吸附過程基本原理

（1）吸附與吸附平衡當流體與多孔固體接觸時,流體中某一組分或多個組分在固體表面處產(chǎn)生積蓄,此現(xiàn)象稱為吸附。在固體表面積蓄的組分稱為吸附物或吸附質(zhì)，多孔固體稱為吸附劑。利用某些多孔固體有選擇地吸附流體中的一個或幾個組分，從而使混合物分離的方法稱為吸附操作，它是分離和純凈氣體和液體混合物的重要單元操作之一。吸附平衡是指在一定的溫度和壓力下，吸附劑與吸附質(zhì)充分接觸，最后吸附質(zhì)在兩相中的分布達到平衡的過程，吸附分離過程實際上都是一個平衡吸附過程。在實際的吸附過程中，吸附質(zhì)分子會不斷地碰撞吸附劑表面并被吸附劑表面的分子引力束縛在吸附相中；同時吸附相中的吸附質(zhì)分子又會不斷地從吸附劑分子或其它吸附質(zhì)分子得到能量，從而克服分子引力離開吸附相。當一定時間內(nèi)進入吸附相的分子數(shù)和離開吸附相的分子數(shù)相等時，吸附過程就達到了平衡。在一定的溫度和壓力下，對于相同的吸附劑和吸附質(zhì)，該動態(tài)平衡吸附量是一個定值。在壓力高時，由于單位時間內(nèi)撞擊到吸附劑表面的氣體分子數(shù)多，因而壓力越高動態(tài)平衡吸附容量也就越大；在溫度高時，由于氣體分子的動能大，能被吸附劑表面分子引力束縛的分子就少，因而溫度越高平衡吸附容量也就越小。（2）吸附類型根據(jù)吸附質(zhì)與吸附劑間吸附作用力性質(zhì)的不同，將吸附分為物理吸附和化學吸附。物理吸附又稱為范德華吸附，它是吸附質(zhì)和吸附劑以分子間作用力為主的吸附；化學吸附是吸附質(zhì)和吸附劑以分子間的化學鍵為主的吸附。利用變壓吸附分離提純氣體混合物的分離方法主要是物理吸附，在整個過程中氣相分子沒有發(fā)生化學變化。（3）吸附速率吸附速率是指當流體與吸附劑接觸時，單位時間內(nèi)的吸附量，單位為kg/s。吸附速率與物系、操作條件及濃度有關。吸附過程包括以下三個步驟：①吸附質(zhì)從流體主體以對流擴散的形式傳遞到固體吸附劑的外表面，此過程稱為外擴散。②吸附質(zhì)從吸附劑的外表面進入吸附劑的微孔內(nèi)，然后擴散到固體的內(nèi)表面，此過程為內(nèi)擴散。③吸附質(zhì)在固體內(nèi)表面上被吸附劑所吸附，稱為表面吸附過程。通常吸附為物理吸附，表面吸附速率很快，故總吸附速率主要取決于內(nèi)外擴散速率的大小。當外擴散速率小于內(nèi)擴散速率時，總吸附速率由外擴散速率決定，此吸附為外擴散控制的吸附。當內(nèi)擴散速率小于外擴散速率時，總吸附速率由內(nèi)擴散速率決定，此吸附為內(nèi)擴散控制的吸附。（4）吸附劑吸附分離的效果很大程度上取決于吸附劑的性能，工業(yè)吸附要求吸附劑滿足以下要求：①具有較大的內(nèi)表面；②選擇性高；③具有一定的機械強度；④有良好的物理及化學穩(wěn)定性；⑤容易再生；⑥價廉，易得。目前在吸附分離過程中常用的吸附劑主要有活性炭、合成沸石分子篩、硅膠、活性氧化鋁等?；钚蕴渴亲畛Ｓ玫奈絼?。它具有非極性表面，比表面積較大，化學穩(wěn)定性好，抗酸耐堿，熱穩(wěn)性高，再生容易。常用于空氣分離制氮、改善飲料氣味、香煙的過濾嘴等場合。沸石分子篩是指硅鋁酸金屬鹽的晶體，它是一種強極性的吸附劑，對極性分子，特別是對水有很大的親和能力，具有很強的選擇性。常用于石油餾分的分離、各種氣體和液體的干燥等場合，如從混合二甲苯中分離出對二甲苯，從空氣中分離氧。硅膠是親水性的極性吸附劑，對不飽和烴、甲醇、水分等有明顯的選擇性。主要用于氣體和液體的干燥、溶液的脫水?；钚匝趸X是一種極性吸附劑，對水分有很強的吸附能力。主要用于氣體的干燥和液體的脫水，如汽油、煤油、芳烴等化工產(chǎn)品的脫水；空氣、氫氣、氯化氫和二氧化硫等氣體的干燥。最常用的吸附劑是分子篩和活性炭，通常兩種吸附劑組合使用。分子篩對一般氣體的吸附順序是H2＜N2＜CH4＜CO＜CO2，活性炭對一般氣體的吸附順序是H2＜N2＜CO＜CH4＜CO2。（5）吸附劑再生吸附劑因吸附大量的吸附質(zhì)，并逐漸趨向飽和并喪失工作能力，因而必然對失效的吸附劑進行更換或者再生。再生是在吸附劑基本不發(fā)生變化的前提下，采用某種方法使吸附質(zhì)脫附，以恢復吸附質(zhì)吸附性能的過程。通過再生可以實現(xiàn)吸附劑的循環(huán)使用，降低處理成本，減少系統(tǒng)廢渣排放量，也可以對有利用價值的吸附質(zhì)進行回收。吸附劑的再生