04 ตุลาคม 2565
ทุกๆ อย่างที่คุณควรรู้เกี่ยวกับตะแกรงโมเลกุล (Molecular sieve)
ทุกๆ อย่างที่คุณควรรู้เกี่ยวกับตะแกรงโมเลกุล (Molecular sieve)สารดูดความชื้นที่นิยมใช้โดยทั่วไปได้แก่ ตะแกรงโมเลกุล, มอนต์มอริลโลไนต์, ซิลิกาเจล, แคลเซียมคลอไรด์ และแมกนีเซียมคลอไรด์ เป็นต้น โดยวันนี้เราจะมานำเสนอว่า ตะแกรงโมเลกุล คืออะไร
ตะแกรงโมเลกุล คือสารดูดความชื้นสังเคราะห์ที่มีความสามารถในการดูดซับโมเลกุลของน้ำอย่างรุนแรง ขนาดรูพรุนของตะแกรงโมเลกุลสามารถกำหนดได้ด้วยกระบวนการผลิตที่แตกต่างกัน นอกจากดูดซับไอน้ำแล้ว ยังดูดซับก๊าซอื่นๆ ได้อีกด้วย ในกรณีที่ให้อุณหภูมิสูงกว่า 230 องศาเซลเซียส จะยังคงมีน้ำอยู่ในรูพรุนของโมเลกุล มักใช้ตะแกรงโมเลกุลเป็นตัวดูดซับก๊าซหรือของเหลว ซึ่งสามารถดูดซับน้ำได้เร็วกว่าซิลิกาเจล ในส่วนของตะแกรงอาจมีขนาดต่างๆทั้งเล็ก, กลาง และใหญ่ ช่วยป้องกันความชื้นและน้ำ ตะแกรงโมเลกุลอยู่ในรูปเม็ดหรือแท่ง มีโครงสร้างเป็นผลึกที่มีขนาดรูพรุ่นแตกต่างกัน มีโครงสร้างที่สม่ำเสมอ และด้วยเหตุนี้จึงสามารถป้องกันไม่ให้ความชื้นกลับเข้าสู่ผลิตภัณฑ์ และใช้สำหรับการกำจัดน้ำจากของเหลวและก๊าซ ตะแกรงโมเลกุลมีประโยชน์มากในการกำจัดน้ำสูงกว่าซิลิกาเจล หรือ แคลเซียม และ ยังคงเก็บความชื้นที่อุณหภูมิสูง เพราะฉะนั้นตะแกรงโมเลกุลจึงเป็นสารดูดความชื้นที่มีความต้องการมากที่สุด
ตะแกรงโมเลกุลเป็นสารประกอบอะลูมิโนซิลิเกตที่มีโครงสร้างตาข่าย ส่วนใหญ่ประกอบด้วยซิลิกอนและอะลูมิเนียมที่เชื่อมต่อกันด้วยพันธะออกซิเจนเพื่อสร้างโครงสร้างสายโซ่ นอกจากนี้ยังมีไอออนของโลหะที่มีราคาไฟฟ้าต่ำและมีรัศมีไอออนิกมากขึ้นและน้ำ ตั้งแต่สูญเสียโมเลกุลของน้ำอย่างต่อเนื่องหลังจากการให้ความร้อน แต่โครงสร้างผลึกของสายโซ่ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง มีการก่อตัวของโพรงที่มีขนาดเดียวกัน โดยที่โพรงเชื่อมต่อกับรูพรุนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน โมเลกุลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็กสามารถถูกดูดซับเข้าไปภายในรูพรุนได้ ในขณะที่โมเลกุลที่มีขนาดใหญ่กว่ารูพรุนจะไม่สามารถเข้าไปในรูพรุนได้ ดังนั้นโมเลกุลจะมีขนาดและรูปร่างต่างกัน, มีความเป็นขั้วต่างกัน, มีจุดเดือดต่างกัน และมีระดับความอิ่มตัวต่างกัน จะสามารถแยกออกจากกันได้
