第一篇：醫(yī)用變壓吸附制氧設(shè)備在醫(yī)院的應(yīng)用

醫(yī)用變壓吸附制氧設(shè)備在醫(yī)院的應(yīng)用(1)

一

醫(yī)院供氧方式的選擇

現(xiàn)代醫(yī)院供氧基本采取集中供氧，氧氣瓶直接進(jìn)病房或手術(shù)室的方式逐漸被淘汰。集中供氧基本可分為如下三種方式：

1．由瓶氧經(jīng)氧氣匯流排減壓集中供氧。

2．由液氧貯槽經(jīng)液氧汽化器汽化、減壓、穩(wěn)壓后集中供氧。

3．由變壓吸附制氧設(shè)備生產(chǎn)醫(yī)用氧氣，連續(xù)供氧。

早期的集中供氧基本上都采用第一種方式。上世紀(jì)80年代后期隨著大型制氧機(jī)的增多以及國(guó)內(nèi)外各種資本投資興建大量的專(zhuān)業(yè)氣體供應(yīng)站，液氧汽化供氧也逐漸成為氧源豐富地區(qū)醫(yī)院一種重要的供氧方式。上世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著變壓吸附技術(shù)的成熟，相比鋼瓶匯流排集中供氧和液氧汽化集中供氧，這種醫(yī)院自己擁有制氧設(shè)備且經(jīng)濟(jì)、方便、安全、可靠的供氧方式馬上受到醫(yī)院的青睞，成為大中型醫(yī)院的首選，而迅速普及。在一些邊緣省份，氧源比較遠(yuǎn)，運(yùn)輸不便的醫(yī)院也最適合選擇變壓吸附制氧設(shè)備供氧的方式。因?yàn)檫@種供氧方式只要有電能生產(chǎn)出合格的醫(yī)用氧氣，節(jié)省大量的人力、物力、財(cái)力。關(guān)于以上三種醫(yī)用氧的供氧方式的優(yōu)缺點(diǎn)，有不少文章已經(jīng)作了比較總結(jié)，這里不在贅述。無(wú)論西方發(fā)達(dá)國(guó)家還是我國(guó)，醫(yī)院選擇醫(yī)用變壓吸附制氧設(shè)備供氧已是大勢(shì)所趨。二

制氧站的要求及有關(guān)注意事項(xiàng)制氧站的要求

醫(yī)用變壓吸附制氧設(shè)備的空氣或氧氣壓力均屬于低壓范圍，氧氣是助燃?xì)怏w，不是氫氣等易燃?xì)怏w，國(guó)家或行業(yè)沒(méi)有對(duì)醫(yī)用變壓吸附制氧設(shè)備做氧源的制氧站作出專(zhuān)門(mén)的規(guī)定，也沒(méi)有相應(yīng)的規(guī)范，醫(yī)院可以因地制宜，制氧站安排在地上或地下室都可以。醫(yī)用變壓吸附制氧設(shè)備設(shè)計(jì)成撬裝結(jié)構(gòu)，占地不大，制氧站內(nèi)地面只需平整即可，沒(méi)有特殊要求，只要接上電源，把制氧設(shè)備連接到醫(yī)院的中心供氧系統(tǒng)即可。但因?yàn)檠鯕猱吘故侵細(xì)怏w，也有一定的壓力，制氧站必須采取必要的安全措施。安全事項(xiàng)

2.1 制氧設(shè)備是醫(yī)院的重要設(shè)備，制氧站內(nèi)除工作人員外，嚴(yán)禁其他人隨意進(jìn)入室內(nèi)。

2.2 嚴(yán)禁在制氧站界區(qū)內(nèi)吸煙和用火，容器或管道維修需要用火時(shí)，必須采取安全措施，并經(jīng)醫(yī)院安技部門(mén)檢查同意后方可施工。

2.3 制氧站界區(qū)內(nèi)應(yīng)保持整潔，不準(zhǔn)堆放易燃易爆物品，人行通道上不準(zhǔn)堆放物品，確保道路暢通。

2.4 操作人員在上崗前必須經(jīng)過(guò)安全教育和操作方法的學(xué)習(xí)和實(shí)習(xí)，獨(dú)立掌握制氧設(shè)備操作方法方可上崗工作。

2.5 操作人員上崗必須著裝整齊，嚴(yán)禁攜帶易燃易爆物品進(jìn)入制氧站，嚴(yán)格按照使用說(shuō)明書(shū)的規(guī)定進(jìn)行操作。

2.6 制氧站大門(mén)入口處和制氧站內(nèi)醒目處，必須標(biāo)志 “嚴(yán)禁煙火”、“注意安全”等警告牌和安全標(biāo)示以示警

2.7 制氧站內(nèi)應(yīng)至少配備四個(gè)以上“1121”或“1301”小型干粉滅火器。

2.8 制氧站設(shè)接地防雷裝置一組，接地極埋地深度和接地電阻的要求按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

2.9 制氧設(shè)備使用的壓力表應(yīng)每年校驗(yàn)一次，合格后打上鉛封。

2.10 設(shè)備在卸壓之前，不得進(jìn)行任何與壓力有關(guān)的維修工作。卸壓時(shí)應(yīng)注意安全。

2.11 應(yīng)每?jī)芍軝z查設(shè)備管路和管件的氣密性，發(fā)現(xiàn)漏氣應(yīng)及時(shí)檢修，合格后方能開(kāi)車(chē)。

2.12 制氧站灌充間的照明、通風(fēng)設(shè)施建議采用本質(zhì)安全型電路。

2.13 每套設(shè)備出廠前均調(diào)試合格，并附有合格證，但并不能完全預(yù)防運(yùn)輸及裝卸過(guò)程中發(fā)生的損害，故首次開(kāi)機(jī)前應(yīng)仔細(xì)檢查系統(tǒng)的各個(gè)方面，以防故障發(fā)生。

2.14 制氧設(shè)備使用的原料為空氣，應(yīng)保持制氧站圍空氣不受污染。使用安裝技術(shù)條件

3.1 制氧站室內(nèi)應(yīng)保證通風(fēng)良好?？諌簷C(jī)進(jìn)氣應(yīng)保證干凈、無(wú)污染，室內(nèi)溫度應(yīng)保持在5～38°C。

3.2 配電箱所配電源為三相動(dòng)力電源（三相四線，另加一根地線），380V、50HZ,功率不于制氧設(shè)備所需的容量。

3.3 排污口排放的污染物應(yīng)排出室外，以免污染現(xiàn)場(chǎng)。

3.4 制氧設(shè)備的安裝要求（比如設(shè)備的布置）參見(jiàn)平面布置圖等文件資料。

3.5 設(shè)備放置的地面平整即可，無(wú)特殊要求。儲(chǔ)運(yùn)貯存條件

4.1 制氧設(shè)備在運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)防倒置、防碰撞、防雨淋、防劇烈震動(dòng)。

4.2 包裝后的制氧設(shè)備應(yīng)儲(chǔ)存在相對(duì)濕度不超過(guò)80%、無(wú)腐蝕性氣體和通風(fēng)良好的室內(nèi)。

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醫(yī)用變壓吸附制氧設(shè)備在醫(yī)院的應(yīng)用(2)

醫(yī)用變壓吸附制氧設(shè)備在醫(yī)院的應(yīng)用(2)

三

醫(yī)院用氧的特點(diǎn)

在醫(yī)院，氧氣是人命關(guān)天的大事，麻醉機(jī)、呼吸機(jī)、ICU病房、高壓氧艙、急救室、普通病房等很有可能24小時(shí)在不停地用氧氣搶救或治療病人，這就要求中心供氧系統(tǒng)源源不斷地供應(yīng)壓力、流量、純度合格的醫(yī)用氧氣。麻醉機(jī)、呼吸機(jī)和ICU病房用氧的特點(diǎn)

ICU病房就是重癥監(jiān)護(hù)室，實(shí)際上也是呼吸機(jī)的用氧。麻醉機(jī)、呼吸機(jī)用氧基本有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1.1 供氧時(shí)間

麻醉機(jī)和呼吸機(jī)用來(lái)做手術(shù)或搶救危重病人，ICU病房用的呼吸機(jī)則可能用呼吸機(jī)來(lái)維持病人的生命，所以必須保證時(shí)時(shí)刻刻連續(xù)供氧，一刻也不能停。

1.2 供氧壓力

現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)或進(jìn)口的麻醉機(jī)、呼吸機(jī)的用氧壓力大多都在表壓0.4MPa以?xún)?nèi)。氧氣報(bào)警壓力低于0.3MPa～0.4MPa（各廠家產(chǎn)品略有差異）就報(bào)警。為保證其正常使用壓力，一般制氧設(shè)備氧氣輸出壓力應(yīng)不低于0.45MPa。

1.3 供氧流量

麻醉機(jī)的正常供氣流量為0～10L/min,快速供氣流量為35～75L/min。通常情況下氧氣和笑氣的流量比例是1：3，也就是說(shuō)一臺(tái)麻醉機(jī)的正常氧氣流量為0～3L/min，快速供氧流量約為15L/min。

ICU病房、急救室、手術(shù)室用的呼吸機(jī)用氧的自主流量約為10L/min。實(shí)際上，麻醉機(jī)和呼吸機(jī)等醫(yī)療器械的用氧流量和用氧壓力密切相關(guān)。尤其瞬時(shí)用氧量較大的時(shí)候，如果氧氣總流量不足，則中心供氧系統(tǒng)的氧氣壓力就會(huì)下降，甚至低于用氧醫(yī)療器械的下限報(bào)警壓力，影響用氧醫(yī)療器械的使用。高壓氧艙的用氧的特點(diǎn)

高壓氧有以下幾方面的特點(diǎn)：①高壓氧可增加血及組織中的物理溶解氧，由此高壓氧下可實(shí)現(xiàn)無(wú)血生命，即將動(dòng)物體內(nèi)紅細(xì)胞去掉，在高壓氧下，動(dòng)物的生命平穩(wěn)。②高壓氧可增加氧的穿透力，由此可治療因?yàn)檠茏枞?、血管痙攣，或細(xì)胞水腫所致的局部組織細(xì)胞缺氧。③高壓氧可增加組織中氧的儲(chǔ)備，可使機(jī)體對(duì)缺氧的耐受力提高，從而可使機(jī)體渡過(guò)危險(xiǎn)期贏得時(shí)間，高壓氧下可在無(wú)體外循環(huán)下做心臟手術(shù)。④高壓氧可殺滅厭氧菌，對(duì)氣性壞疽有很好的治療效果。⑤高壓氧可壓縮體內(nèi)禁錮的氣體，對(duì)治療刺激性毒氣中毒時(shí)的氣泡阻塞呼吸道、治療減壓病、腸脹氣、腸氣囊腫病有獨(dú)特的效果。

但用常壓氧治療就達(dá)不到以上這些醫(yī)療效果，因而現(xiàn)在不少醫(yī)院都配備了高壓氧艙。據(jù)全國(guó)高壓氧醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)委員會(huì)的統(tǒng)計(jì)：1982年6月，全國(guó)僅有氧艙116個(gè)，到1991年5月，已有各種類(lèi)型的氧艙880多個(gè)。到目前為止，估計(jì)全國(guó)擁有的氧艙數(shù)量約千余座。

高壓氧艙的用氧特點(diǎn)是瞬時(shí)用氧量大，氧氣壓力高。一般來(lái)講，進(jìn)入氧艙的氧氣壓力不低于0.55MPa，吸氧比較舒服，不費(fèi)力。氧氣壓力低于0.5MPa，吸氧就有一些吃力，感覺(jué)不好。通常要求氧氣壓力不低于0.55MPa為宜。有一些高壓氧艙不用帶吸氧面罩，氧氣壓力可以低一些，通常氧氣壓力0.4MPa即可。高壓氧艙的用氧流量通常不低于每人10L/min，具體要看醫(yī)院擁有多少臺(tái)高壓氧艙，分別是幾人艙的。據(jù)此計(jì)算出高壓氧艙的最大用氧量。同樣，高壓氧艙的用氧流量和用氧壓力也是密切相關(guān)的。如果氧氣流量不夠，氧氣壓力也會(huì)下降。普通病房的用氧特點(diǎn)

普通病房用氧是指病人在常壓狀態(tài)下吸氧。常壓氧可以增加血液中的血氧飽和度。當(dāng)病人因?yàn)樾呐K、肺或中樞神經(jīng)系統(tǒng)等原因所致呼吸困難，導(dǎo)致血氧飽和度異常時(shí)，通常進(jìn)行常壓氧治療，效果明顯。

國(guó)家醫(yī)藥標(biāo)準(zhǔn)YY/T 0187-94“醫(yī)用中心供氧系統(tǒng)通用技術(shù)條件”中規(guī)定一般病房病人吸氧，病房終端氧氣壓力不低于0.2Mpa。也就是說(shuō)，氧氣壓力大于0.2Mpa即可，壓力比較容易達(dá)到。普通病房的用氧量，一般來(lái)講每個(gè)吸氧終端的氧氣流量為3L/min～5L/min即可，由于普通病房的數(shù)量較多，用氧量一般較大。

通過(guò)分析麻醉機(jī)和呼吸機(jī)等醫(yī)療器械、高壓氧艙以及普通病房的用氧特點(diǎn)，在配置制氧設(shè)備的時(shí)候，產(chǎn)品氧氣的流量和壓力如何選擇，應(yīng)根據(jù)醫(yī)院擁有用氧醫(yī)療器械、高壓氧艙和普通吸氧終端的具體情況和近期的發(fā)展情況。包括中心供氧系統(tǒng)氧氣管道的管徑等都要綜合考慮。確保醫(yī)院放心、安全用氧。醫(yī)用分子篩制氧設(shè)備，可根據(jù)醫(yī)院的用氧壓力，提供出氧壓力為0.5Mpa和0.8Mpa兩種規(guī)格，氧氣流量為各種規(guī)格的醫(yī)用制氧設(shè)備，滿(mǎn)足大、中、小各類(lèi)醫(yī)院的用氧需求。

質(zhì)量可靠、技術(shù)領(lǐng)先的產(chǎn)品，周到貼切的服務(wù)來(lái)最大限度地滿(mǎn)足顧客的需求”的質(zhì)量方針，竭誠(chéng)為廣大醫(yī)院和醫(yī)療用氧單位服務(wù)。

第二篇：變壓吸附制氮設(shè)備概述

變壓吸附制氮設(shè)備概述

【關(guān)鍵詞】變壓吸附 制氮設(shè)備

【摘要】變壓吸附制氮設(shè)備是采用碳分子篩為吸附劑，利用變壓吸附原理來(lái)獲取氮?dú)獾脑O(shè)備。在一定的壓力下，利用空氣的氧、氮在碳分子篩孔隙中擴(kuò)散速率不同而達(dá)到分離空氣的目的，即碳分子篩對(duì)氧的擴(kuò)散吸附遠(yuǎn)大于氮，通過(guò)可編程序來(lái)控制多個(gè)閥門(mén)的導(dǎo)通、關(guān)閉，達(dá)到兩吸附罐的交替循環(huán)，加壓吸附，減壓脫附的過(guò)程，而完成氧、氮的分離，得到所需純度的氮?dú)狻?/p>

1、變壓式吸附制氮原理

變壓吸附制氮設(shè)備是采用碳分子篩為吸附劑，利用變壓吸附原理來(lái)獲取氮?dú)獾脑O(shè)備。在一定的壓力下，利用空氣的氧、氮在碳分子篩孔隙中擴(kuò)散速率不同而達(dá)到分離空氣的目的，即碳分子篩對(duì)氧的擴(kuò)散吸附遠(yuǎn)大于氮，通過(guò)可編程序來(lái)控制多個(gè)閥門(mén)的導(dǎo)通、關(guān)閉，達(dá)到兩吸附罐的交替循環(huán)，加壓吸附，減壓脫附的過(guò)程，而完成氧、氮的分離，得到所需純度的氮?dú)狻?/p>

制氮機(jī)主要由兩個(gè)填滿(mǎn)碳分子篩的吸附塔組成，當(dāng)潔凈的壓縮空氣進(jìn)入吸附塔時(shí)，由于其中的O2在碳分子篩內(nèi)擴(kuò)散速率較快，使N2在氣相中得到富集；另一塔已完成吸附的碳分子篩則被減壓解吸，然后用N2吹掃再生，使其恢復(fù)原有吸附能力，兩塔交替循環(huán)，即可得到純度為99%-99.9%的廉價(jià)氮?dú)?。再用氮?dú)鈨艋b置除去其中微量的O2，H2O等雜質(zhì)，N2純度可達(dá)99.999%以上。

2、工藝特點(diǎn)：

能耗低，故運(yùn)行成本比其它制氮工藝低；

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小；

微電腦控制，只要輕輕一按，30分鐘，即可產(chǎn)出合格氮?dú)?，即開(kāi)即用，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，純度、流量長(zhǎng)期穩(wěn)定；

使用方便，省去了不斷更換鋼瓶的麻煩；

使用更安全，且無(wú)須支付運(yùn)費(fèi)。

3、應(yīng)用范圍

金屬熱處理--滲碳、碳氮共滲、光亮退火、粉末金屬及磁性材料燒結(jié)、氮基氣氛保護(hù)

石油天然氣、化學(xué)工業(yè)--管道及容器空氣置換、注氮采油、化工過(guò)程保護(hù)氣

電子工業(yè)--半導(dǎo)體及電子元件生產(chǎn)的氮?dú)獗Ｗo(hù)

煤炭工業(yè)--煤礦井下防滅火

食品工業(yè)--充氮包裝、保鮮、酒類(lèi)保存

醫(yī)藥工業(yè)--原料及藥品充氮保存，中草藥防蟲(chóng)、防霉

玻璃工業(yè)--浮法玻璃生產(chǎn)過(guò)程的保護(hù)

其他需用氮?dú)獾墓I(yè)部門(mén)

