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1、4.1 散堆填料散堆填料p早期：早期：碎石、焦碳、石块等不定型碎石、焦碳、石块等不定型物。物。p科学发展时期科学发展时期:1914年瓷制拉西环。年瓷制拉西环。p科学发展时期科学发展时期:1914年瓷制拉西环。年瓷制拉西环。p改进：改进：不断改进填料的形状和结构，不断改进填料的形状和结构，以期改善流体力学性能，提高传质效以期改善流体力学性能，提高传质效率。率。p换代：换代：经历了三代产品的更新换代。经历了三代产品的更新换代。p分类：分类：环形填料，鞍形填料，环鞍环形填料，鞍形填料，环鞍形填料形填料p第一代：第一代：几何形状简单，如拉西环、几何形状简单，如拉西环、弧鞍环等。目前，已逐渐被各种新型散
2、弧鞍环等。目前，已逐渐被各种新型散堆填料取代。堆填料取代。p第二代：第二代：以鲍尔环为典型，目前广泛以鲍尔环为典型，目前广泛应用于工业实践中。应用于工业实践中。p第三代：第三代：是是70年代后期开发的各种新年代后期开发的各种新型散堆填料，以金属矩鞍环填料型散堆填料，以金属矩鞍环填料IMTP（Intalox Metal Tower Packing）为代表，目前正在大力推广应用。为代表，目前正在大力推广应用。4.1 散堆填料散堆填料4.1.1.4.1.1.环形填料环形填料(1)拉西环及其改进型拉西环及其改进型拉西环拉西环(Raschig ring)构成：构成：外径与高相等的薄壁圆环组成。外径与高相
3、等的薄壁圆环组成。材质：材质：金属、塑料、陶瓷、石墨等。金属、塑料、陶瓷、石墨等。缺点缺点：容易产生架桥、空穴等现象，容易产生架桥、空穴等现象，造成液体的偏流、沟流甚至严重的壁造成液体的偏流、沟流甚至严重的壁流。流。环、十字环、螺旋环环、十字环、螺旋环拉西环改进：增大比表面积。拉西环改进：增大比表面积。勒辛环：勒辛环：又称又称环，在环内加一个竖直隔环，在环内加一个竖直隔板。板。十字环：十字环：在环内加一个十字形隔板。在环内加一个十字形隔板。螺旋环：螺旋环：在环内加单头、双头或三头螺在环内加单头、双头或三头螺旋形隔板。旋形隔板。短拉西环短拉西环拉西环的改进：减小高径比。拉西环的改进：减小高径比。
4、高径比：高径比：1:2。特点：压降小、分离效率高。特点：压降小、分离效率高。4.1.1 4.1.1 环形填料环形填料4.1 散堆填料散堆填料结构：结构：l开槽：开槽：周壁开两层带叶片长方形槽，每层有周壁开两层带叶片长方形槽，每层有5个槽，个槽，两层槽孔交错排列。两层槽孔交错排列。l叶片：叶片：一端与环壁相连，另一端弯向环中心。一端与环壁相连，另一端弯向环中心。5叶片叶片于环中心相搭。于环中心相搭。l开槽面积：开槽面积：占整个环壁面积的占整个环壁面积的35%左右。左右。l年代：年代：50年代年代,德国及欧洲工业应用。德国及欧洲工业应用。l材质：材质：金属、塑料和陶瓷等。金属、塑料和陶瓷等。优点：
