吸附法气体分离2015
2015北京初三各区二模化学之科普阅读理解
2015北京各城区初三二模化学之科普阅读理解东城29.（5分）稀有气体包括氦、氖、氩、氪、氙和氡六种气体，约占空气体积的0.94%。
常温常压下，稀有气体都是无色无味，微溶于水，且熔点和沸点都很低。
由于稀有气体元素原子的最外层电子排布是稳定结构，所以它们的化学性质非常稳定，但在一定条件下，氙气（Xe）可与氟气（F2）发生反应，生成四氟化氙（XeF4）。
工业上，制取稀有气体是通过将液态空气蒸馏，得到稀有气体的混合物，再用活性炭低温吸附法，将稀有气体分离开来。
在焊接精密零件或镁、铝等活泼金属时，常用氩作保护气。
氦气是除了氢气外的最轻气体，可以代替氢气应用在飞艇中，不会着火和发生爆炸。
利用稀有气体通电时发出色彩绚丽的光芒，可制成霓虹灯。
依据上述文章内容，回答下列问题。
（1）稀有气体共同的物理性质有______（写一条）。
（2）氦能应用于飞艇的理由是______。
（3）稀有气体化学性质稳定的原因是______。
（4）氙气与氟气反应生成四氟化氙的化学方程式是______。
（5）由液态空气制备稀有气体的过程中，发生的变化是_____（填“物理变化”或“化学变化”）。
西城29．（5分）阅读下面科普短文。
【资料1】融雪剂按组成分为有机融雪剂和无机融雪剂。
有机融雪剂的主要成分为醋酸钾，一般用于机场等重要场所。
无机融雪剂以氯化钠、氯化钙等为主要成分，其融雪原理与相同条件下，不同浓度的食盐水的凝固点有关（见下表）。
溶剂质量(g) 100 100 100 100 100溶质质量（g）0 3.6 7.5 11.1 29.9凝固点(℃) 0 -2.3 -4.2 -6.3 -21【资料2】钛（Ti）是一种银白色的金属。
它具有良好的耐高温、耐低温、抗酸碱以及高强度、低密度的特点，广泛用于航空工业；它无毒且具有优良的生物相容性，是非常理想的医用金属材料，可用来制造人造骨等。
金属钛不仅能在空气中燃烧，也能在二氧化碳或氮气中燃烧。
在稀有气体和高温条件下，用四氯化钛和镁发生置换反应可制备金属钛。
气体除杂质的方法归纳
气体除杂质的方法归纳一、引言气体除杂质是指将气体中的杂质去除，使其达到一定纯度的过程。
在工业生产和实验室研究中，气体除杂质是一个非常重要的环节。
本文将对气体除杂质的方法进行归纳总结。
二、物理吸附法物理吸附法是利用固体吸附剂对气体中的杂质进行吸附，从而实现气体除杂质的方法。
常见的固体吸附剂有活性炭、分子筛等。
1. 活性炭吸附法活性炭具有比表面积大、孔隙率高等特点，能够有效地吸附气态有机物和某些无机物。
将含有杂质的气体通过装有活性炭的管道或设备中，使其与活性炭接触并发生吸附反应，从而去除其中的杂质。
2. 分子筛吸附法分子筛是由硅酸盐等化合物制成的具有微孔结构的固体，在其内部形成了复杂的空间网络结构。
分子筛可以选择性地吸附一些小分子，如水、甲醛、甲苯等。
将含有杂质的气体通过装有分子筛的管道或设备中，使其与分子筛接触并发生吸附反应，从而去除其中的杂质。
三、化学吸收法化学吸收法是利用化学反应将气体中的杂质转化成易于处理或易于回收的物质，从而实现气体除杂质的方法。
常见的化学吸收剂有碱液、酸液等。
1. 碱液吸收法碱液可以与一些气态酸性物质如二氧化硫、二氧化碳等发生反应，生成相应的盐类或碳酸盐，并释放出水。
将含有酸性物质的气体通过装有碱液的管道或设备中，使其与碱液接触并发生反应，从而去除其中的酸性物质。
2. 酸液吸收法酸液可以与一些气态碱性物质如氨、乙胺等发生反应，生成相应的盐类，并释放出水。
