【收藏】废气（涉VOCs）洗涤塔中常见填料种类、特点及选择

在很多VOCs废气处理项目中，洗涤塔是常见的预处理/处理设备，但如何根据VOCs成分和风量合理设计洗涤塔呢？涉及到很多化工知识，比如如何处理塔高、直径，确定风速，确定洗涤液循环量等。即使洗涤塔是填料塔，填料层又如何设计以及最终如何确定填料的选择。我们先来了解一下用于VOCs废气处理的洗涤器中的填料类型及其相应的特点。

填料的定义

在化学工程中，填料是指安装在填料塔内的惰性固体材料，如鲍尔环、拉西环等。其作用是增加气液接触面，使气液相互强烈混合。

在化工产品中，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，主要应用于接触氧化工艺。微生物会在填料表面积聚，增加与污水的表面接触，降解污水。

优点：结构简单、压降小、易于用耐腐蚀的非金属材料制造等，非常适合气体吸收、真空蒸馏和腐蚀性流体的处理。

缺点：当塔颈增大时，会造成气液分布不均匀、接触不良等，导致效率下降，称为放大效应。同时，填料塔也存在重量重、成本高、清洗维护繁琐、填料损失大等缺点。

填料选择标准

填料的几何特征数据主要包括比表面积、空隙率、填充系数等，是评价填料性能的基本参数。

(1)比表面积：单位体积填料的表面积称为比表面积，用a表示，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)空隙率：填料单位体积的空隙体积称为空隙率，用e表示，单位为m3/m3，或用%表示。填料的空隙率越大，气体通过的能力和压降就越大。因此，空隙率是评价填料性能的另一个重要指标。

(3)填充系数：填料的比表面积与空隙率的立方之比，即(a/e)3，称为填充系数，用f表示，其单位为1/米。表示填料的流体力学性质。 f值越小，流阻越小。

相同操作条件下，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，通量越高，压降越低。

填料的选择包括确定填料的类型、规格和材质。所选填料不仅要满足生产工艺的要求，还要尽量减少设备投资和运行成本。

填料类型的选择

填料类型的选择应考虑分离工艺的要求，通常考虑以下几个方面：

1）传质效率要高。一般来说，规整填料比散装填料具有更高的传质效率。

2）光通量要大。在保证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数的填料。

3）填料层的压降要低。

4）填料防污、堵塞性能强，易于拆装、检查。

填料规格的选择

填料规格是指填料的公称尺寸或比表面积。

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等规格。

对于同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增大，通量下降，填料成本也增加很多。小直径塔采用大规格填料时，会出现液体分布不良、壁流严重等现象，降低塔的分离效率。

因此，必须对塔径与填料尺寸的比例进行规定。一般塔径与填料公称直径之比D/d应大于8。

2）规整填料规格的选择。

工业上常用的规整填料的型号和规格有多种表示方法。在我国习惯上用比表面积来表示，主要有125、150、250、350、500、700等规格。

对于同一类型的规整填料，比表面积越大，传质效率越高，但阻力增大，通量下降，填料成本也显着增加。

选择时应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质、设备投资、运行费用等综合考虑，使所选填料既能满足技术要求，又能经济合理。

填充材料的选择

填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。

1）陶瓷填料。

陶瓷填料具有良好的耐腐蚀性和耐热性。陶瓷填料价格便宜且具有良好的表面润湿性能。它们最大的缺点是脆性和脆性。广泛应用于气体吸收、气体洗涤、液体萃取等工艺。

2）塑料填料。

塑料填料的材质主要有聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）等。我国一般使用聚丙烯。塑料填料具有良好的耐腐蚀性，能耐一般无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。具有良好的耐温性能，可在100℃以下长期使用。

塑料填料质轻、价格便宜、韧性好、耐冲击、不易碎，可制成薄壁结构。它通量大、压力低，多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置。

塑料填料的缺点是表面润湿性能较差，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。

金属填料可由多种材料制成，腐蚀问题是选择时主要考虑的问题。

碳钢填料成本低，具有良好的表面润湿性能。对于非腐蚀性或低腐蚀性系统应优先考虑。

不锈钢填料具有较强的耐腐蚀性，一般能耐除Cl-以外的常见体系的腐蚀。但其成本高且表面润湿性能差。在一些特殊场合（如极低喷雾密度下的减压精密蒸馏过程），需要对其表面进行处理才能达到良好的使用效果。

由钛、特种合金钢等材料制成的填料非常昂贵，一般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，具有大通量、低气阻、高抗冲击性能。它们可在高温、高压、高冲击强度下使用，应用范围最广。