5、优点：气液分布：环壁上开有许多窗口，使气液两相能够从窗孔自由通过，气液分气液分布：环壁上开有许多窗口，使气液两相能够从窗孔自由通过，气液分布较拉西环有较大改善。布较拉西环有较大改善。润湿性能：填料环内表面容易被液体润湿，使得内外表面得以充分利用。润湿性能：填料环内表面容易被液体润湿，使得内外表面得以充分利用。分离效率高、压降低、操作弹性大：与同型号的拉西环相比，一般在同样的分离效率高、压降低、操作弹性大：与同型号的拉西环相比，一般在同样的压降下，处理能力增加压降下，处理能力增加50%以上；在同样的处理量下，压降约小以上；在同样的处理量下，压降约小50%。(2)鲍尔环鲍尔环4.1 散堆填料散堆填
6、料p 结构：吸收短拉西环优点，降低了环的高度，减薄结构：吸收短拉西环优点，降低了环的高度，减薄了材料的厚度，在环的侧端增加了翻边。了材料的厚度，在环的侧端增加了翻边。p 年代：年代：70年代初，英国传质公司（年代初，英国传质公司（Mass Tranfer Ltd.）p 材质：各种塑料、金属、陶瓷等。材质：各种塑料、金属、陶瓷等。优点：优点：l 高径比低：气体绕填料外壁流过的平均路径比鲍尔环填料大大缩短，减高径比低：气体绕填料外壁流过的平均路径比鲍尔环填料大大缩短，减小了气体通过填料层的压降。小了气体通过填料层的压降。l 侧端翻边：增加机械强度，破坏了填料的轴对称性。侧端翻边：增加机械强度，破坏
7、了填料的轴对称性。l 填料环隙之间以点接触为主：增加了填料颗粒之间的空隙、减小气流阻填料环隙之间以点接触为主：增加了填料颗粒之间的空隙、减小气流阻力；接触点成为液体沿填料表面流动的汇聚、分散点，有利于促进液膜的力；接触点成为液体沿填料表面流动的汇聚、分散点，有利于促进液膜的表面更新与气液混合，提高传质效率。表面更新与气液混合，提高传质效率。4.1.1 4.1.1 环形填料环形填料(3)阶梯环阶梯环4.1 散堆填料散堆填料结构：结构：短开孔环形填料，高径比小（约短开孔环形填料，高径比小（约1/3）。）。开孔：开孔：内弯舌片改为连续内弯弧形筋片。内弯舌片改为连续内弯弧形筋片。翻边：翻边：取消。取消
8、。适应：适应：液液萃取过程。液液萃取过程。优点：优点：减少了分散相液滴群的汇聚减少了分散相液滴群的汇聚环的翻边环的翻边内弯叶片的端点内弯叶片的端点特别适用于液液两相的相对流动，有效降低了填料层的轴向返混，提高特别适用于液液两相的相对流动，有效降低了填料层的轴向返混，提高了液液两相间的传质效率。了液液两相间的传质效率。低界面张力体系的液液萃取过程低界面张力体系的液液萃取过程轴向混合小轴向混合小处理能力大处理能力大传质效率提高传质效率提高20%以上以上4.1.1 4.1.1 环形填料环形填料(4)扁环扁环4.1 散堆填料散堆填料形状：形状：马鞍形。马鞍形。材质：材质：瓷质。瓷质。优点：优点：弧形面
9、使液体易于分散，均弧形面使液体易于分散，均匀成膜，流体力学与传递性能优于匀成膜，流体力学与传递性能优于拉西环。拉西环。缺点：缺点：结构对称，容易套叠、架桥。结构对称，容易套叠、架桥。形状：形状：与弧鞍填料的主要差别：两端为矩形（非圆弧形），上下两面不对称。与弧鞍填料的主要差别：两端为矩形（非圆弧形），上下两面不对称。特点：特点：由于不对称性，克服了弧鞍容易套叠的缺点，使床层具有较大的空隙率。由于不对称性，克服了弧鞍容易套叠的缺点，使床层具有较大的空隙率。矩鞍填料床层内多为圆弧形通道，减少了气体阻力，液体分布均匀，壁效应小。矩鞍填料床层内多为圆弧形通道，减少了气体阻力，液体分布均匀，壁效应小。材
