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分子筛干燥的应用 分子筛是一种硅铝酸盐的晶体,具有许多孔径大小均一的微孔,骨架通常带负电荷,孔道中具有平衡骨架负电荷的阳离子。最早发现的分子筛是天然沸石,人们发现在火山口附近开采的矿石,经过加热后会产生气泡,因而称之为沸石。20世纪30年代,美国联合碳化物公司首先人工合成了4A和13X分子筛,并将分子筛作为干燥剂应用于石化领域。后联碳公司陆续发现了Y型分子筛等,并将之应用于催化领域,代替以前应用的硅铝小球,使汽油产率提高15%以上,当时全世界每年原油用量4亿吨,并产生80亿美元的经济效益。后来又陆续发现ZSM,磷铝,MS41,全硅沸石等系列分子筛,并在石油化工领域,干燥等领域取得了广泛应用。可以这么讲,没有分子筛就没有现在的石油化工业。现在分子筛催化是化学学科中至关重要的优先领域,是炼油和环保科学的关键技术。 分子筛具有孔径大小均一的微孔,依据其晶体内部孔穴的大小而吸附或排斥不同物质的分子,因而被称为“分子筛”。分子直径小于分子筛晶体孔穴直径的物质可以进入分子筛晶体,从而被吸附,否则被排斥。分子筛还根据不同物质分子的极性决定优先吸附的次序。一般地,极性强的分子更容易被吸附。分子筛的类型多达几十种,但目前能大规模生产并获得广泛应用的是A型、X型和Y型、M型和ZSM系列等几类。其中,3A、4A、5A型分子筛均为8元环的孔道,4A型分子筛是一种硅铝酸钠,其微孔的表现直径约为4.2A,能吸附直径在4.2A以下的分子。3A为用K离子交换的 4A分子筛,孔径为3.8A。5 A型分子筛为钙交换的是4A分子筛,其微孔表现直径为5.0A,能吸附5.0A以下的分子。13X、Y和M型分子筛的主孔道为12元环,大小为10A左右。ZSM-5为10元环孔道,是一种择型催化剂。 , r/ v( w0 G" M9 [$ U7 {: s' M. |4 _
6 r% Z( ^8 v% {0 W9 X' n同时分子筛又是一种硅铝酸盐无机化合物,能够耐高温,具有良好的热稳定性,为再生提供了方便,可多次重复利用。骨架不被微生物等分解。由于具有以上所述优点,因此分子筛的用途广泛。它既是一种新型的高效能选择性微孔型吸附剂,也是一类性能优异的催化剂和催化剂载体。作为干燥剂,分子筛具有很强的干燥性能和良好的吸附性能,同时具有良好的择型作用,因此分子筛干燥剂广泛应用于石油炼制(Refining),石油化工(Petrochemical),深冷制氧(cryogenic),天然气干燥和脱硫,中空玻璃(IG),冷冻(refrigeration),变压吸附制氧,PVC塑料稳定剂,烟草行业过滤嘴,作为离子交换剂脱除放射性物质等。近年来开发的全硅沸石亲油分子筛已开始用于环保行业处理废水和锅炉废气。 分子筛内部具有很强的电场梯度 分子筛的骨架部分主要成分为硅氧四面体和铝氧四面体,由于铝的化合价是3,所以铝氧四面体AlO4中有一个氧原子的价没有得到平衡,这样就使整个铝氧四面体带有负电荷,为了保持电中性,在铝氧四面体的附近必须有带正电荷的金属离子来抵消它的负电荷。带正电荷的金属离子和带负电荷的分子筛骨架之间产生强大的电场,从而对分子筛的吸附性能产生巨大的影响。分子筛对极性物质的吸附能力要远远强于非极性物质,同时由于强大电场的作用,对于含有双键或大π键的物质,通过诱导极化作用,也具有相当的吸附能力。通常阳离子所带的电荷越多,离子半径越小,产生的电场越强,对双键的诱导作用也变大,对这类物质的吸附能力也越大。例如,5A分子筛对乙烯,丙烯等烯烃和炔烃能够进行大量吸附。 分子筛纯化器的装填和吸附 根据床层设计,可以将分子筛纯化器分为三种:立式,卧式和环形。 立式床的特点为紧凑体积小,占地面积小,但气流分布容易不均匀。见于立式床的横截面积的有限性,立式床的床层通常较高,分子筛一般采用4*8目或1/8”条,以减少分子筛气流的阻力,防止床层受到气流冲击发生床层反转现象(Bed lifting)。立式床一般用于3000m3/h以下的小空分。卧式床同样为圆柱形,使用时是卧式的,分子筛装填于中间部分,卧式床的分子筛的装填高度0.8-1.2米,可以减少Bed lifting的产生,采用多个进气口进气,气流分布比较均匀,为3000m3/h以上的大空分使用。环形分子筛纯化器是将分子筛装填在一个环形的空间内,从环形内部进空气,从外部出气。环形装填方式可以有效防止床层受到气流冲击发生反转,保证纯化器的正常运行。
分子筛干燥的应用.pdf
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