填料的種類及其特性

填料的種類及其特性填料填料的種類和作用填料的支撐結(jié)構(gòu)填料的特性第2頁,共23頁，2024年2月25日，星期天填料的概述

泛指被填充于其他物體中的物料。在化學(xué)工程中，填料指裝于填充塔內(nèi)的惰性固體物料,例如鮑爾環(huán)和拉西環(huán)等，其作用是增大氣-液的接觸面,使其相互強(qiáng)烈混合。在化工產(chǎn)品中，填料又稱填充劑，是指用以改善加工性能、制品力學(xué)性能并（或）降低成本的固體物料。其中可顯著提高制品強(qiáng)度的填料，如長(zhǎng)纖維和晶須等常專稱增強(qiáng)材料，炭黑稱補(bǔ)強(qiáng)填充劑。藥品片劑、化妝品和去垢劑中常加入固體物料和碳酸鈣等作填充劑，但其目的是調(diào)節(jié)劑量和濃度而不是改善性能，所以應(yīng)稱稀釋劑。塑料增塑劑、橡膠充油以及紡絲油劑等，雖可改善性能，也能影響成本，但習(xí)慣上把這些液態(tài)物料視為加工助劑。在高分子化工中，填料（填充劑）是用量最大的添加劑，幾乎所有的塑料(包括熱塑性和熱固性塑料)、天然橡膠和涂料都使用大量填料。例如，制造塑料時(shí)加入木粉、陶土或碳酸鈣等，不僅能改善制品力學(xué)性能，增加硬度，而且還可降低成本；用石墨、磁粉或云母作填料，可提高塑料的導(dǎo)電、通磁和耐熱性；橡膠中加入炭黑或二氧化硅（白炭黑）可顯著提高制品的物性；紡絲液中加入鈦白粉（二氧化鈦）可以遮光和染色。在涂料工業(yè)中常加入白色或帶色填料（如鈦白粉、滑石粉、碳酸鈣、硫酸鋇等）以改善涂料的光學(xué)、物理和化學(xué)性能，這類用途的填料（填充劑）稱為體質(zhì)顏料或展色料。

第3頁,共23頁，2024年2月25日，星期天1、填料類型1）分類（1）按結(jié)構(gòu)實(shí)體填料：環(huán)形、鞍形、柵板、波紋板網(wǎng)體填料：鞍形網(wǎng)、網(wǎng)、波紋網(wǎng)（2）按裝填方法亂堆填料整砌填料2）散裝填料3）規(guī)整填料第4頁,共23頁，2024年2月25日，星期天4）填料材料陶瓷，金屬，塑料5）填料因子與填料的類型、尺寸、材質(zhì)、裝填方式有關(guān)與氣、液物性，操作條件有關(guān)2填料的選擇種類、規(guī)格、材質(zhì)分離要求，物料性質(zhì)，填料性質(zhì)比表面積大、空隙率大、潤(rùn)濕性能好、單位體積填料的重量輕、造價(jià)低、機(jī)械強(qiáng)度高第5頁,共23頁，2024年2月25日，星期天3、填料的性能比表面積空隙率填料因子=/（有干、濕填料因子）

第6頁,共23頁，2024年2月25日，星期天由天然的動(dòng)植物及人工合成的有機(jī)材料（如再生纖維素、合成樹脂等）制成。主要以天然礦物為原料經(jīng)過開采、加工制成的顆粒狀填料，少數(shù)填料是經(jīng)過處理制成的。a.氧化硅及硅酸鹽。b.碳酸鹽及碳化物。c.硫酸鹽及硫化物。d.鈦酸鹽。e.氧化物及氫氧化物。f.金屬類?；瘜W(xué)組成有機(jī)填料無機(jī)類填料第7頁,共23頁，2024年2月25日，星期天填料的形狀填料的表面

填料的表面與樹脂面的結(jié)合狀態(tài)、填料表面所存在著的物理或化學(xué)活性因素影響復(fù)合材料的性能。

一般來說，纖維狀、片狀填料對(duì)復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度有利，但對(duì)于成型加工性能不利；圓球狀填料可提高材料的成型加工性能，但降低材料的機(jī)械強(qiáng)度。第8頁,共23頁，2024年2月25日，星期天有改性作用的填料填料活性填料惰性填料起稀釋作用的填料

