填 料 种 类 拉西环 鞍环 鲍尔环 阶梯环 环矩鞍 D/d的推荐值 D/d≥20~30 D/d≥15 D/d≥10~15 D/d>8 D/d>8 ②规整填料规格的选择 工业上常用规整填料的型号和规格的表示方法很多，国内习惯用比表面积表示，主要有125、150、250、350、500、700等几种规格，同种类型的规整填料，其比表面积越大，传质效率越高，但阻力增加，通量减小，填料费用也明显增加。选用时应从分离要求、通量要求、场地条件、物料性质及设备投资、操作费用等方面综合考虑，使所选填料既能满足工艺要求，又具有经济合理性。
应予指出，一座填料塔可以选用同种类型、同一规格的填料，也可选用同种类型、不同规格的填料；可以选用同种类型的填料，也可以选用不同类型的填料；有的塔段可选用规整填料，而有的塔段可选用散装填料。设计时应灵活掌握，根据技术经济统一的原则来选择填料的规格。 （3）填料材质的选择
工业上，填料的材质分为陶瓷、金属和塑料三大类。
①陶瓷填料 陶瓷填料具有良好的耐腐蚀性及耐热性，一般能耐除氢氟酸以外的常见的各种无机酸、有机酸的腐蚀，对强碱介质，可以选用耐碱配方制造的耐碱陶瓷填料。
陶瓷填料因其质脆、易碎，不宜在高冲击强度下使用。陶瓷填料价格便宜，具有很好的表面润湿性能，工业上，主要用于气体吸收、气体洗涤、液体萃取等过程。
②金属填料 金属填料可用多种材质制成，金属材质的选择主要根据物系的腐蚀性和金属材质的耐腐蚀性来综合考虑。碳钢填料造价低，且具有良好的表面润湿性能，对于无腐蚀或低腐蚀性物系应优先考虑使用；不锈钢填料耐腐蚀性强，一般能耐除Cl-以外常见物系的腐蚀，但其造价较高；钛材、特种合金钢等材质制成的填料造价极高，一般只在某些腐蚀性极强的物系下使用。
金属填料可制成薄壁结构(0.2~1.0mm)，与同种类型、同种规格的陶瓷、塑料填料相比，它的通量大、气体阻力小，且具有很高的抗冲击性能，能在高温、高压、高冲击强度下使用，工业应用主要以金属填料为主。 ③塑料填料 塑料填料的材质主要包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)及聚氯乙烯(PVC)等，国内一般多采用聚丙
烯材质。塑料填料的耐腐蚀性能较好，可耐一般的无机酸、碱和有机溶剂的腐蚀。其耐温性良好，可长期在100℃以下使用。聚丙烯填料在低温(低于0℃)时具有冷脆性，在低于0℃的条件下使用要慎重，可选用耐低温性能好的聚氯乙烯填料。
塑料填料具有质轻。价廉、耐冲击、不易破碎等优点，多用于吸收、解吸、萃取、除尘等装置中。塑料填料的缺点是表面润湿性能差，在某些特殊应用场合，需要对其表面进行处理，以提高表面润湿性能。
4.1.3 填料塔工艺尺寸的计算
填料塔工艺尺寸的计算包括塔径的计算、填料层高度的计算及分段等。
4.1.3.1塔径的计算
填料塔直径仍采用式4-1计算，即
(4-1)
式中气体体积流量Vs由设计任务给定。由上式可见，计算塔径的核心问题是确定空塔气速u。 (1) 空塔气速的确定 ①泛点气速法
泛点气速是填料塔操作气速的上限，填料塔的操作空塔气速必须小于泛点气速，操作空塔气速与泛点气速之比称为泛点率。
对于散装填料，其泛点率的经验值为u/uF=0.5~0.85 对于规整填料，其泛点率的经验值为u/uF=0.6~0.95
泛点率的选择主要考虑填料塔的操作压力和物系的发泡程度两方面的因素。设计中，对于加压操作的塔，应取较高的泛点率；对于减压操作的塔，应取较低的泛点率；对易起泡沫的物系，泛点率应取低限值；而无泡沫的物系，可取较高的泛点率。
泛点气速可用经验方程式计算，亦可用关联图求取。
