Дизайн слоя адсорбента из молекулярных сит для обезвоживания этанола

Для газов и жидкостей молекулярное сито является отличным абсорбентом. Активация молекулярных сит с определенной конструкцией помогает многочисленным системам эффективно удалять нежелательные газовые или жидкие загрязнения. Они также могут разделять газы и жидкости на группы по размеру молекул. При дистилляции этанола выше азеотропного порога в 95,6 % по объему молекулярное сито играет важную роль. При использовании синтетические молекулярные ситаТеперь процедура дегидратации этанола может быть проведена с помощью усовершенствованной технологии дальше этого азеотропного предела.

Мы подробно разберем конструкции слоя адсорбента из молекулярных сит для обезвоживания этанола. Приступаем!

Использование слоя молекулярных сит при обезвоживании этанола

Что такое молекулярное сито?

Сайт Искусственные цеолитные вещества Отверстия точной и однородной конструкции и размера известны как молекулярные сита. Это позволяет им адсорбировать газы и жидкости в зависимости от размера молекул и их проницаемости. Цеолиты - это высокопроницаемые кристаллические твердые вещества, встречающиеся в природе и относящиеся к химическому семейству алюмосиликатов.

3A, 4A, 5A и 13X - это четыре основные классификации молекулярных сит. Размер пор молекулярного сита определяется типом, который определяется синтетической версией молекулы. Молекулярное сито работает, солюбилизируя молекулы газа или жидкости размером меньше функционального диаметра его пор и отбрасывая молекулы размером больше отверстий.

Какова функция молекулярного сита в дегидратации этанола?

Обычная дистилляция этанола позволяет достичь чистоты около 96 процентов этанола, а оставшиеся 4 процента - это вода, которая образуется при соединении с водой. Чтобы этанол считался топливом, он должен быть обезвожен как минимум до 99,9%. Для достижения такой степени чистоты используется молекулярное сито 3A, изготовленное специально с отверстиями размером 3 ангстрема, которое адсорбирует молекулы воды, в то время как более крупные молекулы этанола отбрасываются. Этот эффективно Обезвоживает этанол до необходимого уровня чистоты, чтобы его можно было назвать топливным, потому что в нем нет конкуренции по сорбции.

Во время производственный процессДиаметр пор в обеих частицах молекулярных сит тщательно контролируется. Чтобы контролировать размер отверстий пор, внутри частиц можно обмениваться ионами натрия, кальция и калия. Это позволяет молекулам газа и жидкости преимущественно адсорбироваться. Возьмем гараж: высота вашего автомобиля - 7 футов, а высота крыши гаража - всего 6 футов 8 дюймов. Вы не сможете загнать машину в гараж, как бы ни старались. Адсорбция частиц в отверстиях молекулярного сита работает по тому же принципу.

Типы молекулярных сит, используемых для обезвоживания этанола

В различных коммерческих и пищевых целях процедура обезвоживания с помощью молекулярных сит требует высокой степени чистоты. Наиболее эффективным типом молекулярного сита для сушки этанола является тип 3A. Гидратированный пар этанола проходит через слой молекулярного сита во время процедуры обезвоживания этанола. Вода поглощается порами адсорбента по мере прохождения паров через слой сита на начальном этапе. Процедура адсорбции продолжается до тех пор, пока вероятная адсорбция воды парами не будет завершена или молекулярное сито не будет насыщено.

Вода переносится из влажных паров этанола на активированное молекулярное сито через зону или область, где содержание влаги уменьшается от входа к выходу. Эта главная переходная зона имеет один активный слой для транзитной дегидратации и другой - для регенерации. Использование мощных ворот и автоматикиПри этом движение от одной кровати к другой осуществляется с соблюдением всех требований. Чистый этанол после обезвоживания с помощью молекулярных сит можно использовать в качестве топлива в автомобильной промышленности и других областях.

Сколько молекулярного сита следует использовать 

Способность молекулярных сит к высушиванию составляет от 20% до 25% от их собственной массы. Для проведения процедуры дегидратации залейте молекулярные сита в 3-4 раза большим количеством органического растворителя и периодически перемешивайте его в течение 24 часов. 

Наиболее эффективная конструкция слоя молекулярных сит для обезвоживания этанола

Конструкция и функционирование механизма молекулярного сита зависят от ряда факторов. Адсорбционная способность загрязнителя определяется его функциональной температурой и парциальным давлением, а также типом молекулярного сита (3A, 4A, 5A, 13X). Ограничения по скорости потока и снижению давления в сочетании с объемом адсорбции имеют решающее значение для определения оптимальной схемы потока, кинетики переноса массы и, в качестве дополнения, конструкции контейнера.

