Конструкция слоя адсорбента молекулярного сита для дегидратации этанола

Для газов и жидкостей молекулярное сито является отличным поглотителем. Активация молекулярных сит с особой конструкцией помогает многочисленным системам эффективно удалять нежелательные газовые или жидкие загрязнители. Он также может разделять газы или жидкости на группы молекулярных размеров. При перегонке этанола выше азеотропного порога 95.6 объемных процентов молекулярное сито играет значительную роль. С использованием синтетические молекулярные сита, процедура дегидратации этанола теперь может быть проведена с помощью усовершенствованной технологии дальше этого азеотропного предела.

Мы проведем детальный анализ конструкции слоя молекулярно-ситового адсорбента для обезвоживания этанола. Давайте приступим!

Использование слоя молекулярного сита при дегидратации этанола

Что такое молекулярное сито?

Ассоциация Искусственные цеолитовые вещества отверстия точной и однородной формы и размера известны как молекулярные сита. Это позволяет им адсорбировать газы и жидкости в зависимости от размера молекулы и предпочтений в отношении проницаемости. Цеолиты представляют собой кристаллические твердые вещества с высокой проницаемостью, встречающиеся в природе и принадлежащие к химическому семейству алюмосиликатов.

3А, 4А, 5А и 13Х представляют собой четыре основные классификации молекулярных сит. Размер пор молекулярного сита определяется типом, который определяется синтетической версией молекулы. Молекулярное сито растворяет молекулы газа или жидкости, размер которых меньше функционального диаметра его пор, и отбрасывает молекулы, размер которых больше размера отверстий.

Какова функция молекулярного сита при обезвоживании этанола?

Обычная перегонка этанола позволяет достичь чистоты только около 96 процентов этанола, а оставшиеся 4 процента составляют вода из-за азеотропа, образующегося при смешивании с водой. Чтобы считаться качественным топливом, этанол должен быть обезвожен как минимум до 99.9%. Молекулярное сито 3A, специально сконструированное с отверстиями размером 3 ангстрема, используется для адсорбции молекул воды, тогда как более крупные молекулы этанола отбрасываются для достижения этой степени чистоты. Этот процедура эффективно обезвоживает этанол до необходимой степени чистоты, чтобы его можно было назвать топливным, потому что нет конкурентов по сорбции.

Во время производственная процедура, диаметр пор в обеих частицах молекулярных сит тщательно контролируется. Чтобы контролировать размер апертуры поры, внутри частиц может происходить обмен ионами натрия, кальция и калия. Это позволяет молекулам газа и жидкости преимущественно адсорбироваться. Рассмотрим гараж: высота вашего автомобиля 7 футов, но высота крыши гаража всего 6 футов 8 дюймов. Вы не сможете загнать свою машину в гараж, как бы вы ни старались. По такому же принципу работает адсорбция частиц в отверстиях молекулярного сита.

Распространенные типы молекулярных сит, используемых для дегидратации этанола

В различных коммерческих и пищевых целях процедура обезвоживания на молекулярном сите требует высокой степени чистоты. Наиболее эффективным типом молекулярного сита для сушки этанола является тип 3А. Пары гидратированного этанола направляются через слой молекулярного сита во время процедуры дегидратации этанола. Вода поглощается порами конструкции адсорбента, когда пары проходят через сито на начальном этапе. Процедура адсорбции продолжается до тех пор, пока не будет достигнута возможная адсорбция паров воды или не будет насыщено молекулярное сито.

Вода переносится из паров влажного этанола в активированное молекулярное сито через область или область, где содержание влаги уменьшается от входа к выходу. Эта главная переходная зона имеет один активный слой для транзита обезвоживания и другой для регенерации. Использование мощных ворот и автоматики, движение от одной кровати к другой обрабатывается и управляется. Чистый этанол можно использовать в качестве топлива в автомобилестроении и других целях после его обезвоживания с помощью молекулярных сит.

Сколько молекулярного сита следует использовать 

Осушающая способность молекулярных сит составляет от 20% до 25% их собственной массы. Для процедуры дегидратации залейте молекулярные сита в 3-4 раза больше предполагаемого количества органического растворителя и время от времени встряхивайте его в течение примерно 24 часов. 

Наиболее эффективная конструкция слоя молекулярного сита для дегидратации этанола

На конструкцию и работу механизма молекулярного сита влияет ряд факторов. Адсорбционная способность загрязнителя определяется его функциональной температурой и парциальным давлением, а также типом молекулярного сита (3А, 4А, 5А, 13Х). Ограничения по скорости потока и снижению давления в сочетании с объемом адсорбции имеют решающее значение для определения наилучшей схемы потока, кинетики переноса веса и, в дополнение, 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). Снижение давления и рассеивание потока, а также потребности в регенерации будут зависеть от выбранного соотношения диаметра и высоты.

