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填料的应用及各类
浏览次数:1233发布日期:2016-03-15

      填料泛指被填充于其他物体中的物料。在化学工程及污水处理中,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-液的接触面,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、制品力学性能并(或)降低成本的固体物料。在污水处理领域,主要用于接触氧化工艺,微生物会在填料的表面进行累积,以增大与污水的表面接触,对污水进行污水降解处理。

填料性能优劣

主要取决于:①有较大的比表面积(m2/m3填料层);②液体在填料表面有较好的均匀分布性能;③气流能在填料层中均匀分布;④调料具有较大的空隙率(m3/m3填料层)。另外,选择填料时还应考虑其机械强度、来源、制造及价格等因素。

填料作用

填料的作用机理:填料作为添加剂,主要是通过它占据体积发挥作用,由于填料的存在,基体材料的分子链就不能再占据原来的全部空间,使得相连的链段在某种程度上被固定化,并可能引起基体聚合物的取向。由于填料的尺寸稳定性,在填充的聚合物中,聚合物界面区域内的分子链运动受到限制,而使玻璃化温度上升,热变形温度提高,收缩率降低,弹性模量、硬度、刚度、冲击强度提高。

填料的作用:①降低成型制件的收缩率,提高制品的尺寸稳定性、表面光洁度、平滑性以及平光性或无光性等;②树脂粘度有效的调节剂;③可满足不同性能要求,提高耐磨性、改善导电性及导热性等,大多数填料能提高材料冲击强度及压缩强度,但不能提高拉伸强度;④可提高颜料的着色效果;⑤某些填料具有极好的光稳定性和耐化学腐蚀性;⑥有增容作用,可降低成本,提高产品在市场上的竞争能力。

填料选用准则

对于某种特殊应用,填料填料的标准是根据复合材料所期望达到的性能而定,但必须考虑到下述基本原则。

1、填料在加工过程中必须保持其原有结构,并保持惰性、不溶性、热稳定性、不挥发性、无催化活性和低的吸附性。

2、填料必须与基材能够相容,无腐蚀性。

3、容易处理,堆积密度高,水分含量低,低尘,无毒性。

4、必须易得,货源充足,价格适中,质量稳定。

填料根据装填方式的不同,可分为散装填料和规整填料。

散装填料

散装填料是一个个具有一定几何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

拉西环

(1)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,工业上已较少应用。

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,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[1] 。

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,成为所使用的环形填料中zui为优良的一种。

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。

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,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。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

(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

(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,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,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。

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。

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zui早的格栅填料为木格栅填料。应用较为普遍的有格里奇格栅填料、网孔格栅填料、蜂窝格栅填料等,其中以格里奇格栅填料zui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

(2)波纹填料在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。

金属板波纹填料是板波纹填料的一种主要形式。该填料的波纹板片上冲压有许多f5mm左右的小孔,可起到粗分配板片上的液体、加强横向混合的作用。波纹板片上轧成细小沟纹,可起到细分配板片上的液体、增强表面润湿性能的作用。金属孔板波纹填料强度高,耐腐蚀性强,特别适用于大直径塔及气液负荷较大的场合。

金属压延孔板波纹填料是另一种有代表性的板波纹填料。它与金属孔板波纹填料的主要区别在于板片表面不是冲压孔,而是刺孔,用辗轧方式在板片上辗出很密的孔径为0.4~0.5mm小刺孔。其分离能力类似于网波纹填料,但抗堵能力比网波纹填料强,并且价格便宜,应用较为广泛。

波纹填料的优点是结构紧凑,阻力小,传质效率高,处理能力大,比表面积大(常用的有125、150、250、350、500、700等几种)。波纹填料的缺点是不适于处理粘度大、易聚合或有悬浮物的物料,且装卸、清理困难,造价高。

