Aktualne wydanie

2019 10 oladka

       10/2019

 

20190444Swiat-Szkla-V4B-BANNER-160x600-PLEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

katalog 2018 a

 

banner konferencja 04 2019

 RODO

heroal 2018 Banner C50VSZ 750x150 PL mit-Rahmen1 

baner konferencja  2019

 LiSEC SS Konfig 480x120

 

 GP19-480x105px

 

 GLASS 480X120

 

Czas zeolitów
Data dodania: 05.03.08

Sita molekularne to wykrystalizowane syntetyczne zeolity (glinokrzemiany), posiadające sieć porów o ściśle określonej średnicy i charakteryzujące się wysokimi właściwościami adsorpcyjnymi. W wyniku procesu aktywacji, będącego usunięciem wody ze struktury krystalicznej, otrzymuje się porowaty adsorbent o wysokim stopniu aktywności. Jednolita struktura porowata o porach 3, 4, 5 lub 10 Å stwarza możliwość bardzo selektywnej adsorpcji określonych gazów.

Określenie „sito molekularne” wywodzi się z możliwości odsiewania cząsteczek. Jest to cecha odróżniająca sita molekularne od innych adsorbentów, takich jak żel krzemionkowy lub aktywowana alumina, które charakteryzuje szeroki zakres rozkładu wielkości porów.
 

      Począwszy od drugiej połowy XX wieku listę znanych naturalnych adsorbentów mineralnych powiększyły zeolity. Są to substancje, które potrafią z nieznaną dotąd selektywnością adsorbować składniki mieszanin gazowych i ciekłych (stąd nazwa „sito molekularne”).

     Z chemicznego punktu widzenia, zeolity są glinokrzemianami metali alkalicznych lub metali ziem alkalicznych. Syntetyzowane są w dwuetapowym procesie. Pierwszy etap to proces wytworzenia hydrożelu glinokrzemianowego, w którym na zhydratowanych kationach, stanowiących swoisty szablon przestrzennej struktury zeolitu tworzy się amorficzny hydrożel, ulegający stopniowemu przegrupowaniu tworząc zarodki krystalicznej struktury zeolitu.

     Proces ten można zilustrować następującymi równaniami chemicznymi:


     Skład chemiczny zeolitu glinokrzemianowego można wyrazić jest wzorem:



Gdzie Me – metal; n, m – współczynniki stechiometryczne.

     W zależności od stosunku SiO2/Al2O3, sposobu połączenia kubooktaedrycznych jednostek podstawowych i ich przestrzennego rozmieszczenia w szkielecie glinokrzemianu, rozróżniane są zeolity typu A, X, Y oraz inne.
     Strukturę krystaliczną zeolitów typu A, stosowanych w przemyśle budowlanym, przedstawia rysunek powyżej. 

 Adsorpcja na sitach molekularnych
     Adsorpcja to proces polegający na wiązaniu cząsteczek, atomów lub jonów substancji gazowej lub ciekłej na powierzchni ciała stałego.
     Proces adsorpcji jest podstawą wielu innych procesów i technologii, zarówno w technologii chemicznej (np. kataliza heterogenna, procesy suszenia), jak i w zastosowaniach mechanicznych (zjawisko smarowania).

     Szczególnie intensywna adsorpcja może zachodzić w stałych materiałach porowatych. Takimi materiałami są sita molekularne, w których rozmiary porów są porównywalne z rozmiarami adsorbowanych cząstek (mikropory). Dodatkowo, ich wysoka makroporowatość i odpowiednia struktura krystaliczna, charakteryzująca się porami o ściśle określonych wymiarach, gwarantuje maksymalną selektywność i bardzo wysokie zdolności adsorpcyjne.

     Zeolity glinokrzemianowe charakteryzują się znaczną polarnością, dlatego też im wyższa polarność cząsteczki adsorbowanej, tym wyższy stopień adsorpcji na sitach molekularnych.

     Sita molekularne są porowatymi stałymi adsorbentami. Ich bardzo wysoka porowatość i struktura krystaliczna, charakteryzująca się porami o ściśle określonych wymiarach, gwarantuje zarówno maksymalną selektywność jak i bardzo wysokie zdolności adsorpcyjne.

