在很多VOCs廢氣治理項(xiàng)目中，洗滌塔是常見(jiàn)的廢氣處理設(shè)備，但洗滌塔內(nèi)如何根據(jù)VOCs成分及風(fēng)量進(jìn)行合理設(shè)計(jì)？這里涉及眾多化工知識(shí)，例如需要如何涉及塔高，直徑，確定風(fēng)速，確定洗滌液的循環(huán)量等等問(wèn)題。甚至，如果該洗滌塔為填料塔，填料層如何設(shè)計(jì)，填料的選型該最終如何確定。

一、填料的定義

填料泛指被填充于其他物體中的物料。

在化學(xué)工程中，填料指裝于填充塔內(nèi)的惰性固體物料，例如鮑爾環(huán)和拉西環(huán)等，其作用是增大氣-液的接觸面，使其相互強(qiáng)烈混合。

在化工產(chǎn)品中，填料又稱填充劑，是指用以改善加工性能、制品力學(xué)性能并(或)降低成本的固體物料。

在污水處理領(lǐng)域，主要用于接觸氧化工藝，微生物會(huì)在填料的表面進(jìn)行累積，以增大與污水的表面接觸，對(duì)污水進(jìn)行降解處理。

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壓力降小、易于用耐腐蝕非金屬材料制造等。對(duì)于氣體吸收、真空蒸餾以及處理腐蝕性流體的操作，頗為適用。

缺點(diǎn)：當(dāng)塔頸增大時(shí)，引起氣液分布不均、接觸不良等，造成效率下降，即稱為放大效應(yīng)。同時(shí)填料塔還有重量大、造價(jià)高、清理檢修麻煩、填料損耗大等缺點(diǎn)。

二、填料選用準(zhǔn)則

填料的幾何特性數(shù)據(jù)主要包括比表面積、空隙率、填料因子等，是評(píng)價(jià)填料性能的基本參數(shù)。

(1)比表面積單位體積填料的填料表面積稱為比表面積，以a表示，其單位為m2/m3。填料的比表面積愈大，所提供的氣液傳質(zhì)面積愈大。因此，比表面積是評(píng)價(jià)填料性能優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)。

(2)空隙率單位體積填料中的空隙體積稱為空隙率，以e 表示，其單位為m3/m3，或以%表示。填料的空隙率越大，氣體通過(guò)的能力越大且壓降低。因此，空隙率是評(píng)價(jià)填料性能優(yōu)劣的又一重要指標(biāo)。

(3)填料因子填料的比表面積與空隙率三次方的比值，即a/e 3，稱為填料因子，以f表示，其單位為1/m。它表示填料的流體力學(xué)性能，f值越小，表明流動(dòng)阻力越小。

填料性能優(yōu)劣主要取決于：

有較大的比表面積(m2/m3填料層)

液體在填料表面有較好的均勻分布性能

氣流能在填料層中均勻分布

調(diào)料具有較大的空隙率(m3/m3填料層)。

在相同的操作條件下，填料的比表面積越大，氣液分布越均勻，表面的潤(rùn)濕性能越好，則傳質(zhì)效率越高;填料的空隙率越大，結(jié)構(gòu)越開(kāi)敞，則通量越大，壓降亦越低。

采用模糊數(shù)學(xué)方法對(duì)九種常用填料的性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，絲網(wǎng)波紋填料綜合性能最好，拉西環(huán)最差。

