水在3A分子筛上吸附和扩散平衡的研究

随着我国国民经济的发展，石油开采量和需求量之间的矛盾日益突出，因此，无水乙醇汽车混合油的生产技术倍受瞩目。通过在汽油中混合燃料乙醇，可以减少汽车尾气对环境的污染，提高发动机的压缩比和热效率，加大输出功率。因此，汽油乙醇混合燃料成为一个新的发展方向。乙醇脱水的传统工艺为共沸精馏法，该方法具有能耗高、设备复杂、回收脱水剂困难的缺点，为了降低无水乙醇的价格，吸引厂家投资，必须采用新型工艺。分子筛吸附脱水法由于具有节能、流程简便、经济的点，近年来成为国内外研究的热点¨'2 J，但已有的文献旧'41大多集中于液相吸附。

 

对吸附体系的研究先需要测定吸附等温线。吸附等温线的测量一般分为静态法和动态法。其中静态法是一种常用的、的方法；动态法操作简单，对实验设备精密度要求不高，但测定数据的准确度不如静态法。本工作采用真空静态法，在较宽的温度范围内对气态水在3A分子筛上的吸附和扩散过程进行了探讨，得到了吸附量与温度的关联式，讨论了模型各参数与温度的关系，验证了扩散控制步骤并得出了校正扩散系数随温度和吸附质浓度的变化规律，为高效节能的设计乙醇脱水吸附流程提供了一定的参考数据。

 

1 实验部分

 

水和乙醇的临界分子直径分别是0．27，0．47 nm，为了避免共吸附问题，选择孔径为0．3 nm的分子筛作为吸附剂¨’6 J。本实验采用的3A分子筛由大连艺秀分子筛厂提供，实验前先将分子筛置于马弗炉中在450℃下培烧4 h，然后直接放入真空干燥箱中冷却至室温。吸附等温数据由静态真空吸附法测得，吸附设备为德国NETzSCH—Ger萏tebao Gmbh 公司制造的TG一209热重天平，灵敏度1×10一。7 g。设备示意图如图1所示。用高纯氮气冲洗气路。在每次测定吸附等温线前，先将分子筛置于天平吸附室，高温真空(1．33  Pa，673  K)处理12  h，令分子筛充分脱水，然后将天平降温到需要的实验温度，天平真空度保持不变。由氮气携带水蒸气通入天平室，在进入天平室前，用气相色谱分析进样气体中的水含量。当进入天平室的气体量达到实验的需求后，关闭天平室通气阀门，使天平处于全封闭状态。实验温度、吸附压力、吸附剂质量变化由计算机自动记录。以吸附剂质量在一定时间内不再波动近似当作吸附平衡的终点，从而得到不同温度下的吸附平衡数据。