填料的种类及选用
填充剂的定义
填充剂是一种填充了其他物体的材料。
在工程中，保压是指安装在保压塔中的惰性固体材料，如Pall环和Lassi环，用于增加气体和液体之间的接触表面，使它们彼此强烈混合。
在产品中，填料，又称填料，是指用于改善产品的加工性能、机械性能和/或降低成本的固体材料。
在污水处理领域，主要用于接触氧化过程，微生物会积聚在填料表面，增加与污水的表面接触，使污水降解。
优点：结构简单，压降小，易于与耐腐蚀的非金属材料一起制造等。它适用于气体吸收、真空蒸馏和处理腐蚀性流体的操作。
缺点：当塔颈增大时，造成气体和液体分布不均匀、接触不良等，导致效率下降，称为放大效应。同时，填料塔还存在重量大、成本高、清洗维护麻烦、填料损失大等缺点。
包装选择标准
填料的几何特性主要包括比表面积、孔隙率、填料因子等，这些都是评价填料性能的基本参数。
（1）比表面积 填料单位体积的填料表面积称为比表面积，用a表示，其单位为m2/m3。填料的比表面积越大，提供的气液传质面积就越大。因此，比表面积是评价填料性能的重要指标。
（2）填料单位体积孔隙率的孔隙量称为孔隙率，用e表示，其单位为m3/m3，或以%。填料的孔隙率越大，气体通过的能力就越大，压力下降也就越大。因此，空隙率是评价填料性能的另一个重要指标。
（3）填料的比表面积与孔隙率的立方比，即a/e 3，称为堆积因子，用f表示，其单位为1/m。它表示填料的流体动力学特性，f值越小，流动阻力越小。
这
填料的性能主要取决于：
在相同的操作条件下，填料的比表面积越大，气液分布越均匀，表面润湿性能越好，传质效率越高。填料的空隙率越大，结构越开放，通量越大，压降越低。
采用模糊数学方法对9种常用填料的性能进行评价，筛网瓦楞填料综合性能最好，Lassi环最差。
填料的选择包括确定填料的种类、规格和材质。所选的包装材料不仅应满足生产过程的要求，而且应尽量减少设备投资和运营成本。
填料类型的选择
这
填料类型的选择应考虑到分离过程的要求，通常考虑以下几个方面：
1）传质效率应高一般来说，规整填料的传质效率高于散装填料。
2）通量应大。在保证高传质效率的前提下，应选择具有高泛点气体速度或气相动能因子的填料。
3）填料层的压降应低。
4）填料具有很强的防污性能，便于拆卸、组装和维修。
包装规格的选择
填充尺寸是指填料的标称尺寸或比表面积。
（1）散装包装规格的选择
这
工业塔常用的散装填料主要包括DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等规格。
尺寸越小，分离效率越高，但电阻增大，通量减少，包装成本也增加很多。然而，在小直径塔中应用大规格填料会产生液体分布不良和严重的壁流，从而降低塔的分离效率。
因此，应有塔径与填料尺寸之比的规定，塔径与填料公称直径D/d之比应大于8。
（2）规整包装规格的选择
工业上常用的规整包装的型号和规格的表述方式有很多种，我国常用的比表面积主要有125、150、250、350、500、700等规格。
同类型规整填料的比表面积越大，传质效率越高，但电阻增大，通量减少，填料成本也显著增加。
选型时应从分离要求、通量要求、现场条件、材料性能、设备投资、运行成本等方面综合考虑，使所选的填料既能满足技术要求，又能具有经济合理性。
填充材料的选择
这
填充剂的材料分为陶瓷、金属和塑料三大类。
（1）陶瓷填料
陶瓷填料具有良好的耐腐蚀性和耐热性，陶瓷填料价格便宜，具有良好的表面润湿性能，脆性、易碎是其最大的缺点。广泛应用于气体吸收、气体洗涤、液体提取等工艺。
（2）塑料填料
这
塑料填料的材料主要包括聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）等，我国一般采用聚丙烯。塑料填料的耐腐蚀性好，能抵抗一般无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。它具有良好的耐温性，可以在100°C以下长期使用。
