مواد جاذب رطوبت به دلیل فضای متخلخل زیادی که دارند ( هر گرم آن حدود ۵۰۰ تا ۸۰۰ متر مربع مساحت دارد) بهترین انتخاب در این خصوص میباشند.
انواع مواد جامد جاذب رطوبت
مواد جامد جاذب رطوبت از نظر تجاری به گروه های زیر تقسیم بندی میشوند:
بوکسیت[۱۱]: در طبیعت به صورت سنگ معدن وجود دارد که بیشترین حجم آن را اکسید آلومینیوم AL2O3 تشکیل میدهد.
آلومینا[۱۲]: یک محصول خالصتر میباشد و از بوکسیت ساخته می شود.
ژل ها[۱۳]: توسط واکنشهای شیمیایی ساخته میشوند و بخش عمده آن را اکسید سیلیس (SiO2) تشکیل میدهد.
زغال فعال[۱۴]: یک محصول به دست آمده از زغال سنگ است که برای جذب مواد فعال شده است.
غربال مولکولی[۱۵]: یک اسفنج از ترکیبات کلسیم، سدیم و آلومینیم سیلیکات است و فرمول کلی آن به قرار زیر است:
(۱-۱) |
تمام مواد فوق به استثنای کربن فعال برای نم زدایی مورد استفاده قرار میگیرد. ظرفیت جذب کربن فعال بسیار کم بوده و برای بازیافت هیدروکربنها و جذب ناخالصیهای مشخصی که خواص معینی دارند، به کار برده می شود.
به طور معمول لوازم و تجهیزات مورد استفاده برای مواد مختلف، اساساً مشابه بوده و در بسیاری از حالات قابلیت تعویض با یکدیگر را دارند و واحدهای طراحی شده برای عملیات یکی از آنها برای نوع دیگر مناسب است.
کاربردهای اساسی جامدات جاذب رطوبت شامل موارد زیر است:
چنانچه گاز کاملاً خشک مورد نیاز باشد، از این فرایند استفاده می شود.
در مواردی که از لحاظ موقعیت مکانی، محدودیت وجود دارد.
در نم زدایی از گاز طبیعی با فشار بالا و حجم زیاد، چنان چه نقطه شبنم پایین مد نظر باشد استفاده از این سیستم نسبت به سیستم نم زدایی به وسیله گلایکول مناسبتر است.
۱-۳-۲-۱- سیلیکاژل
سیلیکاژلها به صورت پودر یا دانه های سخت با ظاهری شیشه ای شبیه کوارتز وجود دارند. این مواد را اغلب با فرمول SiO2+nH2O نشان می دهند، مخلوط حاصل را درون یک هیدروسل قرار داده و پس از شستن و بیرون ریختن سولفات سدیم، هیدروژل را خشک می نمایند. محصول به دست آمده تخلخل بالایی دارد به گونه ای که قطر متوسط منافذ آن ۴۰ آنگستروم است. جدول ۱- ۲ آنالیز شیمیایی یک نوع سیلیکاژل تجاری را نشان می دهد.
۱-۳-۲-۲- موبیل سوربید
موبیل سوربید یک نوع سیلیکاژل اصلاح شده است که تکنیکهای پیشرفتهتری در ساخت آن به کار رفته و به شکل دانه های سخت کروی و نیمه شفاف دیده می شود که در آن تعداد حفرههای بسیار زیادی وجود دارند که دیده نمیشوند. بخار در این حفرهها به دام می افتد و مایع می شود، حفرهها در موبیل سوربید آنقدر زیاد است که هر ۵۰۰ گرم آن ۳۰ هکتار مساحت دارد. سوربیدها خورنده نیستند و در شرایط ایستایی حدود ۴۰% وزن خود آب جذب می کنند. چون فعالیت موبیل سوربیدهای نوع H و نوع R بسیار زیاد است، آب می تواند سبب شکستن دانهها شود، جهت حفاظت از بستر سوربیدهای H و R در برابر آب، از سوربید نوع W و Ws استفاده می شود، نوع W و Ws در برابر آب مقاوم است، پیش از این محصول موبیل سوربید تحت نام KC-TROCKENPERELEN عرضه میشد که محصول شرکت Engelhard آلمان بود ( بعدها شرکت BASF این شرکت را خریداری نمود). در حال حاضر شرکتهای متعددی این محصولات را با نامهای تجاری مختلف به بازار عرضه مینمایند. سیلیکاژل نوع H برای جداسازی هیدروکربونهای سنگین تر از پنتان و نوع Ws برای جداسازی آب از جریان گازی مورد استفاده قرار میگیرد.
در حال حاضر شرکتهای Union Carbide، BASF، Slicarbon و بسیاری دیگر ( شرکتهای روسی و چینی) از عمدهترین تولیدکنندگان این مواد در خارج کشور بوده و در داخل کشور نیز تلاش های بسیار خوبی برای تولید این مواد انجام شده است و دانش فنی تولید آن بدست آمده است، اطمینان داریم بزودی محصولات تولید داخل کشور به عنوان رقیب محصولات خارجی در پالایشگاههای گاز کشور استفاده خواهند شد.
