مواد جاذب درایر های جذبی احیاء گرم هوای فشرده

در زمینه خشک کن های جذبی با سیستم احیاء گرم خارجی، تنوع زیادی از سیستم های مختلف در بازار وجود دارد
که انعطاف پذیری قابل توجهی با توجه به میزان فلو یا دبی مورد نظر، عدد نقطه شبنم خروجی و همچنین میزان مصرف انرژی مورد نیاز دارند.
در اغلب موارد، بودجه در نظر گرفته شده و همچنین الزامات خاص برای پروژه مورد نظر تعیین کننده نوع درایر جذبی می باشد.
در این مقاله مواد جاذب درایر های هوای فشرده مورد بحث قرار می گیرد.

بررسی انواع مواد جاذب درایر ، آلومینا فعال

 

 

آلومینا فعال یکی از محبوب ترین و احتمالاً جاذب ترین مواد جاذب مورد استفاده در صنعت تولید هوای فشرده است.
این مواد که بوسیله تجزیه حرارتی و فعال‌سازی تری هیدروکسید آلومینیوم (gibbsite) تولید می شوند،
سطوح بالای جذب ماتریکس با تخلخل بالا با میل ترکیبی خوب نسبت به ترکیبات قطبی، به‌ویژه آب، ارائه می‌کند.

سطح آلومینا از اتم‌های اکسیژن پایه، اتم‌های آلومینیوم کم‌هماهنگ اسیدی (مراکز اسید لوئیس)، هیدروکسیل‌ها (مولکول‌های آب جذب‌شده) و مولکول‌های آب فیزیوزورب شده تشکیل شده است.
غلظت نسبی این­ها، اساساً به شرایط سنتز آلومینا و درجه هیدراتاسیون آن بستگی دارد که تحت تأثیر دما و فشار جزئی آب تغییر می گیرد.
ماهیت بسیار آبدوست سطح آلومینا، این مواد را انتخابی عالی برای جذب مولکول های قطبی و به ویژه آب می کند.

ظرفیت دینامیکی مواد جاذب آلومینا فعال ممکن است بسته به فرآیند تولید،
درجه هیدراتاسیون (یعنی از دست دادن آب در هنگام اشتعال) و ناخالصی ها متفاوت باشد.
اما به طور کلی، حدود ۱۲ تا ۱۴ درصد وزنی آلومینا در ۷ بار و ۹۵ درجه فارنهایت (۳۵ درجه سانتی گراد) اشباع شده است.

مزایا و معایب استفاده از آلومینا فعال

 

 

مزایای عمده آلومینا فعال شامل استحکام نسبتاً بالا در حضور رطوبت مایع و پایداری بالا نسبت به مواد قلیایی، به عنوان مثال، آمونیاک، آمین ها یا سایر مواد آلی با پایه بالا است.
علاوه بر در دسترس بودن گسترده و هزینه نسبتاً کم، آلومینا فعال یک انتخاب محافظه کارانه خوب برای درایر های جذبی احیاء گرم هوای فشرده است.

با این حال، برخی از معایب نیز برای آلومینا فعال وجود دارد که شامل حساسیت نسبت به هیدروکربن‌های با زنجیره بلند و سنگین (به عنوان مثال، بخارات روغن کمپرسور هوا) است.
این مواد تمایل دارند روی سطح رسوب کنند و سیستم منافذ آلومینا را مسدود کنند و خواص جذب آب آن را کاهش دهند.

یکی دیگر از معایب که اغلب هنگام کار با آلومینا فعال با آن مواجه می شوید، تخریب شدن آن از طریق آبرسانی مجدد (رهیدراتاسیون) است. رهیدراتاسیون فرآیندی است که در آن بخشی از اکسید آلومینیوم در حضور رطوبت در دماهای بالا که اغلب به عنوان شرایط بخار نامیده می شود،
به هیدروکسید آلومینیوم (به عنوان مثال، بوهمیت) تبدیل می شود.

بر خلاف اکسید آلومینیوم، هیدرات های آلومینیوم، سطوح بالا و تخلخل لازم برای جذب کارآمد آب را نشان نمی دهند.
هیدراتاسیون مجدد و آلودگی به هیدروکربن‌های سنگین، از مکانیسم‌های اولیه غیرفعال‌سازی آلومینا هنگام استفاده در درایر های جذبی احیاء گرم است.

