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                填料的种类


                       4BZVS2]0VTU{5A6KN[_$ZE7.png填料的概述  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ζ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ξ 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。 四氟填料聚四氟乙烯阀杆填料是以聚四氟≡乙烯细粉料为原料,采用全新的工艺加工而成的一种柔软制品。白色,连续绳状,截面呈圆形∮。它具有高度的柔顺性,极好的填充性、自润滑性、低摩擦系数、耐腐蚀等性能。技术参数:·使用温度 -260~+260 ·使用压力 <20MPa ·适用介质 除元素氟、熔融碱金属以外的一切化学物质。优点:·装填方便快捷。装填时一般不必拆卸≡阀门,只需将绳状填料绕在阀杆上,推入填料函,上紧函盖帽,填料即被压成一个密实的整体。 ·密封性能优异。膨胀聚四氟乙烯独特的微观结构赋予该产品极佳的柔韧性和模塑性,使它能轻易地将♂填料函内部空隙,甚至阀杆、函体上的所有凹坑和沟槽填密,这也使腐蚀、磨损的旧阀门避◥免更换或修理。使用寿命长。因它长期保持的柔软塑性,使泄漏缺口↓随时被填塞,还因它不被腐〖蚀,不会老化,可保长期使用。·阀门开闭灵▲活轻便。因为聚四氟乙烯具有最低的摩擦系数和优异⊙的自润滑性。不污染管道中的流体。因为它洁白干净,不会因腐蚀老化而脱落,使它特别适用于医药、精细化工、食品等行业。·规格『通用性好,减@少填料储存量,节约开支。只需备置几种粗』细规格的阀杆填料,就能满足大多数阀门之需求。一般选用能用手嵌入的最大号这种填料,但较细的'该种填料,也可用于大规格的阀门中,压紧后,也会塑变成型,得到密实〓的封填体。 
                     
                       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: 
                   (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。

                    (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,另一侧向环内卐弯曲,形成内伸的舌叶,诸舌叶的〇侧边在环中心相搭。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。

                   (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々,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。

                   (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ζ 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。

                    (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。

                   (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。

                  (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ζ 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ζ几何构形排列,整齐堆砌的填料。规整填料种类很①多,根据其几何结构◥可分为格栅填料、波纹填料、脉冲填料等。

                  (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。

                   (2)波纹填料目前工Ψ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ζ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ω 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   

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                        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。
                    填料塔具有生产能ぷ力大,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。
                    对填々料的基本要求有: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。不易引起偏流和沟流。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。