【RS50】变压吸附脱碳装置工艺操作手册文档

它是用硫酸处理硅酸钠的水溶液，生成凝胶，并将其水洗除去硫酸钠后经离气体混合物的变压吸附过程系纯物理吸附，在整个过程中没有任何化学反应发生。

本工艺为物理吸 附。

二吸附剂 吸附剂的种类 工业上常用的吸附剂有硅胶活性氧化铝活性炭分子筛等，另外还有针对种组分选择性吸 附而研制的吸附材料。

气体吸附分离成功与否，很大程度上依赖于吸附剂的性能，因此选择吸附剂是确 定吸附操作的首要问题。

硅胶是种坚硬无定形链状和网状结构 硅胶是种坚硬无定形链状和网状结构的硅酸聚合物颗粒，分子式为，为种亲水性 的极性吸附剂。

气体吸附分离成功与否，很大程度上依赖于吸附剂的性能，因此选择吸附剂是确 定吸附操 工业上常用的吸附剂有硅胶活性氧化铝活性炭分子筛等，另外还有针对种组分选择性吸 附而研制的吸附材料。

本工艺为物理吸 附。

分离气体混合物的变压吸附过程系纯物理吸附，在整个过程中没有任何化学反应发生。

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分离气体混合物的变压吸附过程系纯物理吸附，在整个过程中没有任何化学反应发生。

本工艺为物理吸 附。

二吸附剂 吸附剂的种类 工业上常用的吸附剂有硅胶活性氧化铝活性炭分子筛等，另外还有针对种组分选择性吸 附而研制的吸附材料。

气体吸附分离成功与否，很大程度上依赖于吸附剂的性能，因此选择吸附剂是确 定吸附操作的首要问题。

硅胶是种坚硬无定形链状和网状结构的硅酸聚合物颗粒，分子式为，为种亲水性 的极性吸附剂。

它是用硫酸处理硅酸钠的水溶液，生成凝胶，并将其水洗除去硫酸钠后经干燥，便得到 玻璃状的硅胶，它主要用于干燥气体混合物及石油组分的分离等。

工业上用的硅胶分成粗孔和细孔两 种。

粗孔硅胶在相对湿度饱和的条件下，吸附量可达吸附剂重量的以上，而在低湿度条件下，吸 附量大大低于细孔硅胶。

活性氧化铝是由铝的水合物加热脱水制成，它的性质取决于最初氢氧化物的结构状态，般都不是 纯粹的，而是部分水合无定形的多孔结构物质，其中不仅有无定形的凝胶，还有氢氧化物的晶体。

由于它的毛细孔通道表面具有较高的活性，故又称活性氧化铝。

它对水有较强的亲和力，是种对微量 水深度干燥用的吸附剂。

在定操作条件下，它的干燥深度可达露点以下。

活性炭是将木炭果壳煤等含碳原料经炭化活化后制成的。

活化方法可分为两大类，即药剂活 化法和气体活化法。

药剂活化法就是在原料里加入氯化锌硫化钾等化学药品，在非活性气氛中加热进 行炭化和活化。

气体活化法是把活性炭原料在非活性气氛中加热，通常在以下除去挥发组分以后， 通入水蒸气二氧化碳烟道气空气等，并在温度范围内进行反应使其活化。

活性炭含 有很多毛细孔构造，所以具有优异的吸附能力。

因而它用途遍及水处理脱色气体吸附等各个方面。

沸石分子筛又称合成沸石或分子筛，其化学组成通式为 ⅠⅡ 式中Ⅰ和Ⅱ分别为价和二价金属离子，多半是钠和钙，称为沸石的硅铝比，硅主要来 自于硅酸钠和硅胶，铝则来自于铝酸钠和等，它们与氢氧化钠水溶液反应制得的胶体物，经干 燥后便成沸石，般，。

沸石的特点是具有分子筛的作用，它有均匀的孔径，如细孔。

有孔径的 沸石可吸附甲烷乙烷，而不吸附三个碳以上的正烷烃。

它已广泛用于气体吸附分离气体和液体干燥 以及正异烷烃的分离。

碳分子筛实际上也是种活性炭，它与般的碳质吸附剂不同之处，在于其微孔孔径均匀地分布在 狭窄的范围内，微孔孔径大小与被分离的气体分子直径相当，微孔的比表面积般占碳分子筛所有表 面积的以上。

碳分子筛的孔结构主要分布形式为大孔直径与碳粒的外表面相通，过渡孔从大孔分 支出来，微孔又从过渡孔分支出来。

在分离过程中，大孔主要起运输通道作用，微孔则起分子筛的作用。

以煤为原料制取碳分子筛的方法有炭化法气体活化法碳沉积法和浸渍法。

其中炭化法最为简单， 但要制取高质量的碳分子筛必须综合使用这几种方法。

碳分子筛在空气分离制取氮气领域已获得了成功，在其它气体分离方面也有广阔的前景。

吸附剂的物理性质 吸附剂的良好吸附性能是由于它具有密集的细孔构造。

与吸附剂细孔有关的物理性能有 孔容 吸附剂中微孔的容积称为孔容，通常以单位重量吸附剂中吸附剂微孔的容积来表示孔容是 吸附剂的有效体积，它是用饱和吸附量推算出来的值，也就是吸附剂能容纳吸附质的体积，所以孔容以 大为好。

