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化工填料的類型與選擇
  • 發布日期:2016-07-20      瀏覽次數:5795
    •   化工填料的類型與選擇
        
        填料是填料塔中氣液接觸的基本構件,其性能的優劣是決定填料塔操作性能的主要因素,因此,塔填料的選擇是填料塔設計的重要環節。
        
        (1)填料的類型
        
        根據裝填方式不同,填料可分為散裝填料與規整填料。
        
        A、散裝填料是一個個具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體,一般以隨機的方式堆積在塔內,又稱為亂堆填料或顆粒填料,主要包括:①拉西環填料;②鮑爾環填料;③階梯環填料;④弧鞍填料;⑤矩鞍填料;⑥環矩鞍填料等。
        
        B、規整填料是按一定的集合圖形排列,蒸汽堆徹的填料。規整填料種類很多,根據其幾何結構可分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等,目前工業上常用的規整填料為波紋填料,其基本類型有絲網形和孔板形兩大類,可用陶瓷、塑料、金屬等材質制造。加工中,波紋與塔軸的傾角有300和450兩種,傾角為300的用代號BX(或X)表示,傾角為450用代號CY(或Y)表示。
        
        金屬絲網波紋填料是網波紋填料的主要形式,是由金屬絲網制成的。其特點是壓降低、分離效率高,特別適用于精密精餾及真空精餾裝置,為難分離物系、熱敏性物系的精餾提供了有效的手段。
        
        金屬網板波紋填料是板波紋填料的主要形式。該填料的波紋板片上沖壓有許多φ4-φ6mm的小孔,可起到分配板片上的液體,加強橫向混合的作用。金屬孔板波紋填料強度高,耐腐蝕性強,特別適用于大直徑塔及氣液負荷較大的場合。
        
        波紋填料的優點是結構緊湊,阻力小,傳質效率高,處理能力大,比表面積大。其缺點是不適于處理粘度大、易聚合或有懸浮物的物料,且裝卸、清理困難,造價高。
        
        總體來講,規整填料可以實現單位理論級的壓降zui小,從而它們非常適合于要求能耗zui小并需要很多理論級的分離過程。分離熱敏性物系時,它們又可使塔底溫度zui低。盡管規整填料的投資一般比散裝填料高,但對分離過程的經濟考察發現,在總費用中能耗經常是決定性因素,因此,許多情況下,寧可采用規整填料而不用散裝填料。
        
        (2)填料的選擇
        
        填料的選擇包括確定填料的種類、規格及材質等,所選填料既要滿足生產工藝的要求,又要使設備投資和操作費用較低。
        
        考慮到本塔的氣相負荷較大,塔徑較大,考慮選用規整填料。進行規整填料種類的選擇,應主要注意一下幾個方面的問題。(3)填料種類的選擇
        
        填料種類的選擇要考慮分離工藝的要求,通常考慮一下幾個方面。①傳質效率傳質效率即分離效率,它有兩種表示方法:一是以理論級進行計算的表示方法,以每個理論級當量的填料層高度表示,即HETP值;另一是以傳質效率進行計算的表示方法,以每個傳質單元高度相當的填料層高度表示,即HTU值。在滿足工藝要求的前提下,應選用傳質效率高,即HETP值低的填料。
        
        ②通量在相同的液體負荷下,填料的泛點氣速愈高或氣相動能因子愈大,則通量愈大,塔的處理能力愈大。因此,在選擇填料種類時,在保證具有較高傳質效率的前提下,應選擇具有較高泛點氣速或氣相動能因子的填料。
        
        ③填料層的壓降填料層的壓降是填料的主要應用性能,填料層的壓降愈低,動力消耗越低,操作費用愈小。選擇低壓降的填料對熱敏性物系的分離尤為重要。
        
        ④填料的操作性能填料的操作性能主要指操作彈性、抗污阻性及抗熱敏性等。所選填料應具有較大的操作彈性,以保證塔內氣液負荷發生波動時維持操作穩定。同時,還應具有一定的抗污阻、抗熱敏能力,以適應物料的變化及塔內溫度的變化。
        
        ⑤填料層分段
        
        當確定了總填料層高度后,應考慮填料層是否需分段,分段的目的是保證填料層中分布均勻,同時為上升氣體提供橫向混合的空間和機會,從而減小放大效應,提高傳質效率。
        
        工業上常用規整填料的規格和型號有很多表示方法,國內習慣用比表面積表示。同種類型的規整填料,其比表面積越大,傳質效率越高,但阻力增加,通量減小,填料費用也明顯增加。選用時應從分離要求、通量要求、設備投資及操作費用等方面綜合考慮。
        
        填料材質的選擇
        
        工業上,填料的材質分為陶瓷、金屬和塑料三大類。
        
        ①陶瓷填料。陶瓷填料具有較好的耐腐蝕性及耐熱性,一般可耐出氫氟酸以外的其他各種無機酸和有機酸。陶瓷填料易碎,不宜在高沖擊強度下使用,但具有較好的潤濕性能。
        
        ②金屬填料。金屬填料可用多種材質制成,碳鋼填料造價低,且具有較好的表面潤濕性能,可適用于無腐蝕或低腐蝕的體系;不銹鋼填料耐腐蝕性強,但造價較高。金屬填料的抗沖擊性強,能在高溫、高壓、高強度下應用,工業上主要以金屬填料為主。
        
        ③塑料填料。塑料填料的材質主要包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)及聚氯乙烯(PVC)等,其耐腐蝕性能較好,可耐一般的無機酸、堿和有機溶劑等,但具有冷脆性,不宜在0℃一下使用,但表面潤濕性能稍差。
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