变压吸附指导书范文.doc

变压吸附指导书范文 四、实验指导 1、变压吸附实验原理吸附是一个复杂过程，存在着化学和物理吸附现象，而变压吸附则是纯物理吸附，整个过程均无化学吸附现象存在。 众所周知，当气体与多孔的固体吸附剂（如活性炭类）接触，因固体表面分子与内部分子不同，具有剩余的表面自由力场或称表面引力场，因此使气相中的可被吸附的组分分子碰撞到固体表面后即被吸附。 当吸附于固体表面分子数量逐渐增加，并将要被覆盖时，吸附剂表面的再吸附能力下降，即失去吸附能力，此时以达到吸附平衡。 变压吸附是在较高压力进行吸附，在较低压力下使吸附的组分解吸出来。 从图1吸附等温线可看出，吸附量与分压的关系，升压吸附量增加，而降压可使吸附分子解吸，但解吸不完全，故用抽空方法得到脱附解吸并使吸附剂再生。 图 1、变压吸附的基本过程（常压解吸）吸附解吸的压力变换为反复循环过程，但解吸条件不同，可以有不同结果，可通过图2（a）、（b）得到解释。 当被处理的吸附混合物中有强吸附物和弱吸附物存在时，强吸附物被吸附，而弱吸附物被强吸附物取代而排出，在吸附剂未能达到吸附平衡时，弱吸附物可不断排出，并且被提纯。 （1）常压解吸1）升压过程（AB）经解吸再生后的吸附床处于过程的最低压力P1，床层内杂质物质吸附量为Q1（A点），在此条件下让其他塔的吸附出口气体进入该塔，使塔内压升至吸附压力P3，此时床内杂质的吸附量Q1不变（B点）。 2）吸附过程（BC）在恒定的吸附压力下原料气不断进入吸附床，同时输出产品组分，吸附床内杂质组分的吸附量逐步增加，当达到规定的吸附量Q3时（C点），停止进入原料气，吸附终止，此时吸附床上部仍预留有一部分未吸附杂质的吸附剂。 3）顺放过程（CD）沿着进入原料气输出产品的方向降低压力，流出的气体仍然是产品组分，这部分气体用于其他吸附床升压或冲洗。 在此过程中，随床内压力不断下降，吸附剂上的杂质被不断解吸，解吸的杂质又继续被吸附床上部未充分吸附杂质的吸附剂吸附，因此杂质并未离开吸附床，床内杂质吸附量Q3不变。 当吸附床降压到D点时，床内吸附剂全部被杂质占用，压力为P2。 4）逆放过程（DE）逆着进入原料气输出产品的方向降低压力，直到变压吸附过程的最低压力P1（通常接近大气压力），床内大部分吸留的杂质随气流排出器外，床内杂质吸留量为Q2。 5）冲洗过程（EA）根据实验测定的吸附等温线，在压力P1下吸附床仍有一部分杂质吸留量，为使这部分杂质尽可能解吸，要求床内压力进一步降低。 为此利用其他吸附床顺向降压过程排出的产品组分，在过程最低压力P1下对床层进行逆向冲洗不断降低杂质分压使杂质解吸并随冲洗气带出吸附床。 经一定程度冲洗后，床内杂质吸留量降低到过程的最低量Q1时，再生结束。 至此，吸附床完成了一个吸附解吸再生过程，准备再次升压进行下一个循环。 （2）真空解吸该过程见图2。 1）升压过程（AB）经真空解吸再生后的吸附床处于过程的最低压力P 0、床内杂质吸留量为Q1（A点），在此条件下用让其他塔的吸附出口气体进入该塔，使塔压升至吸附压力P3，床内杂质吸留量Q1不变（B点）。 2）吸附过程（BC）在恒定的吸附压力下原料气不断进入吸附床，同时输出产品组分，吸附床内杂质组分的吸留量逐步增加，当达到规定的吸留量Q3时（C点）停止进入原料气，吸附终止，此时吸附床上部仍预留有一部分未吸附杂质的吸附剂。 3）顺放过程（CD）沿着进入原料气输出产品的方向降低压力，流出的气体仍为产品组分，这部分气体用于其他吸附床升压或冲洗。 在此过程中，随床内压力不断下降，吸附剂上的杂质被不断解吸，解吸的杂质又继续被吸附床上部未充分吸附杂质的吸附剂吸附，因此杂质并未离开吸附床，床内杂质吸留量Q3不变。 