      Sita molekularne odróżniają się od innych adsorbentów swoją wysoką zdolnością adsorpcyjną nawet dla niskich zawartości wody w środowisku, które poddawane jest osuszaniu.
     Dla danego adsorbenta, na adsorpcję wpływa głównie:
● wielkość cząsteczek,
● rozmieszczenie atomów (izomery rozgałęzione lub liniowe),
● polarność cząsteczek,
● temperatura i stężenie adsorbatu.

     W przypadku Siliporite NK30 (3A) nie następuje adsorpcja ani tlenu ani azotu.
     Im wyższa polarność cząsteczki, tym wyższy stopień adsorpcji.

Produkcja i typy sit molekularnych
     Produkcja syntetycznych zeolitów na dużą skalę rozpoczęła się w Polsce 9 lat temu, kiedy to francuska grupa chemiczna ARKEMA wybudowała zakład produkcyjny w Inowrocławiu (Wytwórnia Sit Molekularnych ARKEMA) na terenie platformy chemicznej Inowrocławskich Zakładów Chemicznych „Soda-Mątwy” S.A. Wdrożona w Inowrocławiu technologia jest własnym opracowaniem firmy CECA z grupy ARKEMA. CECA/ARKEMA dysponuje dużym doświadczeniem produkcyjnym i badaw-czym w zakresie sit molekularnych, prowadząc ich produkcję pod nazwą handlową SILIPORITE® już od lat sześćdziesiątych XX wieku w fabryce w Honfleur we Francji.

     Surowcami do wytwarzania zeolitów na skalę przemysłową są ług sodowy, wodorotlenek glinu oraz szkło wodne. Dodatkowo w procesie wymiany jonowej wykorzystywane są chlorek potasu i chlorek wapnia.
      Pierwszym etapem produkcji jest wytworzenie półproduktów syntezy, z których, w reaktorach, syntetyzowana jest zawiesina sodowej formy zeolitu. Po odfiltrowaniu ługu macierzystego i odmyciu od reagentów syntezy, osad poddawany jest wymianie jonowej oraz suszeniu. W zależności od zastosowania wysuszony produkt może być poddawany aktywacji termicznej celem utworzenia bezwodnego zeolitu pylistego, bądź poddawany jest procesowi granulacji. Granulat, podobnie jak zeolity pyliste, poddawany jest procesom suszenia i aktywacji termicznej.

     Z uwagi na silne właściwości higroskopijne, produkty aktywowane pakowane są w specjalne opakowania typu big-bag, w beczki metalowe z przekładką z PE lub specjalne worki zabezpieczone przed zawilgoceniem.

     Podstawową formą zeolitu typu A, produkowanych w fabryce w Inowrocławiu, jest forma sodowa, o oznaczeniu handlowym NK-10. Poprzez częściową wymianę kationów sodowych na kationy potasowe otrzymywana jest forma potasowo-sodowa, oznaczona jako NK-30. Wymieniając jony sodowe na jony wapniowe otrzymujemy zeolit NK-20, a przy równoczesnej wymianie jonami potasowymi i wapniowymi otrzymujemy zeolit oznaczony jako SA1720. Poniżej zestawiono podstawowe typy produkowanych w Wytwórni Sit Molekularnych ARKEMA w Inowrocławiu.

     Siliporite NK 10 (4Å) to podstawowy typ sit molekularnych otrzymywany w wyniku syntezy zeolitu typu A w jego formie sodowej.
     Siliporite NK 30 (3Å) otrzymywany jest, kiedy część jonów sodowych sita 4Å wymieniona zostaje na jony potasowe.
     Siliporite NK 20 (5Å) otrzymywany jest, kiedy część jonów sodowych sita 4Å wymieniona zostaje na jony wapniowe.
     Siliporite SA 1720 to opatentowany przez CECA specjalny zeolit typu A, który został opracowany specjalnie do adsorpcji wody w dwuskładnikowych układach poliuretanowych. 

Zastosowania
     Przyjęło się dzielić zastosowania adsorbentów na dynamiczne i statyczne.
     Zastosowania dynamiczne, to takie, gdzie adsorbent pracuje w zmieniających się warunkach stężenia substancji adsorbowanej w cyklach adsorcja/desorpcja. Przykladem może być tutaj wykorzystanie sit molekularnych w przemysłowym procesie osuszania etanolu (metoda PSA), bądź też w przemysle petrochemicznym (osuszanie i rozdzielanie mieszanin gazowych i ciekłych, procesach katalitycznych).

