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I setacci molecolari, questi sconosciuti
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Mi pareva giusto creare un topic su un argomento interessante, complesso ed utile. Potrebbe sempre tornare buono per altri.

I setacci molecolari (molecular sieves) sono alluminosilicati metallici cristallini che hanno un struttura tridimensionale interconnessa formata da tetraedri di silicio ed alluminio. La naturale acqua di idratazione è rimossa da questa struttura scaldando per produrre cavità uniformi che selettivamente adsorbono molecole di una specifica dimensione. Un setaccio che va da 4 a 8 mesh viene normalmente impiegato in applicazioni in fase gas, mentre il tipo che va da 8 a 12 mesh è comune in applicazioni in fase liquida. Le forme in polvere dei setacci 3A, 4A, 5A e 13X sono adatte per applicazioni specializzate. Da tempo noti per la loro capacità anidrificante (anche a 90°C), i setacci molecolari hanno recentemente dimostrato una utilità in procedure di sintesi organica, frequentemente permettendo l'isolamento dei prodotti desiderati da reazioni di condensazione che sono governate da equilibri generalmente sfavorevoli. Queste zeoliti sintetiche si sono dimostrate in grado di rimuovere acqua, alcoli (incluso metanolo ed etanolo), ed HCl da sistemi quali sintesi di chetimmine ed enammine, condensazioni di esteri, e la conversione di aldeidi insature in polienali.

Tipo 3A
Composizione 0.6 K2O: 0.40 Na2O : 1 Al2O3 : 2.0 ± 0.1 SiO2 : x H2O
Descrizione La forma 3A è preparata sostituendo i cationi potassio con i correlati ioni sodio della struttura 4A, riducendo la dimensione effettiva del poro a ~3Å, escludendo un diametro >3Å, ad esempio, l'etano.
Applicazioni principali Disidratazione commerciale di vapori di idrocarburi insaturi, incluso gas da cracking, propilene, butadiene, acetilene; anidrificazioni di liquidi polari quali metanolo ed etanolo. Adsorbimento di molecole quali NH3 ed H2O da un flusso di N2/H2. Considerato un agente anidrificante di uso generale in mezzi polari e non polari.

Tipo 4A
Composizione 1 Na2O: 1 Al2O3: 2.0 ± 0.1 SiO2 : x H2
Descrizione Questa forma sodica rappresenta la famiglia del tipo A dei setacci molecolari. L'apertura effettiva dei pori è di 4Å, quindi ciò esclude le molecole di diametro effettivo >4Å, ad esempio, il propano.
Applicazioni principali Preferito per la disidratazione statica in liquidi chiusi o sistemi gassosi, ad esempio, nel packaging di farmaci, componenti elettriche e sostanze chimiche deperibili; scavenging di acqua in sistemi di stampa e plastici e anidrificante di vapori di idrocarburi saturi. Le specie adsorbite includono SO2, CO2, H2S, C2H4, C2H6, e C3H6. Generalmente considerato un agente anidrificante universale in mezzi polari e non polari.

Tipo 5A
Composizione 0.80 CaO : 0.20 Na2O : 1 Al2O3[sub]/: 2.0 ± 0.1 SiO[sub]2: x H2O
Descrizione Gli ioni calcio divalenti al posto dei cationi sodio creano aperture di ~5Å che scludono molecole di diametro effettivo >5Å, ad esempio, tutti gli anelli a 4, ed i composti iso.
Applicazioni principali Separazione di paraffine normali da quelle ramificate e di idrocarburi ciclici; remozione di H2S, CO2 e mercaptani dal gas naturale. Le molecole adsorbite includono n-C4H10, n-C4H9OH, da C3H8 a C22H46, e diclorodifluorometano (Freon 12®).

Tipo 13X
Composizione 1 Na2O: 1 Al2O3 : 2.8 ± 0.2 SiO2 : xH2O
Descrizione La fprma sodica rappresenta la struttura base della famiglia del tipo X, con un'apertura effettiva dei pori nel range di 910¼. Non adsorbirà ad esempio (C4F9)3N.
Applicazioni principali Anidrificazione del gas commerciale, purificazione dell'aria (simultanea rimozione di H2O e CO2) ed addolcimenti di idrocarburi liqudi/gas naturale (rimozione di H2S e dei mercaptani).




