在很多VOCs废气治理项目中,洗涤塔是常见的预处理/治理设备,但洗涤塔内如何根据VOCs成分及风量进行合理设计?这里涉及众多化工知识,例如需要如何涉及塔高,直径,确定风速,确定洗涤液的循环量等等问题。甚至,如果该洗涤塔为填料塔,填料层如何设计,填料的选型该最终如何确定。今天,我们先来看看用于VOCs废气治理中,洗涤塔中的填料种类及对应的特点。
; I* K$ W) `; g; Q" {+ G7 V
: l6 F! L3 T8 e8 e: s
Z. H3 A4 ` J4 v6 _, }! V" P1填料的定义5 n3 {- ~+ I2 K! p: H/ o
0 f. R5 c) T$ @) h/ J( }4 [
填料泛指被填充于其他物体中的物料。
, _2 ~2 {2 {) v) e* B, E/ u* h# Y3 U" _* g2 r# W4 @% J* G9 C
在化学工程中,填料指装于填充塔内的惰性固体物料,例如鲍尔环和拉西环等,其作用是增大气-液的接触面,使其相互强烈混合。 |( }# G: O, k# G2 H
. s3 V% u4 c8 K$ |$ Y. k$ C在化工产品中,填料又称填充剂,是指用以改善加工性能、制品力学性能并(或)降低成本的固体物料。
w/ V" r' i8 @8 t+ b/ H' H7 x& J' x" R- l8 i; Y B* S& a
在污水处理领域,主要用于接触氧化工艺,微生物会在填料的表面进行累积,以增大与污水的表面接触,对污水进行降解处理。) i2 O% T! y% M' }5 N! J% G
' t6 w% _1 v( J' Q6 H; e
优点:结构简单、压力降小、易于用耐腐蚀非金属材料制造等。对于气体吸收、真空蒸馏以及处理腐蚀性流体的操作,颇为适用。' H5 C5 v6 f- t) _& Y0 }
9 D4 y& p; |3 ?+ r/ o5 S2 U' e缺点:当塔颈增大时,引起气液分布不均、接触不良等,造成效率下降,即称为放大效应。同时填料塔还有重量大、造价高、清理检修麻烦、填料损耗大等缺点。
" I& P# i0 _0 M/ m, m% f
0 ~) J3 @4 W8 H5 b2填料选用准则
# L0 v# s; N4 A) C6 _0 [
4 [1 A' d1 f" Q" ^, G z- j1 g填料的几何特性数据主要包括比表面积、空隙率、填料因子等,是评价填料性能的基本参数。( y3 q, e2 ]" D' V
9 t' D G8 D, d9 J(1)比表面积单位体积填料的填料表面积称为比表面积,以a表示,其单位为m2/m3。填料的比表面积愈大,所提供的气液传质面积愈大。因此,比表面积是评价填料性能优劣的一个重要指标。, K# l4 C3 @3 {
' E! k- C U0 ~+ A& ?! a(2)空隙率单位体积填料中的空隙体积称为空隙率,以e 表示,其单位为m3/m3,或以%表示。填料的空隙率越大,气体通过的能力越大且压降低。因此,空隙率是评价填料性能优劣的又一重要指标。, H; I4 r1 t% p2 c1 a# [
& ~( y9 e" o0 g6 o(3)填料因子填料的比表面积与空隙率三次方的比值,即a/e 3,称为填料因子,以f表示,其单位为1/m。它表示填料的流体力学性能,f值越小,表明流动阻力越小。
: E: H9 A$ \2 A& g$ B2 }4 n( a) C
. K. J, [! h* ?" e( c3 Y8 `填料性能优劣主要取决于:: `( E* ~, ~: {
3 u( R" d6 k% H! r: s- t6 l9 `
有较大的比表面积(m2/m3填料层): Y, q1 d: ^& T6 D6 ]
7 @ X) c) H( @" j X
液体在填料表面有较好的均匀分布性能! h5 d) k$ M3 I: j
4 |# ]' N4 v' ~5 G8 \# H
气流能在填料层中均匀分布* _. {3 I6 f: ?1 h+ z4 {
" b8 }8 \2 f7 {& l% j0 N调料具有较大的空隙率(m3/m3填料层)。
. f8 _: k4 i, Z6 R/ ]- D