塑料填料重量轻，价格便宜，具有良好的韧性，抗冲击性，不易碎，可以制成薄壁结构。它具有较大的通量和压降，多用于吸收、解吸、提取、除尘等装置。
塑料填料的缺点是表面润湿性能差，但可以通过适当的表面处理来改善其表面润湿性能。
（3）金属填料
金属填充剂可以由多种材料制成，在选择它们时，腐蚀是一个主要考虑因素。
碳钢填料成本低，表面润湿性能好，对于非腐蚀性或低腐蚀性物质应优先选择。
不锈钢填料具有很强的耐腐蚀性，一般可以抵抗Cl-以外的常见材料的腐蚀，但其成本高，且表面润湿性能差，在一些特殊场合（如在非常低的喷雾密度下的真空蒸馏过程），需要对表面进行处理才能达到良好的效果。
由钛、特殊合金钢和其他材料制成的填料非常昂贵，通常只用于某些高腐蚀性系统。
一般来说，金属填料可以制成薄壁结构，具有高通量、低气体阻力、高抗冲击性，并且可以在高温、高压、高冲击强度下使用，应用范围最广。
填充剂的类型
拉西环形填料
Lassi 环形填料是由 Lassi （F.） 于 1914 年发明的，作为一种外径等于其高度的环。腊溪环填料气液分布差，传质效率低，阻力大，通量小，因此在工业上很少使用。
鲍尔环填料
Pauer 环填料是在 Lassi 环的基础上的改进，其中在 Lassi 环的侧壁上切出两排矩形窗孔，切割环壁的一侧仍与壁面连接，另一侧向内弯曲到环上，形成一个向内突出的舌叶， 舌叶的两侧与环的中心相配。
由于环壁的开启，大大提高了环的内部空间和内表面的利用率，气流阻力小，液体分布均匀。与环相比，Pall环的气体通量可提高50%以上，传质效率可提高30%左右。颇尔环是一种广泛使用的填充剂。
阶梯环填料
这
阶梯式环填料是颇尔环的改进型，与颇尔环相比，其高度减半，并在一端增加了一个锥形瓣板。
由于高径比的减小，气体围绕填料外壁的平均路径大大缩短，减小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，而且使填料由线接触变为点接触，这不仅增加了填料之间的间隙，而且成为沿填料表面流动的液体的收集和分散点，可以促进液膜的表面更新，有利于传质效率的提高。
这
阶梯式环的综合性能优于颇尔环，已成为使用中最好的一种环形填料。
弧形鞍座填料
弧形马鞍填充物是马鞍填充物的一种，其形状像马鞍，一般由瓷器制成。
弧形马鞍填料的特点是表面全部开放，无论内外不限，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。
缺点是容易嵌套，导致填料表面的一部分被重叠，从而降低了传质效率。弧形鞍形填料强度差，容量破损，在工业生产中的应用不多。
矩形鞍座填料
矩形鞍座填料将圆弧鞍座填料两端的弧面变为矩形表面，两侧的尺寸不相等，即成为矩形鞍形盘根。
矩形马鞍形填料在堆积时不会嵌套，液体分布更均匀。矩形马鞍填充物一般由瓷质材料制成，性能优于拉西环。绝大多数应用瓷拉西环的国内场合已被瓷矩形马鞍形填料所取代。
金属环力矩鞍座填料
环形力矩鞍座填料（国外熟知）是考虑到环形和鞍座结构的特点而设计的一种新型填料，一般由金属材料制成，故又称金属环矩马鞍形填料。
这
环形力矩马鞍盘根料综合了环形盘根和马鞍形盘根的优点，其综合性能优于鲍尔环和阶梯环，在散装盘根中应用更为广泛。
球形填料
球形填料一般采用塑料注射成型而成，结构多种多样。球形填料的特点是球体的空心性质，允许气体和液体通过其内部。由于球形结构的对称性，堆积密度均匀，不易产生孔和桥，因此气液分散性能好。球形填料一般只适用于某些特定场合，在工程中很少使用。
除了上述典型的散装填料外，还开发了具有独特配置的新型填料，如共轭环填料、海尔环填料、纳特环填料等。
规整包装
规整包装是按照一定的几何配置排列，整齐堆放的包装。规整填料的种类很多，按其几何结构可分为格栅填料、瓦楞填料等。
格栅填料
格栅填料由具有一定规则组合的条状单元组成，具有多种结构形式。工业上最早使用的光栅填料是木格板填料。
这
比较常用的是格里奇格填料、网状格子填料、蜂窝格子填料等，其中格里奇格填料最具代表性。格栅填料的比表面积小，主要用于需要压降小、负荷大、防堵的情况。
瓦楞填料
