En Desecantes Industriales del Norte tenemos venta de Malla Molecular ó venta de Tamiz Molecular.

Malla Molecular 3A en venta y
Malla Molecular 13X en venta.

Algo de teoría sobre las Mallas moleculares: 

Las mallas moleculares o tamices moleculares son fabricados en dos tipos de cristal, un cubo simple o un cristal tipo A y un cubo centrado en el cuerpo o cristal tipo X.

Un tamiz molecular es un material que contiene poros pequeños de un tamaño preciso y uniforme que se usa como agente adsorbente para gases y líquidos. La moléculas que son lo suficientemente pequeñas para pasar a través de los poros son absorbidas, mientras que las moléculas mayores no. A diferencia de un filtro, el proceso opera a nivel molecular. Por ejemplo, una molécula de agua puede ser lo suficientemente pequeña para pasar, mientras que otras moléculas más grandes no pueden hacerlo. Aprovechando esta propiedad, a menudo se emplean como agentes desecantes. Un tamiz molecular puede adsorber hasta un 22% de su propio peso en agua.

A menudo consisten de minerales de aluminosilicatos, arcillas, vidrios porosos, carbones microporosos, zeolitas, carbón activado o compuestos sintetizados que tienen estructuras abiertas a través de las cuales pueden difundir moléculas pequeñas como las del agua o el nitrógeno. Los tamices moleculares se usan ampliamente en la industria del petróleo, especialmente para la purificación de corrientes de gas, y en los laboratorios de química para separar compuestos y para el desecado de los reactivos. El mercurio que contiene el gas natural es extremadamente perjudicial para las tuberías de aluminio y otras partes de los equipos de licuefacción, por lo que se emplea gel de sílice en este caso. Los métodos para regenerar los tamices moleculares incluyen los cambios de presión (como en los concentradores de oxígeno), calentamiento y purga con un gas portador (como cuando se usa en la deshidratación de etanol), o calentar al vacío extremo.  El tamiz tipo A esta disponible en sodio, calcio y potasio. Los tipos X están disponibles en sodio y calcio. Los tamices de sodio son los más comunes y se muestran a continuación en las fórmulas de óxido Cristales de metales alcalino y de aluminio silicatos comprendidos en una interconexión tridimensional de sílice y alúmina, la estructura es una matriz de cavidades conectadas por poros uniformes con diámetros en el rango de 3 a 10A, dependiendo del tipo de tamiz, el tamiz molecular el adsorbente más versátil porque puede ser fabricado para un tamaño especifico de poro, dependiendo de la aplicación.

Tamices Moleculares de carbón:

 Los tamices moleculares son sólidos que pueden ser usados para separar los componentes moleculares de una mezcla. Este término es habitualmente usado para denominar a determinados sólidos microporosos, en particular a algunas zeolitas y ciertos materiales de carbón microporoso. Estos materiales presentan una distribución de tamaños de poro muy estrecha, poseyendo además la característica de diferenciar entre moléculas en base a sus diferentes dimensiones moleculares. Una de las aplicaciones más importantes de estos materiales es la separación de N2 y O2 del aire. Dado que la diferencia en los diámetros cinéticos de estas dos moléculas es de menos de 0.02 nm, es evidente que el diseño de las malles moleculares requiere de un control muy riguroso del tamaño de poros. Otras importantes aplicaciones industriales de las mallas moleculares son: la purificación de gas natural, obtención de CH4 de mezclas de gases, recuperación de H2 de gases de reformado del petróleo y separación/recuperación de gases a partir de biogás. Los principales componentes que han de ser separados en este tipo de aplicaciones son: CO2, CH4, H2, N2, CO y H2S.

 Las primeras mallas moleculares de carbón fueron obtenidas a partir de un copolímero PVC o de alcohol polifurílico. En los últimos años se han desarrollado también materiales compuestos que usan materiales carbonosos, alúminas macroporosas o membranas de acero inoxidable como sustratos sobre los cuales se depositan películas de carbono que poseen propiedades de mallas moleculares. En todos los casos el objetivo que se persigue es maximizar la capacidad de adsorción a la vez que se mantiene un control del tamaño de los poros dentro de unos límites muy estrictos. De esta forma se maximiza la capacidad de adsorción de uno de los gases de la mezcla frente al resto.

