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吸附分離工藝與工程 版權信息
- ISBN：9787030716804
- 條形碼：9787030716804 ; 978-7-03-071680-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
吸附分離工藝與工程 內容簡介
本書系統地介紹了氣體吸附分離工藝與工程所涉及的相關技術進展，主要包括氣體吸附分離基礎、吸附分離的基本工藝過程、吸附分離裝置的主要設備、吸附分離裝置的控制系統及儀表、變壓吸附工藝及工程應用、變溫吸附工藝與工程應用、變壓吸附工藝與其他分離工藝的工程耦合、變壓吸附過程模擬計算、燃料電池用氫氣的制備與純化等內容，全面闡述氣體吸附分離技術的設計基礎與工程應用。
吸附分離工藝與工程 目錄
目錄
序言
前言
第1章 氣體吸附分離基礎 1
1.1 吸附分離理論基礎 1
1.1.1 吸附與脫附 1
1.1.2 吸附理論基礎 5
1.1.3 吸附分離機理 10
1.1.4 吸附分離方法 11
1.2 吸附劑工業應用基礎 13
1.2.1 工業吸附劑 13
1.2.2 吸附劑的工藝選擇基礎 27
1.2.3 吸附劑的失效與再生 34
1.3 吸附分離工藝基礎 36
1.3.1 吸附分離工藝 36
1.3.2 工藝選擇基礎 39
參考文獻 41
第2章 吸附分離的基本工藝過程 44
2.1 吸附分離循環工藝 44
2.1.1 吸附分離循環 44
2.1.2 吸附分離循環步驟 47
2.1.3 吸附分離工藝流程 50
2.2 吸附分離工藝的應用 60
2.2.1 吸附分離工藝的分類 60
2.2.2 吸附分離工藝的選擇 64
2.3 吸附分離工藝的工程配置 66
2.3.1 預處理系統 66
2.3.2 動力系統 67
2.3.3 吸附分離系統 72
2.3.4 管路系統 73
2.3.5 控制系統 74
2.3.6 檢測系統 75
參考文獻 76
第3章 吸附分離裝置的主要設備 78
3.1 吸附塔 78
3.1.1 吸附塔的功能和特點 78
3.1.2 吸附塔的結構形式 78
3.1.3 吸附塔的設計 87
3.1.4 氣體分布器優化設計 89
3.2 工藝儲罐 90
3.2.1 工藝儲罐的特點 90
3.2.2 工藝儲罐的結構 92
3.3 氣液分離器 94
3.3.1 常用的氣液分離器的特點 94
3.3.2 絲網分離器結構 94
3.4 程控閥 95
3.4.1 變壓吸附工藝對程控閥的技術要求 95
3.4.2 程控閥的結構與特點 97
3.4.3 程控閥的主要部位材質 101
3.4.4 程控閥的使用環境 103
3.4.5 程控閥常見故障及維護 103
參考文獻 104
第4章 吸附分離裝置的控制系統及儀表 106
4.1 吸附分離裝置的控制系統 106
4.1.1 吸附分離裝置控制系統類型 106
4.1.2 變壓吸附工藝對控制系統的要求 115
4.2 吸附分離裝置的核心控制程序 117
4.2.1 自適應控制系統 117
4.2.2 故障診斷及切換系統 121
4.3 吸附分離工藝的閥門控制 122
4.3.1 程控閥開關的順序邏輯控制 122
4.3.2 調節閥的過程壓力跟蹤控制 127
4.4 吸附分離裝置的主要儀表 132
4.4.1 電磁閥及閥位檢測 132
4.4.2 壓力、壓差和溫度測量 134
4.4.3 調節閥 135
4.4.4 流量計 139
4.4.5 在線分析儀 141
4.4.6 安全監測儀表 149
4.5 吸附分離控制系統發展方向 150
4.5.1 方案設計 150
4.5.2 系統基本網絡架構 151
參考文獻 153
