Sita molekularne

Adsorbenty mineralne, środki filtrujące i środki suszące

Sita molekularne to krystaliczne glinokrzemiany metali posiadające trójwymiarową sieć połączeń tetraedrów krzemionki i tlenku glinu. Naturalna woda hydratacyjna jest usuwana z tej sieci przez ogrzewanie w celu wytworzenia jednolitych wnęk, które selektywnie adsorbują cząsteczki o określonej wielkości.

Sito o oczkach od 4 do 8 jest zwykle używane w zastosowaniach w fazie gazowej, podczas gdy typ o oczkach od 8 do 12 jest powszechny w zastosowaniach w fazie ciekłej. Formy proszkowe sit 3A, 4A, 5A i 13X są odpowiednie do specjalistycznych zastosowań.

Długo znane ze swojej zdolności suszenia (nawet do 90 °C), sita molekularne wykazały ostatnio użyteczność w syntetycznych procedurach organicznych, często umożliwiając izolację pożądanych produktów z reakcji kondensacji, które są regulowane przez ogólnie niekorzystne równowagi. Wykazano, że te syntetyczne zeolity usuwają wodę, alkohole (w tym metanol i etanol) oraz HCl z takich układów, jak synteza ketyminy i enaminy, kondensacja estrów i konwersja nienasyconych aldehydów do polienów.

Tabela 1

Type	3A
Composition	0.6 K2O: 0.40 Na2O : 1 Al2O3 : 2.0 ± 0.1SiO2 : x H2O
Opis	.Forma 3A jest wytwarzana przez zastąpienie kationów potasu jonami sodu w strukturze 4A, zmniejszając efektywny rozmiar porów do ~3Å, z wyłączeniem średnicy >3Å, np.g., etan.
Główne zastosowania	Komercyjne odwadnianie nienasyconych strumieni węglowodorów, w tym krakowanego gazu, propylenu, butadienu, acetylenu; suszenie cieczy polarnych, takich jak metanol i etanol. Adsorpcja cząsteczek takich jak NH3 i H2O ze strumienia N2/H2 . Uważany za uniwersalny środek suszący w polarnych i niepolarnych mediach.
Typ	4A
Skład	1 Na2O: 1 Al2O3: 2.0 ± 0.1 SiO2 : x H2O
Opis	Ta forma sodowa reprezentuje rodzinę sit molekularnych typu A. Efektywne otwarcie porów wynosi 4Å, co wyklucza cząsteczki o efektywnej średnicy >4Å, np, propan.
Główne zastosowania	Preferowane do statycznego odwadniania w zamkniętych układach ciekłych lub gazowych, np, w pakowaniu leków, komponentów elektrycznych i łatwo psujących się chemikaliów; usuwania wody w systemach drukowania i tworzyw sztucznych oraz suszenia nasyconych strumieni węglowodorów.Adsorbowane gatunki obejmują SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6 i C3H6. Ogólnie uważany za uniwersalny środek suszący w mediach polarnych i niepolarnych.
Typ	5A
Skład	0.80 CaO : 0.20 Na2O : 1 Al2O3 : 2.0 ± 0.1 SiO2: x H2O
Opis	Dwuwartościowe jony wapnia w miejsce kationów sodu dają apertury ~5Å, które wykluczają cząsteczki o efektywnej średnicy >5Å, np.g., wszystkie pierścienie 4-węglowe i izozwiązki.
Główne zastosowania	Oddzielanie normalnych parafin od węglowodorów o łańcuchach rozgałęzionych i cyklicznych; usuwanie H2S, CO2 i merkaptanów z gazu ziemnego. Adsorbowane cząsteczki obejmują nC4H10, nC4H9OH, C3H8 do C22H46, oraz dichlorodifluoro-metan (Freon 12®).
Typ	13X
Skład	1 Na2O: 1 Al2O3 : 2.8 ± 0.2 SiO2 : xH2O
Opis	Postać sodowa reprezentuje podstawową strukturę rodziny typu X, z efektywnym otwarciem porów w zakresie 910¼. Nie adsorbuje na przykład (C4F9)3N.
Główne zastosowania	Komercyjne osuszanie gazów, oczyszczanie zasilania powietrzem (jednoczesne H2O i CO2 usuwanie) oraz słodzenie ciekłych węglowodorów/gazu ziemnego (usuwanie H2S i merkaptanów).

