表面改性对金属阶梯环散堆填料润湿性及效率的影响

更新时间：2025-11-20

点击次数：58

　　金属阶梯环散堆填料因其高比表面积、低阻力和优良的传质性能，被广泛应用于精馏、吸收、脱硫等化工分离过程。然而，其金属本体(如不锈钢、碳钢或铝合金)通常具有较低的表面能，导致液体在填料表面铺展困难，润湿性不足，进而影响气液接触效率与传质效果。近年来，表面改性技术成为提升金属阶梯环性能的重要手段。

　　表面改性主要通过物理或化学方法改变填料表面的微观形貌与化学组成，从而调控其润湿行为。常见的改性方式包括：酸蚀或碱蚀处理构建微纳米粗糙结构；等离子体处理引入含氧官能团(如–OH、–COOH)；喷涂亲水涂层(如SiO₂、TiO₂溶胶-凝胶)；以及电化学氧化生成多孔氧化层。这些处理显著提高了填料的表面自由能，使水或极性溶剂更易铺展，形成连续液膜，增强气液界面更新速率。

　　实验研究表明，经亲水改性后的金属阶梯环填料，其有效润湿比表面积可提升20%–40%，在相同操作条件下，传质单元高度(HTU)降低10%–25%，压降变化不显著，表明效率提升并未以能耗增加为代价。例如，在乙醇-水体系的精馏实验中，采用等离子体处理的316L不锈钢阶梯环，其理论塔板数较未处理样品提高约18%，分离效率明显改善。

　　此外，良好的润湿性还可减少沟流和壁流现象，提升填料层内液体分布均匀性，尤其在低喷淋密度工况下优势更为突出。值得注意的是，改性层的耐久性与抗污染能力亦需兼顾，部分涂层在长期运行中可能出现剥落或失活，因此开发兼具高润湿性、化学稳定性和机械强度的复合改性工艺成为研究热点。