(3)脉冲填料脉冲填料是由带缩颈的中空棱柱形个体,按一定方式拼装而成的一种规整填料。脉冲填料组装后,会形成带缩颈的多孔棱形通道,其纵面流道交替收缩和扩大,气液两相通过时产生强烈的湍动。在缩颈段,气速zui高,湍动剧烈,从而强化传质。在扩大段,气速减到zui小,实现两相的分离。流道收缩、扩大的交替重复,实现了“脉冲”传质过程。

脉冲填料的特点是处理量大,压降小,是真空精馏的理想填料。因其优良的液体分布性能使放大效应减少,故特别适用于大塔径的场合。

四氟填料

聚四氟乙烯阀杆填料是以聚四氟乙烯细粉料为原料,采用全新的工艺加工而成的一种柔软制品。白色,连续绳状,截面呈圆形。它具有高度的柔顺性,极好的填充性、自润滑性、低摩擦系数、耐腐蚀等性能。技术参数:&dot;使用温度 -260~+260 &dot;使用压力 <20MPa &dot;适用介质 除元素氟、熔融碱金属以外的一切化学物质。优点:&dot;装填方便快捷。装填时一般不必拆卸阀门,只需将绳状填料绕在阀杆上,推入填料函,上紧函盖帽,填料即被压成一个密实的整体。 &dot;密封性能优异。膨胀聚四氟乙烯独特的微观结构赋予该产品的柔韧性和模塑性,使它能轻易地将填料函内部空隙,甚至阀杆、函体上的所有凹坑和沟槽填密,这也使腐蚀、磨损的旧阀门避免更换或修理。 &dot;使用寿命长。因它长期保持的柔软塑性,使泄漏缺口随时被填塞,还因它不被腐蚀,不会老化,可保长期使用。&dot;阀门开闭灵活轻便。因为聚四氟乙烯具有zui低的摩擦系数和优异的自润滑性。 &dot;不污染管道中的流体。因为它洁白干净,不会因腐蚀老化而脱落,使它特别适用于医药、精细化工、食品等行业。&dot;规格通用性好,减少填料储存量,节约开支。只需备置几种粗细规格的阀杆填料,就能满足大多数阀门之需求。一般选用能用手嵌入的zui大号这种填料,但较细的'该种填料,也可用于大规格的阀门中,压紧后,也会塑变成型,得到密实的封填体。

塑性填料

塑性填料是经模具压制成型的填料,使用时不需要像编结填料那样切断后盘成环状,而且是根据轴颈大小制成环形。塑性填料有棉状和积层两种形式。

(1)绵状填料

绵状填料是把纤维、石墨、云母、金属粉(或金属鳞片)、油脂与弹性粘结剂相混合后,模压成环形,再在外层编结一层石棉纱(根据需要也可用金属丝)。还有一种使用方式是将混合物直接放人填料腔,经压盖压紧后直接使用,由于填料没有固定尺寸,填料装填不当容易影响密封性能所以该方法较少使用。可以根据工作条件调节绵状填料中各种混合料的种类和配比,例如高压蒸汽密封加人铜粉、酸性介质密封加人铅粒或铅片、轴有振动时可加添较多的弹性良好的粘结剂等。由于这种填料不含润滑剂,所以高压下其体积变化很小,可用于高速泵类和高压阀门密封。如加人固体润滑剂,则可以保证良好的自润滑性能,且结构致密,有助于提高密封性。另外,绵状填料有塑性流动性,还可以与金属填料组合使用。

(2)积层填料

这种填料是在石棉布或帆布的表面上涂敷橡胶,经叠合或者卷绕后热压硫化成型,还可以内夹橡胶芯等软质填料或嵌人弹簧,几种积层填料的结构。积层填料密封性良好,可用于120℃以下的低压蒸汽、水和氨液,主要用作往复运动的轴封和阀杆的密封,无接口的圈装积层填料还可以用作往复泵活塞环。由于积层填料中所含润滑剂不足,使用过程中需添加润滑剂。

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