مواد جاذب آلومینا فعال اغلب به صورت کره های صاف یا به شکل دانه ای عرضه می شوند.

استفاده از آلومینا کروی (Spherical alumina)، بمدت بیش از ۴۰ سال راه حل ترجیحی برای اکثر شرکت های تولید کننده درایر های هوای فشرده بوده است.

پس بطور کلی، آلومینا فعال به عنوان یک استاندارد محافظه کارانه در صنعت هوای فشرده ایجاد شده است.

مواد جاذب بنام غربال مولکولی، موادی جالب با ویژگی هایی جالب!

 

 

الک یا غربال های مولکولی تجاری، به طور کلی متعلق به کلاس زئولیت از مواد معدنی، یعنی فلز قلیایی هیدراته یا آلومینوسیلیکات های قلیایی خاکی هستند.
بطور کلی، کرریستال ها ساختار مکعبی محکمی دارند که در اثر حرارت فرو نمی ریزند،
به طوری که فعال شدن آن ها منجر به تشکیل شبکه ای هندسی از حفره ها می شود که توسط منافذ به هم متصل شده اند.

این منافذ دارای ابعاد مولکولی خاصی هستند و باعث عمل الک این مواد می شوند.
الک های مولکولی، آلومینوسیلیکات‌های کریستالی با چارچوب‌هایی هستند که توسط کاتیون‌های تک ظرفیتی یا چند ظرفیتی از گروه قلیایی یا قلیایی خاکی و همچنین آب به شکل سنتز شده تثبیت شده‌اند.
این آب کریستالی را می توان با عملیات حرارتی بدون آسیب رساندن به ساختار کریستالی تبدیل کرد
تا شرایطی را برای یک فرآیند برگشت پذیر مانند جذب و دفع آب ایجاد کنند.

تا کنون، حدود ۱۵۰ ساختار مختلف زئولیت کشف شده است؛
با این حال، تنها زئولیت A و فوجازیت (X و Y) (Faujasite) به طور گسترده در کاربردهای تجاری مربوط به کم آبی گازها و مایعات استفاده می شوند. منافذ زئولیت A توسط حلقه های اکسیژن هشت عضوی محدود می شوند.
دیافراگم آزاد برای این ساختار (یعنی اندازه منافذ اندازه گیری شده) حدود ۳٫۳ آنگستروم (Å) برای K⁺ فرم (۳A)، ۳٫۹ آنگستروم (Å) برای Na⁺ فرم (۴A) و حدودا ۴٫۳ آنگستروم (Å) برای Ca⁺⁺ فرم (۵A) است.

فوجازیت (Faujasite) با دو شکل X و  Yبا منافذ محدود شده توسط حلقه‌های اکسیژن ۱۲ عضوی نشان داده می‌شود.
منافذ نسبتا بزرگ این مواد با دیافراگم آزاد، در حدود ۷٫۴ الی ۱۲٫۵ آنگستروم (Å) است. زئولیت‌های X و Y فقط در نسبت Si/Al که چگالی کاتیون را کنترل می‌کند، با یکدیگر تفاوت دارند؛
بنابراین استفاده از آن ها بر خواص مواد جاذب تأثیر می‌گذارند.

انواع غربال های مولکولی مورد استفاده در صنعت هوای فشرده

 

 

دو نوع متداول از زوئلیت های مورد استفاده در کاربردهای دهیدراتاسیون تجاری،
زئولیت A و زئولیت X هستند. زئولیت A یک ساختار مکعب مانند نسبتا ساده دارد که از چهار بخش هشت وجهی کوتاه تشکیل شده است.
در زئولیت X، هشت‌وجهی‌های کوتاه به گونه‌ای به هم متصل هستند که منجر به ساختار فضایی متفاوتی می‌شوند.

ساختار ریز متخلخل و بسیار منظم الک های مولکولی، سطح بسیار بالایی را در چنین موادی تضمین می‌کند.
این محدوده غربال، اغلب در محدوده ۷۰۰-۹۰۰ مترمربع بر گرم طبقه بندی می شود.
منافذ در این مواد جاذب به حفره ای با سطح جاذب منتهی می شوند.
قطر این منافذ دقیقاً با سنتز زئولیت تعیین می شود.
تغییر قطر منافذ با جایگزینی برخی از یون های سدیم زئولیت A با سایر یون های قلیایی یا قلیایی خاکی تک ظرفیتی و چند ظرفیتی حاصل می شود.