' B- ^" d) Q/ Y* n6 r在相同的操作条件下,填料的比表面积越大,气液分布越均匀,表面的润湿性能越好,则传质效率越高;填料的空隙率越大,结构越开敞,则通量越大,压降亦越低。
" |4 O% J0 }2 C; j- R$ J. [( r: h' W" l! S3 d; O& m
采用模糊数学方法对九种常用填料的性能进行了评价,丝网波纹填料综合性能最好,拉西环最差。
# q5 { [! V. B/ Q, ?6 ]
2 D6 ?8 h" ^# c# x填料的选择包括确定填料的种类、规格及材质等。所选填料既要满足生产工艺的要求,又要使设备投资和操作费用最低。) N- }8 X: V) ^8 T- d4 C
+ ?% W+ v \7 i7 ?& ]填料种类的选择' S |, l2 q6 z
: R& x2 ]7 n9 ~8 [/ Q填料种类的选择要考虑分离工艺的要求,通常考虑以下几个方面:
3 c- Z6 X+ b5 ?. ~" w* T
) c% l2 u( Z; b: o! r0 r8 ^6 N1)传质效率要高。一般而言,规整填料的传质效率高于散装填料。) S+ l& A' K' J6 H0 g
. ~- B0 I' H* M# ~2 K% o
2)通量要大。在保证具有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子的填料。9 P, {( J7 L, I& L
3 C9 M2 ~/ f2 u* x& N
3)填料层的压降要低。
" }3 l8 X; ^; \, \- V+ z7 i1 d* q- l( m
4)填料抗污堵性能强,拆装、检修方便。, E6 v' G, }/ p5 x9 r C% R* I2 l
& O1 N6 o- w& r* h1 [' E% x填料规格的选择
/ N) _( I4 B: P% r0 F
8 b- k6 H! Y2 U5 M填料规格是指填料的公称尺寸或比表面积。
8 u- R9 w+ n N4 Z
/ G$ J! p3 D' u G(1)散装填料规格的选择
- W( |$ [; a; B% F5 a2 @$ y: o1 o
3 c( [& `- X7 W6 U/ c3 ?% k% Z工业塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。3 N2 m" W p+ A, p* y: ^: m
* o, B; O1 l2 `# a同类填料,尺寸越小,分离效率越高,但阻力增加,通量减少,填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中,又会产生液体分布不良及严重的壁流,使塔的分离效率降低。
8 d( p7 b1 {+ c9 [; \ c9 {7 U: I- x0 h: y; s
因此,对塔径与填料尺寸的比值要有一规定,一般塔径与填料公称直径的比值D/d应大于8。
+ c2 `2 }, g, G7 Z- }5 }6 N
, |! Y+ P5 f& ~! ?(2)规整填料规格的选择7 h/ s. [- E# E2 [
" M* U! V4 ]" g! ^工业上常用规整填料的型号和规格的表示方法很多,国内习惯用比表面积表示,主要有125、150、250、350、500、700等几种规格。
- a# R4 W/ |4 C' a" q; a5 \& J, [ s* F0 ?4 g4 A
同种类型的规整填料,其比表面积越大,传质效率越高,但阻力增加,通量减少,填料费用也明显增加。
% k# E9 I, ]9 q/ r7 L" P
6 z, k& f' W3 |选用时应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质及设备投资、操作费用等方面综合考虑,使所选填料既能满足技术要求,又具有经济合理性。/ W: x0 A1 A0 `+ y! k/ q) W( T
' V" M9 B' F" |* S填料材质的选择) {6 G* }5 M9 O9 e9 c* q
, m4 U- W. d3 Y. D: [1 [3 m填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。2 i) {7 r0 i% v' q( Z3 ^