将含有碱性物质的气体通过装有酸液的管道或设备中，使其与酸液接触并发生反应，从而去除其中的碱性物质。
四、膜分离法膜分离法是利用半透膜将气体中的杂质分离出去，从而实现气体除杂质的方法。
常见的半透膜有聚合物膜、陶瓷膜等。
1. 聚合物膜分离法聚合物膜是由高分子材料制成的具有一定孔径和选择性的半透膜。
将含有杂质的气体通过装有聚合物膜的管道或设备中，使其与聚合物膜接触并发生分离反应，从而去除其中的杂质。
2. 陶瓷膜分离法陶瓷膜是由陶瓷粉末制成的具有一定孔径和选择性的半透膜。
变压吸附法氮气氧气分离
变压吸附法氮气氧气分离变压吸附法氮气氧气分离氮气和氧气是常见的两种气体，它们在大气中的比例约为78%和21%，在不同的工业应用中，需要纯化或者分离其中的一种或多种气体。
一种常见的方法就是利用变压吸附法（Pressure Swing Adsorption, PSA）对氮气和氧气进行分离。
本文将对此方法进行介绍和分析。
一、变压吸附法的原理和特点变压吸附法其实是一种固体吸附技术。
其原理是在固定床层中放置吸附剂，并通过周期性的压力升降来控制气体的吸附和解吸，从而实现气体混合物的分离。
在气体进入固定床层之前，它需要先经过一些预处理设备，例如压缩机、冷凝器、过滤器等，以去除杂质、降低湿度和温度，使其符合吸附工艺的要求。
具体来说，氮气和氧气分离的过程可以分为以下步骤：1. 吸附：将压缩过的混合气体通过一个易于吸附氧气的床层（比如说分子筛）。
2. 解吸：将床层内的氧气解除吸附状态，需要降低压力并通入另一个床层，这个床层需要执行吸附操作。
3. 气体出口：产生一个只含氮气的稳定流。
这个过程中，需要一个满足以下要求的固体吸附剂：· 具有选择性：能够选择性吸附氧气而不是氮气，或者相反。
· 具有高吸附性：吸附剂表面分子分散程度高，能够将气体分子吸附到表面。
· 具有高再生性：吸附剂的吸附能力需要通过解除吸附状态进行再生。
变压吸附法的主要特点是：· 可以实现连续、可控制的分离操作。
· 操作简单，无需添加任何化学物质。
· 生产成本低，技术成熟，应用广泛。
但也需要注意的是，吸附剂会随着时间的增加而老化，吸附的选择性会降低，影响分离效果。
二、变压吸附法在氮气氧气分离中的应用变压吸附法在氮气和氧气分离中的应用非常广泛，如：1. 制取高纯度氮气：在医药、食品、航空等行业，需要使用高纯度氮气，其中氧气为其主要的杂质。
通过变压吸附法可以成本低廉地制取出高纯度氮气。
2. 制取氧气：氧气在医疗、钢铁、化工等行业中广泛应用，其纯度对产品质量和安全性有很大影响。
变压吸附气体分离方法和装置
变压吸附气体分离方法和装置
1变压吸附气体分离技术
变压吸附气体分离技术是气体深加工的一种关键技术，它广泛应用于化学、冶金、制药、环保、节能等领域，是档案制备高纯气体以及有机废气等深加工的重要工艺。
变压吸附气体分离技术能够高效地剥离出高浓度的有效气体，而无需进行复杂、耐用性差或高能耗的程序。
2变压吸附气体分离装置
变压吸附气体分离装置包括变压吸附塔，主要由冷凝器、变压模块、吸附塔、热回收装置、壳体等组成。
在变压气体分离装置中，气体由冷凝器经变压模块变压，温度发生相应的变化，以达到有效分离的目的。
吸附塔安装在变压塔下部，用于吸聚和分离气体。
热回收装置和壳体安装在变压吸附塔上，可收集对温度升高有害的气体，增强变压塔的能量利用率。
3变压吸附气体分离过程
变压吸附气体分离过程是一个温度变化的动态过程，主要包括冷凝、加热、吸附、冷却、扩散5个阶段。
首先，气体从冷凝器传入变压模块，经变压减至相应的压力，温度升高。
然后，经过改变温度的加热，温度升至一定值，气体发生扩散，气体中的有效成分在吸附塔中吸附。
