O que é o crivo molecular?
Os crivos moleculares são zeólitos cristalinos sintéticos nos quais os átomos estão dispostos num padrão definido. Internamente, a estrutura tem muitas cavidades interligadas por poros mais pequenos de tamanho uniforme. Estes poros só são capazes de aceitar e passar para as cavidades moléculas do mesmo tamanho e mais pequenas, daí o nome peneira molecular.
As caraterísticas de adsorção do vapor de água são muito diferentes das da sílica gel. Peneiras moleculares pode adsorver até aproximadamente 20% em peso de água antes que a humidade relativa do ar circundante aumente significativamente. Qualquer aumento adicional provoca um grande aumento da humidade relativa.
Estas caraterísticas permitem que as peneiras moleculares mantenham um ponto de orvalho muito baixo (-50°C para 10% em peso de água adsorvida). O material também tem a capacidade de adsorver rapidamente o vapor de água e é capaz de manter uma elevada eficiência de adsorção a temperaturas elevadas, até 90°C
A peneira molecular é um composto inorgânico de aluminossilicato, que pode suportar altas temperaturas e tem boa estabilidade térmica, o que proporciona conveniência para a regeneração e pode ser reutilizado muitas vezes. O esqueleto não é decomposto por microorganismos ou similares. Os principais componentes da parte do esqueleto da peneira molecular são o tetraedro de silício-oxigénio e o tetraedro de alumínio-oxigénio. Uma vez que a valência do alumínio é 3, a valência de um átomo de oxigénio no tetraedro alumínio-oxigénio AlO4 não está equilibrada, pelo que todo o tetraedro alumínio-oxigénio está ligado. Tem uma carga negativa. Para manter a neutralidade eléctrica, tem de haver iões metálicos com carga positiva na vizinhança do tetraedro de óxido de alumínio para compensar a sua carga negativa. É gerado um forte campo elétrico entre os iões metálicos carregados positivamente e a estrutura da peneira molecular carregada negativamente, o que tem um enorme impacto no desempenho de adsorção da peneira molecular. A capacidade de adsorção das peneiras moleculares para substâncias polares é muito mais forte do que a das substâncias não polares. Ao mesmo tempo, devido ao efeito de um campo elétrico forte, as substâncias que contêm ligações duplas ou ligações π grandes também têm uma capacidade de adsorção considerável através da polarização induzida. Em geral, quanto maior for a carga do catião, quanto menor for o raio iónico, quanto mais forte for o campo elétrico gerado, maior será o efeito de indução nas ligações duplas e maior será a capacidade de adsorção dessas substâncias.
As peneiras moleculares são utilizadas como adsorventes sólidos na indústria química, e as substâncias adsorvidas podem ser dessorvidas, e as peneiras moleculares podem ser regeneradas após a utilização. Também são utilizadas para secagem, purificação, separação e recuperação de gases e líquidos. Desde a década de 1960, tem sido usado como um catalisador de craqueamento na indústria de refino de petróleo, e agora uma variedade de catalisadores de peneira molecular adequados para diferentes processos catalíticos foram desenvolvidos. Existem dois tipos de peneiras moleculares: zeólita natural e zeólita sintética. ① A maioria das zeólitas naturais são formadas pela reação de tufo vulcânico e rochas sedimentares tufáceas em ambientes marinhos ou lacustres. Atualmente, existem mais de 1000 tipos de minérios de zeólita, entre os quais 35 são mais importantes, os mais comuns são clinoptilolita, mordenita, erionita e chabazita. Principalmente distribuído nos Estados Unidos, Japão, França e outros países, a China também encontrou um grande número de depósitos de mordenita e clinoptilolita, o Japão é o país com a maior quantidade de mineração de zeólita natural. ②Como a zeólita natural é limitada por recursos, um grande número de zeólitas sintéticas tem sido usado desde a década de 1950.
Qual é o tipo comum de peneira molecular de zeólito
Os peneiros moleculares estão disponíveis em quatro formas genéricas principais, 3A, 4A, 5A e 13X. Cada forma tem as suas próprias propriedades e aplicações específicas, e todas mantêm uma preferência polar para a adsorção de água.