第三篇：醫(yī)用分子篩變壓吸附法制取的氧存在的問(wèn)題

醫(yī)用分子篩變壓吸附法制取的氧存在的問(wèn)題

中國(guó)醫(yī)藥報(bào) 河南省濮陽(yáng)市食品藥品監(jiān)管局 任銳龍

編者按

由于我國(guó)目前對(duì)醫(yī)用氧生產(chǎn)執(zhí)行的雙重質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和雙重監(jiān)管模式，食品藥品監(jiān)管部門(mén)切實(shí)加強(qiáng)對(duì)醫(yī)用分子篩制氧設(shè)備使用監(jiān)管是一方面，另一方面還需國(guó)家出臺(tái)醫(yī)用氧監(jiān)管的有關(guān)法規(guī)文件，統(tǒng)一醫(yī)用氧生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管模式，規(guī)范醫(yī)用分子篩制氧設(shè)備的使用，確保廣泛應(yīng)用于臨床的醫(yī)用氧質(zhì)量安全。本文結(jié)合當(dāng)前醫(yī)用氧監(jiān)管中存在的諸多問(wèn)題，對(duì)醫(yī)用分子篩變壓吸附法制氧設(shè)備的規(guī)范和醫(yī)用氧的經(jīng)營(yíng)管理提出了立法建議，希望對(duì)有關(guān)部門(mén)有所參考。

存在的主要問(wèn)題

醫(yī)用氧是醫(yī)療機(jī)構(gòu)用于治療冠心病、腦血栓、肺病等疾病和術(shù)后治療的一種重要藥品，在危重病人的搶救、急救中起著十分重要的作用，其質(zhì)量?jī)?yōu)劣直接關(guān)系到人民群眾的身體健康和生命安全。目前，臨床使用醫(yī)用氧的制取方法主要為低溫空氣分離法和醫(yī)用分子篩變壓吸附法，其中，低溫空氣分離法制氧又分為醫(yī)用氧生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的氧和醫(yī)療機(jī)構(gòu)外購(gòu)低溫液氧加壓汽化制取的氧。由于種種原因，我國(guó)醫(yī)用氧監(jiān)管中存在的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、監(jiān)管模式不一致等問(wèn)題未能有效解決，使得一些企業(yè)和使用單位鉆法律空子違法生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和使用醫(yī)用氧。下面，筆者結(jié)合醫(yī)用氧監(jiān)管實(shí)踐中遇到的一些問(wèn)題，對(duì)立法規(guī)范醫(yī)用氧的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、使用提幾點(diǎn)建議。

存在的主要問(wèn)題

一、醫(yī)用分子篩變壓吸附法制取的氧存在的問(wèn)題

首先，該方法制取的氧的含量很難達(dá)到《中國(guó)藥典》2005年版規(guī)定的法定標(biāo)準(zhǔn)。《中國(guó)藥典》2005年版規(guī)定，氧含量為不低于99.5%（ml/ml），醫(yī)用分子篩變壓吸附法制得的氧含量為93±3.0%（V/V），而實(shí)際生產(chǎn)中連最低含量標(biāo)準(zhǔn)都達(dá)不到。如湖南某醫(yī)療機(jī)構(gòu)安裝醫(yī)用分子篩變壓吸附法制氧設(shè)備時(shí)，委托當(dāng)?shù)厮幤窓z驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)其氧含量進(jìn)行了檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果分別為91.0%、88.8%、88.7%，這說(shuō)明用醫(yī)用分子篩變壓吸附法制氧設(shè)備制的氧很難達(dá)到《中國(guó)藥典》2005年版的標(biāo)準(zhǔn)。

其次，該方法制取的氧因質(zhì)量原因不能完全滿(mǎn)足臨床搶救、急救的治療需要。通常情況下，醫(yī)療機(jī)構(gòu)安裝分子篩變壓吸附法制氧設(shè)備后，自制的氧主要供一般科室和一般病例使用。除此之外，還要外購(gòu)部分醫(yī)用氧生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的醫(yī)用氧用于ICU、高壓氧艙、急救室等對(duì)患者急救、搶救。

第三，監(jiān)管模式不一致。醫(yī)用氧生產(chǎn)企業(yè)執(zhí)行生產(chǎn)許可、產(chǎn)品注冊(cè)和GMP管理制度；而醫(yī)用分子篩變壓吸附法執(zhí)行的是醫(yī)療器械管理制度和向省級(jí)食品藥品監(jiān)管局備案制度。同是對(duì)醫(yī)用氧的監(jiān)管，許可條件和監(jiān)管方式卻不一樣。

第四，該方法制取的氧存在二次污染的隱患。醫(yī)療機(jī)構(gòu)是感染高危區(qū)，醫(yī)用分子篩變壓吸附制氧設(shè)備只能除去原料空氣中粉塵、水分、氮?dú)?、二氧化碳等，沒(méi)有證據(jù)證明能去除空氣中的病菌及一些有害成分，這就增加了交叉感染的可能性。

第五，該方法制取的氧雜質(zhì)不明確。由于醫(yī)用分子篩變壓吸附法制氧缺少必要的科學(xué)研究和臨床試驗(yàn)，其在使用中會(huì)產(chǎn)生哪些雜質(zhì)，這些雜質(zhì)將對(duì)患者產(chǎn)生什么影響均不明確，存在較大的使用風(fēng)險(xiǎn)。

第六，醫(yī)用分子篩變壓吸附法制氧損害了患者的合法權(quán)益。醫(yī)用分子篩變壓吸附法制氧與低溫空氣分離法兩種方法制取的氧的含量存在顯著差異，而醫(yī)療機(jī)構(gòu)對(duì)兩者的銷(xiāo)售價(jià)格卻是相同的，消費(fèi)者并不清楚自己使用的是哪種氧，也無(wú)法選擇使用哪種氧，這顯然損害了消費(fèi)者的合法權(quán)益。

第七，醫(yī)用分子篩變壓吸附法制氧設(shè)備在醫(yī)療機(jī)構(gòu)的快速推廣使醫(yī)用氧生產(chǎn)企業(yè)市場(chǎng)萎縮、效益下降，經(jīng)營(yíng)困難。由于經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)使，分子篩變壓吸附法制氧設(shè)備在醫(yī)療機(jī)構(gòu)的推廣呈愈演愈烈的趨勢(shì)，有的地方已占醫(yī)用氧市場(chǎng)總量的2/3以上，這對(duì)醫(yī)用氧生產(chǎn)企業(yè)造成了較大沖擊。而醫(yī)用氧生產(chǎn)企業(yè)市場(chǎng)萎縮、銷(xiāo)售下降、利潤(rùn)下滑，導(dǎo)致其執(zhí)行GMP的整體水平下降，使得醫(yī)用氧質(zhì)量存在嚴(yán)重隱患。

二、對(duì)醫(yī)療機(jī)構(gòu)購(gòu)進(jìn)低溫液氧加壓汽化裝置制氧缺少有效監(jiān)督

醫(yī)療機(jī)構(gòu)購(gòu)進(jìn)低溫液氧加壓汽化后供臨床使用，與生產(chǎn)企業(yè)購(gòu)進(jìn)液氧加壓氣化分裝成瓶裝氧的性質(zhì)是一樣的。但醫(yī)用氧生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)醫(yī)用氧要取得《藥品生產(chǎn)許可證》、藥品批準(zhǔn)文號(hào)和《藥品GMP證書(shū)》，嚴(yán)格執(zhí)行GMP管理制度，而醫(yī)療機(jī)構(gòu)則無(wú)需經(jīng)行政許可，這種生產(chǎn)行為也未納入藥品監(jiān)管部門(mén)的監(jiān)管范疇內(nèi)，目前處于監(jiān)管真空狀態(tài)。對(duì)醫(yī)用氧生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的氧質(zhì)量，國(guó)家藥品監(jiān)管部門(mén)每年均進(jìn)行抽驗(yàn)監(jiān)督；而對(duì)醫(yī)療機(jī)構(gòu)自制自用的氧，卻很少有監(jiān)管部門(mén)對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)。開(kāi)辦醫(yī)用氧生產(chǎn)企業(yè)的要報(bào)請(qǐng)消防、環(huán)保、安全、技監(jiān)、藥監(jiān)等相關(guān)部門(mén)依法審核，場(chǎng)地布置與設(shè)備的安裝，都要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的審批程序，有一定的準(zhǔn)入條件和要求；而醫(yī)療機(jī)構(gòu)自制自用醫(yī)用氧，一般都未辦理相關(guān)許可手續(xù)，因此，質(zhì)量安全難以保證。

三、醫(yī)用氧經(jīng)營(yíng)缺少準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)

《關(guān)于氧、氧化亞氮混合氣體監(jiān)督管理有關(guān)問(wèn)題的批復(fù)》（國(guó)食藥監(jiān)注[2006]586號(hào)），明確經(jīng)營(yíng)氧氣應(yīng)當(dāng)取得《藥品經(jīng)營(yíng)許可證》，但目前，國(guó)家藥品監(jiān)管部門(mén)尚未出臺(tái)醫(yī)用氧經(jīng)營(yíng)的市場(chǎng)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)和具體監(jiān)管辦法，導(dǎo)致醫(yī)用氧的經(jīng)營(yíng)處于一種無(wú)序狀態(tài)。

立法建議

國(guó)家現(xiàn)行政策對(duì)醫(yī)用氧生產(chǎn)執(zhí)行的雙重質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和雙重監(jiān)管模式，造成了臨床用氧的安全隱患，損害了消費(fèi)者的合法權(quán)益；同時(shí)，也對(duì)中、小型醫(yī)用氧生產(chǎn)企業(yè)，特別是單純生產(chǎn)醫(yī)用氧的企業(yè)產(chǎn)生了巨大沖擊。為此，筆者建議，應(yīng)切實(shí)將醫(yī)用氧納入藥品管理，統(tǒng)一醫(yī)用氧的生產(chǎn)和監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)，執(zhí)行《中國(guó)藥典》標(biāo)準(zhǔn)，維護(hù)國(guó)家藥品標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)威性、嚴(yán)肅性，確保患者使用醫(yī)用氧的質(zhì)量安全，促進(jìn)醫(yī)用氧產(chǎn)業(yè)的健康快速發(fā)展。

一、關(guān)于醫(yī)用分子篩變壓吸附法制氧設(shè)備的規(guī)范問(wèn)題

建議出臺(tái)相關(guān)法規(guī)文件，明確規(guī)定采用醫(yī)用分子篩變壓吸附法制氧設(shè)備制取的氧，禁止在醫(yī)療機(jī)構(gòu)臨床使用。醫(yī)用分子篩變壓吸附法制氧設(shè)備退出醫(yī)療機(jī)構(gòu)使用后，可以作為保健用氧供健康人群保健時(shí)使用，也可在高原缺氧或者戰(zhàn)備等特殊情況下使用。為妥善解決相關(guān)遺留問(wèn)題，可在法規(guī)文件中明確，醫(yī)用分子篩變壓吸附法制氧設(shè)備在醫(yī)療器械注冊(cè)證有效期內(nèi)可以繼續(xù)在醫(yī)療機(jī)構(gòu)內(nèi)使用，但醫(yī)療機(jī)構(gòu)要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和管理，對(duì)因醫(yī)用氧質(zhì)量原因出現(xiàn)的問(wèn)題，醫(yī)療機(jī)構(gòu)要承擔(dān)全部法律責(zé)任。

二、關(guān)于醫(yī)療機(jī)構(gòu)購(gòu)進(jìn)低溫液氧加壓汽化裝置制氧的規(guī)范問(wèn)題

當(dāng)前，大多數(shù)醫(yī)療機(jī)構(gòu)尤其是使用氧量較大的大型醫(yī)療機(jī)構(gòu)，都通過(guò)購(gòu)進(jìn)低溫液氧加壓汽化裝置進(jìn)行集中供氧，因?yàn)檫@不但可以避免瓶裝氧（氣態(tài)）在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用中帶來(lái)的不便，而且有利于確保氧的質(zhì)量安全。為此，筆者建議在相關(guān)法規(guī)文件中，對(duì)醫(yī)療機(jī)構(gòu)購(gòu)進(jìn)低溫液氧加壓汽化裝置的行為設(shè)定一定行政許可條件，明確相應(yīng)的監(jiān)管部門(mén)和監(jiān)管職責(zé)，切實(shí)加強(qiáng)對(duì)這類(lèi)氧的日常監(jiān)管。

三、關(guān)于醫(yī)用氧經(jīng)營(yíng)規(guī)范問(wèn)題

建議國(guó)家盡快出臺(tái)醫(yī)用氧經(jīng)營(yíng)管理的法規(guī)文件，明確醫(yī)用氧經(jīng)營(yíng)企業(yè)市場(chǎng)準(zhǔn)入條件、準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)和辦理程序，加強(qiáng)對(duì)醫(yī)用氧流通環(huán)節(jié)的監(jiān)管。鑒于醫(yī)用氧屬于危險(xiǎn)化學(xué)品，其儲(chǔ)存、運(yùn)輸具有特殊的要求，建議國(guó)家在制定醫(yī)用氧經(jīng)營(yíng)管理的法規(guī)文件時(shí)，把取得《危險(xiǎn)化學(xué)品經(jīng)營(yíng)許可證》、《危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸證》等證件作為醫(yī)用氧經(jīng)營(yíng)企業(yè)的許可前置條件，并納入開(kāi)辦醫(yī)用氧經(jīng)營(yíng)企業(yè)的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)中，特別要在儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)增加醫(yī)用氧無(wú)縫鋼瓶等容器的專(zhuān)屬性?xún)?nèi)容。

四、切實(shí)加強(qiáng)對(duì)醫(yī)用氧的監(jiān)管

醫(yī)用氧生產(chǎn)企業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)薄弱，雖然通過(guò)了GMP認(rèn)證，但與其他類(lèi)型的藥品生產(chǎn)企業(yè)相比，不管從企業(yè)規(guī)模、人員素質(zhì)、生產(chǎn)環(huán)境、管理水平還是GMP意識(shí)上都存在一定的差距，因此在統(tǒng)一醫(yī)用氧監(jiān)管政策、規(guī)范市場(chǎng)秩序的同時(shí)，必須加強(qiáng)對(duì)通過(guò)GMP認(rèn)證的醫(yī)用氧生產(chǎn)企業(yè)的監(jiān)管，確保醫(yī)用氧質(zhì)量安全。（丹東天茂氣體有限公司轉(zhuǎn)自網(wǎng)絡(luò)）

第四篇：變壓吸附原理及應(yīng)用

變壓吸附氣體分離技術(shù)

第一節(jié) 氣體吸附分離的基礎(chǔ)知識(shí)

一、吸附的定義

當(dāng)氣體分子運(yùn)動(dòng)到固體表面上時(shí)，由于固體表面的原子的剩余引力的作用，氣體中的一些分子便會(huì)暫時(shí)停留在固體表面上，這些分子在固體表面上的濃度增大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為氣體分子在固體表面上的吸附。相反，固體表面上被吸附的分子返回氣體相的過(guò)程稱(chēng)為解吸或脫附。被吸附的氣體分子在固體表面上形成的吸附層，稱(chēng)為吸附相。吸附相的密度比一般氣體的密度大得多，有可能接近液體密度。當(dāng)氣體是混合物時(shí)，由于固體表面對(duì)不同氣體分子的壓力差異，使吸附相的組成與氣相組成不同，這種氣相與吸附相在密度上和組成上的差別構(gòu)成了氣體吸附分離技術(shù)的基礎(chǔ)。

吸附物質(zhì)的固體稱(chēng)為吸附劑，被吸附的物質(zhì)稱(chēng)為吸附質(zhì)。伴隨吸附過(guò)程所釋放的的熱量叫吸附熱，解吸過(guò)程所吸收的熱量叫解吸熱。氣體混合物的吸附熱是吸附質(zhì)的冷凝熱和潤(rùn)濕熱之和。不同的吸附劑對(duì)各種氣體分子的吸附熱均不相同。

按吸附質(zhì)與吸附劑之間引力場(chǎng)的性質(zhì)，吸附可分為化學(xué)吸附和物理吸附。

化學(xué)吸附：即吸附過(guò)程伴隨有化學(xué)反應(yīng)的吸附。在化學(xué)吸附中，吸附質(zhì)分子和吸附劑表面將發(fā)生反應(yīng)生成表面絡(luò)合物，其吸附熱接近化學(xué)反應(yīng)熱。化學(xué)吸附需要一定的活化能才能進(jìn)行。通常條件下，化學(xué)吸附的吸附或解吸速度都要比物理吸附慢。石灰石吸附氯氣，沸石吸附乙烯都是化學(xué)吸附。

物理吸附：也稱(chēng)范德華（van der Waais)吸附，它是由吸附質(zhì)分子和吸附劑表面分子之間的引力所引起的，此力也叫作范德華力。由于固體表面的分子與其內(nèi)部分子不同，存在剩余的表面自由力場(chǎng)，當(dāng)氣體分子碰到固體表面時(shí)，其中一部分就被吸附，并釋放出吸附熱。在被吸附的分子中，只有當(dāng)其熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能足以克服吸附劑引力場(chǎng)的位能時(shí)才能重新回到氣相，所以在與氣體接觸的固體表面上總是保留著許多被吸附的分子。由于分子間的引力所引起的吸附，其吸附熱較低，接近吸附質(zhì)的汽化熱或冷凝熱，吸附和解吸速度也都較快。被吸附氣體也較容易地從固體表面解吸出來(lái)，所以物理吸附是可逆的。分離氣體混合物的變壓吸附過(guò)程系純物理吸附，在整個(gè)過(guò)程中沒(méi)有任何化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。本文以下敘述的除了注明之外均為氣體的物理吸附。

二、吸附劑

１．

吸附劑的種類(lèi)

工業(yè)上常用的吸附劑有：硅膠、活性氧化鋁、活性炭、分子篩等，另外還有針對(duì)某種組分選擇性吸附而研制的吸附材料。氣體吸附分離成功與否，極大程度上依賴(lài)于吸附劑的性能，因此選擇吸附劑是確定吸附操作的首要問(wèn)題。