第5章 變壓吸附工藝與工程應用 154
5.1 變壓吸附提純氫氣工藝 154
5.1.1 原料來源 154
5.1.2 產品氫氣要求與標準 168
5.1.3 常用工藝 172
5.1.4 典型工程應用 177
5.2 變壓吸附提濃乙烯工藝 184
5.2.1 原料來源 184
5.2.2 常用工藝 186
5.2.3 典型工程應用 191
5.3 變壓吸附脫碳及二氧化碳提純工藝 201
5.3.1 原料來源 201
5.3.2 常用工藝 202
5.3.3 典型脫碳工程應用 212
5.3.4 典型二氧化碳提純工程應用 217
5.4 變壓吸附提純一氧化碳工藝 220
5.4.1 原料來源 220
5.4.2 產品要求與標準 223
5.4.3 常用工藝 224
5.4.4 典型工程應用 226
5.5 變壓吸附空氣分離制氧工藝 230
5.5.1 原料來源 230
5.5.2 常用工藝 230
5.5.3 典型工程應用 237
5.6 變壓吸附空分制氮工藝 242
5.6.1 原料來源 242
5.6.2 制氮工藝 242
5.6.3 典型工程應用 244
5.7 變壓吸附濃縮和回收甲烷工藝 246
5.7.1 原料來源 246
5.7.2 常用工藝 249
5.7.3 典型工程應用 252
5.8 變壓吸附氯乙烯尾氣凈化回收工藝 259
5.8.1 原料來源 259
5.8.2 凈化方法簡介 260
5.8.3 常用工藝 262
5.8.4 典型工程應用 265
5.9 吸附分離裝置的工程設計 267
5.9.1 吸附分離工藝設計 267
5.9.2 裝置總平面布置與設備布置設計 271
5.9.3 裝置非標設備與管道設計 272
5.9.4 其他配套工程設計 274
5.9.5 吸附分離裝置安全設計與環境保護 280
5.10 吸附分離技術的前景展望 283
5.10.1 工業副產氣資源化利用 283
5.10.2 碳中和背景下二氧化碳捕集提純技術的應用 283
5.10.3 大型化變壓吸附氫氣提純裝置開發和應用 284
5.10.4 氫能領域的應用 284
5.10.5 大氣污染物排放治理 285
5.10.6 吸附分離技術的發展趨勢 285
參考文獻 286
第6章 變溫吸附工藝與工程應用 289
6.1 變溫吸附工藝 289
6.1.1 變溫吸附循環過程 289
6.1.2 變溫吸附工藝 290
6.1.3 變溫吸附工藝的熱量平衡 295
6.2 變溫吸附工藝的工程配置 296
6.2.1 吸附分離系統 296
6.2.2 動力系統 297
6.2.3 加熱系統 298
6.2.4 檢測系統 300
6.3 變溫吸附工藝的工程應用 302
6.3.1 氣體干燥 302
6.3.2 氣體凈化 305
6.4 變溫吸附技術的前景展望 312
參考文獻 314
第7章 變壓吸附工藝與其他分離工藝的工程耦合 315
7.1 其他分離凈化技術的發展 315
7.2 變壓吸附與膜分離工藝的工程耦合 316
7.2.1 高壓工業尾氣的回收利用 316
7.2.2 煉廠副產氣中氫氣和輕烴的回收利用 319
7.2.3 揮發性有機物回收 324
7.3 變壓吸附與低溫技術的工程耦合 326
7.3.1 粗氦氣提濃 326
7.3.2 一氧化碳和氫氣分離提純 334
7.3.3 低溫空分前端凈化 337
7.4 變壓吸附與吸收工藝的工程耦合 339
7.4.1 煉廠干氣回收利用 340
7.4.2 氫氣分離提純 342
7.4.3 揮發性有機物回收 347
7.5 變壓吸附與變溫吸附、低溫技術的工程耦合 347
7.5.1 不同用途的二氧化碳產品質量要求 348
7.5.2 常用工藝 349
7.5.3 耦合技術及特點 350
7.5.4 典型工程應用 353