De acordo com as diferentes dimensões dos poros, os crivos moleculares são definidos como 3A, 4A, 5A e 13X. São aplicados nas indústrias química, eletrónica, petroquímica, do gás natural, etc.
A fórmula química de 3A, 4A, 5A, 13X
3A：2/3K₂O1₃-Na₂₂O-Al₂O₃-2SiO₂.-4.5H₂O
4A：Na₂O-Al₂O₃-2SiO₂-4.5H₂O
5A：3/4CaO1/4Na₂OAl₂O₃-2SiO₂-4.5H₂O
13X：Na2O-Al2O3-2,45SiO2-6.0H20
O funcionamento do crivo molecular está relacionado com a dimensão dos seus poros. O tamanho dos poros é de 0,3nm/ 0,4nm/ 0,5nm. Estes poros podem adsorver a molécula mais pequena do que eles e quanto maior for, maior é a capacidade de adsorção. E são os diferentes tamanhos de poros que decidem que tipo de molécula pode ser adsorvida. Em suma, apenas as moléculas com tamanho inferior a 0,3 nm podem ser adsorvidas pela EM 3A. A 4A e a 5A também seguem este princípio. O crivo molecular simples pode adsorver humidade até 22% do seu peso quando é utilizado como dessecante.
Qual é a diferença entre a peneira molecular 3a 4a 5a 13x
Peneira molecular 3A madsorve água e é utilizado principalmente para secar gás de craqueamento de petróleo, olefinas, gás de refinaria e gás de campos petrolíferos, bem como dessecante nas indústrias química, farmacêutica, de vidro isolante e outras. Utilizado principalmente para a secagem de líquidos (como o etanol), secagem ao ar de vidro isolante, secagem de gás misto de azoto e hidrogénio, secagem de refrigerante, etc.
Peneiras moleculares 4A são utilizados principalmente para secar gás natural e vários gases e líquidos químicos, refrigerantes, produtos farmacêuticos, dados electrónicos e substâncias voláteis, purificar árgon e separar metano, etano e propano. Utilizado principalmente para a secagem profunda de gases e líquidos como o ar, gás natural, hidrocarbonetos, refrigerantes; preparação e purificação de árgon; secagem estática de componentes electrónicos e materiais perecíveis; agente desidratante em tintas, poliésteres, corantes e revestimentos
Peneira molecular 5A é utilizada principalmente para secagem de gás natural, dessulfuração e remoção de dióxido de carbono; separação de azoto e oxigénio para preparar oxigénio, azoto e hidrogénio; desparafinagem de petróleo para separar hidrocarbonetos normais de hidrocarbonetos ramificados e hidrocarbonetos cíclicos. No entanto, a grande área de superfície específica e a adsorção polar dos crivos moleculares 5A renováveis podem conseguir uma adsorção profunda de água e amoníaco residual. A mistura decomposta de azoto e hidrogénio entra num secador para remover a humidade residual e outras impurezas. O dispositivo de purificação adopta torres de adsorção duplas, uma absorve o gás de decomposição de amoníaco seco e a outra dessorve a humidade e o amoníaco residual num estado aquecido (geralmente 300-350) para atingir o objetivo de regeneração
13X moléculapeneira de arA peneira molecular 13x, também conhecida como peneira molecular de sódio tipo X, é um aluminossilicato de metal alcalino, que tem uma certa basicidade e pertence a uma classe de bases sólidas. 3.64A é inferior a 10A qualquer molécula.13x peneira molecular é usada principalmente na purificação de gás na unidade de separação de ar para remover água e dióxido de carbono.Secagem e dessulfuração de gás natural, gás liquefeito de petróleo e hidrocarbonetos líquidos. Secagem geral de gás em profundidade.
Como é que o 3A e o 5A são feitos a partir do crivo molecular 4A?
