发布时间 : 星期二 文章某公司焦炉煤气PSA制氢投资建设项目可行性研究报告更新完毕开始阅读
第一节 吸附工艺原理 1.1 吸附的概念
吸附是指：当两种相态不同的物质接触时，其中密度较低物质的分子在密度较高的物质表面被富集的现象和过程。其实质就是在两相的交界面上，物质的浓度会自动发生变化的现象和过程。
具有吸附作用的物质（一般为密度相对较大的多孔固体）被称为吸附剂，被吸附的物质（一般为密度相对较小的气体或液体）称为吸附质。
由于分子是在运动的。因此，作为吸附质的任何一个分子，当它在空间漫游时，既可能相互碰撞，也可能碰撞在固体（吸附剂）的表面上。这种碰撞分弹性和非弹性碰撞。前者停留时间极短，且反射角等于入射角。而非弹性碰撞分子则贴在表面上一些时间，然后离开，但离去的方向与来时的方向无关。在大多数的情况下，碰撞表面的吸附质分子要在表面上停留一些时间，其时间长短取决于多种因素，如分子碰撞在表面上的位臵、表面的性质、分子的性质、表面的温度、分子的动能等等。从一个单位面积的表面来看，我们可以推定在一定条件下，单位时间内碰撞表面的分子数是有一个动态平衡的。因此，当表面上浓聚（停留）一些分子时，此种现象就被我们称为“吸附”。
在单位表面积上浓聚的分子数B取决于碰撞表面的分子数n及其在表面上停的时间Z：
B=nZ I/cm2
根据maxwele的统计学说，可以推导出： NP n =
2πMRT
此外，气体常数R＝8.315×107尔格／0K一克分子 阿佛加德罗常数N＝8.025×1023
M=气体的分子量
P＝气体分子的分压（毫米汞柱） T＝温度0K
P ∴ n = 3.52×1022 MT 举个例来说，在20℃时，湿度为1% 的空气中，水蒸气的分压是0.17㎜汞柱，这已是相当干燥了。但根据上式计算，在平衡时，每秒钟还有8.46×1018个水分子碰撞到1㎝2的表面上。因此，n的巨大数值使吸附现象可以很大的速度进行，即几乎是瞬间地进行。但是应该说清楚，在存在吸附剂（例如硅胶等干燥剂）时，则仅是接近表面的一层气体才有这样大的速度。当紧靠表面的空气中的水分子被吸附以后，吸附过程就显著减慢。这有两方面的原因：
1． 吸附剂的活性表面少了；
2． 水分子的进一步供应要从远方的空气中来，这就取决于水分子在空气中的扩散速度。
可以设想，当气体分子落在表面上以后，就与组成表面的原子交换能量，当停留时间足够长时，它们之间还将达到热平衡。与此同时，被吸附的分子也会从表面的热能涨落中，取得足够的能量（因为组成表面的原子或分子是在不断振动的，这在热能涨落中，有部份的能量会重新转给吸附的气体分子）而重新离开表面，这样就组成了吸附的动态平衡。
1.2 吸附的分类
吸附按其性质的不同可分为四大类，即：化学吸附、活性吸附、毛细管凝缩和物理吸附。
化学吸附是指吸附剂与吸附质间发生有化学反应，并在吸附剂表面生成化合物的吸附过程。其吸附过程一般进行的很慢，且解吸过程非常困难。
活性吸附是指吸附剂与吸附质间生成有表面络合物的吸附过程。这种表面络合物的特点是：与被吸附的分子结合物的吸附剂的表面分子，仍留在吸附剂的结晶格子上。其解吸过程一般也较困难。
毛细管凝缩是指固体吸附剂在吸附蒸汽时，在吸附剂孔隙内发生的凝结现象。一般需加热才能完全再生。
物理吸附是指依靠吸附剂与吸附质分子间的分子力（即范德华力）进行的吸附。其特点是：吸附过程中没有化学反应，吸附过程进行的极快，参与吸附的各相物质间的平衡在瞬间即可完成，并且这种吸附是完全可逆的。物理吸附的吸附热不大（每克分子量吸附质约自十分之一仟卡至几仟卡），其数值范围与汽化热或凝结热相同。变压吸附（PSA）气体分离装臵中的吸附主要为物理吸附。
变压吸附气体分离工艺过程之所以得以实现是由于吸附剂在这种物理吸附中所具有的两个基本性质：一是对不同组分的吸附能力不同，二是吸附质在吸附剂上的吸附容量随吸附质的分压上升而增加，随吸附温度的上升而下降。利用吸附剂的第一个性质，可实现对混合气体中某些组分的优先吸附而使其它组分得以提纯；利用吸附剂的第二个性质，可实现吸附剂在低温、高压下吸附而在高温、低压下解吸再生，从而构成吸附剂的吸附与再生循环，达到连续分离气体的目的。 1.3 吸附力
吸附剂表面之所以有吸附能力是由于处在两相边界的分子的特殊状态。
在同一个相的内部，每一个分子所经受的被吸往其他分子的吸力在各个方向上是相等的。而在两相边界上，分子所经受的引力则不同。因为吸
引它的分子位于不同的相中，而不同的相各自内部的分子引力是不相同的。作用在边界分子上力量的这种不平衡现象，使得这些分子具有与相内部的分子不同的特质。如果吸力的合力是向该相的内部，则该相表面的状态便表现为表面层收缩的能力，如通常所说，能够吸附与它相接触的另一相中的分子。
气体的分子能在吸附剂的表面停留一些时间，如前所述，主要是由于吸附力的存在，即分子间的作用力的存在。这种作用力可以分成三种：
1． 极性分子与极性分子之间的定向极化作用； 2． 极性分子与非极性分子之间的变形极化作用； 3． 非极性分子与非极性分子之间的瞬时偶极矩。
归纳来看，分子间的作用力主要是由于带电粒子之间的静电作用而形成的，一般称为范德华力。根据理论推算，范德华力是与分子间的距离的七次方成反比的（1／r7），所以，吸附现象可以模拟为这样：当气体分子与表面的距离愈近时（r→）吸引力就愈来愈大，但当两个分子接近到它们的电子云相互重叠时，就在产生一种相互排斥的力，当分子继续接近时，排斥力的增长比吸引力的增长快得多。
因此，真正的分子引力： f = C1/rm-C2/rn
对范德华力来说，m=9~13,n=4~7，右边第一项是引力，第二项是斥力，净吸引力就是二者之差，这两种力的平衡使气体分子在吸附剂表面一段时间放出能量以后又随着固体分子的振动再获得一定能量，以后就离开吸附区，回到气相。
由此可知：
1． 吸附力与气体（吸附质）分子、吸附剂分子的本身性质有关（例如：极化率、活性表面积等）；