活性填料與惰性填料之間沒有明顯的界限，隨樹脂品種、填料的表面處理與否、成型加工條件等不同而發(fā)生變化。同種填料在不同樹脂中的作用也不相同。第9頁,共23頁，2024年2月25日，星期天填料功能使復(fù)合材料制品價(jià)格降低顯著改善制品的機(jī)械性能、耐摩擦性能、熱學(xué)性能、耐老化性能等。填料既有增量性能，又有改性作用返回第10頁,共23頁，2024年2月25日，星期天拉西環(huán)，鮑爾環(huán)，階梯環(huán)，弧鞍，矩鞍，波紋板及網(wǎng)第11頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第12頁,共23頁，2024年2月25日，星期天一、散裝填料散裝填料是一個(gè)個(gè)具有一定幾何形狀和尺寸的顆粒體，一般以隨機(jī)的方式堆積在塔內(nèi)，又稱為亂堆填料或顆粒填料。散裝填料根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，又可分為環(huán)形填料、鞍形填料、環(huán)鞍形填料及球形填料等?，F(xiàn)介紹幾種較為典型的散裝填料:

拉西環(huán)

鮑爾環(huán)

階梯環(huán)弧鞍填料矩鞍填料金屬環(huán)矩鞍填料球形填料第13頁,共23頁，2024年2月25日，星期天拉西環(huán)（1）拉西環(huán)填料拉西環(huán)填料于1914年由拉西（F.Rashching）發(fā)明，為外徑與高度相等的圓環(huán)。拉西環(huán)填料的氣液分布較差，傳質(zhì)效率低，阻力大，通量小，目前工業(yè)上已較少應(yīng)用。鮑爾環(huán)（2）鮑爾環(huán)填料是對(duì)拉西環(huán)的改進(jìn)，在拉西環(huán)的側(cè)壁上開出兩排長(zhǎng)方形的窗孔，被切開的環(huán)壁的一側(cè)仍與壁面相連，另一側(cè)向環(huán)內(nèi)彎曲，形成內(nèi)伸的舌葉，諸舌葉的側(cè)邊在環(huán)中心相搭。鮑爾環(huán)由于環(huán)壁開孔，大大提高了環(huán)內(nèi)空間及環(huán)內(nèi)表面的利用率，氣流阻力小，液體分布均勻。與拉西環(huán)相比，鮑爾環(huán)的氣體通量可增加50%以上，傳質(zhì)效率提高30%左右。鮑爾環(huán)是一種應(yīng)用較廣的填料。第14頁,共23頁，2024年2月25日，星期天階梯環(huán)（3）階梯環(huán)填料是對(duì)鮑爾環(huán)的改進(jìn)，與鮑爾環(huán)相比，階梯環(huán)高度減少了一半并在一端增加了一個(gè)錐形翻邊。由于高徑比減少，使得氣體繞填料外壁的平均路徑大為縮短，減少了氣體通過填料層的阻力。錐形翻邊不僅增加了填料的機(jī)械強(qiáng)度，而且使填料之間由線接觸為主變成以點(diǎn)接觸為主，這樣不但增加了填料間的空隙，同時(shí)成為液體沿填料表面流動(dòng)的匯集分散點(diǎn)，可以促進(jìn)液膜的表面更新，有利于傳質(zhì)效率的提高。階梯環(huán)的綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)，成為目前所使用的環(huán)形填料中最為優(yōu)良的一種。弧鞍填料（4）弧鞍填料屬鞍形填料的一種，其形狀如同馬鞍，一般采用瓷質(zhì)材料制成?；“疤盍系奶攸c(diǎn)是表面全部敞開，不分內(nèi)外，液體在表面兩側(cè)均勻流動(dòng)，表面利用率高，流道呈弧形，流動(dòng)阻力小。其缺點(diǎn)是易發(fā)生套疊，致使一部分填料表面被重合，使傳質(zhì)效率降低?；“疤盍蠌?qiáng)度較差，容破碎，工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用不多。第15頁,共23頁，2024年2月25日，星期天矩鞍填料（5）矩鞍填料將弧鞍填料兩端的弧形面改為矩形面，且兩面大小不等，即成為矩鞍填料。矩鞍填料堆積時(shí)不會(huì)套疊，液體分布較均勻。