10、质：金属、瓷或塑料制成。其中瓷质应用最广。材质：金属、瓷或塑料制成。其中瓷质应用最广。4.1.2 4.1.2 鞍形填料鞍形填料（1）弧鞍型填料（2）矩鞍型填料4.1 散堆填料散堆填料环鞍形填料环鞍形填料环形填料环形填料鞍形填料鞍形填料优点结合起来优点结合起来(Intalox Metal Tower Packing)结构结构:有环形填料的圆环、环壁开孔和内伸的舍片；有环形填料的圆环、环壁开孔和内伸的舍片；有矩鞍填料的圆弧形通道；有矩鞍填料的圆弧形通道；鞍形两侧有翻边鞍形两侧有翻边:增加了机械强度与刚度；两端下部增加了机械强度与刚度；两端下部有齿形结构。有齿形结构。年代年代:1977 美国美国No
11、rton公司公司特点特点:开敞结构开敞结构,有利于液体的分布和促进液体表面更新有利于液体的分布和促进液体表面更新,是散堆填料发展的一个是散堆填料发展的一个突破，具有低压降、高通量、液体分布性能好、传质效率高、操作弹性大等优突破，具有低压降、高通量、液体分布性能好、传质效率高、操作弹性大等优良的综合性能。良的综合性能。与相同尺寸的鲍尔环相比与相同尺寸的鲍尔环相比通量增大通量增大,提高提高1530%压降降低压降降低,降低降低4070%传质效率传质效率,提高提高10%左右左右4.1.3 4.1.3 环鞍形填料环鞍形填料（1）金属环矩鞍填料金属环矩鞍填料4.1 散堆填料散堆填料结构：结构：采用薄板冲压
12、制成侧壁开孔的环鞍形填料，采用薄板冲压制成侧壁开孔的环鞍形填料，鞍的背部有一个开有数个圆孔的凸缘加强筋，鞍的背部有一个开有数个圆孔的凸缘加强筋，筋的两侧有大小两个与鞍反向的半圆环，筋的两侧有大小两个与鞍反向的半圆环，鞍的两个侧面各有一个翻边。鞍的两个侧面各有一个翻边。特点：特点：p 鞍背的加强筋及两侧的翻边，增加了填料的刚鞍背的加强筋及两侧的翻边，增加了填料的刚性，可使用较薄的材料，减轻填料的重量；性，可使用较薄的材料，减轻填料的重量；p 由于两个反向半环的直径不同，可避免填料堆由于两个反向半环的直径不同，可避免填料堆积过程的套叠；积过程的套叠；p 有利于填料层内液体的横向扩散和液膜的表面有利
13、于填料层内液体的横向扩散和液膜的表面更新，使填料具有较高的表面利用率，有利于填料更新，使填料具有较高的表面利用率，有利于填料层的传质和传热。层的传质和传热。（2）纳特环填料纳特环填料（Nutter Ring）4.1 散堆填料散堆填料结构：结构：相当于将阶梯环沿轴向对半剖开，然后将其中的一半倒相当于将阶梯环沿轴向对半剖开，然后将其中的一半倒转转180连接而成，其中每个半圆形构件中间又有一个半连接而成，其中每个半圆形构件中间又有一个半环形筋片。环形筋片。特点：特点：p 内筋呈共轭环状，对称性较高，不会产生沿轴内筋呈共轭环状，对称性较高，不会产生沿轴向的重叠现象，在塔内堆放时很均匀；向的重叠现象，在塔内堆放时很均匀；p 液体在填料表面能达到均匀分布；液体在填料表面能达到均匀分布；p 促进了气液接触的表面更新；促进了气液接触的表面更新；p 具有优良的流体力学和传质性能。具有优良的流体力学和传质性能。（3）共轭环填料共轭环填料4.1 散堆填料散堆填料麦勒环填料麦勒环填料球形填料球形填料茵派克茵派克海尔环填料海尔环填料（4）其他散堆填料其他散堆填料