最后，经过下降温度的冷却，吸附完成，气体又从吸附塔出来，此时有效气体的浓度提高,而无效气体被剥离出去。
4优点
变压吸附气体分离技术及装置具有节能环保、高效稳定、操作简单等优点。
它减少固体废物、消耗更少的能源，还能获得高品质的气体，满足工业产品制备的要求；而且运行稳定，能有效控制气体的温度和压力，大大提高了企业效益。
变压吸附气体分离技术和装置适用于多种有效气体的深加工分离，不仅可满足环保政策的要求，而且可大大减少对环境的污染，提高了生产水平。
气体分离与纯化技术方法
气体分离与纯化技术方法随着工业化的进一步发展，气体分离与纯化技术成为了现代制造和生产过程中不可或缺的一部分。
它们广泛应用于石油化工、能源、环保等众多领域，并在提高工业产品的纯度、降低生产成本以及节能减排方面发挥着重要作用。
一、常见的气体分离方法1. 吸附分离技术吸附分离技术基于不同气体在固体吸附剂上的吸附特性进行分离。
常见的吸附剂有活性炭、分子筛等。
吸附分离技术适用于气体混合物中组分之间吸附性能差异较大的情况，如氧气与氮气的分离。
2. 膜分离技术膜分离技术利用薄膜的选择性传质原理，将气体混合物通过具有特定孔径和渗透性的膜进行分离。
常用的膜分离方法有渗透膜法、气体扩散法和化学反应膜法等。
膜分离技术具有操作简便、节能环保等优点，在气体分离领域得到广泛应用。
3. 精馏分离技术精馏分离技术是通过气体混合物的沸点差异进行分离。
当两种或多种气体的沸点差异较大时，可通过不同的沸点从混合物中分离出目标气体。
精馏分离技术在液化天然气（LNG）的生产和高纯度气体的制备中起着至关重要的作用。
二、气体纯化的方法1. 吸附纯化技术吸附纯化技术通过吸附剂对气体中的杂质进行吸附，实现气体的纯化。
常见的吸附剂有活性炭、硅胶等。
吸附纯化技术广泛应用于煤气净化、空气净化、废气处理等领域。
2. 冷凝纯化技术冷凝纯化技术是利用气体中杂质的不同沸点进行分离。
通过低温冷凝，将气体中的杂质液化并分离出来。
冷凝纯化技术被广泛应用于制取高纯度气体，如液氧、液氮的制备过程中。
3. 催化纯化技术催化纯化技术是通过催化剂对气体中的杂质进行反应转化，实现气体的纯化。
常见的催化剂有铜、铁、铂等。
催化纯化技术被广泛应用于氢气纯化、氨气纯化等领域。
三、气体分离与纯化技术的发展趋势随着科学技术的不断进步，气体分离与纯化技术也在不断发展和创新。
目前，研究人员正致力于开发更高效、更环保的气体分离与纯化技术。
1. 新型膜材料的研发目前已经有了一些新型膜材料，如金属有机膜、多孔有机聚合物膜等。
气体分离常用的四种基本方法
气体分离常用的四种基本方法
气体分离是一种常见的过程，用于从混合气体中分离出纯净的气体组分。
下面将介绍四种常用的气体分离方法，并对其进行拓展。
1. 蒸馏法：蒸馏法是一种将混合气体分离为其组分的方法。
它基于不同气体的沸点差异，通过加热混合气体使其沸腾，然后通过冷凝收集不同沸点的组分。
蒸馏法广泛应用于石油工业中，用于分离石油中的不同烃类。
2. 吸附法：吸附法利用吸附剂对不同气体的吸附性差异实现分离。
吸附剂通常是多孔材料，如活性炭。
混合气体通过吸附床时，各种气体成分会因其与吸附剂的相互作用而吸附在表面上，从而实现了组分的分离。
吸附法广泛应用于空气净化和气体纯化过程中。
3. 膜分离法：膜分离法是一种利用合适的膜材料对不同气体的渗透性差异进行分离的方法。
膜通常是由聚合物或陶瓷材料制成的薄膜，通过选择适当的膜材料和控制操作压力，可以实现对特定气体的选择性分离。
膜分离法广泛应用于气体分离、气体纯化和气体浓缩等领域。