' [1 m: D. n. ~' P, A& V* J4 g
(1)陶瓷填料. B, T% e; B6 J% h
9 e4 R* ^5 A/ F2 i ^
陶瓷填料具有很好的耐腐蚀性及耐热性,陶瓷填料价格便宜,具有很好的表面润湿性能,质脆、易碎是其 最大缺点。在气体吸收、气体洗涤、液体萃取等过程中应用较为普遍。
9 B0 |( D% [/ w& q2 O/ y& b. C7 b; U% b% W5 V
(2)塑料填料
& D$ S6 Z* y5 ^# w+ }# g$ _* r* e& M+ a& M4 D' A& q
塑料填料的材质主要包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)及聚氯乙烯(PVC)等,国内一般多采用聚丙烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好,可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好,可长期在100℃以下使用。
, B& g- O( M2 k' _' i
6 u+ }5 ^/ u! z0 [: {塑料填料质轻、价廉,具有良好的韧性,耐冲击、不易碎,可以制成薄壁结构。它的通量大、压降低,多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中。
6 c5 i) R/ Z3 q; k+ {
' t' Z; U7 w# g: u0 K8 k. b8 X塑料填料的缺点是表面润湿性能差,但可通过适当的表面处理来改善其表面润湿性能。7 C' i1 s1 z; g5 @) x
" d# S3 o6 N0 {! X* K" `9 z! V5 d
(3)金属填料+ i B8 `3 F1 V
9 r: F% o. |4 }& P" E0 V3 I金属填料可用多种材质制成,选择时主要考虑腐蚀问题。' ^+ _, t5 {3 A# b% W% W0 U2 K2 Z
+ ~& t8 N* s/ X. `碳钢填料造价低,且具有良好的表面润湿性能,对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用。* B" ^( u, f7 o1 r" h/ Z* l8 ]- {2 ~
& q5 ^) p0 T. l ]不锈钢填料耐腐蚀性强,一般能耐除Cl-以外常见物系的腐蚀,但其造价较高,且表面润湿性能较差,在某些特殊场合(如极低喷淋密度下的减压精馏过程),需对其表面进行处理,才能取得良好的使用效果。
. c! }7 I! C0 q# i9 O% M. k. ]' s0 W& M" M, r" X2 J) e
钛材、特种合金钢等材质制成的填料造价很高,一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用。
5 G; @; e4 G) h3 J8 s+ j7 X# _ V+ o1 h9 y& a! D
一般来说,金属填料可制成薄壁结构,它的通量大、气体阻力小,且具有很高的抗冲击性能,能在高温、高压、高冲击强度下使用,应用范围最为广泛。
) W# k2 Y- b' t" R" \) O7 Z% H# y! ^% w0 S" a( [' B9 z
3填料的种类+ c' \1 W; [3 f* @
/ k9 D* l0 v2 k* Y2 ?* t
拉西环填料
+ l; S/ f+ g2 n4 i2 A8 m
0 K. s( ~ u0 q2 K; m+ W/ @% d1 _拉西环填料于1914年由拉西(F. Rashching)发明,为外径与高度相等的圆环。拉西环填料的气液分布较差,传质效率低,阻力大,通量小,工业上已较少应用。2 x% G5 } F/ s5 x8 {. \1 X
, p0 o$ a5 {; y$ H4 y' W
鲍尔环填料/ g H& h9 @. Q/ C) @, h8 I( i& ^. e9 q
; D9 [1 ~* p. P: w! n& s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,诸舌叶的侧边在环中心相搭。" T& J" Y3 B# ?
