Molekularsiebe für die Ethanoltrocknung.
Nach der Destillation besitzt Ethanol eine Reinheit von ⁓ 96 Vol.-%. Für bestimmte Anwendungen muss der Restwasseranteil noch weiter entfernt werden.
Wasserfreies Ethanol
99% Reinheit
PSA-geeignet (Pressure-Swing-Adsorption)
Was passiert, wenn Destillation nicht reicht?
Ab einer Ethanol-Konzentration von 96,5 Vol.-% bilden Ethanol und Wasser zusammen ein Azeotrop. Das heißt, beide Stoffe in diesem Gemisch haben den gleichen Siedepunkt wodurch eine Stofftrennung per Destillation nicht weiter möglich ist.
Wenn Reinheitsgrade von mindestens 99 Vol.-% Ethanol gefordert werden, kommt ein weitere Prozessschritt ins Spiel:
Adsorption mit Molekularsieben
So funktioniert die Adsorption von Restwasser.
Große Industrieanlagen nutzen die Druckwechsel-Adsorption (PSA). Das System besteht aus zwei mit Molekularsieb befüllten Adsorptionsbehältern, die im Wechselbetrieb arbeiten.
Adsorption
Das gasförmige, feuchte Ethanol strömt durch den aktiven Behälter. Das Molekularsieb Granulat bindet die Wassermoleküle in seinen Poren (Adsorption), bis der gewünschte Reinheitsgrad erreicht ist.
Ein kleiner Teil des hochreinen Ethanoldampfs (10–25 %) wird als trockenes Spülgas für die Regeneration abgezweigt.
Regeneration
Der zuvor aktive und nun feucht beladene Behälter wird durch eine Druckänderung entspannt, wodurch sich die gebundenen Wassermoleküle aus dem Molekularsieb lösen (Desorption). Das abgezweigt Spülgas strömt durch den Behälter und trägt die frei gewordene Feuchtigkeit ab.
Das Granulat ist regeneriert und kann im nächsten Wechselzyklus wieder für die Adsorption verwendet werden.
Das richtige Molekularsieb.
Bis auf wenige Ausnahmen sind Molekularsiebe synthetische Zeolithe, deren Oberfläche aus zahlreichen Poren besteht. Diese Poren besitzen exakt groß definierte Porenöffnungen.
Damit können nur Moleküle in das Innere der Poren gelangen, die kleiner als die Porenöffnung sind. Alle anderen, größeren Moleküle strömen unberührt am Molekularsieb vorbei.
Es wird ein Material benötigt, das Wasser binden kann, aber Ethanol nicht beeinflusst.
Ethanol-Moleküldurchmesser: 4,3 Å
Wasser-Moleküldurchmesse: 2,6 Å
Das richtige Molekularsieb.
Bis auf wenige Ausnahmen sind Molekularsiebe synthetische Zeolithe, deren Oberfläche aus zahlreichen Poren besteht. Diese Poren besitzen exakt groß definierte Porenöffnungen.
Damit können nur Moleküle in das Innere der Poren gelangen, die kleiner als die Öffnung sind. Alle anderen, größeren Moleküle strömen unberührt am Molekularsieb vorbei.
Es wird ein Material benötigt, das Wasser binden kann, aber nicht das Ethanol beeinflusst.
Ethanol-Moleküldurchmesser: 4,3 Å
Wasser-Moleküldurchmesser: 2,6 Å
Warum Typ 4A, 5A & 13X ungeeignet sind:
Für die Varianten 5A und 13X fällt die Entscheidung schnell aus. Die Porenöffnungen sind mit 5 Å und 10 Å bereits so groß, dass sie nicht nur das störende Wasser adsorbieren würden, sondern auch das Ethanol selbst.
Bei Zeolithen vom Typ 4A liegt der Teufel schon mehr im Detail.
In der Theorie unter Optimalbedingungen sind die 4A-Porenöffnungen klar mit 4 Å definiert. In der Praxis wird dagegen zwischen tatsächlicher und effektiver Porengröße unterschieden.
Die tatsächliche Porengröße bezieht mit ein, dass die Zeolithe im Betrieb durch verschiedenste Faktoren beeinflusst werden und es zu Abweichungen zur Theorie kommt. So ergibt sich für das Molekularsieb 4A eine reelle Porenöffnung von 4,2 Å.
Das ist zwar immer noch zu klein für Ethanol (4,3 Å), der Unterschied ist aber nur noch marginal. Unter Umständen kann es deshalb trotzdem zur Adsorption von Ethanol kommen, was für diese Anwendung einen kritischen Faktor darstellt.
Somit bietet das Molekularsieb 3A die optimale Lösung zur Ethanoltrocknung.
CAGESPHERE® 3A
Molekularsieb Typ 3A
Adsorbiert kaum andere Moleküle
- Tatsächliche Porengröße: 3 Å / 0,3 nm
- Effektive Porengröße: 3,8 Å / 0,38 nm
- Schüttdichte 0,67kg/l
- Bruchfestigkeit >70N
- Abriebrate <0,25%
- Wasseraufnahmekapazität >210ml/kg
- Regenerationstemperatur 300°C