4. 压缩和冷凝法：压缩和冷凝法是一种将混合气体分离为其组分的
方法。
它利用不同气体的压缩性和冷凝性差异，通过调节操作压力和温度，将混合气体中的不同组分逐步压缩和冷凝分离。
这种方法常用于液化天然气的生产过程。
除了上述四种常用的气体分离方法，还有一些其他的技术也广泛应用于气体分离领域，如吸收法、离子交换法和膜渗透法等。
这些方法在不同的应用领域中都有其独特的优势和适用性。
随着科学技术的不断进步，气体分离方法也在不断发展和创新，为各种工业和环境应用提供了更高效和可持续的解决方案。
气体深冷分离技术探讨
气体深冷分离技术探讨摘要：在化工生产过程中，为了将气体中的氧气和氮气分离出来，通常会用到一些气体分离装置，来实现分离空气中气体成分的目的，进而生产出能够满足化工企业需求的气体。
而在诸多空气分离技术中，深冷分离技术是应用比较多的技术之一，它是通过利用天然空气作为基础原料，通过将空气液化的方法，利用冷量循环等操作最终实现空气的分离。
现实生活中，空气的成分非常的复杂，而每种组成成分的沸点也都不太一样，恰巧就是利用这种区别，能够实现将空气中不同成分的气体分离出来。
在科学技术不断进步的驱动下，气体的深冷分离技术也得到了巨大的发展空间，工艺不断的优化，能够生产出纯度更加满足要求的气体，实现市场的有效供给，而本文主要就是对气体深冷分离技术进行探讨，希望可以为化工企业在进行气体分离时提供一些思路。
关键词：气体、深冷分离技术、探讨引言近些年，气体作为企业生产加工时的必要组成部分，越来越受到化工企业的重视，同时也对气体的分离纯度要求越来越高，对于气体供给者来说，提供品质过硬的产品才能促进自身效益的提高，而对于气体的使用者来说，更加关心的是气体分离后的纯度如何，能否满足自身发展所需要。
有效的深冷分离技术能够将空气中无用的气体成分全部分离出去，同时尽最大可能减少浪费，气体深冷分离技术的具体工艺过程对于深冷技术的应用是非常重要的，不同的原料、工艺基础条件等都会对分离技术产生不小的影响，要想分离出高纯度的气体，需要对气体的分离技术进行探讨。
一、气体深冷分离过程的简单介绍空气是最为常见的气体，而气体大体上可以分为氧气、氮气、氩气、二氧化碳等等，当前在化工行业中，气体分离技术还是比较丰富的，比如精馏法、分凝法、吸收法、吸附法、薄膜渗透法等等。
精馏法是通过气体混合后利用冷凝使其成为液态，利用不同气体的沸点的不同，实现精馏分离出不同的气体。
分凝法利用的也是气体沸点不同的原理，不同于精馏法可以实现沸点相近的气体分离，分凝法主要用于沸点有很大差距的气体之间。
气体分离的工作原理
气体分离的工作原理气体分离是指通过物理或化学方法将混合气体中的不同成分进行分离和提纯的过程。
不同的气体分离方法适用于不同的气体成分和应用场景。
本文将介绍几种常见的气体分离工作原理。
一、膜分离法膜分离法是一种基于气体分子大小差异的分离技术。
通过选择性渗透膜，将混合气体分子按照其大小进行分离。
常见的膜分离方法包括气体渗透膜、纳米孔隙膜和选择性溶剂吸附膜等。
在气体渗透膜中，较小分子将更容易通过膜，从而实现气体的分离。
二、吸附分离法吸附分离法是利用吸附材料对气体成分的选择性吸附特性进行分离。
吸附剂通常是由多孔性材料制成，表面具有高比表面积和可调控的吸附能力。
气体在经过吸附剂时，不同成分的吸附量不同，从而实现气体分离。
吸附分离常用于空气分离、氢气提纯和甲烷脱附等领域。
三、蒸馏分离法蒸馏分离法是一种利用气体成分的沸点差异进行分离的方法。
混合气体通过升温，使不同成分的沸点达到蒸发温度，然后在冷凝器中冷却，分离出不同沸点的气体。
