变压吸附的基本理论
变压吸附试验实验报告
变压吸附试验实验报告实验目的：本实验旨在通过变压吸附（Pressure Swing Adsorption, PSA）技术，研究气体分离过程中吸附剂对特定气体组分的吸附能力，以及在不同压力条件下的吸附效率，为工业气体分离提供理论依据和实验数据。
实验原理：变压吸附是一种利用吸附剂对不同组分在不同压力下吸附能力差异的分离技术。
在吸附过程中，吸附剂对目标组分的吸附能力随压力的增加而增强。
通过周期性地改变压力，可以实现吸附剂对目标组分的高效分离。
实验材料：1. 吸附剂：活性炭2. 气体混合物：氮气和氧气的混合气体3. 吸附装置：包括压力调节阀、吸附柱、气体流量计等4. 测量设备：压力计、温度计、气体分析仪实验步骤：1. 准备实验材料，将活性炭装入吸附柱中。
2. 将气体混合物通过吸附柱，调节压力至设定值，开始吸附过程。
3. 记录不同压力下的气体流量和组成，观察吸附效果。
4. 改变压力，进行吸附-解吸循环，记录数据。
5. 通过气体分析仪对吸附后的气体进行成分分析。
6. 重复步骤2-5，以获得不同条件下的吸附数据。
实验结果：1. 在低压条件下，吸附剂对氧气的吸附能力较弱，氮气为主要的通过组分。
2. 随着压力的增加，吸附剂对氧气的吸附能力显著增强，氧气的通过量减少。
3. 在吸附-解吸循环过程中，吸附剂表现出良好的循环稳定性和吸附效率。
实验结论：通过本次变压吸附实验，我们发现活性炭作为吸附剂在不同压力条件下对氧气和氮气具有不同的吸附能力。
在工业应用中，可以通过调节压力来实现氧气和氮气的高效分离。
此外，实验结果还表明，活性炭具有良好的循环利用潜力，为工业气体分离提供了一种经济可行的解决方案。
建议：1. 对不同种类的吸附剂进行变压吸附性能测试，以寻找更高效的吸附材料。
2. 进一步优化吸附-解吸循环条件，提高吸附效率和循环稳定性。
3. 将实验结果应用于实际工业生产中，进行规模化的气体分离试验。
本次实验报告到此结束，感谢阅读。
变压吸附工作基本原理
变压吸附工作基本原理变压吸附（pressure swing adsorption，PSA）是一种常用的气体分离和纯化技术，广泛应用于化工、能源、环保等领域。
它的基本原理是利用吸附剂对气体分子的亲和力差异，通过周期性调节操作压力实现吸附剂的吸附和解吸，从而实现气体的分离与纯化。
首先，吸附阶段。
将混合气体通过压缩机压缩至一定的压力，然后进入变压吸附器。
在吸附器中填充有一种或多种吸附剂，如活性炭、分子筛等。
这些吸附剂具有可以对特定气体分子进行选择性吸附的能力。
吸附剂会吸附相对亲和力较大的气体分子，而对亲和力较小的气体分子则不易吸附。
其次，脱附阶段。
随着时间的推移，吸附剂逐渐饱和，即吸附剂上已经充满了吸附气体。
为了实现吸附气体的脱附，需要将吸附器的压力降低到较低的水平，以减少吸附剂与气体分子之间的相互作用力。
这样一来，亲和力较大的气体分子将从吸附剂上解吸下来，进而形成脱附气流。
然后，再生阶段。
为了使吸附剂再次具有吸附能力，需要对其进行再生。
再生是通过将脱附气流进一步抽真空，以减少吸附剂上的压力，从而促进脱附气体分子的解离和脱附。
脱附气流被抽出后，可通过冷却和脱水等处理方式进一步回收相应气体，并用于其他用途。
最后，平衡阶段。
在经历了吸附、脱附和再生等阶段后，变压吸附器重新达到平衡状态。
在平衡状态下，吸附器继续吸附和释放气体，以满足特定的工艺需求。
这个阶段被称为平衡阶段，也是一个动态过程。
平衡阶段的时间可以根据需求灵活调整，以满足不同应用的要求。
通过不断重复上述吸附、脱附、再生和平衡的循环操作，可以实现气体的高效分离和纯化。
变压吸附技术具有操作简便、能耗低、设备结构简单等优点，因此在气体分离和纯化中得到广泛应用。
例如，它可以用于制氧、制氢、天然气脱硫和脱水等方面的工艺中。
总之，变压吸附工作原理是利用吸附剂对气体分子的选择性吸附特性，通过周期性调节操作压力，周期性地吸附和脱附气体分子，实现气体的分离和纯化。
这种工艺具有高效、节能的特点，因此在各个领域都有着广泛的应用前景。
实验十三、变压吸附
2. 对数据进行整理，分别绘制出氮的纯度与压力、 吸附脱附转换时间的关系曲线。
中北大学化工原理课程组
思考题
1. 变压为什么能使空气中的氮氧分离？ 2. 能用于变压吸附的吸附质有哪些？ 3. 变压吸附在使用时应注意哪些条件？ 4. 氮氧分离为什么要控制吸附、脱附转换时间，