硅膠是一種堅(jiān)硬、無(wú)定形鏈狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅酸聚合物顆粒，分子式為SiO2.nH2O，為一種親水性的極性吸附劑。它是用[wiki]硫酸[/wiki]處理硅酸鈉的水溶液，生成凝膠，并將其水洗除去硫酸鈉后經(jīng)干燥，便得到玻璃狀的硅膠，它主要用于干燥、氣體混合物及[wiki]石油[/wiki]組分的分離等。工業(yè)上用的硅膠分成粗孔和細(xì)孔兩種。粗孔硅膠在相對(duì)濕度飽和的條件下，吸附量可達(dá)吸附劑重量的８０％以上，而在低濕度條件下，吸附量大大低于細(xì)孔硅膠?；钚匝趸X是由鋁的水合物加熱脫水制成，它的性質(zhì)取決于最初氫氧化物的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，一般都不是純粹的Al2O3,而是部分水合無(wú)定形的多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)，其中不僅有無(wú)定形的凝膠，還有氫氧化物的晶體。由于它的毛細(xì)孔通道表面具有較高的活性，故又稱(chēng)活性氧化鋁。它對(duì)水有較強(qiáng)的親和力，是一種對(duì)微量水深度干燥用的吸附劑。在一定操作條件下，它的干燥深度可達(dá)[wiki]露點(diǎn)[/wiki]-７０℃以下。

活性炭是將木炭、果殼、煤等含碳原料經(jīng)炭化、活化后制成的?；罨椒煞譃閮纱箢?lèi)，即藥劑活化法和氣體活化法。藥劑活化法就是在原料里加入氯化鋅、硫化鉀等化學(xué)藥品，在非活性氣氛中加熱進(jìn)行炭化和活化。氣體活化法是把活性炭原料在非活性氣氛中加熱，通常在700℃以下除去揮發(fā)組分以后，通入水蒸氣、二氧化碳、煙道氣、空氣等，并在700~1200℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)使其活化。活性炭含有很多毛細(xì)孔構(gòu)造所以具有優(yōu)異的吸附能力。因而它用途遍及水處理、脫色、氣體吸附等各個(gè)方面。

沸石分子篩又稱(chēng)合成沸石或分子篩，其化學(xué)組成通式為： [M2(Ⅰ)M(Ⅱ)]O.Al2O3.nSiO2.mH2O 式中M2(Ⅰ)和M(Ⅱ)分別為為一價(jià)和二價(jià)金屬離子，多半是鈉和鈣，n稱(chēng)為沸石的硅鋁比，硅主要來(lái)自于硅酸鈉和硅膠，鋁則來(lái)自于鋁酸鈉和Al(HO)3等，它們與氫氧化鈉水溶液反應(yīng)制得的膠體物，經(jīng)干燥后便成沸石，一般n=2~10,m=0~9。

沸石的特點(diǎn)是具有分子篩的作用，它有均勻的孔徑，如3A0、4A0、5A0、10A0細(xì)孔。有4A0孔徑的4A0沸石可吸附甲烷、乙烷，而不吸附三個(gè)碳以上的正烷烴。它已廣泛用于氣體吸附分離、氣體和液體干燥以及正異烷烴的分離。

碳分子篩實(shí)際上也是一種活性炭，它與一般的碳質(zhì)吸附劑不同之處，在于其微孔孔徑均勻地分布在一狹窄的范圍內(nèi)，微孔孔徑大小與被分離的氣體分子直徑相當(dāng)，微孔的比表面積一般占碳分子篩所有表面積的90%以上。碳分子篩的孔結(jié)構(gòu)主要分布形式為：大孔直徑與碳粒的外表面相通，過(guò)渡孔從大孔分支出來(lái)，微孔又從過(guò)渡孔分支出來(lái)。在分離過(guò)程中，大孔主要起運(yùn)輸通道作用，微孔則起分子篩的作用。

以煤為原料制取碳分子篩的方法有碳化法、氣體活化法、碳沉積法和浸漬法。其中炭化法最為簡(jiǎn)單，但要制取高質(zhì)量的碳分子篩必須綜合使用這幾種方法。

碳分子篩在空氣分離制取氮?dú)忸I(lǐng)域已獲得了成功，在其它氣體分離方面也有廣闊的前景。２．

吸附劑的物理性質(zhì)

吸附劑的良好吸附性能是由于它具有密集的細(xì)孔構(gòu)造。與吸附劑細(xì)孔有關(guān)的物理性能有：

a.孔容（VP）：吸附劑中微孔的容積稱(chēng)為孔容，通常以單位重量吸附劑中吸附劑微孔的容積來(lái)表示(cm3/g).孔容是吸附劑的有效體積，它是用飽和吸附量推算出來(lái)的值，也就是吸附劑能容納吸附質(zhì)的體積，所以孔容以大為好。吸附劑的孔體積（Vk）不一定等于孔容（VP），吸附劑中的微孔才有吸附作用，所以VP中不包括粗孔。而Vk中包括了所有孔的體積，一般要比VP大。

b.比表面積：即單位重量吸附劑所具有的表面積，常用單位是m2/g。吸附劑表面積每克有數(shù)百至千余平方米。吸附劑的表面積主要是微孔孔壁的表面，吸附劑外表面是很小的。

c.孔徑與孔徑分布：在吸附劑內(nèi)，孔的形狀極不規(guī)則，孔隙大小也各不相同。直徑在數(shù)埃（A0）至數(shù)十埃的孔稱(chēng)為細(xì)孔，直徑在數(shù)百埃以上的孔稱(chēng)為粗孔。細(xì)孔愈多，則孔容愈大，比表面也大，有利于吸附質(zhì)的吸附。粗孔的作用是提供吸附質(zhì)分子進(jìn)入吸附劑的通路。粗孔和細(xì)孔的關(guān)系就象大街和小巷一樣，外來(lái)分子通過(guò)粗孔才能迅速到達(dá)吸附劑的深處。所以粗孔也應(yīng)占有適當(dāng)?shù)谋壤??；钚蕴亢凸枘z之類(lèi)的吸附劑中粗孔和細(xì)孔是在制造過(guò)程中形成的。沸石分子篩在合成時(shí)形成直徑為數(shù)微米的晶體，其中只有均勻的細(xì)孔，成型時(shí)才形成晶體與晶體之間的粗孔。

孔徑分布是表示孔徑大小與之對(duì)應(yīng)的孔體積的關(guān)系。由此來(lái)表征吸附劑的孔特性。

d.表觀重度（dl）：又稱(chēng)視重度。

吸附劑顆粒的體積（Vl）由兩部分組成：固體骨架的體積（Vg）和孔體積（Vk），即： Vl= Vg+ Vk 表觀重度就是吸附顆粒的本身重量（D）與其所占有的體積（Vl）之比。

吸附劑的孔體積（Vk）不一定等于孔容（VP），吸附劑中的微孔才有作用，所以VP中不包括粗孔。而Vk中包括了所有孔的體積，一般要比VP大。

e.真實(shí)重度（dg）:又稱(chēng)真重度或吸附劑固體的重度，即吸附劑顆粒的重量（D）與固體骨架的體積Vg之比。

假設(shè)吸附顆粒重量以一克為基準(zhǔn)，根據(jù)表觀重度和真實(shí)重度的定義則：

dl==l/Vl;dg=l/Vg

于是吸附劑的孔體積為： Vk=l/dl – l/dg

f.堆積重度（db）：又稱(chēng)填充重度，即單位體積內(nèi)所填充的吸附劑重量。此體積中還包括有吸附顆粒之間的空隙，堆積重度是計(jì)算吸附床容積的重要參數(shù)。

以上的重度單位常用g/cm3、kg/l、kg/m3表示。

g.孔隙率（εk）：即吸附顆粒內(nèi)的孔體積與顆粒體積之比。εk=Vk/(Vg+Vk)=(dg-dl)/ dg=1-dl/dg

h.空隙率（ε）：即吸附顆粒之間的空隙與整個(gè)吸附劑堆積體積之比。

ε=(Vb-Vl)/Vb=(dl-db)/dl=1-db/dl

表1-1列出了一些吸附劑的物理性質(zhì):

三、吸附平衡和等溫吸附線—吸附的熱力學(xué)基礎(chǔ)

吸附剛開(kāi)始時(shí)吸附劑存在大量的活性表面，被吸附的吸附質(zhì)分子數(shù)大大超過(guò)離開(kāi)表面的分子數(shù)。隨著吸附的進(jìn)行，吸附劑表面逐漸被吸附質(zhì)分子遮蓋，吸附劑表面再吸附的能力下降，直到吸附速度等于解吸速度時(shí)，就表示吸附達(dá)到了平衡。在密閉的容器內(nèi)，吸附劑與吸附質(zhì)充分接觸，呈平衡時(shí)為靜態(tài)吸附平衡。含有一定量吸附質(zhì)的惰性氣流通過(guò)吸附劑固定床，吸附質(zhì)在流動(dòng)狀態(tài)下被吸附劑吸附，最后達(dá)到的平衡為動(dòng)態(tài)平衡。表1-1 吸附劑的物理性質(zhì)

吸附劑名稱(chēng)

硅膠

活性氧化鋁

活性炭

沸石分子篩

真實(shí)重度g/cm3

2.1～2.3

3.0～3.3

1.9～2.2

2.0～2.5 表關(guān)重度g/cm3

0.7～1.3

0.8～1.9

0.7～1.0

0.9～1.3 堆積重度g/cm3

0.45～0.85

0.49～1.00

0.35～0.55

0.6～0.75 空隙率

0.40～0.50

0.40～0.50

0.33～0.55

0.30～0.40 比表面積m2/g

300～800

95～350

500～1300

400～750 孔容cm3/g

0.3～1.2

0.3～0.8

0.5～1.4

0.4～0.6平均孔徑A0

10～140

40～120

20～50

為了解釋吸附過(guò)程的實(shí)質(zhì)，曾提出了各式各樣的理論。在這些理論中，迄今沒(méi)有一個(gè)能夠說(shuō)明所有的吸附現(xiàn)象。個(gè)別理論雖然能夠完善地說(shuō)明吸附現(xiàn)象的一個(gè)方面，但是卻不能用來(lái)解釋這一現(xiàn)象的其它方面。這些理論適用與否，是取決于吸附質(zhì)和吸附劑的性質(zhì)，以及吸附的具體條件。不管對(duì)吸附機(jī)理的各種解釋如何，他們都認(rèn)為吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的吸附數(shù)量與被吸附氣體的壓力及吸附過(guò)程的溫度有關(guān)，即： q=f(P,T)式中：q—單位重量（或體積）吸附劑所吸附的物質(zhì)量（吸附量）；

P—吸附組分在氣相中平衡時(shí)的分壓；

T—吸附過(guò)程的溫度。在此函數(shù)中，當(dāng)溫度（T）一定時(shí)，稱(chēng)為等溫吸附線；當(dāng)壓力(P)一定時(shí)，稱(chēng)為等壓吸附線；而當(dāng)吸附量一定時(shí)，稱(chēng)為等量吸附線。最常用的就是等溫吸附線。

布隆耐爾（Bronaner）曾將物理吸附等溫吸附線分為五種類(lèi)型，如圖１-１所示。圖中縱坐標(biāo)為吸附量q，橫坐標(biāo)為吸附質(zhì)分壓P（當(dāng)平衡溫度在吸附質(zhì)臨界溫度以下時(shí)，通常與該溫度下[wiki]飽和蒸汽壓[/wiki]力P0的比值P/P0表示）.五種類(lèi)型的吸附等溫線其形狀的差異是由于吸附劑和吸附質(zhì)分子之間作用力不同造成的。

類(lèi)型Ⅰ是平緩地趨近飽和質(zhì)的朗格謬而型等溫吸附線。這種吸附相當(dāng)于在吸附劑表面上只形成單分子層吸附。類(lèi)型Ⅱ是最普通的物理吸附，能形成多分子層。類(lèi)型Ⅲ比較少見(jiàn)，它的特點(diǎn)是吸附熱與被吸附組分的液化熱大致相等。第Ⅳ、Ⅴ種認(rèn)為是由于毛細(xì)管凝結(jié)現(xiàn)象所致。物理吸附等溫曲線不只限于這五種。例如，有的物理吸附其等溫吸附線是階梯狀的，并且等溫吸附線常常與解吸曲線不一致，還常有滯后的拖尾現(xiàn)象。

表達(dá)等溫吸附線的數(shù)學(xué)式，稱(chēng)為等溫吸附方程。由于各學(xué)者針對(duì)不同的吸附平衡現(xiàn)象，采用不同的假設(shè)和模型，因而推導(dǎo)出各種等溫吸附方程?，F(xiàn)將幾種常用的等溫吸附方程簡(jiǎn)單介紹如下： 1．亨利(Henry)方程

通常都知道，一定溫度下氣體在液體中的溶解度與氣體的分壓成正比，這就是亨利定律。而在吸附過(guò)程中，亦存在這種現(xiàn)象，即在吸附過(guò)程中吸附量與壓力成正比。和氣體在溶液中的溶解是相同的，故稱(chēng)為亨利吸附。其方程為： q=kh.c 式中：q—吸附劑的吸附量；

kh—亨利系數(shù)；

c—吸附質(zhì)在氣體中的濃度。

對(duì)于壓力很低的氣相吸附，多數(shù)情況下，能服從此定律，而且只限于吸附量占形成單分子層吸附量的10%以下，即吸附面最多只有10%大表面被吸附物質(zhì)所覆蓋，才能適用這個(gè)方程。2．朗格謬爾（Langmair）方程

假設(shè)在等溫下，對(duì)于均勻的吸附表面，吸附質(zhì)分子之間沒(méi)有相互作用力，形成單分子層吸附，由此推導(dǎo)出的等溫方程稱(chēng)為朗格謬爾方程。在吸附速率和解吸速率相等時(shí)為： q/qm=kl.p/(1+kl.p)式中：qm—吸附劑的最大吸附容量；

p—吸附質(zhì)在氣體混合物中的分壓；

kl—朗格謬爾常數(shù)。

從上式中可知，當(dāng)吸附質(zhì)在氣體中的分壓很低時(shí)，則： q= qm.kl.p

即成為亨利方程，qm.kl相當(dāng)于亨利系數(shù)kh。如果吸附劑的吸附能力很強(qiáng)，吸附質(zhì)的分壓較高，上式又為q= qm。相當(dāng)于吸附劑的表面全部吸附了吸附質(zhì)，成為飽和吸附狀態(tài)，等溫吸附線趨于一條漸進(jìn)線，吸附量和分壓的變化無(wú)關(guān)，成為定值。上式整理后變?yōu)椋?p/q=p/ qm +1/(kl.qm)3.弗里德里胥（Freandlich）方程

等溫下在吸附熱隨著覆蓋率（即吸附量）的增加成對(duì)數(shù)下降的吸附平衡，弗里德里胥提出的經(jīng)驗(yàn)方程為： q=kf.p1/n 式中：kf、n —與吸附劑的特性、溫度有關(guān)的常數(shù)。弗里德里胥方程表示吸附量與壓力的指數(shù)分?jǐn)?shù)成正比。壓力p增大吸附量q隨之增加，但壓力增加到一定程度以后，吸附量飽和而不再變化。對(duì)上式兩邊取對(duì)數(shù)，得： log q =1/n.log p + logkf 與朗格謬爾方程接近。此方程的斜率1/n若在0.1～0.5之間，表示吸附容易進(jìn)行；超過(guò)2時(shí)，則表示吸附難以進(jìn)行。

4．B.E.T方程

由布隆耐爾（Brunaner）、埃麥特（Emmett）和特勒（Teller）三人提出的等溫吸附方程簡(jiǎn)稱(chēng)B.E.T方程。

朗格謬爾方程的前提條件是假設(shè)在吸附劑表面上只形成分子層。若是將其拓展到多分子層的吸附，即吸附分子在吸附劑上是按各個(gè)層次排列的，這些分子可以無(wú)限地累跌而吸附，并且各個(gè)分子之間的相互作用可以忽略不計(jì)，又假設(shè)每一層都符合朗格謬爾方程，便可以推導(dǎo)出B.E.T方程。

q=(kb.qm.p)/{(p0-p)[1+(kb-1)p/p0 ]} 式中：p0—吸附溫度下，吸附質(zhì)氣體的飽和蒸汽壓；

qm—第一層單分子層的飽和吸附量；

kb—和溫度、吸附熱、液化熱等有關(guān)的常數(shù)。在吸附質(zhì)的平衡分壓p遠(yuǎn)比飽和蒸氣壓p0小時(shí)，p0>>p,則： q/ qm=(kb.p/ p0)/(1+ kb.p/ p0)取kl=kb/ p0，此式變成朗格謬爾方程。也就是說(shuō)，B.E.T方程是朗格謬爾方程的廣義方程；后者是前者的特例。通常采用B.E.T方程可以計(jì)算吸附劑的比表面積。

除以上敘述的吸附理論所推導(dǎo)出的等溫吸附方程之外，還有愛(ài)基（Enken）和坡蘭尼(Polanyi)的吸附理論、洛朗茲(Lorenz)和朗德(Lande)的靜電學(xué)說(shuō)、毛細(xì)管凝縮學(xué)說(shuō)以及杜賓寧(Dubinin)在發(fā)展坡蘭尼理論的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出的吸附等溫方程等等。

工業(yè)用吸附劑一般都含有各種大小的微孔，它的吸附過(guò)程可能是單分子層吸附，可能是多分子層吸附，也可能是由于毛細(xì)管凝縮所致。哪一種機(jī)理起主要作用視具體條件而定。當(dāng)溫度低于臨界溫度時(shí)，大多數(shù)吸附劑的等溫吸附線屬于第Ⅳ類(lèi)型；大體可認(rèn)為在低壓區(qū)的吸附主要是單分子層吸附（見(jiàn)圖1-2）；隨著壓力的升高多分子層吸附起主要作用；在接近飽和蒸汽壓時(shí)（p/ p0≈1），毛細(xì)管凝縮作用顯著。