填料的選擇包括確定填料的種類、規(guī)格及材質(zhì)等。所選填料既要滿足生產(chǎn)工藝的要求，又要使設(shè)備投資和操作費(fèi)用最低。

1.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?？紤]以下幾個(gè)方面：

1)傳質(zhì)效率要高。一般而言，規(guī)整填料的傳質(zhì)效率高于散裝填料。

2)通量要大。在保證具有較高傳質(zhì)效率的前提下，應(yīng)選擇具有較高泛點(diǎn)氣速或氣相動(dòng)能因子的填料。

3)填料層的壓降要低。

4)填料抗污堵性能強(qiáng)，拆裝、檢修方便。

2.填料規(guī)格的選擇

填料規(guī)格是指填料的公稱尺寸或比表面積。

(1)散裝填料規(guī)格的選擇

工業(yè)塔常用的散裝填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等幾種規(guī)格。

同類填料，尺寸越小，分離效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費(fèi)用也增加很多。而大尺寸的填料應(yīng)用于小直徑塔中，又會(huì)產(chǎn)生液體分布不良及嚴(yán)重的壁流，使塔的分離效率降低。

因此，對(duì)塔徑與填料尺寸的比值要有一規(guī)定，一般塔徑與填料公稱直徑的比值D/d應(yīng)大于8。

(2)規(guī)整填料規(guī)格的選擇

工業(yè)上常用規(guī)整填料的型號(hào)和規(guī)格的表示方法很多，國(guó)內(nèi)習(xí)慣用比表面積表示，主要有125、150、250、350、500、700等幾種規(guī)格。

同種類型的規(guī)整填料，其比表面積越大，傳質(zhì)效率越高，但阻力增加，通量減少，填料費(fèi)用也明顯增加。

選用時(shí)應(yīng)從分離要求、通量要求、場(chǎng)地條件、物料性質(zhì)及設(shè)備投資、操作費(fèi)用等方面綜合考慮，使所選填料既能滿足技術(shù)要求，又具有經(jīng)濟(jì)合理性。

3.填料材質(zhì)的選擇

填料的材質(zhì)分為陶瓷、金屬和塑料三大類。

(1)陶瓷填料

陶瓷填料具有很好的耐腐蝕性及耐熱性，陶瓷填料價(jià)格便宜，具有很好的表面潤(rùn)濕性能，質(zhì)脆、易碎是其 最大缺點(diǎn)。在氣體吸收、氣體洗滌、液體萃取等過(guò)程中應(yīng)用較為普遍。

(2)塑料填料

塑料填料的材質(zhì)主要包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)及聚氯乙烯(PVC)等，國(guó)內(nèi)一般多采用聚丙烯材質(zhì)。塑料填料的耐腐蝕性能較好，可耐一般的無(wú)機(jī)酸、堿和有機(jī)溶劑的腐蝕。其耐溫性良好，可長(zhǎng)期在100℃以下使用。

塑料填料質(zhì)輕、價(jià)廉，具有良好的韌性，耐沖擊、不易碎，可以制成薄壁結(jié)構(gòu)。它的通量大、壓降低，多用于吸收、解吸、萃取、除塵等裝置中。

塑料填料的缺點(diǎn)是表面潤(rùn)濕性能差，但可通過(guò)適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚韥?lái)改善其表面潤(rùn)濕性能。

(3)金屬填料

金屬填料可用多種材質(zhì)制成，選擇時(shí)主要考慮腐蝕問(wèn)題。

碳鋼填料造價(jià)低，且具有良好的表面潤(rùn)濕性能，對(duì)于無(wú)腐蝕或低腐蝕性物系應(yīng)優(yōu)先考慮使用。

不銹鋼填料耐腐蝕性強(qiáng)，一般能耐除Cl- 以外常見(jiàn)物系的腐蝕，但其造價(jià)較高，且表面潤(rùn)濕性能較差，在某些特殊場(chǎng)合(如極低噴淋密度下的減壓精餾過(guò)程)，需對(duì)其表面進(jìn)行處理，才能取得良好的使用效果。

鈦材、特種合金鋼等材質(zhì)制成的填料造價(jià)很高，一般只在某些腐蝕性極強(qiáng)的物系下使用。

一般來(lái)說(shuō)，金屬填料可制成薄壁結(jié)構(gòu)，它的通量大、氣體阻力小，且具有很高的抗沖擊性能，能在高溫、高壓、高沖擊強(qiáng)度下使用，應(yīng)用范圍最為廣泛。

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