【正文】 變壓吸附工藝步驟中常用字符代號(hào)說(shuō)明附Ⅱ 回收率的計(jì)算方法 回收率是變壓吸附主要考核指標(biāo)之一，它的定義是從變壓吸附裝置獲得的產(chǎn)品中被回收組分絕對(duì)量占進(jìn)入變壓吸附裝置的原料氣中被回收組分絕對(duì)量的百分比。方法一： 已知下列條件：⑴． 進(jìn)入變壓吸附裝置的原料氣量（F，nm3/h）⑵． 原料氣中被回收組分含量（XF，%）⑶． 從變壓吸附裝置獲得的產(chǎn)品氣流量（P，nm3/h）⑷． 產(chǎn)品中被回收組分的含量（XP，%） 被回收組分的回收率η為：η= /(F. XF).100%方法二：已知下列條件：⑴． 原料氣中被回收組分含量（XF，%）⑵． 產(chǎn)品中被回收組分含量（XP，%）⑶． 解吸氣中被回收組分含量（XW，%）假設(shè)原料、產(chǎn)品和解吸氣大流量分別為：和。由物料平衡可得： F=P + W = + W. XW回收率為： /( )=( )/( )=( – +)/( ) /( )=( XF XW)/XF + /( ) /( ) /( )= ( XF XW)/XFP/F.( XP XW)= ( XF XW)/XFP/F=( XF XW)/(XP XW)將此式代入原式得：η= XP.（XF XW ）/[ XF.( XP XW)].100%變壓吸附知識(shí)問(wèn)答一、變壓吸附基本原理1． 什么叫吸附？當(dāng)氣體分子運(yùn)動(dòng)到固體表面上時(shí)，由于固體表面原子剩余引力的作用，氣體中的一些分子便會(huì)暫時(shí)停留在固體表面上，這些分子在固體表面上的濃度增大，這種現(xiàn)象稱為氣體分子在固體表面上的吸附。吸附物質(zhì)的固體稱為吸附劑，被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)。按吸附質(zhì)與吸附劑之間引力場(chǎng)的性質(zhì)，吸附可分為化學(xué)吸附和物理吸附。2． 氣體分離的原理是什么？當(dāng)氣體是混合物時(shí)，由于固體表面對(duì)不同氣體分子的引力差異，使吸附相的組成與氣相組成不同，這種氣相與吸附相在密度上和組成上的差別構(gòu)成了氣體吸附分離技術(shù)的基礎(chǔ)。伴隨吸附過(guò)程所釋放的熱量叫吸附熱，解吸過(guò)程所吸收的熱量叫解吸熱。氣體混合物的吸附熱是吸附質(zhì)的冷凝熱和潤(rùn)濕熱之和。不同的吸附劑對(duì)各種氣體分子的吸附熱均不相同。3． 什么叫化學(xué)吸附？什么叫物理吸附？化學(xué)吸附：即吸附過(guò)程伴隨有化學(xué)反應(yīng)的吸附。在化學(xué)吸附中，吸附質(zhì)分子和吸附劑表面將發(fā)生反應(yīng)生成表面絡(luò)合物，其吸附熱接近化學(xué)反應(yīng)熱?；瘜W(xué)吸附需要一定的活化能才能進(jìn)行。通常條件下，化學(xué)吸附的吸附或解吸速度都要比物理吸附慢。石灰石吸附氯氣，沸石吸附乙烯都是化學(xué)吸附。物理吸附：也稱范德華（van derWaais） 吸附，它是由吸附質(zhì)分子和吸附劑表面分子之間的引力所引起的，此力也叫作范德華力。由于固體表面的分子與其內(nèi)部分子不同，存在剩余的表面自由力場(chǎng)，當(dāng)氣體分子碰到固體表面時(shí)，其中一部分就被吸附，并釋放出吸附熱。在被吸附的分子中，只有當(dāng)其熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能足以克服吸附劑引力場(chǎng)的位能時(shí)才能重新回到氣相，所以在與氣體接觸的固體表面上總是保留著許多被吸附的分子。由于分子間的引力所引起的吸附，其吸附熱較低，接近吸附質(zhì)的汽化熱或冷凝熱，吸附和解吸速度也都較快。被吸附氣體也較容易地從固體表面解吸出來(lái)，所以物理吸附是可逆的。