圖1-

3、1-4為在不同溫度下，各種氣體在吸附劑上的吸附等溫曲線。從圖中可以看出，在同一溫度下，吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附量隨吸附質(zhì)的分壓上升而增加；在同一吸附質(zhì)分壓下，吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附量隨吸附溫度上升而減少；因此降低吸附溫度和升高吸附壓力有利于氣體組分的吸附。反之，提高溫度和降低壓力則氣體的吸附量減少而解吸。

四、吸附過(guò)程中的物質(zhì)傳遞

等溫下靜態(tài)吸附平衡意味著流體和吸附劑經(jīng)長(zhǎng)期接觸，顆粒外和孔內(nèi)的流體濃度相同，吸附相濃度也均勻，這是很難達(dá)到的。在流動(dòng)體系只能達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，吸附質(zhì)從氣體主流到吸附劑顆粒內(nèi)部的傳遞過(guò)程分為兩個(gè)階段：

第一階段是從氣體主流通過(guò)吸附劑顆粒周?chē)臍饽さ筋w粒的表面，稱(chēng)為外部傳遞過(guò)程或外擴(kuò)散。

第二階段是從吸附顆粒表面?zhèn)飨蝾w粒中心，稱(chēng)為內(nèi)部傳遞過(guò)程或內(nèi)擴(kuò)散。

這兩個(gè)階段是按先后順序進(jìn)行的，在吸附時(shí)氣體先通過(guò)氣膜到達(dá)顆粒表面，然后才能向顆粒內(nèi)擴(kuò)散，脫附時(shí)則逆向進(jìn)行。

內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程有幾種不同情況，參見(jiàn)圖1-5。

氣體分子到達(dá)顆粒外表面時(shí)，一部分會(huì)被外表面所吸附，而被吸附的分子有可能沿著顆粒內(nèi)的孔壁向深處擴(kuò)散，稱(chēng)為表面擴(kuò)散。一部分氣體分子還可能在顆粒內(nèi)的孔中向深處擴(kuò)散，稱(chēng)為孔擴(kuò)散。在孔擴(kuò)散的途中氣體分子又可能與孔壁表面碰撞而被吸附。所以，內(nèi)擴(kuò)散是既有平行又有順序的吸附過(guò)程，它的過(guò)程模式可表達(dá)為：

根據(jù)前述，吸附傳遞過(guò)程由三部分組成，即外擴(kuò)散、內(nèi)擴(kuò)散和表面吸附。擴(kuò)散過(guò)程在吸附中占有重要地位。導(dǎo)致濃度均衡的物質(zhì)相互滲入稱(chēng)為擴(kuò)散。由于分子熱運(yùn)動(dòng)，在沒(méi)有外力作用下擴(kuò)散過(guò)程能自發(fā)的發(fā)生。按照費(fèi)克定律，時(shí)間τ內(nèi)擴(kuò)散穿過(guò)表面F的物質(zhì)數(shù)量G，與濃度梯度（dC/dn-單位擴(kuò)散路程長(zhǎng)度上的濃度變化）成正比。濃度梯度決定了過(guò)程的推動(dòng)力。G=-D.F.τ.dC/dn 比例系數(shù)（D）稱(chēng)為擴(kuò)散系數(shù)。負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散是朝濃度低的方向運(yùn)行。擴(kuò)散系數(shù)隨擴(kuò)散物質(zhì)的性質(zhì)而異，通常以實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定，并從有關(guān)手冊(cè)中查得。

隨著吸附的進(jìn)行，氣流中吸附質(zhì)的濃度逐漸減少，并逐漸趨于平衡。在單位時(shí)間內(nèi)被單位體積（或重量）吸附劑所吸附的物質(zhì)量稱(chēng)為吸附濃度。

按吸附動(dòng)力學(xué)原理，吸附速度可用下式表示： dq/dτ=K(C-Y)式中：dq/dτ—吸附速度的數(shù)學(xué)表達(dá)式；

C—吸附質(zhì)在氣體中的含量；

Y—與吸附劑所吸附的物量成平衡的氣體濃度；

K—從氣流到吸附劑表面的質(zhì)量傳遞系數(shù)，也稱(chēng)總傳質(zhì)系數(shù)。以擴(kuò)散方式到達(dá)吸附劑表面的物量由費(fèi)克定律確定，顯然，該物量應(yīng)等于按吸附動(dòng)力學(xué)方程所求得的吸附質(zhì)的量： K(C-Y)=-D.F.dC/dn

對(duì)于物理吸附，由于表面吸附的速度是極快，幾乎是瞬間完成，故它的影響可忽略不計(jì)。于是吸附傳遞的動(dòng)力學(xué)過(guò)程是由外擴(kuò)散和內(nèi)擴(kuò)散所決定。K1表示外擴(kuò)散過(guò)程的傳質(zhì)系數(shù)，K2表示內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程的傳質(zhì)系數(shù)，則總傳質(zhì)系數(shù)與外、內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)有下列關(guān)系： 1/K=1/K1 + 1/K2

對(duì)于物理吸附，由于表面吸附的速度是很快的，故它的影響可以忽略不計(jì)。

傳質(zhì)系數(shù)與許多變量，如吸附劑種類(lèi)、被吸附的氣體組成以及吸附工況等性質(zhì)有關(guān)。這種復(fù)雜的關(guān)系不可能由一個(gè)通式表示，因此在大多數(shù)情況下，傳質(zhì)系數(shù)是根據(jù)每種不同的情況以實(shí)驗(yàn)方法求得的。

五、固定床吸附流出曲線

1．吸附前沿和吸附負(fù)荷曲線

把顆粒大小均一的同種吸附劑裝填在固定吸附床中，含有一定濃度（C0）吸附質(zhì)的氣體混合物以恒定的流速通過(guò)吸附床層?，F(xiàn)在來(lái)描述流動(dòng)狀態(tài)下，床內(nèi)不同位置上的吸附質(zhì)濃度隨時(shí)間的變化情況。

假設(shè)床層內(nèi)的吸附劑完全沒(méi)有傳質(zhì)阻力，即吸附速度無(wú)限大的情況下，吸附質(zhì)一直是以的初始濃度向氣體流動(dòng)方向推進(jìn)，類(lèi)似于汽缸中的活塞移動(dòng)，如圖1-

6、a所示。

實(shí)際上由于傳質(zhì)阻力存在，流體的速度，吸附相平衡以及吸附機(jī)理等各方面的影響，情況并不是這樣。吸附質(zhì)濃度為C0的氣體混合物通過(guò)吸附床時(shí)，首先是在吸附床入口處形成S形曲線（圖1-

6、b），此曲線便稱(chēng)為吸附前沿（或傳質(zhì)前沿）。隨著氣體混合物不斷流入，吸附前沿繼續(xù)向前移動(dòng)，經(jīng)過(guò)t3時(shí)間后，吸附前沿的前端到達(dá)了吸附床的出口端。

S形曲線所占的床層長(zhǎng)度稱(chēng)為傳質(zhì)區(qū)（MTZ）。此傳質(zhì)區(qū)形成后，只要?dú)饬魉俣炔蛔?，并隨著氣流的不斷進(jìn)入，逐漸沿氣流向前推進(jìn)。因此在動(dòng)吸附過(guò)程中，吸附床可分為三個(gè)區(qū)段（圖1-

6、c）：

⑴.為吸附飽和區(qū)，在此區(qū)吸附劑不再吸附，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)；⑵.為吸附的傳質(zhì)區(qū)，傳質(zhì)區(qū)愈短，表示傳質(zhì)阻力愈?。磦髻|(zhì)系數(shù)大），床層中吸附劑的利用率越高；⑶.為吸附床的尚未吸附區(qū)。

在圖1-6中，其曲線與座標(biāo)所形成的面積稱(chēng)為吸附劑的吸附負(fù)荷。在吸附飽和區(qū)部分，便為吸附劑在吸附質(zhì)濃度C0下的飽和吸附量。如將圖1-6中的縱座標(biāo)，由吸附質(zhì)濃度改為吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的吸附量即可得到吸附負(fù)荷曲線（圖1-

8、a），它的曲線狀態(tài)完全是與吸附前沿相對(duì)應(yīng)的。

2．流出曲線

在吸附床中，隨著氣體混合物不斷流入，吸附前沿不斷向床的出口端推進(jìn)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，吸附質(zhì)出現(xiàn)在吸附床出口處，并隨時(shí)間推移，吸附質(zhì)濃度不斷上升，最終達(dá)到進(jìn)入吸附床的吸附質(zhì)濃度（C0）.測(cè)定吸附床出口處吸附質(zhì)濃度隨時(shí)間變化，便可繪出流出曲線。

如圖1-7所示，從吸附床氣體入口端流進(jìn)吸附質(zhì)初濃度為C0的氣體混合物，此時(shí)流體中的吸附質(zhì)從入口端開(kāi)始依次被吸附在床層上。結(jié)果在床層氣體流動(dòng)方向上，便形成一個(gè)濃度梯度（即傳質(zhì)區(qū)）。吸附過(guò)程只是在傳質(zhì)區(qū)為一定性質(zhì)的濃度分布范圍內(nèi)進(jìn)行。吸附工況處于穩(wěn)定狀態(tài)下，其濃度梯度的分布形狀和長(zhǎng)度是不變的，它以一定速度在吸附床層上移動(dòng)。隨著吸附過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行，吸附飽和區(qū)逐漸擴(kuò)大，而尚未吸附區(qū)逐漸縮小。

當(dāng)傳質(zhì)區(qū)到達(dá)吸附床出口端時(shí)，流出氣體中的吸附質(zhì)濃度開(kāi)始突然上升的位置，就是所謂的滲透點(diǎn)（圖中C點(diǎn)）。與其相對(duì)應(yīng)的吸附質(zhì)濃度（Cc）、吸附時(shí)間（tc）分別稱(chēng)為穿透濃度和穿透時(shí)間。實(shí)際上吸附前沿和流出曲線是成鏡面的對(duì)稱(chēng)相似（圖1-8）。和吸附前沿一樣，傳質(zhì)阻力大，傳質(zhì)區(qū)愈長(zhǎng)，流出曲線的波幅也越小。在極端理想的情況下，即吸附速度無(wú)限大的時(shí)后，吸附前沿曲線和流出曲線成了垂直線，床內(nèi)吸附劑都被有效利用。

在圖1-

8、a中，橫座標(biāo)（Z）為吸附床長(zhǎng)度，縱座標(biāo)（q）為吸附量，曲線為吸附負(fù)荷曲線。圖1-

8、b中，橫座標(biāo)（t）為吸附時(shí)間，縱座標(biāo)(C)為吸附質(zhì)濃度，曲線為吸附流出曲線。圖中面積[wiki]abc[/wiki]defa代表傳質(zhì)區(qū)的總吸附容量(U+V)，吸附前沿曲線上方（或流出曲線下方）的面積agdefa是傳質(zhì)區(qū)仍具有吸附能力的容量(U)，吸附前沿曲線下方（或流出曲線上方）的面積abcdga是傳質(zhì)區(qū)中被吸附部分(V)，面積abhk為吸附飽和區(qū)(W)。

結(jié)合圖1-

8、a、b，根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)可得到： 傳質(zhì)區(qū)長(zhǎng)度

ZA=Z.t0/[(t+ t0)-t0.(1-k)] 或 ZA=Z.（U+V）/(W+U+V)吸附床的無(wú)效高度

h=k.ZA

h=Z.U/(W+U+V)式中：Z—吸附床總高；

t—保護(hù)作用時(shí)間；

t+ t0—飽和作用時(shí)間；

k—傳質(zhì)區(qū)的未飽和分率，k=U/(U+V)。

影響流出曲線形狀的因素有吸附劑的性質(zhì)、顆粒的形狀和大小、氣體混合物的組成和性質(zhì)、流體速度、吸附平衡和機(jī)理、以及吸附床的溫度和壓力。因此通過(guò)流出曲線的研究，可以評(píng)價(jià)吸附劑的性能，測(cè)取傳質(zhì)系數(shù)和了解吸附床的操作狀況。

為了設(shè)計(jì)固定吸附床，必須進(jìn)行傳質(zhì)區(qū)長(zhǎng)度和流出曲線的計(jì)算。但是，已有的計(jì)算方法都是在許多假設(shè)條件下進(jìn)行的，所以，通常以實(shí)驗(yàn)手段測(cè)定傳質(zhì)區(qū)長(zhǎng)度和流出曲線。測(cè)定時(shí)的氣體濃度、流體速度、接觸時(shí)間、吸附壓力、吸附溫度等條件應(yīng)該與實(shí)際使用過(guò)程的條件相對(duì)應(yīng)。

第二節(jié) 變壓吸附的工作原理

一、吸附劑的再生方法

為了能使吸附分離法經(jīng)濟(jì)有效的實(shí)現(xiàn)，除了吸附劑要有良好的吸附性能以外，吸附劑的再生方法具有關(guān)鍵意義。吸附劑再生純度決定產(chǎn)品的純度，也影響吸附劑的吸附能力；吸附劑的再生時(shí)間決定老吸附循環(huán)周期的長(zhǎng)短，從而也決定了吸附劑用量的多少。因此選擇合適的再生方法，對(duì)吸附分離法的工業(yè)化起著重要的作用。

由描述吸附平衡的等溫吸附線知道，在同一溫度下，吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附量隨吸附質(zhì)的分壓上升而增加；在同一吸附質(zhì)分壓下，吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附量隨吸附溫度上升而減少；也就是說(shuō)加壓降溫有利于吸附質(zhì)的吸附，降壓加溫有利于吸附質(zhì)的解吸或吸附劑的再生。

于是按吸附劑的再生方法將吸附分離循環(huán)過(guò)程分成兩類(lèi)：變溫吸附法和變壓吸附法。圖2-1表示了這兩種方法的概念，圖中橫座標(biāo)為吸附質(zhì)的分壓，縱座標(biāo)為單位吸附劑的吸附量。上面一條是常溫下的等溫吸附線，下面一條是高溫下的等溫吸附線。

1．變溫吸附法

在較低溫度（常溫或更低）下進(jìn)行吸附，而升高溫度將吸附的組分解吸出來(lái)。從圖2-1看出，變溫吸附是在兩條不同溫度的等溫吸附線之間上下移動(dòng)進(jìn)行著吸附和解吸。由于常用吸附劑的熱傳導(dǎo)率比較低，加溫和冷卻的時(shí)間就比較長(zhǎng)（往往需要幾個(gè)小時(shí)），所以吸附床比較大，而且還要配備相應(yīng)的加熱和冷卻設(shè)施，能耗、投資都很高。

此外，溫度大幅度周期性變化也會(huì)影響吸附劑的壽命。但變溫吸附法可適用于許多場(chǎng)合，產(chǎn)品損失少，回收率高，所以目前仍為一種應(yīng)用較廣的方法。2．變壓吸附法

在加壓下進(jìn)行吸附，減壓下進(jìn)行解吸。由于循環(huán)周期短，吸附熱來(lái)不及散失，可供解吸之用，所以吸附熱和解吸熱引起的吸附床溫度變化一般不大，波動(dòng)范圍僅在幾度，可近似看作等溫過(guò)程。由圖2-1看出，變壓吸附工作狀態(tài)僅僅是在一條等吸附線上變化。

常用減壓吸附方法有以下幾種，其目的都是為了降低吸附劑上被吸附組分的分壓，使吸附劑得到再生。

a.降壓：吸附床在較高壓力下吸附，然后降到較低壓力，通常接近大氣壓，這時(shí)一部分吸附組分解吸出來(lái)。這個(gè)方法操作簡(jiǎn)單，單吸附組分的解吸不充分，吸附劑再生程度不高。

b.抽真空：吸附床降到大氣壓以后，為了進(jìn)一步減少吸附組分的分壓，可用抽真空的方法來(lái)降低吸附床壓力，以得到更好的再生效果，但此法增加了動(dòng)力消耗。

c.沖洗：利用弱吸附組分或者其它適當(dāng)?shù)臍怏w通過(guò)需再生的吸附床，被吸附組分的分壓隨沖洗氣通過(guò)而下降。吸附劑的再生程度取決于沖洗氣的用量和純度。

d.置換：用一種吸附能力較強(qiáng)的氣體把原先被吸附的組分從吸附劑上置換出來(lái)。這種方法常用于產(chǎn)品組分吸附能力較強(qiáng)而雜質(zhì)組分較弱即從吸附相獲得產(chǎn)品的場(chǎng)合。

在變壓吸附過(guò)程中，采用哪種再生方法是根據(jù)被分離的氣體混合各組分性質(zhì)、產(chǎn)品要求、吸附劑的特性以及操作條件來(lái)選擇，通常是由幾種再生方法配合實(shí)施的。

應(yīng)當(dāng)注意的是，無(wú)論采用何種方法再生，再生結(jié)束時(shí)，吸附床內(nèi)吸附質(zhì)的殘余量不會(huì)等于零，也就是說(shuō)，床內(nèi)吸附劑不可能徹底再生。這部分殘余量也不是均勻分布再吸附床內(nèi)各個(gè)部位。圖2-2中曲線-2示出了這部分殘余量在床內(nèi)的分布情況。曲線-1就是前述的吸附負(fù)荷曲線。兩根曲線分別與座標(biāo)所形成的面積之差稱(chēng)為吸附床的有效吸附負(fù)荷。此質(zhì)增大，有利于吸附操作。吸附工況確定后，有效吸附負(fù)荷就取決于吸附床的再生程度。由此，可看出再生在吸附操作中的重要性。

二、變壓吸附工作基本步驟

單一的固定吸附床操作，無(wú)論是變溫吸附還是變壓吸附,由于吸附劑需要再生，吸附是間歇式的。因此，工業(yè)上都是采用兩個(gè)或更多的吸附床，使吸附床的吸附和再生交替（或依次循環(huán)）進(jìn)行，保證整個(gè)吸附過(guò)程的連續(xù)。