附
氮 气
罐
储
罐
2
4
5
6
1空气压缩机 2过滤器 3空气储罐 4分子筛罐 5氮气储罐 6 流量计 7 测氧仪
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设备参数
①空气压缩机 ②空气过滤罐 ③空气储罐 ④分子筛吸附罐 ⑤氮气储罐 ⑥流量计 ⑦测氧仪 ⑧自动阀门 ⑨自动控制箱
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实验步骤
1. 按说明书启动空气压缩机，并调整好空气压力范围，即 开机压力与停机压力，并开动空气压缩机使之达到要求 的压力（3～8kg/cm2）。
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基本原理
根据吸附质和吸附剂之间吸附力的不同，吸附操作分为 物理吸附与化学吸附两大类。
（1）物理吸附或称范德华吸附：它是吸附剂分子与吸 附质分子间吸引力作用的结果，因其分子间结合力较弱，故 容易脱附，如固体和气体之间的分子引力大于气体内部分子 之间的引力，气体就会凝结在固体表面上，吸附过程达到平 衡时，吸附在吸附剂上的吸附质的蒸汽压应等于其在气相中 的分压。
实验十三 变压吸附
一、实验目的 二、基本原理 三、实验流程 四、设备参数 五、实验步骤 六、实验报告要求 七、思考题
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实验目的
1.更深刻的理解吸附理论，掌握所学理论知识， 并与实践相结合。
变压吸附的原理
变压吸附的原理
变压吸附是一种重要的分离和纯化技术，它基于吸附剂对不同组分在不同条件
下的吸附选择性，实现了对混合物的分离和纯化。
其原理主要包括吸附平衡、吸附动力学和吸附热力学三个方面。
首先，吸附平衡是变压吸附的基础。
吸附平衡是指在一定条件下，吸附剂上吸
附相和溶液中溶质的浓度达到动态平衡的状态。
在吸附平衡条件下，吸附剂对不同组分有不同的吸附能力，从而实现了混合物的分离。
吸附平衡的建立是变压吸附实现分离的前提。
其次，吸附动力学是影响变压吸附效果的重要因素。
吸附动力学描述了溶质在
吸附剂上的传质过程，包括传质速率和传质机理。
在变压吸附过程中，吸附剂对不同组分的吸附速率不同，这决定了各组分在吸附剂上的停留时间，从而实现了混合物的分离。
了解吸附动力学有助于优化变压吸附工艺，提高分离效率。
最后，吸附热力学也对变压吸附起着重要作用。
吸附热力学描述了吸附过程中
的热力学特性，包括吸附热、吸附焓等参数。
了解吸附热力学有助于选择合适的操作条件，提高变压吸附的效率和经济性。
总的来说，变压吸附的原理是基于吸附剂对不同组分的选择性吸附能力，通过
吸附平衡、吸附动力学和吸附热力学三个方面的调控，实现对混合物的分离和纯化。
深入理解变压吸附的原理，有助于优化工艺条件，提高分离效率，广泛应用于化工、制药、食品等领域。
吸附理论与吸附分离技术的进展
参考内容
页岩气作为一种清洁、高效的能源形式，日益受到全球。页岩气吸附与解吸 附机理的研究对提高页岩气开采效率、优化能源利用具有重要意义。本次演示将 综述页岩气吸附与解吸附机理的研究现状、基本原理及研究方法，并探讨未来研 究方向。
一、研究现状
页岩气吸附与解吸附机理的研究经历了多个阶段，研究者们提出了不同的模 型和理论。目前，广泛应用的主要有基于物理吸附的Langmuir模型和基于化学吸 附的BET模型等。然而，这些模型在解释页岩气吸附与解吸附现象时均存在一定 局限性。
大孔吸附树脂分离纯化技术的应 用
1、药物分离
大孔吸附树脂在药物分离领域具有广泛的应用，尤其在中药有效成分的提取 和分离方面独具优势。通过选择合适的树脂材料和工艺条件，实现对中药中多糖、 黄酮、生物碱等有效成分的高效分离，为中药现代化提供了有力支持。
2、食品净化
大孔吸附树脂在食品净化领域也有着广泛的应用，主要表现在果蔬汁的除杂、 豆制品中蛋白质的提取和纯化等方面。通过树脂的吸附作用，可以去除果蔬汁中 的杂质，提高产品的品质和口感；同时，树脂还可以用于蛋白质的提取和纯化， 为食品加工提供更多优质原料。
