エタノール脱水用分子ふるい吸着層の設計

ガスや液体にとって、モレキュラーシーブは優れた吸収剤です。モレキュラーシーブを独特なデザインで活性化することで、望ましくない気体や液体の汚染物質を効果的に除去することができる。また、ガスや液体を分子サイズのグループに分離することもできる。95.6%の共沸閾値を超えるエタノールの蒸留では、モレキュラーシーブが重要な役割を果たします。モレキュラーシーブの使用により合成モレキュラーシーブスエタノール脱水は、この共沸限界よりもさらに高い技術で実施できるようになった。

エタノール脱水用モレキュラーシーブ吸着層の設計の詳細分析に取り組みます。さっそく始めよう！

エタノール脱水におけるモレキュラーシーブベッドの使用

モレキュラーシーブベッドとは？

について人工ゼオライト物質正確で均質な設計とサイズの穴は、モレキュラーシーブとして知られている。これにより、分子サイズと透過性の好みに基づいて気体や液体を吸着することができる。ゼオライトは自然界に存在する透過性の高い結晶性固体で、アルミノケイ酸塩の化学ファミリーに属する。

3A、4A、5A、13Xがモレキュラーシーブの4大分類である。モレキュラーシーブの孔径は、分子の合成バージョンによって決まるタイプによって決まる。モレキュラーシーブは、孔の機能直径よりも小さな気体または液体分子を可溶化し、孔よりも大きな分子を拒絶することによって作動する。

エタノール脱水におけるモレキュラーシーブの機能とは？

従来のエタノール蒸留では、エタノールが水と結合したときに発生する共沸により、約96％の純度しか達成できず、残りの4％は水である。エタノールを燃料の品質とみなすには、少なくとも99.9%まで脱水する必要がある。この純度を達成するために、3オングストロームサイズの開口部を持つ3Aモレキュラーシーブが水分子の吸着に利用され、大きなエタノール分子は拒絶される。この効率的な手順エタノールは必要な純度まで脱水されるため、収着の競合がなく、燃料グレードと呼ぶことができる。

期間中生産手順モレキュラーシーブの両粒子の孔径は注意深くモニターされる。細孔の開口部の大きさを制御するために、ナトリウムイオン、カルシウムイオン、カリウムイオンを粒子内で交換することができる。これにより、気体や液体の分子を優先的に吸着させることができる。駐車場を考えてみよう。あなたの車の高さは7フィート（約1.6メートル）だが、車庫の屋根の高さは6フィート8インチ（約1.6メートル）しかない。どんなに頑張っても、車を車庫に入れることはできないだろう。モレキュラーシーブの開口部に粒子が吸着するのも同じ原理である。

エタノール脱水に使用される一般的なモレキュラーシーブの種類

さまざまな商業用途や食品用途において、モレキュラーシーブ脱水手順では高い純度が要求されます。エタノールの乾燥に最も効果的なモレキュラーシーブのタイプは3Aです。水和したエタノール蒸気は、エタノール脱水工程でモレキュラーシーブベッドを経由します。最初のステップで蒸気がふるい層を通過する際、水は吸着剤設計の細孔に吸着される。吸着手順は、蒸気による水の吸着が完了するか、モレキュラーシーブが飽和するまで続けられる。

水分は、湿ったエタノール蒸気から活性化モレキュラーシーブへ、水分が投入から流出へと減少する領域または領域を経由して移動する。このマスター移行ゾーンには、脱水通過用の活性床と再生用の活性床がある。強力なゲートとオートメーションの採用エタノールは、モレキュラーシーブ（分子ふるい）を使って脱水されると、自動車やその他の用途の燃料として利用できる。純粋なエタノールは、モレキュラーシーブを使って脱水すれば、自動車やその他の用途の燃料として応用できる。

モレキュラーシーブの使用量

モレキュラーシーブの乾燥能力は、その質量に対して20%～25%程度である。脱水手順としては、予想される有機溶媒量の3～4倍量のモレキュラーシーブを入れ、時々振り混ぜながら24時間程度行う。

エタノール脱水におけるモレキュラーシーブベッドの最適設計

モレキュラーシーブの設計と機能は、多くの要因に影響されます。汚染物質の吸着容量は、その機能温度と分圧、およびモレキュラーシーブの種類によって決定される（3A、4A、5A、13X）。流量と圧力減少の限界は、吸着容量との組み合わせで、最適なフローパターン、重量移動速度論、さらに付随して容器の設計を決定する上で極めて重要である。

