分子筛吸附
概述:是(shì)分子筛是一种硅铝酸盐(yán),主要由硅铝(lǚ)通(tōng)过氧桥连接组成空旷的骨架结构,在结构中(zhōng)有(yǒu)很多孔径均匀的孔道和排列(liè)整(zhěng)齐、内表面积很大(dà)的(de)空穴。此外(wài)还含有电价较低而离子(zǐ)半径较大的金属离子和化合态的水。由于水分(fèn)子在加热后连续地失去,但晶体骨架结构不变,形成了许多大(dà)小相同(tóng)的空腔,空腔又(yòu)有许多直径相同的(de)微孔相连(lián),比孔道(dào)直径(jìng)小的物质分(fèn)子吸附在空腔内(nèi)部(bù),而(ér)把比孔道大(dà)得(dé)分(fèn)子(zǐ)排斥(chì)在外,从而使不(bú)同大小(xiǎo)形状的分子分开(kāi),直到筛(shāi)分分子的作用,因而称作分子筛。
分(fèn)子筛主要用于各种气体、液体(tǐ)的深度干燥(zào),气(qì)体(tǐ)、液(yè)体的分离和提纯,催化(huà)剂载体等
是指具有均匀的(de)微孔,其孔(kǒng)径(jìng)与(yǔ)一(yī)般分子大小相当的一类物质。分(fèn)子筛的(de)应用非常广泛,可以作高(gāo)效干燥剂、选择性吸附剂(jì)、催化剂、离子交换剂(jì)等,但是使用化(huà)学原料合成分(fèn)子筛的成本很高。常用分子筛为结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐(yán),是由硅氧四面体或铝(lǚ)氧(yǎng)四面体通过氧桥键相连而形成分子尺寸大小(通常为0.3~2 nm)的孔道和空腔(qiāng)体(tǐ)系,因吸附分子大小和形状不同而具有(yǒu)筛(shāi)分大小(xiǎo)不同的流体分子的(de)能力。
作用:可(kě)以区分粒径不(bú)同的(de)分子(zǐ)以(yǐ)及吸附不饱(bǎo)和分子和(hé)极性(xìng)分子。
工作原(yuán)理:
首吸(xī)附功能:分子筛对物质的吸附来(lái)源于物(wù)理吸附(范德华力),其晶(jīng)体孔穴内部有很强的极性和库仑场,对(duì)极性分子(zǐ)(如水(shuǐ))和不饱(bǎo)和分子(zǐ)表现出强(qiáng)烈(liè)的吸附能力。筛分功能:分子筛的孔径分布非常(cháng)均一,只有(yǒu)分子直径小于孔穴直径的物(wù)质才可能进入分子筛的晶(jīng)穴内部。通过吸附的优先顺(shùn)序和尺寸(cùn)大小来区分不同物(wù)质(zhì)的分子,所以被形象的称(chēng)为(wéi)“分子筛”。
结构:
由此构成的蛋(dàn)白多(duō)糖(táng)聚(jù)合体曲折(shé)盘(pán)绕,形成多(duō)微孔的筛状结构,称(chēng)为分(fèn)子筛。分子筛只(zhī)允许(xǔ)小(xiǎo)于(yú)其微孔的物质(zhì)通过,对大(dà)于其微孔的大分子物质(zhì)、细菌等则具有(yǒu)屏障作用。使基(jī)质成为限制(zhì)细菌等(děng)有害物质扩散的防(fáng)御(yù)屏(píng)障。
沸(fèi)石分子筛的应用类型
沸石分(fèn)子筛在(zài)VOCs治理中,主要以盘式转轮、筒式转(zhuǎn)轮和固定床(chuáng)分(fèn)子筛的形(xíng)式(shì)进行应用。
1)盘式转轮
盘式沸石(shí)转轮结构分区为吸附区、再(zài)生区(qū)及冷却区三个部分,一般都是(shì)按10:1:1的分区比(bǐ)例。
吸(xī)附区:废气迎风面,一般风速控制(zhì)在2-4Nm/s,净化效率一般在90-97%,净化气进(jìn)入烟囱。
冷却区:一般采用制程气进行冷却(què),一方(fāng)面降低了冷(lěng)却区沸石的温度,使得其(qí)具有(yǒu)吸附性,另外也顺利(lì)实现了热能回收。
脱附区:将经过热(rè)回收的气(qì)体,再进行加热温度到200℃左右,进入脱附区进行冷却(què)。脱附再生的风量(liàng)一般是进气(qì)的(de)10-20倍(bèi)。当进行(háng)高温(wēn)再生,最高温度可达(dá)到300℃左右,需要(yào)在设(shè)计(jì)时(shí)选择高(gāo)温再生型转(zhuǎn)轮。
2)筒式转轮
筒式沸(fèi)石转(zhuǎn)轮除(chú)了材料加工上的(de)差异,从结构上和盘式有很大(dà)的区别,利(lì)用模块化沸石材(cái)料填(tián)充成筒状结构,来实(shí)现(xiàn)VOCs的吸附浓缩。结构分区上(shàng)没有了盘式的(de)冷却区,当浓缩倍率一样(yàng)的话,其脱附能耗高于(yú)盘式转轮。筒式转轮(lún)的浓(nóng)缩倍率最(zuì)高可(kě)以(yǐ)做到50倍,浓缩倍率越高其搭配的燃烧装置或其他就规(guī)格越小,其模块化沸石便于安(ān)装和维护也(yě)是设备的一大(dà)特点。
3)固(gù)定床沸石分子筛
不论(lùn)筒式转(zhuǎn)轮或盘式转(zhuǎn)轮,其应用场景都要求工况具有连续性。因此在固(gù)定床活(huó)性炭(tàn)发展的基础上,通过改变吸附(fù)材料,形成了固(gù)定床(chuáng)的蜂(fēng)窝沸石分子筛吸(xī)附(fù)床。
由(yóu)于(yú)沸石分子筛的特性,其动态吸附容(róng)量远小于活(huó)性炭,且(qiě)脱附温度高(250℃左右)。采用固定床系统对阀门的气(qì)密性、固定床的保温、脱附温升的控(kòng)制等方面都(dōu)加大了(le)系统复杂。固定(dìng)床沸石系统的(de)应用,还(hái)需要积累经验和优(yōu)化难(nán)点解决方案。