总之，页岩气吸附与解吸附机理的研究仍有待深入探索，未来的研究方向应 注重完善模型、引入新技术、综合考虑多因素以及探索应用前景等方面，以推动 页岩气产业的可持续发展。
大孔吸附树脂分离纯化技术及其 应用
大孔吸附树脂分离纯化技术是一种具有广泛应用价值的分离技术，其原理基 于物理吸附作用，通过选择合适的树脂材料和工艺条件，实现对混合物中各组分 的有效分离。该技术在药物分离、食品净化、环保等领域发挥着重要作用，为工 业生产和日常生活带来了诸多便利。
2、引入新技术：例如，利用先进的原位光谱技术、纳米技术等，更加深入 地研究页岩气吸附与解吸附机理，提供更加丰富和精准的数据支持。
变压吸附理论学习
变压吸附工作基本步骤
对于变压吸附循环过程，有三个基本工作步骤： 1．压力下吸附 吸附床在过程的最高压力下通入被分离的气体混合物，其中 强吸附组分被吸附剂选择性吸收，弱吸附组分从吸附床的另一 端流出。 2．减压解吸 根据被吸附组分的性能，选用前述的降压、抽真空、冲洗和 置换中的几种方法使吸附剂获得再生。一般减压解吸，先是降 压到大气压力，然后再用冲洗、抽真空或置换。 3．升压 吸附剂再生完成后，用弱吸附组分对吸附床进行充压 ，直 到吸附压力为止。接着又在压力下进行吸附。
变压吸附分离气体混合物所采用的常用吸附剂
分离对象 从气体混合物除去水分 天然气净化 空气净化 空气分离制取氧和氮 从氢中除去二氧化碳 从氢中除甲烷、一氧化 碳、氨 从氢中除去烃类 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 硅胶 √ √ √ 活性炭 分子筛 √ √ √
√
合成气净化
从甲烷中除去其它烃 类 从瓦斯气中回收甲烷 从石灰窑气中分离二氧 化碳 从炼钢转炉煤气中分离 一氧化碳
变压吸附学习 PSA
3/27/2019
1 概况：变压吸附（Pressure Swing Adsorption.简称PSA）是一种新型气体吸附分离技 术，它有如下优点： ⑴产品纯度高。⑵一般可在室温和不高的压力下 工作，床层再生时不用加热，节能经济。⑶设备简 单，操作、维护简便。⑷连续循环操作，可完全达 到自动化。 正是因为这样的优点，PSA技术发展到现 在，技术发展迅速并相当成熟。 变压吸附发展史 变压吸附空分制氧始创于20世纪60年代初，并于70年 代实现工业化生产。在此之前,传统的工业空分装置大部 分采用深冷精馏法(简称深冷法) 。
不同的气 体，要选择 合适的吸附 剂。
吸附剂的再生方法
变压吸附制氮说明书
变压吸附制氮气实验一、实验目的1. 理解变压吸附理论，掌握所学理论知识，并与实践相结合。
2. 了解变压吸附分离技术的应用领域，了解变压吸附设备，能够熟练操作设备。
3. 掌握吸附压力、循环周期、产品气流量等对产品氮气浓度的影响。
4. 掌握单塔穿透试验的测试方法，并绘制出穿透曲线。
二、实验原理1. 变压吸附现象吸附是一个复杂过程，存在着化学和物理吸附现象，而变压吸附则是纯物理吸附，整个过程均无化学吸附现象存在。
众所周知，当气体与多孔和固体吸附剂（如活性炭类）接触，因固体表面分子与部分子不同，具有剩余的表面自由力场或称表面引力场，因此使气相中的可被吸附的组分分子碰撞到固体表面后即被吸附。
当吸附于固体表面分子数量逐渐增加，并将要被覆盖时，吸附剂表面的再吸附能力下降，即失去吸附能力，此时己达到吸附平衡。
变压吸附在化工、轻工、炼油、冶金和环保等领域都有广泛的应用。
如气体中水分的脱除，气体混合物的分离，溶剂的回收，水溶液或有机溶液的脱色、除臭，有机烷烃的分离，芳烃的精制等等。
2. 变压吸附原理变压吸附是在较高压力进行吸附，在较低压力下使吸附的组分解吸出来。
从图1吸附等温线可看出，吸附量与分压的关系，升压吸附量增加，而降压可使吸附分子解吸，但解吸不完全，故用抽空方法得到脱附解吸并使吸附剂再生。
图1、变压吸附的吸附等温线吸附－解吸的压力变换为反复循环过程，但解吸条件不同，可以有不同结果，可通过图2（a）、（b）得到解释。
当被处理的吸附混合物中有强吸附物和弱吸附物存在时，强吸附物被吸附，而弱吸附物被强吸附物取代而排出，在吸附床未达到吸附平衡时，弱吸附物可不断排出，并且被提纯。
1.1 常压解吸（见图2（a））（1）升压过程（A－B）经解吸再生后的吸附床处于过程的最低压力P1，床层杂质的吸留量为Q1（A 点），在此条件下让其他塔的吸附出口气体进入该塔，使塔压升至吸附压力P3，此时床杂质的吸留量Q1不变（B点）。