容器の大きさは、モレキュラーシーブの細孔寸法やベッド配置（吸着剤の厚さに依存し、巨大顆粒、小顆粒、またはスプリットベッドで構成される）にも影響される。圧力低下と流れの分散、および再生活性の必要性は、選択された直径対高さの比率に影響される。

2つある。脱水コンポーネントの設計可能性含水エタノール原料のパラメータとアルコール蒸留設備の有無に基づき、統合型または独立型の設計を行う。

1.統合デザイン

一体型ベーパーラスフィード脱水機は蒸留システムに接続され、精留塔から直接含水エタノール蒸気を受け入れる。パージ流とも呼ばれる再生流は、エタノール再利用のために蒸留に再導入される。

非結合型ユニットと比較すると、最も重要なのは統合システムのメリットはエネルギー使用量を大幅に削減します。フォーゲルブッシュの革新的な蒸留／精留／蒸発システムとドライネスの電力効率に優れた熱統合は、運転経費を大幅に削減します。

供給には最低でも0.5bargの圧力が必要である。

2.スタンドアローン設計

備蓄された含水エタノール液は、独立型液体供給装置を用いて乾燥される。乾燥装置.小さなリサイクルカラムで含水エタノールが蒸発する。再生流路はパージ流路とも呼ばれ、エタノール抽出のためにリサイクル室に送られる。

原料とユーティリティのパラメーターを考慮した熱回収の適切な設計は、エタノール乾燥室の電力消費を削減する。

手続きの原則

モレキュラーシーブ脱水で使用される吸着技術は、次のようなものである。合成ゼオライトゼオライトは、もろく、気孔率の高い物質である。この方法は、ゼオライトの水に対する吸引力が圧力によって変化するという事実に基づいている。ゼオライトの水のパッキングは、投入された水の分圧によって決まり、その分圧は力を変えることによって変えることができる。

圧力スイング吸着法(PSA)

モレキュラーシーブベッドに過熱蒸気が注入されるため、凝縮は起こらない。エタノール蒸気はゼオライトの開口部に吸収されながら、ベッドを通って流れる。

モレキュラーシーブ層が水で濡れて破裂しそうになったら、再活性化する必要がある。

A 圧力スイング吸着 2つのモレキュラーシーブベッドを備えたセットアップは、一定の生産量を達成するために使用される。一方のベッドは脱水中で、もう一方のベッドは真空下で再生中である。活性化の間、ベッド圧力は低下し、脱離した水はもう一方の乾燥ベッドからの蒸気とともにベッドから排出される。このパージまたは再生流路は、その後デリケシュされ、エタノール抽出のために蒸留所に送られる。

手続きはすべて自動化されている。

脱水ユニットをより良く機能させる方法

モレキュラーシーブ法の強化

吸着最適化原理1：理想的な温度と圧力

吸着の2つの主要な基本ルールに基づく必然的なポイントは、ユニットを実現可能な最高圧力と最低温度で運転すべきであるということである。機能のための温度を選択するとき、これは蒸気段階の手順であり、供給チャネルがどの時点でも段階を変えることができないことを意味することに留意してください。その結果、使用可能な最低温度はステージチェンジの分岐点.システムが耐えられる最大圧力とアクセス可能な過熱の量は、メカニズムを制限する。

最大圧力は容器、パイプ、ゲートの定格によって決まる。エタノール/水溶液の沸点が最低温度を決定する。大半の設計は、95%前後のエタノールを含む水/エタノール共沸液に基づいている。実際には、ほとんどのプラントは共沸点以下で運転されており、エタノールレベルは90%と低い。どのような組み合わせでも、真の沸点を確認する必要がある。入口蒸気温度は、物質が蒸気段階のままであることを保証するために、50°Fまたは10℃の過熱に設定されるべきである。

最大吸着に最適なパラメータは、これらの要因を評価することで特定できる。

同じ等温法を用いて、再生のための最大設定を計算する。一定の温度で、容器内で達成可能な最大の真空を達成しなければならない。作動容量は能力の違い実現可能な最高圧力と実現可能な最低圧力の間の一定温度で。

吸着最適化の原則2：作業能力

モレキュラーシーブには必ず仕様書が添付され、静水容量が記載されているはずです。すべての結合3Aふるいビーズの静水容量は18～22質量％であるため、これは実際の作業容量と密接な関係がある。

