《空分分子篩培訓(xùn)》PPT課件

1、分子篩吸附原理及應(yīng)用,吸附原理,1 吸附原理 吸附作用又稱吸著作用, 是兩相交界面上物質(zhì)分子濃度自動(dòng)發(fā)生變化的自然現(xiàn)象。研究表明, 吸附現(xiàn)象不僅發(fā)生在固氣交界面上, 在液氣界面、固液界面上同樣也會(huì)發(fā)生。 吸附體系由吸附劑和吸附質(zhì)組成, 我們將具有一定吸附能力的材料稱為吸附劑, 將被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)。在空分制氧設(shè)備的吸附器中, 常用吸附劑有硅膠、活性氧化鋁、惰性氧化鋁和分子篩,吸附原理,2吸附作用的特點(diǎn) 吸附劑與吸附質(zhì)一旦接觸便會(huì)自發(fā)的產(chǎn)生吸附現(xiàn)象, 這是吸附作用的一個(gè)重要特點(diǎn)。 按照熱力學(xué)定律, 在自然界中凡是能降低自身能量的作用都是可以自發(fā)進(jìn)行的。例如水從高處流向低處, 熱從高溫端傳到低

2、溫端, 都是自動(dòng)進(jìn)行的, 因?yàn)槠浣Y(jié)果都使自身原先所具有的能量得到降低。吸附劑表面吸附其它介質(zhì)的分子, 這個(gè)過程的結(jié)果是降低了吸附劑自身原先所擁有的“表面自由能”, 所以吸附作用能自發(fā)進(jìn)行。在壓縮空氣干燥器中, 水蒸氣被吸附的過程是不需外界提供任何能量的自發(fā)過程,吸附原理,3物理吸附與化學(xué)吸附 按照吸附劑表面與吸附質(zhì)分子間作用力的不同, 吸附可分為物理吸附及化學(xué)吸附兩種。對(duì)于物理吸附, 吸附劑和吸附質(zhì)之間通過分子間力(也稱“范得華”力) 相互吸引發(fā)生吸附現(xiàn)象。在化學(xué)吸附中, 被吸附的分子與吸附劑表面的原子發(fā)生化學(xué)作用, 在吸附劑和吸附質(zhì)之間會(huì)發(fā)生電子轉(zhuǎn)移、原子重排或化學(xué)鍵的破壞與生成等現(xiàn)象。 在

3、我們研究的壓縮空氣吸附干燥范圍內(nèi)發(fā)生的是物理吸附。物理吸附有下列特點(diǎn),幾種常見分子篩型號(hào)、化學(xué)組成及孔徑大小,分子篩,13X-APG1/16條形分子篩,13X球形分子篩,是指鈉X型晶體結(jié)構(gòu)的鈉型，能吸 附臨界直徑10A的分子，化學(xué)式為 Na2OAl2O3（2.80.2）SiO2（6-7）H2O,主要用途 空分裝置原料的凈化； 凡可吸附于3A、4A、5A型分 子篩上的分子，都能吸附13X型； 可吸附臨界直徑較大的分子， 如某些芳烴和支鏈烴； 深度吸附H2O和CO2， 以及部分碳?xì)浠衔?主要產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)見表一,5A分子篩在此不作詳細(xì)介紹,分子篩,13X分子篩主要產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)見表一 指標(biāo)項(xiàng)目 單位

4、 產(chǎn)品規(guī)格型號(hào)及標(biāo)準(zhǔn) 球狀(812目 48目) 條狀(1/16“ 1/8) 直徑(D) mm 1.6-2.5 3-5 5-8 1.6 3.2 粒度 % 98 98 98 92 92 堆積密度 g/ml 67.00% 0.66 0.64 0.62 0.61 磨耗率 %wt 0.1 0.1 0.1 0.2 0.2 抗壓強(qiáng)度 N 40 80 100 30 70 吸附CO2量 mg/g 180 180 180 180 180 靜態(tài)水吸附 mg/g 265 265 265 265 265 包裝含水量 %wt 1 1 1 1 1,分子篩,分子篩經(jīng)加熱失去結(jié)晶水，晶體內(nèi)形成許多孔穴，其孔徑大小與被吸附氣體分