蒸馏分离广泛应用于石油化工和化学工程领域。
四、催化分解法催化分解法利用催化剂对气体分子进行化学反应，将混合气体中的某一成分转化为其他物质，达到分离的目的。
常见的催化分解过程包括氧化、还原和裂解等。
催化分解法在氢气制备、氨合成和一氧化碳转换等反应中得到广泛应用。
五、气体凝聚法气体凝聚法是利用不同气体的凝聚点差异进行分离的方法。
通过调节温度和压力条件，使其中某一成分达到液态或固态状态，然后采取相应的分离操作，如冷凝、冷冻或吸附等。
气体凝聚法常用于甲烷液化、气体提纯和液空分离等过程。
综上所述，气体分离的工作原理包括膜分离法、吸附分离法、蒸馏分离法、催化分解法和气体凝聚法等。
这些方法根据不同气体成分的特性和需求场景的不同而选择。
通过合理应用这些气体分离技术，可以实现高效、经济和环保的气体分离过程。
变压吸附气体分离方法和装置
变压吸附气体分离方法和装置变压吸附（Pressure Swing Adsorption，简称PSA）气体分离方法和装置是一种常用的气体分离技术，适用于分离气体混合物中的其中一种特定气体成分。
本文将介绍变压吸附气体分离的基本原理、装置结构以及应用领域。
一、基本原理变压吸附气体分离是利用吸附剂对不同气体分子的吸附特性和对压力的敏感性来实现气体分离的。
当气体混合物进入吸附器时，在吸附剂的作用下，不同的气体分子会在吸附剂表面发生吸附，从而实现气体分离。
然后，在一定的时间内，通过改变吸附器的压力或其他操作参数，使吸附剂再次释放被吸附的气体分子，从而实现分离气体的收集。
二、装置结构（1）吸附器：吸附器是实现气体分离的主要部分，包含吸附剂床层。
气体混合物通过吸附器时，其中的其中一种气体分子会被吸附剂吸附住来实现分离。
（2）再生器：再生器用于释放被吸附的气体分子，通常通过改变吸附器内部的压力来实现。
再生器通常通过加热或减压等方式，将吸附剂中的被吸附气体分子释放出来，从而使吸附器再次可用于吸附气体。
（3）气体分离部分：气体分离部分用于收集吸附器中被释放的气体分子，从而实现气体分离。
通常，通过控制吸附器和再生器的切换，将被吸附的气体分子收集到相应的收集器中。
（4）控制系统：控制系统用于控制吸附器、再生器和收集器等部件的操作，并根据实际需要改变参数，以实现气体分离。
三、应用领域总结而言，变压吸附气体分离方法和装置通过利用吸附剂对不同气体分子的吸附特性和对压力的敏感性来实现气体分离。
其装置结构包括吸附器、再生器、气体分离部分和控制系统等部件。
该技术在工业领域有广泛应用，可以用于空气分离、氢气制取和甲烷提取等方面。
变压吸附气体分离方法和装置
变压吸附气体分离方法和装置变压吸附（Pressure Swing Adsorption，简称PSA）是一种常用的气体分离方法，用于分离气体混合物中的成分。
这种方法可以在常温下操作，具有成本低、操作简单、效率高等优点，因此在工业上得到广泛应用。
本文将详细介绍变压吸附气体分离的原理、方法和装置。
1.原理：变压吸附气体分离的原理基于不同气体成分在吸附剂上的吸附特性不同。
吸附剂通常是一种多孔固体材料，具有较大的比表面积和吸附能力。
当气体混合物通过吸附剂时，各种成分会以不同的速率被吸附到吸附剂表面。
通过调整压力，可以控制吸附剂上各成分的吸附和解吸过程，从而实现气体分离。
2.方法：（1）压力上升：将混合气体通过吸附剂床，逐渐增加系统压力，使吸附剂上的主要组分被吸附。
其它组分则相对较少吸附。
（2）压力降低：降低系统压力，使吸附剂上的吸附组分解吸。
这些解吸组分可以是目标产品，也可以是废气。
（3）床切换：当一个床达到饱和吸附或解吸状态时，需要切换到另一个床进行吸附或解吸操作。