モレキュラーシーブの定容は、その純度の一般的な指標として有用であるが、機能容量が最も重要である。演技に必要.モレキュラーシーブの水量は、一定の温度で、2つの操作圧力、収着と活性化の間の差は、作業容量と表現されます。

物質交換ゾーンとは、ループの吸着または再生段階を通じて、水がモレキュラーシーブから意識的に吸着または溶出される領域である。仮説上、物質交換ゾーンは「プラグフロー」のような形状をしており、ベッドの直径全体にわたって均一に移動する球状のウェハーである。実際には、蒸気分散と容器壁面の摩擦の両方が物質移動領域を形成する。モレキュラーシーブの出力をフルに活用するには、適切な蒸気分散が不可欠です。

労働能力に影響を与える要因

指定された温度と圧力の下で、温度は常に蒸気ステージの維持を保証しなければならない。液体がビーズ外面に障害物を作るため、二相循環では結晶接合部への液体の質量移動が妨げられる。液体の表面張力は、液体の段階まで圧縮された後、再蒸発によって液体の水を排除するのが難しいことを証明している。
吸気口での蒸気分散。物質移動ゾーンの対称性と速度。
一定の温度で、吸着剤の圧力と再生吸引の間の最大格差を確保する。
3Aモレキュラーシーブの適切なサイズ。
仕様書だけでなく、評価証明書のサンプルも要求してください。異なるメーカーのモレキュラーシーブ製品を評価してください。クラッシュ強度、摩耗能力、分散している粒子の寸法、技術的知識などの属性を確認してください。

その他考慮すべきこと

企業のエタノール製造手順は、モレキュラーシーブに大きく依存している。モレキュラーシーブによって、エタノールを95%の純度から、燃料添加剤として必要な99.9%の純度まで乾燥させることができる。エタノール脱水プラントのモレキュラーシーブは、エタノール工場の他のすべての作業と同様、特別な注意を必要とします。予防保全ビーズとコンテナ、またはシートに長期的な損傷を与える可能性のあるものについての知識、作業手順中の注意、すべてが不可欠です。10年という長寿命を保証するためには、ふるいビーズの積極的な監視とメンテナンスが必要です。

モレキュラーシーブビーズの脱水方法を知り、いくつかの簡単なガイドラインに従うことで、ビーズを長持ちさせることができます。それを念頭に置いて、次のことを守ってください：

1.シート/ベッドを濡らさない

容器への注入時および作動中は、手順が蒸気の段階に到達し、その状態を維持することを保証するために注意を払う必要がある。ベーパーが凝縮して液体に戻ると、そのベーパーは、液体に大きな影響を与える可能性がある。大衆転移力学その結果、作業能力が低下し、ビーズが破壊される可能性がある。水には明らかな凝集性があるため、液体段階のプロセスストリームがエタノール脱水床に到達すると、水は各ビーズの上に層を作り、液化した水で効果的にビーズを重ねることができる。純粋なエタノール製品から蒸気段階の汚染物質（水）が吸着されるのを、液化水で覆われたビーズが遅らせるか、完全に防止する。

脱水工程のどの段階においても、液状分子の出現を避けるために、凝縮温度より華氏50度高い過熱温度で最大圧力の供給流を達成し、保持することが必要である。理想的な過熱温度は華氏50度で、これは蒸気が液相に戻るのを防ぐのに十分な高さであると同時に、容器内のふるいビーズの作業能力を著しく低下させない程度の低さです。動作能力は動作温度に比例し、高熱下のビーズは動作能力が低下するため、動作全体を通して熱すぎるのも望ましくありません。また、特に厳しい寒さの時期には、供給流路のコールドゾーンや制御不能な温度変化を防ぐために、コンテナやパイプを適切に断熱することが極めて重要です。

2.限界速度を超えないようにする。

脱水ユニットとその中のふるいビーズを保護するためには、臨界速度を避けなければなりません。プロセス内の各機械には、害を与えることなく耐えられる最大圧力があります。プラントの蒸気速度が過度に高い場合、蒸気速度が臨界速度のしきい値を超えることがあり、その結果、悲鳴や甲高い喘鳴のような音が発生します。臨界速度を超えると、ビーズが粉々に砕け散り、余分な粉塵が発生し、周辺ユニットのトップオフの必要性が高まり、一般的な作業能力が危険にさらされ、最終的には生産性を回復するために完全な交換が必要になることがあります。

