实体填料和网体填料两种类型

填料的种类很多,可分为实体填料和网体填料两大类。实体填料用陶瓷、金属、塑料制成,主要有拉西环及其衍生型、鞍形、波纹填料等,如图3-5所示。网体填料用金属丝网或多孔金属片制成,主要有鞍形、θ网环、压延孔环、波纹网填料等,如图3-7所示。

填料也可按装填方法分为乱堆填料及整砌填料,乱堆填料指各种颗料型填料,如拉西环、鞍形、θ网环等。整砌填料主要是各种组合填料,如实体波纹板、波纹网、大尺寸的十字环等。

图3-5　几种实体填料

(a)拉西环;(b)θ环;(c)十字环;(d)弧鞍;(e)矩鞍;(f)内螺旋环;(g)金属鲍尔环;(h)陶瓷鲍尔环;(i)栅条填料

常用的填料介绍如下。

(1)拉西环(Rasching Ring)　拉西环是最早使用的一种人工填料,为一外径与高相等的圆环,如图3-5(a)所示,由于其构造简单,制造容易,曾被广泛使用。其流体力学性能及传质规律都已有较详细的研究,但由于其存在较严重的塔壁偏流和沟流现象,目前在工业上的应用日趋减少。

(2)鲍尔环(Pall Ring)　鲍尔环是在50年代初期从拉西环的基础上发展起来的,其构造是在拉西环的壁上开两排长方形窗孔,被切开的环壁形成叶片,一端与壁相连,另一端向环内弯曲,并在中心处与其他叶片相搭,如图3-5(g)和(h)所示。鲍尔环这种构造提高了环内空间和环内表面的有效利用程度,使气体阻力降低,液体分布有所改善,因而在生产中受到重视。

(3)阶梯环(Cascade Mini Ring)　阶梯环是对鲍尔环加以改进的产物,其形状如图3-6所示。环壁上开有窗口,环内有二层互相交错的十字形翅片。圆筒部分高度仅为直径的一半,圆筒一端为向外翻卷的喇叭口,其高度为全高的1/5,由于两端形状不对称,在填料中各环相互呈点接触。传质效果比鲍尔环有所提高。

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图3-6　阶梯环

(4)鞍形填料　鞍形填料是一种敞开式的、没有内表面的填料,包括弧鞍形和矩鞍形两种。

弧鞍又称贝尔鞍(Berl Saddlle),形状如马鞍,如图3-5(d)所示,结构简单,用陶瓷制成,由于其两面对称结构在填料中互相重叠,使填料表面不能充分利用,影响了传质效果。

矩鞍又称英特洛克斯鞍(Intalox Saddle),形状如图3-5(e)所示。它在填料中不会互相重叠,因此填料表面利用率好,传质效果比相同尺寸的拉西环好。

(5)颗粒型网体填料　颗粒型网体填料由金属丝网或多孔金属片制成,主要有θ网环(Dixon)、鞍形网(Mc Mahon saddle)、压延孔环(Cannon Ring)等,如图3-7所示。因丝网材料很薄,填料可以做得很小,所以其比表面积都较大,而且空隙率大,液体分布均匀,液膜薄,传质效果好,属于高效填料。但因其造价高,在工业上应用受到限制。

(6)波纹填料　波纹填料是一种整砌结构的新型填料。它由许多波纹形薄板垂直方向叠在一起,组成盘状,其结构如图3-7(c)所示,可有网体和实体两种结构。由于其结构紧凑,具有很大的比表面积;又因为是整砌结构,压降比乱堆填料要小;因而空塔气速可以提高。同时因液体在填料中成“Z”形流动,每经过一盘重新分布一次,所示改善了填料表面润湿状况。

图3-7　几种网状填料

各种常用填料的特性数据在《化工原理》教材中均可查到,在此不再列出。此外,文献[4,5,7]中对填料有更为详尽且全面的介绍,设计时可以参考。