จากที่กล่าวมาข้างต้นคือหน้าที่ของ “ ตะแกรงโมเลกุล ” โดยตะแกรงโมเลกุลเป็นสารดูดความชื้นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในการแพทย์ อุตสาหกรรมเคมี อิเล็กทรอนิกส์ และอุตสาหกรรมอื่น ๆ
หลักการของตะแกรงโมเลกุลสำหรับการอบแห้ง
วิธีเลือกตะแกรงโมเลกุล
โดยทั่วไปชนิดของตะแกรงโมเลกุลที่นิยมใช้กันส่วนมากคือ ตะแกรงโมเลกุลชนิด 4A ซึ่งส่วนมากใช้สำหรับอบแห้งอากาศ, ก๊าซธรรมชาติ, ไฮโดรคาร์บอนอัลเคน สารทำความเย็น และก๊าซและของเหลวอื่น ๆ การเตรียมและการทำให้บริสุทธิ์ของก๊าซอาร์กอน, ทำให้แห้งแบบนิ่งของส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์และสารที่ไวต่อการเสื่อมสภาพของความชื้น, สารขจัดน้ำในสี, โพลีเอสเตอร์, สารแห้งและสารเคลือบ
ลักษณะของตะแกรงโมเลกุล ภายใต้ความชื้นยังคงสามารถดูดซับไอน้ำจำนวนมากในสิ่งแวดล้อมและควบคุมความชื้นในสิ่งแวดล้อมได้อย่างมีประสิทธิภาพ ความเร็วในการดูดซับความชื้นนั้นรวดเร็ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงเวลาสั้น ๆ ในการดูดซับ ไอน้ำปริมาณมากมีลักษณะเป็นสารดูดความชื้นที่มีการดูดซึมน้ำมากและมีความเร็วการดูดซึมน้ำที่ไม่พึงประสงค์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงเวลาสั้น ๆ จะไม่อิ่มตัวด้วยน้ำและยังคงมีความสามารถในการดูดซับน้ำ
สารดูดความชื้นตะแกรงโมเลกุลในด้านวัสดุบรรจุภัณฑ์ยา
ซองตะแกรงโมเลกุลเป็นผลิตภัณฑ์สารดูดความชื้นที่พัฒนาขึ้นขนาดกะทัดรัด โดยเฉพาะสำหรับการดูดซับความชื้นบรรจุภัณฑ์ขนาดเล็ก (เช่นบรรจุภัณฑ์ยา)
ในส่วนการพกพาและใช้งานสะดวกและการรับรองในคุณภาพของยา ยามักจะบรรจุในบรรจุภัณฑ์ที่เหมาะสมวัสดุก่อนเข้าสู่ตลาด วัสดุบรรจุภัณฑ์และภาชนะบรรจุที่สัมผัสโดยตรงกับยาต้องปฏิบัติตามมาตรฐานสำหรับวัสดุบรรจุภัณฑ์ยาและการขึ้นทะเบียนผลิตภัณฑ์ที่ประกาศโดยรัฐ และต้องไม่เป็นพิษ สะอาด และต้องไม่มีปฏิกิริยาใดๆ กับยา และต้องไม่กระทบต่อคุณภาพที่แท้จริงของยา
วัสดุบรรจุภัณฑ์ยาที่เหมาะสมจะช่วยให้มั่นใจในคุณภาพของยาได้ดียิ่งขึ้น สารดูดความชื้นในบรรจุภัณฑ์
สารดูดความชื้นมักใช้เพื่อทำให้ผลิตภัณฑ์แห้งและคงตัว โดยสามารถดูดซับความชื้นในอากาศและลดความชื้นในส่วนหัวของภาชนะปิดได้ด้วยการดูดซับทางกายภาพหรือปฏิกิริยาเคมี
ตัวอย่างเช่น ฟังก์ชันการดูดซึมความชื้นของสารดูดความชื้นซิลิกาเจลเกิดขึ้นจากการดูดซับทางกายภาพ ในขณะที่ฟังก์ชันการดูดซึมความชื้นของแคลเซียมออกไซด์รับรู้ได้จากปฏิกิริยาทางเคมี
สารดูดความชื้นที่ใช้บ่อยที่สุดในบรรจุภัณฑ์ยาที่เป็นของแข็ง ได้แก่ ซิลิกาเจล ดินเบา และตะแกรงโมเลกุล