7.6 變壓吸附與其他分離技術耦合展望 356
7.6.1 深冷分離與吸附分離耦合工藝 356
7.6.2 膜分離與吸附分離耦合工藝 357
7.6.3 吸附與反應耦合工藝 358
參考文獻 358
第8章 變壓吸附過程模擬計算 361
8.1 變壓吸附過程模型基礎 361
8.1.1 雙組分變壓吸附數學模型 362
8.1.2 變壓吸附模型組成基礎 362
8.2 變壓吸附過程數學模型與模型求解 366
8.2.1 變壓吸附過程數學模型 366
8.2.2 模型參數 368
8.2.3 模型數值求解 372
8.3 變壓吸附空分制氧過程模擬計算 375
8.3.1 流程設計 375
8.3.2 模擬計算 376
8.4 變壓吸附提氫過程模擬計算 380
8.4.1 流程設計與數學模型 380
8.4.2 模擬計算 381
8.4.3 結果分析 382
8.5 變壓吸附脫除變換氣中微量一氧化碳和二氧化碳模擬計算 386
8.5.1 變換氣中一氧化碳和二氧化碳的脫除工藝與模擬計算 386
8.5.2 變壓吸附的吸附凈化特性 389
8.5.3 變壓吸附凈化過程的優化 391
8.6 展望 391
參考文獻 393
第9章 燃料電池用氫氣的制備與純化 396
9.1 氫能領域的發展現狀 396
9.2 氫能領域氫氣的主要應用場合 396
9.3 氫燃料電池的種類簡述 397
9.3.1 原理簡述 398
9.3.2 PEMFC原理 398
9.3.3 燃料電池氫氣質量的要求及標準 400
9.4 燃料電池用氫氣的分離提純 401
9.4.1 化石能源制氫 401
9.4.2 工業副產氫氣 403
9.4.3 生物質制氫 406
9.4.4 水分解制氫 407
9.4.5 甲醇重整制氫 407
9.4.6 化學品分解制氫 408
9.5 氫氣純化 409
9.5.1 微量水脫除 410
9.5.2 微量硫脫除 410
9.5.3 微量一氧化碳的脫除 411
9.6 典型工程應用 412
9.6.1 煉廠富氫氣純化 412
9.6.2 焦爐煤氣提氫氣 413
9.6.3 丙烷脫氫尾氣 414
9.7 展望 416
參考文獻 417
序言
前言
第1章 氣體吸附分離基礎 1
1.1 吸附分離理論基礎 1
1.1.1 吸附與脫附 1
1.1.2 吸附理論基礎 5
1.1.3 吸附分離機理 10
1.1.4 吸附分離方法 11
1.2 吸附劑工業應用基礎 13
1.2.1 工業吸附劑 13
1.2.2 吸附劑的工藝選擇基礎 27
1.2.3 吸附劑的失效與再生 34
1.3 吸附分離工藝基礎 36
1.3.1 吸附分離工藝 36
1.3.2 工藝選擇基礎 39
參考文獻 41
第2章 吸附分離的基本工藝過程 44
2.1 吸附分離循環工藝 44
2.1.1 吸附分離循環 44
2.1.2 吸附分離循環步驟 47
2.1.3 吸附分離工藝流程 50
2.2 吸附分離工藝的應用 60
2.2.1 吸附分離工藝的分類 60
2.2.2 吸附分離工藝的選擇 64
2.3 吸附分離工藝的工程配置 66
2.3.1 預處理系統 66
2.3.2 動力系統 67
2.3.3 吸附分離系統 72
2.3.4 管路系統 73
2.3.5 控制系統 74
2.3.6 檢測系統 75
參考文獻 76
第3章 吸附分離裝置的主要設備 78
3.1 吸附塔 78
3.1.1 吸附塔的功能和特點 78
3.1.2 吸附塔的結構形式 78
3.1.3 吸附塔的設計 87
3.1.4 氣體分布器優化設計 89
3.2 工藝儲罐 90
3.2.1 工藝儲罐的特點 90
3.2.2 工藝儲罐的結構 92
3.3 氣液分離器 94
3.3.1 常用的氣液分離器的特點 94
3.3.2 絲網分離器結構 94