Los tamices moleculares se emplean por lo general combinados con técnicas de PSA (pressure swing adsorption). Básicamente consiste en alimentar  la mezcla de gases a una cámara de adsorción rellena con la malla molecular, a la vez que se aumenta la presión sobre esta cámara. De esta forma uno de los gases queda preferentemente adsorbido mientras que el otro gas es arrastrado fuera de la cámara. Cuando esta cámara está saturada, se alimenta una segunda cámara donde se repite el proceso anterior, a la vez que se descomprime la primera cámara, liberándose así el gas retenido, que por lo general vuelve a ser una mezcla de los gases alimentados pero con una concentración mucho mayor en el gas que se desea separar y que es el que se ha adsorbido de forma preferencial. Dependiendo de la eficacia de la malla molecular puede ser necesario repetir el proceso sucesivas veces hasta obtener el gas con la pureza deseada.  

Los desecantes a base de tamiz molecular (malla molecular) son obtenidos sintéticamente de compuestos de zeolitas. No se trata solo de un desecante o absorbente de humedad tradicional sino que tiene otros tipos de aplicaciones como filtro de diferentes sustancias químicas. Son desecantes ideales cuando es necesario absorber humedad con gran rapidez.

Los tamices moleculares poseen características de absorción únicas:

• Absorben las moléculas basándose en el principio de la diferencia de polaridad debida a la atracción electroestática.
• Poseen una estructura porosa uniforme que permite la separación de las moléculas por tamaño.

Características de las Mallas Moleculares:

Capaces de deshidratar gas a un contenido de agua menor de 0.1 ppm
Se prefiere para deshidratar el gas antes de procesos criogénicos especialmente para GNL.
Excelente para remover el ácido sulfúrico, CO2, deshidratación, altas temperaturas de deshidratación, líquidos hidrocarburos pesados y alta selectividad.
Más costosos que la Silica gel, pero ofrece mayor deshidratación.
Requiere altas temperaturas para regeneración, lo que resulta en un altocosto de operación.
Los tamices moleculares deshidratadores son usados comúnmente antesde las plantas de recuperación de LGN diseñadas para recuperar etanol. Los puntos de rocío del agua menores de -150ºF pueden ser logrados con un diseño especial y parámetros de operación estricta. En la tabla 1 se presentan características relevantes de los principales tipo de tamices moleculares, con su diámetro y sus respectivas aplicaciones y en la tabla 2 las características operativas de un tamiz molecular

Estructura:

Las zeolitas (Mallas Moleculares) son aluminosilicatos cristalinos, su estructura consiste en una red tridimensional de tetraedros denominados unidad fundamental, que enlazados por sus átomos de oxígeno originan estructuras poliédricas más o menos complejas. Así, se forman cavidades o canales de distinto tamaño, en las que se alojan cationes y moléculas de agua, que están conectadas entre sí por medio de aberturas o poros de dimensiones constantes. Cada átomo de aluminio que sustituye isomórficaniente a uno de silicio proporciona una carga negativa, que se neutraliza con las cargas positivas que apartan cationes alcalinos o alcalino-térreos. Estos cationes son fácilmente intercambiables y su tamaño y propiedades afectan al diámetro de las aberturas o poros, modificando las características adsorbentes y catalíticas de las zeolitas. Las diferentes formas de coordinación de los tetraedros así como la relación Si/Al originan los diversos tipos de zeolitas.

La zeolita 5A se obtiene por intercambio de iones de la zeolita 4A, por iones Ca2, y está constituida por unidades que generan en su interior una cavidad de determinada de diámetro conocida como cavidad.

Tipos de Malla Moleculares y algunas de sus aplicaciones:

Diámetro en Armstrong (Å)

Aplicación:

3 A : Deshidratar olefinas, metanol y etanol. Adsorbe NH3, H2O, (pero no C2H6), bueno para secar líquidos polares Diámetro: 3Å

4 A: Deshidratar gases y líquidos, remover H2S. Adsorbe H2O, CO2, SO2, H2S, C2H4, C2H6, C3H6, etanol. No adsorbe C3H8 e hidrocarburos superiores. Bueno para secar líquidos y gases no polares. Diámetro: 4.2 Å

5 A: Separar parafinas normales de cadenas ramificadas e HC cíclicas, remover H2S. Adsorbe hidrocarburos normales (lineales) hasta n-C4H10, alcoholes hasta C4H9OH, mercaptanos hasta C4H9SH. No adsorbe isocompuestos o anullos mayores que C4.  Diámetro: 5Å