對(duì)于變壓吸附循環(huán)過(guò)程，有三個(gè)基本工作步驟： 1．壓力下吸附

吸附床在過(guò)程的最高壓力下通入被分離的氣體混合物，其中強(qiáng)吸附組分被吸附劑選擇性吸收，弱吸附組分從吸附床的另一端流出。2．減壓解吸

根據(jù)被吸附組分的性能，選用前述的降壓、抽真空、沖洗和置換中的幾種方法使吸附劑獲得再生。一般減壓解吸，先是降壓到大氣壓力，然后再用沖洗、抽真空或置換。3．升壓

吸附劑再生完成后，用弱吸附組分對(duì)吸附床進(jìn)行充壓，直到吸附壓力為止。接著又在壓力下進(jìn)行吸附。

圖2-3示出了在一個(gè)變壓循環(huán)中吸附劑的吸附負(fù)荷與壓力的變化關(guān)系。

三、吸附劑的選擇

吸附劑對(duì)各氣體組分的吸附性能是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定靜態(tài)下的等溫吸附線和動(dòng)態(tài)下的流出曲線來(lái)評(píng)價(jià)的。吸附劑的良好吸附性能是吸附分離過(guò)程的基本條件。

在變壓吸附過(guò)程中吸附劑的選擇還要考慮解決吸附和解吸之間的矛盾。例如對(duì)于苯、甲苯等強(qiáng)吸附質(zhì)就要用對(duì)其吸附能力較弱的吸附劑如硅膠，以使吸附容量適當(dāng)，又有利于解吸操作。而對(duì)于弱吸附質(zhì)如甲烷、氮、一氧化碳等，就需要選用吸附能力較強(qiáng)的吸附劑如分子篩等，以期吸附容量大些。選擇吸附劑的另一要點(diǎn)是組分間的分離系數(shù)盡可能大。

所謂分離系數(shù)的定義是這樣的：

設(shè)有一個(gè)二組分體系，其中A為強(qiáng)吸附組分；B為弱吸附組分。她們的組別分別為Xa和Xb，組分A和B的吸附系數(shù)Ka、Kb各為： Ka =qa.T.p0/(v.T0.p.Xa);Kb=qb.T.p0/(v.T0.p.Xb)式中：q—床內(nèi)吸附劑吸附A或B組分在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積；

p、T—工作狀態(tài)下的壓力和溫度；

v—吸附床的死體積（即床內(nèi)流體能占有的體積），其值為： v=1/db – 1/dg 于是分離系數(shù)α為： α=（Ka+1）/(Kb+1)也就是說(shuō)，某組分吸附平衡時(shí)在吸附床內(nèi)的總量有兩部分，一部分是在死空間中，另一部分被吸附劑所吸附，其總和叫做某組分在吸附床內(nèi)的存留量；弱吸附組分和強(qiáng)吸附組分各自在死空間中含有的量占床內(nèi)存留量的比值之比稱(chēng)為分離系數(shù)。分離系數(shù)越大分離越容易。在變壓吸附中被分離的兩種組分的分離系數(shù)不宜小于2。表2-

1、2-2列出了常見(jiàn)主要組分在大氣壓和20℃下的分離系數(shù)。

表2-1

常見(jiàn)組分對(duì)各種吸附劑的分離系數(shù) 組分吸附劑

CH4CO2

COCH4

N2CH4

N2CO

H2CH4

H2CO

N2N2 硅膠

6.40

1.31

1.86

1.42

2.90

2.05

3.8 活性炭

2.00

2.07

2.84

1.37

6.97

5.10

14.4

表2-2

常見(jiàn)組分對(duì)各種吸附劑的分離系數(shù) 組分吸附劑

CH4CO

COCO2

N2CH4

N2CO

H2CH4

H2CO

N2N2 5A分子篩

1.79

3.15

1.40

2.50

9.65

17.2

6.9 絲光沸石

1.18

2.23

1.39

1.65

15.5

18.5

11.2 13X分子篩

1.58

4.70

1.52

2.40

8.0

12.6

5.25

另外，在吸附床運(yùn)行過(guò)程中因床內(nèi)壓力周期地變化，氣體短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入、排出，吸附劑應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，以減少破碎和磨損。被分離的氣體如果含有象有機(jī)[wiki]機(jī)械[/wiki]潤(rùn)滑油、煤焦油之類(lèi)的物質(zhì)，那么在吸附過(guò)程中，這些油性物質(zhì)會(huì)粘附在吸附顆粒的外表面，堵塞吸附劑內(nèi)的通道，使吸附劑失去吸附能力。粘附有油類(lèi)物質(zhì)的任何吸附劑，不管采用升溫還是降壓抽空的再生方法，都是不能再生的。因此對(duì)氣體中的含油量必須嚴(yán)格限制，有的場(chǎng)合就需增設(shè)除油設(shè)施，以免吸附劑在使用中失效。

變壓吸附分離不同的氣體混合物所采用的吸附劑如下表2-3所示： 表2-3 變壓吸附分離氣體混合物所采用的常用吸附劑

分離對(duì)象

硅膠

活性炭

分子篩

從氣體混合物除去水分

√

√ 空氣凈化

√

√ 空氣分離制取氧和氮

√ 從氫中除去二氧化碳

√

√

從氫中除甲烷、一氧化碳、氨

√ 從氫中除去烴類(lèi)

√

合成氣凈化

√

√ 從甲烷中除去其它烴類(lèi)

√

√ 從瓦斯氣中回收甲烷

√

√ 從石灰窯氣中分離二氧化碳

√

√

從煉鋼轉(zhuǎn)爐煤氣中分離一氧化碳

√

√

√ 天然氣凈化

√

√

分離組成復(fù)雜、類(lèi)別較多的氣體混合物，常需要選用幾種吸附劑，這些吸附劑可按吸附分離性能依次分層裝填在同一吸附床內(nèi)，有的情況也可分別裝填在幾個(gè)吸附床內(nèi)。

第三節(jié)

變壓吸附技術(shù)的應(yīng)用及實(shí)施方法

變壓吸附裝置的操作方式大致分類(lèi)如下：

平衡分離型是按氣體在吸附劑上的平衡吸附性能進(jìn)行選擇性吸附的原理分離氣體混合物，速度分離型是根據(jù)吸附劑對(duì)各組分的吸附速度的差別實(shí)現(xiàn)氣體混合物分離的。

在平衡分離型中，等壓型的吸附操作是在等壓下進(jìn)行的，吸附床在操作壓力下壓力損失小，目前工業(yè)上應(yīng)用的變壓吸附裝置都為等壓型的。非等壓型的快速變壓吸附是依靠系統(tǒng)流體阻力的適當(dāng)分配來(lái)實(shí)現(xiàn)的，吸附操作要保證吸附床內(nèi)有一定的壓力梯度，吸附劑的粒度較細(xì)為40～60目（而等壓型變壓吸附用的吸附劑直徑為1.6～3.5mm），因此壓力損失大?？焖僮儔何降奶攸c(diǎn)是裝置特別簡(jiǎn)單，通常只用一個(gè)吸附床，又由于快速周期循環(huán)，單位吸附劑的生產(chǎn)能力較高。其缺陷是達(dá)不到高純度產(chǎn)品，在相同產(chǎn)品純度下回收率要低，只適用于小型規(guī)模的生產(chǎn)裝置。

下面介紹變壓吸附技術(shù)在氣體分離中的應(yīng)用和它們的實(shí)施方法。

一、回收和精制氫

隨著石油煉制工業(yè)以及三大合成材料為中心的石油化學(xué)工業(yè)的飛速發(fā)展，氫氣消耗量也在迅速增加，很多有機(jī)合成工業(yè)、冶金工業(yè)、[wiki]電子[/wiki]工業(yè)都迫切需要大量純氫，因此擴(kuò)大氫生產(chǎn)資源，開(kāi)發(fā)新的制氫工藝以及改進(jìn)現(xiàn)有制氫工藝，受到人們的普遍關(guān)注。擴(kuò)大氫氣來(lái)源的一條重要途徑就是從許多含氫工業(yè)廢氣中回收氫氣。事實(shí)上在這些工業(yè)部門(mén)都有大量的含氫廢氣可以利用。這些氣體中，除氫以外的雜質(zhì)是Ar、N2、CH4、CO、CO2、H2O、NH3、H2S以及少量烴類(lèi)，這些雜質(zhì)可采用變壓吸附技術(shù)依次同時(shí)除去，達(dá)到回收和純化氫的目的。

變壓吸附制氫工藝中吸附壓力一般在0.8～2.5MPa范圍內(nèi)，早期變壓吸附技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要限制，在于缺乏一種有效的方法來(lái)回收和利用吸附結(jié)束時(shí)存留在吸附床內(nèi)死空間的產(chǎn)品組分。在最初的二床流程中，一個(gè)吸附床吸附，另一床再生，每隔一定時(shí)間互相交替。吸附結(jié)束后床內(nèi)死空間氣體隨降壓而損失了，吸附壓力越高損失就越大。為了提高回收率，除了研制性能優(yōu)良的吸附劑和改善操作條件以外，關(guān)鍵還在于改善工藝流程。

目前工業(yè)上解決的辦法是采用多床變壓吸附工藝，它的主要實(shí)施方法是，根據(jù)吸附的狀態(tài)特性將吸附操作在穿透點(diǎn)之前一段相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間結(jié)束。這樣吸附床出口端就有一部分吸附劑尚未利用，然后將該吸附床與一個(gè)已完成解吸并等待升壓的吸附床連通，兩床壓力均衡（稱(chēng)為均壓），這樣既回收了吸附床死空間中的有用組分又利用了其中的能量。一般來(lái)說(shuō)，均壓次數(shù)增加，產(chǎn)品回收率上升，但吸附床數(shù)也要相應(yīng)增多。多床變壓吸附工藝應(yīng)用最廣的是四床流程。

圖3-1為四床變壓吸附流程。為了便于了解起見(jiàn)，現(xiàn)以其中一個(gè)吸附床（A床）所經(jīng)歷的七個(gè)步驟為例來(lái)說(shuō)明它的工作原理。圖3-2是A床吸附時(shí)的氣流示意圖。

1．吸附(A)

原料氣自下而上通過(guò)A床，在過(guò)程最高壓力下選擇吸附各種雜質(zhì)，未被吸附的純氫從吸附床頂部引出，其中大部分作為產(chǎn)品輸出，另一部分用于別的吸附床的最終升壓。吸附步驟是在吸附前沿未到達(dá)床的出口端時(shí)即停止，使吸附前沿和床出口端之間保留一段還沒(méi)有使用的吸附劑。

2．均壓降（ED）

吸附步驟完成后，A床停止進(jìn)入原料氣。與已再生完成處于過(guò)程最低壓力的C床以出口端相連進(jìn)行均壓。均壓完成后兩床壓力各為吸附壓力的二分之一，此時(shí)A床的吸附前沿向前推進(jìn)，但還未到達(dá)床的出口端。均壓降的氣體純度和產(chǎn)品基本一致。此步驟對(duì)C床來(lái)說(shuō)叫做均壓升，回收了吸附床死空間中大產(chǎn)品組分和它的能量。3．順向放壓（PP）

A床繼續(xù)從出口端降壓，降壓的氣體用于沖洗已逆向放壓到過(guò)程最低壓力的D床。順向放壓結(jié)束時(shí)的壓力控制在吸附前沿剛好到達(dá)出口端而還未穿透為止。此步驟的順向放壓氣體基本上是純的，利用這股氣體是D床吸附劑進(jìn)一步再生。4．逆向放壓（D）

順向放壓終止時(shí)A 床內(nèi)吸附劑已全部吸附了雜質(zhì)，于是將床內(nèi)剩余氣體從入口端排出，降到過(guò)程最低壓力（一般為大氣壓）。在此步驟中床內(nèi)吸附的雜質(zhì)由于壓力下降而釋放，大部分隨氣流帶走。5．沖洗（P）

利用B床順向放壓的氣體在過(guò)程最低壓力下對(duì)A床進(jìn)行沖洗以進(jìn)一步降低雜質(zhì)分壓，清除殘留于床內(nèi)的雜質(zhì)。6．均壓升（ER）

沖洗完成后A窗的吸附劑基本再生完畢，此時(shí)開(kāi)始進(jìn)行再次吸附前的升壓準(zhǔn)備，在此利用C床均壓降的產(chǎn)品氣對(duì)A床進(jìn)行充壓，達(dá)到吸附壓力的一半。7．最終升壓（FR）

然后用D床生產(chǎn)中的一部分把A床充壓到過(guò)程的最高壓力，即吸附壓力。至此，A床完成了一個(gè)吸附—再生循環(huán)，并將重新開(kāi)始吸附進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

其它三個(gè)吸附床的工作步驟與A床相同，只是在時(shí)序安排成錯(cuò)開(kāi)四分之一周期（見(jiàn)表3-1）。

此流程通過(guò)均壓和順向放壓兩個(gè)步驟回收了吸附床死空間中的大部分產(chǎn)品組分和它的能量，提高了產(chǎn)品回收率，同時(shí)用于充壓的產(chǎn)品氣量減少，產(chǎn)品氣的壓力波動(dòng)也相應(yīng)減少。在升壓過(guò)程中，純氫都是從吸附床出口端充入，這樣床內(nèi)極少量的雜質(zhì)會(huì)被推向入口端，起到了床內(nèi)吸附劑更新的作用。此法從變換氣中制取純氫，產(chǎn)品純度可達(dá)99.99～99.999%，氫的回收率為75～80%。

為了進(jìn)一步減少產(chǎn)品的損失，還可采用二次均壓法，使逆向放壓時(shí)的壓力更低，均壓升之后的壓力更高，其回收率比一次均壓法提高5～7%。

除了四床流程外，工業(yè)上根據(jù)裝置規(guī)模增大和吸附壓力上升還相應(yīng)采用的有五床、八床和十床流程等等。圖3-2列舉的十床變壓吸附工藝是八十年代初上海石油[wiki]化工[/wiki]總廠從美國(guó)聯(lián)合炭化物公司引進(jìn)的。裝置處理原料（變換氣）能力為74530nm3/h,吸附壓力約2.4MPa，產(chǎn)品氫純度99.9%，氫回收率85%。

此流程特點(diǎn)是：⑴采用了三次均壓的方法，進(jìn)一步提高了氫的回收率，產(chǎn)品輸出壓力波動(dòng)很??；⑵任何時(shí)候都有三個(gè)吸附床通入原料進(jìn)行吸附步驟，只是它們處于不同的吸附階段。這樣縮小了吸附床的容積，相應(yīng)地也縮小了與吸附床相連接的管道和閥門(mén)規(guī)格，同時(shí)還縮短了過(guò)程的循環(huán)時(shí)間，提高吸附劑的利用率或減少吸附劑的需用量。⑶當(dāng)自動(dòng)切換閥門(mén)或它的控制部件出現(xiàn)故障時(shí)，裝置可由十床切換成五床運(yùn)行，不至于全系統(tǒng)停車(chē)，此時(shí)原料處理量為406678 nm3/h。近來(lái)計(jì)算機(jī)和閥門(mén)故障判斷系統(tǒng)[wiki]軟件[/wiki]的不斷改善，十床流程已可根據(jù)出現(xiàn)故障的閥門(mén)位置切換成四床、六床或八床運(yùn)行，被切斷的吸附床越少，生產(chǎn)能力影響也越小，充分保證裝置的開(kāi)工率。

上述的一些多床變壓吸附流程只要改變床內(nèi)吸附劑類(lèi)型和配比，都可適用于從幾乎所有的富氫氣源（如變換氣、合成氨馳放氣、甲醇尾氣、焦?fàn)t煤氣、煉廠氣、城市煤氣等）中回收氫，也能適用于其它從氣體相獲得產(chǎn)品組分的場(chǎng)合，例如從天然氣中除去C2以上的烴類(lèi)、從變換氣中脫去二氧化碳（吸附劑再生過(guò)程中有時(shí)采用了真空解吸步驟以提高氫的回收率）等等。

二、從空氣中制取富氧

傳統(tǒng)的制氧方法是空氣的深冷分餾，此法可制取高純度的氧、氮和惰性氣體，也是大規(guī)模生產(chǎn)這些氣體的最經(jīng)濟(jì)的方法。但在許多場(chǎng)合，如廢水處理、金屬冶煉、醫(yī)療供氧、化工造氣等等并不需要象深冷分餾法所制得的高純度氧氣，而且富氧的需用量相對(duì)高純度氧要更多些。為此人們很早就企圖實(shí)現(xiàn)用比深冷法更簡(jiǎn)便的方法富集氧氣。對(duì)分子篩的研究發(fā)現(xiàn)，在5A型分子篩上空氣中的氮是被優(yōu)先選擇吸附的分子（見(jiàn)圖3-4），自此注意到應(yīng)用分子篩分離富氮的可能性。變壓吸附法制取富氧與變壓吸附本身的開(kāi)發(fā)一樣，是沿著兩條途徑進(jìn)行的：一方面是改善吸附劑的性能，以增大氮的吸附能力和富氮的分離系數(shù)；另一方面是改進(jìn)工藝流程，根據(jù)富氧生產(chǎn)能力、純度即吸附劑性能開(kāi)發(fā)有各種二床、三床流程，前面介紹的多床制氫工藝也適用于生產(chǎn)富氧，吸附床數(shù)增加可提高產(chǎn)氧能力、降低總耗電量，但額外投資和床數(shù)增加的復(fù)雜性在經(jīng)濟(jì)上導(dǎo)致過(guò)于昂貴。所以目前工業(yè)上開(kāi)發(fā)應(yīng)用較多的是二、三床流程。

由于氧氮的分離系數(shù)隨壓力降低而提高，故變壓吸附制取富氧過(guò)程中吸附壓力都比較低，一般在常壓解吸流程中吸附壓力為0.2~0.5MPa，在真空解吸流程中吸附壓力不大于0.1MPa，甚至可以依靠吸附床的真空直接吸入空氣，在常壓下進(jìn)行吸附。常壓吸附—真空解吸工藝的動(dòng)力消耗要比加壓吸附—常壓解吸工藝低，這是因?yàn)榧訅何綁嚎s空氣量大于產(chǎn)品量十倍之多，而氣體的壓縮比一般為3.5，真空泵在抽吸后期才達(dá)到此值。典型的三床真空解吸流程如圖3-5所示，其工作步驟時(shí)序見(jiàn)表3-2。