3.4 程控閥 95
3.4.1 變壓吸附工藝對程控閥的技術要求 95
3.4.2 程控閥的結構與特點 97
3.4.3 程控閥的主要部位材質 101
3.4.4 程控閥的使用環境 103
3.4.5 程控閥常見故障及維護 103
參考文獻 104
第4章 吸附分離裝置的控制系統及儀表 106
4.1 吸附分離裝置的控制系統 106
4.1.1 吸附分離裝置控制系統類型 106
4.1.2 變壓吸附工藝對控制系統的要求 115
4.2 吸附分離裝置的核心控制程序 117
4.2.1 自適應控制系統 117
4.2.2 故障診斷及切換系統 121
4.3 吸附分離工藝的閥門控制 122
4.3.1 程控閥開關的順序邏輯控制 122
4.3.2 調節閥的過程壓力跟蹤控制 127
4.4 吸附分離裝置的主要儀表 132
4.4.1 電磁閥及閥位檢測 132
4.4.2 壓力、壓差和溫度測量 134
4.4.3 調節閥 135
4.4.4 流量計 139
4.4.5 在線分析儀 141
4.4.6 安全監測儀表 149
4.5 吸附分離控制系統發展方向 150
4.5.1 方案設計 150
4.5.2 系統基本網絡架構 151
參考文獻 153
第5章 變壓吸附工藝與工程應用 154
5.1 變壓吸附提純氫氣工藝 154
5.1.1 原料來源 154
5.1.2 產品氫氣要求與標準 168
5.1.3 常用工藝 172
5.1.4 典型工程應用 177
5.2 變壓吸附提濃乙烯工藝 184
5.2.1 原料來源 184
5.2.2 常用工藝 186
5.2.3 典型工程應用 191
5.3 變壓吸附脫碳及二氧化碳提純工藝 201
5.3.1 原料來源 201
5.3.2 常用工藝 202
5.3.3 典型脫碳工程應用 212
5.3.4 典型二氧化碳提純工程應用 217
5.4 變壓吸附提純一氧化碳工藝 220
5.4.1 原料來源 220
5.4.2 產品要求與標準 223
5.4.3 常用工藝 224
5.4.4 典型工程應用 226
5.5 變壓吸附空氣分離制氧工藝 230
5.5.1 原料來源 230
5.5.2 常用工藝 230
5.5.3 典型工程應用 237
5.6 變壓吸附空分制氮工藝 242
5.6.1 原料來源 242
5.6.2 制氮工藝 242
5.6.3 典型工程應用 244
5.7 變壓吸附濃縮和回收甲烷工藝 246
5.7.1 原料來源 246
5.7.2 常用工藝 249
5.7.3 典型工程應用 252
5.8 變壓吸附氯乙烯尾氣凈化回收工藝 259
5.8.1 原料來源 259
5.8.2 凈化方法簡介 260
5.8.3 常用工藝 262
5.8.4 典型工程應用 265
5.9 吸附分離裝置的工程設計 267
5.9.1 吸附分離工藝設計 267
5.9.2 裝置總平面布置與設備布置設計 271
5.9.3 裝置非標設備與管道設計 272
5.9.4 其他配套工程設計 274
5.9.5 吸附分離裝置安全設計與環境保護 280
5.10 吸附分離技術的前景展望 283
5.10.1 工業副產氣資源化利用 283
5.10.2 碳中和背景下二氧化碳捕集提純技術的應用 283
5.10.3 大型化變壓吸附氫氣提純裝置開發和應用 284
5.10.4 氫能領域的應用 284
5.10.5 大氣污染物排放治理 285
5.10.6 吸附分離技術的發展趨勢 285
參考文獻 286
第6章 變溫吸附工藝與工程應用 289
6.1 變溫吸附工藝 289
6.1.1 變溫吸附循環過程 289
6.1.2 變溫吸附工藝 290
6.1.3 變溫吸附工藝的熱量平衡 295
6.2 變溫吸附工藝的工程配置 296
6.2.1 吸附分離系統 296