（2）吸附过程（B－C）在恒定的吸附压力下原料气不断进入吸附床，同时输出产品组分，吸附床杂质组分的吸留量逐步增加，当达到规定的吸留量Q3时（C点），停止进入原料气，吸附终止，此时吸附床上部仍预留有一部分未吸附杂质的吸附剂。
运用变压吸附理论提高工业制氢效果的研究
运用变压吸附理论提高工业制氢效果的研究摘要：氢气的特殊性使得其被广泛的应用在各个领域，对国民经济特别是工业发展做出了巨大的贡献。
工业制氢方法比较多样，每种方法都有自己的优势，也存在一些不足，变压吸附理论在工业制氢之中的应用，在一定程度上提高了工业制氢的效果。
本文将在变压吸附理论和工艺发展的基础上，对工业制氢中应用变压吸附理论的优势进行简要探讨。
关键词：变压吸附理论工业制氢氢气质量一、引言氢气的密度极小，可以用来作为还原剂使用，在工业生产之中具有十分广泛的应用，与国民经济的各个领域都息息相关。
氢气的主要应用领域有国防、医疗、石化、轻工等，作为工业原料或者是还原剂发挥了重要的作用。
氢气的巨大需求使得工业制氢的任务十分艰巨，传统的工业制氢方法存在一定的缺陷，在工业制氢之中运用变压吸附理论，可以明显提高制氢效果，发展前景广阔。
二、变压吸附理论及技术的发展吸附技术的相关研究在我国已经发展了几十年之久，取得了一定的成就，并且在不断的更新改进之中。
变压吸附理论在工业领域的应用越来越广泛，在工业生产中的地位越来越明显。
我国最早开始的是吸附过程的基础研究，主要研究方向是吸附材料的表面性质与多相间物质传递之间的规律。
基础研究发现吸附材料的表面积有限，很难满足商业储氢的要求。
之后又对单层分散型分子筛吸附剂分离一氧化碳技术进行了研究，这项研究是具有自主知识产权的，在应用技术领域具有很大的突破。
变压吸附技术是在加压的情况下进行吸附，在减压的情况下则进行解吸，是一个连续吸附的过程。
变压吸附的工作原理是首先在压力下吸附，当压力处于最高的情况下，吸附床会通入需要进行分离的气体混合物，强吸附组被吸收，弱吸附组则通过吸附床之后从另一端流出。
然后是减压解吸，根据强弱吸附组分的性能选择不同的方法使吸附剂进行再生，通常采用的方法是将压力降到大气压之后，对其进行冲洗或者是置换。
三、工业制氢的常用方法1.天然气蒸汽转化方法天然气蒸汽转化方法是工业制氢的常用方法之一，主要是将天然气作为原料，利用天然气的转化获得富含氢气的混合气体。
吸附分离技术讲解
2.5 吸附动力学
1. 吸附传质过程的三个阶段
第一阶段 是吸附质通过吸附剂颗粒周围的液膜到颗粒的 表面，称为外部传递过程或外扩散（膜扩散）。
第二阶段 是从吸附剂颗粒表面传向颗粒孔隙内部，称为 孔内部传递过程或内扩散。
第三阶段 为溶质在吸附剂内表面上发生吸附。
2.6 影响吸附的因素
吸附质的性质： 溶解度、极性等
另一类吸附过程是化学吸附，以化学键结合,一般为 不可逆过程，工业应用少，分析化学中有。
例:巯基棉吸附、黄原酯棉吸附
1、巯基棉吸附：
利用巯基乙酸与棉花纤维上的羟基的酯化反应， 将巯基接到纤维素大分子上。利用巯基与不同元素 离子的反应进行分离富集。
2、黄原酯棉
脱酯棉与氢氧化钠作用生成碱纤维，再与二硫化 碳进行酯化反应，把黄原酸基团固定在棉纤维上。 利用黄原酸基团的作用进行分离富集。
吸附等温线是描述吸附平衡行为的基本工具，可 用于比较吸附剂的基本吸附性能。由于吸附机理在很 大程度上决定了吸附等温线的形状，因而对吸附等温 线分类有助于诊断吸附过程。
曲线的形状反映吸附的难易，低浓度下曲线向 下弯，如I、II、IV的初始表示分子容易被吸附； 如不易被吸附则向上弯，如III、V。
浓度增大曲线往上斜，如IV，表示吸附由单分子 层开始向多分子层进行。
二、吸附的基本理论
2.1 吸附过程 固体吸附剂与流动相接触，流动相中的一种或多种
溶质向固体颗粒表面选择性传递，被吸附和积累于 固体吸附剂微孔表面的过程。 吸附分离原理大体可分为以下四种类型:
①表面选择性吸附:范德华力 ②分子筛效应:多孔固体中的微孔孔径均一，与 分子尺寸相当。尺寸小于孔径的分子可以进入而被 吸附,比孔径大的分子则被排斥在外。 ③通过微孔的扩散: 利用扩散速率的差别分离。 ④微孔中的凝聚: 多孔固体周围的可凝气体在 与其孔径对应的压力下在微孔中凝聚。 表面吸附是基本的,其它是伴随发生.
