填料塔填料的类型、性能及选用

填料塔是一种常见的气液传质设备，广泛应用于化工、石油、环保等领域，特别是在吸收、解吸、蒸馏和萃取等过程中。填料塔通过在塔内填充特定的填料，增加气液两相的接触面积，从而提高传质效率。填料塔适用于多种化工过程，如气体吸收、解吸、蒸馏和萃取等。

填料是填料塔的重要组成部分，填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面，填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面积，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料，新型填料如金属板状填料、规整板波纹填料、格栅填料等，为先进的填料塔设计提供了基础。填料的选择直接影响到塔的传质效率、压降和操作稳定性。填料的选择需考虑传质效率、压降、耐腐蚀性、成本等因素。

填料类型包括规整填料及散装填料两大类。规整填料包括波纹板填料、蜂窝填料等，排列整齐，传质效率高。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。

一、常见的散堆填料介绍

1.拉西环：形状为圆柱形，中间有孔，为外径与高度相等的圆环。采用陶瓷、塑料、金属等材质。具有良好的气液接触面积，适用于中低负荷操作，压降较小。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：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，另一侧向环内弯曲，形成内伸的舌叶，舌叶的侧边在环中心相搭。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%。材质为陶瓷、塑料、金属等。气液接触面积更大，传质效率更高，压降适中。以上，传质效率提高30%左右。鲍尔环是一种应用较广的填料。

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。由于高径比减小，使得气体绕填料外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，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。

 

3. 鞍形填料：形状为马鞍形。材质常用陶瓷、塑料等。具有较大的空隙率和气液接触面积，适用于高负荷操作，压降较大。

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，容易破碎，工业生产中应用不多。

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，综合了拉西环和鞍形填料的优点，传质效率高，压降适中。

金属环矩鞍填料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。

4. 球形填料：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。

5. 其他填料：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，如共环填料、海尔环填料、纳特环填料等。

二、规整填料：规整填料规整填料是指按照一定的几何形状排列，形成有序的填料层。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 波纹填料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5mm 左右的小孔，可起到促进分配板片上的液体分布、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，用碾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黏度大、易聚合或有悬浮物的物料，且装卸、清理困难，造价高。

2.3 脉冲填料是由带缩颈的中空棱柱形个体，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。

三、选择填料的考虑因素

1.操作条件：包括操作压力、温度、气液比等。

2.物料特性：包括物料的粘度、密度、腐蚀性等。

3.传质效率：根据所需的分离效果选择合适的填料。

4.压降：考虑塔的高度和操作成本，选择压降较低的填料。

5.经济性：综合考虑填料的成本、使用寿命和维护费用。