6.2.2 動力系統 297
6.2.3 加熱系統 298
6.2.4 檢測系統 300
6.3 變溫吸附工藝的工程應用 302
6.3.1 氣體干燥 302
6.3.2 氣體凈化 305
6.4 變溫吸附技術的前景展望 312
參考文獻 314
第7章 變壓吸附工藝與其他分離工藝的工程耦合 315
7.1 其他分離凈化技術的發展 315
7.2 變壓吸附與膜分離工藝的工程耦合 316
7.2.1 高壓工業尾氣的回收利用 316
7.2.2 煉廠副產氣中氫氣和輕烴的回收利用 319
7.2.3 揮發性有機物回收 324
7.3 變壓吸附與低溫技術的工程耦合 326
7.3.1 粗氦氣提濃 326
7.3.2 一氧化碳和氫氣分離提純 334
7.3.3 低溫空分前端凈化 337
7.4 變壓吸附與吸收工藝的工程耦合 339
7.4.1 煉廠干氣回收利用 340
7.4.2 氫氣分離提純 342
7.4.3 揮發性有機物回收 347
7.5 變壓吸附與變溫吸附、低溫技術的工程耦合 347
7.5.1 不同用途的二氧化碳產品質量要求 348
7.5.2 常用工藝 349
7.5.3 耦合技術及特點 350
7.5.4 典型工程應用 353
7.6 變壓吸附與其他分離技術耦合展望 356
7.6.1 深冷分離與吸附分離耦合工藝 356
7.6.2 膜分離與吸附分離耦合工藝 357
7.6.3 吸附與反應耦合工藝 358
參考文獻 358
第8章 變壓吸附過程模擬計算 361
8.1 變壓吸附過程模型基礎 361
8.1.1 雙組分變壓吸附數學模型 362
8.1.2 變壓吸附模型組成基礎 362
8.2 變壓吸附過程數學模型與模型求解 366
8.2.1 變壓吸附過程數學模型 366
8.2.2 模型參數 368
8.2.3 模型數值求解 372
8.3 變壓吸附空分制氧過程模擬計算 375
8.3.1 流程設計 375
8.3.2 模擬計算 376
8.4 變壓吸附提氫過程模擬計算 380
8.4.1 流程設計與數學模型 380
8.4.2 模擬計算 381
8.4.3 結果分析 382
8.5 變壓吸附脫除變換氣中微量一氧化碳和二氧化碳模擬計算 386
8.5.1 變換氣中一氧化碳和二氧化碳的脫除工藝與模擬計算 386
8.5.2 變壓吸附的吸附凈化特性 389
8.5.3 變壓吸附凈化過程的優化 391
8.6 展望 391
參考文獻 393
第9章 燃料電池用氫氣的制備與純化 396
9.1 氫能領域的發展現狀 396
9.2 氫能領域氫氣的主要應用場合 396
9.3 氫燃料電池的種類簡述 397
9.3.1 原理簡述 398
9.3.2 PEMFC原理 398
9.3.3 燃料電池氫氣質量的要求及標準 400
9.4 燃料電池用氫氣的分離提純 401
9.4.1 化石能源制氫 401
9.4.2 工業副產氫氣 403
9.4.3 生物質制氫 406
9.4.4 水分解制氫 407
9.4.5 甲醇重整制氫 407
9.4.6 化學品分解制氫 408
9.5 氫氣純化 409
9.5.1 微量水脫除 410
9.5.2 微量硫脫除 410
9.5.3 微量一氧化碳的脫除 411
9.6 典型工程應用 412
9.6.1 煉廠富氫氣純化 412
9.6.2 焦爐煤氣提氫氣 413
9.6.3 丙烷脫氫尾氣 414
9.7 展望 416
參考文獻 417
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吸附分離工藝與工程 節選