空氣由鼓風(fēng)機(jī)送入一個(gè)正處于吸附步驟的吸附床，在壓力0~0.03MPa下，空氣中水分、二氧化碳以及氮?dú)獗环肿雍Y所吸附，氧氣從吸附床頂部引出。產(chǎn)品氧由另一只壓縮機(jī)壓縮到所需的壓力。當(dāng)吸附床中氮的吸附前沿到達(dá)出口端時(shí)停止吸附，空氣切換到另一個(gè)吸附床。吸附步驟結(jié)束后，吸附床開(kāi)始進(jìn)行再生，先是與剛完成抽空的吸附床進(jìn)行均壓，然后通過(guò)真空泵對(duì)該床進(jìn)行抽空。解吸出來(lái)的富氮、二氧化碳以及水分從床底部抽出并排入大氣。該吸附床重新吸附之前，從床的頂部充入另一床的均壓氣和部分產(chǎn)品氧使其升壓到吸附壓力。三個(gè)吸附床交替進(jìn)行吸附—均壓降—抽空—均壓升—最終升壓五個(gè)步驟。

此法在吸附壓力0.025MPa、抽空最終壓力190乇下操作時(shí)，生產(chǎn)富氧純度９３％，氧的回收率為３６～３９％。近年來(lái)，隨著吸附劑制氧能力提高和工藝流程回收死空間氣體的改進(jìn)，所得富氧純度大于９０％時(shí)，回收率為５０％，消耗能量小于０.５kwh/m3-O2,這個(gè)能耗已經(jīng)與深冷空分制氧相接近。

三、回收和制取純二氧化碳

二氧化碳已經(jīng)廣泛應(yīng)用于尿素生產(chǎn)、飲料添加劑、金屬翻砂成型以及焊接保護(hù)等場(chǎng)合，其它新的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷開(kāi)發(fā)之中?？晒┕I(yè)回收的二氧化碳典型氣源有：制氫裝置廢氣、石灰窯氣、油田伴生氣等。在這些氣體混合物中，除硫化物外，二氧化碳是一種強(qiáng)吸附組分，在吸附過(guò)程中它被吸附存留在吸附床內(nèi)，因此變壓吸附法回收二氧化碳與制氫工藝不同，它是從吸附相獲得產(chǎn)品的。為了制取純凈的二氧化碳產(chǎn)品，必須將硫化物和水分除去，干燥脫硫可在原料進(jìn)入變壓吸附分離之前進(jìn)行，也可將變壓吸附制取的半成品二氧化碳再予以?xún)艋?。從吸附相獲得產(chǎn)品的變壓吸附與制氫工藝（氫是從氣相獲得的）相比增設(shè)了置換和抽真空兩個(gè)步驟。從前述的變壓吸附氣體分離過(guò)程知道，在吸附床降壓解吸后吸附床死空間內(nèi)還存留有少量雜質(zhì)（H２、O２、N２、CO、CH４等），置換步驟就是用部分產(chǎn)品二氧化碳返回吸附床，將這些雜質(zhì)置換出來(lái)，以提高二氧化碳的純度。抽真空的目的是為了從吸附床獲得被吸附的二氧化碳，并增加吸附床的操作負(fù)荷，提高吸附劑的利用率，減少吸附劑用量。這類(lèi)裝置一般采用三床流程（圖３-６）。

它的工作過(guò)程簡(jiǎn)述如下（見(jiàn)表３-３）：

原料自下而上進(jìn)入吸附床，此原料中二氧化碳被吸附劑吸附，未被吸附的氫氧氮一氧化碳和甲烷作為廢氣從吸附床出口端流出。一部分廢氣用于另一吸附床的最終升壓，當(dāng)二氧化碳吸附前沿到達(dá)床的出口端時(shí)，原料切斷，吸附床吸附步驟停止。然后從吸附床出口端開(kāi)始降壓，首先和另一正處于均壓升步驟的吸附床入口端相連進(jìn)行壓力均衡，直到兩床壓力相等。之后向系統(tǒng)外排氣（即順向放壓），直到床內(nèi)壓力接近于常壓（～０.０３MPa），隨著壓力降低，雜質(zhì)組分排出，床內(nèi)二氧化碳濃度逐步提高。

接著返回部分產(chǎn)品二氧化碳，從吸附床入口端開(kāi)始進(jìn)行置換，以除去床內(nèi)殘留的雜質(zhì)。置換是在順向放壓結(jié)束時(shí)壓力下進(jìn)行，置換終使床內(nèi)達(dá)到產(chǎn)品二氧化碳濃度。順向放壓和置換步驟所排出的氣體中二氧化碳濃度已大禹原料氣，因此這股氣流返回原料氣系統(tǒng)加以回收。吸附床中接近常壓下所吸留的二氧化碳，用真空泵抽吸出來(lái)進(jìn)入產(chǎn)品罐，其中一部分由壓縮機(jī)壓縮到所需的壓力作為產(chǎn)品輸出，另一部分由鼓風(fēng)機(jī)返回吸附床用于置換。

抽空后床內(nèi)吸附劑已基本再生完全，接下去便開(kāi)始升壓。先從入口端引入另一吸附床的均壓降的氣體，壓力上升到吸附壓力的一半，最后用吸附時(shí)排出的廢氣充壓到吸附壓力。然后準(zhǔn)備輸入原料進(jìn)行下一次循環(huán)。

變壓吸附分離回收二氧化碳適宜的壓力為０.５～０.８MPa，產(chǎn)品二氧化碳純度在９９.５％以上。原料中有害雜質(zhì)預(yù)先凈化后，最終產(chǎn)品可達(dá)到作為食品添加劑的二氧化碳國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

四、從空氣中制氫

氮是一種惰性保護(hù)氣體，廣泛應(yīng)用于保糧殺蟲(chóng)、果品保鮮、以及冶金、石油、化工等工業(yè)。目前大部分氮?dú)馐菑目諝馍罾浞蛛x裝置生產(chǎn)的。由于變壓吸附和分子篩技術(shù)的發(fā)展，使變壓吸附裝置的投資降低、操作費(fèi)用減少，特別是小型制氮裝置具有廣闊的發(fā)展前途。變壓吸附制氮的技術(shù)以不同的吸附機(jī)理分有兩種方法。一種是吸附劑采用5A分子篩。如圖３-４所示，氮的吸附量要比氧、氬大，空氣在5A分子篩上的這一特性構(gòu)成了變壓吸附分離氧、氮的依據(jù)。由于氮是在吸附相中獲得的，所以可采用類(lèi)似圖３-６和表３-３的工藝過(guò)程制取純氮。此法吸附時(shí)壓力為０.３MPa，獲得的氮?dú)饧兌却笥冢梗?５％，氮回收率一般在３５～４５％，但空氣在進(jìn)入吸附床之前必須先進(jìn)行干燥除去二氧化碳，使得流程復(fù)雜、投資和操作費(fèi)用增加。

另一種方法是吸附劑采用碳分子篩，這種吸附劑是世界上七十年代初發(fā)展起來(lái)的新品種，首先由聯(lián)邦德國(guó)埃索B.F.礦業(yè)研究公司開(kāi)發(fā)成功。國(guó)內(nèi)一些院校也進(jìn)行了以無(wú)煙煤為主要原料制造碳分子篩的研制，至今已取得一定進(jìn)展。也有一些制造廠供應(yīng)碳分子篩制氮成套裝置，其中杭州制氧機(jī)廠與德國(guó)林德公司合作生產(chǎn)的系列制氮[wiki]設(shè)備[/wiki]，其碳分子篩、程序控制器等一些主要器材由林德公司提供，該機(jī)的性能指標(biāo)達(dá)到八十年代世界先進(jìn)水平。

碳分子篩對(duì)空氣的分離是利用向碳分子篩微孔擴(kuò)散的分子直徑之差異，導(dǎo)致擴(kuò)散速度不同而實(shí)現(xiàn)的，即為速度分離型。在平衡狀態(tài)下，碳分子篩上氧、氮的吸附量相差不多（見(jiàn)圖３-７）。而氧通過(guò)碳分子篩微孔細(xì)小縫隙的擴(kuò)散速度要比氮快得多。吸附開(kāi)始后幾十秒，氧的吸附量就達(dá)80%，同一時(shí)間氮的吸附量?jī)H為平衡吸附量的5%（見(jiàn)圖3-8）。

碳分子篩在吸附氧的同時(shí)吸附空氣中的水分和二氧化碳，但對(duì)氧的吸附量影響不大。此法是從吸附的氣體相中得到產(chǎn)品，因此原料氣凈化一般只要除去常溫下（有的冷卻到5℃）的機(jī)械水便可。

碳分子篩制氮的流程在0.1~0.45MPa吸附壓力下吸附劑采用真空解吸，0.5MPa以上就采用常壓解吸。裝置中有兩個(gè)吸附床。圖3-9是帶有真空解吸的碳分子篩制氮的流程，它的工作時(shí)序列于表3-4?？諝庠?.1~0.45MPa壓力下送入吸附床，在此碳分子篩優(yōu)先吸附水分、二氧化碳和氧，并且也吸附一部分氮和氬。未吸附的氮從吸附床出口端流出。大約吸附時(shí)間60秒左右后該床切斷空氣，與另一吸附床進(jìn)行均壓，然后將床內(nèi)余氣排入大氣降到常壓。接著進(jìn)行真空解吸，先前所吸附的組分被抽吸出放空，最終真空壓力為-0.08MPa。在再次吸附之前，由均壓使吸附床壓力升壓到接近吸附壓力的1/2，所以在吸附開(kāi)始的十秒左右，吸附床是用原料空氣升到吸附壓力的。

碳分子篩制氮純度比5A分子篩低些，一般在98~99%。當(dāng)純度99%時(shí)，吸附壓力0.8Mpa常壓解吸情況下，氮回收率為30~40%。吸附壓力0.4MPa真空解吸時(shí)，氮回收率為46%。

五、回收和提純一氧化碳

鋼鐵廠有豐富的副產(chǎn)煤氣，其主要是焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣，它們的典型組成是： 表 3-5 鋼鐵廠副產(chǎn)煤氣組成 組分煤氣名稱(chēng)

H2

O2

N2

CO

CH4

CO2

CmHn 焦?fàn)t煤氣

57.4

4.2

6.3

27.3

1.7

3.1 高爐煤氣

2.7

54.0

21.8

21.5

轉(zhuǎn)爐煤氣

1.5

0.4

19.1

60.0

19.0

在這三種鋼鐵廠副產(chǎn)煤氣中，焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣大部分作為鋼鐵廠自身燃料供給。而占我國(guó)鋼產(chǎn)量一半的轉(zhuǎn)爐副產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐煤氣大都尚未回收，放散不用既損失了能源，又造成了[wiki]環(huán)境[/wiki]污染。一氧化碳是化學(xué)工業(yè)中“碳—化學(xué)”的基礎(chǔ)原料，通常由煤、石油或天然氣經(jīng)造氣凈化所得。它可用于制取甲醇、甲醛、甲酸、醋酸、草酸、脂肪酸、光氣以及多種羥基化合物。轉(zhuǎn)爐煤氣中含有~60%的一氧化碳，回收轉(zhuǎn)爐煤氣中的一氧化碳，既省去建造工藝復(fù)雜的造氣凈化裝置所耗的大量投資，又節(jié)約生產(chǎn)費(fèi)用。以煤制甲醇為例，僅造氣凈化部分就占總設(shè)備投資的百分之七十。轉(zhuǎn)爐煉鋼每噸大約發(fā)生100m3的轉(zhuǎn)爐煤氣。因此，從中回收提純一氧化碳來(lái)發(fā)展“碳—化學(xué)”工業(yè)的前景十分可觀。

提純轉(zhuǎn)爐煤氣中一氧化碳的傳統(tǒng)方法有銅氨液吸收分離法和深冷分離法，這兩種方法流程復(fù)雜，生產(chǎn)費(fèi)用高。美國(guó)田納科化學(xué)公司于七十年代開(kāi)發(fā)成功了從含有一氧化碳的氣體混合物中分離回收一氧化碳的新工藝，稱(chēng)之為一氧化碳吸收法或COSORB 法。此法首先被國(guó)際動(dòng)力學(xué)公司采用，再荷蘭建立了一套從煉油廠廢氣中回收一氧化碳的裝置。該法利用CnAl4甲苯溶液選擇吸收一氧化碳，氣體混合物中其它組分如H2、N2、CH4及CO2只微量吸收，吸收一氧化碳的溶液被稍許加熱即可析出，得到純度98~99%的一氧化碳。此工藝的特點(diǎn)是在低壓（一個(gè)大氣壓）和室溫操作，沒(méi)有[wiki]腐蝕[/wiki]，設(shè)備和材質(zhì)皆易解決。但對(duì)原料氣中的H2O、H2S、SO2、NH3含量都有規(guī)定，其中對(duì)H2O的要求十分嚴(yán)格，要求含水量在1ppm以下。而且，溶液所析出的一氧化碳中帶有甲苯蒸汽。因此需要增添前處理和后處理工序，這樣自然會(huì)使投資和操作費(fèi)用增加。進(jìn)一步降低由鋼鐵廠煤氣生產(chǎn)化工產(chǎn)品的成本，人們更著眼于采用流程簡(jiǎn)單、費(fèi)用低的變壓吸附法分離提純轉(zhuǎn)爐煤氣中一氧化碳的新技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)CO-PSA）。

不同類(lèi)型的吸附劑對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣各組分的吸附能力大小順序也不一樣，因此構(gòu)成了不同的工藝流程。1．二段法CO-PSA工藝

此法的吸附機(jī)理屬物理吸附，采用的吸附劑都為市售的分子篩、活性炭等。這些吸附劑對(duì)鋼鐵廠副產(chǎn)煤氣中各組分的吸附能力依次為：

CO2 >> CO > H2 >> N2 二氧化碳屬于強(qiáng)吸附組分。因此，必須設(shè)置第一段變壓吸附，在此加壓下吸附原料中的二氧化碳。從氣體相獲得的氣體混合物在第二段變壓吸附中吸附一氧化碳，未被吸附的氣體分離排出，然后在減壓下解吸回收一氧化碳。

壓縮到0.4~0.5MPa的原料氣在第一段變壓吸附中除去飽和水分和二氧化碳，然后凈化后的原料氣在0.3MPa下進(jìn)入第二段變壓吸附，在此分離出氫和氮，吸附的一氧化碳經(jīng)解吸收集于氣柜作為產(chǎn)品壓縮輸出，其中一部分又返回吸附床用于置換。從第二段變壓吸附排出的氫和氮混合氣返回到第一段變壓吸附用于二氧化碳解吸過(guò)程的沖洗氣。

第一段變壓吸附工藝中選擇吸附劑要考慮兩點(diǎn)：一方面對(duì)二氧化碳具有大的吸附能力，另一方面對(duì)一氧化碳的吸附能力要小，以盡可能減少一氧化碳的損失。通常用活性炭或氧化鋁之類(lèi)的吸附劑。強(qiáng)吸附組分二氧化碳的解吸方法，在原料氣中氫和氮的量大于二氧化碳時(shí)可以采用降壓沖洗的方法。采用的是三床變壓吸附流程，其工作步驟類(lèi)似于變壓吸附提氫工藝，只是在沖洗過(guò)程中采用了第二段變壓吸附回收一氧化碳后的氫、氮廢氣，其工作時(shí)序見(jiàn)3-6。原料中的飽和水分雖然對(duì)吸附影響不大，但將會(huì)混入最終的一氧化碳產(chǎn)品中，所以在吸附床中還加有干燥劑脫水。

第二段變壓吸附回收提純一氧化碳的主要難點(diǎn)是CO/ N2的分離系數(shù)小，在分子篩上僅為2.5（而CO/ H2的分離系數(shù)達(dá)17.2）。其次是產(chǎn)品一氧化碳是從吸附相中獲得，增加了一氧化碳提純的難度。因此，除了采用對(duì)一氧化碳具有高選擇性的吸附劑外，根據(jù)一氧化碳含量和吸附劑特性，在變壓吸附中設(shè)置相應(yīng)的工作步驟，來(lái)保證產(chǎn)品一氧化碳的純度和回收率。其吸附床的工作時(shí)序表3-7。吸附和順向放壓時(shí)排出的廢氣用于第一段變壓吸附?jīng)_洗過(guò)程。置換排出的氣體中含有較多的一氧化碳，故進(jìn)入另一吸附床的入口端用于再升壓，隨之一氧化碳吸附。在最終升壓步驟采用的是凈化后的原料氣升壓，以保證原料氣流量穩(wěn)定。

這種方法也適用于前述的二氧化碳回收以及一些從吸附相獲得濃縮產(chǎn)品的場(chǎng)合。

2．一段法CO-PSA工藝

對(duì)于鋼鐵廠副產(chǎn)煤氣，由于分子篩等吸附劑不能選擇吸附一氧化碳的緣故，使得CO-PSA工藝勢(shì)必采用二段法而變得流程復(fù)雜、費(fèi)用增加。為了提高效率、簡(jiǎn)化裝置，國(guó)內(nèi)首先研制出一種采用一段法工藝的吸附劑。這類(lèi)吸附劑大多是將銅鹽負(fù)載于分子篩、活性炭或氧化鋁之類(lèi)固體上，利用一氧化碳對(duì)銅的洛合作用有選擇性地吸附一氧化碳，大大提高了一氧化碳的吸附能力。目前這種化學(xué)吸附法在回收凈化一氧化碳的中小型裝置上比較有成效的是日本千代田化工建設(shè)公司研制的以CuAlCl4/Al2O3為吸附劑的CO-PSA技術(shù)。我國(guó)北京大學(xué)、大連工學(xué)院和西南化工研究院等許多單位也研制了CO-PSA專(zhuān)用吸附劑，一氧化碳的選擇性和平橫吸附量有了顯著提高，但還需進(jìn)一步探索并達(dá)到工業(yè)應(yīng)用。