เมื่อเลือกวัสดุดูดความชื้น ก่อนอื่นให้กำหนดไอโซเทอร์มของสารดูดความชื้นและกำหนดปริมาณ ปริมาณของสารดูดความชื้นมีความสำคัญมาก หากปริมาณไม่เพียงพอก็ไม่สามารถทำหน้าที่ป้องกันได้ หากใช้มากเกินไปจะทำให้แห้งมากเกินไปและมีค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้นโดยไม่จำเป็น
กรณีส่วนใหญ่ การใช้สารดูดความชื้นมากเกินไปจะไม่ส่งผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ อย่างไรก็ตาม การอบแห้งไฮเดรตบางชนิดมากเกินไปอาจนำไปสู่การก่อตัวของวัสดุอสัณฐานที่ไม่เสถียร ซึ่งจะส่งผลเสียต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์
สารดูดความชื้นตะแกรงโมเลกุลในด้านฉนวนแก้ว
นอกจากนี้ ควรกล่าวไว้ว่า Jalon มีตะแกรงโมเลกุลสำหรับกระจกฉนวนซึ่งมีลักษณะการดูดซึมน้ำขนาดใหญ่และการดูดซึมน้ำได้ช้า จะไม่อิ่มตัวด้วยน้ำเป็นเวลานานและยังคงมีความสามารถในการดูดซับน้ำ มีความชื้นสัมพัทธ์ต่ำ สามารถดูดซับน้ำเมื่อใช้เพื่อให้แก้วฉนวนชั้นในสามารถแห้งเป็นเวลานานและกระจกใสและโปร่งใส ฝุ่นละเอียดทำให้เกิดฝุ่นบนพื้นผิวด้านในของกระจกฉนวน ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพของกระจกฉนวน ผลิตภัณฑ์นี้มีการดูดซึมน้ำที่แข็งแกร่ง แต่ในขณะเดียวกันก็ไม่ดูดซับก๊าซอื่นๆ เช่น ไนโตรเจน ออกซิเจน และคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งจะไม่นำไปสู่การลดความดันภายในของกระจกฉนวน
สารดูดความชื้นตะแกรงโมเลกุลในการทำความเย็น
ตะแกรงโมเลกุลเป็นตัวดูดซับที่มีประสิทธิภาพสูงและเลือกได้ ยังสามารถดูดซับน้ำปริมาณมากได้ที่ความชื้นต่ำหรืออุณหภูมิสูง เนื่องจากไม่ดูดซับสารทำความเย็นและน้ำมัน ตะแกรงโมเลกุลจึงมีการดูดซึมน้ำสูงกว่าตัวดูดซับอื่นๆ และสามารถทำให้สารทำความเย็นต่างๆ แห้งได้อย่างมีประสิทธิภาพ
หน่วยทำความเย็นเป็นระบบหมุนเวียนแบบปิด และไม่อนุญาตให้สื่อทำงานที่หมุนเวียนอยู่ในระบบมีสิ่งเจือปน การเข้ามาของสิ่งสกปรกจะทำให้ระบบไม่สามารถทำงานได้ตามปกติ ลดประสิทธิภาพ เพิ่มการใช้พลังงาน และทำให้เกิดอุบัติเหตุในกรณีร้ายแรง สิ่งเจือปนที่พบได้ทั่วไปในหน่วยทำความเย็น ได้แก่ อากาศ ความชื้น น้ำมันหล่อลื่น และสิ่งเจือปนทางกล ความชื้นเป็นหนึ่งในปัจจัยที่ใหญ่ที่สุดที่ส่งผลต่อระบบทำความเย็น กระบวนการทำความเย็นในเครื่องปรับอากาศต้องการปริมาณน้ำของสารทำความเย็นน้อยกว่า 15ppm เนื่องจากเมื่ออุณหภูมิลดลงต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส การอุดตันของเส้นเลือดฝอยที่เกิดจากการแช่แข็งของน้ำในสารทำความเย็นเนื่องจากอุณหภูมิต่ำจะส่งผลร้ายแรงต่อระบบและทำให้ไม่สามารถทำความเย็นได้ นอกจากนี้ เมื่อมีความชื้นในระบบ กรดอ่อนจะถูกสร้างขึ้น ซึ่งจะส่งเสริมการกัดกร่อนของโลหะ และการกัดกร่อนของโลหะจะส่งผลร้ายแรงต่อชีวิตและการทำงานปกติของระบบ
ดังนั้นจึงจำเป็นต้องขจัดความชื้นในระบบทำความเย็น การใช้สารดูดความชื้นแบบตะแกรงโมเลกุลเพื่อขจัดความชื้นในระบบทำความเย็นเป็นทางเลือกที่ดีกว่า อย่างที่ผู้คนสังเกตเห็นว่าสารทำความเย็นคลอรีนที่ใช้ฟรีออนสร้างความเสียหายอย่างใหญ่หลวงต่อบรรยากาศ ทำให้อุตสาหกรรมทำความเย็นต้องเปลี่ยนสารทำความเย็น ส่งผลให้มีสารทำความเย็น "สีเขียว" รุ่นใหม่ ในขณะเดียวกัน ก็ทำให้เกิดปัญหาความเข้ากันได้ของตะแกรงโมเลกุลและสารทำความเย็นใหม่ กล่าวคือ หากสารทำความเย็นใหม่ถูกทำให้แห้งด้วยตะแกรงโมเลกุลที่ไม่ผ่านการบำบัด ตะแกรงโมเลกุลอาจดูดซับน้ำจำนวนมากในขณะที่เอาน้ำออกและทำให้แห้ง ส่วนหนึ่งของสารทำความเย็นจะทำให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น ส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำความเย็น ทำให้ความแข็งแรงของสารดูดความชื้นลดลง หรือแม้แต่การแตกร้าวและปิดกั้นท่อหมุนเวียนของระบบทำความเย็น การปฏิบัติได้แสดงให้เห็นว่าตะแกรงโมเลกุลที่ไม่ผ่านการบำบัดไม่เหมาะสำหรับการทำให้แห้งสารทำความเย็นใหม่
เทคโนโลยี MSDH (การคายน้ำของตะแกรงโมเลกุล) ทำงานบนหลักการดูดซับแรงดันสวิง ปฏิกิริยาและขั้วไฟฟ้าสถิต ระหว่างตัวดูดซับและส่วนผสมของเอทานอล-น้ำเป็นพื้นฐานสำหรับการทำงาน
กระบวนการประกอบด้วยสองคอลัมน์ดูดซับ (เตียง) ที่เต็มไปด้วยตะแกรงโมเลกุล 3a; อย่างไรก็ตาม สามารถใช้ตะแกรงขนาดใดก็ได้ตั้งแต่ 2.9 Å ถึง 4.3 Å ได้ การไหลของเอทานอล-ไอน้ำอย่างต่อเนื่อง (เอทานอลประมาณ 95.63% (w/w)) ได้รับอนุญาตให้ผ่านตะแกรง ตะแกรงเหล่านี้ซึ่งยึดตามขนาดรูพรุนจำเพาะ (3Å) จะกักโมเลกุลของน้ำ (2.8Å) จากไอระเหยของส่วนผสมเอธานอลกับน้ำ ซึ่งจะทำให้โมเลกุลเอทานอล (4.4Å) ซึมผ่านไม่ได้ ดังนั้นโมเลกุลของน้ำจะเข้าไปในรูพรุนและติดอยู่ในกรงของซีโอไลต์