当吸附床降压到D点时，床内吸附剂全部被杂质占用，压力为P2。 4）逆放过程（DE）逆着进入原料气输出产品的方向降低压力，直到变压吸附过程的最低压力P1（通常接近大气压力），床内大部分吸留的杂质随气流排出器外，床内杂质吸留量为Q2。 5）抽空过程（EA）根据实验测定的吸附等温线，在压力P1下吸附床仍有一部分杂质吸留量，为使这部分杂质尽可能解吸，要求床内压力进一步降低。 在此利用真空泵抽吸的方法降低床层压力，从而降低了杂质分压使杂质解吸并随抽空气带出吸附床。 抽吸一定时间后，床内压力为P0，杂质吸留量降低到过程的最低量Q1时，再生结束。 至此，吸附床完成了一个吸附解吸再生过程，准备再次升压进行下一个循环。 当被处理的吸附混合物中有强吸附和弱吸附质，而强吸附质被吸附是弱吸附质在加压条件下不被吸附而排出，利用这规律就可提纯弱吸附。 而强吸附质达到吸附平衡后，可通过真空操作解吸出来，也提高了纯度。 当多吸附床联合操作，并采用多自动阀门转换，即可一端出高浓度的弱吸附质，另一端出高纯度强吸附质。 2、变温吸附实验原理变温吸附一般可分为三个步骤吸附、加热再生和冷吹。 对一些特殊的变温吸附工艺过程，如用蒸汽直接对吸附剂加热再生时，还常常需要增加吸附剂的干燥步骤。 由于吸附床加热和冷却过程比较缓慢，所以变温吸附的循环时间较长。 影响变温吸附过程的因素很多，在变温吸附设计和操作过程中必须考虑如下因素的影响 （1）吸附剂与吸附质的吸附性能吸附剂品种很多，首先要确定由主要成分吸附分离组分吸附剂所组成的吸附体系，然后根据相应温度下的吸附等温线进行设计。 （2）吸附周期的长短吸附周期的确定，需根据吸附剂对吸附质吸附性能、加热冷却所需时间、能耗、投资等各种因素综合考虑。 吸附周期长、吸附剂用量大、利用率低、投资高。 吸附周期短、吸附剂用量小、但再生频繁，能耗高，吸附剂使用寿命短。 （3）吸附剂劣化的影响吸附剂经过反复吸附和再生之后，会产生劣化影响，吸附容量开始出现下降的趋势。 吸附剂劣化常见的原因有吸附剂表面被碳、聚合物、化合物等所覆盖；因为半熔融，使细孔部分消失；由于化学反应，使细孔的结构受到破坏等。 吸附剂颗粒表面被粘污是相当普遍的，所以几乎所有的劣化都是由此而引起的。 例如干燥压缩空气时，从压缩机带来的油气凝固在吸附剂表面，加热再生时被碳化等。 （4）残留吸附量的影响残留吸附量是指吸附剂再生结束后，仍残留在吸附剂中的吸附质含量，它是由再生温度和再生气中吸附质含量所决定的。 不同的吸附剂在不同的再生温度常有2%-5%的残留吸附量。 由于存在残留吸附量，吸附剂的有效吸附容量将比平衡吸附量低，在条件允许时，应尽量降低残留吸附量。 （5）再生温度的影响再生温度是变温吸附中非常关键的参数，提高吸附剂的再生温度有利于解吸的完全程度，亦即提高了吸附剂的利用率。 但在实际操作过程中，再生温度不能任意提高，受吸附剂物化性质的限制，温度过高会产生过热或局部过热，致使吸附剂性能下降以至于失去吸附作用，所以选择的再生温度必须低于吸附剂耐热度。 常用的吸附剂如硅胶的耐热度约250，多数分子筛耐热度约650，最高可达800。 通常硅胶的再生温度不应超150，而分子筛等合成沸石在350-400，活性炭最高使用温度为200。 （6）气流流向的影响一般说来，再生加热气流方向与吸附阶段逆向为好，因为床层中未使用部分吸附剂不用解吸，再生气逆向流动可以使床层的产品端残余负荷低，对下一循环吸附操作时保持高的产品纯度比较有利。 而顺向流动会使靠近进料端吸附剂解吸出来的吸附质推向产品端，重新吸附在产品端附近原来未使用的吸附剂上，因而解吸效果较差。 冷却时冷却流体可顺向