一段法CO-PSA工藝的基礎(chǔ)是采用高效的一氧化碳吸附劑，因此只需要二段法中的第二段變壓吸附就可以達(dá)到分離一氧化碳的目的，省去了第一段變壓吸附，使流程簡(jiǎn)化。但是原料氣中的硫化物會(huì)使吸附劑中的活性成分Cu+永久性中毒，故必須增加脫硫設(shè)施。

表3-8將幾種一氧化碳分離法進(jìn)行比較，一段法具有很多優(yōu)越性。這個(gè)方法的關(guān)鍵在于一氧化碳吸附劑，此吸附劑與別的吸附劑不同，要求對(duì)一氧化碳吸附選擇性強(qiáng)、吸附量大、還要要求吸附劑的加工工藝簡(jiǎn)便、操作條件不苛刻以及原料經(jīng)濟(jì)易購(gòu)等。

六、從變換氣中脫出二氧化碳

變壓吸附脫碳技術(shù)是我公司根據(jù)我國(guó)小合成氨現(xiàn)狀和碳酸氫氨過(guò)剩、液氨緊俏的趨勢(shì)研制成功的。經(jīng)變壓吸附脫碳之后的凈化氣中二氧化碳含量可在0.2%以下，氫的回收率大于95%。它的工藝過(guò)程與前述的制氫工藝相類(lèi)似，其中不同之處是：脫工藝中吸附劑的再生采用真空解吸方法來(lái)替代制氫工藝中的順?lè)?沖洗過(guò)程。圖3-11為變壓吸附脫碳工藝流程。

變換氣在0.7～1.3MPa壓力下，經(jīng)過(guò)水分離器除去氣體中帶有的水液后，進(jìn)入變壓吸附系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)吸附床依次循環(huán)執(zhí)行下列步驟： 吸附

一均降

二均降

逆放

二均升

一均升

最終升壓

原料中的水分和二氧化碳在吸附步驟被床內(nèi)吸附劑吸附，從吸附床出口端輸出凈化的氫氮?dú)?。?dāng)二氧化碳的吸附前沿到達(dá)床內(nèi)規(guī)定位置時(shí)，該吸附床吸附步驟結(jié)束，停止輸入原料。接著開(kāi)始降壓解吸，先是吸附床順向放壓，壓力逐級(jí)下降到~0.1MPa，排出的氣體分別用于另外兩個(gè)吸附床的升壓，此時(shí)二氧化碳前沿已到達(dá)出口端。剩余的壓力由逆向放壓降到大氣壓，吸附床內(nèi)一部分二氧化碳隨氣流排出。吸附床進(jìn)一步再生采用抽真空的方法，即所謂的真空解吸。吸附床被抽到小于-0.08MPa的真空壓力，吸附的二氧化碳幾乎全部解吸并抽出。至此，吸附床再生完畢，開(kāi)始進(jìn)行再次吸附之前的升壓步驟。升壓過(guò)程是利用其它兩個(gè)吸附床順向放壓排出的氣體和吸附時(shí)輸出的凈化氣逐級(jí)升到吸附壓力的。

此法與目前其它脫碳方法相比，具有凈化氣中二氧化碳含量低、能耗小的特點(diǎn)，同時(shí)還能除去原料中硫化氫、部分甲烷和一氧化碳的優(yōu)良性能。

附Ⅰ

變壓吸附工藝步驟中常用字符代號(hào)說(shuō)明

附Ⅱ

回收率的計(jì)算方法

回收率是變壓吸附主要考核指標(biāo)之一，它的定義是從變壓吸附裝置獲得的產(chǎn)品中被回收組分絕對(duì)量占進(jìn)入變壓吸附裝置的原料氣中被回收組分絕對(duì)量的百分比。方法一：

已知下列條件：

⑴．

進(jìn)入變壓吸附裝置的原料氣量（F，nm3/h）⑵．

原料氣中被回收組分含量（XF，%）

⑶．

從變壓吸附裝置獲得的產(chǎn)品氣流量（P，nm3/h）⑷．

產(chǎn)品中被回收組分的含量（XP，%）

被回收組分的回收率η為： η=P.XP /(F.XF).100%

方法二：

已知下列條件：

⑴．

原料氣中被回收組分含量（XF，%）⑵．

產(chǎn)品中被回收組分含量（XP，%）⑶．

解吸氣中被回收組分含量（XW，%）假設(shè)原料、產(chǎn)品和解吸氣大流量分別為：和。由物料平衡可得：

F=P + W F.XF =P.XP + W.XW

回收率為：

P.XP /(F.XF)=(F.XF-W.XW)/(F.XF)=(F.XF – F.XW +P.XW)/(F.XF)P.XP /(F.XF)=(XFXW)/XF P/F.(XPXW)/XF P/F=(XFXW)將此式代入原式得：

η= XP.（XFXW)].100% 變壓吸附知識(shí)問(wèn)答

一、變壓吸附基本原理 1．

什么叫吸附？

當(dāng)氣體分子運(yùn)動(dòng)到固體表面上時(shí)，由于固體表面原子剩余引力的作用，氣體中的一些分子便會(huì)暫時(shí)停留在固體表面上，這些分子在固體表面上的濃度增大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為氣體分子在固體表面上的吸附。吸附物質(zhì)的固體稱(chēng)為吸附劑，被吸附的物質(zhì)稱(chēng)為吸附質(zhì)。按吸附質(zhì)與吸附劑之間引力場(chǎng)的性質(zhì)，吸附可分為化學(xué)吸附和物理吸附。2．

氣體分離的原理是什么？

當(dāng)氣體是混合物時(shí)，由于固體表面對(duì)不同氣體分子的引力差異，使吸附相的組成與氣相組成不同，這種氣相與吸附相在密度上和組成上的差別構(gòu)成了氣體吸附分離技術(shù)的基礎(chǔ)。伴隨吸附過(guò)程所釋放的熱量叫吸附熱，解吸過(guò)程所吸收的熱量叫解吸熱。氣體混合物的吸附熱是吸附質(zhì)的冷凝熱和潤(rùn)濕熱之和。不同的吸附劑對(duì)各種氣體分子的吸附熱均不相同。

3．什么叫化學(xué)吸附？什么叫物理吸附？

化學(xué)吸附：即吸附過(guò)程伴隨有化學(xué)反應(yīng)的吸附。在化學(xué)吸附中，吸附質(zhì)分子和吸附劑表面將發(fā)生反應(yīng)生成表面絡(luò)合物，其吸附熱接近化學(xué)反應(yīng)熱?；瘜W(xué)吸附需要一定的活化能才能進(jìn)行。通常條件下，化學(xué)吸附的吸附或解吸速度都要比物理吸附慢。石灰石吸附氯氣，沸石吸附乙烯都是化學(xué)吸附。

物理吸附：也稱(chēng)范德華（van der Waais）吸附，它是由吸附質(zhì)分子和吸附劑表面分子之間的引力所引起的，此力也叫作范德華力。由于固體表面的分子與其內(nèi)部分子不同，存在剩余的表面自由力場(chǎng)，當(dāng)氣體分子碰到固體表面時(shí)，其中一部分就被吸附，并釋放出吸附熱。在被吸附的分子中，只有當(dāng)其熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能足以克服吸附劑引力場(chǎng)的位能時(shí)才能重新回到氣相，所以在與氣體接觸的固體表面上總是保留著許多被吸附的分子。由于分子間的引力所引起的吸附，其吸附熱較低，接近吸附質(zhì)的汽化熱或冷凝熱，吸附和解吸速度也都較快。被吸附氣體也較容易地從固體表面解吸出來(lái)，所以物理吸附是可逆的。物理吸附通常分為變溫吸附和變壓吸附。

4．變壓吸附屬化學(xué)吸附或物理吸附？ 分離氣體混合物的變壓吸附過(guò)程系純物理吸附，在整個(gè)過(guò)程中沒(méi)有任何化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。

5．變壓吸附常用吸附劑有哪幾種？他們各自的作用是什么？ 變壓吸附常用的吸附劑有：硅膠、活性氧化鋁、活性炭、分子篩等，另外還有針對(duì)某種組分選擇性吸附而研制的吸附材料。氣體吸附分離成功與否，很大程度上依賴(lài)于吸附劑的性能，因此選擇吸附劑是確定吸附操作的首要問(wèn)題。

硅膠是一種堅(jiān)硬、無(wú)定形鏈狀和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅酸聚合物顆粒，分子式為SiO2.nH2O，為一種親水性的極性吸附劑。它是用硫酸處理硅酸鈉的水溶液，生成凝膠，并將其水洗除去硫酸鈉后經(jīng)干燥，便得到玻璃狀的硅膠，它主要用于干燥、氣體混合物及石油組分的分離等。工業(yè)上用的硅膠分成粗孔和細(xì)孔兩種。粗孔硅膠在相對(duì)濕度飽和的條件下，吸附量可達(dá)吸附劑重量的８０％以上，而在低濕度條件下，吸附量大大低于細(xì)孔硅膠。

活性氧化鋁是由鋁的水合物加熱脫水制成，它的性質(zhì)取決于最初氫氧化物的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，一般都不是純粹的Al2O3,而是部分水合無(wú)定形的多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)，其中不僅有無(wú)定形的凝膠，還有氫氧化物的晶體。由于它的毛細(xì)孔通道表面具有較高的活性，故又稱(chēng)活性氧化鋁。它對(duì)水有較強(qiáng)的親和力，是一種對(duì)微量水深度干燥用的吸附劑。在一定操作條件下，它的干燥深度可達(dá)露點(diǎn)-７０℃以下。

活性炭是將木炭、果殼、煤等含碳原料經(jīng)炭化、活化后制成的?；罨椒煞譃閮纱箢?lèi)，即藥劑活化法和氣體活化法。藥劑活化法就是在原料里加入氯化鋅、硫化鉀等化學(xué)藥品，在非活性氣氛中加熱進(jìn)行炭化和活化。氣體活化法是把活性炭原料在非活性氣氛中加熱，通常在700℃以下除去揮發(fā)組分以后，通入水蒸氣、二氧化碳、煙道氣、空氣等，并在700～1200℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)使其活化?；钚蕴亢泻芏嗝?xì)孔構(gòu)造，所以具有優(yōu)異的吸附能力。因而它用途遍及水處理、脫色、氣體吸附等各個(gè)方面。

沸石分子篩又稱(chēng)合成沸石或分子篩，其化學(xué)組成通式為： [M(Ⅰ)M(Ⅱ)]O.Al2O3.nSiO2.mH2O 式中M(Ⅰ)和M(Ⅱ)分別為為一價(jià)和二價(jià)金屬離子，多半是鈉和鈣，n稱(chēng)為沸石的硅鋁比，硅主要來(lái)自于硅酸鈉和硅膠，鋁則來(lái)自于鋁酸鈉和Al(HO)3等，它們與氫氧化鈉水溶液反應(yīng)制得的膠體物，經(jīng)干燥后便成沸石，一般n=2～10,m=0～9。

沸石的特點(diǎn)是具有分子篩的作用，它有均勻的孔徑，如3A0、4A0、5A0、10A0細(xì)孔。有4A0孔徑的4A0沸石可吸附甲烷、乙烷，而不吸附三個(gè)碳以上的正烷烴。它已廣泛用于氣體吸附分離、氣體和液體干燥以及正異烷烴的分離。

碳分子篩實(shí)際上也是一種活性炭，它與一般的碳質(zhì)吸附劑不同之處，在于其微孔孔徑均勻地分布在一狹窄的范圍內(nèi)，微孔孔徑大小與被分離的氣體分子直徑相當(dāng)，微孔的比表面積一般占碳分子篩所有表面積的90%以上。碳分子篩的孔結(jié)構(gòu)主要分布形式為：大孔直徑與碳粒的外表面相通，過(guò)渡孔從大孔分支出來(lái)，微孔又從過(guò)渡孔分支出來(lái)。在分離過(guò)程中，大孔主要起運(yùn)輸通道作用，微孔則起分子篩的作用。以煤為原料制取碳分子篩的方法有炭化法、氣體活化法、碳沉積法和浸漬法。其中炭化法最為簡(jiǎn)單，但要制取高質(zhì)量的碳分子篩必須綜合使用這幾種方法。

碳分子篩在空氣分離制取氮?dú)忸I(lǐng)域已獲得了成功，在其它氣體分離方面也有廣闊的前景。

6．溫度、壓力對(duì)吸附過(guò)程的影響分別是什么？ 在同一溫度下，吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附量隨吸附質(zhì)的分壓上升而增加；在同一吸附質(zhì)分壓下，吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附量隨吸附溫度上升而減少；因此降低吸附溫度和升高吸附壓力有利于氣體組分的吸附。反之，提高溫度和降低壓力則氣體的吸附量減少而解吸。7．

什么叫變溫吸附？什么叫變壓吸附？ 1．變溫吸附法

在較低溫度（常溫或更低）下進(jìn)行吸附，而升高溫度將吸附的組分解吸出來(lái)。變溫吸附是在兩條不同溫度的等溫吸附線之間上下移動(dòng)進(jìn)行著吸附和解吸。由于常用吸附劑的熱傳導(dǎo)率比較低，加溫和冷卻的時(shí)間就比較長(zhǎng)（往往需要幾個(gè)小時(shí)），所以吸附床比較大，而且還要配備相應(yīng)的加熱和冷卻設(shè)施，能耗、投資都很高。

此外，溫度大幅度周期性變化也會(huì)影響吸附劑的壽命。但變溫吸附法可適用于許多場(chǎng)合，產(chǎn)品損失少，回收率高，所以目前仍為一種應(yīng)用較廣的方法。2．變壓吸附法

在加壓下進(jìn)行吸附，減壓下進(jìn)行解吸。由于循環(huán)周期短，吸附熱來(lái)不及散失，可供解吸之用，所以吸附熱和解吸熱引起的吸附床溫度變化一般不大，波動(dòng)范圍僅在幾度，可近似看作等溫過(guò)程。變壓吸附工作狀態(tài)僅僅是在一條等吸附線上變化。常用減壓吸附方法有以下幾種，其目的都是為了降低吸附劑上被吸附組分的分壓，使吸附劑得到再生。

8．吸附劑的再生方法有幾種？分別闡述？ 為了能使吸附分離法經(jīng)濟(jì)有效的實(shí)現(xiàn)，除了吸附劑要有良好的吸附性能以外，吸附劑的再生方法具有關(guān)鍵意義。吸附劑再生深度決定產(chǎn)品的純度，也影響吸附劑的吸附能力；吸附劑的再生時(shí)間決定了吸附循環(huán)周期的長(zhǎng)短，從而也決定了吸附劑用量的多少。因此選擇合適的再生方法，對(duì)吸附分離法的工業(yè)化起著重要的作用。

由描述吸附平衡的等溫吸附線知道，在同一溫度下，吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附量隨吸附質(zhì)的分壓上升而增加；在同一吸附質(zhì)分壓下，吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附量隨吸附溫度上升而減少；也就是說(shuō)加壓降溫有利于吸附質(zhì)的吸附，降壓加溫有利于吸附質(zhì)的解吸或吸附劑的再生。于是按吸附劑的再生方法將吸附分離循環(huán)過(guò)程分成兩類(lèi)：變溫吸附法和變壓吸附法。圖2-9表示了這兩種方法的概念，圖中橫座標(biāo)為吸附質(zhì)的分壓，縱座標(biāo)為單位吸附劑的吸附量。上面一條是常溫下的等溫吸附線，下面一條是高溫下的等溫吸附線。

a.降壓：

吸附床在較高壓力下吸附，然后降到較低壓力，通常接近大氣壓，這時(shí)一部分吸附組分解吸出來(lái)。這個(gè)方法操作簡(jiǎn)單，單吸附組分的解吸不充分，吸附劑再生程度不高。b.抽真空：

吸附床降到大氣壓以后，為了進(jìn)一步減少吸附組分的分壓，可用抽真空的方法來(lái)降低吸附床壓力，以得到更好的再生效果，但此法增加了動(dòng)力消耗。c.沖洗：

利用弱吸附組分或者其它適當(dāng)?shù)臍怏w通過(guò)需再生的吸附床，被吸附組分的分壓隨沖洗氣通過(guò)而下降。吸附劑的再生程度取決于沖洗氣的用量和純度。d.置換：

用一種吸附能力較強(qiáng)的氣體把原先被吸附的組分從吸附劑上置換出來(lái)。這種方法常用于產(chǎn)品組分吸附能力較強(qiáng)而雜質(zhì)組分較弱即從吸附相獲得產(chǎn)品的場(chǎng)合。在變壓吸附過(guò)程中，采用哪種再生方法是根據(jù)被分離的氣體混合各組分性質(zhì)、產(chǎn)品要求、吸附劑的特性以及操作條件來(lái)選擇，通常是由幾種再生方法配合實(shí)施的。

應(yīng)當(dāng)注意的是，無(wú)論采用何種方法再生，再生結(jié)束時(shí)，吸附床內(nèi)吸附質(zhì)的殘余量不會(huì)等于零，也就是說(shuō)，床內(nèi)吸附劑不可能徹底再生。這部分殘余量也不是均勻分布再吸附床內(nèi)各個(gè)部位。圖2-10中曲線-2示出了這部分殘余量在床內(nèi)的分布情況。曲線-1就是前述的吸附負(fù)荷曲線。兩根曲線分別與座標(biāo)所形成的面積之差稱(chēng)為吸附床的有效吸附負(fù)荷。此質(zhì)增大，有利于吸附操作。吸附工況確定后，有效吸附負(fù)荷就取決于吸附床的再生程度。由此，可看出再生在吸附操作中的重要性。

二、變壓吸附操作基本原理 1．變壓吸附基本工作步驟？

單一的固定吸附床操作，無(wú)論是變溫吸附還是變壓吸附,由于吸附劑需要再生，吸附是間歇式的。因此，工業(yè)上都是采用兩個(gè)或更多的吸附床，使吸附床的吸附和再生交替（或依次循環(huán)）進(jìn)行，保證整個(gè)吸附過(guò)程的連續(xù)。