Есть два возможности дизайна для компонента осушки: интегрированные или автономные конструкции, основанные на параметрах сырья водного этанола и наличии установки для перегонки спирта.

1. Интегрированный дизайн

Комплексные установки парового обезвоживания сырья подключены к системе дистилляции и принимают пары водного этанола прямо из ректификационной колонны. Поток регенерации, также известный как поток продувки, повторно подается на перегонку для рекуперации этанола.

В отличие от несвязанных единиц, наиболее значительным преимущества интегрированной системы является значительное снижение энергопотребления. Инновационная энергоэффективная тепловая интеграция осушителя с системами дистилляции, ректификации и выпаривания компании Фогельбуш существенно снижает эксплуатационные расходы.

Для подачи требуется наименьшее давление 0.5 бар изб.

2. Автономный дизайн

Жидкий водный этанол из складских запасов высушивается с использованием автономного жидкого сырья. сушильное оборудование. В крошечной рециркуляционной колонне водный этанол испаряется. Канал регенерации, также известный как продувочный поток, направляется в рециркуляционную камеру для извлечения этанола.

Надлежащая конструкция рекуперации тепла с учетом параметров сырья и полезности снижает энергопотребление сушильной камеры этанола.

Принцип процедуры

Метод адсорбции, используемый при обезвоживании на молекулярном сите, использует синтетический цеолит, хрупкое, высокопористое вещество. Способ основан на том, что притяжение цеолита к воде переключается давлением. Водяная набивка цеолита определяется парциальным давлением воды на входе, которое можно изменять, изменяя усилие.

Процедура адсорбции при переменном давлении (PSA)

Конденсации не происходит, потому что в слой молекулярного сита впрыскивается перегретый пар. Пары этанола проходят через слой, в то время как пары поглощаются отверстиями цеолита.

Когда слой молекулярного сита пропитается водой и близка брешь, его необходимо реактивировать: воду удаляют с поверхности цеолита за счет снижения оказываемого на него давления.

A адсорбция при перепаде давления установка с двумя слоями молекулярных сит используется для достижения постоянной производительности. Один слой находится в процессе обезвоживания, а другой регенерируется под вакуумом. Давление в слое снижается во время активации, и десорбированная вода удаляется из слоя вместе с выходными парами из другого слоя сушки. Этот канал продувки или регенерации затем растворяется и перекачивается на перегонный завод для извлечения этанола.

Вся процедура автоматизирована.

Как улучшить работу обезвоживающих установок

Усовершенствование процедуры молекулярного сита

• Первый принцип оптимизации адсорбции: идеальная температура и давление

Неизбежным моментом, основанным на двух основных правилах адсорбции, является то, что установка должна работать при максимально возможном давлении и минимально возможной температуре. При выборе температуры для функции имейте в виду, что это процедура паровой ступени, что означает, что канал подачи не может менять ступени в любой точке. В результате самая низкая температура, которую можно использовать, находится чуть выше момент смены стадии. Максимальное давление, которое может выдержать система, а также количество доступного перегрева ограничивают механизм.

Максимальное давление определяется параметрами емкости, трубы и затвора. Температура кипения раствора этанол/вода определяет минимальную температуру. Большинство конструкций основаны на азеотропе вода/этанол, который содержит около 95% этанола. На самом деле, большинство заводов работают ниже азеотропа с содержанием этанола всего 90%. Должна быть установлена ​​истинная точка кипения любой комбинации. Температура пара на входе должна быть установлена ​​на уровне перегрева 50°F или 10°C, чтобы гарантировать, что вещество остается на стадии пара.

Идеальные параметры для максимальной адсорбции могут быть точно определены путем оценки этих факторов.

Вычислите максимальные параметры регенерации, используя тот же изотермный подход. Вы должны достичь максимально возможного вакуума в контейнере при фиксированной температуре. Работоспособность определяется как различие в возможностях при фиксированной температуре между максимально возможным давлением и минимально достижимым давлением.

• Второй принцип оптимизации адсорбции: рабочая емкость

Лист технических характеристик должен поставляться с каждым молекулярным ситом, и в нем должна быть указана статическая влагоемкость. Поскольку все ситовые шарики со связкой 3А имеют статическую емкость 18-22 процента воды по массе, это оказывает незначительное влияние на реальную рабочую емкость.