（4）循环：循环执行上述步骤，实现连续的气体分离。
3.装置：（1）吸附器：用于吸附混合气体中的成分。
吸附器通常由多孔吸附剂床和固定床容器组成，吸附剂床的选择和装填方式根据具体应用和气体成分来确定。
（2）压缩机：用于增加系统压力使气体被吸附到吸附剂上。
（3）解压阀：用于降低系统压力，使吸附剂上的吸附组分解吸。
（4）储气罐：用于收集和储存目标产品和废气。
（5）控制系统：用于实现自动控制整个过程，包括压力和温度的控制、床切换等。
总之，变压吸附气体分离是一种有效的气体分离方法，广泛应用于化工、石油、制药等行业。
随着技术的不断发展和进步，变压吸附气体分离装置的效率和性能也在不断提高，为实现高效、经济、环保的气体分离提供了有效的解决方案。
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1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 50
Z2 Z1 AC1 AC2 AC3 AC4 AC5
压力P/kPa
100
150
200
250
300
350
压力P/kPa
298K下5种活性炭和2种沸石分 子筛对CH4的吸附等温线
298K下5种活性炭和2种沸石分 子筛对N2的吸附等温线
39
吸附剂
态与固体内部分子（或原子）所处的状态不同 界面
固体表面分子(或原子)处于 特殊的状态。固体内部分 子所受的力是对称的，故 彼此处于平衡。但在界面 分子的力场是不饱和的， 即存在一种固体的表面力， 它能从外界吸附分子、原 子、或离子，使表面自由 能下降，并在吸附表面上 形成多分子层或单分子层。 而且不同的部位吸附和催 化的活性不同。
吸附量测量
p
体积法（容积法），它是通过测定在一个体积固 定的密闭容器中吸附前后压力变化来计算吸附量 重量法，它是通过直接测定吸附前后吸附剂重量 改变而得到吸附量 ； 流动法，通过测定流入吸附塔和流出吸附塔的吸 附质的差值计算得出
p
p
吸附量测量-容积法
n
容积法的基本依据是克拉贝龙方程计算，He用于膨 胀测量容器内体积
17
吸附概念
影响气-固界面吸附的主要因素
影响气-固界面吸附的主要因素有：温度、压力以及吸附剂 和吸附质的性质。 无论物理吸附还是化学吸附，温度升高时吸附量减少，压 力增加，吸附量和吸附速率皆增大。 极性吸附质更易于被吸附。 吸附质分子的结构越复杂，沸点越高，被吸附的能力越强。 酸性吸附剂易吸附碱性吸附质，反之亦然。
0.09 0.08
0.08
吸附量/(mol/kg)
吸附量/(mol/kg)
0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 0 200 400 600 800 10001200140016001800
0.06 0.04 0.02 0.00
氮气 甲烷
氧气 氮气
0
1000 2000 3000 4000 5000 6000
296
吸附
n
温度 /K
294 吸附热使吸附剂 和气流的温度升高，而使吸附剂的效能降 292 低。所以在 设计吸附器时特别当吸附质 降压 浓度大、吸附量多 升压 考虑在内。 时，必须把 吸附热的影响 290 288
反吹
286 284 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7.0
强
各 气 体 组 分 在 沸 石 吸 附 剂 上 的 吸 附 力 减 弱 排 列 顺 序 示 意
13
吸附概念 — 吸附平衡
