陶瓷填料

瓷質(zhì)材料是應(yīng)用歷史為久的填料材質(zhì)，自20世紀(jì)初陶瓷材質(zhì)的拉西環(huán)填料出現(xiàn)以米，至今已有100多年的歷史，目前，瓷質(zhì)材料仍是制備填料的重要材質(zhì)之一。陶咨填料可用于化工、冶金、煤氣、制氧等行業(yè)的干燥塔、吸收塔、冷卻塔、洗滌塔、精餾塔、常壓塔、合成塔、催化塔、Z生塔等，陶瓷填料一般在氣體吸收、氣體洗滌、液體C取等過(guò)程中應(yīng)用較為普遍。陶瓷填料也分為陶瓷散堆填料(拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)十字環(huán)、矩鞍環(huán)、異鞍環(huán)、共軛環(huán)、海爾環(huán)、花環(huán)、多面空心球、覆蓋球、三Y環(huán)、連環(huán)、扁環(huán)等)和陶瓷波紋規(guī)整填料。陶瓷填料具有好的潤(rùn)濕性，并且是三種材質(zhì)填料中表面潤(rùn)濕性較好的填料:陶瓷填料具有優(yōu)異的耐酸耐熱性能，能夠耐除氫氟酸以外的各種無(wú)機(jī)酸、Y機(jī)酸以及Y機(jī)溶劑的腐蝕;但是它對(duì)磷酸的耐蝕性較差，也不能耐堿溶液特別是濃堿液的腐蝕，因?yàn)樘沾芍兴拇罅慷趸?Si0)容易堿液發(fā)生化學(xué)作用生成硅酷鹽:此外陶瓷填料可應(yīng)用在各種高、低溫場(chǎng)合使用，其容許使用溫度比填料塔等一些設(shè)備允許使用溫度還要高的多，其使用溫度可達(dá)1200-1600;陶瓷填料造價(jià)相對(duì)金屬填料也比較便宜，但是較塑料填料較貴，應(yīng)用范圍比較廣泛。然而瓷質(zhì)填料的質(zhì)脆、易碎是其缺點(diǎn)，裝填不方便，其成型工藝復(fù)雜，在耐溫方面的熱急變性能差，單位面積的質(zhì)量大，而且在三種材質(zhì)填料中的其厚度一般是蠻大的，一般在!~15mm左右，從而使得單位體積的比面積相對(duì)較小，進(jìn)而影響了氣-液的傳質(zhì)效率和傳熱效果。圖13為陶瓷散堆填料和陶瓷規(guī)整填料實(shí)物圖。

塑料填料

塑料填料是由高分子Y機(jī)物質(zhì)(聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC、氯化聚乙烯CPVC、聚偏氟乙烯PVDF、聚丙烯PP、聚四氟乙烯PTFE等)加工制備的填料，國(guó)內(nèi)一般多采用聚

內(nèi)烯材質(zhì)加工。塑料填料分為塑料散堆填料(多面空心球、花環(huán)、海爾環(huán)、階梯環(huán)、鮮爾環(huán)、矩鞍環(huán)、異鞍環(huán)、共軛環(huán)、扁環(huán)、拉西環(huán)、雪花環(huán)、六棱形環(huán)、旋轉(zhuǎn)環(huán)、五角環(huán)錐形環(huán)、網(wǎng)環(huán)、十字球形環(huán)、浮球、液面覆蓋球、菱形覆蓋球等)和塑料規(guī)整填料。塑料由于比重小，因而由塑料加工制備的填料和構(gòu)件重量輕，具有較高的韌性和低的彈性模量，同時(shí)又是易于加工成型，是一種具有吸引力的材料。而由其制成的塑料填料具有耐化學(xué)腐蝕性能好、能耗低、操作費(fèi)用低、重量輕、易裝卸、可重復(fù)使用等特點(diǎn)。并且具有空隙率大、通量大、壓降低和傳質(zhì)單元高度低、泛點(diǎn)高、汽液接觸充分、傳質(zhì)效率高等特點(diǎn);它的耐腐蝕性能好、可在各種介質(zhì)中的使用溫度為60-300℃，塑料填料廣泛用于石油、化工、氯堿、煤氣、H保等行業(yè)的填料塔中，特別適用于石油、化工、氯堿、煤氣、H保等行業(yè)的中低溫(60--150度)提餾、吸收及洗滌塔中。按照塑料不同的高分子結(jié)構(gòu)和組成，它具有較好的耐化學(xué)腐蝕性能，但是，一般來(lái)講，塑料的熱穩(wěn)定性差，其使用溫度在60-300℃范圍內(nèi)。填料通常用熱塑性塑料制成，常用塑料有:聚丙烯，其適用溫度在10-120℃，能耐大部分酸、堿、鹽和許多有J溶劑，但不耐高含量強(qiáng)酸;聚氯乙烯耐堿的性能很好，但溫度只能至60℃:氯化聚乙烯的耐溫可至90℃，特別是在氯堿生產(chǎn)中具有優(yōu)良的耐氯氣腐蝕性能:聚偏氟乙烯使用溫度可至140℃，對(duì)于酸，鹽溶液，脂肪烴類(lèi)，芳烴，氯化烴類(lèi)，醇類(lèi)和鹵素均耐蝕。同時(shí)，由于塑料填料是由非極性或極性低的高分子加工制備而成，其表面潤(rùn)濕性能較差，當(dāng)填料表面潤(rùn)濕不好時(shí)，有部分填料表面處于干區(qū)，填料表面未被液體潤(rùn)濕，或者液相在填料表面形成“溪流”或“溝流”這樣就減少了有效的氣液接觸的相界面，從而相應(yīng)地降低了傳熱和傳質(zhì)效率。圖1.4為塑料散堆填料和塑料規(guī)整填料實(shí)物圖。

聚丙烯填料的應(yīng)用及不足

聚丙烯(PP)填料作為塔填料的重要一類(lèi)，也是國(guó)內(nèi)應(yīng)用為廣泛的塑料填料之一，特別是隨看新型填料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，其使用范圍越發(fā)廣泛。在煉油、石化、精細(xì)化工、煤氣和H保行業(yè)中的應(yīng)用日益擴(kuò)大和成熟，尤其用于真空蒸餾。常壓、中低壓蒸餾以及大氣量的兩相接觸過(guò)程(如氣體吸收、冷卻等)，而目前應(yīng)用在廢氣[21]、廢水122)的處理中應(yīng)用尤為廣泛。PP填料應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)比較突出，但缺點(diǎn)也比較明顯，缺點(diǎn)是表面淮濕性能差，填料塔內(nèi)是氣、液兩相呈逆流接觸，填料上的液膜表面即為氣液兩相的主要傳質(zhì)表面，而液體能否在填料表面鋪展成膜又很大程度上取決于填料表面的潤(rùn)濕性120]聚丙烯為非極性高分子材料，具有較低的表面自由能，因而其表面潤(rùn)濕性能差。LinekVd等(23)人曾研究了PP對(duì)水等極性物系的潤(rùn)濕性，發(fā)現(xiàn)PP填料的有效氣液接觸比表面積是同類(lèi)型規(guī)格陶瓷填料的40%左右，低的有效比表面積就在很大程度上影響了其傳質(zhì)效率。PP填料的另一個(gè)缺點(diǎn)就是其耐熱性較差，其使用溫度一般不超過(guò)80℃，受熱易變形，從而限制了其在較高溫度環(huán)境中的使用。為此，提高聚丙烯填料表面潤(rùn)濕性能和熱穩(wěn)定性能是目前的熱門(mén)研究課題，也是本文研究的主要目的。