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变压吸附原理

时间:2014-10-30 16:48 来源:www.litianji.com 点击:


    变压吸附法(简称PSA)是一种新的气体分离技术,以吸附剂分子筛为例,其原理是利用分子筛对不同气体分子“吸附”性能的差异而将气体混合物分开,吸附式干燥机就是通过"压力变化"(变压吸附原理)来达到干燥效果。变压吸附不仅可以应用于空气干燥与净化,还可以应用在氧氮分离、氢气净化等。

    按吸附质与吸附剂之间引力场的性质,吸附可分为化学吸附和物理吸附。变压吸附属于物理吸附,也称范德华(van der  Waais) 吸附,它是由吸附质分子和吸附剂表面分子之间的引力所引起的,此力也叫作范德华力。由于固体表面的分子与其内部分子不同,存在剩余的表面自由力场,当气体分子碰到固体表面时,其中一部分就被吸附,并释放出吸附热。在被吸附的分子中,只有当其热运动的动能足以克服吸附剂引力场的位能时才能重新回到气相,所以在与气体接触的固体表面上总是保留着许多被吸附的分子。由于分子间的引力所引起的吸附,其吸附热较低,接近吸附质的汽化热或冷凝热,吸附和解吸速度也都较快。被吸附气体也较容易地从固体表面解吸出来,所以变压吸附是可逆的。

变压吸附原理

    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,变压吸附工作状态仅仅是在一条等吸附线上变化。
    常用减压吸附方法有以下几种,其目的都是为了降低吸附剂上被吸附组分的分压,使吸附剂得到再生。

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。
 
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。  

    在变压吸附过程中,采用哪种再生方法是根据被分离的气体混合各组分性质、产品要求、吸附剂的特性以及操作条件来选择,通常是由几种再生方法配合实施的。


    任何一种吸附对于同一被吸附气体(吸附质)来说,在吸附平衡情况下,温度越低,压力越高,吸附量越大。反之,温度越高,压力越低,则吸附量越小。因此,气体的吸附分离方法,通常采用变温吸附或变压吸附两种循环过程。

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。  

    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。

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