     Z kolei, w zastosowaniach statycznych, adsorbent używany jest do jednorazowej adsorpcji i zazwyczaj nie podlega on regeneracji. Największym obszarem zastosowania statycznego sit są szyby zespolone. Umieszczona w zamkniętej przestrzeni międzyszybowej niewielka ilość sita (najczęściej w ramce dystansowej) utrzymuje wilgotność gazu między szybami na odpowiednio niskim poziomie, zapobiegając kondensacji pary wodnej).
      W zależności od zastosowania sita stosuje się w różnej postaci: proszków, past lub granulek. Głównezastosowanie zeolitów pylistych i pasty (zawiesina zeolitu w oleju) znajdują główne zastosowanie w przemyśle poliuretanów, gdzie zeolity pełnią rolę osuszacza (usuwają ślady wody, która przyśpiesza niekontrolowane utwardzenie).
     najszerzej stosowane zeolity granulowane, które mwykorzystywane w aplikacjach statycznych (osuszanie przestrzeni pomiędzy szybami przy produkcji okien zespolonych), bądź w aplikacjach dynamicznych (np. w procesach petrochemicznych).

     CECA rozwinęła szeroką gamę produktów, aby sprostać zapotrzebowaniom konkretnych użytkowników i stała się w ten sposób partnerem wielu firm przemysłowych w takich branżach, jak:
● przemysł petrochemiczno-rafineryjny (osuszanie olefin, rozdział izomerów),
● budownictwo (farby, lakiery, kleje, masy uszczelniające),
● produkcja szyb zespolonych (adsorbenty, masy uszczelniające),
● przemysł chłodniczy (lodówki, klimatyzatory),
● przemysł samochodowy (hamulce powietrzne, klimatyzacja),
● gaz naturalny,
● gazy przemysłowe (w tym koncentratory tlenu do celów medycznych),
● przemysł chemiczny i farmaceutyczny.

Zastosowanie sit molekularnych w produkcji szyb zespolonych
     Wieloletnie doświadczenie firmy CECA pozwoliło na zaproponowanie optymalnych rozwiązań dla przemysłu szklarskiego. Dla systemów okien zespolonych z ramkami rekomendowane są sita granulowane SILIPORITE® NK30 . Produkt ten, dzięki odpowiedniej wielkości mikroporów (3 Å), charakteryzuje się dużą selektywnością: znakomicie adsorbuje parę wodną, a jednocześnie nie adsorbuje azotu. Granulat ma wymiary 0,7, 1,3 lub 1,6 mm. Taka gama produktów pozwala na stosowanie go na  wszystkich liniach technologicznych produkcji okien, zarówno automatycznych, jak i ręcznych. Granulowane sita charakteryzują się wysoką wytrzymałością mechaniczną i regularną gładką powierzchnią granulek (p. fot.).

     W systemach produkcyjnych stosujących zamiast ramek dystansowych przekładki dystansujące – rozwiązanie popularne na rynkach amerykańskich – oferowany jest zeolit w postaci proszku, SILIPORITE® NK30 AP.
     Ten sam produkt stosowany jest również jako adsorbent wilgoci do produkcji mas uszczelniających.
      Nastepna tabelka ilustruje parametry sit oferowanych dla przemysłu szyb zespolonych.

Kontrola jakości
     Stała, gwarantowana jakość produktu zapewnia użytkownikowi bezpieczeństwo jego działalności produkcyjnej. Dostarczane na rynek sita molekularne poddawane są rygorystycznej kontroli jakości, w której ocenia się nastepujące parametry:
● strata masy przy wyprażaniu: określenie resztkowej zawartości wody i innych składników lotnych w sicie molekularnym (norma EN-1279-6);
● pojemność adsorpcyjna dla wody w 25°C: określa ilość wody adsorbowaną na sito w warunkach pomiarowych (np. 10% lub 50% wilgotności względnej powietrza);
● granulacja/ analiza sitowa: określa zakres wielkości granulek/cząstek proszku;
● gęstość nasypowa: określa wagę sit molekularnych zawartą w określonej jednostce objętości;
● delta T (test egzotermiczny): parametr, mierzony w warunkach określanych przez każdego dostawcę indywidualnie, określający jakość sita molekularnego, jest w bezpośredniej korelacji do straty masy przy wyprażaniu.

Zbigniew Małecki, Jacek Rajewski
ARKEMA sp. z o.o. 

więcej informacji: Świat Szkła 2/2008
 

 

 

01 chik
01 chik