分子筛(又称合成沸石)是一种硅铝酸盐多微孔晶体,
它是由硅铝通过氧桥连接组成基本的骨架结构,结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、内表面积很大的空穴。
在晶格中存在着金属阳离子(如 Na+、K+等),以平衡晶体中多余的负电荷。
分子筛对物质的吸附为物理吸附(范德华力),其晶体孔穴内部有很强的极性和库仑场,对极性分子(如水)和不饱和分子表现出强烈的吸附能力。
由于水分子在加热后连续地失去,但晶体骨架结构却不变,因此形成了许多空腔,而空腔又有许多直径相同的微孔相连,将比孔道直径小的分子吸附在空腔内部,而把比孔道大的分子排斥在外,从而使不同大小的分子分开,达到筛分分子的作用,所以被形象地称为“分子筛”。
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该工艺中乙炔、氯化氢分别脱水。
乙炔发生工序送来的乙炔含有大量水分和杂质,首先通过水洗塔或砂滤器除杂;
再用0 ℃水冷冻脱水,即利用气体中水的饱和蒸气压随温度降低而降低的原理,通过降低温度的方法降低水的气相分压,脱除气体中的水分,气体水含量可根据该温度下气体的饱和蒸气压计算得到;
再利用3A分子筛的吸水性进一步脱除乙炔中的微量水,同时在分子筛再生过程中利用升温方法使水汽化,并随气流脱吸出分子筛。分子筛的再生是采用冷、热氮气分4个步骤进行的。
乙炔干燥塔采用3层结构进行吸附,第3层作为保护层防止干燥塔穿透,当第1、2层分子筛吸附饱和后,对该塔分子筛进行活化再生。
乙炔干燥使用的分子筛是3A分子筛,也称KA分子筛,
其基本形式如下式所示:K8Na12[(AlO4)12·(SiO4)12]·27H2O。
水分子的直径为(2.1~3.1)×10-10 m,乙炔为3.2×10-10 m,氧为(3.4~3.84)×10-10 m,当上述气体混合物通过3A分子筛时,仅有水及少量乙炔会被吸附,其他直径大于3×10-10 m的分子无法进入分子筛晶穴内。
当湿乙炔通过3A分子筛时,水分子被留在分子筛孔穴内,而不发生与乙炔的共吸附,最终完成分子筛对乙炔的干燥。
3A分子筛具有以下特点:
①温度对吸水量的影响远小于一般干燥剂(如硅胶);
②干燥能力随分子筛水含量的上升而减弱;
③湿乙炔流速对分子筛的吸附能力影响不大;
④在相同湿度的条件下,吸水量大于其他干燥剂(如硅胶)。
在分子筛的使用过程中,应注意以下4个方面的问题:
①3A分子筛的孔径必须根据实际干燥的原料气分子直径进行选择制作,这是影响分子筛干燥工艺运行情况的关键。
②分子筛的机械强度及再生次数是影响其寿命的重要指标,因此应尽可能延长分子筛的一次吸附时间,减少再生次数,降低再生过程中的温差变化及机械磨损,减少分子筛的粉化现象。
③分子筛的干燥能力也不是无限大,分子筛干燥器的使用周期及处理能力是根据分子筛的装填量在设计压力下计算出来的,而且随着吸水量的增加,干燥能力降低,直至饱和,应保证装置的平稳运行,尽量避免出现原料气水含量长期超标或装置负荷长期超标现象。
④原料气夹带的杂质(如硫酸、磷酸、盐等)容易造成分子筛孔道堵塞,使干燥塔除水能力下降,因此在原料气进入干燥塔前应进行彻底洗涤除杂。