На размер контейнеров также влияет размер пор молекулярного сита, а также расположение слоя (в зависимости от толщины адсорбента и состоящего из гигантских гранул, мелких гранул или разделенного слоя). От выбранного соотношения диаметра и высоты зависит снижение давления и дисперсия потока, а также потребность в регенерации.

Есть два возможности проектирования компонента обезвоживания: интегрированные или автономные конструкции, в зависимости от параметров сырья для производства гидрированного этанола и наличия спиртоперегонного завода.

1. Интегрированный дизайн

Встроенные аппараты для обезвоживания парообразного сырья подключаются к системе дистилляции и принимают пары гидрированного этанола прямо из ректификационной колонны. Регенерационный поток, также известный как поток продувки, снова поступает в дистилляцию для регенерации этанола.

В сравнении с несвязанными единицами, наиболее значимые преимущества интегрированной системы это значительное снижение энергопотребления. Инновационная энергоэффективная тепловая интеграция сухопарника Vogelbusch с системами дистилляции/ректификации/выпаривания существенно снижает эксплуатационные расходы.

Для подачи требуется минимальное давление в 0,5 барг.

2. Автономный дизайн

Жидкий этанол из хранилища высушивается с помощью автономной системы подачи жидкости сушильное оборудование. В крошечной рециркуляционной колонне происходит испарение гидрированного этанола. Канал регенерации, также известный как поток продувки, направляется в камеру рециркуляции для извлечения этанола.

Соответствующая конструкция рекуперации тепла, учитывающая параметры сырья и оборудования, снижает энергопотребление сушильной камеры для этанола.

Принцип процедуры

При обезвоживании с помощью молекулярных сит используется адсорбционный метод. синтетический цеолитхрупкое вещество с высокой пористостью. Метод основан на том, что притяжение цеолита к воде меняется в зависимости от давления. Водная упаковка цеолита определяется парциальным давлением воды на входе, которое можно менять, изменяя силу воздействия.

Процедура адсорбции под давлением (PSA)

Конденсация не происходит, поскольку в слой молекулярного сита подается перегретый пар. Пары этанола проходят через слой, а пары впитываются в отверстия цеолита.

Когда слой молекулярного сита пропитается водой и произойдет прорыв, его необходимо реактивировать: вода удаляется с поверхности цеолита путем снижения давления, оказываемого на него.

A маятниковая адсорбция Для достижения постоянной производительности используется установка с двумя слоями молекулярных сит. Один слой находится в процессе обезвоживания, а другой регенерируется под вакуумом. Давление в слое снижается в процессе активации, и десорбированная вода выводится из слоя вместе с парами, выходящими из другого сушильного слоя. Этот продувочный или регенерационный канал затем деликтивируется и перекачивается в дистиллятор для извлечения этанола.

Вся процедура автоматизирована.

Как улучшить работу дегидратационных установок

Усовершенствование процедуры молекулярного сита

• Первый принцип оптимизации адсорбции: идеальные температура и давление

Неизбежный момент, основанный на двух основных правилах адсорбции, заключается в том, что установка должна работать при максимально возможном давлении и минимально возможной температуре. При выборе температуры для работы следует учитывать, что это паровая стадия, а значит, канал подачи не может менять стадию в любой момент. Таким образом, самая низкая температура, которую можно использовать, находится чуть выше точка смены этапа. Максимальное давление, которое может выдержать система, а также количество доступного перегрева ограничивают работу механизма.

Максимальное давление определяется номиналами емкости, трубы и затвора. Температура кипения раствора этанола/воды определяет минимальную температуру. Большинство конструкций основано на азеотропе вода/этанол, который содержит около 95% этанола. В действительности большинство установок работает ниже азеотропа, с содержанием этанола до 90%. Необходимо определить истинную температуру кипения любой комбинации. Температура пара на входе должна быть установлена при 50°F или 10°C перегрева, чтобы гарантировать, что вещество останется в паровой стадии.

Оценив эти факторы, можно определить идеальные параметры для максимальной адсорбции.

Вычислите максимальные параметры регенерации, используя тот же метод изотерм. Вы должны добиться наибольшего вакуума, достижимого в контейнере при фиксированной температуре. Рабочая емкость определяется как различие в возможностях при фиксированной температуре между максимально возможным и минимально достижимым давлением.

• Второй принцип оптимизации адсорбции: рабочая мощность

К каждому молекулярному ситу должна прилагаться спецификация, в которой указывается статическая водоемкость. Поскольку все бусины сита 3A имеют статическую емкость 18-22 процента воды по массе, это имеет незначительное влияние на реальную рабочую емкость.

Фиксированный объем молекулярного сита полезен как общий показатель его чистоты, но функционирующая емкость является наиболее необходимые для работы. Разница в объеме воды в молекулярном сите при фиксированной температуре между двумя рабочими давлениями, сорбцией и активацией, называется рабочей емкостью.

