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濕性，并且是三種材質(zhì)填料中表面潤濕性較好的填料: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機(jī)酸、Y機(jī)酸以及Y機(jī)溶劑的腐蝕;但是它對磷酸的耐蝕性較差，也不能耐堿溶液特別是濃堿液的腐蝕，因為陶瓷中所含的大量二氧化(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;陶瓷填料造價相對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，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、操作費用低、重量輕、易裝卸、可重復(fù)使用等特點。并且具有空隙率大、通量大、壓降低和傳質(zhì)單元高度低、泛點高、汽液接觸充分、傳質(zhì)效率高等特點;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℃，對于酸，鹽溶液，脂肪烴類，芳烴，氯化烴類，醇類和鹵素均耐蝕。同時，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，其表面潤濕性能較差，當(dāng)填料表面潤濕不好時，有部分填料表面處于干區(qū)，填料表面未被液體潤濕，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，也是國內(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)點比較突出，但缺點也比較明顯，缺點是表面淮濕性能差，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，因而其表面潤濕性能差。LinekVd等(23)人曾研究了PP對水等極性物系的潤濕性，發(fā)現(xiàn)PP填料的有效氣液接觸比表面積是同類型規(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填料的另一個缺點就是其耐熱性較差，其使用溫度一般不超過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濕性能和熱穩(wěn)定性能是目前的熱門研究課題，也是本文研究的主要目的。