物理吸附通常分為變溫吸附和變壓吸附。4． 變壓吸附屬化學(xué)吸附或物理吸附？分離氣體混合物的變壓吸附過(guò)程系純物理吸附，在整個(gè)過(guò)程中沒(méi)有任何化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。5． 變壓吸附常用吸附劑有哪幾種？他們各自的作用是什么？變壓吸附常用的吸附劑有：硅膠、活性氧化鋁、活性炭、分子篩等，另外還有針對(duì)某種組分選擇性吸附而研制的吸附材料。氣體吸附分離成功與否，很大程度上依賴于吸附劑的性能，因此選擇吸附劑是確定吸附操作的首要問(wèn)題。硅膠是一種堅(jiān)硬、無(wú)定形鏈狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅酸聚合物顆粒，為一種親水性的極性吸附劑。它是用硫酸處理硅酸鈉的水溶液，生成凝膠，并將其水洗除去硫酸鈉后經(jīng)干燥，便得到玻璃狀的硅膠，它主要用于干燥、氣體混合物及石油組分的分離等。工業(yè)上用的硅膠分成粗孔和細(xì)孔兩種。粗孔硅膠在相對(duì)濕度飽和的條件下，吸附量可達(dá)吸附劑重量的８０％以上，而在低濕度條件下，吸附量大大低于細(xì)孔硅膠?；钚匝趸X是由鋁的水合物加熱脫水制成，它的性質(zhì)取決于最初氫氧化物的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，一般都不是純粹的Al2O3,而是部分水合無(wú)定形的多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)，其中不僅有無(wú)定形的凝膠，還有氫氧化物的晶體。由于它的毛細(xì)孔通道表面具有較高的活性，故又稱活性氧化鋁。它對(duì)水有較強(qiáng)的親和力，是一種對(duì)微量水深度干燥用的吸附劑。在一定操作條件下，它的干燥深度可達(dá)露點(diǎn)７０℃以下?；钚蕴渴菍⒛咎?、果殼、煤等含碳原料經(jīng)炭化、活化后制成的。活化方法可分為兩大類，即藥劑活化法和氣體活化法。藥劑活化法就是在原料里加入氯化鋅、硫化鉀等化學(xué)藥品，在非活性氣氛中加熱進(jìn)行炭化和活化。氣體活化法是把活性炭原料在非活性氣氛中加熱，通常在700℃以下除去揮發(fā)組分以后，通入水蒸氣、二氧化碳、煙道氣、空氣等，并在700～1200℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)使其活化。活性炭含有很多毛細(xì)孔構(gòu)造，所以具有優(yōu)異的吸附能力。因而它用途遍及水處理、脫色、氣體吸附等各個(gè)方面。沸石分子篩又稱合成沸石或分子篩，其化學(xué)組成通式為：[M(Ⅰ)M(Ⅱ)]式中M(Ⅰ)和M(Ⅱ)分別為為一價(jià)和二價(jià)金屬離子，多半是鈉和鈣，n稱為沸石的硅鋁比，硅主要來(lái)自于硅酸鈉和硅膠，鋁則來(lái)自于鋁酸鈉和Al(HO)3等，它們與氫氧化鈉水溶液反應(yīng)制得的膠體物，經(jīng)干燥后便成沸石，一般n=2～10,m=0～9。沸石的特點(diǎn)是具有分子篩的作用，它有均勻的孔徑，如3A0、4A0、5A0、10A0細(xì)孔。有4A0孔徑的4A0沸石可吸附甲烷、乙烷，而不吸附三個(gè)碳以上的正烷烴。它已廣泛用于氣體吸附分離、氣體和液體干燥以及正異烷烴的分離。碳分子篩實(shí)際上也是一種活性炭，它與一般的碳質(zhì)吸附劑不同之處，在于其微孔孔徑均勻地分布在一狹窄的范圍內(nèi)，微孔孔徑大小與被分離的氣體分子直徑相當(dāng)，微孔的比表面積一般占碳分子篩所有表面積的90%以上。碳分子篩的孔結(jié)構(gòu)主要分布形式為：大孔直徑與碳粒的外表面相通，過(guò)渡孔從大孔分支出來(lái)，微孔又從過(guò)渡孔分支出來(lái)。在分離過(guò)程中，大孔主要起運(yùn)輸通道作用，微孔則起分子篩的作用。