Зона массообмена - это область, где вода сознательно адсорбируется или элюируется из молекулярного сита в течение фазы адсорбции или регенерации петель. Гипотетически зона массообмена имеет форму "пробочного потока", сферической пластины, которая равномерно движется по всему диаметру слоя. В реальности область массообмена формируется как за счет дисперсии пара, так и за счет трения о стенки контейнера. Для достижения полного использования производительности молекулярного сита необходимо правильное диспергирование паров.

Факторы, влияющие на работоспособность

1. При заданном составе и давлении температура должна постоянно обеспечивать поддержание паровой стадии. Поскольку жидкость создает препятствие на внешней стороне бусины, при двухфазной циркуляции затрудняется массоперенос жидкости в кристаллический переход. Поверхностное натяжение жидкости затрудняет удаление жидкой воды путем повторного испарения после ее уплотнения до стадии жидкости.
2. Дисперсия паров на впуске. Симметрия и скорость зоны массопереноса.
3. Обеспечьте максимальное расхождение между давлением адсорбента и регенерационным отсосом при фиксированной температуре.
4. Подходящий размер молекулярного сита 3A.
5. Попросите предоставить образцы сертификатов оценки в дополнение к техническим характеристикам. Оцените продукты молекулярного сита от разных производителей; они не все сделаны одинаково и, следовательно, не одинаковы по своим характеристикам. Проверьте такие характеристики, как прочность на раздавливание, способность к износу, размеры распределяемых частиц и технические знания.

Что еще нужно учесть

Корпоративная технология производства этанола в значительной степени опирается на молекулярные сита. Они позволяют высушить этанол с чистоты 95% до чистоты примерно 99,9%, что необходимо для использования в качестве топливной добавки. Молекулярные сита в установках по обезвоживанию этанола, как и все остальные операции на заводе по производству этанола, требуют особого внимания. Профилактический уходНеобходимо соблюдать осторожность во время работы и знать, что может нанести длительный вред ситу, контейнеру или листу. Чтобы гарантировать долгий, стабильный срок службы до десяти лет, необходим активный контроль и уход за ситовыми бусами. 

Если знать, как обезвоживаются бусины молекулярного сита, и следовать нескольким простым рекомендациям, они прослужат дольше. Учитывая это, соблюдайте следующее:

1. Избегайте смачивания простыни/постели 

При подаче в емкость и во время работы необходимо следить за тем, чтобы технологический поток поступал и оставался в паровой фазе. Если пар конденсируется обратно в жидкость, это может оказать значительное влияние на динамика массового переноса вода поступает в контейнер и выходит из него, что приводит к снижению работоспособности и потенциальному разрушению бисера. Благодаря очевидным когезионным свойствам воды, когда жидкий технологический поток достигает слоя обезвоживания этанола, вода может создать слой над каждой бусиной, эффективно покрывая ее сжиженной водой. Адсорбция загрязняющих веществ паровой стадии (воды) из предполагаемого потока чистого этанола замедляется или полностью предотвращается с помощью бисера, покрытого жидкой водой.

Необходимо обеспечить и сохранить поток сырья при максимальном давлении с перегревом на 50 °F - 50 градусов по Фаренгейту выше температуры конденсации, чтобы избежать появления молекул жидкой стадии на любом этапе процедуры обезвоживания. Идеальная температура перегрева составляет 50 ° Fahrenheit, которая достаточно высока, чтобы предотвратить возврат паров в жидкую стадию, но при этом достаточно низка, чтобы не снижать рабочую емкость сита внутри контейнера. Рабочая емкость пропорциональна рабочей температуре; при сильном нагреве рабочая емкость бусин снижается, поэтому слишком сильный нагрев в течение всего процесса работы также нежелателен. Также очень важно иметь правильно изолированные контейнеры и трубы для предотвращения холодных зон или неконтролируемых колебаний температуры в потоке сырья, особенно в суровые холодные месяцы.

2. Избегайте превышения критической скорости

Чтобы защитить обезвоживающие установки и находящиеся в них сита, необходимо избегать критических скоростей. Каждый механизм в технологическом процессе имеет максимальное давление, которое он может выдержать, не причиняя вреда. Если скорость пара в установке чрезмерно высока, скорость пара может превысить порог критической скорости, что приводит к звуку, похожему на крик или хрип высокого тона. При превышении критической скорости бисер может разбиться, что приводит к образованию дополнительной пыли, увеличению потребности в дозаправке периферийных устройств, снижению общей работоспособности и, наконец, к необходимости полной замены оборудования для восстановления производительности.