a .贝恩(Bain)—霍根(Hougen)关联式 填料的泛点气速可由贝恩—霍根关联式计算，即
(4-2)
式中 uF——泛点气速，m/s
g——重力加速度，9.81 m/s2 ； at——填料总比表面积，m2/m3；
ε——填料层空隙率，m/m；
ρV、ρL——气相、液相密度，kg/m； μL——液体粘度，mPa·s；
3
3
3
wL、wV——液相、气相质量流量，kg/h； A、K——关联常数。
常数A和K与填料的形状及材质有关，不同类型填料的A、K值列于表4-3中。由式4-2计算泛点气速，误差在15%以内。
表4-3 式3-34中的A、K值
散装填料类型 塑料鲍尔环 金属鲍尔环 塑料阶梯环 金属阶梯环 瓷矩鞍 金属环矩鞍 A 0.0942 0.1 0.204 0.106 0.176 0.06225 K 1.75 1.75 1.75 1.75 1.75 1.75 规整填料类型 金属丝网波纹填料 塑料丝网波纹填料 金属网孔波纹填料 金属孔板波纹填料 塑料孔板波纹填料 A 0.30 0.4201 0.155 0.291 0.291 K 1.75 1.75 1.47 1.75 1.563 b.埃克特(Eckert)通用关联图 散装填料的泛点气速可用埃克特关联图计算，如图4-5所示。计算时，先由
气液相负荷及有关物性数据求出横坐标的值，然后作垂线与相应的泛点线相交，再通过交点
作水平线与纵座标相交，求出纵座标值。此时所对应的u即为泛点气速uF。
应予指出，用埃克特通用关联图计算泛点气速时，所需的填料因子为液泛时的湿填料因子，称为泛点填料
因子，以ΦF表示。泛点填料因子ΦF与液体喷淋密度有关，为了工程计算的方便，常采用与液体喷淋密度无关的泛点填料因于平均值。表4-4列出了部分散装填料的泛点填料因子平均值，可供设计中参考。
图4-5 填料塔泛点和压降的通用关联图 图中 u0——空塔气速，m /s；
φ——湿填料因子，简称填料因子，1 /m； ψ——水的密度和液体的密度之比；
g——重力加速度，m /s2；
ρV、ρL——分别为气体和液体的密度，kg /m；
3
wV、wL——分别为气体和液体的质量流量，kg /s。
此图适用于乱堆的颗粒形填料，如拉西环、弧鞍形填料、矩鞍形填料、鲍尔环等，其上还绘制了整砌拉西环和弦栅填料两种规整填料的泛点曲线。对于其他填料，尚无可靠的填料因子数据。
表4-4 散装填料泛点填料因子平均值
填料类型 金属鲍尔环 金属环矩鞍 金属阶梯环 塑料鲍尔环 塑料阶梯环 瓷矩鞍 瓷拉西环 填料因子，1/m DN16 410 — — 550 — 1100 1300 DN25 — 170 — 280 260 550 832 DN38 117 150 160 184 170 200 600 DN50 160 135 140 140 127 226 410 DN76 — 120 — 92 — — — ②气相动能因子(F因子)法
气相动能因子简称F因子，其定义为
(4-3)
气相动能因子法多用于规整填料空塔气速的确定。计算时，先从手册或图表中查出填料在操作条件下的F因子，然后依据式4-3即可计算出操作空塔气速u。常见规整填料的适宜操作气相动能因子可从有关图表中查得。
应予指出，采用气相动能因子法计算适宜的空塔气速，一般用于低压操作(压力低于0.2 MPa)的场合。 ③气相负荷因子(Cs因子)法
气相负荷因于简称Cs因子，其定义为
(4-4)
气相负荷因子法多用于规整填料空塔气速的确定。计算时，先求出最大气相负荷因子Cs,max，然后依据以下关系
Cs=0.8Cs.max (4-5)