变压吸附气体分离技术

气体吸附分离技术的基础

被吸附的气体分子在固体表面上形成的吸 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，由于固体表面对不同 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 上和组成上的差别构成了气体吸附分离技 术的基础。
Q 吸 附 量 Q4
高压 p1 p2 0 T2 温度 低压
Q3 Q2 Q1 T1
T

由描述吸附平衡的等温吸附线知道，在同 一温度下，吸附质在吸附剂上的吸附量随吸 附质的分压上升而增加；在同一吸附质分压 下，吸附质在吸附剂上的吸附量随吸附温度 上升而减少；也就是说加压降温有利于吸附 质的吸附，降压加温有利于吸附质的解吸或 吸附剂的再生。

露点或露点温度是在固定气压 之下，空气中所含的气态水达 到饱和而凝结成液态水所需要 降至的温度。
谢谢大家
欢迎批压过程(A-B): 经真空解吸再生后的吸附器处于过程的 最低压力P0、床内杂质吸留量为Q1(A点). 在此条件下 用产品组分升压到吸附压力P3，床内杂质吸留量Q 1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 附器，同时输出产品组分. 吸附器内杂质组分的吸留量 逐步增加，当到达规定的吸留量Q3时(C点)停止进入原 料气，吸附终止. 此时吸附器内仍预留有一部分未吸附 杂质的吸附剂(如吸附剂全部被吸附杂质，吸留量可为 Q4，C’点)。

按吸附剂的再生方法将吸附分 离循环过程分成两类：变温吸 附法和变压吸附法。
变压吸附法
在加压下进行吸附，减压下进行解 吸。由于循环周期短，吸附热来不及 散失，可供解吸之用，所以吸附热和 解吸热引起的吸附床温度变化一般不 大，波动范围仅在几度，可近似看作 等温过程。
吸附剂的种类
工业上常用的吸附剂有：硅胶、活性化 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.
常压解吸(见图a)
1.
2.
升压过程(A-B): 经逆放解吸再生后的吸附器处 于过程的最低压力P1、床内杂质吸留量为Q1(A 点). 在此条件下用产品组分升压到吸附压力P3， 床内杂质吸留量Q 1不变(B点). 吸附过程(B-C): 在恒定的吸附压力下原料气不 断进入吸附器，同时输出产品组分. 吸附器内杂 质组分的吸留量逐步增加，当到达规定的吸留 量Q3时(C点)停止进入原料气，吸附终止. 此时 吸附器内仍预留有一部分未吸附杂质的吸附剂 (如吸附剂全部被吸附杂质，吸留量可为Q4，C’ 点)。
变温吸附法

在较低温度（常温或更低）下进行吸附，而升 高温度将吸附的组分解吸出来。变温吸附是在两 条不同温度的等温吸附线之间上下移动进行着吸 附和解吸。由于常用吸附剂的热传导率比较低， 加温和冷却的时间就比较长（往往需要几个小 时），所以吸附床比较大，而且还要配备相应的 加热和冷却设施，能耗、投资都很高。 此外，温度大幅度周期性变化也会影响吸附剂 的寿命。但变温吸附法可适用于许多场合，产品 损失少，回收率高，所以目前仍为一种应用较广 的方法

d.置换：用一种吸附能力较强的气体把原 先被吸附的组分从吸附剂上置换出来。这 种方法常用于产品组分吸附能力较强而杂 质组分较弱即从吸附相获得产品的场合。
变压吸附工作基本步骤

单一的固定吸附床操作，无论是变温吸附 还是变压吸附,由于吸附剂需要再生，吸附 是间歇式的。因此，工业上都是采用两个 或更多的吸附床，使吸附床的吸附和再生 交替（或依次循环）进行，保证整个吸附 过程的连续。