5、子直徑相近，且非常均勻。它能把小于孔徑的分子吸進(jìn)孔隙內(nèi)，把大于孔徑的分子擋在孔隙外。因此，它可以根據(jù)分子的大小，把各種組分分離，“分子篩”亦由此得名,分子篩,類型:分子篩是人工合成泡沸石，硅鋁酸鹽的晶體，呈白色粉末，加入粘結(jié)劑后可擠壓成條狀、片狀和球狀。 在空分上常用分子篩13X-APG， 1.球狀有4X8目，(4mm) 2.球狀有8x12目, (2.38mm) 3.條狀有1/16”, (1.6mm,L=3-6mm) 現(xiàn)有些廠家有新開發(fā)的分子篩,吸附能力提高(10%),可降低能耗或延長(zhǎng)工作時(shí)間,分子篩,13X型的分子篩化學(xué)通式 Na86(AlO2)86(SiO2)106 .mH2O 能吸附臨界

6、直徑10艾的分子。 1艾=10(-10)米 特點(diǎn):分子篩無毒、無味、無腐蝕性，不溶于水及有機(jī)溶劑， 但能溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿,X型分子篩 X分子篩屬于八面體分子篩，其晶體結(jié)構(gòu)完全相同，兩者的區(qū)別在于（SiO2/Al2O3）不同。雖然單位晶胞中含有192個(gè)硅鋁原子,分子篩結(jié)構(gòu),孔性質(zhì),孔徑,孔體積,表面積,均勻的微孔,與一般物質(zhì)的分子大小的數(shù)量級(jí)相當(dāng),吸附位或者活性位絕大多數(shù)是在其微孔孔道內(nèi),1) 3A分子篩； 2) 4A分子篩； 3) 5A分子篩； 4) 10X分子篩； 5) 13X分子篩； 6) 硅膠； 7) 活性炭,孔體積,分子篩具有空曠的骨架結(jié)構(gòu)，晶穴體積約為總體積的40-50%。 根據(jù)分子篩

7、的晶體結(jié)構(gòu)可以計(jì)算晶胞體積和晶穴體積，也可利用某種吸附質(zhì)在飽和蒸氣壓(P=P0)或接近飽和蒸氣壓時(shí)的飽和吸附量計(jì)算。 孔體積與分子篩的吸附性能有很大關(guān)系，它直接決定著分子篩的飽和吸附量,活性氧化鋁,活性氧化鋁是一種具有多孔性高分散度 的固體物料，有很大的比表面積，既有 良好的吸附性能，又有良好的耐壓、耐 磨損和耐熱性能，具有抗壓強(qiáng)度高、磨 耗率低、不粉化、不爆裂等特點(diǎn)。其抗 冷、熱的突變性也很強(qiáng)。在空氣飽和含 水量高時(shí)有較好的吸水性，而且與分子 篩等高度的床層下，阻力也更低。 分子式：AL2O3 活性氧化鋁主要作用去除 空氣中的水分，并且強(qiáng)度 大，不易破碎,活性氧化鋁價(jià)格相對(duì)低一些，所以一般在

8、處理空氣溫度較高的情況下（15-20左右）， 其空氣中飽和含水量較大時(shí)，在下層設(shè)置活性氧化鋁，利用它對(duì)空氣進(jìn)行初步干燥， 更經(jīng)濟(jì)，節(jié)能。所以現(xiàn)在大中型空分中選擇雙層床吸附器較為普遍,活性氧化鋁,活性氧化鋁是用堿從鋁鹽溶液或用酸從鋁鹽溶液中沉淀出水合氧化鋁，然后經(jīng)過老化、洗滌、膠溶、干燥和成型得到氫氧化鋁，再經(jīng)脫水而得氧化鋁。 其化學(xué)式為Al2O3。它是白色具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度的固體吸附劑,活性氧化鋁,現(xiàn)在使用的活性氧化鋁是以三水鋁石為原料，經(jīng)過干燥、高溫快速脫水，然后經(jīng)再水化和活化等制備工藝制取的X型干燥劑。 特點(diǎn):具有抗壓強(qiáng)度高、磨耗低，不粉化，不爆裂等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，其抗冷熱的突變性

9、也很強(qiáng)，在極惡劣的工作條件下，也能承擔(dān)吸附作用。吸水性能好,活性氧化鋁,我們現(xiàn)在常用活性氧化鋁來初步吸附水分。顆粒3-5mm.放在下層。 惰性氧化鋁 30-65%的Al2O3含量，SiO2等組成。鋪于床層底層，用于分布?xì)饬?。在床面分布好的吸附器?nèi)，可以不用,常用吸附劑對(duì)比,吸附劑在不同溫度下對(duì)水分的靜吸附容量 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 溫度/ 25 50 75 100 125 150 250 吸附劑 13X型分子篩 22 % 21 % 18.5 % 15 % 9 % 6 % 3.5 % 活性氧化鋁 10 % 6 % 2.5 % 2 % 1 % 0 注: 以上為水蒸氣分壓力011kPa 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),常用吸附

