Molekuláris sziták

Ásványi adszorbensek, szűrőanyagok és szárítószerek

A molekulasziták kristályos fém-alumínium-szilikátok, amelyek szilícium-dioxid és alumínium-dioxid tetraéderek háromdimenziós összekötő hálózatával rendelkeznek. A természetes hidratálódási vizet melegítéssel eltávolítják ebből a hálózatból, hogy egyenletes üregeket hozzanak létre, amelyek szelektíven adszorbeálják a meghatározott méretű molekulákat.

A gázfázisú alkalmazásokban általában 4-8 szemű szitát használnak, míg a folyadékfázisú alkalmazásokban a 8-12 szemű típus a szokásos. A 3A, 4A, 5A és 13X típusú sziták por alakú formái speciális alkalmazásokhoz alkalmasak.

A molekulasziták, amelyek régóta ismertek szárítási képességükről (akár 90 °C-ig), az utóbbi időben a szintetikus szerves eljárásokban is hasznosíthatónak bizonyultak, mivel gyakran lehetővé teszik a kívánt termékek izolálását olyan kondenzációs reakciókból, amelyeket általában kedvezőtlen egyensúlyok szabályoznak. Ezek a szintetikus zeolitok bizonyítottan eltávolítják a vizet, az alkoholokat (beleértve a metanolt és az etanolt) és a HCl-t olyan rendszerekből, mint a ketimin- és enaminszintézisek, észterkondenzációk és telítetlen aldehidek polienálokká történő átalakítása.

1. táblázat

Típus	3A
összetétel	0.6 K2O: 0,40 Na2O : 1 Al2O3 : 2,0 ± 0.1SiO2 : x H2O
Megnevezés		A 3A forma úgy készül, hogy a 4A szerkezetben rejlő nátriumionokat káliumkationokkal helyettesítik, így az effektív pórusméret ~3Å-ra csökken, kivéve az átmérő >3Å, e.g., etán.
Főbb alkalmazások		Telítetlen szénhidrogén-áramok, köztük krakkolt gáz, propilén, butadién, acetilén kereskedelmi célú dehidratálása; poláros folyadékok, például metanol és etanol szárítása. Molekulák, például NH3 és H2O adszorpciója N2/H2 áramlásból. Általános célú szárítószernek tekinthető poláros és nem poláros közegekben.
Típus	4A
összetétel	1 Na2O: 1 Al2O3: 2.0 ± 0.1 SiO2 : x H2O
leírás	Ez a nátriumforma a molekulasziták A típusú családját képviseli. Az effektív pórusnyílás 4Å, így kizárja a >4Å effektív átmérőjű molekulákat, pl, propán.
Főbb alkalmazások	Előnyösen alkalmasak zárt folyadék- vagy gázrendszerekben történő statikus dehidratálásra, pl., gyógyszerek, elektromos alkatrészek és romlandó vegyi anyagok csomagolásában; vízkiszűrés nyomdai és műanyagrendszerekben, valamint telített szénhidrogén-áramok szárítása.Az adszorbeált fajok közé tartoznak az SO2, CO2, H2S, C2, H2S, C2 és C2.H4, C2H6 és C3H6. Általában univerzális szárítóanyagnak tekinthető poláros és nem poláros közegekben.
Típus	5A
összetétel	0.80 CaO : 0.20 Na2O : 1 Al2O3: 2,0 ± 0.1 SiO2: x H2O
leírás	Nátrium kationok helyett kétértékű kalciumionok adnak ~5Å méretű nyílásokat, amelyek kizárják a >5Å effektív átmérőjű molekulákat, e.g., az összes 4 szénatomos gyűrűt és az izo-vegyületeket.
Főbb alkalmazások		Normál paraffinok elválasztása elágazó láncú és ciklikus szénhidrogénekből; H2S, CO2 és merkaptánok eltávolítása földgázból. Az adszorbeált molekulák közé tartozik az nC4H10, nC4H9OH, C3H8 -tól C22H46-ig, és diklór-difluor-metán (Freon 12®).
Típus	13X
összetétel	1 Na2O: 1 Al2O3 : 2.8 ± 0.2 SiO2 : xH2O
leírás	A nátriumforma az X típusú család alapszerkezetét képviseli, a 910¼-es tartományba eső effektív pórusnyílással. Nem adszorbeál például(C4F9)3N-t.
Főbb alkalmazások	Kereskedelmi gázszárítás, levegő üzemanyag tisztítása (egyidejű H<2O és CO2 eltávolítása) és folyékony szénhidrogén/földgáz édesítése (H2S és merkaptán eltávolítása).

