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1、常用填料的种类及其相关特性第1页，共23页，编辑于2022年，星期六1.填料填料2.填料的种类和作用填料的种类和作用3.填料的支撑结构填料的支撑结构4.填料的特性填料的特性第2页，共23页，编辑于2022年，星期六填料的概述填料的概述泛指被填充于其他物体中的物料。在化学工程中，填料指装于填充塔内的惰性固体物料泛指被填充于其他物体中的物料。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，其作用是增大气例如鲍尔环和拉西环等，其作用是增大气-液的接触面液的接触面,使其相互强烈混合。在化工产品中，填使其相互强烈混合。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
2、并（或）降低成本的固体物料。其中可料又称填充剂，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。其中可显著提高制品强度的填料，如长纤维和晶须等常专称增强材料，炭黑称补强填充剂。药品片剂、显著提高制品强度的填料，如长纤维和晶须等常专称增强材料，炭黑称补强填充剂。药品片剂、化妆品和去垢剂中常加入固体物料和碳酸钙等作填充剂，但其目的是调节剂量和浓度而不是改化妆品和去垢剂中常加入固体物料和碳酸钙等作填充剂，但其目的是调节剂量和浓度而不是改善性能，所以应称稀释剂。塑料增塑剂、橡胶充油以及纺丝油剂等，虽可改善性能，也能影响善性能，所以应称稀释剂。塑料增塑剂、橡胶充油以及纺丝油剂等，虽可改善性
3、能，也能影响成本，但习惯上把这些液态物料视为加工助剂。成本，但习惯上把这些液态物料视为加工助剂。在高分子化工中，填料（填充剂）是用量在高分子化工中，填料（填充剂）是用量最大的添加剂，几乎所有的塑料最大的添加剂，几乎所有的塑料(包括热塑性和热固性塑料包括热塑性和热固性塑料)、天然橡胶和涂料都使用大量填料。、天然橡胶和涂料都使用大量填料。例如，制造塑料时加入木粉、陶土或碳酸钙等，不仅能改善制品力学性能，增加硬度，而且还例如，制造塑料时加入木粉、陶土或碳酸钙等，不仅能改善制品力学性能，增加硬度，而且还可降低成本；用石墨、磁粉或云母作填料，可提高塑料的导电、通磁和耐热性；橡胶中加入炭可降低成本；用石墨
4、、磁粉或云母作填料，可提高塑料的导电、通磁和耐热性；橡胶中加入炭黑或二氧化硅（白炭黑）可显著提高制品的物性；纺丝液中加入钛白粉（二氧化钛）可以遮光黑或二氧化硅（白炭黑）可显著提高制品的物性；纺丝液中加入钛白粉（二氧化钛）可以遮光和染色。在涂料工业中常加入白色或带色填料（如钛白粉、滑石粉、碳酸钙、硫酸钡等）以改和染色。在涂料工业中常加入白色或带色填料（如钛白粉、滑石粉、碳酸钙、硫酸钡等）以改善涂料的光学、物理和化学性能，这类用途的填料（填充剂）称为体质颜料或展色料。善涂料的光学、物理和化学性能，这类用途的填料（填充剂）称为体质颜料或展色料。第3页，共23页，编辑于2022年，星期六1、填料类型填
5、料类型1）分类）分类（1）按结构）按结构实体填料：环形、鞍形、栅板、波纹板实体填料：环形、鞍形、栅板、波纹板网体填料：鞍形网、网、波纹网网体填料：鞍形网、网、波纹网（2）按装填方法）按装填方法乱堆填料乱堆填料整砌填料整砌填料2）散装填料）散装填料3）规整填料）规整填料第4页，共23页，编辑于2022年，星期六4）填料材料）填料材料陶瓷，金属，塑料陶瓷，金属，塑料5）填料因子）填料因子与填料的类型、尺寸、材质、装填方式有关与填料的类型、尺寸、材质、装填方式有关与气、液物性，操作条件有关与气、液物性，操作条件有关2 填料的选择填料的选择种类、规格、材质种类、规格、材质分离要求，物料性质，填料性质分
6、离要求，物料性质，填料性质比表面积大、空隙率大、润湿性能好、单位体积填料的比表面积大、空隙率大、润湿性能好、单位体积填料的重量轻、造价低、机械强度高重量轻、造价低、机械强度高第5页，共23页，编辑于2022年，星期六3、填料的性能、填料的性能比表面积比表面积 空隙率空隙率 填料因子填料因子=/（有（有干、湿填料因子）干、湿填料因子）第6页，共23页，编辑于2022年，星期六由天然的动植物及人工合成的由天然的动植物及人工合成的有机材料（如再生纤维素、合有机材料（如再生纤维素、合成树脂等）制成。成树脂等）制成。主要以天然矿物为原料经过开采、主要以天然矿物为原料经过开采、加工制成的颗粒状填料，少数填
7、加工制成的颗粒状填料，少数填料是经过处理制成的。料是经过处理制成的。a.氧化硅氧化硅及硅酸盐。及硅酸盐。b.碳酸盐及碳化物。碳酸盐及碳化物。c.硫酸盐及硫化物。硫酸盐及硫化物。d.钛酸盐。钛酸盐。e.氧化物及氢氧化物。氧化物及氢氧化物。f.金属类。金属类。化学组成化学组成有机填料有机填料无机类填料无机类填料第7页，共23页，编辑于2022年，星期六填料的形状填料的形状填料的表面填料的表面 填料的表面与树脂面的结合状态、填料的表面与树脂面的结合状态、填料表面所存在着的物理或化学活性填料表面所存在着的物理或化学活性因素影响复合材料的性能。因素影响复合材料的性能。一般来说，纤维状、片状填料对复合材料
8、一般来说，纤维状、片状填料对复合材料的机械强度有利，但对于成型加工性能不利；的机械强度有利，但对于成型加工性能不利；圆球状填料可提高材料的成型加工性能，但降圆球状填料可提高材料的成型加工性能，但降低材料的机械强度。低材料的机械强度。第8页，共23页，编辑于2022年，星期六有改性作有改性作用的填料用的填料填料填料活性活性填料填料惰性惰性填料填料起稀释作用起稀释作用的填料的填料 活性填料与惰性填料之间没有明显的界限，随树脂品种、活性填料与惰性填料之间没有明显的界限，随树脂品种、填料的表面处理与否、成型加工条件等不同而发生变化。同填料的表面处理与否、成型加工条件等不同而发生变化。同种填料在不同树脂
9、中的作用也不相同。种填料在不同树脂中的作用也不相同。第9页，共23页，编辑于2022年，星期六使复合材料制品价格降低使复合材料制品价格降低显著改善制品的机械性能、显著改善制品的机械性能、耐摩擦性能、热学性能、耐摩擦性能、热学性能、耐老化性能等。耐老化性能等。填料既有增量性能，又填料既有增量性能，又有改性作用有改性作用返 回第10页，共23页，编辑于2022年，星期六拉西环，鲍尔环，阶梯环，弧鞍，矩鞍，波纹板及网拉西环，鲍尔环，阶梯环，弧鞍，矩鞍，波纹板及网第11页，共23页，编辑于2022年，星期六第12页，共23页，编辑于2022年，星期六一、散装填料一、散装填料散装填料是一个个具有一定几何
