分(fèn)子筛吸附
概述:是分子筛是一种硅铝酸盐,主要由硅铝通过氧(yǎng)桥连接组成(chéng)空旷(kuàng)的骨架结构,在(zài)结构中有很多孔径均(jun1)匀(yún)的孔道(dào)和排列整齐、内表面积很大的空穴。此外还含有电价较低而离子半径(jìng)较大的金属离子和化(huà)合态的水。由于水分子在加热后连续地失去(qù),但晶体骨架(jià)结(jié)构不变,形成了许多大小相同的(de)空腔(qiāng),空腔又有许多直径(jìng)相同(tóng)的微孔相连,比孔道直径(jìng)小的物质分子吸附在空腔内部,而把比孔道(dào)大得分子(zǐ)排(pái)斥在外,从而使不同大小形状的(de)分子分(fèn)开,直(zhí)到筛(shāi)分分子的作用,因而称作分子筛。
分子筛主要(yào)用于(yú)各种(zhǒng)气(qì)体、液体的深度(dù)干燥,气体、液体的(de)分(fèn)离和提纯,催(cuī)化剂载(zǎi)体等(děng)
是指具有均(jun1)匀的微孔,其孔径与一般分(fèn)子大(dà)小相当的(de)一类物质。分子筛的应用非常(cháng)广泛,可以作高效干燥剂、选(xuǎn)择性吸附(fù)剂、催化剂、离(lí)子(zǐ)交换(huàn)剂等,但是使用(yòng)化学原料合成分子(zǐ)筛的成本很高。常(cháng)用分子筛为结晶态的硅酸盐或硅铝酸(suān)盐,是由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥(qiáo)键相连而形成分子尺(chǐ)寸大小(通(tōng)常为0.3~2 nm)的(de)孔道(dào)和空腔体系,因吸附分子(zǐ)大(dà)小和形状不同而具有筛分大小不同的流体分(fèn)子的能力(lì)。
作(zuò)用:可以区分粒(lì)径(jìng)不同的分(fèn)子以及(jí)吸附不饱和分子和极性分子。
工作原理:
首(shǒu)吸附功(gōng)能(néng):分子筛(shāi)对(duì)物质的吸附来(lái)源于物(wù)理吸(xī)附(范(fàn)德华力),其晶体孔(kǒng)穴内部有很强的极性(xìng)和库仑场,对极性分(fèn)子(如(rú)水)和不(bú)饱和(hé)分子表现出(chū)强烈(liè)的吸附能力(lì)。筛分功能(néng):分子筛的孔径分(fèn)布(bù)非常均一,只有分子(zǐ)直径(jìng)小于孔穴直径的物质(zhì)才可能进入分子筛的晶穴(xué)内部。通过吸附的优先顺序和尺寸大小来区分不同(tóng)物(wù)质的(de)分子,所以(yǐ)被形象的称为(wéi)“分子筛”。
结(jié)构:
由此构(gòu)成的蛋白(bái)多糖聚合体曲折盘绕,形成(chéng)多(duō)微(wēi)孔的筛状(zhuàng)结构,称为分子筛。分子筛只允许小于其微孔的物质通过,对大于其微孔的(de)大分子物质、细菌等则具有屏障作(zuò)用(yòng)。使基质成为限制细菌等(děng)有害物质扩散的防御屏障(zhàng)。
沸石分(fèn)子筛的应用类型
沸(fèi)石(shí)分(fèn)子(zǐ)筛在(zài)VOCs治理中,主要以盘(pán)式转(zhuǎn)轮、筒式转轮和固定床分(fèn)子筛的形式进行应(yīng)用。
1)盘式转轮(lún)
盘式沸(fèi)石转轮结(jié)构分区为吸(xī)附区、再生区及冷却(què)区(qū)三个部分,一般都(dōu)是按10:1:1的分区比例。
吸附区:废气迎风面,一般风速控制在2-4Nm/s,净化效率一般在90-97%,净(jìng)化气进入烟囱(cōng)。
冷(lěng)却区:一般采用制程气进行(háng)冷却,一方面降(jiàng)低了冷(lěng)却区沸石(shí)的(de)温度,使得其具有吸附(fù)性,另外也顺利实现(xiàn)了(le)热能回收。
脱附区:将经过(guò)热回收的(de)气(qì)体,再(zài)进行加热温度到200℃左右,进入脱附区进行冷却。脱附再生的(de)风量一(yī)般是进气的(de)10-20倍(bèi)。当进行高温再生,最高温度可达到300℃左右,需要(yào)在设计时选择高(gāo)温再生型转轮。
2)筒式转轮
筒式沸石转轮除了材料加(jiā)工上的差异,从结构上和盘式有很大的区别,利用模块化沸石材料填(tián)充(chōng)成筒状(zhuàng)结构,来实现VOCs的吸附(fù)浓缩。结构分区(qū)上没有了盘式的冷却(què)区,当浓(nóng)缩倍(bèi)率一样(yàng)的话(huà),其脱附能(néng)耗高于盘式转轮(lún)。筒式转轮的浓(nóng)缩倍率最高可以做到50倍(bèi),浓缩倍率(lǜ)越高其搭配(pèi)的燃(rán)烧装置或其他就(jiù)规格越小,其模块化沸石便于(yú)安装和维护也是设备(bèi)的一大特点。
3)固定床沸石(shí)分(fèn)子筛
不论(lùn)筒(tǒng)式转轮或盘式转(zhuǎn)轮,其应用场景都要求(qiú)工况具有连续性。因此(cǐ)在固(gù)定床活性炭(tàn)发展的基础上,通过改变吸附材料,形成(chéng)了固定床的蜂(fēng)窝沸石分子筛(shāi)吸附床。
由于沸石分子(zǐ)筛(shāi)的特性,其动(dòng)态吸附容(róng)量(liàng)远小于(yú)活性炭,且脱附(fù)温(wēn)度(dù)高(250℃左(zuǒ)右)。采(cǎi)用固定床系统对阀门的(de)气(qì)密(mì)性、固定床的保温、脱附温升的控制等方面都(dōu)加大(dà)了系(xì)统(tǒng)复(fù)杂(zá)。固(gù)定床沸石(shí)系统的应用,还需要积累经(jīng)验和(hé)优化难点(diǎn)解决方案。