ในระหว่างขั้นตอนการดูดซับด้วยแรงดัน โมเลกุลของน้ำจากไอน้ำเอธานอลจะถูกดูดซับในรูพรุนของตะแกรงโมเลกุล ในขณะที่ไอเอธานอลที่ไม่ถูกดูดซับซึ่งปราศจากโมเลกุลของน้ำจะออกจากคอลัมน์ ไอเอทานอลเหล่านี้ หลังจากออกจากคอลัมน์ดูดซับ จะถูกควบแน่น จากนั้นเอธานอลที่ปราศจากน้ำที่ควบแน่นจะถูกรวบรวมในถัง หลังจากช่วงเวลาหนึ่ง คอลัมน์ภายใต้การดูดซับจะอิ่มตัวด้วยโมเลกุลของน้ำ จากนั้นคอลัมน์อิ่มตัวนี้จะถูกคายการดูดซึมเพื่อสร้างตะแกรงขึ้นมาใหม่ ในระหว่างการงอกใหม่ของคอลัมน์ น้ำจะถูกลบออกโดยการลดแรงดันคอลัมน์ (โดยการใช้สุญญากาศ) และกำจัดเตียงด้วยส่วนของไอเอธานอลบริสุทธิ์ ตะแกรงเหล่านี้ในคอลัมน์อาจมีการดูดซับและการคายน้ำสลับกัน MSDH เป็นทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับกระบวนการคายน้ำแบบเดิม และเป็นความพยายามที่ดีในการลดการใช้พลังงาน การใช้พลังงานของกระบวนการที่วัดในแง่ของการใช้ไอน้ำยังคงสามารถลดลงได้โดยใช้การดูดซับเฟสของเหลว เนื่องจากการดูดซับทั้งเฟสของเหลวและเฟสไอเป็นไปได้ในทางเทคนิค อย่างไรก็ตาม การดูดซับในเฟสไอซึ่งเกี่ยวข้องกับการระเหยและการให้ความร้อนสูงเกินไปของส่วนผสมของน้ำเอทานอลก่อนการสัมผัสกับเบดตะแกรงโมเลกุลมักเป็นที่ต้องการ
จะทำให้ปริมาณการใช้ไอน้ำเพิ่มขึ้นอย่างมาก แต่ยังคงใช้พลังงานในกระบวนการต่ำเมื่อเทียบกับเทคนิคการคายน้ำอื่นๆ ความแตกต่างพื้นฐานในกระบวนการเมมเบรนและตะแกรงโมเลกุลที่ใช้สำหรับการคายน้ำเอทานอลคือ ผลผลิตของระบบเมมเบรนเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของน้ำ ในขณะที่ผลผลิตของตะแกรงโมเลกุลลดลงตามความเข้มข้นของน้ำ นอกจากการคายน้ำของตะแกรงโมเลกุลที่ลอกเลียนแบบแล้วยังเป็นเทคนิคที่ดีที่สุดสำหรับการคายน้ำเอทานอล การดูดซับน้ำบนซีโอไลต์เป็นกระบวนการคายความร้อนอย่างรุนแรง เมื่อไอน้ำจากเอทานอลเข้าสู่เตียง การดูดซับน้ำอย่างรวดเร็วตามด้วยการสร้างความร้อนที่สำคัญจะเกิดขึ้น ความเป็นไปได้ของการใช้ความร้อนที่ปล่อยออกมานี้ในการระเหยส่วนผสมของน้ำเอทานอลซึ่งจะช่วยลดการใช้ไอน้ำโดยรวมในกระบวนการนี้สามารถสำรวจได้ในอนาคตอันใกล้ แม้ว่ากระบวนการนี้จะเกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานต่ำเมื่อเทียบกับการกลั่น ไม่แนะนำให้ใช้ MSDH สำหรับการนำเอธานอลจากการล้างด้วยการหมักกลับคืนมา เนื่องจากการสัมผัสตะแกรงโมเลกุลโดยตรงไปยังการล้างด้วยการหมักจะส่งผลให้รูพรุนบนตะแกรงอุดรูพรุน ซึ่งจะช่วยลดพื้นที่ในการดูดซับน้ำ MSDH มีความสามารถในการคายน้ำเอทานอลให้มีความเข้มข้นมากกว่า 99.8% (w/w) ของเอทานอล
การคายน้ำเอทานอลด้วยตะแกรงโมเลกุลเป็นวิธีที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในการผลิตแอลกอฮอล์ ตารางโมเลกุล