3.ベッドは跳ねてはいけない

レヴィの膨張を防ぐには、個々のシステムで定義された流動化速度を超えないよう、ベッド内の適切な速度調節を綿密に維持する必要があります。ビーズの直径、流量、蒸気密度、容器の圧力、投入流の温度はすべて流動化速度に影響します。ビーズが上昇し、蒸気の泡の上で空中にぶら下がると、流動化として知られる手順で、レヴィの膨張が起こります。ビーズが流動化されると、ビーズ同士が擦れ合い、大きな摩耗、発塵、破損を引き起こす可能性があります。

その結果、粉砕されたビーズが重量移動領域を流れ、不規則で早期のブレークスルー、悪いフィードバックスパイラル、および再発する破壊を引き起こす可能性があります。即座の流動化、すなわちコンテナ内でのふるいビーズの実際の跳ね返りは、バルブの固着やコンテナの不適切な加圧によって引き起こされる圧力の速い変化によって誘発されることがあります。これはポップコーニングとしてよく知られている。

様々なエタノール脱水装置の能力について詳しく知りたい場合は、当社Jalonのようなふるい専門家に相談してください。分子ふるいについて知らなかったことを知ることができ、ミスを防ぐことができます。定期的にバルブが適切に機能しているかをチェックし、チームでのワークショップを手配し、適切な加圧設定に関する継続的な教育を推進し、定期的なチェックの利点を強調することで、効果と成功を高めることができます。

4.汚染を回避する

水溶性グルコースやフーゼル油のような低分子量の炭水化物は、エタノール脱水装置の運転能力を大きく変える可能性がある。炭水化物は水溶性グルコースから派生したもので、他の汚染物質も含め、ミセル化した組み合わせとして処理の流れにとどまり、その後ベッドに移動する。コーキングとして知られる手順では、これらの汚染物質がモレキュラーシーブビーズの外側に付着し、コークスのコーティング、すなわち炭水化物の燃焼を形成する。

コークスは、ビーズの表面に黒い斑点として現れ、最終的には表面の周囲に完全な層を形成し、ビーズを黒くします。コークスのコーティングは、各ビーズ内のマイクロチャネルへの蒸気の侵入を妨げ、モレキュラーシーブ粒に水が吸収されるのを妨げるため、作業性能と効果が著しく低下します。

気化器と脱水器の間にデミスターパッドまたは合体セパレーターを設置することは、炭化水素、グルコース、燃料、その他の不純物を減らす最も簡単な方法です。これらのフィルターは基本的にスチールウールのシートで、汚染物質をキャッチし、通過する蒸気の流れを浄化する。コークスの発生を大幅に抑制し、コンテナ内の運転容量と重量伝達率を維持するためには、積極的なメンテナンス作業員がフィルター底部のドレンを点検し、設置後に必要に応じて修理する必要がある。

5.pH値に注意する

3オングストロームモレキュラーシーブ（3Aモレキュラーシーブ）は、特にエタノールの脱水用に開発されたもので、直径約3オングストロームの結晶孔を持つ。水分子の直径が約2.8オングストローム、エタノール分子の直径が約3.6オングストロームであることを考えると、このふるいはエタノール合成に適している。水分子は3A結晶を通過して巻き込まれるが、エタノール分子は大きすぎて吸着できず跳ね返る。

モレキュラーシーブビーズに高いpHをかけると、イオン交換が起こり、3Aのふるい結晶が4A以上のふるい結晶に変わり、エタノール分子が水の横に吸着され、容量が減少する。

ふるいビーズは、pHが低すぎる供給流にさらされると、崩壊や凝集を起こします。イオンの移動やビーズの融合を避けるためには、最適な供給流のpHは4.5～9.0でなければなりません。技術者は、硫酸や苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）のようなクリーンインプレースの化学薬品が完全に洗い流され、ふるい容器を通過しないことを保証するために、予防保守の際にさらに注意を払う必要があります。

結論

モレキュラーシーブは、ほとんどの製造工程の中心に位置し、この記事にあるようにエタノールも含め、ほとんどの製造生産物の純度を高めるために重要な役割を果たしています。使用するモレキュラーシーブの効果も重要ですが、品質にも留意する必要があります。市場には多くのプロバイダーがありますが、唯一ジャロンそのため、支払った金額に見合った品質を得ることができる。お問い合わせモレキュラーシーブの供給は、弊社にお任せください。短期・長期どちらのご要望にもお応えいたしますので、タイミングをご心配される必要はありません。さらに重要なことに、弊社は製品を世界中に出荷しています。