比表面积小说明什么(纯纯的精馏塔干货，你想要不？)

上周末，小七去看《猩球崛起3》了。深深被这个比人类重情重义的猩猩凯撒圈粉了。这是一个关于复仇的故事，影片最后，凯撒终于带领猴群找到了安全的家园，本以为他们从此可以过上快乐的生活，可是凯撒却因为身负重伤永远离开了他亲爱的伙伴们。不说了，泪目......

这是史上三观最正的猩猩，主演瑟金斯，作为当今动作捕捉第一人，其精湛的演技一定不会让影迷失望。

好了，上一次小七给大家整理了一些填料塔的知识。可是，下面这些你知道吗？

• 填料的性能是什么？

• 什么是填料层的持液量？

• 填料层的压降是什么？

• 壁流和沟流现象是怎样造成的？

这一次呢，小七继续给大家整理填料塔的相关知识。

看在小七幸苦找资料码字的份上，各位行行好，看完点个赞。

填料的特性

填料塔的核心，是气液两相接触进行质、热传递的场所。

填料的流体力学和传质性能与填料的材质、大小和几何形状紧密相关，材质一定时，表征填料特性的数据主要有：

比表面积a

【定义】塔内单位体积填料层具有的填料表面积，m2/m3。

【影响】填料比表面积的大小是气液传质比表面积大小的基础条件。填料的比表面积愈大，所提供的气液传质面积愈大。因此，比表面积是评价填料性能优劣的一个重要指标。

同一种填料，尺寸愈小，比表面积愈大。

两点说明

操作中有部分填料表面不被润湿，以致比表面积中只有某个分率的面积才是润湿面积。据资料介绍，填料真正润湿的表面积（有效表面积）只占全部填料表面积的（20～50）%。

有的部位填料表面虽然润湿，但液流不畅，液体有某种程度的停滞现象。这种停滞的液体与气体接触时间长，气液趋于平衡态，在塔内几乎不构成有效传质区。

【结论】填料的比表面积并非有效的传质面积。

空隙率ε

【定义】塔内单位体积填料层具有的空隙体积，m2/m3。

【影响】ε为一分数。ε值大则气体通过填料层的阻力小，故ε值以高为宜。

填料的空隙率越大，气体通过的能力（处理能力）越大且压降低。因此，空隙率是评价填料性能优劣的又一重要指标。

【结论】填料的空隙率大，气液通过能力大且气体流动阻力小。

填料因子Φ

【定义】比表面积a与空隙率ε所组成的复合量a/ε3。

干填料因子：填料未被液体润湿时的a/e3称为干填料因子，它反映了填料的几何特性；

湿填料因子：填料被液体润湿后，填料表面覆盖了一层液膜，空隙率变小，此时的a/e 3称为湿填料因子，用φ表示。其单位为1/m。

【结论】湿填料因子反映了填料的流体力学性能，空隙率e越大，φ值越小，表明流动阻力越小。

堆积密度p

【定义】单位体积填料的质量(kg/m3)。在机械强度允许的条件下，填料壁要尽量薄，以减小填料的堆积密度，从而既可降低成本又可增加空隙率。

【影响】机械强度大，化学稳定性好以及价格低廉等也是优良填料应尽量兼有的性质。

注意：一些难以定量表达的因素(几何形状)对填料的流体力学和传质性能也有重要的影响。

新型填料的开发一般是改进填料几何形状使之更为合理，从而获得高的填料效率。

填料层内气液两相的流体力学特性

填料塔的流体力学性能主要包括填料层的持液量、填料层的压降、液泛等。

填料层的持液量

在一定操作条件下，由于液膜与填料表面的摩擦以及液膜与上升气体的摩擦，有部分液体停留在填料表面及其缝隙中。

【定义】单位体积填料层内所积存的液体体积，以（m3液体）/（m3填料）表示。

静持液量：当填料被充分润湿后，停止气液两相进料，并经排液至无滴液流出时存留于填料层中的液体量，其取决于填料和流体的特性，与气液负荷无关。

动持液量：指填料塔停止气液两相进料时流出的液体量，它与填料、液体特性及气液负荷有关。

总持液量：指在一定操作条件下存留于填料层中的液体总量。

适当的持液量对填料塔操作的稳定性和传质是有益的，但持液量过大，将减少填料层的空隙和气相流通截面，使压降增大，处理能力下降。

【持液量的影响】

一般来说，适当的持液量对填料塔操作的稳定性和传质是有益的，可以提供更大的气液相接触面积；

但持液量过大，将减少填料层的空隙和气相流通截面，使压降增大，处理能力下降。

【结论】持液量不宜太小，也不宜太大。

填料层的压降

【产生原因】在操作过程中，从塔顶喷淋下来的液体，依靠重力在填料表面成膜状向下流动，上升气体与下降液膜的摩擦阻力形成了填料层的压降。

【影响因素】压降与液体喷淋量及气速有关：

• 一定的气速下，液体喷淋量越大，压降越大；

• 在一定的液体喷淋量下，气速越大，压降也越大。

填料层压降ΔP/Z与空塔气速u的关系曲线图

将不同液体喷淋量下的单位高度填料层的压降ΔP/Z与空塔气速u的关系标绘在对数坐标纸上，所得到的曲线簇。

直线0（干填料压降线）：无液体喷淋（L=0）

曲线1、2、3（填料操作压降线）表示不同液体喷淋量下，填料层的△P/Z～u关系。

△P/Z～u为直线：当气速较低时，液体流动不受气流的影响，填料表面上覆盖的液膜厚度基本不变，填料层的持液量不变，该区域称为恒持液量区。

△P/Z～u不为直线：当气速增加时，气体对液膜流动产生阻滞作用，使液膜增厚，填料层的持液量随气速的增加而增大，此现象称为拦液。