對(duì)于變壓吸附循環(huán)過(guò)程，有三個(gè)基本工作步驟： 1．壓力下吸附

吸附床在過(guò)程的最高壓力下通入被分離的氣體混合物，其中強(qiáng)吸附組分被吸附劑選擇性吸收，弱吸附組分從吸附床的另一端流出。2．減壓解吸 根據(jù)被吸附組分的性能，選用前述的降壓、抽真空、沖洗和置換中的幾種方法使吸附劑獲得再生。一般減壓解吸，先是降壓到大氣壓力，然后再用沖洗、抽真空或置換。3．升壓

吸附劑再生完成后，用弱吸附組分對(duì)吸附床進(jìn)行充壓，直到吸附壓力為止。接著又在壓力下進(jìn)行吸附。

圖2-11示出了在一個(gè)變壓循環(huán)中吸附劑的吸附負(fù)荷與壓力的變化關(guān)系。

2．吸附劑的選擇對(duì)變壓吸附裝置的影響？

吸附劑對(duì)各氣體組分的吸附性能是通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定靜態(tài)下的等溫吸附線和動(dòng)態(tài)下的流出曲線來(lái)評(píng)價(jià)的。吸附劑的良好吸附性能是吸附分離過(guò)程的基本條件。

在變壓吸附過(guò)程中吸附劑的選擇還要考慮解決吸附和解吸之間的矛盾。既要選擇吸附容量大，又容易解吸的吸附劑，以減少降壓解吸的電耗。選擇吸附劑的另一要點(diǎn)是組分間的分離系數(shù)盡可能大，從而減少有效氣體的損失。3．什么叫死空間？

所謂死空間，既吸附床層內(nèi)扣除吸附劑所占體積后，剩余的空間。也就是說(shuō)，某組分吸附平衡時(shí)在吸附床內(nèi)的總量有兩部分，一部分是在死空間中，另一部分被吸附劑所吸附，其總和叫做某組分在吸附床內(nèi)的存留量；弱吸附組分和強(qiáng)吸附組分各自在死空間中含有的量占床內(nèi)存留量的比值之比稱(chēng)為分離系數(shù)。分離系數(shù)越大分離越容易。4．為什么要控制適宜的氣流速度？

在吸附床運(yùn)行過(guò)程中因床內(nèi)壓力周期地變化，氣體短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入、排出，吸附劑應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，以減少破碎和磨損。當(dāng)氣流速度過(guò)快，導(dǎo)致吸附劑懸浮時(shí)，則磨損加劇，造成吸附劑破碎，影響吸附劑使用壽命。不同的吸附劑，選擇的氣流速度不同。這主要取決于吸附劑的強(qiáng)度和吸附劑顆粒的大小。

5．為什么進(jìn)入PSA裝置的原料氣必須要除油？

被分離的氣體如果含有象有機(jī)機(jī)械潤(rùn)滑油、煤焦油之類(lèi)的物質(zhì)，那么在吸附過(guò)程中，這些油性物質(zhì)會(huì)粘附在吸附顆粒的外表面，堵塞吸附劑內(nèi)的通道，使吸附劑失去吸附能力。粘附有油類(lèi)物質(zhì)的任何吸附劑，不管采用升溫還是降壓抽空的再生方法，都是不能再生的。因此對(duì)氣體中的含油量必須嚴(yán)格限制，有的場(chǎng)合就需增設(shè)除油設(shè)施，以免吸附劑在使用中失效。

6．為什么進(jìn)入PSA裝置的原料氣必須要除水？

被分離的氣體如果含有游離水和飽和水，在吸附床層中只能除去一定量的飽和水。那么在吸附過(guò)程中，若使水大量帶入吸附塔會(huì)導(dǎo)致吸附劑性能下降甚至失效。此時(shí)需對(duì)失效的吸附劑重新活化或更換。吸附劑的活化需要采用溫度150℃以上的惰性氣體循環(huán)通入，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，相當(dāng)困難。因此，操作時(shí)一定要嚴(yán)格控制幾種分離技術(shù)的比較

確如標(biāo)題所言，回貼中包含了很多PSA基礎(chǔ)知識(shí)，受益非淺。

看到第4樓還有第二頁(yè)有朋友詢(xún)問(wèn)幾種分離技術(shù)的比較，現(xiàn)簡(jiǎn)單比較如下：

（1）低溫分離法

低溫分離法也稱(chēng)為深冷分離法是利用各氣體組份在液態(tài)時(shí)沸點(diǎn)的不同，在冷箱中精餾分離出各組份。其特點(diǎn)是：產(chǎn)品純度高、原料凈化度要求高、投資高。

（2）膜分離法

膜分離系統(tǒng)的工作原理就是利用一種高分子聚合物（膜材料通常是聚酰亞胺或聚砜）薄膜來(lái)選擇“過(guò)濾”進(jìn)料氣而達(dá)到分離的目的。當(dāng)兩種或兩種以上的氣體混合物通過(guò)聚合物薄膜時(shí)，各氣體組分在聚合物中的溶解擴(kuò)散系數(shù)的差異，導(dǎo)致其滲透通過(guò)膜壁的速率不同。由此，可將氣體分為“快氣”（如H2O、H2、He等）和“慢氣”（如CO、N2、CH4及其它烴類(lèi)等）。當(dāng)混合氣體在驅(qū)動(dòng)力－膜兩側(cè)相應(yīng)組份分壓差的作用下，滲透速率相對(duì)較快的氣體優(yōu)先透過(guò)膜壁而在低壓滲透?jìng)?cè)被富集，而滲透速率相對(duì)較慢的氣體則在高壓滯留側(cè)被富集。

膜分離法具有簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、操作靈活的特點(diǎn)，一般來(lái)說(shuō)，投資比PSA變壓吸附法稍低，占地面積較小。

（3）PSA變壓吸附法

變壓吸附（PSA）技術(shù)屬物理吸附，是依靠吸附劑與吸附質(zhì)分子間的分子力（包括范德華力和電磁力）進(jìn)行的吸附。其特點(diǎn)是：吸附過(guò)程中沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)，吸附過(guò)程進(jìn)行得極快，參與吸附的各相物質(zhì)間的動(dòng)態(tài)平衡在瞬間即可完成，并且這種吸附是完全可逆的。

變壓吸附氣體分離工藝過(guò)程之所以得以實(shí)現(xiàn)是由于吸附劑在這種物理吸附中所具有的兩個(gè)基本性質(zhì)：一是對(duì)不同組份的吸附能力不同，二是吸附質(zhì)在吸附劑上的吸附容量隨吸附質(zhì)的分壓上升而增加，隨吸附溫度的上升而下降。利用吸附劑的第一個(gè)性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)混合氣體中某些組份的優(yōu)先吸附而使其它組份得以提純；利用吸附劑的第二個(gè)性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)吸附劑在低溫、高壓下吸附而在高溫、低壓下解吸再生，從而構(gòu)成吸附劑的吸附與再生循環(huán)，達(dá)到連續(xù)分離氣體的目的。由于變壓吸附技術(shù)投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、產(chǎn)品純度高、操作簡(jiǎn)單、靈活、環(huán)境污染小、原料氣源適應(yīng)范圍寬，因此，進(jìn)入70年代后，這項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于石油化工、冶金、輕工及環(huán)保等領(lǐng)域。

個(gè)人感覺(jué)在進(jìn)行技術(shù)選擇時(shí)，需要分別從氣源組份、技術(shù)可靠性、經(jīng)濟(jì)性、安全性等方面進(jìn)行比較。

進(jìn)入PSA裝置的水含量，不能含有機(jī)械水。不著急,還要看LFY-1-3A-制氧機(jī)的工作原理,查遍網(wǎng)絡(luò)就是沒(méi)有關(guān)于制氧機(jī)的電器原理圖,工作原理也只是支離破碎的,有的如萬(wàn)方數(shù)據(jù)的還要收費(fèi)(這里我要說(shuō)的是資料收費(fèi)是一種變相的知識(shí)壟斷,這與當(dāng)年的清王朝閉關(guān)自鎖沒(méi)有區(qū)別),寫(xiě)道這里我把搜集到的關(guān)于制氧機(jī)的知識(shí)羅列以下(關(guān)于圖紙等整理出來(lái)后再公開(kāi)到網(wǎng)上): 吸附分離床的工作原理如圖1所示。分離床由2只裝有制氧專(zhuān)用沸石分子篩的吸附裝置A和B以及切換閥門(mén)1～8等組成，其中1，3為排放閥門(mén)，2，4為 進(jìn)氣閥 門(mén)，5，7為均壓閥門(mén)，6，8為輸出閥門(mén)。分離床在自動(dòng)控制系統(tǒng)的作用下，吸附裝置A、B交替工作，按照“A工作→A排氣及均壓→B工作→B排氣及均壓 →A工作…”的過(guò)程，不斷循環(huán)。儲(chǔ)氣罐的作用是均衡輸出氧氣的壓力。吸附裝置A工作時(shí)，閥門(mén)2，6打開(kāi)(其余關(guān)閉)，壓縮空氣經(jīng)閥門(mén)2進(jìn)入A，濾去氮?dú)?，剩余氧氣?jīng)閥門(mén) 6輸出。在吸附裝置A內(nèi)的分子篩快被吸附飽和之前，進(jìn)入A排氣及均壓狀態(tài)，開(kāi)啟閥門(mén)1，5，7(其余關(guān)閉)，裝置A解吸先前所吸附的氮?dú)?，使分子篩吸附劑 得到再生，同時(shí)A、B均壓以提高產(chǎn)氣效率。均壓后自動(dòng)切換到吸附裝置B工作置B中繼續(xù)吸附制氧。同樣，當(dāng)吸附裝置B內(nèi)的分子篩快被吸附飽和之前，自動(dòng)進(jìn)入 B排氣及均壓狀態(tài)，開(kāi)啟閥門(mén)3，5，7(其余關(guān)閉)，裝置B實(shí)現(xiàn)減壓解吸再生。4種工作狀態(tài)依次循環(huán)，2只吸附裝置交替重復(fù)進(jìn)行吸附和再生，從而實(shí)現(xiàn)了連 續(xù)制取氧氣的目的。

整個(gè)系統(tǒng)按照“A工作25 s→A排氣2 s→B工作25 s→B排氣2 s”的過(guò)程自動(dòng)循環(huán)。

以上文字可以解釋電路板工作原理,電路中還有停電報(bào)警電路和啟動(dòng)電路,很簡(jiǎn)單會(huì)的,會(huì)電子的一看就懂這里不說(shuō)了.接著對(duì)電路板進(jìn)行檢查,通電,檢查供電+24V和+5V正常,7秒循環(huán)也有,這樣就不需要花時(shí)間去查18pin的IC是個(gè)什么玩藝兒了,當(dāng)檢查到繼電器時(shí)發(fā)現(xiàn)聲音不對(duì),是繼電器的彈簧問(wèn)題,換了一個(gè)ok了,下面分析為何這個(gè)繼電器會(huì)出問(wèn)題:我的制氧機(jī)是放置在陽(yáng)臺(tái)上,杭州夏天的陽(yáng)臺(tái)上問(wèn)題有40度,估計(jì)制氧機(jī)中的問(wèn)題要超過(guò)60度,而繼電器是密封的,溫度更高,當(dāng)關(guān)機(jī)是,繼電器的電觸點(diǎn)瞬間斷開(kāi),會(huì)產(chǎn)生高溫高壓電弧,這個(gè)電弧使得電器觸點(diǎn)碳化,從而使得觸點(diǎn)不通了,這個(gè)問(wèn)題的出現(xiàn)是電路板設(shè)計(jì)問(wèn)題,為何?(一)觸點(diǎn)兩端沒(méi)有消除電弧的電容,常識(shí)問(wèn)題,(二)雙觸點(diǎn)設(shè)計(jì)不如單觸點(diǎn),雙觸點(diǎn)在使用時(shí)兩個(gè)觸點(diǎn)在接通和斷開(kāi)時(shí)的時(shí)間是不一致的,其中一個(gè)往往先老化,這種設(shè)計(jì)只有一半的電流容量,至于其它的設(shè)計(jì)問(wèn)題數(shù)不勝數(shù):如驅(qū)動(dòng)管用8050太小了,接插件用信號(hào)插件代替功率插件(+24V到電磁閥),壓縮機(jī)沒(méi)有保護(hù),等等多的不想列舉了,總之設(shè)計(jì)者是一個(gè)外行的新手,真不知道一個(gè)集團(tuán)公司是這樣的電子設(shè)計(jì)水平居然能賣(mài)出產(chǎn)品去,還能生存下去.不說(shuō)了,另外再說(shuō)一下我的使用經(jīng)驗(yàn):(1),放在室內(nèi)噪音太大,而且有異味,無(wú)法忍受,因此我放到陽(yáng)臺(tái),用一根線將開(kāi)關(guān)引入到室內(nèi).(2)冬天室外的空氣溫度太低,使得老媽吸氧反而的了氣管炎,解決方法:用一個(gè)高壓鍋(因?yàn)檠鯕庥袎毫?電熱絲自動(dòng)恒溫加熱,氧氣從一個(gè)口進(jìn)入,另外一個(gè)摳出來(lái),解決了氧氣溫度太低問(wèn)題.不過(guò)這兩個(gè)措施一般家庭解決不容易,如果廠家能解決,將有利于消費(fèi)者

第五篇：醫(yī)用分子篩制氧設(shè)備使用管理制度

醫(yī)用分子篩制氧設(shè)備使用管理制度

一、目的

為進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)在用醫(yī)用分子篩制氧設(shè)備的規(guī)范管理，保證醫(yī)院在用醫(yī)用分子篩制氧設(shè)備安全有效運(yùn)行，特制定本使用管理規(guī)范。

二、適用范圍

適用于將分子篩制氧設(shè)備作為集中供氧氧源的醫(yī)療機(jī)構(gòu)。

三、管理要求

1.制定醫(yī)用分子篩制氧設(shè)備的管理規(guī)章制度及操作規(guī)程，建立健全管理檔案；

2.制氧機(jī)房應(yīng)制定突發(fā)事件應(yīng)急處理預(yù)案，以便對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行相應(yīng)處理；

3.指定專(zhuān)人管理使用分子篩制氧設(shè)備，對(duì)使用中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和建議歸納整理并做好記錄，及時(shí)反饋廠家并存入設(shè)備檔案；

4.醫(yī)用分子篩制氧設(shè)備的操作人員要經(jīng)過(guò)設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)，能熟練操作設(shè)備，并能及時(shí)處理簡(jiǎn)單故障和突發(fā)事件；

5.氧濃度監(jiān)測(cè)記錄每日不得少于2次，能較全面體現(xiàn)一天中用氧高、低時(shí)段的氧濃度情況，操作人員認(rèn)真如實(shí)填寫(xiě)氧濃度記錄表，有異常情況及時(shí)處理；

6.設(shè)備上的氧濃度檢測(cè)設(shè)備、安全閥等需要定期計(jì)量校驗(yàn)的部件要根據(jù)鑒定規(guī)程定期檢驗(yàn)或校驗(yàn)，更換或維修后也要進(jìn)行檢驗(yàn)或校驗(yàn)；

7.制氧機(jī)房周?chē)鸁o(wú)污染，室內(nèi)應(yīng)潔凈，通風(fēng)良好，無(wú)有毒有害氣體，室內(nèi)應(yīng)配備溫濕度計(jì)，使用防爆開(kāi)關(guān)、防爆燈，制氧機(jī)房嚴(yán)禁無(wú)關(guān)人員進(jìn)入。

四、操作要求

1.操作人員應(yīng)熟知設(shè)備的操作手冊(cè)或使用說(shuō)明書(shū)，能熟練操作設(shè)備,操作時(shí)要遵守相關(guān)安全規(guī)則，嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行操作；

2.設(shè)備運(yùn)行前進(jìn)行各項(xiàng)檢查，排除故障隱患；

3.設(shè)備運(yùn)行時(shí)，實(shí)際氧氣產(chǎn)量不得高于設(shè)備設(shè)計(jì)產(chǎn)氧量； 4.運(yùn)行過(guò)程中保持箱體的所有門(mén)都關(guān)閉，只能在例行檢查時(shí)，才允許打開(kāi)； 5.值守人員每天要定時(shí)巡視設(shè)備運(yùn)行情況，認(rèn)真觀察制氧主機(jī)、空壓機(jī)、冷干機(jī)的狀態(tài)指示燈或顯示屏上有無(wú)異常情況，認(rèn)真觀察各個(gè)指示儀表是否正常，觀察各個(gè)氣動(dòng)閥、電磁閥、排污閥的動(dòng)作是否正常，查看各個(gè)閥門(mén)位置是否正確，如有異常及時(shí)處理；詳細(xì)記錄氧氣流量、濃度、壓力等參數(shù)及制氧機(jī)各個(gè)組成部分的運(yùn)行狀況；

6.設(shè)備運(yùn)行期間，設(shè)備間和氧氣匯流排間嚴(yán)禁使用手機(jī)、明火、電爐等大功率發(fā)熱或取暖電器，如須電焊、金屬切割等作業(yè)，應(yīng)停止運(yùn)行設(shè)備，放空氧氣罐或遠(yuǎn)離氧氣罐方可操作；

7.嚴(yán)禁用金屬器具敲擊氧氣儲(chǔ)罐、閥門(mén)和輸氧管道； 8.嚴(yán)禁使用氧氣儲(chǔ)罐內(nèi)的氧氣對(duì)管道、散熱器等進(jìn)行除塵吹掃作業(yè)；

9.當(dāng)制氧設(shè)備輸出氧氣壓力或濃度低于設(shè)定值報(bào)警時(shí)，及時(shí)采取措施，確保醫(yī)療用氧的質(zhì)量；

10.由于停電、設(shè)備重大故障使制氧系統(tǒng)無(wú)法正常供氧時(shí)，請(qǐng)確認(rèn)切換到備用匯流排供氧，確保醫(yī)療用氧的安全性和連續(xù)性；

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