固体表面で分子を捕まえる吸着の考え方：はじめての化学工学（20）（2/2 ページ）

気体や液体に含まれる微量成分を、固体の表面に集めて取り除く操作が「吸着」です。今回は、吸着の種類や基本的な操作方法について解説します。

[かねまる，MONOist]

吸着剤の再生：TSAとPSA

　吸着剤が平衡まで吸着すると、それ以上は除去できません。運転を続けるには、吸着剤を新品に交換するか、吸着質を脱着させて吸着剤を再生する必要があります。物理吸着の可逆性を利用した代表的な再生方式が次の2つです。

• 温度スイング吸着（TSA：Temperature Swing Adsorption）：温度が高いほど平衡吸着量が小さくなる性質を利用し、スチームや加熱ガスで吸着剤を加熱して脱着させる
• 圧力スイング吸着（PSA：Pressure Swing Adsorption）：圧力（分圧）が高いほど吸着量が大きくなる性質を利用し、加圧して吸着させ、減圧して脱着させる

　特にPSAは、複数の吸着塔を切り替えながら吸着と再生を繰り返すことで、連続的に気体を分離／精製できます。空気から窒素や酸素を取り出す装置として実用化されており、吸着が「除去」だけでなく「分離／製造」の技術としても利用されていることが分かります。

　なお、再生を繰り返しても性能が戻らなくなった吸着剤は、新品に交換します。水処理用の活性炭のように、使用済み品を専門業者が高温で再生し、繰り返し使う仕組みも普及しています。

図1. PSAの動作イメージ（吸着の1と2で吸脱着を繰り返す）［クリックで拡大］

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終わりに

　今回は、吸着の種類や基本的な操作方法について解説しました。吸着は微量成分を処理できることから、製品の品質を大きく左右する重要な単位操作です。この知識を踏まえ、次回は吸着の設計計算について解説します。

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筆者代表紹介

かねまる

プラント技術の解説サイト「ケムファク」を運営。大学院まで化学を専攻し、現在は化学メーカーの生産技術職に従事。