在一定温度和压力或浓度下，当气体或液体 与固体吸附剂经长时间充分接触后，吸附质在流 体相和固体相中的含量不再变化，此时吸附量为 平衡吸附量。
解吸速度
吸附速度
14
吸附概念
吸附量的表示 吸附剂吸附能力用吸附量q表示。 吸附量通常有两种表示方法： (1)单位质量的吸附剂所吸附气体的体积
吸附速率：指单位时间内单位质量吸附剂吸附的量。 吸附速率与体系性质(吸附剂、吸附质及其混合物 的物理化学性质)、操作条件(温度、压力、两相接触状 况)以及两相组成等因素有关。 吸附过程为非稳态过程，但对于某一瞬间，可按拟 稳态处理。
34
吸附概念 — 吸附动力学
总传质速率
吸附剂表面
气(液)膜 吸附剂内
吸 附 量 /(mol/kg)
吸附
等量吸附热
31
吸附概念 — 吸附动力学
吸附机理： 吸附质被吸附剂 吸附的过程一般 分为三步： （1）外扩散
吸附剂周围的流体相中组分A扩散穿过 流体膜到达 （固体吸附剂表面。 2）内扩散 因为流体 与固体接触时，在紧贴固体表面处有一 组分A从固体表面进入其微 层滞流膜，所以这一步的速率主要取决 孔道，在微孔道的吸附流体 于吸附质以 分子 扩散通过这一滞流膜的 （ 3 ）吸附 相中 扩散 到微孔表面。 传递速率。 扩散到微孔表面的组分A分子被固体所 吸附，完成吸附。 32
第6个循环
30
吸附概念 —吸附热
-19.4 -19.6 -19.8
Ø 吸附热随吸附量的增加 而减少 Ø 吸附剂表面不同位置的 吸附势能不一样，吸附 势能大的位置先将气体
0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
△H/(kJ/mol)
-20.0 -20.2 -20.4 -20.6 -20.8 -21.0
时间/s
时间/s
36
吸附概念 — 吸附动力学
碳分子筛CMS5对 CH4、N2和O2的吸附平衡时间比较
0.09 0.08
0.08
吸附量/(mol/kg)
吸附量/(mol/kg)
0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 0 200 400 600 800 10001200140016001800
37
本章主要内容
吸附概念 吸附剂
变压吸附原理
吸附分离设备
变压吸附流程
吸附剂
1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 50 100 150 200 250 300 350
吸附量q/(mol/kg)
吸附量q/(mol/kg)
Z2 Z1 AC1 AC2 AC3 AC4 AC5
0.06 0.04 0.02 0.00
氮气 甲烷
氧气 氮气
0
1000 2000 3000 4000 5000 6000
时间/s
时间/s
碳分子筛主要依靠动力学效应来分离混合气体，它对CH4、N2和O2的吸 附速率是不同的，通过实验发现，碳分子筛对O2的吸附速率最大，其次 是N2，对CH4的吸附速率最小。
q* cb qs cs
dq = Kf (cb -c*) = Ks (q* -q) dq
q c*
外扩散
内扩散
式中 c*为与q成平衡的流体相中吸附质的浓度，q*为与cb成平 衡的吸附相浓度，Kf和Ks分别为以流体相总浓度差和吸附相总浓 度差为推动力的总传质系数。
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吸附概念 — 吸附动力学
传质系数反映了吸附质在吸附剂上吸附速率的大小
气体资源学
吸附法气体分离