所谓死空间，既吸附床层内扣除吸附剂所占 体积后，剩余的空间。 也就是说，某组分吸附平衡时在吸附床内的 总量有两部分，一部分是在死空间中，另一 部分被吸附剂所吸附，其总和叫做某组分在 吸附床内的存留量；弱吸附组分和强吸附组 分各自在死空间中含有的量占床内存留量的 比值之比称为分离系数。分离系数越大分离 越容易。
5.冲洗过程(E-A): 根据实验测定的吸附等温 线，在压力P1下吸附器仍有一部分杂质 吸留量，为使这部分杂质尽可能解吸，要 求床内压力进一步降低. 在此利用别的吸 附器顺向降压过程排出的产品组分，在过 程最低压力P1下进行逆向冲洗不断降低 杂质分压使杂质解吸并随冲洗气带出吸附 器. 经一定程度冲洗后，床内杂质吸留量 降低到过程的最低量Q1时，再生终止. 至此，吸附器完成了一个吸附—解吸再生 过程，再次升压进行下一个循环。
吸附剂的再生

为了能使吸附分离法经济有效的实现，除 了吸附剂要有良好的吸附性能以外，吸附 剂的再生方法具有关键意义。吸附剂再生 纯度决定产品的纯度，也影响吸附剂的吸 附能力；吸附剂的再生时间决定老吸附循 环周期的长短，从而也决定了吸附剂用量 的多少。因此选择合适的再生方法，对吸 附分离法的工业化起着重要的作用。
5.抽空过程(E-A): 根据实验测定的吸附等温 线，在压力P1下吸附器仍有一部分杂质吸 留量，为使这部分杂质尽可能解吸，要求 床内压力进一步降低. 在此利用真空泵抽 吸的方法降低杂质分压使杂质解吸并随抽 空气带出吸附器.抽吸一定时间后，床内 压力为P0，杂质吸留量降低到过程的最低 量Q1时，再生终止。至此，吸附器完成 了一个吸附—解吸再生过程，再次升压进 行下一个循环。

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。


3.顺放过程(C-D): 沿着进入原料气输出产品的 方向降低压力，流出的气体仍为产品组分，用于 别的吸附器升压或冲洗. 在此过程中，随床内压 力不断下降，吸附剂上的杂质被不断解吸，解吸 的杂质又继续被未充分吸附杂质的吸附剂吸附， 因此杂质并未离开吸附器，床内杂质吸留量Q3 不变. 当吸附器降压到D点时，床内吸附剂全部 被杂质占用，压力为P2。 4.逆放过程(D-E): 开始逆着进入原料气输出产 品的方向降低压力，直到变压吸附过程的最低压 力P1(通常接近大气压力)，床内大部分吸留的 杂质随气流排出器外，床内杂质吸留量为Q2。
3.顺放过程(C-D): 沿着进入原料气输出产品的方 向降低压力，流出的气体仍为产品组分，用于 别的吸附器升压或冲洗. 在此过程中，随床内压 力不断下降，吸附剂上的杂质被不断解吸，解 吸的杂质又继续被未充分吸附杂质的吸附剂吸 附，因此杂质并未离开吸附器，床内杂质吸留 量Q3不变. 当吸附器降压到D点时，床内吸附剂 全部被杂质占用，压力为P2。 4.逆放过程(D-E): 开始逆着进入原料气输出产品的 方向降低压力，直到变压吸附过程的最低压力 P1(通常接近大气压力)，床内大部分吸留的杂 质随气流排出器外，床内杂质吸留量为Q2。
变压吸附气体分离技术
吸附的定义


当气体分子运动到固体表面上时，由于固 体表面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表面上， 这些分子在固体表面上的浓度增大，这种 现象称为气体分子在固体表面上的吸附 相反，固体表面上被吸附的分子返回气 体相的过程称为解吸或脱附。

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。
常用再生吸附剂的方法

a.降压 b.冲洗 c.置换 d.抽真空






a.降压：吸附床在较高压力下吸附，然后降到较 低压力，通常接近大气压，这时一部分吸附组分 解吸出来。这个方法操作简单，单吸附组分的解 吸不充分，吸附剂再生程度不高。 b.抽真空：吸附床降到大气压以后，为了进一 步减少吸附组分的分压，可用抽真空的方法来降 低吸附床压力，以得到更好的再生效果，但此法 增加了动力消耗。 c.冲洗：利用弱吸附组分或者其它适当的气体通 过需再生的吸附床，被吸附组分的分压随冲洗气 通过而下降。吸附剂的再生程度取决于冲洗气的 用量和纯度。
吸附平衡

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。