Tipo Forma Letto o dimensione particella Diametro dei pori (Å) Densità in bulk (lb/cu ft) Umidità (%) Capacità equimolare H2O (teorica) pH (5% slurry) T di rigenerazione (°C) Max. DHads. BTU/lb H2O

3A bead 4-8 mesh 3 45-46 1.5 21 10.5 175-260 1800

3A bead 8-12 mesh 3 45-46 1.5 21 10.5 175-260 1800

4A bead 4-8 mesh 4 45 1.5 23 10.5 200-315 1800

4A bead 8-12 mesh 4 45 1.5 23 10.5 200-315 1800

5A bead 4-8 mesh 5 44 1.5 21.7 10.5 200-315 1800

5A bead 8-12 mesh 5 44 1.5 21.7 10.5 200-315 1800

13X bead 4-8 mesh 10 43 1.5 29.5 10.3 200-315 1800

13X bead 8-12 mesh 10 43 1.5 29.5 10.3 200-315 1800

3A polvere 3-5µ 3 32 <2 23 10.5 175-260 1800

4A polvere 2-3µ 4 30 <2 28.5 10.5 200-315 1800

5A polvere 3-5µ 5 30 <2 28 10.5 200-315 1800

13X polvere 3-5µ 10 30 <2 33 10.5 200-315 1800


La rigenerazione in tipici sistemi ciclici consiste nella rimozione dell'adsorbato dal setaccio molecolare tramite riscaldamento e depurazione con un carrier gas. Deve essere applicato sufficiente calore da aumentare la temperatura dell'adsorbato, dell'assorbente e del contenitore per vaporizzare il liquido e compensare il calore di asciugatura della superficie del setaccio molecolare. La temperatura del letto è critica nella rigenerazione. Temperature di letto nel range 175-260 °C sono di solito impiegate per il tipo 3A. Questo range minore minimizza la polimerizzazione delle olefine sulle superfici dei setacci molecolari quando tali materiali sono presenti nel gas. Un lento riscaldamento è raccomandato dato che la maggior parte dei materiali olefinici saranno rimossi a temperatura minime; i setacci 4A, 5A e 13X richiedono temperature nel range 200-315 °C. Dopo rigenerazione, è necessario un periodo di raffreddamento per ridurre la temperatura del setaccio molecolare entro 15 °C della temperatura del vapore da processare. Questo è fatto in modo più conveniente usando lo stesso vapore gassoso usato per il riscaldamento, ma senza una fonte di calore. Per un'ottima rigenerazione, il flusso di gas dovrebbe essere controcorrente rispetto all'adsorbimento durante il ciclo di riscaldamento, e concorrente (rispetto al vapore del processo) durante il raffreddamento. Alternativamente, piccole quantità di setacci molecolari possono essere anidrificate in assenza di un gas di depurazione tramite riscaldamento in stufa seguito da lento raffreddamento in un sistema chiuso, come un essiccatore.


Molecola - Diametro critico(Å)
Elio 2.0
Propilene 5.0
Idrogeno 2.4
Etile mercaptano 5.1
Acetilene 2.4
1-butene 5.1
Ossigeno 2.8
trans-2-butene  5.1
Monossido di carbonio 2.8
1,3-butadiene 5.2
Diossido di carbonio 2.8
Clorodifluorometano (Freon 22®) 5.3
Azoto 3.0
Tiofene 5.3
Acqua 3.2
Da isobutano a isodocosano 5.6
Ammoniaca 3.6
Cicloesano 6.1
Solfuro di idrogeno 3.6
Benzene 6.7
Argon 3.8
Toluene 6.7
Metano 4.0
p-xylene 6.7
Etilene 4.2
Tetracloruro di carbonio 6.9
Etilene ossido 4.2
Cloroformio 6.9
Etano 4.4
Neopentano 6.9
Metanolo 4.4
m-xylene 7.1
Metile mercaptano 4.5
o-xylene 7.4
Propano 4.9
Trietilammina 8.4
Da n-butano ad n-docosano  4.9
Sensa schei né paura ma coa tega sempre dura
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A supporto dell'articolo di Quimico ecco una fotografia di uno di questi setacci molecolari.
Le palline hanno un diametro di circa 2 mm.

   


saluti
Mario
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Io allego una foto del 3A
E' la foto migliore che sia riuscito ad ottenere con il cellulare  azz!

   
Nulla si CREA, nulla si DISTRUGGE -Democrito & Lavoisier-
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