10、劑對(duì)比,常溫下不同吸附劑的干燥效能 吸附劑 干燥氣體的露點(diǎn)/ 完全再生時(shí) 不完全再生時(shí) 活性氧化鋁 - 70 - 40 13X型分子篩 - 90 - 60,影響吸附性能的因素-溫度、濃度,吸附容量的大小受多種因素的影響，主要有： 吸附過程的溫度和被吸附組分的分壓力（或濃度）的影響。 隨水蒸汽分壓力增加而增大，但增大到一定程度以后，吸附容量大體上與分壓力無關(guān)了。所以應(yīng)盡量降低吸附過程的溫度，溫度降低，飽和水分含量也減少，有利于吸附,影響吸附性能的因素,與氣體（或液體）的流速有關(guān) 流速越高，吸附效果越差，動(dòng)吸附容量越小。 氣體濕度的影響 分子篩對(duì)相對(duì)濕度較低的氣體干燥能力較大。 與吸附劑的再生完善

11、程度有關(guān) 吸附劑解吸再生越徹底，吸附容量就 越大， 反之越小，而再生的完善程度與再生溫度有關(guān)，也與再生氣體中含有多少吸附質(zhì)有關(guān),影響吸附性能的因素再生,吸附劑的再生 為使吸附質(zhì)從吸附劑表面上解脫出來,從而使吸附劑恢復(fù)吸附能力稱為“解吸”(或“再生”)。 在吸附質(zhì)與吸附劑充分接觸后，終將達(dá)到動(dòng)平衡，被吸附的量達(dá)到了最大值（即飽和），“動(dòng)平衡”是指吸附和解吸的吸附質(zhì),分子數(shù)相等，處于平衡狀態(tài)，此時(shí)吸附劑失去了吸附能力。 吸附和解析事實(shí)上是同時(shí)進(jìn)行的，只不過未達(dá)飽和前吸附的量大于解析的量,影響吸附性能的因素再生,吸附劑被吸附質(zhì)飽和以后就失去了吸附的能力，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行再生，把所吸附的水分，乙炔和二氧化碳趕

12、走，然后再繼續(xù)使用。 再生是吸附的逆過程解析過程。再生是利用吸附溫度越高，壓力越低，吸附容量越小的特性進(jìn)行的，因?yàn)闅怏w溫度升高，分子動(dòng)能增大，吸附劑吸附不住吸附質(zhì)時(shí)，吸附質(zhì)就逃逸了。 所以再生在低壓、高溫下進(jìn)行,不同再生溫度下的再生效果比較 再生溫度/ 200 170 150 120 冷吹峰值溫度/ 160 130 100 80 二氧化碳和水分 解吸情況 效果最佳 均能解吸 基本解吸 部分殘留 1 %2 ,影響吸附性能的因素,再生曲線圖,冷吹溫度曲線,再生曲線,影響吸附性能的因素,吸附劑的再生溫度應(yīng)該是對(duì)于該吸附質(zhì)的吸附容量等于零時(shí)的溫度，稱為完全再生。 空氣中的乙炔、丙烯、丁烷在吸附器切換之

13、前一般可純化至 10-4ppm、在解析過程中，大部分乙炔在10分鐘之內(nèi)解析掉，解析氣中乙炔的最高含量在加熱開始后15分鐘左右,新型分子篩的應(yīng)用,空氣分離 在對(duì)氮?dú)?、氧氣及其他大氣氣體進(jìn)行液化和低溫分離前清除空氣中的水和二氧化碳 利用變壓吸附系統(tǒng)或真空變壓吸附系統(tǒng)分離氧氣和氮?dú)?石油煉化 對(duì)烷基化進(jìn)料、低溫分離前的精煉廠氣流、石腦油和柴油進(jìn)行脫水處理 清除重整裝置物料中的水、HCl 和 H2S 石化產(chǎn)品 清除乙烯、丙烯、丁烯、戊烯及各種溶劑和共聚單體內(nèi)的水、二氧化碳、甲醇及其他氧化物、氫化硫和硫化物、氨氣以及水銀 清除 Hg、O2、CO2、H2S 和/或 COS 天然氣 利用深冷法回收液態(tài)天然氣和氦之前進(jìn)行脫水處理 對(duì)酸性氣體（CO2 和 H2S）含量高的天然氣和天然氣冷凝液進(jìn)行脫水處理 空氣干燥器 在塑料