吸附
氣體分子碰撞固體表面, 失去一定的動(dòng)能而被滯留在固體表面的現(xiàn)象叫吸附。吸附作用因吸附分子(或稱吸附質(zhì)) 和固體(或稱吸附劑) 的相互作用力的性質(zhì)而區(qū)分為物理吸附和化學(xué)吸附兩種。
物理吸附的特點(diǎn)是: 氣體分子可以吸附凝結(jié)在固體表面任何位置上, 與吸附劑之間的作用力是分子之間相互作用的內(nèi)聚力(或稱范德瓦耳力) 或凝聚力。這種力比較弱, 因而分子吸附時(shí)放出的熱量比較小。吸附劑的選擇依據(jù)是吸附物質(zhì)的極性、沸點(diǎn)、分子直徑、吸附劑孔徑、吸附溫度等多項(xiàng)因素。在特種氣體提純工藝中, 利用固體吸附作用可將氣體中的雜質(zhì)除到10-6～ 10-8數(shù)量級(jí)。
化學(xué)吸附的特點(diǎn)是: 分子多半解離成原子或原子基吸附于固體表面上。作用力的性質(zhì)是化學(xué)鍵力, 即有電子在吸附分子和吸附劑之間轉(zhuǎn)移或共用而產(chǎn)生化學(xué)鍵。由于化學(xué)鍵力作用范圍只及一個(gè)原子的距離,因此化學(xué)吸附只能是單原子層, 但結(jié)合的力比較大,吸附時(shí)放出的熱也比較多?；瘜W(xué)吸附具有化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì), 對(duì)吸附分子的種類有選擇性, 而對(duì)能吸附的分子還有能量選擇, 即大于某一定能量分子才能
被吸附
吸附可區(qū)分為變溫吸附和變壓吸附兩大類。變溫吸附多指低溫吸附, 采用這種工藝可以制取高純和超高純氣體; 變壓吸附可以制取純度為991999% 的高純氣(例如高純氫氣)。
吸附劑
對(duì)不同氣體有選擇性吸附能力的多孔物質(zhì)稱為吸附劑。氣體分離用的吸附劑有: 硅膠、活性炭、分子篩、氧化鋁以及針對(duì)某種組分有選擇性吸附能力的專用吸附劑。分子篩是一種堿金屬鋁硅酸鹽晶體, 它的基團(tuán)構(gòu)成空腔狀的晶胞, 每個(gè)晶胞上有數(shù)個(gè)小洞孔(窗口) , 經(jīng)高溫焙燒排出所含水分后, 空腔狀的晶胞之間由窗口相通, 形成許多堅(jiān)固的網(wǎng)格狀小孔或隧道似的微孔通道, 從表面直通內(nèi)部, 形成極大的內(nèi)表面積, 可對(duì)氣體進(jìn)行大量物理吸附。分子篩的孔徑一般在3×10-12～ 1×10-7cm 之間, 目前常用的有3A、4A、5A、13X 分子篩以及PSA 空分制氮用的碳分子篩。椰子殼活性炭的吸附容量較大, 但磨耗率差一些。硅膠廣泛用于脫除氣體中的水分, 也適用于脫除氫氣源中的氮、氧、氬等雜質(zhì), 吸附容量高, 不易粉化。衡量吸附劑的主要指標(biāo)有: 對(duì)不同氣體雜質(zhì)的吸附容量、磨耗率、松裝堆積密度、比表面積、抗壓碎強(qiáng)度等。
低溫吸附
低溫吸附的基本原理是利用吸附劑對(duì)不同氣體的吸附容量隨溫度與壓力的不同而有差異的特性, 在吸附劑選擇吸附的條件下, 在低溫高壓下吸附混合物中的雜質(zhì)組分, 未被吸附的產(chǎn)品氣體排出; 升溫減壓或純氣吹洗以解吸這些雜質(zhì)而使吸附劑得到再生。并聯(lián)兩臺(tái)吸附器交換使用, 以達(dá)到連續(xù)制取所需產(chǎn)品氣體的目的。它是一種變溫吸附過(guò)程, 對(duì)于某些氣體, 可以采用吸附膨脹法從吸附相得到產(chǎn)品, 這種方法僅限于小規(guī)模生產(chǎn)。吸附器的交換周期取決于氣體組成、壓力、溫度、流量、吸附劑的吸附容量及裝填量。應(yīng)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的基礎(chǔ)上來(lái)確定, 一般在幾小時(shí)到幾十小時(shí)之間。吸附劑的選擇視分離對(duì)象而定, 主要有三大類, 即分子篩、活性炭和硅膠, 其次還有氧化鋁及其它專用吸附劑。低溫吸附的主要優(yōu)點(diǎn)是純化深度高, 通?？蓪㈦s質(zhì)脫除到10-6～ 10-8數(shù)量級(jí); 適用于大規(guī)模生產(chǎn)超純氣體。在空氣分離提純、稀有氣體提純、天然氣分離提純、特種氣體制備、各種尾氣分離等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
變壓吸附
變壓吸附的基本原理是利用吸附劑對(duì)不同氣體的吸附容量隨壓力的不同而有差異的特性, 在吸附劑選擇吸附的條件下, 加壓吸附混合物中的雜質(zhì)(或產(chǎn)品) 組分, 減壓解吸這些雜質(zhì)(或產(chǎn)品) , 而使吸附劑得到再生, 以達(dá)到連續(xù)制取所需產(chǎn)品氣體的目的。由于對(duì)產(chǎn)品的不同要求, 可在氣相或吸附相獲得, 從而構(gòu)成了變壓吸附的不同工藝步驟。
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