以煤為原料制取碳分子篩的方法有炭化法、氣體活化法、碳沉積法和浸漬法。其中炭化法最為簡(jiǎn)單，但要制取高質(zhì)量的碳分子篩必須綜合使用這幾種方法。碳分子篩在空氣分離制取氮?dú)忸I(lǐng)域已獲得了成功，在其它氣體分離方面也有廣闊的前景。6． 溫度、壓力對(duì)吸附過(guò)程的影響分別是什么？在同一溫度下，吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附量隨吸附質(zhì)的分壓上升而增加；在同一吸附質(zhì)分壓下，吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附量隨吸附溫度上升而減少；因此降低吸附溫度和升高吸附壓力有利于氣體組分的吸附。反之，提高溫度和降低壓力則氣體的吸附量減少而解吸。7． 什么叫變溫吸附？什么叫變壓吸附？1．變溫吸附法在較低溫度（常溫或更低）下進(jìn)行吸附，而升高溫度將吸附的組分解吸出來(lái)。變溫吸附是在兩條不同溫度的等溫吸附線之間上下移動(dòng)進(jìn)行著吸附和解吸。由于常用吸附劑的熱傳導(dǎo)率比較低，加溫和冷卻的時(shí)間就比較長(zhǎng)（往往需要幾個(gè)小時(shí)），所以吸附床比較大，而且還要配備相應(yīng)的加熱和冷卻設(shè)施，能耗、投資都很高。此外，溫度大幅度周期性變化也會(huì)影響吸附劑的壽命。但變溫吸附法可適用于許多場(chǎng)合，產(chǎn)品損失少，回收率高，所以目前仍為一種應(yīng)用較廣的方法。2．變壓吸附法在加壓下進(jìn)行吸附，減壓下進(jìn)行解吸。由于循環(huán)周期短，吸附熱來(lái)不及散失，可供解吸之用，所以吸附熱和解吸熱引起的吸附床溫度變化一般不大，波動(dòng)范圍僅在幾度，可近似看作等溫過(guò)程。變壓吸附工作狀態(tài)僅僅是在一條等吸附線上變化。常用減壓吸附方法有以下幾種，其目的都是為了降低吸附劑上被吸附組分的分壓，使吸附劑得到再生。8． 吸附劑的再生方法有幾種？分別闡述？為了能使吸附分離法經(jīng)濟(jì)有效的實(shí)現(xiàn)，除了吸附劑要有良好的吸附性能以外，吸附劑的再生方法具有關(guān)鍵意義。吸附劑再生深度決定產(chǎn)品的純度，也影響吸附劑的吸附能力；吸附劑的再生時(shí)間決定了吸附循環(huán)周期的長(zhǎng)短，從而也決定了吸附劑用量的多少。因此選擇合適的再生方法，對(duì)吸附分離法的工業(yè)化起著重要的作用。由描述吸附平衡的等溫吸附線知道，在同一溫度下，吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附量隨吸附質(zhì)的分壓上升而增加；在同一吸附質(zhì)分壓下，吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附量隨吸附溫度上升而減少；也就是說(shuō)加壓降溫有利于吸附質(zhì)的吸附，降壓加溫有利于吸附質(zhì)的解吸或吸附劑的再生。于是按吸附劑的再生方法將吸附分離循環(huán)過(guò)程分成兩類：變溫吸附法和變壓吸附法。圖29表示了這兩種方法的概念，圖中橫座標(biāo)為吸附質(zhì)的分壓，縱座標(biāo)為單位吸附劑的吸附量。上面一條是常溫下的等溫吸附線，下面一條是高溫下的等溫吸附線。a. 降壓：吸附床在較高壓力下吸附，然后降到較低壓力，通常接近大氣壓，這時(shí)一部分吸附組分解吸出來(lái)。這個(gè)方法操作簡(jiǎn)單，單吸附組分的解吸不充分，吸附劑再生程度不高。b. 抽真空：吸附床降到大氣壓以后，為了進(jìn)一步減少吸附組分的分壓，可用抽真空的方法來(lái)降低吸附床壓力，以得到更好的再生效果，但此法增加了動(dòng)力消耗。c. 沖洗：利用弱吸附組分或者其它適當(dāng)?shù)臍怏w通過(guò)需再生的吸附床，被吸附組分的分壓隨沖洗氣通過(guò)而下降。