大大提(ti)高(gao)(gao)了环内空间及(ji)环内表面的(de)利用率，气流阻(zu)力小，液体分布均(jun)匀。与拉西环相(xiang)比，鲍(bao)尔环的(de)气体通(tong)量可增加50%以上，传(chuan)质效率提(ti)高(gao)(gao)30%左右。鲍(bao)尔环是一种应(ying)用较广的(de)填料。

　　阶梯环填料

　　阶梯环填料是对鲍(bao)尔环的(de)改进，与(yu)鲍(bao)尔环相比，阶梯环高度减少了一半并在一端增加了一个(ge)锥形(xing)翻边。

　　由于高径比(bi)减(jian)少，使得气体绕填(tian)(tian)料外壁(bi)的平(ping)均路径大为缩(suo)短，减(jian)少了(le)(le)气体通过填(tian)(tian)料层的阻力。锥形翻(fan)边不(bu)仅增加了(le)(le)填(tian)(tian)料的机械强度，而且使填(tian)(tian)料之(zhi)间由线接(jie)触(chu)为主变成以点接(jie)触(chu)为主，这样(yang)不(bu)但增加了(le)(le)填(tian)(tian)料间的空隙(xi)，同时成为液体沿(yan)填(tian)(tian)料表面流(liu)动的汇集分散点，可以促进液膜(mo)的表面更新(xin)，有利于传质效率的提高。

　　阶(jie)梯环的(de)综合性能优于鲍(bao)尔(er)环，成为所使用的(de)环形填(tian)料中为优良(liang)的(de)一种。

　　弧鞍填料

　　弧(hu)鞍填料属鞍形填料的一种，其形状(zhuang)如同马鞍，一般采用瓷质(zhi)材料制成。

　　弧鞍填料的特点是(shi)表面全部敞开，不分内外，液体在表面两侧均匀流动(dong)(dong)，表面利用率高，流道呈弧形，流动(dong)(dong)阻力(li)小(xiao)。

　　其缺点(dian)是易发生(sheng)套叠，致使(shi)一部分填料表面被重合，使(shi)传质效率(lv)降低。弧鞍填料强度较差，容破(po)碎，工业生(sheng)产中应用(yong)不多(duo)。

　　矩鞍填料

　　矩鞍(an)填料(liao)(liao)将弧鞍(an)填料(liao)(liao)两(liang)(liang)端的弧形面(mian)改为矩形面(mian)，且两(liang)(liang)面(mian)大小(xiao)不等(deng)，即成(cheng)为矩鞍(an)填料(liao)(liao)。

　　矩鞍填(tian)料堆积(ji)时不会(hui)套叠，液(ye)体分(fen)布较均(jun)(jun)匀。矩鞍填(tian)料一般采(cai)用瓷质材料制成，其性能(neng)优于拉西环。国(guo)内绝大(da)多数(shu)应用瓷拉西环的场合，均(jun)(jun)已被瓷矩鞍填(tian)料所取代(dai)。

　　金属环矩鞍填料

　　环(huan)矩鞍填料(liao)(liao)(国外(wai)称为(wei)Intalox)是兼(jian)顾环(huan)形(xing)和鞍形(xing)结构特点而设计出的一种新型填料(liao)(liao)，该(gai)填料(liao)(liao)一般以金属(shu)(shu)材质(zhi)制成(cheng)，故又称为(wei)金属(shu)(shu)环(huan)矩鞍填料(liao)(liao)。

　　环矩鞍(an)填料将(jiang)环形(xing)填料和(he)鞍(an)形(xing)填料两者的优点集于一体(ti)，其综合性(xing)能(neng)优于鲍(bao)尔环和(he)阶梯(ti)环，在散装填料中应用较多。

　　球形填料

　　球形填料一般采用(yong)塑料注塑而成(cheng)，其结(jie)构有多种。球形填料的特(te)点是(shi)球体(ti)为空心(xin)，可以(yi)允许(xu)气(qi)体(ti)、液体(ti)从其内部通过。由于球体(ti)结(jie)构的对称(cheng)性，填料装(zhuang)填密度均匀，不易(yi)产生空穴(xue)和(he)架桥，所以(yi)气(qi)液分(fen)散性能好。球形填料一般只适用(yong)于某(mou)些特(te)定的场合，工程上(shang)应用(yong)较少。

　　除上述几(ji)种(zhong)较典型(xing)的(de)(de)散装填(tian)(tian)料外(wai)，不断有(you)构型(xing)独特的(de)(de)新型(xing)填(tian)(tian)料开发出(chu)来，如(ru)共轭环填(tian)(tian)料、海尔环填(tian)(tian)料、纳特环填(tian)(tian)料等。

　　规整填料

　　规整(zheng)填(tian)料(liao)(liao)(liao)是(shi)按一(yi)定的(de)几何(he)构形排列，整(zheng)齐堆砌的(de)填(tian)料(liao)(liao)(liao)。规整(zheng)填(tian)料(liao)(liao)(liao)种类很多(duo)，根据其(qi)几何(he)结构可分(fen)为(wei)格栅填(tian)料(liao)(liao)(liao)、波纹填(tian)料(liao)(liao)(liao)等。

　　格栅填料

　　格(ge)栅填(tian)料是(shi)以条状单元体经(jing)一定规则组(zu)合而成的(de)，具有(you)多种结构形式。工业上应(ying)用早的(de)格(ge)栅填(tian)料为木格(ge)栅填(tian)料。

　　应用较为普遍的(de)有格(ge)(ge)里奇(qi)格(ge)(ge)栅(zha)填(tian)(tian)(tian)料(liao)、网孔(kong)格(ge)(ge)栅(zha)填(tian)(tian)(tian)料(liao)、蜂窝格(ge)(ge)栅(zha)填(tian)(tian)(tian)料(liao)等，其中以格(ge)(ge)里奇(qi)格(ge)(ge)栅(zha)填(tian)(tian)(tian)料(liao)具有代表性。格(ge)(ge)栅(zha)填(tian)(tian)(tian)料(liao)的(de)比表面(mian)积(ji)较低，主要(yao)用于要(yao)求(qiu)压降小、负荷大及防堵等场合。

　　波纹填料

　　波(bo)纹(wen)填(tian)料(liao)在工业上应用的(de)规(gui)整填(tian)料(liao)绝大部分为(wei)波(bo)纹(wen)填(tian)料(liao)，它是由许多(duo)波(bo)纹(wen)薄板组成的(de)圆盘状填(tian)料(liao)，波(bo)纹(wen)与(yu)塔轴的(de)倾角有30°和(he)45°两(liang)(liang)种，组装(zhuang)时相邻(lin)两(liang)(liang)波(bo)纹(wen)板反(fan)向靠叠。各盘填(tian)料(liao)垂直(zhi)装(zhuang)于(yu)塔内，相邻(lin)的(de)两(liang)(liang)盘填(tian)料(liao)间交(jiao)错90°排列。

　　波纹填料(liao)(liao)按结构可(ke)分(fen)为网波纹填料(liao)(liao)和板波纹填料(liao)(liao)两(liang)大类(lei)，其材质又有金属、塑料(liao)(liao)和陶瓷(ci)等(deng)之分(fen)。