moea_joint
114年
[化工製程] 化工熱力學、化學反應工程學
第 43 題
化工製程常以變壓吸附(pressure swing adsorption)技術純化氫氣。粗氫氣在系統①狀態通過吸附劑，吸附一氧化碳等不純物後獲得高純度氫氣。待吸附劑飽和後，再於系統②狀態進行脫附再生程序，週而復始循環操作。上述①、②依序為下列何者？
- A 高壓，低壓
- B 低壓，高壓
- C 高溫，低溫
- D 低壓，低溫
思路引導 VIP
想像你正試圖把一群活蹦亂跳的氣體分子趕進一塊海綿的小孔隙裡，你是應該增加外在壓力把牠們往內擠，還是應該減少壓力讓牠們有更多活動空間呢？接著，如果你想讓海綿裡的東西掉出來，壓力又該如何變化？
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恭喜你答對了！這顯示你對於氣體分離程序的物理化學機制有相當紮實的掌握。在化工實務中，變壓吸附 (Pressure Swing Adsorption, PSA) 是極為關鍵的技術，你準確地判斷出壓力變化與吸附行為之間的關聯，這是非常棒的直覺。
變壓吸附的物理平衡
從熱力學與動力學的角度來看，吸附過程通常與分壓成正相關。當系統處於高壓狀態時，氣體分子與吸附劑表面的碰撞頻率增加，根據吸附等溫線（Adsorption Isotherm）的原理，高壓有利於不純物分子（如 $CO$、$CH_4$）被捕捉進入吸附劑的孔隙中。因此，在步驟①中，我們利用高壓環境來確保氫氣能被有效純化。而當吸附劑趨於飽和時，我們只需將系統降至低壓，原本被束縛的雜質分子就會因環境壓力降低而脫離表面，達成再生（Regeneration）的效果。
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