载点：开始发生拦液现象时的空塔气速称为载点气速，曲线上相应的转折点为载点。

△P/Z～u不为直线：继续增大气速，由于液体不能顺利向下流动，使填料层的持液量不断增大，填料层内几乎充满液体。气速增加很小便会引起压降的剧增，此现象称为液泛。

泛点气速：开始发生液泛现象时的气速称为泛点气速。

【空塔气速】气体的体积流量除以塔截面积所得的流速。

干填料压降线

在图中，直线0表示无液体喷淋（L=0）时，干填料的△P/Z～u关系，称为干填料压降线。

【特点】 △P/Z～u为线性关系。

填料操作压降线

在不同液体喷淋量下，填料层的△P/Z～u关系，称为填料操作压降线。

【特点】在一定的喷淋量下， △P/Z随空塔气速的变化曲线大致可分为三段（三个区域）。

液体喷淋量 L3＞L2＞L1

恒持液量区

当气速低于载点时，气体流动对液膜的曳力很小，液体流动不受气流的影响，填料表面上覆盖的液膜厚度基本不变，因而填料层的持液量不变。

【特点】此时△P/Z～u为一直线，位于干填料压降线的左侧，且基本上与干填料压降线平行。

载液区

当气速超过载点时，气体对液膜的曳力较大，对液膜流动产生阻滞作用，使液膜增厚，填料层的持液量随气速的增加而增大，此现象称为拦液。开始发生拦液现象时的空塔气速称为载点气速，曲线上的转折点称为载点。

【有关规律】载点气速随喷淋量增大而减小。

液泛区

若气速继续增大，到达泛点时，由于液体不能顺利向下流动，使填料层的持液量不断增大，填料层内几乎充满液体。此时，气速增加很小便会引起压降的剧增，此现象称为液泛，开始发生液泛现象时的气速称为泛点气速，以uF表示，曲线上的拐点称为泛点。

【填料塔的正常操作范围】从载点到泛点的载液区，是填料塔的正常操作范围。

液泛

在泛点气速下，持液量的增多使液相由分散相变为连续相，而气相则由连续相变为分散相，此时气体呈气泡形式通过液层，气流出现脉动，液体被带出塔顶，塔的操作极不稳定，甚至被破坏，此种情况称为液泛。

液泛时的空塔气速：泛点气速 uf

【现象】在泛点气速下，持液量的增多使液相由分散相变为连续相，而气相则由连续相变为分散相，此种情况称为淹塔或液泛。

【危害】液泛时，气体呈气泡形式通过液层，传质速率下降；液体被大量带出塔顶，塔的操作极不稳定，甚至会被破坏。

【影响液泛的因素】影响因素很多，如填料的特性、流体的物性及操作的液气比等。

载液和液泛对传质的影响：

载点(B)后，持液量增加­，气液相互作用加强­，相界面积增大­，湍动增强­，传质过程增加­，填料效率增加(HETP减小)；

P点后，液沫夹带量增加­，液相返混可导致填料效率减小，(HETP 增加­)。

填料塔的操作一般控制在偏离泛点一定距离的载液区内，这样，既可得到较高的传质效率，填料层的压降也不会过大。

液体喷淋密度和填料表面的润湿

填料表面的润湿状况取决于塔内的液体喷淋密度及填料材质的表面润湿性能。

液体喷淋密度

液体喷淋密度是指单位塔截面积上，单位时间内喷淋的液体体积，以U表示，单位为m3/（m2·s）。

为保证填料层的充分润湿，必须保证液体喷淋密度大于某一极限值，该极限值称为最小喷淋密度，以Umin表示。

实际操作的喷淋密度必须大于最小喷淋密度。

若喷淋密度过小，可采用液体再循环的方法加大液体流量，以保证填料表面的充分湿润；

也可以采用减小塔径来补偿，对于金属、塑料材质的填料，可采用表明处理方法，改善其表面的润湿能力。

填料表面的润湿

润湿速率 ：在塔的截面上，单位长度的填料周边上液体的体积流量。

最小喷淋密度与最小润湿速率的关系：

返混

【定义】在填料塔内，气液两相的逆流并不呈理想的活塞流状态，而是存在着不同程度的返混。

【返混的影响】传质推动力变小，传质效率降低¾放大效应。

【造成返混现象原因】

• 填料层内的气液分布不均

• 气体和液体在填料层内的沟流

• 气液的湍流脉动使气液微团停留时间不一致

壁流和沟流现象

拉西环是最早使用的人造填料（此前的填料为碎石、砖块、焦炭等），制造容易，曾得到极为广泛的应用。

大量的工业实践表明，拉西环由于高径比太大，堆积时相邻之间容易形成线接触，填料层的均匀性差。因此，拉西环填料层中的液体存在着严重的壁流和沟流现象。

沟流

【沟流】液体的偏流称为“沟流”（channeling）。产生沟流的原因可从两方面考虑：

因操作时液体并不能全部润湿填料表面，于是，液体只沿润湿表面流下，形成沟流。

因为每个填料与相邻填料都有若干个接触点，该填料自某些接触点得到液体，又从某些接触点流走液体。液体来去之间总优先“走近路”。可见，即使填料表面全部润湿，仍存在液流不均匀问题。

壁流

【壁流】液体有朝塔壁汇集的趋向，即存在“塔壁效应”。液体自一个填料流至下一个填料的过程中，液体通过填料与塔壁的接触点流至塔壁后，即顺塔壁流下，基本上不再返回填料层中。

液体流过一段填料层后，填料层中心部位液流量明显减小，甚至出现干填料区。

【沟流和壁流的影响】填料塔操作时存在着气、液相在塔横截面上分布不均匀，其结果必减少气、液接触机会，影响传质效果。