13 X: Remover mercaptanos y H2S, remover H2O y CO2  de una planta alimentada de aire. Adsorbe di-n-butilamina (pero no tri-n-butilamina). Util para secar hexametilfosforamida. Diámetro: 10Å

Características de operación de la Malla molecular:

• Tasa de flujo:10 a 1500 MMscfd  (0,3 a 42MMsm3d)
• Velocidad superficial: Aproximadamente de 30 a 35 ft/min (9 a11 m/min)
• Caída de presión: Aproximadamente de 5 psi (35 Kpa) y que no exceda 10 psi (69 Kpa)
• Tiempo de ciclo: 4 a 24 horas, 8 horas o un múltiple de este

Temperaturas Y Presiones:

• Adsorción  Temperaturas: 50 a 115°F (10 a 45°C)Presiones: 1500 psig (100 Barg)
• Regeneración: Temperaturas: 400 a 600°F (200 a 315 °C)Presiones: Presiones de adsorción o menores.

Otras aplicaciones:

Debido a su estructura, elevada porosidad y desarrollo superficial, la zeolita SA se utiliza fundamentalmente como adsorbente selectivo. Así, deshidratada adsorbe selectivamente agua o en su ausencia, cualquier molécula que pueda penetrar en su estructura, excluyendo moléculas más voluminosas. Asimismo, es importante destacar que a igualdad de tamaños efectivos de las moléculas, la adsorción selectiva de un componente de una mezcla fluida sobre una zeolita es, además, función de su polaridad y de las condiciones de presión y temperatura en que ésta se realice. Debido a la sustitución parcial de los iones Na de síntesis por iones Ca2t se genera en la estructura cristalina de la zeolita SA un gran número de posiciones de alta y baja densidad electrónica, las cuales dan lugar a la formación de muchos y fuertes centros ácidos.

Consecuentemente, la zeolita SA adsorbe con preferencia moléculas fácilmente polarizables o las insaturadas respecto de las que no lo son.

EFECTO TAMIZ DE LA ZEOLITA SA
MOLECULA ADSORBIDA
H20
NH3
He
SH2
CO2
C3H6
C2H5OH
C4H6
n-Parafinas
n-Olefinas
n-Alcoholes

MOLECULA NO ADSORBIDA

iso-Parafinas
iso-Olefinas
Aromáticos
Naftenos
iso-Propilalcohol
Todos los tso-, sec- y terc 

Proceso Molex

Los procesos industriales de adsorción se llevan a cabo en dos etapas: etapa de adsorción y etapa de desorción. En la mayoría de las instalaciones, hasta ahora, las dos etapas estaban claramente diferenciadas. Así, el lecho se encontraba en un primer periodo en la etapa de adsorción, separando los componentes de la mezcla alimentada, y en un segundo periodo en la etapa de desorción, para recuperar la capacidad de adsorbente. En los últimos años se están desarrollando procesos en los que la adsorción y la desorción se producen simultáneamente, o más propiamente de forma sucesiva pero en el mismo equipo y formando parte del mismo proceso continuo. Entre ellos se encuentra un proceso y que se ha desarrollado sucesivamente para un gran número de separaciones a escala industrial. Todos los procesos operativos trabajan en fase líquida, aunque su principio es aplicable también a sistemas en fase vapor. Así, en el caso de la separación de parafinas de iso-parafinas y aromáticos, contenidos en un queroseno, el proceso es otro. En él se utiliza como desorbente una parafina ligera, generalmente n-pentano. El esquema de corrientes del proceso simula un flujo continuo en contracorriente entre dos fases, sólida y líquida, sin movimiento del sólido. Así se consigue la ventaja de operar en contracorriente, minimizando el inmovilizado de adsorbente requerido, y eliminando los problemas asociados con el flujo de sólidos. En la práctica es un proceso continuo, y las velocidades y composiciones de todas las corrientes que entran y salen del sistema son constantes. Por lo tanto, hasta el desarrollo de esta tecnología, la operación unitaria de adsorción como proceso de separación en fase líquida no tenía gran aceptación, debido principalmente a la ausencia de un diseño que permitiera la operación continua.