第1章氣體吸附分離基礎 自然界中存在著不同物質聚集狀態之間的表面富集現象，這種富集現象通常發生在氣固、液固、氣液及液液之間。聚集狀態中氣體*活躍，而固體有著不同的表面自由能，所以氣固之間的吸附富集現象*廣泛且復雜。從古至今，吸附作用始終存在于人類的生活和生產中，人們很早就發現一些吸附現象并加以利用，如用草木灰、木炭或熟石灰去除異味和濕氣，利用一些礦物凈化所需的生活用水等。自1756年瑞典礦物學家Cronstedt發現天然沸石礦物以來，沸石作為一種吸附材料一直是人們的研究對象；1930年英國學者Mcbain發現天然沸石具有篩分分子的性能而提出“分子篩”的概念。20世紀中葉隨著人工合成沸石的成功，且通過離子交換可以生產其他功能的合成沸石分子篩產品，使沸石分子篩作為吸附材料（也稱吸附劑）在工業中得到廣泛應用；同時，其他如活性炭、硅膠、活性氧化鋁等吸附材料也在工業應用中得到進一步推廣。正是由于吸附材料的發展，促進了氣體吸附分離的理論探索和循環工藝開發及其工程應用，目前，吸附分離已成為重要的化工單元過程。 1.1吸附分離理論基礎 1.1.1吸附與脫附 吸附（adsorption）是指氣體（或液體）分子在固體表面自由聚集而降低固體表面自由能（簡稱“表面能”），使固體表面的分子濃度增大的現象。吸收（absorption）則指物質分子穿透固體或液體的表面層而進入內部結構中的富集現象。吸附和吸收是兩種不同富集過程，吸附只發生在固體表面（包括外表面和內表面），吸收則需進入物質的內部結構。盡管固體上的吸附和吸收時常同時發生，難以從表觀現象上區別，但對于氣體來說，尤其是低沸點的氣體，氣固之間主要表現為吸附，即氣體吸附是指在固體表面吸附周圍氣體分子的過程。脫附（desorption）是指由于分子的熱運動，能量大的分子脫離吸附表面而使吸附量減少的過程，脫附為吸附的逆過程。 1.吸附機理 固體表面由于缺少相鄰的能形成靜電平衡的原子而產生表面能，吸附的本質是降低固體表面由于靜電引力不平衡而產生的表面能。在吸附過程中，發生吸附的固體材料稱為吸附劑（adsorbent），而被固體吸附的物質稱為吸附質（adsorbate），吸附劑吸附的單一吸附質的量為該物質的吸附量。按吸附劑顆粒的孔大小一般可分為微孔（＜2nm）、中孔（2～50nm，也稱介孔）和大孔（＞50nm），微孔影響吸附劑性能，中孔和大孔一般作為吸附質通道。 物質的吸附首先表現為吸附質分子被吸引到吸附劑顆粒外表面，再從外表面擴散至固體顆粒的內表面，并在內表面吸附；吸附質分子向吸附劑內表面轉移包括三個階段：①吸附質分子首先從流體主體通過流體界膜擴散到吸附劑顆粒外表面的外擴散過程，也稱為膜擴散過程；②吸附質分子再從吸附劑顆粒外表面沿著顆粒的微孔深入到其內表面的內擴散過程，也稱為孔擴散過程或顆粒擴散過程；③吸附質分子在吸附劑內表面的吸附過程；吸附機理包括膜擴散過程、孔擴散過程和吸附過程。 吸附速率是指單位時間內被單位質量吸附劑所吸附的吸附質的量。氣體吸附質分子在吸附劑上發生吸附時，上述三個階段的吸附速率分為三種：①吸附劑周圍的氣體界膜內吸附質分子的氣膜擴散速率；②吸附劑顆粒內吸附質分子的孔擴散速率；③吸附劑內部表面上吸附質分子的吸附速率。由于吸附是瞬間完成的，吸附速率在常溫常壓下所需的時間為10–7～10–5s，相比膜擴散速率和孔擴散速率，吸附速率的影響可以忽略不計[2]。這樣，整個吸附過程就成為一個傳質過程，擴散速率為控制步驟，即膜擴散速率或孔擴散速率中*慢的擴散為關鍵步驟。 在吸附過程中，當吸附質分子自由擴散至吸附劑表面的速率慢時，顆粒表面就會形成一層厚的氣膜，氣體擴散阻力就會大于顆粒內部的孔擴散阻力，氣膜擴散速率就成為決定傳質過程的關鍵。此時，可以通過較高的流速使氣膜擴散阻力降至盡可能小，由孔擴散來決定傳質擴散速率。孔擴散是一個很復雜的過程，它同顆粒內孔結構有密切的關系，包括微孔擴散、中孔擴散和大孔擴散，對吸附劑來說，微孔擴散是孔擴散的關鍵。