Фиксированный объем молекулярного сита полезен как общий показатель его чистоты, но функциональная емкость является наиболее важным показателем. необходимо для производительности. Разница в объеме воды молекулярного сита при фиксированной температуре между двойными рабочими давлениями, сорбцией и активацией описывается как рабочая емкость.

Зона массообмена представляет собой область, где вода сознательно адсорбируется или элюируется из молекулярного сита на протяжении фазы адсорбции или регенерации петель. Гипотетически зона массообмена имеет форму «пробкового потока» — сферической пластины, которая равномерно перемещается по всему диаметру слоя. В действительности область массопереноса образуют как рассеяние пара, так и трение о стенки сосуда. Для достижения полного использования выхода молекулярного сита необходимо правильное диспергирование для надлежащего рассеивания паров.

Факторы, влияющие на работоспособность

1. При заданном составе и давлении температура должна постоянно обеспечивать поддержание паровой ступени. Так как жидкость создает препятствие на внешней стороне шарика, массоперенос жидкости в кристаллический стык затруднен при двухфазной циркуляции. Поверхностное натяжение жидкости доказывает, что трудно удалить жидкую воду путем повторного испарения после того, как она уплотнилась до жидкой стадии.
2. Рассеивание паров на впуске. Симметрия и скорость зоны массообмена.
3. Обеспечьте максимальное несоответствие между давлением адсорбента и регенерационным всасыванием при фиксированной температуре.
4. Соответствующий размер молекулярного сита 3А.
5. Запросите образцы сертификатов оценки в дополнение к спецификациям. Оценить молекулярные сита от разных производителей; они не все сделаны одинаковыми и, следовательно, не работают одинаково. Проверьте такие атрибуты, как прочность на раздавливание, износостойкость, размеры частиц, которые они распределяют, и технические знания.

Что еще следует учитывать

Процесс производства корпоративного этанола в значительной степени зависит от молекулярных сит. Они позволяют высушить этанол от чистоты 95% до приблизительно 99.9% чистоты, что требуется для использования в качестве присадки к топливу. Молекулярное сито в установках дегидратации этанола, как и все другие операции на заводе по производству этанола, требует особого внимания. Профилактическое обслуживание, осторожность во время работы и знание того, что может нанести продолжительный вред шарикам и контейнеру или листу, - все это имеет важное значение. Чтобы гарантировать долгий и устойчивый срок службы до десяти лет, требуется профилактический мониторинг и техническое обслуживание ситовых шариков. 

Знание того, как обезвоживаются шарики молекулярного сита, и соблюдение нескольких простых рекомендаций поможет им прослужить дольше. Имея это в виду, обратите внимание на следующее:

1. Избегайте намокания простыни/кровати. 

При попадании в контейнер и во время работы следует соблюдать осторожность, чтобы гарантировать, что технологический поток поступает и остается на паровой стадии. Если пар конденсируется обратно в жидкость, это может оказать существенное влияние на динамика массообмена воды в контейнер и из контейнера, что приводит к снижению работоспособности и возможному разрушению гранул. Благодаря очевидным когезионным свойствам воды, когда поток жидкой фазы достигает слоя дегидратации этанола, вода может создавать слой над каждым шариком, эффективно наслаивая его в сжиженной воде. Адсорбция загрязняющих веществ паровой стадии (воды) из предполагаемого потока чистого этанола замедляется или полностью предотвращается шариками, покрытыми жидкой водой.

Необходимо обеспечить и сохранить поток исходного материала при максимальном давлении с перегревом 50 °F — на 50 градусов по Фаренгейту выше температуры конденсации — во избежание появления молекул жидкой фазы на любом этапе процедуры дегидратации. Идеальная температура перегрева составляет 50 ° по Фаренгейту, что является достаточно высоким, чтобы предотвратить возврат пара в жидкую стадию, и в то же время достаточно низким, чтобы не значительно уменьшить рабочую мощность ситовых шариков внутри контейнера. Работоспособность пропорциональна рабочей температуре; шарики при сильном нагреве имеют меньшую работоспособность, поэтому слишком большой нагрев на протяжении всей операции также нежелателен. Также очень важно иметь должным образом изолированные контейнеры и трубы для предотвращения образования холодных зон или неконтролируемых колебаний температуры в потоке сырья, особенно в суровые холодные месяцы.

2. Избегайте превышения критической скорости

Для защиты осушителей и сита внутри необходимо избегать критической скорости. Каждая часть оборудования в процессе имеет максимальное давление, которое она может выдержать без причинения вреда. Когда скорость пара растения чрезмерно высока, скорость пара может превысить критический порог скорости, что приводит к звуку, похожему на крик или пронзительный хрип. Когда критическая скорость превышена, шарики могут разбиться и разбиться, что приведет к дополнительной пыли, повышенным требованиям к доливке периферийных устройств и снижению общей работоспособности, что, в конечном итоге, может потребовать полной замены для восстановления производительности.