10、形状和尺寸的颗粒体，一般以随机的方式堆积在塔内，又称为乱堆填料或颗粒填料。散装填料根据结构特点不同，又可分为环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料等。现介绍几种较为典型的散装填料:拉西环 鲍尔环 阶梯环 弧鞍填料 矩鞍填料 金属环矩鞍填料 球形填料 第13页，共23页，编辑于2022年，星期六拉西环拉西环（1）拉西环填料拉西环填料于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，目前工业上已较少应用。鲍尔环鲍尔环（2）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，
11、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。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。第14页，共23页，编辑于2022年，星期六阶梯环阶梯环（3）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。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
12、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。阶梯环的综合性能优于鲍尔环，成为目前所使用的环形填料中最为优良的一种。弧鞍填料弧鞍填料（4）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。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。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。第15页，共23页，编辑于2022年，星期六矩鞍填料矩鞍填料（5）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。矩鞍填料堆积时不会套叠
13、，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。目前，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。金属环矩鞍填料金属环矩鞍填料（6）金属环矩鞍填料 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。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。球形填料球形填料（7）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，
14、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。除上述几种较典型的散装填料外，近年来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。工业上常用的散装填料的特性数据可查有关手册。第16页，共23页，编辑于2022年，星期六二、规整填料二、规整填料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、脉冲填料等。第17页，共23页，编辑于2022年，星期六格栅填料格栅填料（1）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。目前应用较为普遍的有格
15、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。波纹填料波纹填料（2）波纹填料目前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。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。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
16、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。返 回第18页，共23页，编辑于2022年，星期六来源来源天然填料天然填料合成填料合成填料增强剂增强剂填充剂填充剂外观形状外观形状功能功能片状，纤维状片状，纤维状粒状，中空微珠粒状，中空微珠第19页，共23页，编辑于2022年，星期六 填料支承结构填料支承结构 填料支承结构的作用填料支承结构的作用 填料的支承结构安装在填料层的底部，填料的支承结构安装在填料层的底部，其作用是支撑填料及填料层中所载液体，其作用是支撑填料及填料层中所载液体，同时还要保证气流能均匀地进入填料层，同时还要保证气流能均匀地进入填料层，并使气流
17、的流通面积无明显减少。并使气流的流通面积无明显减少。填料支承结构的分类填料支承结构的分类 填料支承结构有栅板和波形板填料支承结构有栅板和波形板 第20页，共23页，编辑于2022年，星期六散装填料用压紧器（不固定，随填料下移）散装填料用压紧器（不固定，随填料下移）规整填料用定位器（固定在塔壁上）规整填料用定位器（固定在塔壁上）返 回第21页，共23页，编辑于2022年，星期六1、填料特性填料特性（1）比表面积）比表面积（2）空隙率）空隙率（3）填料因子）填料因子/3 干填料因子，湿填料因子干填料因子，湿填料因子选择填料的原则选择填料的原则比表面积要大，空隙率要大，润湿性能要好，质量轻，比表面积要大，空隙率要大，润湿性能要好，质量轻，造价低，足够的力学强度造价低，足够的力学强度第22页，共23页，编辑于2022年，星期六第23页，共23页，编辑于2022年，星期六