变压吸附原理及应用资料.docx

37

变压吸附气体分别技术

目 录

\l“_TOC_250006“第一节气体吸附分别的根底学问 2

\l“_TOC_250005“一、吸附的定义 2

\l“_TOC_250004“二、吸附剂 3

三、吸附平衡和等温吸附线—吸附的热力学根底 6

四、吸附过程中的物质传递 10

五、固定床吸附流出曲线 12

\l“_TOC_250003“其次节变压吸附的工作原理 14

一、吸附剂的再生方法 14

二、变压吸附工作根本步骤 16

三、吸附剂的选择 17

\l“_TOC_250002“第三节 变压吸附技术的应用及实施方法 21

一、回收和精制氢 21

二、从空气中制取富氧 24

三、回收和制取纯二氧化碳 26

四、从空气中制氮 27

五、回收和提纯一氧化碳 28

六、从变换气中脱出二氧化碳 32

\l“_TOC_250001“附Ⅰ 变压吸附工艺步骤中常用字符代号说明 33

\l“_TOC_250000“附Ⅱ 回收率的计算方法 33

第一节气体吸附分别的根底学问

一、吸附的定义

当气体分子运动到固体外表上时，由于固体外表的原子的剩余引力的作用，气体中的一些分子便会临时停留在固体外表上，这些分子在固体外表上的浓度增大，这种现象称为气体分子在固体外表上的吸附。相反，固体外表上被吸附的分子返回气体相的过程称为解吸或脱附。

被吸附的气体分子在固体外表上形成的吸附层，称为吸附相。吸附相的密度比一般气体的密度大得多，有可能接近液体密度。当气体是混合物时，由于固体外表对不同气体分子的压力差异，使吸附相的组成与气相组成不同，这种气相与吸附相在密度上和组成上的差异构成了气体吸附分别技术的根底。

吸附物质的固体称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。伴随吸附过程所释放的的热量叫吸附热，解吸过程所吸取的热量叫解吸热。气体混合物的吸附热是吸附质的冷凝热和润湿热之和。不同的吸附剂对各种气体分子的吸附热均不一样。

按吸附质与吸附剂之间引力场的性质，吸附可分为化学吸附和物理吸附。化学吸附：即吸附过程伴随有化学反响的吸附。在化学吸附中，吸附质分

子和吸附剂外表将发生反响生成外表络合物，其吸附热接近化学反响热。化学吸附需要肯定的活化能才能进展。通常条件下，化学吸附的吸附或解吸速度都要比物理吸附慢。石灰石吸附氯气，沸石吸附乙烯都是化学吸附。

物理吸附：也称范德华〔vander Waais)吸附，它是由吸附质分子和吸附剂外表分子之间的引力所引起的，此力也叫作范德华力。由于固体外表的分子与其内局部子不同，存在剩余的外表自由力场，当气体分子遇到固体外表时，其中一局部就被吸附，并释放出吸附热。在被吸附的分子中，只有当其热运动的动能足以抑制吸附剂引力场的位能时才能重回到气相，所以在与气体接触的固体外表上总是保存着很多被吸附的分子。由于分子间的引力所引起的吸附，其吸附热较低，接近吸附质的汽化热或冷凝热，吸附和解吸速度也都较快。被吸附气体也较简洁地从固体外表解吸出来，所以物理吸附是可逆的。分别气体混合物的变压吸附过程系纯物理吸附，在整个过程中没有任何化学反响发生。本文以下表达的除了注明之外均为气体的物理吸附。

二、吸附剂

１．吸附剂的种类

工业上常用的吸附剂有：硅胶、活性氧化铝、活性炭、分子筛等，另外还有针对某种组分选择性吸附而研制的吸附材料。气体吸附分别成功与否，极大程度上依靠于吸附剂的性能，因此选择吸附剂是确定吸附操作的首要问题。

硅胶是一种坚硬、无定形链状和网状构造的硅酸聚合物颗粒，分子式为SiO2.nH2O，为一种亲水性的极性吸附剂。它是用[wiki]硫酸[/wiki]处理硅酸钠的水溶液，生成凝胶，并将其水洗除去硫酸钠后经枯燥，便得到玻璃状的硅胶，它主要用于枯燥、气体混合物及[wiki]石油[/wiki]组分的分别等。工业上用的硅胶分成粗孔和细孔两种。粗孔硅胶在相对湿度饱和的条件下，吸附量可达吸附剂重量的８０％以上，而在低湿度条件下，吸附量大大低于细孔硅胶。

活性氧化铝是由铝的水合物加热脱水制成，它的性质取决于最初氢氧化物的构造状态，一般都不是纯粹的Al2O3,而是局部水合无定形的多孔构造物质，其中不仅有无定形的凝胶，还有氢氧化物的晶体。由于它的毛细孔通道外表具有较高的活性，故又称活性氧化铝。它对水有较强的亲和力，是一种对微量水深度枯燥用的吸附剂。在肯定操作条件下，它的枯燥深度可达[wiki]露点[/wiki]-７０℃以下。

活性炭是将木炭、果壳、煤等含碳原料经炭化、活化后制成的。活化方法可分为两大类，即药剂活化法和气体活化法。药剂活化法就是在原料里参加氯化锌、硫化钾等化学药品，在非活性气氛中加热进展炭化和活化。气体活化法是把活性炭原料在非活性气氛中加热，通常在700℃以下除去挥发组分以后，通入