۱-۳-۲-۳- آلومینای فعال
آلومینای فعال شکلی از اکسید آلومینیوم است که مقادیر جزیی هیدرات ها و ذرات متخلخل و مقادیر بسیار کمی از عناصر دیگر در آن به کار رفته است. ۵۱% از حجم ذرات آن را حفرهها تشکیل می دهند. آنالیز نمونه ای از آن در جدول ۱- ۲ نشان داده شده است.
۱-۳-۲-۴- بوکسیت فعال
بوکسیت فعال ذراتی با رنگ قرمز متمایل به قهوهای میباشند که از سختی بالایی برخوردارند. این ماده به طور طبیعی از گرم کردن بوکسیت تحت شرایط خاصی که آب از آلومینای آن خارج می شود به دست می آید که پس از فعال نمودن آن دارای ترکیب درصدهایی همانند جدول ۱- ۲ میباشد. از ویژگیهای برجسته بوکسیت فعال، پایین بودن هزینه های عملیاتی در مقایسه با دیگر جاذبها است. ویژگی دیگر آن مقاوم بودن در برابر آب مایع است و از معایب عمده آن پایین بودن ظرفیت جذب آن میباشد.
جدول ۱- ۲: مقایسه ظرفیت جذب انواع مواد خشک کننده در برابر هوای مرطوب [۳]
۱-۳-۲-۵- غربال مولکولی
گرچه تهیه غربالهای مولکولی به طور طبیعی از مدتها قبل شناخته شده بود ولی تا سال ۱۹۵۴ که شرکت Union Carbide موفق به ساخت آن از طریق واکنشهای شیمیایی شد، غربالهای مولکولی جزء مواد تجاری به حساب نمیآمدند. غربال مولکولی برخلاف خشک کننده های متداول (سیلیکاژل، موبیل سوربید، اکسید آلومینیوم و … ) دارای ساختمان کریستالی میکروسکوپی ثابت با مشخصات مخصوص به خود میباشد، که با بهره گرفتن از یک ماده ثانوی میتوان ساختمان ظاهری آن را به اشکال مختلف مورد استفاده در صنعت در آورد. از نظر شیمیایی مجموعه ای از ترکیبات کلسیم، سدیم، آلومینیوم سیلیکات مواد اصلی تشکیل دهنده آن است. پس از انجام عملیات تکلیس[۱۶] در مجاورت حرارت ۴۰۰ تا ۶۰۰ درجه سانتی گراد، آبهای کریستالی در ساختمان آن خارج می شود و منافذ بسیار ریزی در حد آنگستروم به وجود می آید و کار جذب رطوبت را انجام میدهد. در حالتهای خاص میتوان اندازه منافذ ایجاد شده را با تغییرات جزئی در مبادله یونی بین سدیم، پتاسیم و کلسیم به طور دلخواه تغییر داد و منافذی با قطر ۳ تا ۵ آنگستروم ایجاد نمود تا جذب مولکولهای کوچک در آن صورت گیرد.
اگر تغییرات خاصی بر روی آلومینیوم سیلیکات صورت گیرد منافذی با قطرهای ۸ تا ۱۰ آنگستروم ایجاد خواهد شد که برای جذب مولکولهای بزرگتر مورد استفاده قرار میگیرد به گونه ای که از علامت اختصاری آن به اندازه منافذ و کاربرد آن میتوان پی برد. به عنوان مثال نوع (۴A) قادر است فقط آن دسته از مولکولهایی را جذب کند که قطر آن ۴ آنگستروم بیشتر نباشد. در ساختمان این ماده پتاسیم جایگزین سدیم شده (۴A) در نوع (۵A) کلسیم جایگزین سدیم شده است. اندازه مولکولهایی را که قادرند به داخل ساختمان کریستالی غربال مولکولی نفوذ کرده و در آن جذب شوند به همراه دیگر ویژگیهای مهم آن در جدول ۱- ۳ آمده است. علاوه بر غربال مولکولی که در جدول ۱- ۳ آمدهاند دو نوع غربال مولکولی دیگر نوع AW 300 و AW500 برای نم زدایی از گازهای ترش بکار میروند.
غربالهای مولکولی در نم زدایی از گازهایی به کار می روند که باید خشک شوند و نقاط شبنم بسیار پایینی را در اختیار قرار می دهند ( حدود ۱۰۰- درجه سانتی گراد).
اگر چه غربالهای مولکولی نسبت به دیگر مواد خشک کننده گران هستند ولی دارای مزایای زیر هستند:
برای نم زدایی از گازهایی که رطوبت نسبی آن پایین است، ظرفیت جذب بالایی دارند.
در دمای بالاتر از ۵۰ درجه سانتی گراد نیز قادر به نم زدایی هستند.
به طور انتخابی آب و هیدروکربور را جذب می کنند.
هر ناخالصی همراه گاز را جذب می کنند.
گاز را کاملاً خشک نموده و نقطه شبنم پایین ایجاد مینمایند.
در برخورد با آب شکسته و یا ساییده نمی شوند و به یک لایه محافظ نیاز ندارند.
ظرفیت جذب آب به صورت پوند آب جذب شده توسط ۱۰۰ پوند غربال مولکولی در فشار ۵/۱۷ میلیمتر جیوه و دمای ۲۵ درجه سانتیگراد به شکل کروی تعریف می شود.
جدول ۱- ۳: خواص انواع غربال های مولکولی [۳]