工业上采用的规整填料大多是瓦楞填料，即是由许多瓦楞纸板组成的圆盘状填料，瓦楞纸板与塔轴的倾角为30°和45°，相邻的两块瓦楞板在组装时朝相反方向堆放。每个托盘填料垂直安装在塔内，相邻的两个托盘交错90°。
瓦楞填料按结构可分为网状瓦楞填料和板式瓦楞填料两大类，其材料分为金属、塑料和陶瓷。
金属丝网瓦楞填料是网眼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具有很高的分离效率，特别适用于精密蒸馏和真空蒸馏设备，为难分离和热敏性物质的蒸馏提供了有效的手段。虽然它的建造成本很高，但由于其出色的性能，它仍然被广泛使用。
钣金瓦楞填料是板材瓦楞填料的主要形式之一。这种填料的瓦楞板在冲压板上有许多约F5 mm的小孔，可以起到使液体在板上分布粗糙的作用，增强横向混合。瓦楞板被轧制成细小的凹槽，可以起到液体在板上的精细分布，增强表面润湿性能的作用。金属孔板的波纹填料强度高，耐腐蚀性强，特别适用于大口径塔和气液负荷大的场合。
金属压延孔板瓦楞填料是另一种具有代表性的瓦楞板填料。它与金属孔板的波纹填料的主要区别在于，板材的表面不是冲压孔，而是穿孔，通过轧制在板上擢制出一个直径为0.4~0.5mm的非常致密的孔。其分离能力与网状瓦楞填料相似，但抗堵塞能力比网状瓦楞填料强，价格便宜，应用广泛。
瓦楞填料的优点是结构紧凑、阻力小、传质效率高、处理量大、比表面积大（常用的有125、150、250、350、500、700等）。瓦楞填料的缺点是不适合搬运粘度高、易聚合或悬浮固体的物料，装卸和清洁困难，成本高。
脉冲填充
脉冲填充物是一种由空心棱柱形个体组成的规则堆积物，具有颈缩并以某种方式组装而成。
脉冲堆积物组装后，形成一个有颈缩的多孔棱柱形通道，其纵向流道交替收缩和膨胀，导致气液相通过时产生强烈的湍流。在颈部，气体速度最高，湍流强烈，从而增强了传质。在膨胀段，气体速度降低到最小，实现了两相的分离。流道的收缩和膨胀的交替重复，实现了“脉冲”传质过程。
脉冲保压具有高吞吐量和低压降的特点，是真空整流的理想保压材料。由于其优异的液体分布性能，放大效果降低，因此特别适用于塔径较大的场合。
聚四氟乙烯填料
聚四氟乙烯杆填料是以聚四氟乙烯细粉为原料，经新工艺加工而成的一种软制品。白色，连续的绳状，截面圆形。它具有高度的柔韧性、优良的填充性、自润滑性、低摩擦系数、耐腐蚀等性能。
优点：
通常，选择可以手工嵌入的这种填料的最大尺寸，但较细的'这种填料也可用于大尺寸阀门，压缩后，也会将其模塑成形状，以获得致密的密封体。
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塑料填料
塑料填料是通过模具压制成型的填料，使用时不需要像编织填料那样被切断并卷成环，而是根据轴颈的大小制成环。塑料填充剂有棉和层压两种形式。
棉花填充剂
棉填充剂是将纤维、石墨、云母、金属粉末（或金属薄片）、油脂和弹性粘合剂混合而成，模塑成一环，然后编织在石棉纱线的外层（如果需要，也可以使用金属丝）。
还有一种做法是将混合物直接放入填料腔中，在压紧压盖后直接使用，因为填料没有固定的尺寸，填料填充不当容易影响密封性能，所以这种方法很少使用。
棉花填料中各种混合物的种类和比例可根据工况进行调整，如用铜粉进行高压蒸汽封口，用铅颗粒或铅片进行酸性介质封口，在轴振动时可以添加更有弹性的粘结剂。
由于这种填料是无润滑剂的，因此在高压下体积变化不大，可用于高速泵和高压阀门密封。如果加入固体润滑剂，可以保证良好的自润滑性能，结构致密，有助于提高密封性。此外，棉花填料具有塑料流动性，也可以与金属填料结合使用。
层压填料
这种填料是在石棉布或帆布表面涂有橡胶，经叠加或缠绕后热压硫化，也可以夹有橡胶芯或预埋弹簧等软质填料，以及几种多层填料的结构。
层压填料具有良好的密封性能，可用于120°C以下的低压蒸汽、水和氨，主要用作往复运动的轴封和阀杆的密封，无接口的卷绕式叠层填料也可用作往复泵的活塞环。由于多层填料中所含的润滑剂不足，在使用过程中需要添加润滑剂。