5 m. F6 w0 ~- e. V3 D9 t2 Z) t; W& s8 L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%以上,传质效率提高30%左右。鲍尔环是一种应用较广的填料。, j: V% _6 M: \( ]
- e/ f7 \. l0 {
阶梯环填料
- ]( u8 z& q/ S% }, g/ j- _1 C9 h8 s
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。8 _% m! `" h+ u! w) y3 S5 O: n/ E. I
2 u/ U% i5 \& {8 ~ U$ \6 T7 Z
由于高径比减少,使得气体绕填料外壁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。
" W- V; H+ x q4 K9 V
4 p0 j: @( u0 Q阶梯环的综合性能优于鲍尔环,成为所使用的环形填料中最为优良的一种。1 {# {2 j" m4 d
+ f, i2 F6 H+ R9 X0 [弧鞍填料1 G# L# v8 w" U, _, }2 P" G3 Q
% s, t% B E8 J+ y: s9 {0 J3 g1 D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。
2 E9 `0 {5 t3 ?0 L) Z. Z8 [6 ^+ H F$ I* V1 I
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。- R0 [ F/ R: A+ z+ R1 E2 y
* _3 @' P' Z. V% ^. s* A
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,容破碎,工业生产中应用不多。4 O0 n7 g. P4 R
7 ]5 N. l. a, d4 b2 y4 y矩鞍填料6 Q4 v2 Q3 T2 o) B
7 j, n* x$ g. |& R
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。
' o8 u& ?" l0 \5 v
w6 k& o% i S, C$ B0 h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,其性能优于拉西环。国内绝大多数应用瓷拉西环的场合,均已被瓷矩鞍填料所取代。$ T# d% a# V+ X/ H$ e: q5 A v
) w) `9 w/ s/ O3 z2 c
金属环矩鞍填料
, O/ o$ N/ ^, G$ P( k9 _2 i7 m; ~- Y: `, K. _" L( u7 r
环矩鞍填料(国外称为Intalox)是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。6 l m4 E) p, ]0 f- `
# x! R1 o: w) {; x; \( g
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,在散装填料中应用较多。
5 u: E3 S# z8 j1 a' I& D
7 V$ w: Q- W D! m2 H球形填料: g" {7 T3 ~% ]; f
( _! Q( _0 u) l) P5 o5 ~4 N; _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,工程上应用较少。4 S V! f# @- ^9 ?) x% r7 E, e/ L
+ `0 ?6 C: w/ k% O, I! i
除上述几种较典型的散装填料外,不断有构型独特的新型填料开发出来,如共轭环填料、海尔环填料、纳特环填料等。
7 U3 M, j$ z' B; f4 t- X# v& @2 p
* j& k1 y9 f: _( I, s" w6 O! C) i; I规整填料
1 d; b) { o9 V6 Q' t7 w: r4 ?* z! o( J6 l+ C+ K) ^
规整填料是按一定的几何构形排列,整齐堆砌的填料。规整填料种类很多,根据其几何结构可分为格栅填料、波纹填料等。, F, r7 y# v8 W- y
( ^# |5 N) W5 S6 f0 j! C格栅填料
( q3 G; z$ p/ r ~8 J- q- {4 H
" F! M* f8 z& _% I4 W% H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。
2 V7 h- t; F( k( F4 ^: h
, T9 Q. c% ?2 K1 t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。
) c( N% z8 j! h; b, y/ Q5 O
* G$ A0 m8 u, _$ W2 m b' ^波纹填料. a/ e) r, i9 l3 L% E" d
# j$ g2 W- E5 I0 t, J0 t% v
波纹填料在工业上应用的规整填料绝大部分为波纹填料,它是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。
$ J0 v/ K! g, [" V) B4 Y0 |8 |8 |- q2 w3 E q6 V/ O
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。/ W) G; N, g2 u& |4 s' s5 v
3 D1 O/ v0 w1 N, m
金属丝网波纹填料是网波纹填料的主要形式,它是由金属丝网制成的。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。
5 k- s9 o( Z" e. c1 m* p) H4 ^
Z- @( p# x5 o* v- q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f5mm左右的小孔,可起到粗分配板片上的液体、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。+ j8 U; S1 N! P+ v, g
: b c7 V% }& M5 x) O/ K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,用辗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。" j% Z, V0 j C& F; q
* X9 t0 r8 V- E# ], [! [3 Q |
© 声明:本文仅表作者或发布者个人观点,与环保之家[2TECH.CN]无关。其原创性及陈述文字、内容、数据及图片均未经证实,对本文及其全部或部分内容、图片、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,仅做参考并自行核实。如有侵权,请联系我们处理,在此深表歉意。
|