® Zarejestrowany znak towarowy E.I. du Pont de Nemours & Co., Inc

Tabela 2 Właściwości i charakterystyka sit molekularnych

Numer katalogowy	Typ	Forma	Rozmiar perełek lub cząstek	Średnica porów (Å)	Gęstość nasypowa (lb/cu ft)	Wilgotność (%)	Eq'm. H2O (teoria)	pH (5% zawiesiny)	Temperatura regeneracji. (°C)	Max. DHads. BTU/lb H2O
208574	3A	koralik	4-8 mesh	3	45-46	1.5	21	10.5	175-260	1800
208582	3A	kulka	8-12 mesh	3	45-46	1.5	21	10.5	175-260	1800
208590	4A	perełka	4-8 mesh	4	45	1.5	23	10.5	200-315	1800
208604	4A	kulka	8-12 mesh	4	45	1.5	23	10.5	200-315	1800
208612	5A	bead	4-8 mesh	5	44	1.5	21.7	10.5	200-315	1800
208620	5A	bead	8-12 mesh	5	44	1.5	21.7	10.5	200-315	1800
208639	13X	bead	4-8 mesh	10	43	1.5	29.5	10.3	200-315	1800
208647	13X	bead	8-12 mesh	10	43	1.5	29.5	10.3	200-315	1800
233668	4A	proszek	2-3µ	4	30	< 2	28.5	10.5	200-315	1800
233676	5A	proszek	3-5µ	5	30	< 2	28	10.5	200-315	1800
283592	13X	proszek	3-5µ	10	30	< 2	33	10.5	200-315	1800

A. Regeneracja (aktywacja)

Regeneracja w typowych systemach cyklicznych polega na usunięciu adsorbatu ze złoża molekularnego poprzez podgrzanie i przedmuchanie gazem nośnym. Należy zastosować wystarczającą ilość ciepła, aby podnieść temperaturę adsorbatu, adsorbentu i zbiornika w celu odparowania cieczy i zrównoważenia ciepła zwilżania powierzchni sita molekularnego. Temperatura złoża ma kluczowe znaczenie dla regeneracji. Temperatury złoża w zakresie 175-260° są zwykle stosowane dla typu 3A. Ten niższy zakres minimalizuje polimeryzację olefin na powierzchniach sit molekularnych, gdy takie materiały są obecne w gazie. Zaleca się powolne nagrzewanie, ponieważ większość materiałów olefinowych zostanie usunięta w minimalnych temperaturach; sita 4A, 5A i 13X wymagają temperatur w zakresie 200-315 °C.

Po regeneracji konieczny jest okres chłodzenia, aby obniżyć temperaturę sita molekularnego do 15° temperatury przetwarzanego strumienia. Najwygodniej jest to zrobić przy użyciu tego samego strumienia gazu, co do ogrzewania, ale bez dopływu ciepła. Aby zapewnić optymalną regenerację, przepływ gazu powinien być przeciwprądowy do adsorpcji podczas cyklu podgrzewania i współbieżny (w stosunku do strumienia procesowego) podczas chłodzenia. Alternatywnie, małe ilości sit molekularnych mogą być suszone przy braku gazu oczyszczającego przez ogrzewanie w piecu, a następnie powolne chłodzenie w układzie zamkniętym, takim jak eksykator.

Tabela 3 Typowe cząsteczki i ich średnice krytyczne.

Molecule	Critical diam. (Å)	Molecule	Critical diam.(Å)
Hel	2.0	Propylen	5.0
Wodór	2.4	Merkaptan etylu	5.1
Acetylen	2.4	1-Buten	5.1
Tlen	2.8	trans-2-Butene	5.1
Tlenek węgla	2.8	1,3-Butadien	5.2
Dwutlenek węgla	2.8	Chlorodi fluorometan (Freon 22®)	5.3
Nitrogen	3.0	Tiofen	5.3
Woda	3.2	Izobutan do izodokozanu	5.6
Amoniak	3.6	Cyloheksan	6.1
Siarkowodór	3.6	Benzen	6.7
Argon	3.8	Toluen	6.7
Metan	4.0	p-Xylene	6.7
Ethylene	4.2	Czterochlorek węgla	6.9
Tlenek etylenu	4.2	Chloroform	6.9
Etan	4.4	Neopentan	6.9
Metanol	4.4	m-Xylen	7.1
Metylomerkaptan	4.5	o-ksylen	7.4
Propan	4.9	Trietyloamina	8.4
n-butan do n-dokozanu	4.9

^® Zastrzeżony znak towarowy E.I. du Pont de Nemours & Co., Inc.