吸附劑的再生程度取決于沖洗氣的用量和純度。d. 置換：用一種吸附能力較強(qiáng)的氣體把原先被吸附的組分從吸附劑上置換出來(lái)。這種方法常用于產(chǎn)品組分吸附能力較強(qiáng)而雜質(zhì)組分較弱即從吸附相獲得產(chǎn)品的場(chǎng)合。在變壓吸附過(guò)程中，采用哪種再生方法是根據(jù)被分離的氣體混合各組分性質(zhì)、產(chǎn)品要求、吸附劑的特性以及操作條件來(lái)選擇，通常是由幾種再生方法配合實(shí)施的。應(yīng)當(dāng)注意的是，無(wú)論采用何種方法再生，再生結(jié)束時(shí)，吸附床內(nèi)吸附質(zhì)的殘余量不會(huì)等于零，也就是說(shuō)，床內(nèi)吸附劑不可能徹底再生。這部分殘余量也不是均勻分布再吸附床內(nèi)各個(gè)部位。圖210中曲線2示出了這部分殘余量在床內(nèi)的分布情況。曲線1就是前述的吸附負(fù)荷曲線。兩根曲線分別與座標(biāo)所形成的面積之差稱為吸附床的有效吸附負(fù)荷。此質(zhì)增大，有利于吸附操作。吸附工況確定后，有效吸附負(fù)荷就取決于吸附床的再生程度。由此，可看出再生在吸附操作中的重要性。二、變壓吸附操作基本原理1．變壓吸附基本工作步驟？單一的固定吸附床操作，無(wú)論是變溫吸附還是變壓吸附,由于吸附劑需要再生，吸附是間歇式的。因此，工業(yè)上都是采用兩個(gè)或更多的吸附床，使吸附床的吸附和再生交替（或依次循環(huán)）進(jìn)行，保證整個(gè)吸附過(guò)程的連續(xù)。對(duì)于變壓吸附循環(huán)過(guò)程，有三個(gè)基本工作步驟：1．壓力下吸附吸附床在過(guò)程的最高壓力下通入被分離的氣體混合物，其中強(qiáng)吸附組分被吸附劑選擇性吸收，弱吸附組分從吸附床的另一端流出。2．減壓解吸根據(jù)被吸附組分的性能，選用前述的降壓、抽真空、沖洗和置換中的幾種方法使吸附劑獲得再生。一般減壓解吸，先是降壓到大氣壓力，然后再用沖洗、抽真空或置換。3．升壓吸附劑再生完成后，用弱吸附組分對(duì)吸附床進(jìn)行充壓 ，直到吸附壓力為止。接著又在壓力下進(jìn)行吸附。圖211示出了在一個(gè)變壓循環(huán)中吸附劑的吸附負(fù)荷與壓力的變化關(guān)系。 2．吸附劑的選擇對(duì)變壓吸附裝置的影響？吸附劑對(duì)各氣體組分的吸附性能是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定靜態(tài)下的等溫吸附線和動(dòng)態(tài)下的流出曲線來(lái)評(píng)價(jià)的。吸附劑的良好吸附性能是吸附分離過(guò)程的基本條件。在變壓吸附過(guò)程中吸附劑的選擇還要考慮解決吸附和解吸之間的矛盾。既要選擇吸附容量大，又容易解吸的吸附劑，以減少降壓解吸的電耗。選擇吸附劑的另一要點(diǎn)是組分間的分離系數(shù)盡可能大，從而減少有效氣體的損失。3．什么叫死空間？所謂死空間，既吸附床層內(nèi)扣除吸附劑所占體積后，剩余的空間。也就是說(shuō)，某組分吸附平衡時(shí)在吸附床內(nèi)的總量有兩部分，一部分是在死空間中，另一部分被吸附劑所吸附，其總和叫做某組分在吸附床內(nèi)的存留量；弱吸附組分和強(qiáng)吸附組分各自在死空間中含有的量占床內(nèi)存留量的比值之比稱為分離系數(shù)。分離系數(shù)越大分離越容易。4．為什么要控制適宜的氣流速度？在吸附床運(yùn)行過(guò)程中因床內(nèi)壓力周期地變化，氣體短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入、排出，吸附劑應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，以減少破碎和磨損。