اگرچه الک های مولکولی، بهترین ماده جاذب استاندارد در درایر های هوای فشرده نیستند،
اما برای کاربردهایی استفاده می‌شوند که در آن نقاط شبنم فشار بسیار پایین تا دمای -۱۴۸ درجه فارنهایت یا -۱۰۰ درجه سانتی گراد مورد نیاز است.
الک یا غربال های مولکولی به عنوان مواد جاذب بسیار کارآمد هستند.

در بررسی ها نشان داده شده است که جذب آب ساکن، برای متداول ترین نوع، (یعنی ۴A)،
که در ظرفیت تعادلی مورد نظر (ظرفیت تعادل در دمای ۷۷ درجه فارنهایت یا ۲۵ درجه سانتی گراد) و در رطوبت نسبی ۸۰٪ قرار دارد، معمولاً حدود ۲۱ درصد وزنی است.
در حالی که شکل ایزوترم به آن اجازه می دهد تا به نقاط شبنم فشار بسیار پایین برسد.

مقایسه غربال مولکولی با دیگر مواد جاذب

تفاوت مهم دیگر بین غربال‌های مولکولی و ژل‌های آلومینا یا سیلیکا فعال، توانایی آنها در حفظ جذب آب در دماهای بالا و فشار جزئی آب است.
به عنوان مثال، جذب آب حدود ۱۲-۱۴ درصد وزنی در جریان بیش از ۴ آمپر در دمای ۲۰۰ درجه فارنهایت (۹۳٫۳۳ درجه سانتیگراد) توسط این مواد امکان پذیر است.
در حالی که آلومینا فعال فقط لود آب باقیمانده را در این دما حفظ می کند.

نقطه ضعف این مواد، تمایل زیاد به رطوبت و الزام به گرم کردن بسترهای غربال مولکولی تا دماهای بالا برای دفع آب است.
دمای احیاء در محدوده ۴۵۰ درجه فارنهایت (۲۳۲٫۲۲ درجه سانتیگراد) تا ۵۵۰ درجه فارنهایت (۲۹۰ درجه سانتیگراد) اغلب برای فعال سازی مجدد استفاده می شود.

یکی از معایب عمده الک های مولکولی برای دهیدراتاسیون گاز،
حساسیت نسبتاً بالا نسبت به ناخالصی‌های موجود در گاز مانند هیدروکربن‌های سنگین، مواد با قدرت اسیدی بالا (اسیدها، SO_x وNO_x ) یا مواد بسیار بازی (مانند آمین‌ها، NaOH و غیره) است.

تجزیه ساختاری الک های مولکولی تحت تأثیر آلاینده‌های تهاجمی و واکنش‌گر،
منجر به تشکیل غبار و افزایش افت فشار در سراسر لایه جاذب می‌شود.
اگرچه مشکلات رسوب گیری اغلب می تواند با نصب یک لایه بافر به حداقل برسد،
ترکیب گاز نیز در این راستا باید به دقت نظارت شود. غربال‌های مولکولی، در برابر ذرات آب (بصورت محلول) تحملی ندارند
و در صورت قرار گرفتن در معرض آب، در معرض شکستن هستند!
بنابراین بسترهای مواد جاذب باید در برابر برخورد آب بصورت مستقیم به بستر، محافظت شوند.

بررسی جالب مواد جاذب درایر سیلیکاژل و Sorbead

 

 

سیلیکاژل یک فرم آمورف و بسیار متخلخل از دی اکسید سیلیکون (SiO₂) است که سطح بالا و ویژگی های مطلوب برای جذب آب را دارد.
متداول ترین روش تولید این مواد، ته نشینی پیش ساز های Si در شرایط بهینه و کنترل شده است.

در این فرآیند، مولکول های Si(OH)₄ متراکم می شوند و ماتریکس سیلوکسان را تشکیل می دهند.
در این زمان، هیدرولیز و تراکم به طور همزمان اتفاق می‌افتد و در نتیجه یک شبکه سیلوکسان سه بعدی ایجاد می‌شود.
هیدروژل تشکیل شده در معرض خشک شدن قرار می گیرد تا آب محدود شده حذف شود.

این عمل حجم منافذ بالا ماتریکس Si-O-Si-OH سطح بالا را ایجاد می کند.
ژل سیلیکا به عنوان مواد دانه ای و کروی در اندازه های مختلف به صورت تجاری در دسترس است
و بیش از ۶۰ سال است که به طور گسترده در صنعت هوای فشرده استفاده می شود.