碳分子筛变压吸附提纯氮气,实验报告
碳分子筛变压吸附提纯氮气,实验报告实验报告一、实验目的1.了解气体吸附和压缩变化的实验原理和方法。
2.掌握碳分子筛提纯氮气的基本原理和方法。
3.正确操作反应器，调整参数，保证实验操作的可行性。
二、实验原理气体吸附和压缩变化是利用气体分子间相互作用力发生变化的现象。
当气体分子集中在碳分子筛的表面时，它们会被吸附到碳分子筛的内部孔道中。
当气体压力加大时，筛子内气体的压缩随着压力的增大而增大。
在反应器内，通过平衡吸附和压缩两种力作用的平衡状态来提纯气体，实现气体分离和回收。
氮气可以通过分子筛分离技术进行提纯。
在碳分子筛中，氮气分子的大小比氧气分子大，可以通过对分子筛进行调整来控制氮气和氧气分子的吸附和压力变化，从而达到提纯氮气的目的。
三、实验仪器和材料1.碳分子筛实验装置2.N2 /O2 混合气体（氮气和氧气的体积比为8：2）3.滴定用酸和碱四、实验步骤1.开启实验装置，调整氮气和氧气的流量，将混合气体导入碳分子筛反应器。
2.开始加压，一直加压至2.5Mpa，然后保持此压力稳定5分钟。
3.缓慢减压到空气，使压力恢复到大气压之下。
4.在反应器出口进行比色检测，检测混合气体中的氮气和氧气的含量，检测值在理论值的范围内。
5.使用滴定用酸和碱对氮气进行酸碱度测试，并进行鉴定。
五、实验结果与分析在实验中，搭载碳分子筛仪器，可以成功提纯氮气和氧气混合气体。
通过实验，发现在恒定压力下，碳分子筛的内孔对氧气和氮气具有不同的吸附能力，可以实现氮气和氧气的分离。
并且，实验物质的质量达到了实验目的，具体表现在反应器中氧气和氮气的比例在实验结果范围之内。
六、实验结论通过本实验的实验过程和结果分析，可以得出结论：使用碳分子筛仪器可以较好地分离氮气和氧气，实现提纯氮气的目的。
本实验的实验结果符合实验目的要求。
七、实验中的问题及处理方法在实验过程中，发现碳分子筛在加压和减压过程中的温度和压力变化影响到实验结果。
为了解决这个问题，通过测量温度和压力，对加压和减压速率进行了调整和控制，保证实验的准确性和可行性。
变压吸附过程模拟研究
第5章变压吸附过程模拟研究变压吸附这一概念是1942年H.kahle在德国申请的专利中提出的。
其分离气体的基本原理是：利用吸附剂对不同气体在吸附量、吸附速度、吸附力等方面的差异，以及吸附剂的吸附容量随压力的变化而变化的特性，在加压条件下完成混合气体的吸附分离过程，降压脱附被分离吸附的各种组分，从而实现气体分离以及吸附剂循环使用的目的[41]。
由于当时H.kahle所使用的吸附剂仅为硅胶、活性氧化铝与活性炭，这几种吸附剂对于低沸点、分子直径相近的氧、氮来说吸附效率低，分离系数小，很难将它们彼此分离，因此，五十年代之前变压吸附技术发展非常缓慢。
1958年，Skarstorm申请专利，应用变压吸附分离空气，同时Gerin de Montgareuil和Domine也在法国申请了专利。
1960年大型变压吸附法空气分离的工业化装置建成，1962年工业规模的制氢装置建成。
六十年代末，由于污水生化处理需要富氧促进细菌的活力，变压吸附制氧迅速工业化。
进入七十年代后，变压吸附获得了更迅速的发展，主要应用于空气干燥[76]、氢气纯化、分离空气制取氧氮[77]。
1958年，Skarstom将吸附重组分的饱和床在低压下解吸，并用部分轻组分产品吹扫床层，其生产效率比变温吸附效率高[78]。
此后，变压吸附开始应用于从废气中分离回收轻烃[79]。
利用它可以从油漆喷雾、纺织品干洗[80]、有机物聚合[81]等过程产生的废气中回收有机蒸气溶剂，包括低分子质量碳氢化合物、稀有气体或工业气体[82]等。
我国于1981年建成第一套工业化PSA制H2装置，此后变压吸附技术在国内迅速发展，工业化应用的领域主要包括：氢气的提纯、CO2的提纯、CO的提纯、变换气脱除CO2；天然气的净化、空分制O2和N2、煤矿瓦斯气浓缩CH4、浓缩和提纯乙烯以及有机废气净化回收等方面[83]。
近年来，通过不断地技术更新和研究开发，我国变压吸附技术日新月异，发展迅速，与世界先进水平之间的差距不断缩小。
吸附及其理论
①大的比表面积，均匀的颗粒尺寸。工业应用的吸附剂如活性炭、分子筛、硅胶等， 都是具有许多细孔巨大内表面积的固体，其比表面积见表 2.1。吸附剂之所以具有巨大 的表面积是因为具有发达的微孔结构。
表 2.1 几种常用吸附剂的比表面积
Table 2.1 Surface area of several common adsorbents
术可行性，在很大程度上取决于吸附剂能否再生。可再生的吸附剂不仅可以重复使用，
而且还减少了对废吸附剂的处理问题。吸附容量不因吸附—脱附运行而明显衰减。再生
后吸附剂残余吸附质少。
④吸附剂应具有大的吸附容量，且水蒸汽吸附容量较低。吸附容量是在一定温度和
一定吸附质浓度下，单位重量或单位体积的吸附剂所能吸附的吸附质的最大量。吸附剂
几种主要吸附剂的物理性质见表 2.2.