Descripción de un lecho móvil de adsorción:

Un sistema de separación mediante adsorción con un lecho móvil. El sólido desciende continuamente a través del lecho y se recircula por el exterior hacia la parte superior de la columna. Supóngase que el alimento contiene dos componentes, A y B. y que A se adsorbe con preferencia sobre B. Como desorbente se utiliza el compuesto D, capaz de desplazar reversiblemente a los componentes A y B del sólido mientras él se adsorbe. Los productos extracto y refinado contienen los componentes A y B separados, cada uno de ellos mezclado con Ci desorbente D, del cual se recuperan por destilación. Las posiciones de las corrientes externas dividen el lecho de adsorción en cuatro zonas, con funciones diferentes:

Zona 1: zona de adsorción donde se elimina completamente el componente A de la corriente líquida que asciende y se produce una corriente de B±D.El sólido que entra en la zona 1 contiene solamente B y O como componentes adsorbidos y, mientras desciende, adsorbe A desde la fase líquida, con lo que se desplaza simultáneamente parte de D.

Zona 2: zona de rectificación primaria en la que el componente 13 adsorbido se elimina completamente del sólido. El sólido que entra en la zona 2 lleva adsorbidas canto A como B, ya que se pone en contacto con el alimento fresco. El líquido que entra por la parte inferior de la zona lleva A y U. Mientras el sólido desciende, el componente 13 adsorbido es desplazado por la corriente líquida ascendente de A y D, siendo posible eliminarlo completamente, ya que A se adsorbe con más fuerza que 13, a la vez que O no desplaza completamente a A.

Zona 3: zona de desorción, donde se elimina completamente A del sólido. A la entrada de esta zona, el sólido lleva A y O adsorbidos y el líquido, que entra por la parte inferior, contiene solamente O. Mientras el sólido desciende, el componente D desplaza al A adsorbido, que se elimina del sistema.

Zona 4: zona de rectificación secundaria donde se desorbe parte del componente D del sólido que entra al ponerse en contacto con un líquido que contiene 13 y D. La cantidad del componente D desorbido pasa a la zona 3.

Descripción de un lecho móvil simulado.

En un lecho móvil simulado, el movimiento del sólido respecto de posiciones fijas de las corrientes de alimento y producto se sustituye por el movimiento de las posiciones de entrada de dichas corrientes respecto de las de un lecho fijo. La cámara de adsorción presenta una serie de líneas de acceso, cada una conectada a un distribuidor dentro del [echo y a una válvula rotatoria de distribución fuera del mismo. Las corrientes principales (alimento, extracto, refinado y desorbente) entran y salen del sistema por la cara izquierda de la válvula rotatoria. Cuando la válvula rotatoria avanza un paso, cada posición activa avanza un segmento del lecho (el desorbente pasa de alimentarse por la línea 3 a hacerlo por la 4, la extracción de refinado pasa de la línea 12 a la 1, etc.) Así, el movimiento del sólido en el lecho se sustituye por el movimiento de la válvula rotatoria. Cuanto mayor sea el número de líneas de acceso al lecho mejor será la aproximación a un lecho móvil que opere de forma continua en contracorriente. Los caudales de líquido de las distintas corrientes son mayores que los correspondientes a un lecho móvil verdadero, - para compensar los volúmenes vacíos entre las cámaras. La bomba de recirculación de líquidos se programa para cambiar el caudal cada vez que una corriente neta pasa de la línea 12 a la 1, ya que los caudales requeridos en las cuatro zonas funcionales son distintos. En la actualidad este tipo de tecnología está siendo aplicada a un gran número de separaciones, aunque todavía a escala de planta piloto. Entre ellas, se pueden citar: la separación de p-cimeno o m-cimeno de una mezcla de isómeros, 1-buteno de todas las parafinas y olefinas C4, p-diisopropilbenceno de una mezcla de isómeros, p-etilbenceno de otros aromáticos C9, y ácido oleico de ácido linoleico. El éxito comercial depende en gran medida del desarrollo de adsorbentes con elevada capacidad, alta selectividad y rápidas cinéticas de adsorción; siendo la selectividad el factor controlante de la velocidad de difusión a través de los poros en aquellos casos donde se opere bajo condiciones en las que controla el equilibrio de adsorción. Sin embargo, cuando se requieren selectividades muy elevadas, el número de adsorbentes disponibles a nivel industrial se reduce.

Desactivación de adsorbentes y catalizadores.