當(dāng)氣流速度過(guò)快，導(dǎo)致吸附劑懸浮時(shí)，則磨損加劇，造成吸附劑破碎，影響吸附劑使用壽命。不同的吸附劑，選擇的氣流速度不同。這主要取決于吸附劑的強(qiáng)度和吸附劑顆粒的大小。5．為什么進(jìn)入PSA裝置的原料氣必須要除油？被分離的氣體如果含有象有機(jī)機(jī)械潤(rùn)滑油、煤焦油之類的物質(zhì)，那么在吸附過(guò)程中，這些油性物質(zhì)會(huì)粘附在吸附顆粒的外表面，堵塞吸附劑內(nèi)的通道，使吸附劑失去吸附能力。粘附有油類物質(zhì)的任何吸附劑，不管采用升溫還是降壓抽空的再生方法，都是不能再生的。因此對(duì)氣體中的含油量必須嚴(yán)格限制，有的場(chǎng)合就需增設(shè)除油設(shè)施，以免吸附劑在使用中失效。6．為什么進(jìn)入PSA裝置的原料氣必須要除水？ 被分離的氣體如果含有游離水和飽和水，在吸附床層中只能除去一定量的飽和水。那么在吸附過(guò)程中，若使水大量帶入吸附塔會(huì)導(dǎo)致吸附劑性能下降甚至失效。此時(shí)需對(duì)失效的吸附劑重新活化或更換。吸附劑的活化需要采用溫度150℃以上的惰性氣體循環(huán)通入，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，相當(dāng)困難。因此，操作時(shí)一定要嚴(yán)格控制幾種分離技術(shù)的比較 確如標(biāo)題所言，回貼中包含了很多PSA基礎(chǔ)知識(shí)，受益非淺。 看到第4樓還有第二頁(yè)有朋友詢問(wèn)幾種分離技術(shù)的比較，現(xiàn)簡(jiǎn)單比較如下： （1）低溫分離法 低溫分離法也稱為深冷分離法是利用各氣體組份在液態(tài)時(shí)沸點(diǎn)的不同，在冷箱中精餾分離出各組份。其特點(diǎn)是：產(chǎn)品純度高、原料凈化度要求高、投資高。 （2）膜分離法 膜分離系統(tǒng)的工作原理就是利用一種高分子聚合物（膜材料通常是聚酰亞胺或聚砜）薄膜來(lái)選擇“過(guò)濾”進(jìn)料氣而達(dá)到分離的目的。當(dāng)兩種或兩種以上的氣體混合物通過(guò)聚合物薄膜時(shí)，各氣體組分在聚合物中的溶解擴(kuò)散系數(shù)的差異，導(dǎo)致其滲透通過(guò)膜壁的速率不同。由此，可將氣體分為“快氣”（如H2O、HHe等）和“慢氣”（如CO、NCH4及其它烴類等）。當(dāng)混合氣體在驅(qū)動(dòng)力－膜兩側(cè)相應(yīng)組份分壓差的作用下，滲透速率相對(duì)較快的氣體優(yōu)先透過(guò)膜壁而在低壓滲透?jìng)?cè)被富集，而滲透速率相對(duì)較慢的氣體則在高壓滯留側(cè)被富集。膜分離法具有簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、操作靈活的特點(diǎn)，一般來(lái)說(shuō)，投資比PSA變壓吸附法稍低，占地面積較小。 （3）PSA變壓吸附法 變壓吸附（PSA）技術(shù)屬物理吸附，是依靠吸附劑與吸附質(zhì)分子間的分子力（包括范德華力和電磁力）進(jìn)行的吸附。其特點(diǎn)是：吸附過(guò)程中沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)，吸附過(guò)程進(jìn)行得極快，參與吸附的各相物質(zhì)間的動(dòng)態(tài)平衡在瞬間即可完成，并且這種吸附是完全可逆的。變壓吸附氣體分離工藝過(guò)程之所以得以實(shí)現(xiàn)是由于吸附劑在這種物理吸附中所具有的兩個(gè)基本性質(zhì)：一是對(duì)不同組份的吸附能力不同，二是吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附容量隨吸附質(zhì)的分壓上升而增加，隨吸附溫度的上升而下降。利用吸附劑的第一個(gè)性