表 2.2 几种主要吸附剂的物理性质
Tab.2.2 Physical properties of some adsorbents
真密度 (ρe )(g / cm3) 表观密度 (ρs ) (g / cm3) 填充密度 (γ ) (g / cm3)
空隙率 比表面积(m2/g) 微孔体积(cm2/g)
-12-Βιβλιοθήκη 83.74~418.68KJ·mol-1 [37]。化学吸附的特点是：①化学吸附的吸附热比物理吸附过程大， 与化学反应热接近。②化学吸附有很强的选择性，仅能吸附参与化学反应的某些气体。 ③化学吸附速度受温度影响很大，随温度的升高而显著变快。④化学吸附是单分子层或 单原子层吸附。⑤化学吸附一般是不可逆的，吸附比较稳定，被吸附气体不易脱附。
变压吸附原理及应用
变压吸附气体别离技术目录第一节气体吸附别离的根底知识2一、吸附的定义2二、吸附剂3三、吸附平衡和等温吸附线—吸附的热力学根底7四、吸附过程中的物质传递12五、固定床吸附流出曲线14第二节变压吸附的工作原理17一、吸附剂的再生方法18二、变压吸附工作根本步骤20三、吸附剂的选择21第三节变压吸附技术的应用及实施方法25一、回收和精制氢25二、从空气中制取富氧29三、回收和制取纯二氧化碳31四、从空气中制氮33五、回收和提纯一氧化碳35六、从变换气中脱出二氧化碳39附Ⅰ变压吸附工艺步骤中常用字符代号说明40附Ⅱ回收率的计算方法40第一节气体吸附别离的根底知识一、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暂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别离技术的根底。
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，解吸过程所吸收的热量叫解吸热。
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。
化学吸附需要一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：也称德华〔van der 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，此力也叫作德华力。
变压吸附原理及应用
变压吸附原理及应用变压吸附（Pressure Swing Adsorption, PSA）是一种广泛应用于气体分离和纯化过程中的技术。
它基于气体分子在固体吸附剂表面的吸附和解吸特性，通过改变操作压力来实现对不同成分的气体分离。
1.吸附：气体混合物从底部通入吸附器中，与固体吸附剂表面发生物理或化学吸附。
不同成分的气体因为与吸附剂表面的相互作用力不同，吸附量也不同。
2.压力升降：在吸附阶段结束后，通过减小吸附器内的压力，或者提高吸附剂旁边压力，使固体吸附剂解吸已吸附的气体。
3.解吸：通过调整操作压力，使吸附剂中的气体解吸，并从顶部排出。
4.冲洗：在解吸阶段结束后，通过用较高压力的逆流气体冲洗吸附剂，去除残留的吸附物。
5.循环：经过冲洗的吸附剂可再次用于下一周期。
变压吸附的原理与质量平衡、动力学平衡、传质平衡等理论相结合，通过选择合适的吸附剂、适当的操作压力和温度，可以实现对多种气体的高效分离和纯化。
以下是几种常见的变压吸附应用：1.气体纯化：变压吸附常用于天然气处理、空分设备、气体瓶装等过程中，用于去除杂质气体，提高纯度。
例如，通过选择合适的吸附剂，可以从天然气中去除二氧化碳、水分等不希望的成分，提高天然气的质量。
2.氧氮分离：变压吸附广泛用于氧氮分离过程中，如从空气中制备高纯度氧气。
通过选择具有选择性吸附特性的吸附剂，可以实现对氧气和氮气的分离。
3.氢气纯化：变压吸附可以用于氢气纯化过程中，如从合成气中去除杂质气体。
通过选择具有较高吸附选择性的吸附剂，可以实现对碳氧化物、二氧化碳等杂质气体的去除，提高氢气纯度。
4.气体储存：变压吸附也可以用于气体储存和储运过程中，如储存高纯度氢气、罐装工业气体等。
通过控制适当的操作压力和许用压力，可以实现对气体的稳定储存和快速释放。
5.有机溶剂回收：变压吸附可以用于有机溶剂回收过程中，如从废气中回收溶剂，减少环境污染和资源浪费。
通过选择适当的吸附剂和优化操作条件，可以高效回收溶剂，提高工业生产的可持续性。
变压吸附的基本原理
变压吸附的基本原理变压吸附的基本原理是：利用吸附剂对气体的吸附有选择性，即不同的气体（吸附质）在吸附剂上的吸附量有差异和一种特定的气体在吸附剂上的吸附量随压力变化而变化的特性，实现气体混合物的分离和吸附剂的再生。
变压吸附脱碳技术就是根据变压吸附的原理，在吸附剂选择吸附的条件下，加压吸附原料气中的CO2等杂质组分，而氢气、氮气、甲烷等不易吸附的组分则通过吸附床层由吸附器顶部排出，从而实现气体混合物的分离，而通过降低吸附床的压力使被吸附的CO2等组分脱附解吸，使吸附剂得到再生。
吸附器内的吸附剂对不同组份的吸附是定量的，当吸附剂对有效组份的吸附达到一定量后，有效组份从吸附剂上能有效地解吸，使吸附剂能重复使用时，吸附分离工艺才有实用意义。
故每个吸附器在实际过程中必须经过吸附和再生阶段。
对每个吸附器而言，吸附过程是间歇的，必须采用多个吸附器循环操作，才能连续制取产品气。
吸附过程有以下特性：①吸附剂对气体的吸附有选择性，即不同的气体（吸附质）在吸附剂上的吸附量有差异；②一种特定的气体在吸附剂上的吸附量随着其分压的降低而减少。
采用“抽空降压”的解吸工艺，可降低吸附的CO2等组分的分压，以使吸附剂得到彻底再生。
多床变压吸附的意义在于：保证在任何时刻都有相同数量的吸附床处于吸附状态，使产品能连续稳定地输出；保证适当的均压次数，使产品有较高的回收率。
变压吸附概况变压吸附（Pressure Swing Adsorption.简称PSA）是一种新型气体吸附分离技术，它有如下优点：⑴产品纯度高。
⑵一般可在室温和不高的压力下工作，床层再生时不用加热，节能经济。
⑶设备简单，操作、维护简便。
⑷连续循环操作，可完全达到自动化。