如圖1-1所示，活性炭吸附劑孔系統由大孔、中孔、微孔和極小的超微孔組成，吸附質分子在活性炭上的擴散，首先有自由擴散、氣膜擴散和顆粒內擴散；在顆粒內擴散中，大孔、中孔猶如通道一樣，吸附質分子通過它們向微孔處擴散，這種孔結構有著不相同的擴散機理，存在孔壁表面、活性狹縫和微孔內的擴散。而對于分子篩內的擴散，其擴散不僅與擴散分子的形狀、尺寸和極性有關，還與通道的幾何形狀和尺寸，晶體內陽離子的特性、分布和數目等有關，更加復雜。 圖1-1活性炭孔結構及吸附質擴散過程示意圖[3] 固體表面存在吸附，也同時存在脫附。脫附為吸附的逆過程（圖1-2），固體表面的吸附質（吸附分子）可以是單層，也可以是多層，這是由固體表面與吸附質之間的吸附作用力的大小決定的；同時，吸附與脫附之間存在著動態平衡。 圖1-2吸附與脫附示意圖[3] 2.脫附機理 吸附是由吸附質分子與吸附劑表面之間的吸附作用力而產生的，而脫附過程氣體分子正好與其吸附過程相反，需要擺脫吸附作用力。吸附與脫附是有條件的動態平衡，具有可逆性；同時，吸附劑對吸附質的吸附量是有限的，要實現吸附劑的有效利用就需利用其吸附與脫附的可逆性，進行吸附與脫附之間的循環轉換，使吸附劑能重復使用。通過改變操作條件（如降壓或升溫）脫除吸附劑中吸附質分子，使吸附劑恢復吸附性能并能重復使用的過程，也稱為再生或解吸；選擇合適的脫附（再生或解吸）方法，對吸附分離技術的工業應用非常重要。 脫附過程就是打破吸附劑中的吸附平衡，擺脫分子所受的吸附作用力，使吸附劑表面上的氣體分子不斷減少，達到理想的干凈狀態[4]。根據分子運動的統計學說，可以推導出在給定條件下，單位時間內被吸附的分子從吸附劑表面脫附的分子個數（m）為 （1-1） 式中，A為比例常數；B為已吸附的分子數；e為自然對數的底；.H為吸附熱；R為氣體常數；T為再生溫度；其中，吸附熱大小反映吸附劑與吸附質間相互作用的強弱。 由于分子運動，被脫附的氣體分子仍有可能回到吸附劑表面，在單位時間內這部分的分子數（n）為 （1-2） 式中，N為阿伏伽德羅（Avogadro）常數；p為該氣體組分的分壓；M為該氣體組分的相對分子質量；T為再生溫度。 由式（1-1）和式（1-2）可知：①.H數值越大，m就越小，說明吸附熱大的分子不易脫附；②隨著氣體分子的脫附，B逐漸降低，m也相應降低，因而脫附操作需要持續一定的時間，才能使B降到*小值；③p降低，n也相應降低，即吸附相中吸附質分子數越少，說明低分壓有利于脫附；④脫附速率取決于m–n的差值；再生溫度越高，m越大，n卻相應減小，m–n的值增大有利于分子的脫附。 吸附過程中吸附質分子在吸附劑中的吸附機理復雜。根據吸附質分子和吸附劑固體表面之間鍵合作用力的性質，吸附通常可分為物理吸附和化學吸附。 3.物理吸附 吸附質分子與吸附劑表面之間由范德瓦耳斯力（van der Waals force）而產生的吸附稱為物理吸附（physical adsorption）。范德瓦耳斯力比化學鍵弱得多，是存在于分子間的一種吸引力，包括色散力、誘導力和取向力三種靜電作用力。其中色散力普遍存在于不同分子之間，且在非極性與極性較弱的分子之間主要是色散力；誘導力存在于極性分子與極性分子或非極性分子之間；取向力只存在于極性分子之間。物理吸附可以是單分子層吸附或多分子層吸附，**層的吸附熱通常比氣體的正常冷凝熱大得多，當吸附層數增多時，逐漸接近其液化熱或其氣體的冷凝熱；物理吸附的吸附熱較低，一般在–40kJ/mol以內。物理吸附不需要活化能，吸附溫度越低，吸附量越大，吸附速率和解吸速率都很快。 物理吸附是自發過程，具有普遍性、無選擇性、吸附熱較小、吸附速率快、吸附與脫附容易且可逆等特點。吸附是放熱過程，而脫附是吸熱過程。具有顯著吸附作用的吸附劑大多是微孔材料，發生在微孔材料孔結構中的物理吸附包括單分子層吸附、多層吸附和毛細管凝聚三種階段。