3. Кровать не должна подпрыгивать

Чтобы предотвратить расширение Леви, необходимо тщательно регулировать скорость внутри слоя, чтобы гарантировать, что скорость псевдоожижения не будет превышена, как определено в каждой конкретной системе. Диаметр бисера, расход, плотность пара, давление в контейнере и температура входного потока - все это влияет на скорость псевдоожижения. Когда бусины поднимаются и зависают в воздухе на пене пара, происходит процедура, известная как флюидизация, расширение Леви. При псевдоожижении бусины могут стачиваться друг о друга, что приводит к значительному износу, запылению и поломке.

В результате разбитые бусины могут привести к тому, что область переноса веса будет проходить через слой, что приведет к неравномерному, раннему прорыву, плохой спирали обратной связи и повторяющимся разрушениям. Мгновенная флюидизация, или фактическое подпрыгивание ситовых бусин внутри контейнера, может быть вызвана быстрыми изменениями давления, вызванными заклиниванием клапанов или неправильным нагнетанием давления в контейнере. Это явление часто называют попкорнингом.

Если вы хотите узнать больше о возможностях различных установок для обезвоживания этанола, обратитесь к специалистам по ситам, например, из нашей компании Jalon. Они помогут вам разобраться в том, чего вы изначально не знали о молекулярном сите, и, по сути, уберегут вас от ошибок. Регулярно проверяйте работу клапанов, организуйте командные семинары, продолжайте обучение по вопросам настройки давления и подчеркивайте преимущества регулярных проверок для повышения эффективности и успеха.

4. Обойдите загрязнение

Низкомолекулярные углеводы, такие как водорастворимая глюкоза и фюзеляжные масла, могут существенно изменить рабочую производительность установок для обезвоживания этанола. Углеводы получают из водорастворимой глюкозы, которая остается в технологическом потоке, включая другие загрязняющие вещества, в виде мицеллярных комбинаций, которые затем переносятся в слои. В процессе, известном как коксование, эти загрязняющие вещества прилипают к внешней стороне бусин молекулярного сита, образуя покрытие из кокса, или сгоревших углеводов.

Кокс появляется в виде темных пятен на поверхности бусин и со временем может образовать целый слой вокруг поверхности, делая бусины черными. Покрытие из кокса блокирует доступ паров к микроканалам внутри каждой бусины, препятствуя поглощению воды зернами молекулярного сита, что приводит к значительному снижению производительности и эффективности работы.

Установка демистеров или коалесцирующих сепараторов между испарителем и блоком осушения - самый простой способ уменьшить количество углеводородов, глюкозы, топлива и других примесей. По сути, эти фильтры представляют собой листы стальной ваты, которые улавливают загрязняющие вещества и очищают проходящий мимо поток пара. Чтобы значительно ограничить попадание кокса и сохранить рабочую емкость и скорость переноса веса внутри контейнеров, бригады профилактического обслуживания должны проверять дренаж в основании фильтра и ремонтировать его по мере необходимости после установки. 

5. Следите за уровнем pH

Трехангромное молекулярное сито (3A Molecular Sieve) разработано специально для дегидратации этанола и имеет кристаллические поры диаметром около трех ангстрем. Учитывая, что молекулы воды имеют диаметр около 2,8 ангстрема, а молекулы этанола - около 3,6 ангстрема, это сито подходит для синтеза этанола. Молекулы воды могут проходить через кристаллы 3A и задерживаться в них, но молекулы этанола слишком велики, чтобы адсорбироваться и отскакивать.

Когда бусины молекулярного сита подвергаются воздействию высокого рН, происходит ионный обмен, в результате которого кристаллы сита 3А превращаются в кристаллы сита 4А или более крупные, позволяя молекулам этанола адсорбироваться рядом с водой и снижая емкость.

Бусины сита будут распадаться и агломерироваться, если их подвергнуть воздействию потока сырья со слишком низким pH. Чтобы избежать переноса ионов или слияния бисера, оптимальный поток питания должен иметь рН от 4,5 до 9,0. Техники должны уделять дополнительное внимание во время профилактического обслуживания, чтобы гарантировать, что чистые химикаты, такие как серная кислота или едкий натр (гидроксид натрия), полностью смываются и не проходят через ситовые контейнеры.

Итоги

Молекулярное сито стоит в центре большинства производственных процедур и играет важную роль в повышении чистоты большинства продуктов производства, в том числе этанола, как показано в этом посте. Хотя эффективность используемого молекулярного сита имеет значение, необходимо помнить и о качестве. На рынке существует множество поставщиков, но только Джалон гарантирует, что вы получите качество, за которое платите. Свяжитесь с нами и мы будем более чем счастливы поставить молекулярное сито самого высокого качества. Мы способны удовлетворить как краткосрочные, так и долгосрочные потребности, поэтому вам не придется беспокоиться о сроках. И что еще более важно, мы поставляем нашу продукцию по всему миру.