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。
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。化學(xué)吸附具有化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì), 對吸附分子的種類有選擇性, 而對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程, 對于某些氣體, 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; 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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