É obtida através da substituição dos iões de sódio na estrutura do crivo molecular 4A (forma de sódio do zeólito tipo A) por iões de potássio, de modo a que a dimensão efectiva dos poros seja reduzida para 3Å. O crivo molecular 3A é utilizado principalmente como dessecante no gás de craqueamento do petróleo, olefinas, gás de refinaria, gás de poço de petróleo, indústria química, farmácia, vidro isolado, secagem de líquidos (álcool), vidro isolado, secagem de gás misto de azoto e hidrogénio, secagem de dessecantes, secagem de refrigerantes, etc. A humidade e as moléculas com menos de 3Å podem ser adsorvidas pelo crivo molecular 3A.
A partir desta forma, obtêm-se crivos com poros de 3Å e 5Å, que trocam iões de sódio por iões de potássio e cálcio, respetivamente. O crivo molecular 4A pode adsorver humidade, NH3, H2S, SO2, dióxido de carbono, C2H5OH, C2H6, C2H4 e outras moléculas sob 4A. O crivo molecular 4A destina-se principalmente à secagem de gás natural, da maioria dos tipos de gás e líquidos, refrigerantes, medicamentos, equipamento digital e matéria volátil, sendo também capaz de purificar árgon e separar metano, etano e propano. Outras aplicações incluem a secagem profunda de ar e hidrocarbonetos, sendo os ehydrators em tintas, poliésteres, corantes e revestimentos.
É obtido através da substituição de iões de sódio na estrutura do crivo molecular 4A por iões de cálcio, de modo a que o tamanho efetivo dos poros possa ser aumentado para 5Å. O crivo molecular 5A pode adsorver quaisquer moléculas mais pequenas do que o seu poro. Para além das caraterísticas de 3A e 4A, 5A também pode adsorver C3-C4 n-alcano, cloreto de etilo, brometo de etilo, butanol, etc. Também pode ser utilizada na separação de hidrocarbonetos n-isoméricos, adsorção por oscilação de pressão e co-adsorção de água e dióxido de carbono. As principais aplicações do crivo molecular 5A são a secagem de gás natural, adsorção de enxofre e CO2, separação de azoto e oxigénio, oxigénio, azoto e produção de hidrogénio. Além disso, a desparafinagem de petróleo e a separação de hidrocarbonetos normais de hidrocarbonetos ramificados e cíclicos são também duas especialidades da 5A. Quanto à regeneração do 5A, a sua grande superfície específica e capacidade adsorvente podem contribuir para a adsorção profunda de água e amoníaco. Os hidrocarbonetos decompostos entram então no secador para remover a humidade restante e outras impurezas. O equipamento de purificação consiste em duas torres de adsorção. Uma para gás de decomposição de amoníaco seco e a outra para humidade e amoníaco remanescente sob condições de regeneração (normalmente 300-350℃).
O crivo molecular 13X é também designado por crivo molecular de tipo X. É a forma de sódio do zeólito X, cujos poros são maiores do que os do zeólito tipo A (o crivo molecular de 4A). Trata-se de um aluminossilicato de metal alcalino, que possui uma certa alcalinidade e pertence a uma classe de álcalis sólidos. A dimensão dos seus poros é de 10Å e pode adsorver moléculas com dimensões entre 3,64Å e 10Å. As principais aplicações do 13X são a purificação de gás por adsorção de humidade e dióxido de carbono em unidades de separação de ar, secagem e dessulfuração de gás natural, GNL e hidrocarbonetos líquidos, secagem profunda de gás normal. Também pode ser utilizado como transportador de catalisador, co-adsorção de água e dióxido de carbono, co-adsorção de água e H2S gás.
Outros tipos menos comuns de crivos moleculares são o crivo molecular 10X, que tem um tamanho de poro de 8A e é utilizado para a secagem e dessulfuração de gases e líquidos e para a separação de hidrocarbonetos aromáticos. Também podemos encontrar peneiras moleculares mais específicas concebidas noutros zeólitos. Os crivos moleculares estão disponíveis em várias formas, e tamanho das suas partículas, sendo as formas mais comuns as esferas e os pellets. As esferas têm várias vantagens, como o facto de a sua densidade de carga ser superior à dos pellets, pelo que no mesmo volume carregamos mais produto, prolongando o ciclo de vida do adsorvente. Além disso, por não possuírem arestas vivas, são mais resistentes ao atrito, o que resulta em menor formação de finos, evitando o aumento da queda de pressão no leito.
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