因此，当这种新技术问世后，就受到各国工业界的关注，竞相开发和研究，发展迅速，并日益成熟。
1960年Skarstrom提出PSA专利，他以5A沸石分子筛为吸附剂，用一个两床PSA装置，从空气中分离出富氧，该过程经过改进，于60年代投入了工业生产。
变压吸附实验报告
变压吸附实验报告篇一：分子筛变压吸附研究报告院级本科生科技创新项目研究报告项目名称变压制富氧分子筛延长寿命的研究立项时间XX年10月计划完成时间 XX年12月项目负责人储万熠学院与班级冶金与生态工程学院冶金1302班北京科技大学教务摘要变压吸附制氧关键的因素是制氧吸附剂和制氧工艺。
制氧吸附剂的性能优劣和使用寿命直接影响产品气的氧浓度和收率，氮吸附容量是评价制氧吸附剂性能优劣的一项重要指标。
本课题首先对分子筛进行XRF分析、XRD表征和TEM 表征探究分子筛的物理及化学性质，确定对分子筛造成影响的条件。
ANSYS FLUENT中的多孔介质模型可以模拟多孔介质内的流体流动、“三传一反”。
PSA空分吸附床由固体吸附剂颗粒填充而成，气-固两相区可作为多孔介质，因此可基于多孔介质模型对变压吸附空分吸附床进行模拟，从而得到床层内气体的流动状态和组分浓度分布情况。
为研究提高分子筛寿命的研究提供可靠有效的实验数据。
Research of Prolong the Life ofPressure-Swinging-Oxygen-Making Molecular Sieve AbstractThe keyfactorof thepressure swinging oxygen making is oxygen adsorbentandoxygenprocess. The quality and service life of oxygen adsorbentdirect impact on the oxygenconcentrationandyield of productgas, nitrogen adsorptioncapacity ofthe oxygensorbentperformanceevaluation ofthe meritsofan important indicator.This paperfirstdo XRFanalysis, XRDandofmolecular TEMcharacterization sieveinquiryto ofphysicalandchemicalproperties theimpact onmolecular determinesievesconditions.The porous medium model in ANSYS FLUENT can simulate fluid flow in porous media. PSA air separation adsorbent bed is filled by a solid sorbent particles, gas - solid two phase region as a porous medium, thus can simulate the pressure swing adsorption airseparation adsorbent bed based on the porous medium model, resulting in the flow state within the bed of gas and component concentration distribution for providing valid and reliable experimental data of improving molecular sieve’s life.目录1引言 ................................................ ................................................... (1)1.1课题研究背景................................................. .. (1)1.2课题研究目的及意义 ................................................ (1)2原矿矿物学分析 ................................................ . (2)2.1分子筛XRF分析 ................................................ (2)2.2 分子筛XRD表征 ................................................ (3)2.3 分子筛TEM表征 ................................................ .. (5)2.4 分子筛孔隙率实验 ................................................ (6)2.4.1 失活实验 ................................................ . (6)2.4.2 活化实验 ................................................ . (6)2.4.3 差热曲线 ................................................ . (7)3 ANSYS FLUENT模拟 ................................................ (8)3.1 模型建立 ................................................ (8)3.2 模拟结果 ................................................ . (11).............................................. . (11)3.2.2 速度云图 ................................................ . (11)3.2.3 温度云图 ................................................ . (12)4 FLUENT模拟结论 ................................................ . (12)参考文献 ................................................ .. (12)1 引言1.1 课题研究背景变压吸附制氧关键的因素是制氧吸附剂和制氧工艺。