® Az E.I. du Pont de Nemours & Co., Inc. bejegyzett védjegye

2. táblázat A molekuláris sziták tulajdonságai és jellemzői

Katalógusszám	Típus	Forma	Gömb vagy részecskeméret	Pórusátmérő (Å)	Ömlesztett sűrűség (lb/cu ft)	Nedvesség (%)	Eq'm. H2O kapacitás (elmélet)	pH (5% hígtrágya)	Regenerációs temp. (°C)	Max. DHads. BTU/lb H2O
208574	3A	gyöngy	4-8 szem	3	45-46	1.5	21	10.5	175-260	1800
208582	3A	gyöngy	8-12 szem	3	45-46	1.5	21	10.5	175-260	1800
208590	4A	gyöngy	4-8 szem	4	45	1.5	23	10.5	200-315	1800
208604	4A	gyöngy	8-12 szem	4	45	1.5	23	10.5	200-315	1800
208612	5A	gyöngy	4-8 szem	5	44	1.5	21.7	10.5	200-315	1800
208620	5A	gyöngy	8-12 szem	5	44	1.5	21.7	10.5	200-315	1800
208639	13X	gyöngy	4-8 szem	10	43	1.5	29.5	10.3	200-315	1800
208647	13X	gyöngy	8-12 szem	10	43	1.5	29.5	10.3	200-315	1800
233668	4A	por	2-3µ	4	30	< 2	28.5	10.5	200-315	1800
233676	5A	por	3-5µ	5	30	< 2	28	10.5	200-315	1800
283592	13X	por	3-5µ	10	30	< 2	33	10.5	200-315	1800

A. Regenerálás (aktiválás)

A regenerálás a tipikus ciklikus rendszerekben az adszorbeátum eltávolítását jelenti a molekulaszűrő ágyból fűtéssel és vivőgázzal történő átmosással. Elegendő hőt kell alkalmazni az adszorbens, az adszorbens és az edény hőmérsékletének megemeléséhez, hogy a folyadék elpárologjon, és ellensúlyozza a molekulaszita felületének nedvesedési hőjét. Az ágy hőmérséklete kritikus a regenerálás során. A 3A típusnál általában 175-260° közötti ágyhőmérsékletet alkalmaznak. Ez az alacsonyabb tartomány minimalizálja az olefinek polimerizációját a molekulaszita felületén, ha ilyen anyagok vannak jelen a gázban. Lassú felmelegítés ajánlott, mivel a legtöbb olefin anyagot minimális hőmérsékleten eltávolítják; a 4A, 5A és 13X szitáknál 200-315 °C-os tartományban van szükség.

A regenerálás után egy hűtési időszakra van szükség, hogy a molekulaszűrő hőmérséklete a feldolgozandó áram hőmérsékletének 15°-án belülre csökkenjen. Ez a legkényelmesebben a fűtéshez használt gázárammal történik, de hőbevitel nélkül. Az optimális regenerálás érdekében a gázáramlásnak a felmelegítési ciklus alatt az adszorpcióval ellentétes irányúnak kell lennie, a hűtés során pedig (a folyamatáramhoz képest) egyidejűleg kell áramlania. Alternatív megoldásként kis mennyiségű molekulaszűrő szárítható tisztítógáz hiányában kemencében történő melegítéssel, majd lassú hűtéssel egy zárt rendszerben, például exszikkátorban.

3. táblázat Gyakori molekulák és kritikus átmérőjük.

Molekula	Kritikus diam. (Å)	Molekula	Kritikus diam.(Å)
Hélium	2,0	Propilén	5.0
Hidrogén	2.4	Etilmerkaptán	5.1
Acetilén	2.4	1-Butén	5.1
Oxygen	2.8	trans-2-Butén		5.1
Szén-monoxid	2.8	1,3-Butadién	5.2
Szén-dioxid	2.8	Klór-di-fluor-metán (Freon 22®)	5.3
Nitrogén	3.0	Tiofén	5.3
Víz	3.2		Izobutánból izodokozánba	5.6
Ammónia	3.6	Ciklohexán	6.1
Hidrogén-szulfid	3.6	Benzol	6.7
Argon	3.8	Toluol	6.7
Metán	4.0	p-Xilol	6.7
Ethilol	4.2	Szén-tetraklorid	6.9
Etiilén-oxid	4.2	Kloroform	6.9
Ethán	4.4	Neopentán	6.9
Methanol	4.4	m-Xilol	7.1
Metil-merkaptán	4.5	o-Xilol	7.4
Propan	4.9	Trietilamin	8.4
n-butánból n-dokozánba	4.9

^® Az E.I. du Pont de Nemours & Nemamp; Co., Inc. bejegyzett védjegye.