廣義地講,指固體表面對氣體或液體的吸著現象。固體稱為吸附劑,被吸附的物質稱為吸附質。根據吸附質與吸附劑表面分子間結合力的性質,可分為物理吸附和化學吸附。物理吸附由吸附質與吸附劑分子間引力所引起,結合力較弱,吸附熱比較小,容易脫附,如活性炭對氣體的吸附。化學吸附則由吸附質與吸附劑間的化學鍵所引起,猶如化學反應,吸附常是不可逆的,吸附熱通常較大,如氣相催化加氫中鎳催化劑對氫的吸附。在化工生產中,吸附專指用固體吸附劑處理流體混合物,將其中所含的一種或幾種組分吸附附在固體表面上,從而使混合物組分分離,是一種屬於傳質分離過程的單元操作,所涉及的主要是物理吸附。吸附分離廣泛應用於化工、石油、食品、輕工和環境保護等部門。

  原理 當液體或氣體混合物與吸附劑長時間充分接觸後,系統達到平衡,吸附質的平衡吸附量(單位質量吸附劑在達到吸附平衡時所吸附的吸附質量),首先取決於吸附劑的化學組成和物理結構,同時與系統的溫度和壓力以及該組分和其他組分的濃度或分壓有關。對於隻含一種吸附質的混合物,在一定溫度下吸附質的平衡吸附量與其濃度或分壓間的函數關系的圖線,稱為吸附等溫線。對於壓力不太高的氣體混合物,惰性組分對吸附等溫線基本無影響;而液體混合物的溶劑通常對吸附等溫線有影響。同一體系的吸附等溫線隨溫度而改變。溫度愈高,平衡吸附量愈小。當混合物中含有幾種吸附質時,各組分的平衡吸附量不同,被吸附的各組分濃度之比,一般不同於原混合物組成,即分離因子(見傳質分離過程)不等於1。吸附劑的選擇性愈好,愈有利於吸附分離。

  分離隻含一種吸附質的混合物時,過程最為簡單。當原料中吸附質含量很低,而平衡吸附量又相當大時,混合物與吸附劑一次接觸就可使吸附質完全被吸附。吸附劑經脫附再生後循環使用,並同時得到吸附質產品。但是工業上經常遇到的一些情況,是混合物料中含有幾種吸附質,或是吸附劑的選擇性不高,平衡吸附量不大,若混合物與吸附劑僅進行一次接觸就不能滿足分離要求,或吸附劑用量太大時,須用多級的或微分接觸的傳質設備。

  操作評價 評價吸附分離的指標有:①吸附質的回收率(當吸附質是有價值的物料時)或吸附質的凈化率(當吸附質是有害雜質時);②設備的操作強度,即單位設備體積所能處理的混合氣體或溶液的流量;③能量消耗,包括輸送物料和吸附劑的能耗,脫附時升溫的熱能消耗等。吸附劑的平衡吸附量和吸附選擇性對吸附操作的上述指標都有決定性的影響,選用平衡吸附量大、吸附選擇性高的吸附劑可以顯著改善過程的經濟性。此外,吸附劑的用量以及操作的溫度和壓力,對上述指標有重要影響,必須謹慎決定。

  設備 有以下類型:①吸附槽。用於吸附操作的攪拌槽,如在吸附槽中用活性白土精制油品或糖液。②固定床吸附設備。用於吸附操作的固定床傳質設備,應用最廣。③流化床吸附設備。吸附劑於流態化狀態下進行吸附,如用流化床從硝酸廠尾氣中脫除氮的氧化物。當要求吸附質回收率較高時,可采用多層流態化設備。流化床吸附容易連續操作,但物料返混及吸附劑磨損嚴重。④移動床吸附柱。又稱超吸附柱,用於吸附中的移動床傳質設備,曾用於分離烯烴的中間工廠。

  應用 吸附操作中,吸附質在流體中的平衡濃度通常很小,吸附分離可以進行得十分完全。但由於固體吸附劑在輸送、計量和控制等方面比較困難,所以僅宜於用來分離吸附質濃度很低的流體混合物。此外,也可以作為其他傳質分離操作的補充,以達到組分十分完全分離的目的。對於組分揮發度很接近的料液,當精餾難以實現分離時,用吸附分離可能會經濟些。目前,工業上的主要用途有:①氣體和液體的深度幹燥;②食品、藥品、有機石油產品的脫色、脫臭;③有機異構物(如混合二甲苯)的分離;④空氣分離以制取富氧空氣;⑤從廢水或廢氣中除去有害的物質等。隨著新型高效吸附劑的研究和工藝過程的開發,吸附操作必將愈來愈廣泛地應用於各工業生產部門。

  

參考書目

葉振華、宋清著:《吸附及離子交換》(《化學工程手冊》第17篇),化學工業出版社,北京,1985。

 北川浩、鈴木謙一郎著,鹿政理譯:《吸附的基礎與設計》,化學工業出版社,北京,1983。(北川浩、鈴木謙一郎著:《吸著の基礎と設計》,槇店,東京,1977)。