填料的种类

拉西环填料

拉西环填料是由F. 于1914年发明的，它是一种具有相同外径和高度的环。拉西环填料气液分布差、传质效率低、阻力大、通量小，在工业上已很少使用。

鲍尔环填料

鲍尔环填料是拉西环的改进。拉西环的侧壁上开有两排长方形窗户。切割后的环壁一侧仍与壁面相连，另一侧则弯入环内。，形成向内延伸的舌叶，舌叶的两侧重叠在环的中心。

由于环壁的开口，鲍尔环大大提高了环内空间和环内表面的利用率。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提高50%以上，传质效率提高30%左右。鲍尔环是一种广泛使用的填料。

阶梯环填料

阶梯环填料是鲍尔环的改进。与鲍尔环相比，阶梯环高度降低一半，并在一端增加了锥形法兰。

由于长径比的减小，气体绕填料外壁的平均路径大大缩短，减少了气体通过填料层的阻力。锥形法兰不仅增加了填料的机械强度，而且使填料之间的主要接触由线接触变为主要点接触。这不仅增加了填料之间的间隙，而且成为液体沿填料表面流动的收集和分散点。，可促进液膜表面更新，有利于提高传质效率。

阶梯环的综合性能优于鲍尔环，使其成为目前使用的最优异的环填料类型。

弧鞍填料

弧形鞍形填料是鞍形填料的一种，形状像马鞍，一般采用瓷质材料制成。

弧鞍形填料的特点是表面完全敞开，不分里外，液体在表面两侧均匀流动，表面利用率高，流道呈弧形，流动顺畅。阻力小。

缺点是容易发生重叠，造成部分填料表面重叠，降低传质效率。弧鞍形填料强度差，易破碎，因此在工业生产中应用不广泛。

矩鞍填料

矩形鞍形填料将弧形鞍形填料两端的弧形面改为矩形面，且两侧尺寸不同，成为矩形鞍形填料。

鞍形填料堆叠时不会重叠，液体分布更均匀。鞍形填料一般采用瓷质材料，其性能优于拉西环。在大多数国内应用中，陶瓷拉西环已被陶瓷鞍形填料所取代。

金属环鞍形填料

环鞍形填料（国外称）是考虑环形和鞍形结构特点而设计的一种新型填料。该填料一般由金属制成，故又称金属环鞍座填料。

环鞍形填料结合了环形填料和鞍形填料的优点。其综合性能优于鲍尔环和阶梯环，广泛应用于散装填料。

球形填料

球形填料一般采用塑料注塑成型，有多种结构。球形填料的特点是球体是空心的，可以让气体和液体通过其内部。由于球形结构的对称性，填充密度均匀，不易产生孔洞和桥连，因此气液分散性能良好。球形填料一般只适用于某些特定场合，工程应用较少。

除上述典型的散装填料外，具有独特结构的新型填料也在不断被开发出来，如共轭环填料、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型排列并整齐堆放的填料。规整填料的种类很多，按其几何结构可分为网格填料、波纹填料等。

格栅填料

网格填料是由条状单元按一定规则组合而成，有多种结构形式。工业上最早使用的格栅填料是木格栅填料。

比较常用的有格氏网格填料、网状网格填料、蜂窝网格填料等，其中以格氏网格填料最具代表性。网格填料比表面积较低，主要用于要求压降小、载荷大、防堵塞的场合。

瓦楞包装

波纹填料工业上使用的规整填料大部分是波纹填料，它是由许多波纹薄板组成的盘状填料。波纹与塔轴线之间的倾斜角度为30°和45°。组装时，相邻两块波纹板反向叠放。每盘填料垂直安装在塔内，相邻两盘填料错开90°排列。

波纹填料按结构可分为网状波纹填料和板式波纹填料两大类。其材质包括金属、塑料和陶瓷。

丝网波纹填料是网状波纹填料的主要形式，它是由丝网制成的。金属网波纹填料压降小，分离效率高。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手段。虽然其成本较高，但由于其优异的性能，仍被广泛使用。

金属板波纹填料是板波纹填料的主要形式。该填料的波纹板上冲压有许多f5mm左右的小孔，可以使液体大致分布在板上，增强横向混合。波纹板上轧有细沟槽，可以使液体在板上精细分布，增强表面润湿性能。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和气液负荷大的场合。

金属轧制孔板波纹填料是另一种具有代表性的波纹板填料。与金属孔板波纹填料的主要区别在于板的表面不是冲孔，而是刺穿的。采用滚压法在板材上滚压出直径0.4~0.5mm的非常致密的小刺孔。其分离能力与网状波纹填料相似，但抗堵塞能力比网状波纹填料强，且价格便宜，应用广泛。