矩鞍填料一般采用瓷質(zhì)材料制成，其性能優(yōu)于拉西環(huán)。目前，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)應(yīng)用瓷拉西環(huán)的場(chǎng)合，均已被瓷矩鞍填料所取代。金屬環(huán)矩鞍填料（6）金屬環(huán)矩鞍填料環(huán)矩鞍填料（國(guó)外稱為Intalox）是兼顧環(huán)形和鞍形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而設(shè)計(jì)出的一種新型填料，該填料一般以金屬材質(zhì)制成，故又稱為金屬環(huán)矩鞍填料。環(huán)矩鞍填料將環(huán)形填料和鞍形填料兩者的優(yōu)點(diǎn)集于一體，其綜合性能優(yōu)于鮑爾環(huán)和階梯環(huán)，在散裝填料中應(yīng)用較多。球形填料（7）球形填料一般采用塑料注塑而成，其結(jié)構(gòu)有多種。球形填料的特點(diǎn)是球體為空心，可以允許氣體、液體從其內(nèi)部通過。由于球體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，填料裝填密度均勻，不易產(chǎn)生空穴和架橋，所以氣液分散性能好。球形填料一般只適用于某些特定的場(chǎng)合，工程上應(yīng)用較少。除上述幾種較典型的散裝填料外，近年來不斷有構(gòu)型獨(dú)特的新型填料開發(fā)出來，如共軛環(huán)填料、海爾環(huán)填料、納特環(huán)填料等。工業(yè)上常用的散裝填料的特性數(shù)據(jù)可查有關(guān)手冊(cè)。第16頁,共23頁，2024年2月25日，星期天二、規(guī)整填料規(guī)整填料是按一定的幾何構(gòu)形排列，整齊堆砌的填料。規(guī)整填料種類很多，根據(jù)其幾何結(jié)構(gòu)可分為格柵填料、波紋填料、脈沖填料等。第17頁,共23頁，2024年2月25日，星期天格柵填料（1）格柵填料是以條狀單元體經(jīng)一定規(guī)則組合而成的，具有多種結(jié)構(gòu)形式。工業(yè)上應(yīng)用最早的格柵填料為木格柵填料。目前應(yīng)用較為普遍的有格里奇格柵填料、網(wǎng)孔格柵填料、蜂窩格柵填料等，其中以格里奇格柵填料最具代表性。格柵填料的比表面積較低，主要用于要求壓降小、負(fù)荷大及防堵等場(chǎng)合。波紋填料（2）波紋填料目前工業(yè)上應(yīng)用的規(guī)整填料絕大部分為波紋填料，它是由許多波紋薄板組成的圓盤狀填料，波紋與塔軸的傾角有30°和45°兩種，組裝時(shí)相鄰兩波紋板反向靠疊。各盤填料垂直裝于塔內(nèi)，相鄰的兩盤填料間交錯(cuò)90°排列。波紋填料按結(jié)構(gòu)可分為網(wǎng)波紋填料和板波紋填料兩大類，其材質(zhì)又有金屬、塑料和陶瓷等之分。金屬絲網(wǎng)波紋填料是網(wǎng)波紋填料的主要形式，它是由金屬絲網(wǎng)制成的。金屬絲網(wǎng)波紋填料的壓降低，分離效率很高，特別適用于精密精餾及真空精餾裝置，為難分離物系、熱敏性物系的精餾提供了有效的手段。盡管其造價(jià)高，但因其性能優(yōu)良仍得到了廣泛的應(yīng)用。返回第18頁,共23頁，2024年2月25日，星期天來源天然填料合成填料增強(qiáng)劑填充劑外觀形狀功能片狀，纖維狀粒狀，中空微珠第19頁,共23頁，2024年2月25日，星期天

◆填料支承結(jié)構(gòu)

●填料支承結(jié)構(gòu)的作用填料的支承結(jié)構(gòu)安裝在填料層的底部，其作用是支撐填料及填料層中所載液體，同時(shí)還要保證氣流能均勻地進(jìn)入填料層，并使氣流的流通面積無明顯減少。●填料支承結(jié)構(gòu)的分類填料支承結(jié)構(gòu)有柵板和波形板

第20頁,共23頁，2024年2月25日，星期天散裝填料用壓緊器（不固定，隨填料下移）規(guī)整填料用定位器（固定在塔壁上）返回第21頁,