A lo largo del presente siglo ha tenido lugar un gran desarrollo de los denominados procesos heterogéneos, en los que corrientes fluidas se ponen en contacto con sólidos con el fin de ser transformadas (catálisis heterogénea), o separados algunos de sus componentes (procesos alternativos de separación, como la adsorción). La repercusión ha sido tan enorme que constituyen la base de la Petroquímica actual. Desafortunadamente, la mayor parte de los sólidos empleados como catalizadores y/o adsorbentes se desactivan, es decir, pierden su actividad inicial con el tiempo, variando su vida útil con la severidad de las condiciones de operación y con la naturaleza del alimento empleado (por lo tanto, con el tipo de reacción o proceso de separación en que son utilizados). En consecuencia, la desactivación desempeña un papel importante en la velocidad global de reacción o separación, en la elección y diseño de los equipos industriales, y en la estrategia de operación que resulta más conveniente adoptar para mantener, a lo largo del tiempo, valores óptimos de conversión y selectividad, en el caso de catálisis heterogénea; o de capacidad y velocidad en el caso de adsorción. Dada su gran importancia industrial, el fenómeno de la desactivación ha sido objeto de numerosos estudios, de tal forma que se han alcanzado grandes progresos en su comprensión, así como de los fenómenos implicados en la misma.

Genéricamente, los procesos de desactivación pueden dividirse en tres tipos: Sinterización, Envenenamiento y Ensuciamiento. Pero nada más vamos a ver sinterización.

Sinterización

Es un proceso físico que origina una pérdida del área superficial del sólido teniendo lugar cuando se opera a temperaturas superiores a las que físicamente puede soportar. Para algunos sólidos particulares, existe una temperatura estimada como 0.4-0.5 veces el punto de fusión en la escala absoluta de temperaturas por debajo de la cual la sinterización apenas se produce, pero para valores superiores ocurre con rapidez, tanto más rápidamente cuanto mayor sea la temperatura. En los reactores químicos o lechos de adsorción éste aumento de temperatura, origen de la sinterización, puede producirse en zonas puntuales del sólido (por ejemplo, en los centros donde se producen reacciones exotérmicas) o en todo su volumen. Los factores que más influyen sobre la velocidad de sinterización son la temperatura y el tipo de atmósfera en que tiene lugar el proceso. Experimentalmente se ha comprobado que aumenta con la temperatura y con el contenido en oxígeno del medio.

Según el tipo de sólido se pueden distinguir dos tipos de sinterización:

1)      En sólidos de alta superficie específica donde la fase activa está fija y uniformemente distribuida, como son las zeolitas y catalizadores de sílice y/o alúmina. La utilización de elevadas temperaturas y atmósferas oxidantes puede afectar a su estabilidad hidrotérmica, disminuyendo el área superficial debido a cambios en su estructura porosa. En consecuencia, disminuye su cristalinidad y actividad como catalizadores o adsorbentes.

2)      2) En catalizadores donde la parte activa es un metal distribuido homogéneamente sobre óxidos de elevada superficie específica. La sinterización se produce tanto por disminución de superficie específica del soporte como por pérdida de dispersión de las partículas metálicas, consecuencia de la migración de las mismas. Este fenómeno, conocido como coalescencia, provoca una caída brusca de la actividad catalítica y tiene lugar a temperaturas inferiores a las que se presenta el primer tipo. Un caso intermedio lo constituyen los catalizadores metal-zeolita, donde la fase metálica está dispersa en la superficie externa de los cristales de zeolita o bien forma agregados metálicos en el interior de las cavidades que constituyen la estructura porosa de éstas. En éste último caso, la estabilidad del metal depende de su presión de vapor (relacionada con su movilidad y posibilidad de migración), de la interacción metal-punto de anclaje en el soporte, así como de la estructura porosa y de la naturaleza de la atmósfera de operación. La sinterización se produce por migración atómica. Los átomos metálicos se difunden en la superficie externa o bien se aglomeran en la matriz de zeolita dando partículas de mayor tamaño que colapsan sus cavidades, provocando su desactivación. La sinterización es un fenómeno complejo, y hasta el momento es muy difícil predecir la velocidad con que cambian las características estructurales del adsorbente o catalizador (porosidad y superficie específica) en función de las condiciones de operación, para un proceso determinado.

La mayor parte de los trabajos publicados intentan clarificar los mecanismos de la sinterización de catalizadores, así como estudiar los cambios estructurales que se producen en la superficie de los mismos, determinantes en la disminución de su actividad como catalizadores y/o adsorbentes.

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