主讲教师: 杨 雄 E-mail：yangx@ Tel：62332730 办公室：机电楼1218A
吸附法气体分离
2000多年前吸附知识开始应用，如马王堆的汉代干尸 2
吸附法气体分离
3
吸附法气体分离
煤化工领域变压吸附制氧最大达到了40700Nm3/h 4
吸附概念 — 吸附动力学
脱附（解吸）过程与吸附相反
组分A分子从外表面反扩散穿 过流体膜，进入外界周围的 流体中，从而完成脱附。 脱附的组分A分子从孔道内吸附 （3）外反扩散 流体相扩散到吸附剂外表面。
（2）内反扩散 （ 1） 脱 附
已被吸附的组分A分子，部分 脱附，离开微孔道表面。 33
吸附概念 — 吸附动力学
q m bc q = 1 + bc
c=吸附质在液相中的摩尔浓度; qm=吸附剂的的最大吸附量； b=朗格缪尔常数（吸附平衡常数或吸附系数），它的 大小代表了固体表面吸附气体能力的强弱程度。
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吸附概念 — 吸附等温线方程
朗格缪尔方程是具有一定理论基础的吸附等温线方程， 其主要假设是单分子层吸附，其常数qm具有明确的物理 意义。 ①当压力（或浓度）很低时， bp <<1, q≈ qm bp ，即q与p呈 qm 直线关系(Henry定律)； ②当压力（或浓度）很高时， bp >>1, q ≈ qm ，q不再随压力 变化，表示吸附达到饱和。
qm2b2 p2 q2 = 1+ b1 p1 + b2 p2
参数qm1 、 qm2、 b1 、b2 可通过实验数据的回 归求得。
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吸附概念 — 吸附等温线方程
由于组分间的相互竞争，多组分 吸附时每一组分的吸附量比单一组分 时的吸附量少。
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吸附概念 — 吸附热
n
流体分子被吸附到吸附剂表面时所放出的热量称为吸附热。 一般由实验测定。物理吸附是一种凝聚现象，因此吸附过 程总是放热的。物理吸附热相当于液化热或者凝固热
活性炭>1000 m2/g。
(2) 较高的选择性
选择性愈高，一次吸附的分离愈完全。例如木炭对
SO2和NH3的吸附能力远远大于对空气的吸附能力，故能从空气中吸附 分离SO2和NH3，使空气净化。
(3) 一定的机械强度 一定的机械强度和耐磨性可防止在运输和操作过
程中过多破碎，造成操作中流体通道的阻塞或流体污染。
吸附质 吸附剂 adsorbent
具有多孔表面的固体为吸附剂
吸附 adsorption
吸着 sorption
adsorbate
固体
被吸附的物质为吸附质
吸附概念
吸附剂一般为多孔颗粒（也有粉末状、纤维状），其主要特点是 具有很大的内孔表面积。
活性炭
分子筛
树脂
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吸附概念 — 吸附机理
固体的表面性质——固体表面分子（或原子）所处的状
5种碳分子筛在298K下对O2的吸附等温线
0.7 0.6
吸附量q/(mol/kg)
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0 50
CMS1 CMS2 CMS3 CMS4 CMS5
100
150
200
250
300
350
压 力 p/kPa
40
吸附剂
吸附剂要求？
(1) 巨大的吸附面积 表面积越大，吸附能力越强。例如硅胶为500 m2/g，
PV = mRg T