吸附剂的孔体积不定等于孔容，吸附剂中的微孔才有吸附作用，所以中不包 括粗孔。

而中包括了所有孔的体积，般要比大。

比表面积 即单位重量吸附剂所具有的表面积，常用单位是。

吸附剂表面积每克有数百至千余平方米。

吸 附剂的表面积主要是微孔孔壁的表面，吸附剂外表面是很小的。

孔径与孔径分布 在吸附剂内，孔的形状极不规则，孔隙大小也各不相同。

直径在数埃至数十埃的孔称为细孔， 直径在数百埃以上的孔称为粗孔。

细孔愈多，则孔容愈大，比表面也大，有利于吸附质的吸附。

粗孔的 作用是提供吸附质分子进入吸附剂的通路。

粗孔和细孔的关系就象大街和小巷样，外来分子通过粗孔 才能迅速到达吸附剂的深处。

所以粗孔也应占有适当的比例。

活性炭和硅胶之类的吸附剂中粗孔和细孔 是在制造过程中形成的。

沸石分子筛在合成时形成直径为数微米的晶体，其中只有均匀的细孔，成型时 才形成晶体与晶体之间的粗孔。

孔径分布是表示孔径大小与之对应的孔体积的关系。

由此来表征吸附剂的孔特性。

表观重度 又称视重度。

吸附剂颗粒的体积由两部分组成固体骨架的体积和孔体积，即 表观重度就是吸附颗粒的本身重量与其所占有的体积之比。

吸附剂的孔体积不定等于孔容，吸附剂中的微孔才有作用，所以中不包括粗孔。

而中包括了所有孔的体积，般要比大。

真实重度 又称真重度或吸附剂固体的重度，即吸附剂颗粒的重量与固体骨架的体积之比。

假设吸附颗粒重量以克为基准，根据表观重度和真实重度的定义则 称为亨利吸附。

其方程为 式中吸附剂的吸附量 亨利系数 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 的以下，即吸附面最多只有大表面被吸附物质所覆盖，才能适用这个方程。

朗格谬尔方程 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 式中吸附剂的最大吸附容量 吸附质在气体混合物中的分压 朗格谬尔常数。

从上式中可知，当吸附质在气体中的分压很低时，则 即成为亨利方程，相当于亨利系数。

如果吸附剂的吸附能力很强，吸附质的分压较高，上 式又为。

相当于吸附剂的表面全部吸附了吸附质，成为饱和吸附状态，等温吸附线趋于条渐进 线，吸附量和分压的变化无关，成为定值。

上式整理后变为 弗里德里胥方程 等温下在吸附热随着覆盖率即吸附量的增加成对数下降的吸附平衡，弗里德里胥提出的经验方 程为 式中与吸附剂的特性温度有关的常数。

弗里德里胥方程表示吸附量与压力的指数分数成正比。

压力增大吸附量随之增加，但压力增加 到定程度以后，吸附量饱和而不再变化。

对上式两边取对数，得 与朗格谬尔方程接近。

此方程的斜率若在之间，表示吸附容易进行超过时，则 表示吸附难以进行。

方程 由布隆耐尔埃麦特和特勒三人提出的等温吸附方程简称 方程。

朗格谬尔方程的前提条件是假设在吸附剂表面上只形成分子层。

若是将其拓展到多分子层的吸附， 即吸附分子在吸附剂上是按各个层次排列的，这些分子可以无限地累积而吸附，并且各个分子之间的相 互作用可以忽略不计，又假设每层都符合朗格谬尔方程，便可以推导出方程。

式中吸附温度下，吸附质气体的饱和蒸汽压 第层单分子层的饱和吸附量 和温度吸附热液化热等有关的常数。

在吸附质的平衡分压远比饱和蒸气压小时则 取，此式变成朗格谬尔方程。

也就是说，方程是朗格谬尔方程的广义方程后者是前者 的特例。

通常采用方程可以计算吸附剂的比表面积。

除以上叙述的吸附理论所推导出的等温吸附方程之外，还有爱基和坡兰尼的吸 附理论洛朗兹和朗德的静电学说毛细管凝缩学说以及杜宾宁在发展坡兰 尼理论的基础上推导出的吸附等温方程等等。

工业用吸附剂般都含有各种大小的微孔，它的吸附过程可能是单分子层吸附，可能是多分子层吸 附，也可能是由于毛细管凝缩所致。

哪种机理起主要作用视具体条件而定。

当温度低于临界温度时， 大多数吸附剂的等温吸附线属于第Ⅳ类型大体可认为在低压区的吸附主要是单分子层吸附见图 随着压力的升高多分子层吸附起主要作用在接近饱和蒸汽压时，毛细管凝缩作 用显著。

图为在不同温度下，各种气体在吸附剂上的吸附等温曲线。

从图中可以看出，在同温 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因此降低吸附温度和升高吸附压力有利于气体组分的吸附。

反之， 提高温度和降低压力则气体的吸附量减少而解吸。

四吸附过程中的物质传递 等温下静态吸附平衡意味着流体和吸附剂经长期接触，颗粒外和孔内的流体浓度相同，吸附相浓度 也均匀，这是很难达到的。

在流动体系只能达到动态平衡，吸附质从气体主流到吸附剂颗粒内部的传递 过程分为两个阶段 第阶段是从气体主流通过吸附剂颗粒周围的气膜到颗粒的