BASF یک ماده جاذب سیلیکاژل جدید را با نام Sorbead® Air معرفی کرده است.
برخلاف سیلیکاژل های استاندارد، این ماده جاذب یک ژل آلومینیو سیلیکات است
که به شکل دانه های کروی و سخت با مقاومت بالا در برابر خرد شدن
و همچنین با سرعت ساییدگی پایین تولید می شود.

ویژگی های مهم سیلیکاژل در صنعت

این مواد جاذب درایر که با سطوح نفوذ بالا (تا ۸۵۰ متر مربع در گرم) و حجم منافذ زیاد شناخته می شوند،
ظرفیت جذب دینامیکی استثنایی را امکان پذیر می کنند.
اغلب این جذب دینامیکی تا ۲۰ درصد وزنی (در فشار ۷ بار و ۹۵ درجه فارنهایت [۳۵ درجه سانتی گراد] در حالت اشباع شده) اندازه گیری می شود.

این بدان معناست که یک کیلوگرم از این مواد جاذب، تا ۲۰۰ گرم رطوبت را جذب می کنند.
جذب رطوبت مربوطه به فرد اجازه می دهد تا خشک کن را در چرخه طولانی تری استفاده کند
که در عمل به احیاء مکرر کمتر و در نتیجه مصرف متوسط ​​برق کمتری اشاره دارد.

در مقایسه با آلومینا فعال و غربال های مولکولی، این مواد جاذب سیلیکاژل اجازه می‌دهند تا در دمای احیاء پایین هم درایر آب را جذب کند.

دما های حدود ۲۵۰ درجه فارنهایت (۱۲۱ درجه سانتی گراد) تا ۲۸۰ درجه فارنهایت (۱۳۸ درجه سانتی گراد) برای فعال سازی مجدد برای رسیدن به نقطه شبنم فشار -۴۰ درجه فارنهایت (-۴۰ درجه سانتی گراد) کافی است.

در حالی که به طور معمول اگر این مواد در شرایط عملیاتی بهینه برای دستیابی به نقاط شبنم فشار -۴۰ درجه فارنهایت (۴۰- درجه سانتیگراد) استفاده شوند،
نقاط شبنم فشار تا ۷۵- درجه فارنهایت (۶۰- درجه سانتیگراد) امکان پذیر است.

 

 

Sorbead Air R عمدتاً برای خشک کردن مداوم هوای فشرده و گازهای فنی (مانند N₂، O₂) استفاده می شود.

جاذب های ژل آلومینیو سیلیکات مقاوم در برابر آب، با نام Sorbead Air WS، دارای ظرفیت بالایی هستند
و در طیف گسترده ای از کاربردها از سایر جاذب ها و کاتالیزورها در برابر آب و رطوبت محافظت می کنند.

جمع بندی بررسی مواد جاذب درایر در صنعت هوای فشرده

تصور غلط رایجی که اغلب در صنعت هوای فشرده مرتبط با استفاده از مواد جاذب سیلیکاژل دیده می‌شود،
پایداری بسیار کم و تمایل آنها به تجزیه جزئی در حضور سطوح رطوبت بالا یا آب بصورت محلول است.
این مفهوم کمی گمراه کننده است و نیاز به توضیحاتی دارد!

در واقعیت، قرار گرفتن در معرض آب بصورت محلول، بر روی مهره سیلیکاژل تازه احیاء (یعنی خشک) احتمالاً باعث ایجاد تنش می شود که می تواند منجر به از هم گسیختگی کره شود.
چنین شرایطی به ندرت در خشک کن های تجاری که بطور معمول سرویس می شوند، دیده می شود.

در یک فرآیند دهیدراتاسیون استاندارد، رطوبت از فاز گاز به جامد منتقل می‌شود
و از طریق جذب در یک سیستم منفذی توسعه‌یافته انباشته می‌شود.
این سیلیکاژل های “مرطوب” پایدار هستند و به طور معمول در برابر آب بصورت محلول نیز مقاوم هستند.
این پایداری در حالت خشک (یعنی احیا شده) نسبت به آب بصورت محلول است که با یک نوع مایع مقاوم در برابر آب شناخته می شود.

برای مشاوره و خرید تماس بگیرید