3. Кровать не должна трястись

Чтобы предотвратить расширение Леви, необходимо точно поддерживать соответствующее регулирование скорости внутри слоя, чтобы гарантировать, что скорость псевдоожижения не будет превышена, как определено каждой отдельной системой. Диаметр гранул, скорость потока, плотность паров, давление в контейнере и температура входного потока — все это влияет на скорость псевдоожижения. Когда шарики поднимаются и висят в воздухе на пене пара, процедура, известная как флюидизация, происходит расширение Леви. Когда гранулы псевдоожижены, они могут тереться друг о друга, вызывая значительный износ, пыление и разрушение.

В результате разбитые шарики могут привести к тому, что область переноса веса будет течь через слой, что приведет к неравномерному, раннему прорыву, плохой спирали обратной связи и повторному разрушению. Немедленное псевдоожижение или фактическое подпрыгивание ситовых шариков внутри контейнера может быть вызвано быстрыми изменениями давления, вызванными заеданием клапанов или неправильным повышением давления в контейнере. Это часто называют попкорном.

Если вы хотите узнать больше о возможностях различных установок для осушки этанола, поговорите со специалистом по ситам, например, из нашей компании Jalon. Они помогут вам разобраться в том, чего вы изначально не знали о молекулярном сите, и существенно уберегут вас от ошибок. Регулярно проверяйте клапаны на предмет надлежащего функционирования, организуйте групповые семинары, продвигайте непрерывное обучение по соответствующим настройкам давления и подчеркивайте преимущества регулярных проверок для повышения эффективности и успеха.

4. Обойти загрязнение

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

Кокс появляется в виде темных пятен на поверхности шариков и в конечном итоге может образовать полный слой вокруг поверхности, делая шарики черными. Покрытие кокса блокирует доступ паров к микроканалам внутри каждого шарика, предотвращая поглощение воды зернами молекулярного сита, что приводит к значительному снижению рабочих характеристик и эффективности.

Установка туманоуловителей или коалесцирующих сепараторов между испарителем и блоком осушки является самым простым способом снижения содержания углеводородов — глюкозы, топлива и других примесей. Эти фильтры в основном представляют собой листы стальной ваты, которые улавливают загрязняющие вещества и очищают поток пара, когда он проходит. Чтобы значительно ограничить образование кокса и сохранить работоспособность и коэффициент переноса веса внутри контейнеров, профилактические ремонтные бригады должны осмотреть слив в основании фильтра и при необходимости отремонтировать его после установки. 

5. Следите за уровнем pH

Молекулярное сито на три ангстрема (молекулярное сито 3A) разработано специально для обезвоживания этанола и имеет отверстия кристаллической поры диаметром примерно три ангстрема. Учитывая, что молекулы воды имеют диаметр примерно 2.8 ангстрем, а молекулы этанола - около 3.6 ангстрем, это сито подходит для синтеза этанола. Молекулы воды могут проходить через кристаллы 3А и задерживаться, но молекулы этанола слишком велики, чтобы адсорбироваться и отскакивать.

Когда гранулы молекулярного сита подвергаются воздействию высокого pH, происходит ионный обмен, превращающий кристаллы сита 3A в кристаллы сита 4A или более, что позволяет молекулам этанола адсорбироваться рядом с водой и снижает емкость.

Ситовые шарики будут распадаться и агломерироваться, если их подвергнуть потоку сырья со слишком низким pH. Чтобы избежать переноса ионов или слияния шариков, оптимальный исходный поток должен иметь pH от 4.5 до 9.0. Технические специалисты должны уделять особое внимание во время профилактического обслуживания, чтобы гарантировать, что химикаты для очистки на месте, такие как серная кислота или каустическая сода (гидроксид натрия), полностью смыты и не могут пройти через контейнеры сита.

Выводы

Молекулярное сито находится в центре большинства производственных процессов и играет жизненно важную роль в повышении чистоты большинства производственных продуктов, включая этанол, как показано в этом посте. В то время как эффективность используемого молекулярного сита имеет значение, вы также должны помнить о качестве. На рынке много провайдеров, но только Иалон гарантирует, что вы получите качество за то, за что вы платите. Свяжитесь с нами и мы будем более чем рады предоставить молекулярное сито высочайшего качества. Мы можем удовлетворить как краткосрочные, так и долгосрочные потребности, поэтому вам не нужно беспокоиться о сроках. И что еще более важно, мы отправляем нашу продукцию по всему миру.