其中，毛細管凝聚是指氣體在小于其飽和壓力下，在孔道中凝集成液態，發生了氣-液之間相變的現象；在氣體分離過程中，氣體的毛細管凝聚會增加其脫附難度，降低吸附劑性能，在工藝設計中應盡量避免發生。 4.化學吸附 吸附質分子與吸附劑表面之間發生電子轉移、交換或共有的化學鍵合作用力的吸附稱為化學吸附（chemical adsorption）。在化學吸附過程中，可能存在吸附質分子失去電子或得到電子，或與固體表面原子（或離子）共有電子形成配位鍵或共價鍵的三種鍵合情況。化學吸附屬于單分子層吸附，具有選擇性、不可逆性、活化能較高、吸附熱較大、脫附困難且吸附劑表面會變化等特點；化學吸附的吸附量大小隨吸附質分子與吸附劑表面間形成吸附化學鍵合作用力的不同而變化。化學吸附一般需要克服較高的活化能，提高溫度會增加吸附量，且大多化學吸附是放熱過程；化學吸附的吸附熱接近于化學反應熱，吸附熱值較高，且變化的幅度也大，如一氧化碳在金屬鎳（Ni）上的吸附熱是–175.8kJ/mol，而一氧化碳與鎳反應生成羰基鎳[Ni（CO）4]的反應熱是–146.5kJ/mol。 吸附熱是影響化學吸附的重要因素之一，吸附熱值的大小不僅反映了吸附質分子與固體表面化學鍵合作用力的大小，也能反映固體表面的不均勻性，發生化學吸附的固體材料主要包括金屬、碳材和氧化物等。化學吸附的選擇性也決定了化學吸附速率的重要性，研究化學吸附速率需要干凈的固體表面。化學吸附有需要活化能的活化吸附和不需要活化能的非活化吸附，活化吸附是慢吸附，需在高溫下提高吸附速率；非活化吸附是快吸附，可以在低溫下進行，非活化吸附多在多孔固體材料上進行；化學吸附與多相催化反應相關，包括吸附質的表面擴散、表面吸附、表面催化反應、反應產物表面脫附和擴散離開等步驟；有時在多相催化反應中，吸附和脫附速率是控制步驟。 在實際吸附過程中，存在同時發生物理吸附和化學吸附的情況，也有兩類吸附交替進行，可以先物理吸附，后化學吸附；也可能先進行化學吸附，再在吸附層上進行物理吸附；也有低溫下發生物理吸附，高溫度下發生化學吸附等現象。在氣體分離過程中應用的是物理吸附，也有一些應用如活性炭（或Y型分子篩）上載銅的吸附劑，它具有較強選擇性吸附一氧化碳或乙烯的吸附分離凈化能力，具有物理吸附和化學吸附性質，屬于絡合鍵吸附。物理吸附與化學吸附之間顯著的區別見表1-1，其中，兩種吸附*本質的區別是吸附作用力的不同。 化學吸附一般涉及多相催化反應，物質之間發生化學變化，工業上較少應用于氣體吸附分離。本書探討的主題是氣體吸附分離工藝過程，其中沒有發生物質的化學變化，屬于物理吸附過程。本書以下內容僅限于探討氣體物理吸附相關理論與實踐。 1.1.2吸附理論基礎 1.吸附平衡 吸附劑表面（或孔道）存在吸附質分子的吸附與脫附動態平衡。吸附平衡就是指在一定條件下吸附質分子被吸附的量與脫附的量相等所形成的動態平衡狀態。吸附平衡是相對的、有條件的，在一定溫度和壓力條件下形成，且條件一旦改變，原有平衡就會被打破又會建立起新的平衡關系。物質的吸附量是吸附平衡條件下的吸附量，與吸附劑、吸附質分子和吸附條件有關，條件一定，吸附量一定；吸附量是評價和衡量吸附劑吸附性能的一項重要指標。 吸附質氣體在吸附劑上的吸附量是溫度、壓力與親和力或作用能的函數。對于吸附系統，可以采用相律來計算吸附平衡系統的自由度。由于吸附質與吸附劑之間存在著一個獨立的吸附相，吸附平衡系統的自由度=獨立組分數+相數–2。對于單一組分的吸附平衡，獨立組分數為2（吸附質和吸附劑），相數為3（流體相、固相和吸附相），則單一組分吸附平衡的自由度數為3（吸附劑、溫度和壓力）；因此，平衡吸附量將隨溫度、壓力及吸附劑的變化而改變，即平衡吸附量與
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