环境工程原理6. 吸附机理
BET方程(Brumaucr、Emmett、Teller)
该方程是Brunauer、Emmett和Tdler等人基于多分子层吸附模型推导出来的。 BET理论认为吸附过程取决于范德华力。由于这种力的作用，可使吸附质在吸附 剂表面吸附一层以后，再一层一层吸附下去，只不过逐渐减弱而已。 BET吸附模型是在朗格缪尔等温吸附模型基础上建立起来的，BET方程是等温多 分子层的吸附模型，其假定条件为： a. 吸附剂表面为多分子层吸附； b. 被吸附组分之间没有相互作用力，吸附的分子可以累叠，而每层的吸附服从朗 格缪尔吸附模型； c. 第一层吸附释放的热量为物理吸附热，第二层以上吸附释放的热量为液化热； d. 总吸附量为各层吸附量的总和。
按吸附剂再生方法分类
吸附过程还可以根据吸附剂的再生方法分为变温吸附 (tempera1ure swing adsorption，TSA)和变压吸附(pressure swing adsorption，PSA)。在TSA循环中，吸附剂主要靠加热法得到再 生。一般加热是借助预热清洗气体来实现，每个加热一冷却循 环通常需要数小时乃至数十小时。因此，TSA几乎专门用于处 理量较小的物料的分离。 PSA循环过程是通过改变系统的压力来实现的。系统加压 时，吸附质被吸附剂吸附，系统降低压力，则吸附剂发生解吸， 再通过惰性气体的清洗，吸附剂得到再生。由于压力的改变可 以在极短时间内完成，所以PSA循环过程通常只需要数分钟乃 至数秒钟。PSA循环过程被广泛用于大通量气体混合物的分离。
设吸附剂表面覆盖率为θ，则θ可以表示为 θ=q/qm 式中：qm——吸附剂表面所有吸附点均被吸附质覆盖时的吸附量，即饱和 吸附量。 气体的脱附速率与汐成正比，可以表示为kdθ，气体的吸附速率与剩余吸附 面积(1—θ) 和气体分压成正比，可以表示为kap(1一θ)。吸附达到平衡时， 吸附速率与脱附速率相等，则 θ/(1-θ)=kap/kd 式中：ka——吸附速率常数； kd——脱附速率常数。
变压吸附技术与工艺
附过程所释放的热量叫吸附热，解吸过程所吸收的热量叫解吸热。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相同。
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应的吸附。在化学吸附中， 吸附质分子和吸附剂表面将发生反应生成表面络合物，其吸附热接近 化学反应热。化学吸附需要一定的活化能才能进行。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。
3.吸附平衡和等温吸附线—吸附的热力学基础 吸附刚开始时吸附剂存在大量的活性表面，被吸附的吸附质分子
数大大超过离开表面的分子数。随着吸附的进行，吸附剂表面逐渐被 吸附质分子遮盖，吸附剂表面再吸附的能力下降，直到吸附速度等于 解吸速度时，就表示吸附达到了平衡。在密闭的容器内，吸附剂与吸 附质充分接触，呈平衡时为静态吸附平衡。含有一定量吸附质的惰性 气流通过吸附剂固定床，吸附质在流动状态下被吸附剂吸附，最后达 到的平衡为动态平衡。
q=kh.c 式中：q—吸附剂的吸附量；
kh—亨利系数； c—吸附质在气体中的浓度。 对于压力很低的气相吸附，多数情况下，能服从此定律，而且只 限于吸附量占形成单分子层吸附量的 10%以下，即吸附面最多只有 10%大表面被吸附物质所覆盖，才能适用这个方程。 朗格谬尔（Langmair）方程 假设在等温下，对于均匀的吸附表面，吸附质分子之间没有相互 作用力，形成单分子层吸附，由此推导出的等温方程称为朗格谬尔方 程。在吸附速率和解吸速率相等时为：
q=f(P,T) 式中：q—单位重量（或体积）吸附剂所吸附的物质量（吸附量）；
环境工程学原理吸附
第一节 吸附分离操作的基本概念
基本术语
• 吸附操作是通过多孔固体物质与某一混合组分体系（气体或液 体）接触，有选择地使体系中的一种或多种组分附着于固体表 面，从而实现特定组分分离的操作过程。
• 被吸附到固体表面的组分——称为吸附质 • 吸附吸附质的多孔固体——称为吸附剂 • 吸附质附着到吸附剂表面的过程——称为吸附 • 吸附质从吸附剂表面逃逸到另一相的过程——称为解吸 • 吸附过程发生在——“气－固”或“液－固”非均相界面
一、吸附分离操作的分类
• 按作用力性质分类：分物理吸附和化学吸附 • 物理吸附：吸附质分子与吸附剂表面分子间存在的范德华力
所引起的，也称为范德华吸附。 • 吸附热较小（放热过程，吸附热在数值上与冷凝热相当），
可在低温下进行； • 过程是可逆的，易解吸； • 相对没有选择性，可吸附多种吸附质； • 分子量越大，分子引力越大，吸附量越大； • 可形成单分子吸附层或多分子吸附层 。
第四节 吸附动力学（吸附剂颗粒外表面界膜传质速率、吸附剂颗粒内表
面扩散速率、总传质速率方程、吸附扩散速率计算）
第五节 吸附操作与吸附穿透曲线（吸附工艺、吸附过程、吸附穿透
曲线）
第一节 吸附分离操作的基本概念
本节的主要内容
一、吸附分离操作的分类 二、吸附分离操作的应用
第一节 吸附分离操作的基本概念
二、吸附分离操作的应用
• 吸附分离操作的应用范围很广，既可进行大吸附量分离， 也可进行杂质去除吸附。
• 日常生活： 木炭吸湿、吸臭；防腐剂；吸湿剂（硅胶）
第一节 吸附分离操作的基本概念
• 化工领域： 大吸附量吸附分离
沼气中分离提纯甲烷：高表面活性炭（2500m2/g）变压吸附去除二氧化碳、 氮等-平衡吸附