เมื่อเทียบกับกระบวนการคายน้ำแอลกอฮอล์อื่นๆ การคายน้ำเอทานอลมีข้อดีดังต่อไปนี้: ง่าย: ต้นทุนการติดตั้งต่ำ: ใช้งานง่าย:
เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม แต่สิ่งที่สำคัญที่สุดคือความต้องการพลังงานที่ต่ำกว่า 3000 btu/gal ค่าความร้อนสำหรับการดูดซับเอทานอล
ในกระบวนการบำบัดดูดซับเอทานอล วัตถุดิบที่สำคัญที่สุดคือตะแกรงโมเลกุล
ตะแกรงโมเลกุลเป็นสารดูดซับที่มีคุณค่าและมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว โดยมีประวัติการใช้งานในอุตสาหกรรมมายาวนานกว่า 35 ปี ตะแกรงโมเลกุลเป็นสารประกอบโลหะอะลูมิโนซิลิเกตที่เป็นผลึก ที่นิยมใช้กันทั่วไปในเชิงพาณิชย์คือตะแกรงโมเลกุลสังเคราะห์ แต่มีโครงสร้างคล้ายกับซีโอไลต์ธรรมชาติ ตะแกรงโมเลกุลมักจะได้ยินโดยทั่วไปหมายถึง "ซีโอไลต์"
เป็นมูลค่าการกล่าวขวัญว่าตะแกรงโมเลกุลมีความสามารถในการดูดความชื้นที่แข็งแกร่งมากและใช้สำหรับการทำให้ก๊าซบริสุทธิ์และควรหลีกเลี่ยงการสัมผัสกับอากาศโดยตรงระหว่างการเก็บรักษา ตะแกรงโมเลกุลที่เก็บไว้เป็นเวลานานและดูดซับความชื้นควรสร้างใหม่ก่อนใช้งาน ตะแกรงโมเลกุลหลีกเลี่ยงน้ำมันและน้ำของเหลว เมื่อใช้พยายามหลีกเลี่ยงการสัมผัสกับน้ำมันและน้ำของเหลว ก๊าซที่ใช้สำหรับการทำให้แห้งในการผลิตทางอุตสาหกรรม ได้แก่ อากาศ ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน อาร์กอน ฯลฯ เครื่องทำลมแห้งแบบดูดซับสองเครื่องเชื่อมต่อแบบขนานกัน ชิ้นงานหนึ่งสามารถสร้างใหม่ได้ สลับการทำงานและการสร้างใหม่เพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์ทำงานอย่างต่อเนื่อง เครื่องอบผ้าทำงานที่อุณหภูมิ 8-12°C และสร้างใหม่โดยการชะล้างด้วยความร้อนที่ 350 °C อุณหภูมิการงอกใหม่ของตะแกรงโมเลกุลที่มีข้อกำหนดต่างกันนั้นแตกต่างกันเล็กน้อย ตะแกรงโมเลกุลมีผลเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ดีต่อปฏิกิริยาเฟสก๊าซอินทรีย์บางอย่าง
นอกจากสารดูดความชื้นทางอุตสาหกรรม เช่น เภสัชภัณฑ์ แก้วฉนวน และสารทำความเย็นแล้ว ตะแกรงโมเลกุลยังสามารถใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ก๊าซปิโตรเลียมแตกร้าว โอเลฟินส์ โรงกลั่นก๊าซ และการทำให้แห้งด้วยก๊าซจากแหล่งน้ำมัน หากคุณต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติม โปรดให้ความสนใจที่เว็บไซต์ Jalon ต่อไป เราจะอัปเดตแอปพลิเคชันเหล่านี้
พันธมิตรของเรา